鲜切花椰菜保鲜技术研究进展

王佳宇,胡文忠,*,管玉格,于皎雪,赵曼如

(1.大连民族大学生命科学学院,辽宁大连 116600; 2.大连理工大学生命科学与技术学院,辽宁大连 116024)

花椰菜(Cauliflower)又名花菜、菜花,属十字花科,原产于地中海沿岸,分布广泛,是一种半耐寒蔬菜[1]。花椰菜含有丰富的维生素C、膳食纤维等营养成分,口感清香脆爽,还含有类黄酮及芥子油苷等抗氧化物质,具有较强的抗氧化活性和防癌抗癌能力,因此广受消费者的青睐[2]。然而,花椰菜受切割后,大量营养成分随汁液流失同时与空气接触面积增加,提高了微生物侵染机率,使鲜切花椰菜的营养价值和商品价值大大降低[3-4]。本文结合鲜切花椰菜在贮藏过程中感官品质、生理生化反应及生物安全方面的变化规律,重点介绍了鲜切花椰菜的物理、化学和生物保鲜技术的研究进展,并讨论了其在今后的发展趋势,为鲜切花椰菜保鲜技术进一步研究和开发提供理论基础。

1 物理保鲜技术

1.1 包装保鲜技术

包装保鲜技术主要是依靠保鲜膜的气调作用,使包装内的O2和CO2浓度处在一个对鲜切果蔬无害的水平,以此来降低鲜切果蔬的呼吸强度,减缓造成腐败变质的生理生化反应速率,延长鲜切花椰菜货架寿命[5-6]。Mashabela等[7]使用聚丙烯薄膜(PP)、微孔气调保鲜膜(PF)、20%高阻隔薄膜+80%双轴拉伸聚丙烯薄膜(20NF)与40%高阻隔薄膜+60%双轴拉伸聚丙烯薄膜(40NF)分别对鲜切花椰菜包装处理,结果发现20NF(含6.1% O2和11.4% CO2)保鲜效果最好,可有效通过降低鲜切花椰菜中抗坏血酸、总酚、类黄酮和芥子油苷分解速率而使其抗氧化能力大大提高,维持鲜切花椰菜较好的感官品质并推迟褐变现象的发生。Madonna等[8]对20NF保鲜膜的保鲜性能进一步研究,发现同样在5 ℃条件下经20 NF保鲜膜(25 cm×14.4 cm)包装处理的鲜切花椰菜还可有效防止包装内湿度饱和和水蒸气冷凝,且在温度和湿度适宜条件下可最大限度的减少呼吸速率与蒸腾速率,降低失重率。Raseetha等[9]用塑料袋、可收缩性薄膜和白纸分别对鲜切花椰菜进行包装处理,发现白纸包装的保鲜效果最佳,总酚含量和抗氧化活性分别增加了27.77和17.78 mg/100 g,有效抑制了鲜切花椰菜酶促褐变现象的发生。因此综上所述,包装保鲜技术可有效增加鲜切花椰菜的抗氧化能力,提高其在货架期间的感官品质与商品价值。

1.2 臭氧水保鲜技术

臭氧具有强氧化性和强杀菌性,其杀菌能力大约是氯的30倍,可通过延缓有机物分解和抑制微生物生长繁殖延长鲜切花椰菜的货架期[10]。徐春涛等[11]发现质量浓度为8.12 mg/L的臭氧水可将鲜切花椰菜表面微生物约降低了1 lg CFU/g,同时可提高蛋白质和VC的含量,抑制失重率的增加,最大程度的保持鲜切花椰菜感官品质。王瑾等[12]研究发现使用质量浓度更大的9.16 mg/L臭氧水处理鲜切花椰菜,可抑制呼吸强度,减缓不利的生理生化反应速率进而减少营养物质的流失,更好维持鲜切花椰菜的营养和外观品质。姜爱丽[13]发现不同浓度的臭氧水均可有效抑制鲜切花椰菜表面微生物的生长,降低还原糖含量下降速度,且浓度越高效果越好,这与徐春涛等[11]和王瑾等[12]的研究结果一致。上述三项研究表明,高浓度的臭氧水对维持鲜切花椰菜的感官品质更有效。

