茭白采后生理变化及保鲜技术研究进展

董桂君，乔勇进，王春芳，刘晨霞

（1.上海市农业科学院农产品保鲜加工研究中心，上海201403；2.上海理工大学医疗器械与食品学院，上海200093；3.上海农产品保鲜加工工程技术研究中心，上海201403）

茭白（Zizania latifoliaGriseb）又名菰、茭笋、茭瓜，为禾本科植物，其性喜温湿气候，适于生长在黏土中[1]。茭白原产于我国南方地区，在长江以南各地，特别是江浙太湖一带种植较为广泛[2]。茭白按采收季节分为单季茭和双季茭两大类，单季茭又称一熟茭，每年秋季采收，种植一次可连续采收3～4年，适应地区较广；双季茭又称两熟茭，在当年秋季可采收一次，冬季时通过宿根越冬，然后在来年夏季再采收一次，因此其适应范围较窄，主要集中于上海、江苏和浙江等空气较为湿润的地区栽培[3]。由于茭白营养丰富，内含丰富的蛋白质、人体所需的矿物质和多种维生素，还具有多种药用价值，除了可预防高血压和动脉硬化，还对美白有一定效果，因此，茭白被誉为“水中人参”，深受人们的喜爱[4]。

茭白的嫩茎是主要的食用部分，新鲜的茭白嫩茎呈乳白色，肉质柔嫩，纤维少，味道清香，但由于其内部水分含量高，采后呼吸十分旺盛，因此极易失水老化，容易出现表皮变黄，切口腐烂褐变、肉质软化霉变等现象，保鲜难度大，严重制约了茭白异地异时销售和产业发展，给茭农带来严重的经济损失[5]。因此开展茭白采后保鲜的研究，总结目前茭白在贮藏保鲜领域的研究技术方法，对于茭白产业健康发展具有重要意义。

1 茭白的营养成分及活性物质

1.1 营养成分

新鲜茭白含水量高，富含多种营养物质，包括粗蛋白（23.45%）、脂肪（0.66%）、还原糖（9.43%）、无机盐（1.5%）、氨基酸、矿物质以及人体所需的多种维生素[6]。茭白含有16种游离氨基酸，其中包含7种人体所需的必需氨基酸，含量为氨基酸总量的35.48%，其中，赖氨酸和亮氨酸在必需氨基酸中含量最高，同为必需氨基酸总含量的0.07%，赖氨酸和亮氨酸对治疗肝病引起的蛋白质合成紊乱和糖尿病等具有积极作用[7]。此外，茭白还含有钾、钠、锌等多种矿物质元素，该类元素具有维持人体健康和促进生长发育的作用，是机体维持酸碱平衡和渗透压的必要条件，具有保证人体正常新陈代谢的功效。

1.2 活性物质

茭白中含有黄酮、酚类和花青素等活性物质，这些物质的存在使得茭白不但成为了佳蔬，同时还具有清热作用，并对止热痢、退黄疸、通大便和治疗口腔溃疡有辅助疗效[9]。目前大多数研究主要集中于茭白的抗氧化活性，据黄世能等[10]报道，茭白的水提取液比乙醇提取液抗氧化活性高。夏旭等[11]研究发现茭白中的总黄酮对超氧阴离子的清除能力较强，且茭白的抗氧化能力与总黄酮的浓度相关。姜雯[12]研究发现，在烹饪过程中，茭白中的总酚物质发挥了重要的抗氧化作用。Wen等[13]研究表明茭白能抑制人体中血管紧张素转化酶的活性，具有预防和治疗高血压和动脉硬化的功效。

2 茭白采后的生理生化变化

茭白采收后极易发生失水萎蔫，由于呼吸作用和蒸腾作用，易造成茭白肉质木质化、霉变和软化等问题，因此常温下仅可保存2～3 d[14]。茭白采后短时间内发生的这一系列生理生化变化，促进了其衰老和品质下降。

2.1 呼吸速率和乙烯释放率的变化

呼吸速率和乙烯释放率的变化规律是反映果蔬在贮藏期间衰老的重要指标，茭白属于呼吸跃变型果蔬，即采后贮藏过程中有明显的呼吸跃变高峰出现。茭白采后呼吸强度和乙烯释放速率呈峰型变化，在2℃贮藏时，茭白在采后第15天达到跃变高峰[15]。乙烯的释放积累会加强呼吸作用，呼吸作用的加强会造成茭白中的营养物质消耗。已有研究表明茭白内可溶性糖[16]、可溶性蛋白[17]和可溶性固形物[18]含量会因呼吸作用而降低，同时纤维素酶的活性会被激活，导致茭白细胞壁被破坏，进而造成果肉品质下降[15]。

