鮮切花椰菜保鮮技術研究進展

王佳宇,胡文忠,*,管玉格,于皎雪,趙曼如

(1.大連民族大學生命科學學院,遼寧大連 116600; 2.大連理工大學生命科學與技術學院,遼寧大連 116024)

花椰菜(Cauliflower)又名花菜、菜花,屬十字花科,原產于地中海沿岸,分布廣泛,是一種半耐寒蔬菜[1]。花椰菜含有豐富的維生素C、膳食纖維等營養成分,口感清香脆爽,還含有類黃酮及芥子油苷等抗氧化物質,具有較強的抗氧化活性和防癌抗癌能力,因此廣受消費者的青睞[2]。然而,花椰菜受切割后,大量營養成分隨汁液流失同時與空氣接觸面積增加,提高了微生物侵染機率,使鮮切花椰菜的營養價值和商品價值大大降低[3-4]。本文結合鮮切花椰菜在貯藏過程中感官品質、生理生化反應及生物安全方面的變化規律,重點介紹了鮮切花椰菜的物理、化學和生物保鮮技術的研究進展,并討論了其在今后的發展趨勢,為鮮切花椰菜保鮮技術進一步研究和開發提供理論基礎。

1 物理保鮮技術

1.1 包裝保鮮技術

包裝保鮮技術主要是依靠保鮮膜的氣調作用,使包裝內的O2和CO2濃度處在一個對鮮切果蔬無害的水平,以此來降低鮮切果蔬的呼吸強度,減緩造成腐敗變質的生理生化反應速率,延長鮮切花椰菜貨架壽命[5-6]。Mashabela等[7]使用聚丙烯薄膜(PP)、微孔氣調保鮮膜(PF)、20%高阻隔薄膜+80%雙軸拉伸聚丙烯薄膜(20NF)與40%高阻隔薄膜+60%雙軸拉伸聚丙烯薄膜(40NF)分別對鮮切花椰菜包裝處理,結果發現20NF(含6.1% O2和11.4% CO2)保鮮效果最好,可有效通過降低鮮切花椰菜中抗壞血酸、總酚、類黃酮和芥子油苷分解速率而使其抗氧化能力大大提高,維持鮮切花椰菜較好的感官品質并推遲褐變現象的發生。Madonna等[8]對20NF保鮮膜的保鮮性能進一步研究,發現同樣在5 ℃條件下經20 NF保鮮膜(25 cm×14.4 cm)包裝處理的鮮切花椰菜還可有效防止包裝內濕度飽和和水蒸氣冷凝,且在溫度和濕度適宜條件下可最大限度的減少呼吸速率與蒸騰速率,降低失重率。Raseetha等[9]用塑料袋、可收縮性薄膜和白紙分別對鮮切花椰菜進行包裝處理,發現白紙包裝的保鮮效果最佳,總酚含量和抗氧化活性分別增加了27.77和17.78 mg/100 g,有效抑制了鮮切花椰菜酶促褐變現象的發生。因此綜上所述,包裝保鮮技術可有效增加鮮切花椰菜的抗氧化能力,提高其在貨架期間的感官品質與商品價值。

1.2 臭氧水保鮮技術

臭氧具有強氧化性和強殺菌性,其殺菌能力大約是氯的30倍,可通過延緩有機物分解和抑制微生物生長繁殖延長鮮切花椰菜的貨架期[10]。徐春濤等[11]發現質量濃度為8.12 mg/L的臭氧水可將鮮切花椰菜表面微生物約降低了1 lg CFU/g,同時可提高蛋白質和VC的含量,抑制失重率的增加,最大程度的保持鮮切花椰菜感官品質。王瑾等[12]研究發現使用質量濃度更大的9.16 mg/L臭氧水處理鮮切花椰菜,可抑制呼吸強度,減緩不利的生理生化反應速率進而減少營養物質的流失,更好維持鮮切花椰菜的營養和外觀品質。姜愛麗[13]發現不同濃度的臭氧水均可有效抑制鮮切花椰菜表面微生物的生長,降低還原糖含量下降速度,且濃度越高效果越好,這與徐春濤等[11]和王瑾等[12]的研究結果一致。上述三項研究表明,高濃度的臭氧水對維持鮮切花椰菜的感官品質更有效。