1.3 短波紫外线(UV-C)技术

短波紫外线是一种非热的保鲜方法,因其设备便宜、使用方便、无污染等优点逐渐成为鲜切果蔬保鲜技术的主流,其机理是UV-C可穿透微生物的细胞膜,引起同一条DNA链中相邻的胸腺嘧啶和胞嘧啶之间发生交联,导致 DNA 复制和翻译受阻从而使微生物灭活,达到改善鲜切果蔬贮藏品质和延长货架期的目的[14-15]。Tawema等[16]发现采用5 kJ/m2剂量的短波紫外线(UV-C)照射鲜切花椰菜,可以通过破坏细菌的脱氧核糖核酸,从而使单增李斯特菌和大肠杆菌O157∶H7的数量分别减少了1和0.7 lg CFU/g。同时,中国农业科学院农产品加工研究所王志东团队[17]发现,UV-C照射同为十字花科蔬菜的紫甘蓝,可通过影响花青素糖基转移酶和酰基转移酶基因的表达水平调控花青素代谢,增加紫甘蓝的花青素含量,提高其抗氧化能力。Martínez-Hernández等[18]也同样发现使用辐照强度为4.5 kJ/m2UV-C照射鲜切西兰花,可有效抑制微生物菌群的生长,增加总酚含量,提高其抗氧化能力。因此,UV-C可通过抑制微生物生长和调控代谢来延长鲜切花椰菜或其他果蔬的货架期,同时因其非热保鲜的特点还可期望与其他保鲜技术相结合,创造出更多实用高效的鲜切花椰菜保鲜方法。

1.4 微波保鲜技术

微波是一种频率在 3×102～3×106MHz之间的高频交变电磁波,其灭菌机理是热效应与非热效应协同作用的结果。微波热效应是指在强微波场的作用下使物质的温度升高,破坏微生物细胞内蛋白质、核酸等复杂化合物的空间结构,从而杀灭微生物;而非热效应是指在不引起生物体内明显升温的情况下,使微生物细胞内发生各种生理生化变化,达到灭菌的目的[19-20]。殷涌光等[21]以微波功率、VC和柠檬酸作为影响鲜切花椰菜保鲜的因素设计正交试验,结果发现微波功率为850 W,VC和柠檬酸质量浓度均为0.06%是贮藏鲜切花椰菜的最佳工艺条件,其既可减少鲜切花椰菜水分的损失,维持硬度,又可有效减缓抗坏血酸含量降低,维持较好的抗氧化能力,保护组织细胞免受氧化损害而减缓衰老进程。另外,微波同样也在鲜切莴笋[22]、鲜切西兰花[23]和鲜切石榴籽粒[24]保鲜中取得了良好的效果,均可有效提高其在贮藏期间的感官品质,延长货架期。近年来,微波杀菌因其杀菌温度低于常规方法、且无化学残留等优点已成为鲜切果蔬保鲜研究的热点。

1.5 光照保鲜技术

光照是一种新兴的物理保鲜方法,具有操作简单、成本低廉、对环境友好等优点,但目前关于光照保鲜技术的原理尚未统一[25-26],主要有四种观点:a.光照可通过光合作用产生糖类物质延缓鲜切果蔬衰老[27];b.光照可通过抑制鲜切果蔬组织内的乙烯释放量延缓鲜切果蔬衰老[28];c.光照可促进光合作用和呼吸作用形成ATP延缓鲜切果蔬衰老[29];d.光照可引起叶片的气孔开放延迟鲜切果蔬衰老[30]。过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)是引起鲜切花椰菜褐变的关键酶,可使酚类、类黄酮等抗氧化物质发生氧化和聚合,导致植物组织褐变的同时营养价值也大大降低,严重影响鲜切花椰菜的感官品质。Zhan等[31]采用功率为36 W的T8荧光灯(24 mol·m-2·s-1)照射鲜切花椰菜发现,POD和PPO活性分别降低了16%和26%,褐变指数(BI)降低了33%,显著延缓了鲜切花椰菜褐变的速率。同时,PAL活性提高了20%,增加了苯丙烷代谢的速率,促进酚类物质的合成与积累,使总酚含量提高了41%,从而显著提高了抗氧化能力,减轻活性氧对细胞系统的毒害,有效延缓了鲜切花椰菜的衰老进程。Luksiene等[32]将切分处理的花椰菜浸泡于50 mL蜡样芽孢杆菌悬浮液中,使用5 Hz的脉冲光照射处理,结果发现切分处理的花椰菜中的蜡样芽孢杆菌的数量降低了1.3 lg CFU/g,且没有观察到脉冲光对鲜切花椰菜颜色和质地产生不良影响。因此综上所述,光照保鲜技术可作为一种有效的保鲜方法广泛应用于鲜切花椰菜的保鲜行业中。

