茭白采后生理變化及保鮮技術(shù)研究進展

董桂君，喬勇進，王春芳，劉晨霞

（1.上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品保鮮加工研究中心，上海201403；2.上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海200093；3.上海農(nóng)產(chǎn)品保鮮加工工程技術(shù)研究中心，上海201403）

茭白（Zizania latifoliaGriseb）又名菰、茭筍、茭瓜，為禾本科植物，其性喜溫濕氣候，適于生長在黏土中[1]。茭白原產(chǎn)于我國南方地區(qū)，在長江以南各地，特別是江浙太湖一帶種植較為廣泛[2]。茭白按采收季節(jié)分為單季茭和雙季茭兩大類，單季茭又稱一熟茭，每年秋季采收，種植一次可連續(xù)采收3～4年，適應(yīng)地區(qū)較廣；雙季茭又稱兩熟茭，在當(dāng)年秋季可采收一次，冬季時通過宿根越冬，然后在來年夏季再采收一次，因此其適應(yīng)范圍較窄，主要集中于上海、江蘇和浙江等空氣較為濕潤的地區(qū)栽培[3]。由于茭白營養(yǎng)豐富，內(nèi)含豐富的蛋白質(zhì)、人體所需的礦物質(zhì)和多種維生素，還具有多種藥用價值，除了可預(yù)防高血壓和動脈硬化，還對美白有一定效果，因此，茭白被譽為“水中人參”，深受人們的喜愛[4]。

茭白的嫩莖是主要的食用部分，新鮮的茭白嫩莖呈乳白色，肉質(zhì)柔嫩，纖維少，味道清香，但由于其內(nèi)部水分含量高，采后呼吸十分旺盛，因此極易失水老化，容易出現(xiàn)表皮變黃，切口腐爛褐變、肉質(zhì)軟化霉變等現(xiàn)象，保鮮難度大，嚴(yán)重制約了茭白異地異時銷售和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，給茭農(nóng)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟損失[5]。因此開展茭白采后保鮮的研究，總結(jié)目前茭白在貯藏保鮮領(lǐng)域的研究技術(shù)方法，對于茭白產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展具有重要意義。

1 茭白的營養(yǎng)成分及活性物質(zhì)

1.1 營養(yǎng)成分

新鮮茭白含水量高，富含多種營養(yǎng)物質(zhì)，包括粗蛋白（23.45%）、脂肪（0.66%）、還原糖（9.43%）、無機鹽（1.5%）、氨基酸、礦物質(zhì)以及人體所需的多種維生素[6]。茭白含有16種游離氨基酸，其中包含7種人體所需的必需氨基酸，含量為氨基酸總量的35.48%，其中，賴氨酸和亮氨酸在必需氨基酸中含量最高，同為必需氨基酸總含量的0.07%，賴氨酸和亮氨酸對治療肝病引起的蛋白質(zhì)合成紊亂和糖尿病等具有積極作用[7]。此外，茭白還含有鉀、鈉、鋅等多種礦物質(zhì)元素，該類元素具有維持人體健康和促進生長發(fā)育的作用，是機體維持酸堿平衡和滲透壓的必要條件，具有保證人體正常新陳代謝的功效。

1.2 活性物質(zhì)

茭白中含有黃酮、酚類和花青素等活性物質(zhì)，這些物質(zhì)的存在使得茭白不但成為了佳蔬，同時還具有清熱作用，并對止熱痢、退黃疸、通大便和治療口腔潰瘍有輔助療效[9]。目前大多數(shù)研究主要集中于茭白的抗氧化活性，據(jù)黃世能等[10]報道，茭白的水提取液比乙醇提取液抗氧化活性高。夏旭等[11]研究發(fā)現(xiàn)茭白中的總黃酮對超氧陰離子的清除能力較強，且茭白的抗氧化能力與總黃酮的濃度相關(guān)。姜雯[12]研究發(fā)現(xiàn)，在烹飪過程中，茭白中的總酚物質(zhì)發(fā)揮了重要的抗氧化作用。Wen等[13]研究表明茭白能抑制人體中血管緊張素轉(zhuǎn)化酶的活性，具有預(yù)防和治療高血壓和動脈硬化的功效。

