芽苗菜研究進展

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(xué)手段和物理手段在芽苗菜上的應(yīng)用研究進展，闡述化學(xué)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(biāo)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(rèn)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(jì)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(xué)的生產(chǎn)指導(dǎo);20世紀(jì)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)模化生產(chǎn)的芽苗菜生產(chǎn)廠家;進入21世紀(jì)，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(xué)、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(xué)者認(rèn)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(jì)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(dá)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(dāng)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(rèn)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(biāo)應(yīng)滿足發(fā)芽率≥95%且應(yīng)盡量選用當(dāng)季種子為佳。

2.1?化學(xué)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(xué)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(lán)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(biāo)均得到極大改善[16-22]。

另一方面，有學(xué)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(dāng)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(dá)到150mg/L時，豌豆芽苗菜富集硒元素的能力達(dá)到峰值[23-27]。

此外，也有學(xué)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(dǎo)致其體內(nèi)γ—氨基丁酸的富集;適當(dāng)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(xué)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(biāo)簽的芽苗菜生產(chǎn)過程中應(yīng)禁止利用化學(xué)手段對芽苗菜生長進行干預(yù)，盡管化學(xué)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(xué)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(xué)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(lán)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(lán)光、紅光均可促進蘿卜芽苗菜植株生長;藍(lán)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(rèn)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(dá)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(lán)光、紅光及紅藍(lán)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(lán)光和紅藍(lán)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(rèn)為，白光、藍(lán)光和紅藍(lán)混合光照射在香椿芽苗菜上應(yīng)用效果最佳。此外，有學(xué)者研究了藍(lán)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(xué)者在給出藍(lán)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(lán)光=3∶1和紅光∶綠光∶藍(lán)光=6∶2∶1復(fù)合光是豌豆芽苗菜生產(chǎn)的適宜復(fù)合光譜。在黑豆芽苗菜上的光照強度試驗結(jié)果表明，當(dāng)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(xué)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(lán)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(lán)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(dá)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(dǎo)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(dá)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(xué)指導(dǎo)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)模化、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(dāng)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(dǎo)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(biāo)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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