1.3 短波紫外線(UV-C)技術

短波紫外線是一種非熱的保鮮方法,因其設備便宜、使用方便、無污染等優點逐漸成為鮮切果蔬保鮮技術的主流,其機理是UV-C可穿透微生物的細胞膜,引起同一條DNA鏈中相鄰的胸腺嘧啶和胞嘧啶之間發生交聯,導致 DNA 復制和翻譯受阻從而使微生物滅活,達到改善鮮切果蔬貯藏品質和延長貨架期的目的[14-15]。Tawema等[16]發現采用5 kJ/m2劑量的短波紫外線(UV-C)照射鮮切花椰菜,可以通過破壞細菌的脫氧核糖核酸,從而使單增李斯特菌和大腸桿菌O157∶H7的數量分別減少了1和0.7 lg CFU/g。同時,中國農業科學院農產品加工研究所王志東團隊[17]發現,UV-C照射同為十字花科蔬菜的紫甘藍,可通過影響花青素糖基轉移酶和酰基轉移酶基因的表達水平調控花青素代謝,增加紫甘藍的花青素含量,提高其抗氧化能力。Martínez-Hernández等[18]也同樣發現使用輻照強度為4.5 kJ/m2UV-C照射鮮切西蘭花,可有效抑制微生物菌群的生長,增加總酚含量,提高其抗氧化能力。因此,UV-C可通過抑制微生物生長和調控代謝來延長鮮切花椰菜或其他果蔬的貨架期,同時因其非熱保鮮的特點還可期望與其他保鮮技術相結合,創造出更多實用高效的鮮切花椰菜保鮮方法。

1.4 微波保鮮技術

微波是一種頻率在 3×102～3×106MHz之間的高頻交變電磁波,其滅菌機理是熱效應與非熱效應協同作用的結果。微波熱效應是指在強微波場的作用下使物質的溫度升高,破壞微生物細胞內蛋白質、核酸等復雜化合物的空間結構,從而殺滅微生物;而非熱效應是指在不引起生物體內明顯升溫的情況下,使微生物細胞內發生各種生理生化變化,達到滅菌的目的[19-20]。殷涌光等[21]以微波功率、VC和檸檬酸作為影響鮮切花椰菜保鮮的因素設計正交試驗,結果發現微波功率為850 W,VC和檸檬酸質量濃度均為0.06%是貯藏鮮切花椰菜的最佳工藝條件,其既可減少鮮切花椰菜水分的損失,維持硬度,又可有效減緩抗壞血酸含量降低,維持較好的抗氧化能力,保護組織細胞免受氧化損害而減緩衰老進程。另外,微波同樣也在鮮切萵筍[22]、鮮切西蘭花[23]和鮮切石榴籽粒[24]保鮮中取得了良好的效果,均可有效提高其在貯藏期間的感官品質,延長貨架期。近年來,微波殺菌因其殺菌溫度低于常規方法、且無化學殘留等優點已成為鮮切果蔬保鮮研究的熱點。

1.5 光照保鮮技術

光照是一種新興的物理保鮮方法,具有操作簡單、成本低廉、對環境友好等優點,但目前關于光照保鮮技術的原理尚未統一[25-26],主要有四種觀點:a.光照可通過光合作用產生糖類物質延緩鮮切果蔬衰老[27];b.光照可通過抑制鮮切果蔬組織內的乙烯釋放量延緩鮮切果蔬衰老[28];c.光照可促進光合作用和呼吸作用形成ATP延緩鮮切果蔬衰老[29];d.光照可引起葉片的氣孔開放延遲鮮切果蔬衰老[30]。過氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)是引起鮮切花椰菜褐變的關鍵酶,可使酚類、類黃酮等抗氧化物質發生氧化和聚合,導致植物組織褐變的同時營養價值也大大降低,嚴重影響鮮切花椰菜的感官品質。Zhan等[31]采用功率為36 W的T8熒光燈(24 mol·m-2·s-1)照射鮮切花椰菜發現,POD和PPO活性分別降低了16%和26%,褐變指數(BI)降低了33%,顯著延緩了鮮切花椰菜褐變的速率。同時,PAL活性提高了20%,增加了苯丙烷代謝的速率,促進酚類物質的合成與積累,使總酚含量提高了41%,從而顯著提高了抗氧化能力,減輕活性氧對細胞系統的毒害,有效延緩了鮮切花椰菜的衰老進程。Luksiene等[32]將切分處理的花椰菜浸泡于50 mL蠟樣芽孢桿菌懸浮液中,使用5 Hz的脈沖光照射處理,結果發現切分處理的花椰菜中的蠟樣芽孢桿菌的數量降低了1.3 lg CFU/g,且沒有觀察到脈沖光對鮮切花椰菜顏色和質地產生不良影響。因此綜上所述,光照保鮮技術可作為一種有效的保鮮方法廣泛應用于鮮切花椰菜的保鮮行業中。

