鲜切莴苣生理生化变化及其保鲜技术的研究进展

杨晓哲，胡文忠，姜爱丽，修志龙

1(大连理工大学 生命科学与技术学院，辽宁 大连，116024) 2(大连民族大学 生命科学学院，辽宁 大连，116600) 3(生物技术与资源利用教育部重点实验室，辽宁 大连，116600)

鲜切蔬菜(fresh-cut vegetables)是指以新鲜蔬菜为原料，经清洗、修整(去皮)、分级、切割或切分、护色、杀菌、称量、包装等处理后，再经过冷藏运输进入市场冷柜销售，最后供消费者立即食用或者餐饮业使用的一种新型加工产品，被人们称之为“新世纪的革命新生食品”[1]。

莴苣(Lactucasativa)又称生菜、鹅仔菜、唛仔菜、莴仔菜，属于菊科莴苣属。为1年生或2年生草本植物，叶长倒卵形，密集成甘蓝状叶球，可生食，脆嫩爽口，略甜，是一种常见叶类蔬菜[2]。莴苣含有丰富的蛋白质、纤维素、维生素和钙、磷、铁等矿物质，具有显著的抗氧化、抗肿瘤和抗癌等保健功能，营养价值丰富，但是由于莴苣的叶表面积大、含水量高、组织脆嫩等特点，在采收和运输等过程易受损伤，造成呼吸加快、伤乙烯生成速度加快、褐变、切割表面木质化以及营养成分严重损失等现象，而且切割使细胞破裂，易侵染各种微生物，导致产品黄化、腐烂而难以包装贮藏，货架期大大缩短[1]。

近几年，国内外对鲜切莴苣的保鲜技术主要有物理保鲜、化学保鲜、生物保鲜。所有的保鲜技术都是针对以下3个方面进行研究的：第一是通过降低莴苣的呼吸强度控制其品质变化；第二是通过抑制酶促褐变，防止发生黄化；第三是防止微生物的污染，抑制微生物的生长繁殖，从而防止莴苣的腐败变质。

1 鲜切莴苣生理生化变化

采收后的莴苣需要通过呼吸作用分解体内的有机物来维持正常的生命活动。在叶菜加工过程中，叶表面受到机械损伤，表皮细胞暴露在空气中，导致大量的O2通过维管组织进入组织内部，体内的CO2被释放出来，这就使得一直处于低O2、高CO2的组织细胞暴露在高O2、低CO2的环境中，从而加快呼吸强度[4]。

乙烯是一种植物生长调节剂，新鲜莴苣受到机械切割后，乙烯生成量迅速增加，称之为伤乙烯。研究表明这种现象是由于切割诱导1-氨基环丙烷基-1-羧酸(ACC)氧化酶和合成酶活性的增加。伤乙烯的生成能够促进体内有关莴苣成熟酶的快速合成，加快衰老速度，导致组织软化、黄化，货架期大大缩短[5]。据目前研究表明，机械伤害刺激和有害菌侵染等都能诱导果蔬产生乙烯，刺激诱导的防御反应蛋白基因都含有受乙烯调控的气动元件[6]。

酶促褐变是鲜切莴苣中极易发生的现象，是鲜切果蔬行业的研究热点，关于褐变机制的学说中最具有说服力的是酚-酚酶区域分布学说[7]。褐变的发生需要3个条件：底物(酚类物质)、酶和活性氧。在正常的组织细胞中，活性氧的生成与清除处于动态平衡，但当新鲜莴苣受到切割损伤时，这种动态平衡就会被打破，活性氧大量积累，导致膜脂发生过氧化反应，膜结构被破坏，酚类物质和酚酶接触，结果在活性氧存在的情况下酚类物质被氧化成醌类物质而发生褐变[8]。

新鲜莴苣在切割和加工处理中，很容易受到微生物的污染从而导致腐烂。一方面，新鲜莴苣受到机械损伤后，大量的营养物质外流，为微生物的生长提供了有利的条件，加速微生物的生长繁殖；另一方面，切割后的莴苣表面积增大，暴露在空气中，很容易受到各种微生物的污染，比如：大肠杆菌(E.coli)、沙门氏菌(Salmonella)、李斯特氏菌(Listeria)等[9]。