1.6 热处理保鲜技术

热处理是一种传统的物理保鲜方法,能够提高鲜切花椰菜贮藏抗性及改善贮藏品质。其机理主要分为两个方面:a.热处理可以通过降低鲜切花椰菜表面的微生物数量,减少病原菌的侵染延缓鲜切花椰菜衰老;b.热处理可以钝化鲜切果蔬酶促褐变的关键酶,抑制褐变程度延缓鲜切花椰菜衰老[33-34]。Miceli[35-36]等发现经48 ℃热风处理180 min的鲜切花椰菜中可滴定酸含量明显增加,同时减少了花头褐变现象的发生,使鲜切花椰菜的货架期延长至3周。而肖立志[37]、刘娟[38]和宋慕波等[39]同样发现热处理还可维持鲜切荸荠、鲜切苹果以及鲜切马蹄在贮藏期间的品质,延缓衰老进程。以上三项与鲜切花椰菜研究结果一致,因此热处理是一种对鲜切花椰菜和其他果蔬的贮藏具有应用前景的保鲜技术。

1.7 其他物理保鲜技术

除上述提到的保鲜技术外,一些学者还研究通过对花椰菜进行采前处理来提高鲜切花椰菜在贮藏期间的品质。Garg等[40]研究加工条件对鲜切花椰菜微生物群落的影响,结果发现在工业生产中通过对生产线中的传送带进行消毒,可使鲜切花椰菜小花的微生物数量降低35%。同时Garg等[40]还发现通过去除花椰菜的外层叶子也可减少微生物的数量,降低污染延缓腐败变质。Giuffrida等[41]使用电导率为4.0 dS·m的营养液培养花椰菜,探究采前盐胁迫对鲜切花椰菜贮藏期间品质特性的影响,结果表明为保护植物细胞免受盐诱导的氧化胁迫,受采前盐胁迫的鲜切花椰菜中抗坏血酸、酚类物质以及芥子油苷等抗氧化物的浓度显著增加,提高了清除自由基和抵抗活性氧毒害的能力。同时可溶性固形物含量也显著增加,降低了营养物质的消耗速度,使鲜切花椰菜维持较高的感官品质。

物理保鲜技术具有安全卫生、操作方便、受外界因素影响小以及不改变鲜切原料营养成分等优点[42]。同时,物理保鲜也是鲜切花椰菜保鲜应用最广的技术,其中臭氧水、UV-C和微波保鲜技术主要通过杀灭或抑制鲜切花椰菜表面病原菌生长来延长鲜切花椰菜的货架期。而包装和热处理保鲜技术则是通过降低鲜切花椰菜自身不利的生理生化反应速率而在贮藏期间保持较高的感官品质。另外,光照保鲜技术保鲜效果虽显著,但其保鲜技术原理尚不明晰,还需进一步研究与完善。

2 化学保鲜技术

2.1 乳酸钙保鲜技术

乳酸钙是一种新型绿色的食品添加剂,不仅可以增强果实硬度,还具有保持水分、调节酸度、抗氧化以及清除自由基等作用,已被广泛应用于鲜切果蔬保鲜技术中[43]。高姗等[44]发现使用1.4%(W/V)乳酸钙处理鲜切花椰菜,可显著提高POD和PAL活性,同时PAL诱导丙烷代谢合成大量酚类物质导致总酚含量上升了1.59倍,有效提高了抗氧化能力,使鲜切花椰菜VC含量和硬度维持在一个良好的水平。另外,金文斌等[45]、焦艳等[46]和田密霞等[47]发现使用乳酸钙分别对鲜切菠菜、鲜切西瓜和鲜切皇冠梨进行保鲜,同样可减缓上述鲜切果蔬生理生化反应速率延缓衰老进程,延长其货架期。由此可见,乳酸钙处理可有效延长鲜切花椰菜货架期,在其他鲜切果蔬保鲜中同样具有良好的应用前景。

