黄花菜的采后生理与保鲜技术研究进展

许国宁,张卫明,孙晓明,吴素玲

(1.南京农业大学,江苏南京 210095;2.南京野生植物综合利用研究院,江苏南京 210042)

1 黄花菜的应用价值

黄花菜 (Hem erocallis citrina Baroni)又叫金针菜,原名叫萱草,古称“忘忧”。黄花菜是人们喜吃的一种传统蔬菜。因其花瓣肥厚,色泽金黄,香味浓郁,食之清香、鲜嫩,爽滑同木耳、草菇,营养价值高,被视作“席上珍品”。

黄花菜是一种多年生草本植物的花蕾,味鲜质嫩,营养丰富,含有丰富的花粉、糖、蛋白质、维生素C、钙、脂肪、胡萝卜素、氨基酸等人体所必须的养分,其所含的胡萝卜素甚至超过西红柿的几倍,黄花菜在含钙、糖和热量方面,在蔬菜中居首位,在含磷、蛋白质、脂肪、B族维生素方面居第二位,含铁量高于菠菜 15倍。据测定:每 100 g黄花菜干品中含有蛋白质 14.1 g、脂肪 0.4 g、碳水化合物 60.1 g、钙463 mg、磷 173 mg、铁 16.5 mg、胡萝卜素 3.44 mg、核黄素 0.14 mg、硫胺素 0.3 mg、尼克酸 4.1 mg等[1]。其中碳水化合物、蛋白质、脂肪三大营养物质分别占 60%、14%、2%。

黄花菜还有很好的医疗与保健作用。据《本草图经 》载:“黄花菜安五脏、利心志、明目疗愁。”《食疗本草》载:“嫩苗为蔬,食之动风,令人昏然如醉,故名忘忧。”《云南中草药选》:镇静,利尿,消肿。治头昏,心悸,小便不利,水肿,尿略感染,乳汁分泌不足,关节肿痛。传统医学还认为黄花菜有安神入眠的作用,潘炘等[2]也证实了黄花菜提取物具有良好的催眠作用。现代医学研究证明:黄花菜具有较好的止血、消炎、清热、利湿、健脑、益智、消除自由基与抗衰老功能,日本医学家把它列为八种健脑食品之首,故又名“健脑菜”。最新研究发现:黄花菜有降低血清胆固醇的良好作用,对防止脑溢血、心脏病、动脉粥样硬化、神经衰弱等病症十分有益。近年来还发现萱草根具有抗结核和治疗血吸虫病的作用。

2 黄花菜采后生理研究进展

黄花菜采收后仍然是一个“活”的、有生理机能的有机体,在流通和贮藏中仍然需要进行呼吸、蒸发等生理活动而维持其生命。在果蔬的采后,呼吸作用、蒸腾作用、成熟、衰老是影响果蔬内部和外部品质的主要活动[3]。随着保藏的时间的增长,黄花菜的品质、呼吸作用、蒸腾作用、乙烯含量以及相关的一些酶的含量等都会发生相应变化。这些变化最终导致了黄花菜的食用品质下降,甚至是腐败变质。

2.1 呼吸作用

呼吸作用是果蔬采后最主要的生理活动,是生命存在的重要标志。呼吸强度的大小影响着果蔬的贮藏特性,呼吸的强弱与贮藏有着一定的比例关系,呼吸强度越高,其耐贮性就越差[4]。呼吸强度表明组织中内含物消耗的快慢,反映呼吸量的变化,是采后生理研究和贮藏实践中最常用、最重要的生理指标之一。黄花菜在贮藏的前 3天呼吸强度迅速下降,以后呼吸强度的变化很小。但是,呼吸强度的变化有一些差异,随着贮藏温度和成熟度的提高,呼吸强度降低的幅度也随之减小[5]。黄花菜在常温下,呼吸作用非常旺盛。在低温条件、适宜的O2浓度和CO2浓度可显著抑制黄花菜的呼吸强度。

2.2 蒸腾作用

水分是生物体内最重要的物质之一,它对维持细胞结构的稳定和正常的生理代谢发挥着特殊的作用。也是保证和维持蔬菜品质的重要成分,含水量是衡量蔬菜新鲜程度的重要指标,一般鲜菜含水量为 65%～96%。而黄花菜中的含水量达到了 90%左右,采后的黄花菜因蒸腾失水,造成失重。一般果蔬失水达 5%时,即表现出疲软、绉缩、萎蔫、光泽消褪甚至变质等品质劣变现象。降低保藏的温度和增加保藏的湿度有利于减少蒸腾作用,保持其鲜嫩品质。

