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雙孢菇貯藏預處理及保鮮技術研究進展

2018-03-26 07:06:56王治洲李曉芳宋樹鑫劉孟禹董同力嘎
食品研究與開發 2018年4期
關鍵詞:效果

王治洲,李曉芳,宋樹鑫,劉孟禹,董同力嘎

(內蒙古農業大學食品科學與工程學院,內蒙古呼和浩特010018)

雙孢菇又稱白蘑菇、口蘑、洋蘑菇,屬草腐菌,生長速度中偏快,子實體多單生,圓正、白色、無鱗片,菌蓋厚(直徑一般為5 cm~12 cm)、不易開傘,菌柄中粗較直短,菌肉白色,肉質肥厚,組織結實。雙孢菇味道鮮美,肉質肥嫩,營養豐富,富含8種人體必需氨基酸,且具有保健、治療和抗癌的作用,是一種公認的高蛋白、低脂綠色食品,深受消費者親睞。雙孢菇是世界栽培規模最大、栽培范圍最廣的食用菌,有“世界菇”之稱[1-2]。我國自上世紀30年代在上海、福州等地開始栽培。隨著市場經濟的快速發展和現代化栽培基地的出現,在保持出口大國地位的同時,國內消費量逐年增加,進一步改變和刺激了雙孢菇栽培業的發展和進步。

質量是決定雙孢菇銷售的最重要因素,主要體現在色澤、清潔度和是否有褐斑三方面。對于消費者而言,更傾向于購買表面無覆土、通體潔白的雙孢菇。但雙孢菇由于自身組織鮮嫩,導致采后貯藏性極低,品質及營養價值急劇下降,并會在短期內出現萎蔫、褐變等一系列不可逆生理現象,使得其失去商品價值及食用價值[3-5]。導致雙孢菇腐敗的外因主要有:物理因素、化學因素和微生物因素[6]。物理因素包括:溫度、濕度和氣體組分等;化學因素包括:重金屬離子、農藥殘留及化學消毒劑等;微生物因素包括:細菌、霉菌、酵母菌等。雙孢菇保鮮效果的好壞取決于3點:一是雙孢菇成熟度;二是及時而有效的預處理;三是合理的貯藏條件和保鮮方法。綜上,有效的預處理是保證雙孢菇良好品質的前提,也是下一步儲運環節的基礎保障。而我國的雙孢菇大多是以裸露或簡單包裹的形式貯藏、運輸和銷售,過程中難免受到外界污染,歐美發達國家將良好農業規范[GAPs(Good Agricultural Practices)]和食品質量安全管理體系 [HACCP(Hazard Analysis Critical Control Point)]貫穿整個過程——從農場到餐桌[7]。針對這個問題,行之有效的保鮮手段可以在保證雙孢菇質量的前提下并延長其貨架期,迎合市場和消費者的需求。

1 雙孢菇貯藏預處理

對于采后發生的二次污染,雙孢菇的預處理成為第一道防御措施,同時也為后續出廠后的運輸和銷售奠定了良好的基礎。

1.1 雙孢菇采收與分級

采菇是雙孢菇栽培生產的最后環節,不僅對產品的品質有影響,同時也影響下潮菇的產量。所以,適時采收和合理的采收方法是雙孢菇從栽培到產品的基礎所在[8]。在中國新鮮雙孢菇可分為3個等級或分為正品和副品兩個等級[9]。

1.2 雙孢菇清洗消毒處理

采后的及時清洗,可以去除雙孢菇表面覆土顆粒并抑制褐變和微生物生長,成為近年來雙孢菇栽培業中廣受歡迎的手段。Beelman和Duncan開發了一種蘑菇清洗工藝,首先進行高pH值抗菌清洗,隨后用中性清洗劑清洗(起褐變抑制作用),該法有助于去除碎屑并延緩雙孢菇微生物腐敗[10]。Saper等研發了一種兩步清洗工藝,在第一步中加入10 000 mg/L過氧化氫;第二步在清洗劑中加入3%異抗壞血酸鈉、0.2%半胱氨酸鹽酸鹽和500 mg/L的乙二胺四乙酸(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid,EDTA),此法效果優于亞硫酸處理的雙孢菇[11]。采后的清洗消毒處理可以及時去除種植及采摘造成的的微生物污染,其設備操作簡單,成本低且易于推廣[12]。目前我國大多數食用菌種植基地均采用這種方法。