2.2 硬度和细胞壁相关酶活性的变化

硬度是茭白品质最重要的指标之一，它与水分损失和代谢变化密切相关。随着贮藏时间的增加，茭白硬度会逐渐下降，内部组织会变得疏松，严重时会出现空心[19]。果蔬硬度下降主要是由于细胞壁代谢酶活性的变化影响了细胞壁的主要组分纤维素和果胶的含量和结构。这些细胞壁代谢酶主要为多聚半乳糖醛酸酶（PG）、果胶甲酯酶(PME)和纤维素酶（Cel），这三种酶通常在果蔬采后活性增加，使得果胶和纤维素分解，细胞壁破坏，果实变软[20]。这已在桃、甜橙等果实上得到证实。但果蔬发生木质化时，三种酶的活性会下降，细胞壁组分逆向积累，导致纤维素、木质素和原果胶不能正常分解。杨倩等[21]发现茭白采后细胞壁代谢异常，主要表现为水溶性果胶含量下降，原果胶和纤维素含量增加。这主要是PME和PG两种酶活性变化不平衡导致的，此外，三种酶活性的下降加剧了木质素的氧化交联，进而加重茭白木质化的发生。

2.3 酶活性及抗氧化性物质含量的变化

通常，植物体内的以超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）为主的酶促系统和以抗坏血酸（VC）、生育酚（VE）、类胡萝卜素为主的抗氧化物质会清除活性氧，避免活性氧积累和代谢失调造成果蔬衰老[22]。茭白采后贮藏过程中，VC含量逐渐降低，SOD和CAT活性下降，使得活性氧积累，从而破坏活性氧产生与清除的动态平衡，使膜脂不饱和度降低，并产生过氧化物丙二醛（MDA），继而造成MDA含量升高[23-24]。王庆新[25]研究表明茭白在贮藏过程中POD含量的逐渐增加会导致茭肉逐渐木质化，失去使用价值。

2.4 营养物质的变化

茭白采后还原糖含量整体呈下降的趋势，但在贮藏过程中会有一个上升的趋势，这可能是由于生理活动导致总糖分解产生还原糖[24]。可溶性固形物的含量变化与还原糖含量变化趋势相似，呈先上升后下降的变化，这主要是由于贮藏初期茭白内的淀粉转化为糖类物质导致可溶性固形物含量增加，而后期又由于呼吸作用消耗大量糖类以及衰老过程加剧导致可溶性固形物含量降低[26]。果蔬中VC含量是反映果蔬营养成分的重要指标之一，具有延缓采后软化的作用。茭白采后VC含量随贮藏时间的延长总体呈下降趋势，这主要是由于生理活动的消耗而致。此外，茭肉组织中的蛋白质含量在贮藏过程中也随贮藏时间的延长呈缓慢下降趋势[26]。

3 茭白采后保鲜技术

由于茭白采收后极易失水萎蔫，品质大幅度下降，常温保存不超过3 d，因此，目前茭白的采后保鲜技术的研究主要集中于延长茭白贮藏时间及保持茭白较好品质方面。茭白的贮藏保鲜技术主要有物理保鲜、化学保鲜、生物保鲜和复合保鲜。

3.1 物理保鲜技术

3.1.1 低温保鲜

低温保鲜是果蔬保鲜技术中常用的保鲜方法，是一种在0℃或略高于果蔬冰点的低温环境条件下贮藏果蔬的方式。低温环境通过降低茭白的温度来抑制其内部酶活性，推迟呼吸高峰期的出现，达到延缓果实衰老的目的。研究表明茭白贮藏的最佳温度为（0±1）℃[27]。目前，通常会将低温保鲜技术与其他保鲜技术结合，以便更好地增强保鲜效果。