2.3 一些酶的变化

果蔬采后的成熟与衰老过程是一个非常复杂的过程,其间有多种酶的参与。一些酶类在采后生理变化过程中随着不同环境、时间也发生着一系列的变化。而植物体内的超氧自由基产生速率的快慢是衡量其衰老水平的一项重要指标,自由基的产生速率加快,则说明衰老加剧[5]。而 SOD、CAT、POD是比较重要的酶类自由基清除剂,主要作用是清除代谢过程中产生的活性氧和自由基,使机体免遭其毒害。另外,酶的存在也会使黄花菜在加工过程中容易发生褐变,也不利于黄花菜的后续保藏。

SOD是与活性氧代谢密切相关的酶类,SOD活性与耐氧化性呈正相关。SOD能在植物衰老过程中清除组织中的活性氧,维持活性氧代谢的平衡,保护膜结构,因而能够延缓衰老。CAT催化分解组织中的高浓度的 H2O2,从而使 H2O2控制在较低水平,降低 H2O2产生的·OH对机体造成的危害。POD属氧化还原酶,该酶活性与果实呼吸作用、乙烯的生物合成以及衰老细胞的活性有关。POD能够催化组织中低浓度的 H2O2氧化其他底物,用以清除过氧化物和 H2O2,降低 H2O2对机体的侵害作用。上述 3种酶协调一致即可使生物体内的自由基维持在较低水平从而防止自由基的毒害。

研究表明:利用一定的浓度的O2和一定浓度的CO2的气调环境或者低温环境以及一些保鲜剂能维持这 3种酶的较高浓度,因而可以预防衰老。

2.4 乙烯含量的变化

乙烯 (Ethylene)是植物体内的一种内源性激素,对果蔬的成熟、衰老有重要的调节作用。在贮藏过程中果实本身在酶的作用下会产生内源乙烯并向外释放,使贮藏环境中的乙烯浓度增高,从而又促进果实呼吸代谢,加速其成熟和衰老[6]。控制乙烯的生物合成是延长果蔬贮藏期的关键。ACC合成酶、乙烯形成酶和 ACC丙二酰基转移酶是参与反应乙烯在生物合成过程中的 3种酶,可以通过控制 3种酶的活性进而对乙烯的合成加以调控。1-MCP(1-Methylcyelopropene,1-甲基环丙烯)具有抑制剂作用,明显抑制果实采后乙烯生成并降低呼吸延迟其高峰出现[7]。另外,通过基因工程调节乙烯生物合成相关酶的含量或活性以阻断或减少果蔬中乙烯的产生,从而延缓果蔬成熟或衰老,已成为果蔬保鲜最重要的策略之一[8]。

3 黄花菜的保鲜技术

黄花菜开花正值 6～8月高温季节,黄花菜的花经常在午夜开放,并在随后 12 h后迅速凋谢。常温条件下鲜黄花菜耐贮性较差,用普通薄膜袋包装,第2天全部开花,第 4天开始腐烂。故此,黄花菜的保鲜也成为了研究的重点。

3.1 气调保藏 (Controlled Atmosphere)

气调保鲜是通过对保藏温度、低氧气浓度、高二氧化碳浓度、甚至还有氮气浓度等的合理调控,最大限度地抑制果蔬的呼吸作用,延缓成熟过程,从而达到保鲜的目的[9、10]。用气调贮藏叶菜能有效地降低叶绿素分解及保持其原有风味与品质。采用轻度真空包装或自发气调保鲜膜包装也具有较好的防腐保鲜作用,龚吉军[11]等将黄花菜用小袋包装气调贮藏,在较低的温度下,结合使用保鲜剂和吸氧剂,可以较好地延缓其衰老,延长贮藏寿命。

3.2 冷冻与冷藏

冷藏在果蔬保鲜中是应用最为广泛的方法。冷冻与冷藏是利用低温度能抑制呼吸作用,减弱果蔬的生理活动来延长果蔬的保鲜期。黄花菜在贮藏的前 3天呼吸强度迅速下降,以后的呼吸强度的就化很小,随着贮藏温度和成熟度的提高,呼吸强度降低的幅度也随之减小。龚吉军[5]等研究表明温度对黄花菜的呼吸强度、蒸腾作用的影响比较显著。冷冻与冷藏对黄花菜的保藏都有较好的效果。范学钧[12]等研究发现 7～8 cm长花蕾在电冰箱低温 (0～5℃)冷藏保鲜期 3～4 d,5～6 d发黏,7～8 d内腐烂,花蕾在低温下还有伸长甚至开花的能力,5-6 cm长花蕾低温冷藏可保鲜 7 d。张欣[13]和黄中培[14]等研究发现采用速冻保藏工艺,可保持黄花菜的色泽、风味、质地和 Vc等营养成分。