2 物理保鲜技术

2.1 低温保鲜技术

温度是影响鲜切莴苣品质的主要因素。低温可以有效地降低呼吸强度，抑制各种氧化酶的活性，从而控制体内的生理生化反应，延缓衰老和腐败；同时低温能够抑制腐败菌的生长和繁殖，减少对有机物的分解，达到保鲜的效果。TIAN等[10]对不同贮藏温度下鲜切莴苣的品质变化进行了研究，发现0 ℃贮藏条件下的莴苣品质良好，而20 ℃条件下的莴苣品质明显下降，经生化分析显示0 ℃条件下莴苣的多酚氧化酶和过氧化物酶的活性降低，抑制可溶性蛋白和糖的减少以及游离氨基酸的积聚。曹娜等[11]通过实验比较了4 ℃和25 ℃条件下鲜切莴苣的各项生理生化指标，结果表明4 ℃环境下鲜切莴苣的品质保持较好，减缓了表面微生物的生长繁殖，显著减少了抗坏血酸的损失，延缓了呼吸强度和色差的变化。VIACAVA等[12]研究比较了0 ℃和10 ℃贮存条件下的新鲜莴苣的保鲜效果，结果发现0 ℃条件下莴苣的抗坏血酸、叶绿素和酚类物质的降解速率大大降低，减缓了褐变现象，保鲜效果比10 ℃的更加显著。温度越低越有利于鲜切莴苣的保鲜，但是当温度降低到某种程度就会发生冷害，导致货架期大大缩短，一般在0～4 ℃条件下可以维持鲜切莴苣良好的品质，因此应用该技术时应注意温度的控制。

2.2 气调包装保鲜技术

气调包装保鲜是通过自发或人为控制贮藏的气体组成、湿温度的方式，降低蔬菜的呼吸强度，减少营养成分的消耗，延缓衰老腐败[13]。气调包装保鲜分为控制气调包装(CAP)和自发气调包装(MAP)，CAP是在贮藏过程中，控制选用气体成分的浓度保持恒定；MAP是最初确定选用气体的浓度，在贮藏过程中不再受到人为调整。徐燕新等[14]研究了不同包装材料和不同气体比例对鲜切莴苣贮藏过程中的品质影响，结果表明在4 ℃条件下，采用BOPP/PE包装材料和3% O2+10% CO2气体比例处理鲜切莴苣，可以有效抑制微生物的生长和褐变，减少维生素、叶绿素等营养成分的损失，使莴苣的保鲜期由4 d延长到14 d。XU等[15]通过研究获得最好的包装材料和最佳气体比例，即用PE复合尼龙作为包装材料，充气比例为3%O2+10%CO2，这种组合可以有效延长新鲜莴苣的货架期，保存期从4～5 d延长到14 d。目前，气调包装技术在鲜切叶菜保鲜上的应用比较广泛，通过调节蔬菜以及污染微生物的生理代谢活动，从而达到保鲜的目的。

2.3 臭氧保鲜技术

臭氧(O3)作为一种活性氧，具有极强的氧化能力，能够有效的抑制和杀灭鲜切蔬菜上的微生物，还能够抑制乙烯的产生，减缓衰老过程，抑制呼吸强度，有效地降解蔬菜表面残留的农药等有机物。SHREYA WANI等[16]研究发现臭氧处理大大降低了新鲜叶菜上的微生物总菌落数。进一步研究发现用2 mg/m3和20 mg/m3的臭氧气体分别对菠菜处理10 min和2 min，大大降低了大肠杆菌(E.coli)和李斯特菌(Listeriaspp.)的数量[17]。余江涛等[18]利用臭氧水结合气调包装处理鲜切莴苣，有效延长莴苣的货架期，抑制了PPO的活性，维持了鲜切莴苣的水分，VC和叶绿素的含量，大大降低了微生物的数量。FARZANEH等[19]利用臭氧结合柠檬酸(CA)、气调包装(MAP)方法处理鲜切莴苣，结果发现在4 ℃条件下，气体组成为5% O2+5% CO2+90% N2，1 mg/L的臭氧水，1 g/L的柠檬酸的处理效果最好，有效延长了货架期。

