采后竹筍木質(zhì)化研究進(jìn)展

黃勁松，高 云，郭 軍，李 敏

（1.池州學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，安徽 池州 247000；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，江蘇 南京 210095）

竹筍是毛竹膨大的芽和幼嫩的莖，是一種高蛋白、高纖低脂的綠色食品，深受人們喜愛。由于竹筍大多產(chǎn)于偏遠(yuǎn)山區(qū)，生長季節(jié)性強(qiáng)，產(chǎn)筍期集中，從采摘到銷售的時間間隔長，而采后竹筍仍是一個活的有機(jī)體，不斷進(jìn)行各種形式的生理活動，如呼吸作用、蒸騰作用等，使竹筍外觀和內(nèi)在品質(zhì)都受到極大影響。生理活動通常會加速維生素、總糖等營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，使其重量下降、水分丟失、貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化、硬度迅速增加的［1-2］。竹筍中含有各種酚類物質(zhì)，既可以氧化成醌類物質(zhì)而導(dǎo)致筍肉褐變；也是木質(zhì)素合成的前提物質(zhì)，因含量高導(dǎo)致木質(zhì)化程度加劇，常溫貯藏2～3 d后便會失去鮮嫩可口食用品質(zhì)［3］，即木質(zhì)化，從而限制竹筍的大規(guī)模生產(chǎn)與流通。近年來，國內(nèi)外科研人員在竹筍采后保鮮方面進(jìn)行了相關(guān)研究，特別在延緩竹筍木質(zhì)化保鮮方面取得了豐碩成果：主要從生理生化角度詮釋其木質(zhì)化的原因，建立了相關(guān)的保鮮措施。

新鮮竹筍作為我國特色農(nóng)林副產(chǎn)品，其鮮食使用具有明顯的季節(jié)性和區(qū)域性，保鮮困難。目前國內(nèi)外專門性的研究較少，資料較為缺乏，也未見最新的相關(guān)綜述文獻(xiàn)。本文選擇新鮮竹筍品質(zhì)劣變中最典型和具有顯著變化的木質(zhì)化問題進(jìn)行綜述，歸納了抑制其木質(zhì)化的作用途徑，為從木質(zhì)素合成領(lǐng)域著手改良竹筍品質(zhì)奠定理論基礎(chǔ)，對于解決實際生產(chǎn)問題具有參考價值。

1 不同保鮮措施對竹筍木質(zhì)化的影響

1.1 涂膜保鮮對竹筍木質(zhì)化的影響

采用殼聚糖等涂膜保鮮，通過在筍體表面涂上一層涂膜，抑制竹筍與外界的氣體交換，起到抑制呼吸、減少營養(yǎng)成分消耗、延緩衰老的作用［4］。謝碧霞等［5］用不同涂膜劑配方的殼聚糖溶液處理不同部位竹筍，探索采后貯藏期間PAL、POD活性變化、木質(zhì)素和纖維素含量的變化規(guī)律。結(jié)果顯示：1.5%殼聚糖+0.2%魔芋葡甘聚糖+0.1%亞硫酸鈉顯著抑制了PAL和POD活性的上升，同時延緩了竹筍中纖維素和木質(zhì)素含量的增加，殼聚糖涂膜保鮮能有效地延緩筍體組織的木質(zhì)化衰老，減少了筍體水分蒸發(fā)，降低竹筍的失重和腐爛率，還能延緩竹筍在貯藏期間營養(yǎng)價值的下降，保持其應(yīng)有的硬度和新鮮度，用于竹筍的保鮮有良好的應(yīng)用前景［6-7］。Yang 等［8］用 28 mg/L ClO2水溶液浸泡處理鮮切筍片3 min，再用1.5%殼聚糖醋酸溶液浸泡3 min，放在塑料袋中挽口包裝，在4℃貯藏6 d，顯示殼聚糖涂膜保鮮能抑制筍片的呼吸強(qiáng)度，抑制了貯藏期間與木質(zhì)素合成相關(guān)酶（PAL、POD、CAD和PPO）活性，降低其表面的需氧菌、霉菌和酵母等的數(shù)量，起到抑制褐變以及木質(zhì)化進(jìn)程。殼聚糖涂膜保鮮能抑制木質(zhì)素合成酶（PAL、POD、CAD和PPO）活性，還能抑制多種微生物生長繁殖，減少水分及營養(yǎng)成分的損失，延緩其感官品質(zhì)的下降發(fā)揮重要作用，廣泛地應(yīng)用果蔬產(chǎn)品的保鮮中，具有安全、操作方便、效果明顯等優(yōu)勢。