3.3 化学保鲜

化学保鲜是用食品添加剂进行保鲜 (防腐剂、杀菌剂、抗氧化剂)、抗生素保鲜、淹渍、烟熏等方法对食品进行保鲜,进而延长果蔬的货架期。长期以来,使用化学保鲜剂调控果蔬的采后保藏一直被认为是快速有效的方法。但是,随着人们对食品的安全性意识增强,人们开始注意到化学防腐保鲜剂的潜在危险。不过,随着科技的发展,越来越多的天然的食品保鲜剂被开发出来。

龚吉军[5]等研究发现 6-苄基腺嘌呤 (6-BA)处理能提高黄花菜中的超氧化物歧化酶的活性,同时能抑制超氧自由基、丙二醛的生成、抑制过氧化物酶和过氧化氢酶活性的提高,从而延缓采后黄花菜的衰老。另外,范学钧[12]等研究发现了利用化学保鲜剂可以保鲜 8天左右而不变质。

3.4 物理保鲜

物理保鲜主要是采用电、磁、微波、辐射、臭氧和超高压技术等应用于食品保鲜过程来延长食品的保鲜期。具有高效、安全可靠、无污染、无残留,可以保持食品原有的色、香、味等优点。随着消费者对食品的质量与安全性的要求也越来越高,物理技术已被越来越多的应用于食品贮存与保鲜。

郑贤利[15]等利用 Co-60γ射线辐照新鲜黄花菜,结果表明:不同的包装材料、不同的包装方式、不同的贮存条件、不同的吸收剂量均影响鲜黄花菜的保鲜效果,并且鲜黄花菜保鲜效果与辐照剂量有关,低剂量优于高剂量。但是,Yang[16]等研究则表明:60Coγ射线用 1kGy剂量对黄花菜进行辐射,用电子显微镜观察发现超微观结构有所破坏,高剂量辐射不适合对新鲜黄花菜进行处理。范学钧[12]等采用紫外线加充 O3、紫外线加抽气减压分别处理 7～8 cm长的新鲜黄花菜后,保鲜效果好,在低温冷藏条件下可达到 10 d左右。杨大伟[17]等对薄层黄花菜先热风干燥至含水量为 48%,再改用微波干燥到最终含水量 15%,不但能明显缩短干燥时间,而且可保证产品质量。

3.5 热处理

采后热处理常用于农作物的消毒与灭虫,也包括花类和果蔬。热处理也会对乙烯的产生、呼吸作用、软化、颜色变化、品味的变化有影响。热处理能抑制果蔬呼吸强度、乙烯生成及相关酶活性,促进果蔬保持色泽和硬度,有效防治冷害、病虫害发生。热处理能杀死或钝化引起腐烂的多数病原菌,又由于热处理的时间短,故对果蔬各种生化指标的影响不大。董华强[18]等将西兰花先 40℃10 min后 50℃5 min的双温热处理,明显地提高了贮藏品质,有利于西兰花的贮藏保鲜 (叶绿素损失少、染病率低、细胞膜透性低等)。在对黄花菜进行热处理时,不仅可以灭活黄花菜中的酶活性防止酶促反应的进行,还会对黄花菜中的秋水仙碱起到了很好的脱除作用。

3.6 其它保鲜技术

在果蔬保鲜方面,还有调压保鲜技术、生物保鲜技术等,但是有关黄花菜的这方面的研究仍有欠缺。研究发现,改变食品保藏环境的压强也可以延长食品的保持期。减压贮藏是通过把贮藏场所的气压降至 1/10大气压甚至更低,达到低氧和超低氧的效果,达到限制微生物繁殖和保持果蔬最低限度的呼吸作用,从而达到保鲜的目的;而加压保鲜是给贮藏贮藏环境一个外在压力,使贮存物外部大气压高于其内部蒸气压,这样可以阻止果蔬水分和营养物质向外扩散,减缓呼吸速度和成熟度,在加压状态下微生物被抑制,引起蛋白质、酶等变性,故能延长果蔬的保藏期。超高压技术是将密封于容器内的食品置于以水或其它液体为传压介质的无菌压力系统中,在高压 (一般为 100～1 000 MPa)下处理一段时间,以达到杀菌,灭酶和改善食品特性,进而来延长食品的保藏期。纵伟[19]等将鲜切哈密瓜片经 600 MPa超高压处理 10 min后,发现能有效杀灭鲜切哈密瓜片中的微生物,抑制 PPO的活性,抑制褐变,经过保藏 9 d后,瓜片仍然具有较好的硬度和较高的维生素 C含量。

