蘭成云 王俊峰 孫楊 繆軍 呂曉惠 韓偉
摘要?介紹芽苗菜在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀,總結(jié)化學手段和物理手段在芽苗菜上的應(yīng)用研究進展,闡述化學試劑對芽苗菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響與其富集礦質(zhì)元素的現(xiàn)象,同時闡述不同光質(zhì)與光周期應(yīng)用對芽苗菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及其相應(yīng)的分子機理,分析芽苗菜行業(yè)存在的問題,并對未來的研究方向進行展望。
關(guān)鍵詞?芽苗菜;應(yīng)用技術(shù);展望
中圖分類號?S649文獻標識碼?A文章編號?0517-6611(2018)33-0005-03
芽苗菜可看作是特菜的一種,其用于食用的部分主要以芽苗、幼莖等幼嫩的營養(yǎng)器官為主,其生產(chǎn)方式有別于傳統(tǒng)陸地栽培方式,主要是在室內(nèi)黑暗或光照條件下依靠植物種子中貯存的養(yǎng)分直接培育而來,也有部分芽苗菜是利用植物其它營養(yǎng)貯存器官中累積的養(yǎng)分生產(chǎn)而來,由于芽苗菜生產(chǎn)利用的植物營養(yǎng)來源不同,一般可將芽苗菜劃分為種芽菜和體芽菜兩類[1-2]。
芽苗菜自身營養(yǎng)豐富,屬于堿性食品,部分芽苗菜更兼具一定的藥用或保健價值,由于其生產(chǎn)過程中基本不涉及化肥、農(nóng)藥投入,基本以水培為主,因此被認為是一種綠色無污染、食用安全的新型蔬菜[3-4]。近年來,隨著市場的進一步推廣,芽苗菜的食用方式也開始增加,目前芽苗菜的烹飪方式已有湯羹類(如芽苗菜肉丸子湯、芽苗菜雞蛋湯、芽苗菜文蛤湯等)、涼菜類(如耗油芽苗菜、芽苗菜拌金針菇、芽苗菜雞肉沙拉等)、主食類(如芽苗菜蛋炒飯、芽苗菜滑雞粥、芽苗菜盒子餅等)以及飲料類(如麥草汁)等。
1?芽苗菜在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀
芽苗菜的栽培、食用起源于中國,成書于秦漢時期的《神農(nóng)本草經(jīng)》中就已經(jīng)有相關(guān)的描述。近代以來,我國芽苗菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對落后。20世紀90年代以前,我國芽苗菜的生產(chǎn)仍處于品類單一、高人工投入的小作坊式生產(chǎn)模式下,無論是生產(chǎn)技術(shù)還是生產(chǎn)設(shè)備均十分落后,以經(jīng)驗生產(chǎn)為主,缺乏科學的生產(chǎn)指導;20世紀90年代初,國內(nèi)開始關(guān)注芽苗菜生產(chǎn)并對其展開系統(tǒng)化的研究與推廣工作;90年代中期以后,芽苗菜的種類、生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備有了進一步提升,國內(nèi)對芽苗菜的消費需求開始大幅度增加,并開始出現(xiàn)一批工廠化、規(guī)?;a(chǎn)的芽苗菜生產(chǎn)廠家;進入21世紀,隨著生產(chǎn)技術(shù)的進步和芽苗菜種類趨于多樣化,一些化學、生物和物理手段先后在芽苗菜生產(chǎn)上開展試驗[2,5-6]。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進步,芽苗菜的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備將朝著更加自動化和智能化的方向發(fā)展。
