食用菌采后劣变机理及调控技术研究进展

刘 芹 孔维威 孔维丽 崔 筱 胡素娟 康源春

（河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南郑州450002）

食用菌又名蕈、菰、芝、耳、蘑菇，在分类学上隶属于真菌界中的担子菌门和子囊菌门。食用菌是指能形成大型肉质或胶质子实体或菌核类组织并能供人们食用或药用的一类大型真菌[1-2]。食用菌具有丰富的营养价值，富含各种矿物元素、多糖以及人体必需氨基酸[3-5]。此外很多食用菌还具有调节生理平衡、增强人体免疫功能、帮助消化和美容养颜的作用，并对肿瘤、高血压、糖尿病、肝硬化等具有一定的辅助治疗作用[6-7]。世界食用菌泰斗张树庭教授形容其为“无叶无芽无花，自身结果；可食可药可补，周身是宝”。

目前市场上流通及消费者所食用的主要是新鲜食用菌。但是新鲜食用菌组织脆嫩且缺乏有效的组织保护，导致贮运过程中容易受到机械损伤和微生物的侵染，从而出现组织褐变、开伞、菇面开裂、菇盖上翘、软化、液化、腐烂以及产生异味等劣变现象，严重影响了鲜菇的销售[8-9]。随着国内外对优质安全农产品要求的提高，对农产品采后劣变调控技术的要求也随之提高。因此近年来食用菌产业相关科研专家对适合工厂化生产的食用菌采后劣变调控技术进行了大量研究，以保持其商品性状和营养价值，不断提高食用菌产品的竞争力。

1 食用菌采后劣变机理

1.1 生理形态变化

食用菌子实体的含水量一般为90%左右，菇体肉质柔嫩，采收后难以长期存放。影响食用菌贮藏期限的因素可分为两类:食用菌自身因素（水分、采收时间、呼吸作用及微生物活动）和贮藏环境因素（温度、湿度及气体）[10-11]。采收后的食用菌发生的变化主要有失重、菌盖开伞、菌柄伸长、组织褐化、软化甚至发生腐烂。采收后菇体细胞逐步死亡，附着在菇体表面的各种微生物开始生长繁殖，由于菇体具有充足的水分和营养，所以微生物大量繁殖会很快引起食用菌子实体腐烂。金针菇在贮藏后会发生菌盖呈水浸状及菇柄软化的情况[12]。另外采收后新鲜食用菌仍具有旺盛的生理代谢作用，其形态随着采后时间的延长而改变。鸡腿菇子实体采收后，菌柄会继续生长，菌盖开伞，散发成熟孢子。双孢蘑菇所有的商品属性中，其外观是影响消费者购买行为最重要的指标。由于微生物污染或酶活动，双孢蘑菇极易发生褐变[13]。其中酶活动是果蔬等发生褐变的主要原因。在采摘或运输过程中发生的机械损伤，细胞膜破裂，导致多酚氧化酶和底物混合，引发褐变反应[14]。

1.2 呼吸作用变化

采收后的食用菌仍具有较强的呼吸作用，导致其快速衰老腐坏[15]。草菇在采收两小时后菌盖的呼吸速率急剧上升，所以草菇货架期很短，在室温下一天左右便会丧失商品价值。采后子实体呼吸加强主要由于自身营养平衡的需求和降解酶系活性的增加。低温是降低或抑制子实体采后呼吸强度的关键因素。张永涛[16]等通过比较不同保藏温度（0℃、5℃、10℃、15℃、20℃）鸡腿菇呼吸速率的变化，发现在0℃贮藏72 h，可以显著降低其呼吸强度至10 mg∕（kg∙h）（1 kg鲜重在1 h内释放出CO2的量）以下。双孢蘑菇的贮藏温度从4℃升高到20℃时，其呼吸速率从2.5 mg∕（kg∙h）增加到了4.7 mg∕（kg∙h）[15]。贮藏环境中的气体成分组成也会影响食用菌的呼吸速率，这也是气调贮藏延长采后食用菌贮藏时间的原因。较低的O2浓度和较高的CO2浓度可以较好地抑制呼吸作用[17]。YE等对香菇采后保鲜的研究发现，2%O2+10%CO2的气调环境能有效降低香菇的呼吸速率，同时还能减缓香菇褐变、组织软化和丙二醛的累积，保持较好的品质[18]。