1.2 氣調(diào)包裝及低溫保藏對竹筍木質(zhì)化的影響

Shen等［2］在10℃條件下，將竹筍置于充有2%O2+5%CO2+93%N2氣體組分厚度0.04 mm PE薄膜包裝中，以未采用氣調(diào)保藏為對照，研究氣調(diào)包裝對采后竹筍木質(zhì)化的影響，結(jié)果顯示，氣調(diào)包裝能有效抑制MDA含量、PAL和POD活性，抑制了竹筍木質(zhì)化的進(jìn)程，但不能阻止多酚的形成以及PPO活性。席玙芳等［9］研究5℃和10℃對竹筍組織中木質(zhì)素含量、H2O2代謝及SOD、CAT和POD活性比變化規(guī)律影響，研究表明5℃能有效抑制竹筍貯藏期間的木質(zhì)化進(jìn)程，在貯藏過程中木質(zhì)素和H2O2含量之間呈正相關(guān)，SOD、CAT和POD活性均低于10℃條件下的，推斷采后竹筍的木質(zhì)化進(jìn)程與活性氧（ROS）代謝密切相關(guān)。ROS是植物生長發(fā)育過程中的信號分子［10］，在參與細(xì)胞死亡及生物和非生物脅迫等應(yīng)答機(jī)制中發(fā)揮重要作用。通常在低溫及氣調(diào)環(huán)境下竹筍木質(zhì)化速率低于常溫，低溫及氣調(diào)能有效地降低失重率、延緩總糖和酸含量下降，減輕褐變，延緩采后竹筍的衰老速率，在此條件下貯藏兩周仍具有良好的感官品質(zhì)。

1.3 外源化學(xué)物質(zhì)對竹筍木質(zhì)化的影響

赤霉素（GA3）廣泛用于延緩采后果蔬的衰老研究，用50～100 mg/L GA3溶液浸泡處理竹筍，在隨后的貯藏過程中，GA3能顯著地延緩與木質(zhì)素生物合成過程中PAL、POD、C4H和PPO活性的增加，減緩木質(zhì)素和粗纖維含量的上升［3］。PAL是木質(zhì)素合成途徑中的關(guān)鍵酶，通過催化苯丙氨酸轉(zhuǎn)化為肉桂酸，再經(jīng)C4H催化形成香豆酸，POD是木質(zhì)素生物合成中最后一步反應(yīng)催化的酶，通過催化H2O2分解而使木質(zhì)素單體聚合生成木質(zhì)素［3］，赤霉素對植物生長發(fā)育和基因表達(dá)具有調(diào)控作用，能有效抑制PAL活性，該結(jié)果與張規(guī)富等［4］的測定結(jié)果相一致。近年來，臭氧保鮮技術(shù)廣泛地應(yīng)用于果蔬產(chǎn)品的保鮮上，具有良好的應(yīng)用前景。羅自生等［1］研究了不同濃度臭氧處理毛竹筍，結(jié)果顯示經(jīng)200～300 μL/L臭氧處理過的毛竹筍能延緩PAL、POD、PPO活性的增加，同時抑制了竹筍中木質(zhì)素和纖維素含量的上升。Yang等［11］研究NO對去皮竹筍褐變及木質(zhì)化的影響，將竹筍浸沒在0.5 mM SNP（硝普鈉，NO供體）溶液中1 h，然后將其放置在厚度為0.01 mm PE塑料袋中，并置于10℃、80%～90%濕度環(huán)境中保藏10 d，結(jié)果顯示NO處理抑制PPO、POD和PAL活性，維持較高的總酚含量，延緩貯藏期間竹筍的褐變以及乙烯生成；與此同時顯著抑制木質(zhì)素和纖維素合成，從而延緩組織的木質(zhì)化，為延長竹筍的貨架期和食用品質(zhì)保持提供了一種有效途徑［12］。草酸具有防止果蔬褐變性、抑制采后腐爛發(fā)生的特性。5 mol/L草酸處理對低溫貯藏期間馬蹄筍保鮮的作用效果明顯［13］，通過SOD與CAT的相互協(xié)調(diào)，消除活性氧的產(chǎn)生而引發(fā)膜脂過氧化及其他傷害過程；同時抑制PAL和POD活性上升，控制木質(zhì)素的合成，從而降低組織木質(zhì)化程度。外源化學(xué)物質(zhì)能有效抑制與活性氧代謝相關(guān)SOD、CAT和APX活性的下降［12］，阻止POD活性上升，使筍體維持較低水平的H2O2與O2-含量 ，抑制MDA含量以及細(xì)胞膜通透性的增加，最終抑制了竹筍木質(zhì)化的速度。