2.4 电解水保鲜技术

电解水(EW)又称氧化还原电位水、离子水。它是电解质溶液如氯化钠溶液在电场的作用下，形成具有一定pH值、氧化还原电位(ORP)以及有效氯浓度(ACC)的功能水。根据pH值可以分为强酸性电解水AEW(pH 2～3)、微酸性电解水SAEW(pH 5.0～6.5)、中性电解水NEW(pH 7～8)、微碱性电解水SAIEW(pH 8～10)、强碱性电解水AIEW(pH 10～13)[20]。2002年，日本指定强酸性电解水和微酸性电解水为食品杀菌剂，日本食品安全委员会指定微酸性电解水作为一种食品添加剂[21]。对鲜切叶菜的加工来说，第一步的清洗过程，可以先用清水洗去泥杂物，然后用电解水进行喷洗或浸洗，在很短的时间内就可以达到很好的杀菌效果，是一种最为安全的保鲜方法。FORGHANI[22]等表明SAEW是一种安全有效的新鲜蔬菜消毒剂，在(23±2)℃下比较了蒸馏水、SAEW(pH 5.2～5.5)和US处理3 min后进行水冲洗对鲜切莴苣的杀菌效果，结果发现SAEW+US+水冲洗处理显著抑制了微生物的生长，减少了酵母菌、霉菌、大肠杆菌和李斯特菌的数量，对鲜切莴苣具有明显的保鲜效果。ZHANG[23]等利用不同杀菌剂：EW(4 mg/L有效氯浓度)+1% H2O2+0.6% CA组合后对鲜切莴苣的保鲜效果进行实验，结果发现H2O2+EW的抑菌显著，而且没有造成感官品质的变化，延长了货架期。LORIS[24]等研究了1 g/L NaCl溶液、1 g/L NaHCO3溶液、自来水以及各自的电解水对鲜切莴苣处理5 min后的杀菌作用，结果发现中性电解水的效果最好。GUINOMAR[25]等将中性电解水(pH 6.5)和气调包装技术用于鲜切莴苣的保鲜，处理后分别贮藏在4、8、13、16 ℃，包装袋内的起始气体组成为20.9% O2, 78% N2, 0.03% CO2，结果13、16 ℃处理组分别在13、6 d后接近无氧环境，而4、8 ℃延长至27 d后还有一定的氧气且几乎没有发现大肠杆菌，从而说明中性电解水结合气调处理可以有效抑制大肠杆菌的生长。

2.5 等离子体保鲜技术

等离子体装置会产生紫外线、带电粒子和活性成分等都具有杀菌作用。新鲜蔬菜在加工过程中很容易污染微生物，最终导致腐败变质。首先，来自于加工设备、空气和水中的各种微生物对其造成污染；其次，切割破坏了蔬菜的组织结构，组织中的营养成分外流，加上组织液中的微酸性物质，为微生物的生长繁殖提供了良好的环境，最终导致新鲜蔬菜的品质下降。其中最容易受到霉菌、细菌和酵母菌的侵染。胡文忠等[26]从鲜切莴苣中分离鉴定得到了青霉菌属(Penicillium)、曲霉属(Aspergillus)、枝孢属(Cladosporium)、镰孢属(Fusarium)四个致腐霉菌属。等离子体对鲜切果蔬的保鲜作用主要是这些杀菌成分通过流过菌体的细胞膜产生跨膜电势，从而改变了细胞膜的通透性，使内部细胞质流失导致细菌死亡[27]。HAI等[28]将丁香精油与低温等离子体组合起来用于鲜切莴苣的保鲜，在抑制大肠杆菌生长方面具有很好的效果，能够破坏其细胞壁导致细胞内容物外流，比如核酸和ATP等。SEA等[29]研究表明低温等离子体联合气调包装技术对鲜切莴苣表面的大肠杆菌和李斯特菌具有一定的杀菌作用。