1.3 酶活性变化

采收后子实体内的酶活动，会使菇体改变颜色，使原来的自然色泽变成红棕色、褐色或黑色，降低食用菌的商品价值。多酚氧化酶（Polyphenol oxidase，PPO）是一种含铜的还原酶，广泛存在于植物体内并与果蔬的褐变有关。多酚氧化酶可以将酚类物质氧化成醌类，进而聚合成黑色素，导致菇体褐化[6]。双孢蘑菇在贮藏过程中极易发生褐变，色差中的L值即为反应褐变程度的指标，L值越高，颜色越浅。随着贮藏时间延长，L值逐渐下降，褐变越来越严重[12]。超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）、过氧化物酶（Peroxidase，POD）及过氧化氢酶（Catalase，CAT）等抗氧化酶与活性氧的清除有关。食用菌在采后衰老过程中，抗氧化酶活性下降，对自由基的清除减少，导致细胞被自由基损害。蛋白酶在草菇子实体低温自溶过程起重要作用。草菇蛋白酶活性在15～16℃时最低，4℃时较高，这与草菇在常规低温（5℃）下蛋白质降解和草菇发生软化、液化、腐败变质等现象相应[19]。另外草菇体内存在活性很高的多酚氧化酶，这也是草菇容易发生褐变的主要原因。几丁质酶、β-1，3-葡聚糖水解酶、纤维素酶等相关降解酶系可以降解子实体内的几丁质、β-葡聚糖、纤维素等大分子物质，破坏细胞的组织结构，加速子实体的软化，降低其品质[20]。

1.4 细胞膜透性变化

相对电导率和丙二醛（MDA）含量是衡量细胞膜透性的两个主要指标。采后食用菌在衰老过程中，自由基清除系统活力下降，活性氧代谢失衡，导致代谢产生的自由基发生集聚，从而发生膜脂过氧化，生成MDA[21]。而MDA能够进入膜脂的水相，与膜蛋白、膜磷脂上的-NH2交联形成Schiff碱，从而导致细胞膜变硬，流动性降低，通透性增加，从而使膜的功能受损或降低[22]。平菇在贮藏过程中，细胞膜完整性随着时间的延长逐渐被破坏，相对电导率增加[23]。香菇子实体在采收后，细胞膜通透性和MDA含量都随着贮藏时间的延长呈现出不断增加的趋势[10]。

1.5 采后其他成分变化

采收后食用菌子实体由于不能从栽培基质中获取养分，其后的生长发育所需的能量来自于自身所储存的物质。双孢蘑菇采后贮藏在4℃，空气相对湿度85%的环境中48 h，总酚含量下降了100×10-3g∕kg，贮藏 8 d后，丙二醛的含量从 0.08×10-6mol∕L 增加到 0.27×10-6mol∕L[24]。同时双孢蘑菇内的挥发性物质含量也受采后处理方式的影响[11]。食用菌子实体中的脂类含量偏低，并且大部分是不饱和脂肪酸，它是组成细胞膜的主要成分之一，与子实体的抗逆性相关。食用菌在贮藏期间，机体组织中聚集的自由基攻击这些不饱和脂肪酸，造成膜脂过氧化，破坏细胞结构，不利于食用菌子实体的贮藏[25]。食用菌贮藏过程中的失重，主要是指水分的流失。新鲜食用菌菇体含水量高，且表层缺乏有效的防止水分散失的组织结构，在蒸腾作用的影响下水分散失很快。采收的鲜菇在没有特殊处理和特殊设备的条件下，以呼吸作用和物理蒸发所引起的生理性失水和物理性失水，是其失重的主要原因。香菇采后失重率逐渐上升，采用较小水分透过率的材料进行包装后贮藏，则会在一定程度上减少香菇中水分的减少，从而降低失重率[26]。新鲜双孢蘑菇的含水量为85%～95%。双孢蘑菇在采后贮藏过程中，由于菇体细胞损伤或内部水转移，其含水量持续降低。这一生理过程加速了双孢蘑菇采后品质裂变，如皱缩和失重。双孢蘑菇贮藏在4℃2 d、7 d和12 d时，其失重率分别为0.07%、0.27%和0.49%[27]。

2 食用菌采后劣变调控技术

食用菌的采后劣变调控技术主要包括低温气调、臭氧、辐射、保鲜剂及涂膜等[7，28-29]。

2.1 低温气调

低温不仅能够抑制食用菌体内酶的活性，降低其代谢速率从而减少营养物质的消耗，并且还能抑制微生物体内酶的活性，抑制其生长，从而保证食用菌的采后品质[30-31]。一般来说，食用菌的最佳贮藏温度是0～4℃，相对湿度90%～95%[32]。空气中的气体成分，尤其是O2和CO2，能明显影响食用菌的保鲜效果。O2能够增强食用菌采后的呼吸作用，加速营养物质的分解，从而使食用菌腐烂变质，失去商品价值。气调技术就是指通过调节食用菌贮藏环境中O2与CO2的浓度，即降低O2浓度，提高CO2浓度，达到抑制其呼吸作用，保持食用菌新鲜品质的目的[33]。LIN等采用高浓度CO2（95%～100%）贮藏双孢蘑菇，发现高浓度CO2显著延长了双孢蘑菇的贮藏时间，降低褐变指数，并且提高了总酚含量和总抗氧化能力[24]。将低温和气调相结合是现阶段最常用的果蔬品质保持方法，适用于长途运输农产品，但成本高，对设备的要求比较严格[34]。现已研制出一种微气调保鲜膜和纳米薄膜结合低温冷藏用于食用菌的采后贮藏，取得了较好的效果[1]。

