采后竹筍木質化研究進展

黃勁松，高 云，郭 軍，李 敏

（1.池州學院化學與材料工程學院，安徽 池州 247000；2.南京農業大學食品科技學院，江蘇 南京 210095）

竹筍是毛竹膨大的芽和幼嫩的莖，是一種高蛋白、高纖低脂的綠色食品，深受人們喜愛。由于竹筍大多產于偏遠山區，生長季節性強，產筍期集中，從采摘到銷售的時間間隔長，而采后竹筍仍是一個活的有機體，不斷進行各種形式的生理活動，如呼吸作用、蒸騰作用等，使竹筍外觀和內在品質都受到極大影響。生理活動通常會加速維生素、總糖等營養物質的消耗，使其重量下降、水分丟失、貯藏物質轉化、硬度迅速增加的［1-2］。竹筍中含有各種酚類物質，既可以氧化成醌類物質而導致筍肉褐變；也是木質素合成的前提物質，因含量高導致木質化程度加劇，常溫貯藏2～3 d后便會失去鮮嫩可口食用品質［3］，即木質化，從而限制竹筍的大規模生產與流通。近年來，國內外科研人員在竹筍采后保鮮方面進行了相關研究，特別在延緩竹筍木質化保鮮方面取得了豐碩成果：主要從生理生化角度詮釋其木質化的原因，建立了相關的保鮮措施。

新鮮竹筍作為我國特色農林副產品，其鮮食使用具有明顯的季節性和區域性，保鮮困難。目前國內外專門性的研究較少，資料較為缺乏，也未見最新的相關綜述文獻。本文選擇新鮮竹筍品質劣變中最典型和具有顯著變化的木質化問題進行綜述，歸納了抑制其木質化的作用途徑，為從木質素合成領域著手改良竹筍品質奠定理論基礎，對于解決實際生產問題具有參考價值。

1 不同保鮮措施對竹筍木質化的影響

1.1 涂膜保鮮對竹筍木質化的影響

采用殼聚糖等涂膜保鮮，通過在筍體表面涂上一層涂膜，抑制竹筍與外界的氣體交換，起到抑制呼吸、減少營養成分消耗、延緩衰老的作用［4］。謝碧霞等［5］用不同涂膜劑配方的殼聚糖溶液處理不同部位竹筍，探索采后貯藏期間PAL、POD活性變化、木質素和纖維素含量的變化規律。結果顯示：1.5%殼聚糖+0.2%魔芋葡甘聚糖+0.1%亞硫酸鈉顯著抑制了PAL和POD活性的上升，同時延緩了竹筍中纖維素和木質素含量的增加，殼聚糖涂膜保鮮能有效地延緩筍體組織的木質化衰老，減少了筍體水分蒸發，降低竹筍的失重和腐爛率，還能延緩竹筍在貯藏期間營養價值的下降，保持其應有的硬度和新鮮度，用于竹筍的保鮮有良好的應用前景［6-7］。Yang 等［8］用 28 mg/L ClO2水溶液浸泡處理鮮切筍片3 min，再用1.5%殼聚糖醋酸溶液浸泡3 min，放在塑料袋中挽口包裝，在4℃貯藏6 d，顯示殼聚糖涂膜保鮮能抑制筍片的呼吸強度，抑制了貯藏期間與木質素合成相關酶（PAL、POD、CAD和PPO）活性，降低其表面的需氧菌、霉菌和酵母等的數量，起到抑制褐變以及木質化進程。殼聚糖涂膜保鮮能抑制木質素合成酶（PAL、POD、CAD和PPO）活性，還能抑制多種微生物生長繁殖，減少水分及營養成分的損失，延緩其感官品質的下降發揮重要作用，廣泛地應用果蔬產品的保鮮中，具有安全、操作方便、效果明顯等優勢。