對比國內(nèi)的研究現(xiàn)狀,國外更早的將現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用于芽苗菜的生產(chǎn)。有學者認為,現(xiàn)代化技術(shù)在芽苗菜生產(chǎn)上的應(yīng)用最早見于日本,后在西方國家中迅速普及。日本的芽苗菜產(chǎn)業(yè)以豆芽生產(chǎn)企業(yè)為代表,早在20世紀90年代就已經(jīng)實現(xiàn)了相對智能化的生產(chǎn)管理模式,而以美國、歐盟為代表的西方發(fā)達國家的芽苗菜生產(chǎn)也開始走植物工廠化道路,其生產(chǎn)模式已經(jīng)從勞動密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)為資金與技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè),未來其生產(chǎn)在整合信息技術(shù)和智能化管理后將繼續(xù)朝著無人化、無菌化的方向邁進[4,7-8]。
2?芽苗菜應(yīng)用技術(shù)研究進展
隨著芽苗菜種類的持續(xù)增加,芽苗菜逐漸成為一種動態(tài)的概念,當前見諸報道的芽苗菜種類已經(jīng)超過30種,市面上最常見的品種也有近10種[11]。盡管不同種類的芽苗菜生產(chǎn)技術(shù)不同,但其主要栽培技術(shù)均包括選種、浸種、催芽、疊盤、上架及采收六個基本生產(chǎn)步驟,不同品種栽培技術(shù)的差異主要體現(xiàn)在溫度、濕度、光照處理和采收上,總體上,各品種生產(chǎn)的浸種時間范圍維持在2~36 h,催芽天數(shù)在0~5 d,生長最適溫度在18~32 ℃之間,最終成苗天數(shù)在3~25 d [1,9]。研究認為,浸泡(浸種)時間、催芽溫度、播種密度、培養(yǎng)溫度、濕度、光照強度、光周期、采收時間、采收次數(shù)是影響芽苗菜產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵因素,同時,為了保證芽苗菜生產(chǎn)用種發(fā)芽具有較大的最適溫度范圍,理論上芽苗菜生產(chǎn)用種的純度和凈度應(yīng)不低于95%和97%,種子含水量不高于8%,其發(fā)芽指標應(yīng)滿足發(fā)芽率≥95%且應(yīng)盡量選用當季種子為佳。
2.1?化學試劑在芽苗菜生產(chǎn)上的應(yīng)用研究
在芽苗菜生產(chǎn)過程中,為了改善芽苗菜生長和提高芽苗菜礦質(zhì)養(yǎng)分含量,部分化學試劑在芽苗菜生產(chǎn)中得到研究應(yīng)用。在改善芽苗菜生長方面,蕹菜芽苗菜、香椿芽苗菜、蘿卜芽苗菜噴施500 mg/L GA-3均可顯著提高其高度,改善經(jīng)濟產(chǎn)量,而6-BA則不宜用于蘿卜芽苗菜和香椿芽苗菜生產(chǎn);表油菜素內(nèi)酯與NaCl協(xié)同處理、葡萄糖和赤霉酸協(xié)同處理、50 mmol/L的MgSO4噴施能分別促進蘿卜芽苗菜、芥藍芽苗菜、西蘭花芽苗菜中主要生物活性物質(zhì)含量和抗氧化能力;以0.8 mg/L外源SNP處理過種子后的香椿芽苗菜的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、干重、鮮重、芽長、根長等生長指標均得到極大改善[16-22]。
另一方面,有學者從提高芽苗菜礦質(zhì)元素含量的角度進行了研究,并對芽苗菜礦質(zhì)元素的富集作用加以探討。研究表明,蘿卜芽苗菜、豌豆芽苗菜和黃豆芽苗菜均能富集碘素并且蘿卜芽苗菜表現(xiàn)出主動吸收的特點,對碘素的富集能力最強;當Zn濃度在0.1~0.5 mg/L、Fe濃度在0~35 mg/L范圍內(nèi)時,黃豆、綠豆、苜蓿、馬蘭頭、莧菜、蘿卜、苦蕎麥、籽粒莧八種芽苗菜體內(nèi)兩種元素的積累量與二者濃度呈良好的正相關(guān)性;在外源硒的質(zhì)量濃度達到150mg/L時,豌豆芽苗菜富集硒元素的能力達到峰值[23-27]。