2.2 抗坏血酸保鲜技术

抗坏血酸是一种良好的抗氧化剂,能够清除损伤细胞膜和酶分子结构的自由基,有效防御活性氧对鲜切果蔬组织的毒害,达到延长鲜切果蔬货架期的目的[48]。王蓉蓉[49]研究发现0.5%抗坏血酸可延缓鲜切花椰菜中MDA的升高速度,在一定程度上抑制膜脂过氧化发生,保持细胞膜完整性。同时还可有效抑制PPO活性,维持VC和叶绿素含量,防止鲜切花椰菜变黑、变红现象的发生。另外,0.5%抗坏血酸在鲜切花椰菜贮藏期间还提高了清除超氧阴离子和羟基自由基等活性氧的能力,增强组织对活性氧毒害的抵抗,起到延缓衰老的作用。此外,单一的抗坏血酸对鲜切花椰菜保鲜效果毕竟有限,郁志芳[50]采用0.1%抗坏血酸和0.2%亚硫酸氢钠(NaHSO3)复合处理对鲜切花椰菜的保鲜效果进行研究,结果表明该处理组可降低鲜切花椰菜的呼吸强度,维持可溶性固形物和有机酸含量,将感官品质和可食率提高了10.7%,延长了鲜切花椰菜的货架寿命。

2.3 氯化十六烷吡啶(CPC)保鲜技术

氯化十六烷吡啶(CPC)是一种消毒杀菌剂,其抗菌机理主要是由于氯化十六烷基吡啶离子和细菌的酸性分子相互作用,形成弱的离子复合物而干扰细菌呼吸,从而影响病原菌的新陈代谢防止腐败变质,达到延长鲜切果蔬货架期的目的[51-52]。Wang等[53]发现0.5%氯化十六烷吡啶可吸附在细菌表面破坏细胞结构,使鲜切花椰菜中的伤寒沙门氏菌、大肠杆菌O157∶H7和单增李斯特菌数量分别减少了3.15、1.56和3.70 lg CFU/g,将病原菌数量维持在一个较低水平,提高了鲜切花椰菜的食用安全性。袁诗芬等[54]和孙鸿祺等[55]也均发现氯化十六烷吡啶对大肠杆菌、脆弱类杆菌、葡萄球菌等病原菌有较强的抑菌作用。因此,氯化十六烷吡啶可通过抑制微生物的生长延长鲜切花椰菜货架期,而且对其他鲜切果蔬的贮藏同样具有良好的应用前景。

鲜切花椰菜化学保鲜技术中乳酸钙和抗坏血酸保鲜技术主要通过调控抗氧化酶活性,提高组织对活性氧抵抗能力来延迟鲜切花椰菜衰老。而氯化十六烷吡啶则是通过杀灭或抑制鲜切花椰菜表面微生物的生长繁殖,减缓腐败变质来提高其货架寿命,但其向鲜切蔬菜行业推行时,还需对感官品质做进一步测评。虽上述化学保鲜剂均可有效延长鲜切花椰菜的货架期,但部分化学保鲜剂还尚存一定的安全问题,如氯化十六烷吡啶若浓度过高,会伤害人体粘膜且摄入过多会引起中毒现象,因此还需进一步探索是否可与物理化学方法相结合降低氯化十六烷吡啶的浓度,以此消除安全隐患。