1.6 熱處理保鮮技術

熱處理是一種傳統的物理保鮮方法,能夠提高鮮切花椰菜貯藏抗性及改善貯藏品質。其機理主要分為兩個方面:a.熱處理可以通過降低鮮切花椰菜表面的微生物數量,減少病原菌的侵染延緩鮮切花椰菜衰老;b.熱處理可以鈍化鮮切果蔬酶促褐變的關鍵酶,抑制褐變程度延緩鮮切花椰菜衰老[33-34]。Miceli[35-36]等發現經48 ℃熱風處理180 min的鮮切花椰菜中可滴定酸含量明顯增加,同時減少了花頭褐變現象的發生,使鮮切花椰菜的貨架期延長至3周。而肖立志[37]、劉娟[38]和宋慕波等[39]同樣發現熱處理還可維持鮮切荸薺、鮮切蘋果以及鮮切馬蹄在貯藏期間的品質,延緩衰老進程。以上三項與鮮切花椰菜研究結果一致,因此熱處理是一種對鮮切花椰菜和其他果蔬的貯藏具有應用前景的保鮮技術。

1.7 其他物理保鮮技術

除上述提到的保鮮技術外,一些學者還研究通過對花椰菜進行采前處理來提高鮮切花椰菜在貯藏期間的品質。Garg等[40]研究加工條件對鮮切花椰菜微生物群落的影響,結果發現在工業生產中通過對生產線中的傳送帶進行消毒,可使鮮切花椰菜小花的微生物數量降低35%。同時Garg等[40]還發現通過去除花椰菜的外層葉子也可減少微生物的數量,降低污染延緩腐敗變質。Giuffrida等[41]使用電導率為4.0 dS·m的營養液培養花椰菜,探究采前鹽脅迫對鮮切花椰菜貯藏期間品質特性的影響,結果表明為保護植物細胞免受鹽誘導的氧化脅迫,受采前鹽脅迫的鮮切花椰菜中抗壞血酸、酚類物質以及芥子油苷等抗氧化物的濃度顯著增加,提高了清除自由基和抵抗活性氧毒害的能力。同時可溶性固形物含量也顯著增加,降低了營養物質的消耗速度,使鮮切花椰菜維持較高的感官品質。

物理保鮮技術具有安全衛生、操作方便、受外界因素影響小以及不改變鮮切原料營養成分等優點[42]。同時,物理保鮮也是鮮切花椰菜保鮮應用最廣的技術,其中臭氧水、UV-C和微波保鮮技術主要通過殺滅或抑制鮮切花椰菜表面病原菌生長來延長鮮切花椰菜的貨架期。而包裝和熱處理保鮮技術則是通過降低鮮切花椰菜自身不利的生理生化反應速率而在貯藏期間保持較高的感官品質。另外,光照保鮮技術保鮮效果雖顯著,但其保鮮技術原理尚不明晰,還需進一步研究與完善。

2 化學保鮮技術

2.1 乳酸鈣保鮮技術

乳酸鈣是一種新型綠色的食品添加劑,不僅可以增強果實硬度,還具有保持水分、調節酸度、抗氧化以及清除自由基等作用,已被廣泛應用于鮮切果蔬保鮮技術中[43]。高姍等[44]發現使用1.4%(W/V)乳酸鈣處理鮮切花椰菜,可顯著提高POD和PAL活性,同時PAL誘導丙烷代謝合成大量酚類物質導致總酚含量上升了1.59倍,有效提高了抗氧化能力,使鮮切花椰菜VC含量和硬度維持在一個良好的水平。另外,金文斌等[45]、焦艷等[46]和田密霞等[47]發現使用乳酸鈣分別對鮮切菠菜、鮮切西瓜和鮮切皇冠梨進行保鮮,同樣可減緩上述鮮切果蔬生理生化反應速率延緩衰老進程,延長其貨架期。由此可見,乳酸鈣處理可有效延長鮮切花椰菜貨架期,在其他鮮切果蔬保鮮中同樣具有良好的應用前景。