此外,也有學者從脅迫的角度對芽苗菜體內(nèi)某些營養(yǎng)成分的富集現(xiàn)象進行了報道,為保健類芽苗菜的生產(chǎn)提供了一定的理論基礎(chǔ)與技術(shù)支撐。研究表明,外源Ca2+可降低低氧聯(lián)合NaCl脅迫對苦蕎芽生長的抑制作用并最終導致其體內(nèi)γ—氨基丁酸的富集;適當鹽脅迫可促進蕎麥芽苗菜可溶性蛋白含量、黃酮含量的增加,水分脅迫則有利于蕎麥芽苗菜總黃酮和蘆丁含量的增加[28-30]。以上研究為利用化學手段改良芽苗菜品質(zhì)提供了一定的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
2.2?光質(zhì)在芽苗菜生產(chǎn)上的應(yīng)用及其機理研究
在早期的芽苗菜生產(chǎn)過程中,由于市場需求與生產(chǎn)條件所限,一些植物生長調(diào)節(jié)劑與添加某些微量元素的營養(yǎng)液或藥劑的使用并不鮮見,由于其在改善芽苗菜生長上的效用明顯,時至今日仍被一些小作坊、小工廠所青睞。然而,未來以綠色、無公害食品為標簽的芽苗菜生產(chǎn)過程中應(yīng)禁止利用化學手段對芽苗菜生長進行干預,盡管化學手段能在短時間內(nèi)改善芽苗菜的生長狀況、富集礦質(zhì)元素、增強芽苗菜的保健功能,但鑒于芽苗菜生長周期較短,恐易造成化學藥品在芽苗菜體內(nèi)積累,這與芽苗菜綠色生產(chǎn)的初衷相悖。因此,與化學手段相比,物理手段與生物手段是芽苗菜無公害生產(chǎn)研究的重要方向。近年來,光質(zhì)與光周期在芽苗菜生產(chǎn)上的應(yīng)用及其機理研究取得了長足的進步[31-32]。
研究表明,黃光、綠光、藍光、紅光、紫外光(UV-A、UV-B)照射均可應(yīng)用于蘿卜芽苗菜生產(chǎn)。其中,黃光、綠光、藍光、紅光均可促進蘿卜芽苗菜植株生長;藍光與UV-B還能提高蘿卜芽苗菜過氧化物酶活性、苯丙氨酸解氨酶活性及總酚類物質(zhì)含量,紅光能提高過氧化氫酶活性,而UV-A盡管能顯著降低蘿卜芽苗菜下胚軸長度,卻能提高其抗氧化酶活性和VC含量,進一步研究認為,UV-A照射是通過提高蘿卜芽苗菜L-半乳糖途徑相關(guān)基因表達量及GLDH酶活性來提高蘿卜芽苗菜中的VC含量[33-35]。
在香椿芽苗菜上的相關(guān)研究表明,白光、黃光、藍光、紅光及紅藍混合光均能對其品質(zhì)和產(chǎn)量產(chǎn)生影響。白光照射可提高香椿芽苗菜可食干質(zhì)量、全株干質(zhì)量、可食率以及VC、可溶性糖、總黃酮含量(黃光次之),紅光照射能提高芽苗花青苷(黃光次之)和組纖維含量,抑制硝酸鹽積累,但也降低了氨基酸含量,而藍光和紅藍混合光則能一方面促進香椿芽苗菜可溶性蛋白、氨基酸和總黃酮含量,另一方面降低粗纖維、硝酸鹽和單寧含量,總體認為,白光、藍光和紅藍混合光照射在香椿芽苗菜上應(yīng)用效果最佳。此外,有學者研究了藍光照射在苜蓿芽苗菜上的應(yīng)用效果,得到了和上述一致的結(jié)論[36-38]。