1.3 雙孢菇輻照處理

目前農產品輻照保鮮處理以伽馬射線應用最多,伽馬輻照通常采用鈷60作為放射源,食品藥品監督管理局(Food and Drug Administration,FDA)批準使用輻照劑量1 kGy下可以有效延緩衰老和抑制細菌生長[13]。用60Co或137Cs作為放射源,低劑量輻照可以改善雙孢菇自身品質,使雙孢菇中的水分子活化,產生游離基,進而影響新陳代謝,抑制褐變并增強細胞持水力,減緩開傘速度,同時達到保鮮的目的[14]。Ajlouni等發現低劑量(1 kGy)伽馬射線輻照與低溫冷藏聯合使用可以有效延長雙孢菇貨架期[15]。輻照處理無化學殘留,加工效率高,可實現大規模自動化連續操作。但是,消費者對于伽馬射線的放射性殘留及其安全性問題持懷疑態度[16]。所以在實際應用中,通常結合氣調包裝和低溫冷藏協同來實現保鮮,這樣不僅可以較少劑量使用輻射殺菌,同時還起到更好的抑菌效果,增大雙孢菇安全系數,起到1+1>2的效果。

1.4 真空預冷處理

真空預冷是指在真空條件下,水份快速在真空室內于低溫蒸發,同時帶走熱量,達到快速制冷的效果。果蔬收獲后,通過真空預冷可快速消除田間熱,使中心溫度接近貯藏溫度。邸倩倩等分別在0.1、0.3、0.5 kPa下進行真空預冷后于0℃下貯藏,結果發現真空壓力為0.3 kPa時,可以將呼吸高峰延遲2 d出現[17]。葉維等通過預冷溫度和預冷壓力兩個變量,探索雙孢菇的最佳真空預冷處理條件,預冷溫度分別設定為5、7、9 ℃,預冷壓力分別設定為 800、1 000、1 200 Pa,結果發現雙孢菇的最佳真空預冷條件為:預冷溫度5℃,真空壓力1 000 Pa[18]。后期貯藏實驗結果表明經過真空預冷的雙孢菇較對照組在色差、硬度、失重表現出很好的貯藏效果,說明采摘后及時的真空預冷能夠有效散去田間熱,使雙孢菇整體處于貯藏溫度。張海峰等發現預冷時間的長短對后期貯藏有明顯的影響,結果表明預冷10 min可以有效降低呼吸強度,延緩新陳代謝[19]。目前,日本和歐美等發達國家為獲得更好的保鮮效果率先在食品行業中使用真空預冷技術,而我國由于農業工業化普及率低,還有一定的差距,相信會提上日程[20]。

2 雙孢菇保鮮

保鮮主要針對的是鮮銷菇和處于儲運期待加工的原料菇。適時采收、無機械損傷和盡可能降低新陳代謝并維持其正常生理是食用菌保鮮的原則。

2.1 保鮮劑保鮮

保鮮劑保鮮是通過使用化學試劑(如酶鈍化劑、生長抑制劑、保鮮劑等)和植物生長激素(如細胞分裂素、矮壯素、萘乙酸等),從而改變雙孢菇細胞滲透壓,同時抑制酶活和新陳代謝并抑制或殺死微生物,達到延長貨架期的目的。楊明月通過正交試驗探索出最佳溶液配比:10 g/L的焦磷酸鈉和檸檬酸、0.3 g/L的抗壞血酸和0.8 g/L的氯化鈣,經此保鮮劑處理過的雙孢菇在3℃條件下用聚乙烯(Polyethylene,PE)包裝,保鮮可達10 d,相較于空白組將貨架期延長1倍[21]。其中氯化鈣和檸檬酸起到維持新鮮度的作用,抗壞血酸可以有效地抑制后熟,而焦磷酸鈉可以充當護色劑的角色,4種天然保鮮劑的協同作用,不但獲得較好的保鮮效果,還能消除消費者對于傳統化學保鮮劑殘留問題的疑慮。Braaksma等指出多種食用菌可以產生細胞分裂素,且通過外援細胞分裂素處理后的雙孢菇,開傘率相較于對照組明顯降低[22],這個方法的好處在于,不需要外部干預,工廠內可以將細胞分裂素自產自銷,提高相同或不同潮期雙孢菇的利用率。Hu等通過使用100 mmol/L的4-甲氧基肉桂酸(4-Methoxycinnamic,acid MCA)相較空白取得明顯的保鮮效果[23],wang等使用甘氨酸甜菜堿取得12 d的保藏效果[24]。采用保鮮劑保鮮的前提是了解化學藥劑的特性、作用和衛生指標,且一般用于短期的保鮮和護色。隨著公眾對食品安全意識的增強,天然保鮮劑逐漸代替傳統化學保鮮劑[25],而且保鮮劑與氣調保鮮的緩釋作用成為目前研究的趨勢[26],所以要因地制宜,靈活使用。