2.2 抗壞血酸保鮮技術

抗壞血酸是一種良好的抗氧化劑,能夠清除損傷細胞膜和酶分子結構的自由基,有效防御活性氧對鮮切果蔬組織的毒害,達到延長鮮切果蔬貨架期的目的[48]。王蓉蓉[49]研究發現0.5%抗壞血酸可延緩鮮切花椰菜中MDA的升高速度,在一定程度上抑制膜脂過氧化發生,保持細胞膜完整性。同時還可有效抑制PPO活性,維持VC和葉綠素含量,防止鮮切花椰菜變黑、變紅現象的發生。另外,0.5%抗壞血酸在鮮切花椰菜貯藏期間還提高了清除超氧陰離子和羥基自由基等活性氧的能力,增強組織對活性氧毒害的抵抗,起到延緩衰老的作用。此外,單一的抗壞血酸對鮮切花椰菜保鮮效果畢竟有限,郁志芳[50]采用0.1%抗壞血酸和0.2%亞硫酸氫鈉(NaHSO3)復合處理對鮮切花椰菜的保鮮效果進行研究,結果表明該處理組可降低鮮切花椰菜的呼吸強度,維持可溶性固形物和有機酸含量,將感官品質和可食率提高了10.7%,延長了鮮切花椰菜的貨架壽命。

2.3 氯化十六烷吡啶(CPC)保鮮技術

氯化十六烷吡啶(CPC)是一種消毒殺菌劑,其抗菌機理主要是由于氯化十六烷基吡啶離子和細菌的酸性分子相互作用,形成弱的離子復合物而干擾細菌呼吸,從而影響病原菌的新陳代謝防止腐敗變質,達到延長鮮切果蔬貨架期的目的[51-52]。Wang等[53]發現0.5%氯化十六烷吡啶可吸附在細菌表面破壞細胞結構,使鮮切花椰菜中的傷寒沙門氏菌、大腸桿菌O157∶H7和單增李斯特菌數量分別減少了3.15、1.56和3.70 lg CFU/g,將病原菌數量維持在一個較低水平,提高了鮮切花椰菜的食用安全性。袁詩芬等[54]和孫鴻祺等[55]也均發現氯化十六烷吡啶對大腸桿菌、脆弱類桿菌、葡萄球菌等病原菌有較強的抑菌作用。因此,氯化十六烷吡啶可通過抑制微生物的生長延長鮮切花椰菜貨架期,而且對其他鮮切果蔬的貯藏同樣具有良好的應用前景。

鮮切花椰菜化學保鮮技術中乳酸鈣和抗壞血酸保鮮技術主要通過調控抗氧化酶活性,提高組織對活性氧抵抗能力來延遲鮮切花椰菜衰老。而氯化十六烷吡啶則是通過殺滅或抑制鮮切花椰菜表面微生物的生長繁殖,減緩腐敗變質來提高其貨架壽命,但其向鮮切蔬菜行業推行時,還需對感官品質做進一步測評。雖上述化學保鮮劑均可有效延長鮮切花椰菜的貨架期,但部分化學保鮮劑還尚存一定的安全問題,如氯化十六烷吡啶若濃度過高,會傷害人體粘膜且攝入過多會引起中毒現象,因此還需進一步探索是否可與物理化學方法相結合降低氯化十六烷吡啶的濃度,以此消除安全隱患。