為了進一步探討光照強度和光周期在芽苗菜上的應(yīng)用效果,有學者在給出藍光和紅光混合可作為豌豆芽苗菜生長的最適光源的基礎(chǔ)上,進一步研究表明,利用LED紅光∶藍光=3∶1和紅光∶綠光∶藍光=6∶2∶1復合光是豌豆芽苗菜生產(chǎn)的適宜復合光譜。在黑豆芽苗菜上的光照強度試驗結(jié)果表明,當光照強度在3~9 μmol/(m2·s)時有利于改善黑豆芽苗菜的生長和部分營養(yǎng)品質(zhì)。同時,也有學者設(shè)定在光照強度23 μmol/(m2·s)、光周期14 h/d和溫度(25±2)℃的條件下探討紅光、黃光、UV-B和藍光對油葵芽苗菜的影響,結(jié)果表明四種光質(zhì)對油葵芽苗菜生長(紅光處理能顯著提高子葉面積和下胚軸直徑,UV-B能提高下胚軸長度,而黃光對根長有抑制效果)和品質(zhì)(紅光處理能增加淀粉含量、葉綠素總量/類胡蘿卜素含量,黃光能促進游離氨基酸的積累,藍光能顯著提高其干物質(zhì)、可溶性蛋白含量、過氧化物酶及過氧化氫酶活性,UV-B則提高了超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活性)的影響各不相同,總體上紅光照射有利于油葵芽苗菜生長及品質(zhì)提升[39-42]。上述結(jié)果為構(gòu)建芽苗菜不同品種、不同生長時期以及不同生產(chǎn)需求的光照系統(tǒng)提供了理論基礎(chǔ),是芽苗菜植物工廠必不可缺的技術(shù)支撐。
對大豆芽苗菜選用不同的光質(zhì)進行照射結(jié)果表明,不同光質(zhì)照射能影響大豆芽苗菜體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)含量,進一步探究其分子機理表明,不同光質(zhì)能引起大豆芽苗菜體內(nèi)不同營養(yǎng)物質(zhì)合成途徑相關(guān)基因、光受體基因表達量及其合成相關(guān)酶活性改變是造成相應(yīng)試驗結(jié)果的主要原因[43-46]。在對蘿卜芽苗菜施加HO-1導致其花青苷積累的現(xiàn)象中,最終蘿卜芽苗菜花青苷的合成途徑關(guān)鍵基因表達量的增加也同樣支持上述觀點[47]。
3?問題與展望
我國芽苗菜生產(chǎn)經(jīng)歷了從單一到多樣、從經(jīng)驗摸索到科學指導的發(fā)展過程,近年來,隨著相關(guān)研究的深入、對國外生產(chǎn)技術(shù)的借鑒以及新技術(shù)的引入應(yīng)用,我國芽苗菜生產(chǎn)開始向規(guī)?;?、工廠化、智能化方面逐步邁進,與國外的差距也將進一步縮小,但這并不代表我國芽苗菜生產(chǎn)存在的問題得到了有效解決。
當前有關(guān)芽苗菜生產(chǎn)的小作坊、小工廠仍然普遍存在且數(shù)量還在增加。小作坊、小工廠往往缺乏規(guī)模化的基礎(chǔ)生產(chǎn)設(shè)備而以大量人工投入為主,其成品往往存在外觀品質(zhì)參差不齊及不同程度的食品安全問題,導致其產(chǎn)品始終無法邁入高檔蔬菜門檻,價格趨向低廉。如何改良芽苗菜生產(chǎn)的低端模式,促進芽苗菜產(chǎn)業(yè)改造升級已經(jīng)是芽苗菜產(chǎn)業(yè)亟待解決的問題。
芽苗菜生產(chǎn)條件與大田作物不同,其對生長環(huán)境指標的要求相對苛刻,其發(fā)展方向為植物工廠,如何結(jié)合不同品種的芽苗菜生產(chǎn)技術(shù)形成相應(yīng)的設(shè)備解決方案并使所有方案最終歸于自動化、智能化統(tǒng)一管理是決定芽苗菜最終能否實現(xiàn)植物工廠化的關(guān)鍵。因此,未來有關(guān)芽苗菜植物工廠生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)用與改進研究、芽苗菜生產(chǎn)的數(shù)字化、信息化管理研究、芽苗菜植物工廠廢棄物循環(huán)再利用研究、芽苗菜植物工廠構(gòu)建技術(shù)集成與推廣等領(lǐng)域?qū)⒊蔀檠棵绮祟I(lǐng)域的研究熱點。
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