1.2 氣調包裝及低溫保藏對竹筍木質化的影響

Shen等［2］在10℃條件下，將竹筍置于充有2%O2+5%CO2+93%N2氣體組分厚度0.04 mm PE薄膜包裝中，以未采用氣調保藏為對照，研究氣調包裝對采后竹筍木質化的影響，結果顯示，氣調包裝能有效抑制MDA含量、PAL和POD活性，抑制了竹筍木質化的進程，但不能阻止多酚的形成以及PPO活性。席玙芳等［9］研究5℃和10℃對竹筍組織中木質素含量、H2O2代謝及SOD、CAT和POD活性比變化規律影響，研究表明5℃能有效抑制竹筍貯藏期間的木質化進程，在貯藏過程中木質素和H2O2含量之間呈正相關，SOD、CAT和POD活性均低于10℃條件下的，推斷采后竹筍的木質化進程與活性氧（ROS）代謝密切相關。ROS是植物生長發育過程中的信號分子［10］，在參與細胞死亡及生物和非生物脅迫等應答機制中發揮重要作用。通常在低溫及氣調環境下竹筍木質化速率低于常溫，低溫及氣調能有效地降低失重率、延緩總糖和酸含量下降，減輕褐變，延緩采后竹筍的衰老速率，在此條件下貯藏兩周仍具有良好的感官品質。

1.3 外源化學物質對竹筍木質化的影響

赤霉素（GA3）廣泛用于延緩采后果蔬的衰老研究，用50～100 mg/L GA3溶液浸泡處理竹筍，在隨后的貯藏過程中，GA3能顯著地延緩與木質素生物合成過程中PAL、POD、C4H和PPO活性的增加，減緩木質素和粗纖維含量的上升［3］。PAL是木質素合成途徑中的關鍵酶，通過催化苯丙氨酸轉化為肉桂酸，再經C4H催化形成香豆酸，POD是木質素生物合成中最后一步反應催化的酶，通過催化H2O2分解而使木質素單體聚合生成木質素［3］，赤霉素對植物生長發育和基因表達具有調控作用，能有效抑制PAL活性，該結果與張規富等［4］的測定結果相一致。近年來，臭氧保鮮技術廣泛地應用于果蔬產品的保鮮上，具有良好的應用前景。羅自生等［1］研究了不同濃度臭氧處理毛竹筍，結果顯示經200～300 μL/L臭氧處理過的毛竹筍能延緩PAL、POD、PPO活性的增加，同時抑制了竹筍中木質素和纖維素含量的上升。Yang等［11］研究NO對去皮竹筍褐變及木質化的影響，將竹筍浸沒在0.5 mM SNP（硝普鈉，NO供體）溶液中1 h，然后將其放置在厚度為0.01 mm PE塑料袋中，并置于10℃、80%～90%濕度環境中保藏10 d，結果顯示NO處理抑制PPO、POD和PAL活性，維持較高的總酚含量，延緩貯藏期間竹筍的褐變以及乙烯生成；與此同時顯著抑制木質素和纖維素合成，從而延緩組織的木質化，為延長竹筍的貨架期和食用品質保持提供了一種有效途徑［12］。草酸具有防止果蔬褐變性、抑制采后腐爛發生的特性。5 mol/L草酸處理對低溫貯藏期間馬蹄筍保鮮的作用效果明顯［13］，通過SOD與CAT的相互協調，消除活性氧的產生而引發膜脂過氧化及其他傷害過程；同時抑制PAL和POD活性上升，控制木質素的合成，從而降低組織木質化程度。外源化學物質能有效抑制與活性氧代謝相關SOD、CAT和APX活性的下降［12］，阻止POD活性上升，使筍體維持較低水平的H2O2與O2-含量 ，抑制MDA含量以及細胞膜通透性的增加，最終抑制了竹筍木質化的速度。