2.2 低溫保鮮

低溫能夠抑制雙孢菇的呼吸和酶活,減緩新陳代謝,同時抑制微生物生長繁殖,從而達到短期內較好的保鮮效果。雙孢菇的最佳保藏溫度一般在2℃~8℃之間,以4℃為最佳。雙孢菇低溫保鮮一般采用冰藏和機械冷藏,如果條件允許,可建立從采收到銷售的冷鏈系統。冰藏保鮮采用天然或人造的冰塊,通過建造冰窖進行低溫保鮮,此法在北方冬季由于成本低廉而大量使用;機械冷藏是在冷庫內建立機械制冷系統,通過低溫進行保鮮。Gerald等在書中指出研究不同貯藏溫度和相對濕度對雙孢菇保鮮效果的影響,分別設置貯藏溫度為5、10、15℃,相對濕度設置為91%、94%、97%、99%,結果表明,失重率隨著貯藏溫度的升高和相對濕度的下降而顯著升高(p<0.05)[27],可見貯藏溫度的改變是造成雙孢菇變質的重要因素之一。Tano等研究在氣調室中溫度波動對鮮蘑菇品質的影響,將新鮮蘑菇置于氣調包裝容器內,溫度設定在4℃,試驗組以2 d+4℃、2 d+20℃的周期進行溫度波動;結果顯示,與恒溫組相比,溫度波動造成蘑菇褐變嚴重、組織酒精含量升高、組織軟化,對蘑菇的質量造成嚴重損害,該試驗證明,貯藏過程中溫度的波動變化會對蘑菇品質造成嚴重影響[28]。綜上,通過了解不同品種食用菌的最佳貯藏溫度,與其他保鮮方法協同使用,可以有效提高冷藏的保鮮效果,延長雙孢菇的貨架期。

2.3 紫外脈沖保鮮

紫外光(Ultraviolet,UV)是波長在 100 nm~280 nm的電磁波,因為可以破壞微生物脫氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid,DNA)、核膜和細胞膜而具有殺菌能力,避免微生物的侵擾,保證其質量。雙孢菇的紫外處理由脈沖進行,能量以短脈沖的形式(納米級)周期性地釋放。相較于持續性紫外發光設備而言,脈沖紫外光一般認為非熱處理過程,且更加節能。Guan等用短波紫外(Ultraviolet-C,UV-C)處理雙孢菇后在4℃下貯藏,結果表明,相較于對照組,紫外處理可以有效抑制雙孢菇表面褐變和微生物的數量,處理的前7天,可以保持總酚、抗壞血酸的含量和白度值高水平,后期則差異不顯著[29]。路媛媛研究了不同劑量對雙孢菇貯藏效果的影響,通過使用0.5、1、2 kJ/m2紫外波于4℃貯藏,結果表明,1 kJ/m2的紫外波可以保持雙孢菇良好的色澤和營養價值,抑制酶活并提高抗氧化能力[30]。紫外光保鮮是近些年崛起的新型雙孢菇處理技術,可以顯著提高采摘后雙孢菇的質量并延緩衰老。Simon等通過安全性評估(包括動物實驗)證明,紫外光處理對蘑菇的品質沒有影響[31]。Guan等研究發現使用0.45 kJ/m2~3.15 kJ/m2的紫外光照射,可以有效降低雙孢菇表面的微生物數量[32]。相較其他技術,不會造成食品內部輻射殘留,操作簡單安全,條件允許可以貫穿整個雙孢菇保鮮過程,同時結合氣調和低溫可以達到更好的效果,但成本較高[30]。