1.4 低壓及其冷熱處理對竹筍木質(zhì)化的影響

Chen等［14］研究了低壓對筍肉木質(zhì)化的影響，結(jié)果顯示50 kPa能有效阻止筍體硬度的增加以及木質(zhì)素、纖維素含量的上升；還能抑制乙烯生成，降低O2-生成率，抑制MDA以及H2O2的增加；顯著保持SOD、CAT、APX等活性，但抑制了PAL和POD活性的增加，因此低壓處理通過保持較高抗氧化酶活性，降低乙烯的生成，導(dǎo)致活性氧自由基（ROS）增加減弱以及維持較好的細(xì)胞膜完整性。Luo等［15］采用90% RH，45℃熱空氣處理竹筍5 h后，在室溫下貯藏12 d，并對相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行測定，結(jié)果顯示，熱處理降低ACC合成酶和ACC氧化酶活性，減少乙烯的生成；同時延緩與木質(zhì)素合成途徑相關(guān)酶（PAL、CAD和POD）活性的增加，延緩筍體木質(zhì)化，因此熱處理結(jié)合常溫下保藏方法，是延緩其木質(zhì)化的一種可能的方法。SOD是植物酶促清除系統(tǒng)中一種極為重要的酶，主要功能是催化O2-歧化為H2O2，而POD、CAT和APX是植物體內(nèi)擔(dān)負(fù)清除H2O2的主要酶類，通過SOD、POD、CAT和APX的協(xié)調(diào)一致，可使ROS維持在一個較低水平，從而使植物免受氧化傷害［16］，對維持細(xì)胞的完整性發(fā)揮重要作用。低壓及熱處理能抑制乙烯生成，抑制木質(zhì)素合成途徑有關(guān)酶活性，維持抗氧化系統(tǒng)酶的活性，使其維持較高水平消除活性氧自由基能力，減少因活性氧自由基對細(xì)胞結(jié)構(gòu)的氧化破壞作用，延緩竹筍木質(zhì)化衰老。采摘后竹筍在常溫存放1 d后，有60%的筍體發(fā)生木質(zhì)化，常溫存放2～3 d后幾乎失去食用價值。采摘引起的機(jī)械損傷加速筍體微生物的繁殖，再加上筍體本身存在的病蟲害使得竹筍在貯藏期間褐變和腐爛變質(zhì)，這些因素限制了竹筍的大規(guī)模流通和超長貨架期的供應(yīng)。竹筍采后預(yù)冷方式主要有浸水預(yù)冷、淋水預(yù)冷、真空預(yù)冷以及冷庫預(yù)冷［17］，經(jīng)比較后認(rèn)為冷庫預(yù)冷是竹筍保鮮產(chǎn)業(yè)化過程中采后的適宜方法，預(yù)冷后能顯著抑制木質(zhì)素和纖維素的累積，最大程度保持其食用品質(zhì)不變。