3 化学保鲜技术

3.1 有机酸

近年来，酸处理被广泛应用于鲜切果蔬的保鲜过程中，特别是有机酸的使用，比如：柠檬酸、抗坏血酸、异抗坏血酸、草酸、L-半胱氨酸、植酸、曲酸等。抑制机理主要是酸的加入降低了反应体系的pH，而酶的最适pH为6～7，会抑制酶的活性，还能螯合酶活性中心的Cu2+，从而抑制褐变的发生[30]。BERNARDO等[31]研究发现0.1%L-Cys(半胱氨酸)能够减少醌类物质的生成，有效降低鲜切莴苣的褐变程度，抑制其呼吸强度，保持抗氧化能力。R.B.H等[32]采用不同浓度的精氨酸水溶液(0、1、10、25、50、100、250、500 mmol/L)分别处理鲜切莴苣和苹果，贮藏于5 ℃，结果发现用100 mmol/L的精氨酸溶液处理5 min后显著延缓了鲜切莴苣的褐变，贮藏期长达30 d，并且没有造成风味变化，具有明显的保鲜效果。MARCO等[33]表明PPO与鲜切莴苣的褐变现象密切相关，并且研究发现抗坏血酸可以明显降低鲜切莴苣PPO的活性，从而有效地抑制了褐变的发生。目前，有机酸被广泛地用于鲜切果蔬保鲜的研究，大量研究表明有机酸处理能够大大延长鲜切莴苣的货架期，而且对鲜切莴苣的品质没有不利的影响。

3.2 茉莉酸甲酯(MeJA)

茉莉酸甲酯(MeJA)是从茉莉属素馨花香精油中分离出来的一种挥发性物质，是一种植物生长调节物质，广泛存在于植物界中。目前有研究表明，茉莉酸甲酯等信号分子能够诱导过氧化物的积累，改变病程相关蛋白，通过稳定酶的活性来增强植物的抗病性，从而防止植物发生病害[34]。马杰等[35]用10 μmol/L茉莉酸甲酯处理鲜切莴苣，结果发现可以有效提高鲜切莴苣苯丙氨酸解氨酶的活性，而且总酚、类黄酮、木质素等次生代谢产物的含量也有所增加。由此可见，MeJA作为一种信号物质能够激活苯丙烷代谢途径，生成多酚类化合物来修复伤口，从而提高鲜切莴苣的自身修复能力和抗逆性。

3.3 其他化学保鲜剂

蓄冷剂是指利用物理或化学手段将冷量储存起来，需要时再将冷量释放出来。韦强等[36]选用水、 4.8%氯化钠、10%乙酸铵和15%甲酸钠作为蓄冷材料，研究各自的保鲜效果，结果表明用15%甲酸钠作为蓄冷材料处理鲜切莴苣的保鲜效果最好，莴苣的失重率、腐烂率和损耗率均最低，感官品质最好。蓄冷剂以其安全、经济、方便的优势，在鲜切果蔬保鲜的研究领域具有很大的发展空间。

赤霉素(GA3)是一种生物活性物质，可降解、无残留、无毒害、低成本，被广泛地用于鲜切果蔬的保鲜和贮藏。焦莉等[37]分别用5、15、25、35 mg/L的GA3溶液处理莴苣，一方面可以保持莴苣良好的外观品质，另一方面可以减少莴苣中水分、VC和叶绿素的损失，贮藏期长达16 d，特别是25 mg/L GA3的保鲜效果最为明显。表明适宜浓度的赤霉素对鲜切莴苣的保鲜效果明显，能够延长贮藏寿命，提高贮藏品质。

3.4 复合褐变抑制剂处理

将不同褐变抑制剂进行组合，保鲜效果比单一的褐变抑制剂更显著。孙金才等[38]通过单因素实验确定用于鲜切莴苣的最佳杀菌组合是乙酸60 mg/L+过氧乙酸40 mg/L+过氧化氢25 mg/L，最佳护色剂组合是0.2%柠檬酸+6%抗坏血酸钙。SHEHATA等[39]对鲜切莴苣的酶促褐变进行了研究，结果表明抑制褐变效果最佳组合为2 g/L柠檬酸+2.5 g/L硫酸钠。ZHANG等[40]分别用1%H2O2+1%柠檬酸和1% H2O2+1%电解水处理鲜切莴苣，结果发现后者组合的效果更好，不仅减少了表面有害微生物的数量，而且对鲜切莴苣的感官和营养品质没有太大的影响，有效延长了货架期。罗婵等[41]选用乳酸链球菌素(Nisin)、柠檬酸、双乙酸钠作为抑菌剂，以散叶莴苣为原材料，筛选出最佳的复配浓度，然后用复合抑菌剂清洗鲜切莴苣，结果发现250 IU/mL Nisin+0.15%柠檬酸+0.05%双乙酸钠的组合方式对表面的大肠杆菌、肠炎沙门氏菌以及金黄色葡萄球菌的抑菌效果最好，有效延缓了腐败，货架期延长至4 d。