2 茭白采后的生理生化變化

茭白采收后極易發(fā)生失水萎蔫，由于呼吸作用和蒸騰作用，易造成茭白肉質(zhì)木質(zhì)化、霉變和軟化等問題，因此常溫下僅可保存2～3 d[14]。茭白采后短時間內(nèi)發(fā)生的這一系列生理生化變化，促進了其衰老和品質(zhì)下降。

2.1 呼吸速率和乙烯釋放率的變化

呼吸速率和乙烯釋放率的變化規(guī)律是反映果蔬在貯藏期間衰老的重要指標(biāo)，茭白屬于呼吸躍變型果蔬，即采后貯藏過程中有明顯的呼吸躍變高峰出現(xiàn)。茭白采后呼吸強度和乙烯釋放速率呈峰型變化，在2℃貯藏時，茭白在采后第15天達(dá)到躍變高峰[15]。乙烯的釋放積累會加強呼吸作用，呼吸作用的加強會造成茭白中的營養(yǎng)物質(zhì)消耗。已有研究表明茭白內(nèi)可溶性糖[16]、可溶性蛋白[17]和可溶性固形物[18]含量會因呼吸作用而降低，同時纖維素酶的活性會被激活，導(dǎo)致茭白細(xì)胞壁被破壞，進而造成果肉品質(zhì)下降[15]。

2.2 硬度和細(xì)胞壁相關(guān)酶活性的變化

硬度是茭白品質(zhì)最重要的指標(biāo)之一，它與水分損失和代謝變化密切相關(guān)。隨著貯藏時間的增加，茭白硬度會逐漸下降，內(nèi)部組織會變得疏松，嚴(yán)重時會出現(xiàn)空心[19]。果蔬硬度下降主要是由于細(xì)胞壁代謝酶活性的變化影響了細(xì)胞壁的主要組分纖維素和果膠的含量和結(jié)構(gòu)。這些細(xì)胞壁代謝酶主要為多聚半乳糖醛酸酶（PG）、果膠甲酯酶(PME)和纖維素酶（Cel），這三種酶通常在果蔬采后活性增加，使得果膠和纖維素分解，細(xì)胞壁破壞，果實變軟[20]。這已在桃、甜橙等果實上得到證實。但果蔬發(fā)生木質(zhì)化時，三種酶的活性會下降，細(xì)胞壁組分逆向積累，導(dǎo)致纖維素、木質(zhì)素和原果膠不能正常分解。楊倩等[21]發(fā)現(xiàn)茭白采后細(xì)胞壁代謝異常，主要表現(xiàn)為水溶性果膠含量下降，原果膠和纖維素含量增加。這主要是PME和PG兩種酶活性變化不平衡導(dǎo)致的，此外，三種酶活性的下降加劇了木質(zhì)素的氧化交聯(lián)，進而加重茭白木質(zhì)化的發(fā)生。

2.3 酶活性及抗氧化性物質(zhì)含量的變化

通常，植物體內(nèi)的以超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）為主的酶促系統(tǒng)和以抗壞血酸（VC）、生育酚（VE）、類胡蘿卜素為主的抗氧化物質(zhì)會清除活性氧，避免活性氧積累和代謝失調(diào)造成果蔬衰老[22]。茭白采后貯藏過程中，VC含量逐漸降低，SOD和CAT活性下降，使得活性氧積累，從而破壞活性氧產(chǎn)生與清除的動態(tài)平衡，使膜脂不飽和度降低，并產(chǎn)生過氧化物丙二醛（MDA），繼而造成MDA含量升高[23-24]。王慶新[25]研究表明茭白在貯藏過程中POD含量的逐漸增加會導(dǎo)致茭肉逐漸木質(zhì)化，失去使用價值。