2.2 辐射调控

辐射调控技术是指利用电离辐射产生的β、γ、X射线照射食用菌，达到灭菌、杀虫、消毒和防霉等效果，同时抑制食用菌的呼吸作用，限制乙烯的产生，以达到延长食用菌保藏期的目的[35]。而且辐射处理属于“冷杀菌”，处理期间不会因为热量的产生而对食用菌品质造成伤害，具有成本低、无化学污染、应用范围广等特点[36-37]。RIVERA等分别用1.5 kGy和2.5 kGy剂量的阴极射线处理夏块菌（Tuber aestivum），然后在4℃贮藏，研究射线处理对块菌菌落情况、感官质量的影响，结果表明，射线处理能够显著抑制块菌表面有害菌落的生长，并且不会影响其感官品质；此外2.5 kGy剂量的阴极射线处理可以延长块菌的储藏期至42 d[38]。

2.3 臭氧调控

臭氧（O3）具有极强的氧化能力，能够通过破坏微生物的细胞壁或细胞膜，影响其正常生理代谢功能来杀死微生物。AKATA等采用2.8 mg∕L、5.3 mg∕L浓度的臭氧处理双孢蘑菇60 min后发现，需氧菌的对数减少值分别为2.44和3.07。并且臭氧浓度为5.3 mg∕L时，沙门氏菌、单核增生李斯特菌和大肠杆菌的对数减少值分别为3.61、2.80和3.41[39]。臭氧还可以抑制食用菌体内氧化酶的活性、阻碍糖代谢的正常进行并能快速氧化分解食用菌储藏期间产生的乙烯气体，从而减缓食用菌衰老的过程，延长其保质期[1]。杨艳芬等的研究结果表明采用O3处理双孢蘑菇10 min能够获得相对较好的保鲜效果，表现为细胞膜通透率和多酚氧化酶活性受到有效抑制，而过氧化氢酶活性保持在较高的水平[40]。邢淑婕等研究臭氧处理对刺芹侧耳低温贮藏的作用，发现臭氧处理后刺芹侧耳的细胞膜透性下降、呼吸强度降低、多酚氧化酶活性降低、褐变反应受到抑制。臭氧处理可延长刺芹侧耳的贮藏时间，其中处理10 min的刺芹侧耳子实体品质保持效果最好[41]。

2.4 保鲜剂法

保鲜剂法是利用化学药品对食用菌进行处理，抑制食用菌呼吸作用，保持其色泽、防止其开伞、老化、变质[6]。冷藏和气调保鲜技术能耗高、资金回收期长、设备昂贵、技术不易掌握，不适合于分散小规模生产的农户；而常见的化学方法价格低廉，但是化学处理容易产生残留，因此开发绿色、高效的保鲜剂是大势所趋。张介驰等人采用植酸与VC复配保鲜剂处理滑菇10 min，保鲜膜包装并于室温（20℃）贮存6 d，结果显示该保鲜剂能够较好地保持滑菇的品质，可显著抑制其失重率、细胞渗透率、呼吸强度及多酚氧化酶活性[42]。林群英等采用天然植物精油处理金针菇，发现柠檬醛能够显著降低金针菇在贮藏过程中的失重率、褐变度，减缓过氧化氢酶活性的降低，同时对黄青霉及木霉产生具有一定的抑制作用[43]。

2.5 涂膜法

涂膜技术是以天然糖类、蛋白质、油脂等为主要原料，通过喷雾、浸渍等方法涂覆于食用菌表面，经干燥形成一层透明可食用的薄膜[31-32]。早在20世纪20年代涂膜技术已用于果蔬的防腐保鲜，之后逐渐扩大到其他食品。根据所用材料的不同涂膜可分为脂质膜、多糖膜、蛋白膜和复合膜[44]。其中多糖类物质除具有来源广泛，经济实用的优势外，还具有防菌、防虫和无化学残留的优点，更是成为目前涂膜技术中的研究热点[45]。目前常用的多糖类涂膜剂有卡拉胶、壳聚糖、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、魔芋葡甘聚糖、树胶和果胶[46]。其机理是利用天然生物多糖的成膜性、抗氧化剂、抗菌性，在食用菌的表面覆盖其水溶液或水乳液，经干燥后形成的薄膜既能防止细菌侵害，又能调控水分蒸发，调节食用菌生理生化反应，延缓食用菌衰老及自身腐败作用[33-34]。