1.4 低壓及其冷熱處理對竹筍木質化的影響

Chen等［14］研究了低壓對筍肉木質化的影響，結果顯示50 kPa能有效阻止筍體硬度的增加以及木質素、纖維素含量的上升；還能抑制乙烯生成，降低O2-生成率，抑制MDA以及H2O2的增加；顯著保持SOD、CAT、APX等活性，但抑制了PAL和POD活性的增加，因此低壓處理通過保持較高抗氧化酶活性，降低乙烯的生成，導致活性氧自由基（ROS）增加減弱以及維持較好的細胞膜完整性。Luo等［15］采用90% RH，45℃熱空氣處理竹筍5 h后，在室溫下貯藏12 d，并對相關指標進行測定，結果顯示，熱處理降低ACC合成酶和ACC氧化酶活性，減少乙烯的生成；同時延緩與木質素合成途徑相關酶（PAL、CAD和POD）活性的增加，延緩筍體木質化，因此熱處理結合常溫下保藏方法，是延緩其木質化的一種可能的方法。SOD是植物酶促清除系統中一種極為重要的酶，主要功能是催化O2-歧化為H2O2，而POD、CAT和APX是植物體內擔負清除H2O2的主要酶類，通過SOD、POD、CAT和APX的協調一致，可使ROS維持在一個較低水平，從而使植物免受氧化傷害［16］，對維持細胞的完整性發揮重要作用。低壓及熱處理能抑制乙烯生成，抑制木質素合成途徑有關酶活性，維持抗氧化系統酶的活性，使其維持較高水平消除活性氧自由基能力，減少因活性氧自由基對細胞結構的氧化破壞作用，延緩竹筍木質化衰老。采摘后竹筍在常溫存放1 d后，有60%的筍體發生木質化，常溫存放2～3 d后幾乎失去食用價值。采摘引起的機械損傷加速筍體微生物的繁殖，再加上筍體本身存在的病蟲害使得竹筍在貯藏期間褐變和腐爛變質，這些因素限制了竹筍的大規模流通和超長貨架期的供應。竹筍采后預冷方式主要有浸水預冷、淋水預冷、真空預冷以及冷庫預冷［17］，經比較后認為冷庫預冷是竹筍保鮮產業化過程中采后的適宜方法，預冷后能顯著抑制木質素和纖維素的累積，最大程度保持其食用品質不變。

2 影響竹筍木質化的因素

伴隨著生長發育［18］以及采后貯藏過程中植物組織的木化程度而不斷提高［19-20］，木質化在植物生長、發育、抗病及環境適應性方面發揮重要作用［21-22］。在植物體中，木質素的合成途經［23］如圖1所示，在大多數有關竹筍研究中，主要研究與木質素合成相關酶如PAL、POD、CAD、4-Cl、C3H和C4H等活性及木質素含量變化的規律。當然竹筍在采后貯藏期間，影響其品質劣變的，特別是其木質化反應加劇的情形還與其他因素有關，現對前人研究概括為以下5點：

2.1 水分流失促進木質化

圖1 木質素生物合成途徑[23]

果蔬采收后，仍然會進行系列生理活動，其中呼吸及水分蒸騰作用會引起有機物質消耗及失水，果蔬組織表面失去原有的飽滿狀態，影響其感官品質及食用品質。蘿卜在貯藏過程中失水，會誘導酚類及木質素生物合成相關基因的表達，促進木質素合成［24］，此現象被發現廣泛存在于玉米［25］、菜籽［24］和茭白［26］中，然而蔬菜中木質素的積累會影響其品質和口感［27］。竹筍在采后貯藏期間，也會造成表面水分丟失以及合成木質素的前體物質的大量表達，最終導致下游的木質素含量增加，造成木質化程度加劇，影響食用價值。

2.2 抑制與木質素合成途徑相關酶活性

如圖1所示，木質素生物合成途徑需要多種酶參與，其中PAL、POD和CAD最為常見，PAL和POD分別是木質素合成的第一步和最后一步，各種處理措施在一定程度上延緩這3種酶活性的增加，該結果與Huang等［18-19］研究蕨菜采后木質化相關結果一致，即PAL和POD活性增加，木質化程度加劇，食用的價值將大大下降。近些年來，越來很多的學者運用蛋白質組學對果蔬采后木質化進行研究［18-19］，通過TCA-丙酮結合酚抽法提取研細胞總蛋白，然后對蛋白表達量達到2倍以上的差異蛋白進行細胞定位、功能分析、表達量的變化趨勢分析，在結合果蔬在貯藏期間生理生化指標的變化趨勢，確立影響其木質化過程的關鍵蛋白，然后采用生物工程技術控制該蛋白表達基因，從分子層面上抑制采后果蔬木質素的合成。