2.4 電場保鮮

高壓靜電場和高壓脈沖電場是近年來才興起的一門用于果蔬保鮮研究的新興技術[33]。其保鮮機理主要表現在以下幾點:1.改變細胞膜電位,通過改變細胞膜兩側電位進而影響細胞代謝;2.影響果蔬呼吸系統電子傳遞,減弱電子傳遞效率,影響煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide adenine dinucleotide,NADH)和H+與游離氧分子的結合,間接控制呼吸強度;3.水分子共鳴,一方面通過破壞氫鍵和疏水鍵而使酶活性鈍化,另一方面使微生物細胞膜穿孔導致死亡,達到抑制自身生理和微生物繁殖的效果;4.臭氧作用,電場能夠電離空氣中的氧氣,產生微量的臭氧,在抑菌的同時會與乙烯反應生成CO2和H2O,抑制果蔬衰老,達到保鮮的目的[34]。Nicolò等通過高壓脈沖電場與超聲波來研究雙孢菇柄部水分遷移狀況,由此來判斷不同處理對新鮮雙孢菇水分的影響[35]。研究發現,通過分別掃描260、280 nm以及400 nm~800 nm不同波段的波長,使用超聲波的處理相較于高壓脈沖電場處理而言會明顯增大吸光度值,說明超聲波會破壞雙孢菇的組織結構完整性,從而釋放化合物質導致吸光度的增大,而高壓脈沖電場則與空白對照組差異不顯著,表明電場的存在有利于保持雙孢菇組織水分并保證組織的完整性??傊?,電場保鮮是一種高效綠色的保鮮手段,能耗低、無藥物殘留、不會造成二次污染,但廠房和儀器投資費用高,在實際的推廣和應用中仍面臨一定的危險性,由于高壓問題,操作人員需培訓后使用并掌握一定的用電安全知識。

2.5 氣調保鮮

氣調保鮮技術是通過調整環境氣體來延長食品貯藏壽命和貨架壽命的技術,其基本原理為:在一定的封閉體系內,通過各種調節方式得到不同于正常大氣組分的調節氣體,抑制導致食品變敗的生理生化過程及微生物的活動。氣調保鮮主要采用人工降氧氣調法和自發氣調法。

2.5.1 人工降氧氣調法

人工降氧氣調法常用的手段有充氮氣法、充二氧化碳法及氣調庫的使用等。充氮氣/二氧化碳法的機理是用充氮/二氧化碳的方法置換庫內氣體以達到降氧的目的,這種方式可實現快速降氧,一般可在24 h或稍長點時間內達到氣體濃度規定值。氣調庫是建立在冷庫的基礎上,通過對貯藏室內溫度、濕度、氧氣、二氧化碳和乙烯濃度等條件的控制,具有良好的隔熱性和氣密性,并長期處于此平衡狀態以達到保證果蔬品質,延長貯藏期的目的[36]。Liu等通過將雙孢菇暴露于相對濃度為80%的高氧氣氛條件下與空白比較,結果表明,高氧條件可以保持良好的白度值,并延緩過氧化物的氧化[37]。孫涵等通過兩個階段的動態高氧氣調,改變貯藏過程中的氣體組分來達到比靜態氣調更好的保鮮效果,研究發現,第一階段使用100%濃度的氧氣,第二階段(即貯藏的第3天)80%的氧氣和20%的二氧化碳,相較于普通的氣調貯藏,這種動態氣調可以將雙孢菇貯藏期延長至28 d[38]。這種動態氣調后期氣體組分的變化類似自發氣調在貯藏中達到氣體平衡的效果,但是造作繁瑣,成本較高。通常氣調庫相較于冷庫可將果蔬貨架期延長0.5倍~1倍。目前,氣調庫的保鮮效果已得到公眾的認可,但是關鍵在于成本和推廣力度,有理由相信氣調庫將來在冷鏈占有重要一環[36]。