3.1.2 气调保鲜

气调保鲜是一种采用低温、低氧和较高浓度的二氧化碳贮藏果蔬的方式，通过降低果蔬的呼吸作用来减少营养物质的消耗，抑制贮藏物的代谢和微生物的活动，同时降低果蔬品质的劣变程度和呼吸作用，达到减缓果蔬后熟衰老的目的[28]。气调保鲜是目前世界公认的先进、有效的果蔬保鲜技术[29]。茭白在气调环境中贮藏可明显延缓其衰老和防止其生理失调。邱莉萍等[30]研究发现，采用KB-6聚乙烯薄膜气调保鲜法贮藏茭白，能有效地控制贮藏环境中的气体成分，延缓代谢速度，比一般的贮藏方法保鲜期延长40 d，且价格低廉。周涛等[31]采用（1±1）℃下自发气调（MA）贮藏对采后茭白进行保鲜，结果表明MA贮藏可通过延缓叶绿素酶、苯丙氨酸解氨酶（PAL）和过氧化物酶（POD）活性的升高来抑制茭白的黄化和糠心进程。研究发现二氧化碳浓度越高，对茭白的保鲜效果越好，用100%CO2气体进行气调贮藏能够有效地抑制微生物生长与褐变速度，更好地保持茭白的新鲜程度，延长其货架期[32]。郜海燕等[33]研究发现，去壳茭白气调贮藏适宜的气体成分为O20.5%～0.6%，CO210%～11%，此条件下茭白可贮藏49 d。杨相政等[34]在此基础上研究发现，较高浓度的CO2（3%O2+10%CO2）与复配保鲜剂结合处理，可延缓茭白可溶性固形物和抗坏血酸含量的下降、抑制呼吸代谢及丙二醛含量的升高、降低失重率和根腐率，茭白贮藏时间高达90 d。

气调保鲜会受到包装材料的影响，研究发现，聚乙烯包装袋对茭白的锁水能力最佳，可有效保持茭白外观品质[35]。钱炳俊等[36]对五种不同直径的微孔聚乙烯包装的保鲜效果进行了研究，结果表明茭白在普通聚乙烯保鲜袋中能够保持较好的色泽和嫩度。目前，研究发现还有更好的保鲜包装材料，杨冬梅等[37]研究发现，高密度聚丙烯包装袋对气调保鲜中茭白细胞膜完整性的维护更显著，对菌落总数的抑制作用最大。

3.1.3 热处理保鲜

热处理保鲜是指在贮藏前将果蔬置于热水、热空气、蒸汽等热环境中进行一定时间的微加工处理，是一种较为传统、简单、无污染、易操作的保鲜方法。热处理不但可杀菌，还可减少自由基的生成和抑制膜脂过氧化，此外其还能有效的减少病原体的侵入[38]。但由于热处理会对果蔬的香味、质构和新鲜外观构成负面的影响，因此需要找到合适的热处理方法，以延长微加工茭白的保鲜期。周涛等[39]研究发现38℃热水处理1 h可保持茭白的嫩度，减缓其表皮变绿的程度，减缓细胞膜透性的增加。王安源[40]将热处理与草酸结合处理鲜切茭白，发现其效果比单纯热处理要好，能够较好地解决贮藏过程中鲜切茭白的失水失重和抗坏血酸含量下降等问题，明显提高了茭白的总抗氧化能力。王亚兰[41]将短波紫外辐照和热处理结合，发现可以有效的降低失重率，维持茭白感官品质，具有提高抗氧化能力，抑制表面微生物生长的效果。

3.2 化学保鲜技术

化学保鲜剂可以通过破坏微生物细胞结构来抑制微生物的侵染对果实的损害，主要方式包括浸泡、喷洒、吸附。化学保鲜技术虽然保鲜效果显著但却会给环境和人体健康造成危害。

席玙芳等[42]研究发现，赤霉素浸泡处理可降低茭白SOD、CAT活性，阻止MDA含量的上升。张美玲等[43]研究了赤霉素等保鲜剂在茭白保鲜上的应用，发现赤霉素与苯甲酸钠结合对茭白呼吸强度的抑制效果明显，可以杀死或控制茭白表面的病原微生物，贮藏保鲜效果较好。宋丽丽等[44]对比了不同体积分数1-MCP处理对常温和低温贮藏期间脱壳茭白木质化以及细胞超微结构的影响，结果表明：0.5 μL/L 1-MCP处理可较好保持常温和低温条件下茭肉的外观品质，减轻茭肉木质化。