3 生物保鮮技術

生物保鮮技術具有處理費用低、貯藏條件易控制和符合綠色環保要求的優點,主要分為三類:利用微生物菌體及其代謝產物保鮮、天然提取物保鮮以及基因工程保鮮[56]。

天然提取物保鮮具有來源廣泛、安全性高、成本相對較低等優點,可以通過抑制微生物生長繁殖來提高鮮切果蔬品質,延長貨架期[57]。Tawema等[16]發現混合天然抗菌劑(牛至環氧乙烷∶柑橘提取物∶乳酸=0.01∶0.1∶1)與γ射線聯合使用可使鮮切花椰菜中單增李斯特菌數量減少1.5 lg CFU/g,使大腸桿菌O157∶H7以及酵母菌和霉菌數量均減少2 lg CFU/g,可顯著降低鮮切花椰菜劣變速度。曾維麗等[58]使用1.0 g/L白花菜提取物處理花椰菜,同樣發現其能有效抑制微生物的生長,減緩花椰菜的褐變速度和VC降解速度,較好地保持花椰菜的品質。因此綜上所述,天然提取物對鮮切花椰菜具有良好的保鮮效果,且因其綠色環保,無毒副作用,具有較大的開發應用價值。

三類生物保鮮技術中只有天然提取物保鮮技術已在鮮切花椰菜中應用,而微生物菌體及其代謝產物保鮮技術和基因工程保鮮技術還尚未發現應用于鮮切花椰菜保鮮中,因此綜上所述,鮮切花椰菜生物保鮮技術的開發和應用仍任重道遠,研究發展新型、無污染的生物保鮮技術,將是今后研究的方向。

4 展望

當前隨著人們生活水平和對健康生活要求的提高,新鮮、方便、營養豐富的鮮切花椰菜日益受到人們喜愛,而如何保持鮮切花椰菜品質和延長其貨架期成為當下研究的熱點。國內外現有的鮮切花椰菜保鮮技術主要有:包裝、UV-C、微波、光照、乳酸鈣、抗壞血酸、天然提取物等。目前,物理保鮮技術由于安全、成本低、受外界環境影響小、處理條件易控制等優點,廣泛用于鮮切花椰菜的保鮮,且仍是今后研究的主要方向。化學保鮮技術雖也對鮮切花椰菜有較好保鮮效果,但由于部分化學保鮮劑存在一定的安全問題,使其是否適用于大規模鮮切花椰菜保鮮還有待于進一步研究。

生物保鮮技術中天然提取物對鮮切花椰菜顯示出良好的保鮮效果,而基因工程和微生物菌體及其代謝產物保鮮技術還尚未發現應用于鮮切花椰菜保鮮。其中微生物菌體及其代謝產物保鮮是指利用具有拮抗作用的微生物如乳酸菌、酵母菌和霉菌等產生的細菌素、抗生素、溶菌酶及蛋白酶等次生代謝產物,抑制或殺死鮮切果蔬中有害微生物,從而達到防腐保鮮的目的[59]。近年來國內外研究學者發現具有果蔬保鮮效果的拮抗菌主要有:酵母菌,如漢遜德巴利酵母、假絲酵母、隱球酵母、紅酵母、絲孢酵母等;細菌,如芽孢桿菌、假單胞桿菌、放線菌等;霉菌,如木霉、青霉等[60]。且目前微生物拮抗保鮮技術在其他果蔬保鮮中已顯示出良好的保鮮效果,如邱朝坤等[61]、楊小又等[62]、張素琴等[63]和周建儉[64]使用乳酸鏈球菌素(Nisin)分別對草莓、鮮切皇冠梨、白玉枇杷和楊梅進行保鮮。而基因工程保鮮是指通過減少乙烯合成前體1-氨基環丙烷-1-羧酸(ACC)的合成來控制鮮切果蔬內源乙烯的生成,達到延熟保鮮的目的[65]。但同微生物拮抗保鮮技術一樣,基因工程技術也在其他果蔬保鮮中顯示出良好的效果[66],但此保鮮技術還尚未在鮮切花椰菜中應用,有待進一步研究與開發。

因此今后鮮切花椰菜保鮮技術可以以物理保鮮為主,與化學保鮮和生物保鮮相結合的方向進行研究,開發既可延長鮮切花椰菜貨架期,又對人體無害的友好型保鮮技術。另一方面,雖然目前關于鮮切花椰菜的保鮮技術眾多,但關于其機理研究還不夠透徹,因此,今后也可著重探究保鮮技術的作用機理,開發可持續發展的鮮切花椰菜保鮮技術。