2.5.2 自發氣調包裝

包裝是使果蔬產品標準化和商業化的重要措施。自發氣調包裝(Equilibrium Modified Atmosphere Packaging,EMAP)指在貯藏過程中,無需任何人為操作,完全通過薄膜對氣體的選擇透過性和果蔬呼吸調節包裝內的氣體組分,最終達到動態平衡,保持包裝內穩定而適宜的氣氛。其不但可以有效地抑制果蔬的生理代謝和微生物繁殖,延緩衰老,而且操作便捷且保鮮效果顯著,在延長貨架期的同時,較大程度的保留風味和營養物質[39]。自發氣調包裝主要用于完整、鮮切或最小化加工的果蔬包裝,已經成功實現廣泛的商業應用[40]。

目前,市場上常用的氣調包裝材料有乙烯-醋酸乙烯共聚物(ethylene-vinyl acetate copolymer,EVA)、低密度聚乙烯(Low Density Polyethylene,LDPE)和聚丙烯(Polypropylene,PP),具有良好的加工性能、透明度和力學性能。但是,一方面這些材料是不可降解的,大量使用會造成嚴重的環境污染;另一方面,這些材料的CO2/O2的選擇透過性無法滿足包裝袋內果蔬的呼吸,容易造成無氧呼吸所導致的酒精中毒等現象,如剛采收的雙孢菇在PVC包裝中保持2 h~6 h就會在密封包裝內形成厭氧環境[41],所以對雙孢菇的保鮮只能達到4 d~6 d[42-44]。為了取得較好的保鮮效果,通過對PE等傳統材料改性成為一種常用的手段。陳守江等通過建立擴散模型使用包裝打孔的方式,在30 μm的PE袋內裝入250 g雙孢菇,并均勻打11個2 mm的微孔,結果表明,在10 d的貯藏期內,袋內濕度保持在90%~93%之間,失水率保持在3%~5%,證明打孔可以在保持良好氣調功能的前提下,調節PE的透濕性,從而避免結露導致雙孢菇腐敗,并對開孔研究提供一定的指導意義[45]。Ban等使用改性PE對雙孢菇進行保鮮,貯藏過程中O2的濃度為2%~3%,CO2濃度為3%~4%,達到適宜的氣體組分[46]。李志嘯通過在包裝材料中添加納米銀、納米二氧化鈦、納米凹凸棒土和納米二氧化硅制備一種納米聚乙烯包裝袋,貯藏期間有效降低多酚氧化酶活性和木質素的積累,達到較好的保鮮效果[47]。在硅窗氣調控制下,通過比較0、0.4、0.8和1.2 cm2的硅窗面積,開始充入100 mL/L的O2、100 mL/L的CO2和800 mL/L的N2,結果發現,當硅窗面積為0.8 cm2時,O2濃度在 31 mL/L~37 mL/L 之間,CO2濃度在137 mL/L,達到高CO2低O2的效果[48],但其對硅窗面積要求苛刻,不利于實際大規模批發生產。

以上對PE的改性方法雖然取得較好的保鮮效果。但改性操作繁瑣,又沒有解決白色污染問題,所以,新型生物完全可降解材料應運而生。一方面,聚碳酸亞丙酯(Poly propylene carbonate,PPC)和聚己內酯(Polycaprolactone,PCL)等可降解材料具有良好的透明度、相容性、透氣性和力學性能,這些特性使得可降解材料相較于傳統石油制品脫穎而出;另一方面,完全可降解的特性不僅不會污染環境,反而可以改良土壤,這正符合國家可持續發展的理念。梁敏等前期研究通過在PCL中添加PPC改性并運用于雙孢菇的保鮮,試驗表明,PPC的加入明顯改善了PCL的阻隔性能和力學性能,適宜的CO2/O2的選擇透過性將雙孢菇的貯藏期延長至21 d,并保持良好的營養價值和白度值[49]。我們近期的研究通過在聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯(Poly(butyleneadipate-co-terephthalate,PBAT)內混入PCL改性并將其應用于雙孢菇保鮮,可將O2保持在1%,CO2保持在3%,有效地保持良好的白度值和感官。綜上,隨著對相關領域綜合認知的進步,能夠建立更有效具有針對性的預測數學模型,有利于設計更好的氣調保藏體系。目前氣調包裝已在市場應用中顯示出巨大的潛力,具有無化學殘留、操作簡單、便于運輸等優勢[50],是目前最有效、最經濟的手段之一[51],特別是可降解材料的應用以及與采后預處理、冷藏等方法的協同使用,能夠用最低的成本達到最好的保鮮效果。