2.4 營養(yǎng)物質(zhì)的變化

茭白采后還原糖含量整體呈下降的趨勢，但在貯藏過程中會有一個上升的趨勢，這可能是由于生理活動導(dǎo)致總糖分解產(chǎn)生還原糖[24]?？扇苄怨绦挝锏暮孔兓c還原糖含量變化趨勢相似，呈先上升后下降的變化，這主要是由于貯藏初期茭白內(nèi)的淀粉轉(zhuǎn)化為糖類物質(zhì)導(dǎo)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類以及衰老過程加劇導(dǎo)致可溶性固形物含量降低[26]。果蔬中VC含量是反映果蔬營養(yǎng)成分的重要指標(biāo)之一，具有延緩采后軟化的作用。茭白采后VC含量隨貯藏時間的延長總體呈下降趨勢，這主要是由于生理活動的消耗而致。此外，茭肉組織中的蛋白質(zhì)含量在貯藏過程中也隨貯藏時間的延長呈緩慢下降趨勢[26]。

3 茭白采后保鮮技術(shù)

由于茭白采收后極易失水萎蔫，品質(zhì)大幅度下降，常溫保存不超過3 d，因此，目前茭白的采后保鮮技術(shù)的研究主要集中于延長茭白貯藏時間及保持茭白較好品質(zhì)方面。茭白的貯藏保鮮技術(shù)主要有物理保鮮、化學(xué)保鮮、生物保鮮和復(fù)合保鮮。

3.1 物理保鮮技術(shù)

3.1.1 低溫保鮮

低溫保鮮是果蔬保鮮技術(shù)中常用的保鮮方法，是一種在0℃或略高于果蔬冰點的低溫環(huán)境條件下貯藏果蔬的方式。低溫環(huán)境通過降低茭白的溫度來抑制其內(nèi)部酶活性，推遲呼吸高峰期的出現(xiàn)，達(dá)到延緩果實衰老的目的。研究表明茭白貯藏的最佳溫度為（0±1）℃[27]。目前，通常會將低溫保鮮技術(shù)與其他保鮮技術(shù)結(jié)合，以便更好地增強保鮮效果。

3.1.2 氣調(diào)保鮮

氣調(diào)保鮮是一種采用低溫、低氧和較高濃度的二氧化碳貯藏果蔬的方式，通過降低果蔬的呼吸作用來減少營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，抑制貯藏物的代謝和微生物的活動，同時降低果蔬品質(zhì)的劣變程度和呼吸作用，達(dá)到減緩果蔬后熟衰老的目的[28]。氣調(diào)保鮮是目前世界公認(rèn)的先進、有效的果蔬保鮮技術(shù)[29]。茭白在氣調(diào)環(huán)境中貯藏可明顯延緩其衰老和防止其生理失調(diào)。邱莉萍等[30]研究發(fā)現(xiàn)，采用KB-6聚乙烯薄膜氣調(diào)保鮮法貯藏茭白，能有效地控制貯藏環(huán)境中的氣體成分，延緩代謝速度，比一般的貯藏方法保鮮期延長40 d，且價格低廉。周濤等[31]采用（1±1）℃下自發(fā)氣調(diào)（MA）貯藏對采后茭白進行保鮮，結(jié)果表明MA貯藏可通過延緩葉綠素酶、苯丙氨酸解氨酶（PAL）和過氧化物酶（POD）活性的升高來抑制茭白的黃化和糠心進程。研究發(fā)現(xiàn)二氧化碳濃度越高，對茭白的保鮮效果越好，用100%CO2氣體進行氣調(diào)貯藏能夠有效地抑制微生物生長與褐變速度，更好地保持茭白的新鮮程度，延長其貨架期[32]。郜海燕等[33]研究發(fā)現(xiàn)，去殼茭白氣調(diào)貯藏適宜的氣體成分為O20.5%～0.6%，CO210%～11%，此條件下茭白可貯藏49 d。楊相政等[34]在此基礎(chǔ)上研究發(fā)現(xiàn)，較高濃度的CO2（3%O2+10%CO2）與復(fù)配保鮮劑結(jié)合處理，可延緩茭白可溶性固形物和抗壞血酸含量的下降、抑制呼吸代謝及丙二醛含量的升高、降低失重率和根腐率，茭白貯藏時間高達(dá)90 d。