3 生物保鲜技术

生物保鲜技术具有处理费用低、贮藏条件易控制和符合绿色环保要求的优点,主要分为三类:利用微生物菌体及其代谢产物保鲜、天然提取物保鲜以及基因工程保鲜[56]。

天然提取物保鲜具有来源广泛、安全性高、成本相对较低等优点,可以通过抑制微生物生长繁殖来提高鲜切果蔬品质,延长货架期[57]。Tawema等[16]发现混合天然抗菌剂(牛至环氧乙烷∶柑橘提取物∶乳酸=0.01∶0.1∶1)与γ射线联合使用可使鲜切花椰菜中单增李斯特菌数量减少1.5 lg CFU/g,使大肠杆菌O157∶H7以及酵母菌和霉菌数量均减少2 lg CFU/g,可显著降低鲜切花椰菜劣变速度。曾维丽等[58]使用1.0 g/L白花菜提取物处理花椰菜,同样发现其能有效抑制微生物的生长,减缓花椰菜的褐变速度和VC降解速度,较好地保持花椰菜的品质。因此综上所述,天然提取物对鲜切花椰菜具有良好的保鲜效果,且因其绿色环保,无毒副作用,具有较大的开发应用价值。

三类生物保鲜技术中只有天然提取物保鲜技术已在鲜切花椰菜中应用,而微生物菌体及其代谢产物保鲜技术和基因工程保鲜技术还尚未发现应用于鲜切花椰菜保鲜中,因此综上所述,鲜切花椰菜生物保鲜技术的开发和应用仍任重道远,研究发展新型、无污染的生物保鲜技术,将是今后研究的方向。

4 展望

当前随着人们生活水平和对健康生活要求的提高,新鲜、方便、营养丰富的鲜切花椰菜日益受到人们喜爱,而如何保持鲜切花椰菜品质和延长其货架期成为当下研究的热点。国内外现有的鲜切花椰菜保鲜技术主要有:包装、UV-C、微波、光照、乳酸钙、抗坏血酸、天然提取物等。目前,物理保鲜技术由于安全、成本低、受外界环境影响小、处理条件易控制等优点,广泛用于鲜切花椰菜的保鲜,且仍是今后研究的主要方向。化学保鲜技术虽也对鲜切花椰菜有较好保鲜效果,但由于部分化学保鲜剂存在一定的安全问题,使其是否适用于大规模鲜切花椰菜保鲜还有待于进一步研究。

生物保鲜技术中天然提取物对鲜切花椰菜显示出良好的保鲜效果,而基因工程和微生物菌体及其代谢产物保鲜技术还尚未发现应用于鲜切花椰菜保鲜。其中微生物菌体及其代谢产物保鲜是指利用具有拮抗作用的微生物如乳酸菌、酵母菌和霉菌等产生的细菌素、抗生素、溶菌酶及蛋白酶等次生代谢产物,抑制或杀死鲜切果蔬中有害微生物,从而达到防腐保鲜的目的[59]。近年来国内外研究学者发现具有果蔬保鲜效果的拮抗菌主要有:酵母菌,如汉逊德巴利酵母、假丝酵母、隐球酵母、红酵母、丝孢酵母等;细菌,如芽孢杆菌、假单胞杆菌、放线菌等;霉菌,如木霉、青霉等[60]。且目前微生物拮抗保鲜技术在其他果蔬保鲜中已显示出良好的保鲜效果,如邱朝坤等[61]、杨小又等[62]、张素琴等[63]和周建俭[64]使用乳酸链球菌素(Nisin)分别对草莓、鲜切皇冠梨、白玉枇杷和杨梅进行保鲜。而基因工程保鲜是指通过减少乙烯合成前体1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)的合成来控制鲜切果蔬内源乙烯的生成,达到延熟保鲜的目的[65]。但同微生物拮抗保鲜技术一样,基因工程技术也在其他果蔬保鲜中显示出良好的效果[66],但此保鲜技术还尚未在鲜切花椰菜中应用,有待进一步研究与开发。

因此今后鲜切花椰菜保鲜技术可以以物理保鲜为主,与化学保鲜和生物保鲜相结合的方向进行研究,开发既可延长鲜切花椰菜货架期,又对人体无害的友好型保鲜技术。另一方面,虽然目前关于鲜切花椰菜的保鲜技术众多,但关于其机理研究还不够透彻,因此,今后也可着重探究保鲜技术的作用机理,开发可持续发展的鲜切花椰菜保鲜技术。