由于化学保鲜剂对人体和环境会造成危害，已有研究者尝试使用一些更为绿色环保的试剂。二氧化氯作为一种安全、无毒的绿色消毒剂，现已被用于茭白的保鲜研究。邹小欠等[45]研究了Ca2+、1-MCP和ClO2处理对延长茭白后熟衰老的效果，研究发现三种保鲜剂对茭白后熟衰老都有抑制作用。其中5.0 mg/L ClO2可以很好地降低茭白的呼吸作用，减少MDA含量的上升，能够较好地调控茭白的后熟衰老进程，提高茭白贮藏期品质。

3.3 生物保鲜技术

生物保鲜技术是一种利用生物天然提取物或微生物菌体作为防腐剂的绿色环保保鲜方式，具有污染小、成本低、安全性高等特点，能够满足绿色安全食品的需求。这种保鲜方式主要通过杀菌作用或隔离空气与果蔬接触，延缓果蔬的成熟衰老进程，从而起到保鲜防腐作用[46]。王向阳等[47]研究发现，利用胆固醇浸泡能有效延长绿芦笋采后的保鲜期，维持芦笋质量，特别对芦笋有很好的护绿效果。曾维丽等[48]研究了1.0 g/L白花菜提取物对鲜切花椰菜的贮藏效果，发现白花菜提取物处理能有效抑制花椰菜微生物的生长，使得花椰菜褐变速度减慢，保持了贮藏期间较高的商品价值。Singh等[49]使用由芳香精油配制的水乳剂对蔬菜进行处理，发现其可以通过抑制食源性致病菌和腐败性细菌的生长繁殖速度，维持蔬菜的品质。李静等[50]总结了真菌寡糖素诱导植物防御反应的作用，真菌寡糖素通过诱导植物抗毒素积累和调节植物次生代谢等生理活性，对芒果、枣、莴笋、黄瓜等果蔬贮藏品质的保持有较为明显的效果。目前还没有关于茭白的微生物保鲜的研究报道，但已有研究发现茭白采后自然腐烂的主要病原真菌为禾谷镰刀菌[51]，这为后续针对茭白的微生物保鲜措施研究提供了依据。

壳聚糖作为一种天然多糖类生物大分子，具有很好的成膜性、抑菌性和抗氧化活性，具有防止果蔬失水、抑制褐变、降低呼吸强度和减少腐烂率等作用，常被用于果蔬保鲜[52]。周静峰等[53]分别使用10 g/L壳聚糖、10 g/L壳聚糖与1.5 g/L纳米壳聚糖溶液的混合物和去离子水对鲜切茭白进行浸泡处理。结果表明，纳米壳聚糖涂膜能有效延缓鲜切茭白褐变和木质化，提高抗氧化酶活性，维持茭白相对高的硬度及还原糖和抗坏血酸含量，具有商业上控制鲜切茭白品质劣变的潜在价值。冯寅洁等[54]先用热处理再使用壳聚糖涂膜对去壳茭白进行常温保鲜，结果表明复合处理比单一处理更能减少去壳茭白的水分损失，同时保持茭白的色泽，处理过的茭白硬度较高，且次级代谢产物酚类和因细胞膜衰老产生的丙二醛含量也相对较少。

4 小结与展望

茭白作为一种脆嫩鲜美、营养价值较高且具有一定药用价值的水生蔬菜，其上市时间多为5—6月和8—11月的蔬菜淡季，对于保障市场蔬菜供应无疑具有重要意义。

目前茭白保鲜主要通过物理保鲜和化学保鲜技术来实现，这些方法大多存在局限性，如：气调保鲜的设施设备及技术条件要求较高；热处理保鲜需严格控制温度及时间；化学保鲜虽简单但却存在安全问题。因此，寻找一种绿色环保且保鲜效果显著的方法尤为重要。目前，天然保鲜剂如生姜、大蒜提取液已被用于草莓[55]、水蜜桃[56]和莲藕[57]等果蔬的保鲜研究，但将天然保鲜剂用于茭白的保鲜研究尚属空白。利用变交磁场[58]、食品级化学保鲜复合液[59]、乙醇[60]和溶菌酶[61]保鲜方法已在与茭白同属于水生蔬菜的莲藕和荸荠的保鲜中得到了研究和运用，并且取得了很好的保鲜贮藏效果。因此研究安全高效且简单易行的茭白采后贮藏保鲜技术，特别是在物理与安全化学及生物技术的集成方面取得进展，破解茭白采后保鲜瓶颈难题，对于推动茭白采后保鲜产业发展具有重要意义。