目前应用天然多糖涂膜技术的食用菌主要有双孢蘑菇、香菇、草菇、杏鲍菇等。涂膜贮藏保鲜效果的好坏主要取决于涂膜的种类和浓度、涂抹时间、储藏条件以及膜添加剂的浓度。研究表明经天然多糖涂膜后，食用菌子实体失重、营养成分消耗都有所减少，并且能够控制子实体的呼吸强度，增加抵抗微生物侵染的能力以及延长储藏期限等[33]。多糖涂膜可分为单一多糖涂膜和复合多糖涂膜。DINANI等分别用羧甲基纤维素（CMC）（质量分数0%～3%）和CaCl2（质量分数0%～2%）处理双孢蘑菇切片，结果表明CMC涂膜可有效增加吸水性、复水性和抗自由基能力，抑制色差下降且具有一定的剂量依赖性，而CaCl2的浓度影响不显著，CMC最佳使用浓度为3%[47]。天然多糖虽然具有较好的成膜性和阻气性，但是在膜的机械强度及抑制某些微生物方面还有待加强。因此通过添加增塑剂、表面活性剂、抗菌剂或是蛋白质、脂类而形成的复合膜能够弥补这些不足，增强其贮藏保鲜的效果。JIANG等用2%壳聚糖、1.5%百里香油对新鲜香菇进行涂膜处理后在4℃存放16 d，结果表明壳聚糖加百里香油复合涂膜与单一壳聚糖涂膜、单一百里香油涂膜相比具有更好的保鲜效果，其能明显抑制香菇的呼吸速率，保持硬度，抑制微生物生长[48]。该团队还分别用壳聚糖、葡萄糖及壳聚糖+葡萄糖（CGC）涂膜新鲜香菇，结果表明CGC涂膜能更好地保持香菇组织的硬度，抑制香菇呼吸率以及减少微生物（如假单胞菌、酵母菌、霉菌）的数量，并能延迟可溶性固形物及抗坏血酸在贮藏期间的变化，从而有效保持香菇的品质并延长其货架期[49]。此外，在天然多糖涂膜中添加纳米材料能够提高涂膜的抑菌性及抗氧化性能，并能提高涂膜与食用菌之间的结合强度，改善涂膜的气密性。以海藻酸钠+纳米银涂膜新鲜香菇，结果表明与单一海藻酸钠涂膜相比，复合涂膜在保持香菇的理化性质和感官质量方面有更好的作用。在4℃储藏16 d后发现，海藻酸钠+纳米银复合涂膜能够有效抑制失重、褐变，保持硬度，并能够抑制嗜温性、嗜冷性微生物及假单胞菌、酵母菌、霉菌的生长[50]。ZHANG等采用葡甘露聚糖∕卡拉胶∕纳米SiO2涂膜处理双孢蘑菇，能够明显提高其包装和保鲜性能。并且纳米SiO2的加入能够减缓紫外线对食物品质的影响[51]。天然多糖涂膜还可与其他调控技术如气调、包装方法、微波处理等相结合，能够获得更加理想的保鲜效果。LIU等发现高氧环境特别是100%O2非常适合双孢蘑菇的储存，在此环境下双孢蘑菇的呼吸速率、褐变率以及电导率都保持较低的水平，从而可以较长时间的保持双孢蘑菇的品质[52]。另有研究将新鲜双孢蘑菇浸泡在1%、2%、3%的海藻酸钠溶液中，然后放置于4℃生物罐中并通入100%O2，16 d后评价不同浓度海藻酸钠涂膜对高氧环境中双孢蘑菇品质、货架期的影响。结果表明，在低温条件下，2%海藻酸钠+100%O2能够更好地保持子实体硬度，并延缓其褐变、开伞[53]。

3 问题与展望

联合国粮农组织和世界卫生组织曾提出人类最佳的饮食结构是“一荤一素一菇”。“一菇”就是指食用菌。食用菌营养丰富、风味独特，具有“三低一高”即低盐、低糖、低脂肪、高蛋白的特性，受到广大消费者的青睐[54]。

随着我国经济社会发展和人民生活水平不断地提高，人们对食品品质越来越重视。食用菌因其自身组织脆嫩、含水量高、呼吸强度大等易腐烂的特点，在采后储运过程中极易受到机械伤害和微生物浸染，严重缩短了货架期，制约了食用菌的销售流通[55]。我国是食用菌生产大国，食用菌产量和产值在世界排名前列，对食用菌的鲜品质量和安全更加关注，研究出无毒性、无公害、无污染的食用菌品质调控技术，以减少微生物对食用菌的危害是当务之急。食用菌的品质调控技术随着科技的发展亦不断进步，但现存的食用菌品质调控方法和技术有优点也有缺点，仍需进一步研究和完善，以满足市场和人们的需求。