2 影響竹筍木質(zhì)化的因素

伴隨著生長發(fā)育［18］以及采后貯藏過程中植物組織的木化程度而不斷提高［19-20］，木質(zhì)化在植物生長、發(fā)育、抗病及環(huán)境適應(yīng)性方面發(fā)揮重要作用［21-22］。在植物體中，木質(zhì)素的合成途經(jīng)［23］如圖1所示，在大多數(shù)有關(guān)竹筍研究中，主要研究與木質(zhì)素合成相關(guān)酶如PAL、POD、CAD、4-Cl、C3H和C4H等活性及木質(zhì)素含量變化的規(guī)律。當(dāng)然竹筍在采后貯藏期間，影響其品質(zhì)劣變的，特別是其木質(zhì)化反應(yīng)加劇的情形還與其他因素有關(guān)，現(xiàn)對前人研究概括為以下5點：

2.1 水分流失促進(jìn)木質(zhì)化

圖1 木質(zhì)素生物合成途徑[23]

果蔬采收后，仍然會進(jìn)行系列生理活動，其中呼吸及水分蒸騰作用會引起有機(jī)物質(zhì)消耗及失水，果蔬組織表面失去原有的飽滿狀態(tài)，影響其感官品質(zhì)及食用品質(zhì)。蘿卜在貯藏過程中失水，會誘導(dǎo)酚類及木質(zhì)素生物合成相關(guān)基因的表達(dá)，促進(jìn)木質(zhì)素合成［24］，此現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)廣泛存在于玉米［25］、菜籽［24］和茭白［26］中，然而蔬菜中木質(zhì)素的積累會影響其品質(zhì)和口感［27］。竹筍在采后貯藏期間，也會造成表面水分丟失以及合成木質(zhì)素的前體物質(zhì)的大量表達(dá)，最終導(dǎo)致下游的木質(zhì)素含量增加，造成木質(zhì)化程度加劇，影響食用價值。

2.2 抑制與木質(zhì)素合成途徑相關(guān)酶活性

如圖1所示，木質(zhì)素生物合成途徑需要多種酶參與，其中PAL、POD和CAD最為常見，PAL和POD分別是木質(zhì)素合成的第一步和最后一步，各種處理措施在一定程度上延緩這3種酶活性的增加，該結(jié)果與Huang等［18-19］研究蕨菜采后木質(zhì)化相關(guān)結(jié)果一致，即PAL和POD活性增加，木質(zhì)化程度加劇，食用的價值將大大下降。近些年來，越來很多的學(xué)者運(yùn)用蛋白質(zhì)組學(xué)對果蔬采后木質(zhì)化進(jìn)行研究［18-19］，通過TCA-丙酮結(jié)合酚抽法提取研細(xì)胞總蛋白，然后對蛋白表達(dá)量達(dá)到2倍以上的差異蛋白進(jìn)行細(xì)胞定位、功能分析、表達(dá)量的變化趨勢分析，在結(jié)合果蔬在貯藏期間生理生化指標(biāo)的變化趨勢，確立影響其木質(zhì)化過程的關(guān)鍵蛋白，然后采用生物工程技術(shù)控制該蛋白表達(dá)基因，從分子層面上抑制采后果蔬木質(zhì)素的合成。

2.3 提高與ROS代謝相關(guān)酶活性

ROS是細(xì)胞有氧代謝的產(chǎn)物，當(dāng)植物受到生物或非生物脅迫時，會產(chǎn)生過量的ROS，損害細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的完整性，導(dǎo)致細(xì)胞衰亡。研究發(fā)現(xiàn)：各種處理提高了與ROS代謝相關(guān)酶（SOD、CAT和APX）活性，清除ROS能力增強(qiáng)，減少ROS積累對細(xì)胞的傷害。然而ROS清除能力有限，仍會造成ROS積累，如H2O2的積累，有利于木質(zhì)素單體進(jìn)一步合成木質(zhì)素。