2.5.3 活性包裝

活性包裝主要是指抗菌包裝和可食用膜??咕b在氣調保鮮系統中具有多種顯著的屏障功能,可以分為兩類:遷移性和非遷移性。非遷移性抑菌包裝是將抑菌物質鏈接到高分子的功能基團中或將抗菌物質固定在膜的表面,所以在這種情況下,食品必須與包裝膜緊密接觸,才能有效發揮抑菌作用。而遷移性抑菌包裝指將抗菌物質加入到包裝膜中或吸附于膜表面,然后緩慢遷移到食品表面成為食品的一部分,最終被人體消化吸收,所以抗菌物質的添加和應用要嚴格遵循國家標準,還要保證在特定食品基質和氣調包裝系統中保持抗菌性能[52]。目前,國際公認并具有實際應用前景的有細菌素(乳酸鏈球菌素、片球菌素、肉食桿菌素等)和天然植物提取素(大蒜素、茶多酚、海藻糖等)[53]。張洪軍等用大蒜精油和肉桂精油以1∶2配制抗菌劑并分別添加 5、10、15、20 μL于 PE 表面,結果顯示,10 μL的抑菌包裝有效抑制褐變,對還原糖和失重率影響不大,并保持較高的VC含量[43]。試驗證明,天然精油的提取與使用可以有效附著于PE膜表面并作用于雙孢菇,從而延長貨架期。

可食用膜主要由一種或多種蛋白質(明膠、玉米蛋白、大豆蛋白)、脂類(脂質)或多糖(纖維素、樹膠、淀粉)組成。由多糖或蛋白質構成的膜對水蒸汽的阻隔性差,但由于交聯作用而具有良好的力學性能;由脂類物質構成的膜有良好的防水性,但透明度不高。這些物質的極性決定了自身的實際應用和相容性。涂膜保鮮可以很大程度的修復果蔬表面的機械損傷,由于覆蓋果蔬表面的氣孔,可以形成高CO2/O2選擇透過性和低氧氣滲透性,有利于形成厭氧氛圍和降低食品安全風險。張宇航等采用殼聚糖為基質,復合竹液(具有抗氧化功效)進行涂膜保鮮,可以延長保質期到14 d[54]。雯君等用海藻酸鈉、瓊脂和魔芋涂膜液對雙孢菇進行涂膜優化,結果發現,雙孢菇采用海藻酸鈉保鮮效果最好,最優條件為0.8 g/100 g的海藻酸鈉/水和0.8 g/100 g的蔗糖酯/水于4 min的涂膜時間[55]。王相友等比較卡拉膠、羧甲基纖維素鈉(Carboxymethylcellulose sodium,CMC)涂膜液、和復配液與空白組對照,結果發現卡拉膠涂膜能夠顯著(p<0.05)抑制多酚氧化酶的活性和呼吸強度,相較于其他處理取得較好的保鮮效果[56]。Jiang則發現2%的海藻酸鈉涂膜與高氧條件共同作用較只有高氧處理可以有效保持雙孢菇的硬度[57]。綜上,活性包裝的抑菌性已得到廣泛認同,但其實際操作繁瑣,目前沒有推廣應用,相信隨著研究的深入和相關機械的推廣與應用會得到市場的認可。

3 結論與展望

我國當前市場對雙孢菇的貯藏停留在傳統冷藏階段,與發達國家差距大,如設施不足、貯運設備落后、產業化體系不健全等問題明顯。隨著對雙孢菇生理研究的深入和保鮮技術的完善和發展,新型的保鮮技術會應用而生,但有效及時的預處理和多種保鮮方式協同作用是當前解決雙孢菇采后的主要趨勢。在滿足市場需求的前提下更好地服務于大眾,不但可以節約資源,而且迎合市場和消費者的需求,實現科技成果的轉化和應用,間接推動科技創新和農業的發展。

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