2.3 提高與ROS代謝相關酶活性

ROS是細胞有氧代謝的產物，當植物受到生物或非生物脅迫時，會產生過量的ROS，損害細胞結構和功能的完整性，導致細胞衰亡。研究發現：各種處理提高了與ROS代謝相關酶（SOD、CAT和APX）活性，清除ROS能力增強，減少ROS積累對細胞的傷害。然而ROS清除能力有限，仍會造成ROS積累，如H2O2的積累，有利于木質素單體進一步合成木質素。

2.4 抑制病原菌生長

當病原菌侵入寄主細胞后會導致寄主細胞產生和積累木質素，木質素作為植物體內一種重要的抗菌物質，可有效保護細胞免受病原菌侵染［28］。許勇等［29］指出，受枯萎病病原菌侵染的西瓜幼苗葉片和根莖組織中木質素含量提高。從某種程度上說，各種保藏措施能抑制竹筍病原菌的生長，因病原菌減少誘導竹筍細胞木質化的程度將減弱。

2.5 酚類物質的表達促進木質化進程

酚類物質廣泛存在于蔬菜組織中，是酶促褐變發生的根本原因，然而不同蔬菜中酚類物質種類差異較大，茭白中主要酚類物質為沒食子酸、愈創木酚和咖啡酸；蓮藕中主要為兒茶酚；而麻竹筍中以4-對羥基苯甲醛為主、而毛竹春筍中多酚類化合物主要為鄰苯三酚和鄰苯二酚，有報道指出，酚類物質是木質素合成的前提物質，可直接在相關木質素合成酶的作用下轉化為木質素，而咖啡酸在茭白酚提取物中的比例高達25.57%，與鮮切茭白貯藏過程中快速木質化密切關聯［32］，因此推斷竹筍中的酚類物質可能與其采后木質化有一定關系。

從相關文獻來看，目前報道都是通過測定與木質素合成相關酶活性、MDA以及乙烯活性氧自由基指標等變化規律角度研究竹筍采后木質化；亦可從竹筍蛋白表達差異角度研究相關蛋白的變化，探索與木質化密切相關蛋白的表達，從分子水平揭示其木質化的機制；也可從木質素合成途徑目標代謝物的差異方面研究其木質化機理，為竹筍今后保鮮加工提供理論依據。

3 結語

目前，延緩竹筍木質化方法主要有涂膜法、氣調保藏、預冷處理、外源化學物質保藏、低壓及熱處理等，其作用機理是通過抑制木質素合成，提高了活性氧代謝相關酶（SOD、CAT和APX）活性，延緩貯藏期間水分下降，降低了筍體表面微生物菌群的數量，抑制竹筍貯藏期間木質素及纖維素含量的上升。筍體中含有多酚類物質既能發生酶促褐變，也是采后竹筍發生木質化不可或缺的因素，可從多角度采取措施延緩竹筍采后木質化，該研究結果為今后竹筍品質改良以及采后保鮮提供一定參考。木質素合成途徑涉及多步反應，中間代謝產物達20多種［23］，且生成的木質素也有多種形式，分別為H-木質素、S-木質素以及G-木質素。目前國內外有關果蔬采后木質化的研究未區分木質素的形式，也沒有對相關中間產物如肉桂酸、對香豆酸、咖啡酸、阿魏酸、芥子酸、松柏酸、芥子醇、松柏醛和芥子醛等含量變化進行研究。今后的研究方向應借助代謝組學技術，探索竹筍木質素合成產物的具體形式以及影響木質素合成的關鍵環節，有針對性地對其木質化進程進行調節與控制。