2.4 抑制病原菌生長

當(dāng)病原菌侵入寄主細(xì)胞后會導(dǎo)致寄主細(xì)胞產(chǎn)生和積累木質(zhì)素，木質(zhì)素作為植物體內(nèi)一種重要的抗菌物質(zhì)，可有效保護(hù)細(xì)胞免受病原菌侵染［28］。許勇等［29］指出，受枯萎病病原菌侵染的西瓜幼苗葉片和根莖組織中木質(zhì)素含量提高。從某種程度上說，各種保藏措施能抑制竹筍病原菌的生長，因病原菌減少誘導(dǎo)竹筍細(xì)胞木質(zhì)化的程度將減弱。

2.5 酚類物質(zhì)的表達(dá)促進(jìn)木質(zhì)化進(jìn)程

酚類物質(zhì)廣泛存在于蔬菜組織中，是酶促褐變發(fā)生的根本原因，然而不同蔬菜中酚類物質(zhì)種類差異較大，茭白中主要酚類物質(zhì)為沒食子酸、愈創(chuàng)木酚和咖啡酸；蓮藕中主要為兒茶酚；而麻竹筍中以4-對羥基苯甲醛為主、而毛竹春筍中多酚類化合物主要為鄰苯三酚和鄰苯二酚，有報道指出，酚類物質(zhì)是木質(zhì)素合成的前提物質(zhì)，可直接在相關(guān)木質(zhì)素合成酶的作用下轉(zhuǎn)化為木質(zhì)素，而咖啡酸在茭白酚提取物中的比例高達(dá)25.57%，與鮮切茭白貯藏過程中快速木質(zhì)化密切關(guān)聯(lián)［32］，因此推斷竹筍中的酚類物質(zhì)可能與其采后木質(zhì)化有一定關(guān)系。

從相關(guān)文獻(xiàn)來看，目前報道都是通過測定與木質(zhì)素合成相關(guān)酶活性、MDA以及乙烯活性氧自由基指標(biāo)等變化規(guī)律角度研究竹筍采后木質(zhì)化；亦可從竹筍蛋白表達(dá)差異角度研究相關(guān)蛋白的變化，探索與木質(zhì)化密切相關(guān)蛋白的表達(dá)，從分子水平揭示其木質(zhì)化的機(jī)制；也可從木質(zhì)素合成途徑目標(biāo)代謝物的差異方面研究其木質(zhì)化機(jī)理，為竹筍今后保鮮加工提供理論依據(jù)。

3 結(jié)語

目前，延緩竹筍木質(zhì)化方法主要有涂膜法、氣調(diào)保藏、預(yù)冷處理、外源化學(xué)物質(zhì)保藏、低壓及熱處理等，其作用機(jī)理是通過抑制木質(zhì)素合成，提高了活性氧代謝相關(guān)酶（SOD、CAT和APX）活性，延緩貯藏期間水分下降，降低了筍體表面微生物菌群的數(shù)量，抑制竹筍貯藏期間木質(zhì)素及纖維素含量的上升。筍體中含有多酚類物質(zhì)既能發(fā)生酶促褐變，也是采后竹筍發(fā)生木質(zhì)化不可或缺的因素，可從多角度采取措施延緩竹筍采后木質(zhì)化，該研究結(jié)果為今后竹筍品質(zhì)改良以及采后保鮮提供一定參考。木質(zhì)素合成途徑涉及多步反應(yīng)，中間代謝產(chǎn)物達(dá)20多種［23］，且生成的木質(zhì)素也有多種形式，分別為H-木質(zhì)素、S-木質(zhì)素以及G-木質(zhì)素。目前國內(nèi)外有關(guān)果蔬采后木質(zhì)化的研究未區(qū)分木質(zhì)素的形式，也沒有對相關(guān)中間產(chǎn)物如肉桂酸、對香豆酸、咖啡酸、阿魏酸、芥子酸、松柏酸、芥子醇、松柏醛和芥子醛等含量變化進(jìn)行研究。今后的研究方向應(yīng)借助代謝組學(xué)技術(shù)，探索竹筍木質(zhì)素合成產(chǎn)物的具體形式以及影響木質(zhì)素合成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，有針對性地對其木質(zhì)化進(jìn)程進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制。