近年来由于生物技术的蓬勃发展,生物技术也成为了果蔬采后生理及贮藏保鲜的一个研究方向。基因工程技术保鲜是从基因工程角度将农产品成熟、衰老调控基因以及抗病基因、抗褐变基因等转导,以解决农产品的保鲜问题。另外,也利用生物技术生产天然保鲜剂或抗菌剂等。Xiong,et al[20]通过 RNA干涉促使番茄 ACC氧化酶基因沉默,所获转基因番茄的最长货架期可达 120 d,并且总可溶性糖、氨基酸等的含量接近于未转化的番茄。

4 结论与前景

黄花菜是我国的一种特产蔬菜。在我国的湖南、浙江、江苏、甘肃、湖北、四川、陕西、河南等省都有大面积种植。由于黄花菜的保鲜期比较短,鲜黄花菜中又因含有能致毒的物质秋水仙碱,使新鲜的黄花菜不能被普遍地食用。在市场上,干制黄花菜成为了主要的黄花菜制品。但是由于黄花菜的干制使其的营养价值损失严重,品味变化较大,不能很好地被食用,黄花菜的保鲜就成为了学者研究的重点。目前,黄花菜的气调保藏、气调包装研究已日益成熟,快速冷冻加工也日趋完善,再者,黄花菜中的秋水仙碱的去除方式也日趋方便和多样化。60℃的热处理、紫外线处理、微波处理及化学和臭氧处理等都能脱除黄花菜中的秋水仙碱。

在当今社会,鲜切蔬菜已广泛出现,人们在追求安全与营养的同时,由于鲜切食品的方便性,也开始受到关注。随着科学技术的不断发展,黄花菜的保鲜技术也会不断地得到完善,通过物理和化学的手段,对黄花菜进行消除秋水仙碱处理的同时也能最大化保持黄花菜的营养价值,使黄花菜能新鲜、安全地进入百姓的餐桌上。

[1] 毛建兰.黄花菜的营养价值及加工技术综述[J].安徽农业科学,2008,36(3):1197-1198.

[2] 潘 炘.黄花菜保鲜与保健功能的研究[D].杭州:浙江大学,2006.

[3] HorstB,Ingeborg G,Ulrike B.Physiological postharvest responses of marjoram[J].Postharvest Biology and Technology,1999(15):41-52.

[4] Don W B,ChrisM C.Shelf-life of stored asparagus is strongly related to postharvest respiratory activity[J].Postharvest Biology and Technology,1995(5):77-81.

[5] 龚吉军.黄花菜贮藏保鲜研究[D].长沙:湖南农业大学,2003.

[6] Karen A F,Jeffrey C S,Larry G.Campbell.Ethylene production and ethylene effects on respiration rate of postharvest sugarbeet roots[J].Postharvest Biology and Technology,2010(56):71-76.

[7] 孙希生,王文辉.1-MCP对苹果采后生理的影响[J].保鲜与加工,2002,2(4):3-7.

[8] 张华峰,张 宾.乙烯生物合成基因工程在果蔬保鲜中的应用[J].生物技术,2005,15(6):80-82.

[9] ShimonM,Miriam A,Yoram F,et al.Further studieson the controlled atmosphere storage of avocados[J].Postharvest Biology and Technology 1995(5):323-330.

[10] 牛宝卫.大菱鲆冰温气调保鲜技术研究[D].青岛:中国海洋大学,2009.

[11] 龚吉军,谭兴和.鲜黄花菜小袋包装气调保藏技术[J].湖南农业大学学报,2003,29(1):57-60.

[12] 范学钧,任考亮,李士豪,等.黄花菜保鲜与干制试验报告[J].西北园艺,2000,(6):13-14.

[13] 张 欣,马 明.黄花菜速冻工艺的研究[J].冷饮与速冻食品工业,2000(2):10-11.

[14] 黄中培,申双贵.有机黄花菜速冻工艺研究[J].农产品加工,2008(1):33-35.

[15] 郑贤利,凌 球,罗治平.鲜黄花菜辐照保鲜研究[J].南华大学学报:自然科学版,2008,22(4):57-59.

[16] YangM S,Chyau C C.Effects of irradiation on epidermis ultrastructure of fresh day-lily flowers[J].Radiation Physics and Chemistry,2002(63):249-251.

[17] 杨大伟,夏延斌.脱水黄花菜加工过程中的预处理工艺研究[J].食品工业科技,2003,24(11):44-47.

[18] 董华强.双温热处理对西兰花采后贮藏品质的影响[J].食品科学,2005,26(12):231-234.

[19] 纵 伟,李 晓,赵光远.超高压保鲜鲜切哈密瓜片的研究[J].江苏农业科学,2008(5):256-257.

[20] XiongA S,Yao Q H.Different effects on ACC oxidase gene silencing triggered by RNA interference in transgenic tomato[J].Plant Cell Reports,2005,23(9):639-646.