氣調(diào)保鮮會受到包裝材料的影響，研究發(fā)現(xiàn)，聚乙烯包裝袋對茭白的鎖水能力最佳，可有效保持茭白外觀品質(zhì)[35]。錢炳俊等[36]對五種不同直徑的微孔聚乙烯包裝的保鮮效果進行了研究，結(jié)果表明茭白在普通聚乙烯保鮮袋中能夠保持較好的色澤和嫩度。目前，研究發(fā)現(xiàn)還有更好的保鮮包裝材料，楊冬梅等[37]研究發(fā)現(xiàn)，高密度聚丙烯包裝袋對氣調(diào)保鮮中茭白細(xì)胞膜完整性的維護更顯著，對菌落總數(shù)的抑制作用最大。

3.1.3 熱處理保鮮

熱處理保鮮是指在貯藏前將果蔬置于熱水、熱空氣、蒸汽等熱環(huán)境中進行一定時間的微加工處理，是一種較為傳統(tǒng)、簡單、無污染、易操作的保鮮方法。熱處理不但可殺菌，還可減少自由基的生成和抑制膜脂過氧化，此外其還能有效的減少病原體的侵入[38]。但由于熱處理會對果蔬的香味、質(zhì)構(gòu)和新鮮外觀構(gòu)成負(fù)面的影響，因此需要找到合適的熱處理方法，以延長微加工茭白的保鮮期。周濤等[39]研究發(fā)現(xiàn)38℃熱水處理1 h可保持茭白的嫩度，減緩其表皮變綠的程度，減緩細(xì)胞膜透性的增加。王安源[40]將熱處理與草酸結(jié)合處理鮮切茭白，發(fā)現(xiàn)其效果比單純熱處理要好，能夠較好地解決貯藏過程中鮮切茭白的失水失重和抗壞血酸含量下降等問題，明顯提高了茭白的總抗氧化能力。王亞蘭[41]將短波紫外輻照和熱處理結(jié)合，發(fā)現(xiàn)可以有效的降低失重率，維持茭白感官品質(zhì)，具有提高抗氧化能力，抑制表面微生物生長的效果。

3.2 化學(xué)保鮮技術(shù)

化學(xué)保鮮劑可以通過破壞微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)來抑制微生物的侵染對果實的損害，主要方式包括浸泡、噴灑、吸附?；瘜W(xué)保鮮技術(shù)雖然保鮮效果顯著但卻會給環(huán)境和人體健康造成危害。

席玙芳等[42]研究發(fā)現(xiàn)，赤霉素浸泡處理可降低茭白SOD、CAT活性，阻止MDA含量的上升。張美玲等[43]研究了赤霉素等保鮮劑在茭白保鮮上的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)赤霉素與苯甲酸鈉結(jié)合對茭白呼吸強度的抑制效果明顯，可以殺死或控制茭白表面的病原微生物，貯藏保鮮效果較好。宋麗麗等[44]對比了不同體積分?jǐn)?shù)1-MCP處理對常溫和低溫貯藏期間脫殼茭白木質(zhì)化以及細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明：0.5 μL/L 1-MCP處理可較好保持常溫和低溫條件下茭肉的外觀品質(zhì)，減輕茭肉木質(zhì)化。

由于化學(xué)保鮮劑對人體和環(huán)境會造成危害，已有研究者嘗試使用一些更為綠色環(huán)保的試劑。二氧化氯作為一種安全、無毒的綠色消毒劑，現(xiàn)已被用于茭白的保鮮研究。鄒小欠等[45]研究了Ca2+、1-MCP和ClO2處理對延長茭白后熟衰老的效果，研究發(fā)現(xiàn)三種保鮮劑對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，減少MDA含量的上升，能夠較好地調(diào)控茭白的后熟衰老進程，提高茭白貯藏期品質(zhì)。

3.3 生物保鮮技術(shù)