4 生物保鲜技术

4.1 天然植物提取物

生物方法以其安全环保的优点在鲜切果蔬保鲜行业备受重视。陈州等[42]研究发现黄连、连翘提取液对鲜切莴苣具有明显的保鲜效果，机理主要是通过抑制PPO、POD和纤维素酶的活性来减缓褐变和降低木质化程度。李铭桐等[43]分别用竹叶提取物和壳聚糖处理鲜切莴苣，结果发现竹叶提取物处理后鲜切莴苣的硬度更高，腐烂程度更低，明显提高了贮藏品质，延长了贮藏时间。XIANG等[44]研究了丁香精油(CEO)和丁香酚(EUG) 的保鲜效果，结果发现二者都能抑制PAL、PPO、POD的活性，而且通过动力学分析发现EUG作为3种酶的竞争性抑制剂表现出剂量效应，保鲜效果更好。张林青等[45]研究了不同浓度大蒜乙醇提取液(20%、40%、60%、80%)对莴苣的叶绿素、可溶性糖、VC、有机酸含量以及保鲜期的影响，结果表明不同浓度的大蒜乙醇提取液对莴苣贮藏效果的影响也不同，其中40%乙醇大蒜提取液的保鲜效果最好，有效延长莴苣的保鲜期，改善贮藏品质。KIM等[46]比较1%苹果酸(MA)和0.5%葡萄柚籽提取物(GSE)单独和组合起来使用对鲜切莴苣表面微生物的抑制作用，结果表明组合的效果比单独使用的效果更好，有效抑制了大肠杆菌、鼠伤寒沙门氏菌和单核细胞增生李斯特菌的生长，达到了显著的保鲜效果。此外，他们还通过实验研究表明松叶来源的精油通过抑制褐变相关酶的活性来抑制褐变的发生，这些结果表明植物提取物可以作为一种安全有效的保鲜剂来控制鲜切莴苣的质量。

4.2 可食性涂膜保鲜技术

可食性涂膜在鲜切蔬菜表面对水分和氧气具有半透性屏障的作用[47]，能够维持较低的氧气浓度，从而降低呼吸强度，减缓乙烯的生成；在成膜剂中加入某些抗褐变剂和抗氧化剂，可以降低褐变和氧化程度，从而延长货架期。目前，可食性涂膜保鲜技术成为国内外的研究热点，研究比较多的组分主要有蛋白质、淀粉、纤维素、魔芋葡甘聚糖、甲壳素和海藻酸钠等[48]。邓雯瑾等[49]在壳聚糖溶液中加入表面活性剂Tween-80和百里香精油，然后将该铸膜液涂覆在聚乙烯醇(PVA)包装膜上，制备百里香精油乳化液抗菌涂层包装膜，用其包装鲜切莴苣，有效抑制了鲜切莴苣的呼吸强度、多酚氧化酶的活性以及微生物的生长，减少了VC的损失，保鲜效果显著。DUAN等[50]研究了壳聚糖作为成膜剂分别与有机酸、无机化合物结合以及壳聚糖单独使用时的保鲜效果，发现都能延长鲜切蔬菜的货架期。

5 展望

由于自身组织生理特性，莴苣在采收后的加工过程中，营养成分大量流失，极易污染各种微生物，发生黄化、萎焉、组织衰老等现象，导致鲜切莴苣的品质迅速下降，大大缩短了货架期。目前，莴苣越来越普遍地用于生食，而且人们对食品安全也越来越重视，但是，从整体上来看，国内外有关鲜切莴苣保鲜技术的研究还比较少，因此今后应重点从鲜切莴苣生理生化变化的机理出发，筛选出针对鲜切莴苣最有效的保鲜技术，基于化学保鲜技术存在诸多隐患，所以对鲜切莴苣保鲜技术的研究应朝着物理与生物相结合的方向发展，比如对天然植物中有效成分进一步进行分离鉴定，对抗菌、抗褐变等保鲜机理进行深入的研究，为天然植物提取物在莴苣保鲜上的真正实践应用提供理论基础。

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