生物保鮮技術(shù)是一種利用生物天然提取物或微生物菌體作為防腐劑的綠色環(huán)保保鮮方式，具有污染小、成本低、安全性高等特點，能夠滿足綠色安全食品的需求。這種保鮮方式主要通過殺菌作用或隔離空氣與果蔬接觸，延緩果蔬的成熟衰老進程，從而起到保鮮防腐作用[46]。王向陽等[47]研究發(fā)現(xiàn)，利用膽固醇浸泡能有效延長綠蘆筍采后的保鮮期，維持蘆筍質(zhì)量，特別對蘆筍有很好的護綠效果。曾維麗等[48]研究了1.0 g/L白花菜提取物對鮮切花椰菜的貯藏效果，發(fā)現(xiàn)白花菜提取物處理能有效抑制花椰菜微生物的生長，使得花椰菜褐變速度減慢，保持了貯藏期間較高的商品價值。Singh等[49]使用由芳香精油配制的水乳劑對蔬菜進行處理，發(fā)現(xiàn)其可以通過抑制食源性致病菌和腐敗性細(xì)菌的生長繁殖速度，維持蔬菜的品質(zhì)。李靜等[50]總結(jié)了真菌寡糖素誘導(dǎo)植物防御反應(yīng)的作用，真菌寡糖素通過誘導(dǎo)植物抗毒素積累和調(diào)節(jié)植物次生代謝等生理活性，對芒果、棗、萵筍、黃瓜等果蔬貯藏品質(zhì)的保持有較為明顯的效果。目前還沒有關(guān)于茭白的微生物保鮮的研究報道，但已有研究發(fā)現(xiàn)茭白采后自然腐爛的主要病原真菌為禾谷鐮刀菌[51]，這為后續(xù)針對茭白的微生物保鮮措施研究提供了依據(jù)。

殼聚糖作為一種天然多糖類生物大分子，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、抑制褐變、降低呼吸強度和減少腐爛率等作用，常被用于果蔬保鮮[52]。周靜峰等[53]分別使用10 g/L殼聚糖、10 g/L殼聚糖與1.5 g/L納米殼聚糖溶液的混合物和去離子水對鮮切茭白進行浸泡處理。結(jié)果表明，納米殼聚糖涂膜能有效延緩鮮切茭白褐變和木質(zhì)化，提高抗氧化酶活性，維持茭白相對高的硬度及還原糖和抗壞血酸含量，具有商業(yè)上控制鮮切茭白品質(zhì)劣變的潛在價值。馮寅潔等[54]先用熱處理再使用殼聚糖涂膜對去殼茭白進行常溫保鮮，結(jié)果表明復(fù)合處理比單一處理更能減少去殼茭白的水分損失，同時保持茭白的色澤，處理過的茭白硬度較高，且次級代謝產(chǎn)物酚類和因細(xì)胞膜衰老產(chǎn)生的丙二醛含量也相對較少。

4 小結(jié)與展望

茭白作為一種脆嫩鮮美、營養(yǎng)價值較高且具有一定藥用價值的水生蔬菜，其上市時間多為5—6月和8—11月的蔬菜淡季，對于保障市場蔬菜供應(yīng)無疑具有重要意義。

目前茭白保鮮主要通過物理保鮮和化學(xué)保鮮技術(shù)來實現(xiàn)，這些方法大多存在局限性，如：氣調(diào)保鮮的設(shè)施設(shè)備及技術(shù)條件要求較高；熱處理保鮮需嚴(yán)格控制溫度及時間；化學(xué)保鮮雖簡單但卻存在安全問題。因此，尋找一種綠色環(huán)保且保鮮效果顯著的方法尤為重要。目前，天然保鮮劑如生姜、大蒜提取液已被用于草莓[55]、水蜜桃[56]和蓮藕[57]等果蔬的保鮮研究，但將天然保鮮劑用于茭白的保鮮研究尚屬空白。利用變交磁場[58]、食品級化學(xué)保鮮復(fù)合液[59]、乙醇[60]和溶菌酶[61]保鮮方法已在與茭白同屬于水生蔬菜的蓮藕和荸薺的保鮮中得到了研究和運用，并且取得了很好的保鮮貯藏效果。因此研究安全高效且簡單易行的茭白采后貯藏保鮮技術(shù)，特別是在物理與安全化學(xué)及生物技術(shù)的集成方面取得進展，破解茭白采后保鮮瓶頸難題，對于推動茭白采后保鮮產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。