鮮食菜豆采后貯藏保鮮技術研究進展

謝國芳,張明生

(1.貴州大學生命科學學院,貴州貴陽 550025; 2.貴陽學院食品與制藥工程學院,貴州貴陽 550005; 3.貴州省果品加工工程技術研究中心,貴州貴陽 550005)

菜豆(PhaseolusvulgarisL.)俗名四季豆、蕓豆、玉豆、棒豆、架豆等,富含維生素、復合碳水化合物和礦物質等營養成分。鮮食菜豆鮮嫩肥厚、味道鮮美,可供煮食、炒食、涼拌,是一種高蛋白質、高鉀、高鎂、低鈉、低脂肪的蔬菜,適合心臟病、動脈硬化、高血脂、低血鉀癥和忌鹽等患者食用,也是補充植物蛋白的重要蔬菜作物之一,占全球食用豆類產量50%左右[1]。目前,我國菜豆生產面積達95.5萬公頃,產量154.3萬噸,僅次于巴西、印度[2]。

然而,鮮食菜豆組織幼嫩、呼吸強度高,采后失水引起豆粒膨脹、豆莢黃化及軟化,極易發生纖維化、萎蔫、褪色、腐爛及產生銹斑等品質劣變現象,因此通過適宜的貯藏保鮮技術維持其食用品質和營養價值尤為重要[3]。為了減少鮮食菜豆儲運、流通環節過程中的損失,有必要了解鮮食菜豆采后營養損失和品質劣變機理。為此,本文綜述了近年來鮮食菜豆采前、采摘及采后儲運過程中相關指標的變化、影響因素及貯藏保鮮技術,并對鮮食菜豆采后衰老、貯藏保鮮技術的發展趨勢進行了展望,旨在為鮮食菜豆儲運技術研究和應用提供理論參考。

1 鮮食菜豆采后衰老

1.1 感官品質的變化

感官及食用品質是消費者接受的第一因素。鮮食菜豆感官品質的變化不僅發生在豆莢上,而且豆粒也發生顯著變化。貯藏期間鮮食菜豆豆莢表面顏色由深綠色變為黃色[4],表面失水變皺[5]、干癟、水浸凹陷、鼓粒[6]、豆粒硬度增加[7-8]、纖維化[2,9]及銹斑[10-11]等;豆粒變軟、質量增加[12],浸泡8 h蒸煮2 h后硬度增加[8,13]。因此,維持鮮食菜豆感官品質及食用品質是鮮食菜豆貯藏保鮮的首要任務。

1.2 營養變化

貯藏期間鮮食菜豆的前花青素[14]和抗性淀粉[15]呈上升趨勢,葉綠素、蛋白質、維生素C和有機酸等營養成分損失,消化淀粉含量、吸水性和消化性降低[3,5,12,15],總糖的含量先升后降[3,5],酸溶性纖維和木質素隨貯藏溫度的增加大幅增加[8];貯藏期間鮮食菜豆的木葡聚糖組成固化引起水溶性向非水溶性多糖的轉變,從而使總膳食纖維、可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維發生變化[7,16],也發現室溫貯藏不會降低其抗炎效果[17]。Berger等發現貯藏期間抗壞血酸含量變化引起甜味和霉味的變化[18]。鮮食菜豆貯藏期間營養成分的損失不僅導致其營養價值降低,還引起黃化、豆筋增長及木質纖維化等食用品質下降。

1.3 采后生理的變化

鮮食菜豆屬于呼吸躍變型,衰老受生長素和乙烯等激素調控,但對乙烯不敏感[19];貯藏期間呼吸速率緩慢上升,室溫貯藏8 d出現躍變高峰,果肉細胞膜透性在采后初期變化緩慢,后期急劇上升,豆莢腐胺、精胺、亞精胺等含量呈現先升而后降的趨勢[3,5,20]。因此,鮮食菜豆旺盛的呼吸消耗其營養成分,水分蒸發引起干癟,影響感官品質。

1.4 病蟲害

鮮食菜豆貯藏期間主要由銹病菌(Uromycesappendiculatus)侵染而致銹斑、由黃單胞菌(Xanthomonasaxonopodispv. phaseoli(Xap))與褐色黃單胞菌(Xanthomonasfuscanssubsp. fuscans(Xff))引起的菜豆普通細菌性疫病等[21-22]。貯藏期間蟲害損傷降低菜豆的商品價值,整個貯藏期間應采取合理技術對蟲害進行防控[23]。由此可知,在開展鮮食菜豆貯藏保鮮技術研究時不僅要考慮微生物病害,也應關注蟲害。

2 鮮食菜豆采后衰老的影響因素

2.1 采前因子

影響鮮食菜豆采后保鮮效果的采前因子主要有品種[24]、生長時間[25]、成熟度[25]及氣候[26]等。當然,各地品種與當地消費習慣有較大的關系,薄皮高脂菜豆主要用于簡單菜肴,如沙拉等,厚皮菜豆能在多種菜肴中使用且具有較強的耐貯性[27];白棒豆最易發生腐爛,僅適合產地快速消費,無筋豆和無筋白棒豆適合短期貯運,青棒豆貯藏期營養損失少,較耐貯藏,適合長距離貯運的外銷型品種[24];4～5月份栽培,六成熟的鮮食菜豆貯藏期間品質變化小,營養成分損失較小,豆莢纖維化、黃化不明顯,消費者易接受[25];雨天及早上采摘的菜豆蒂部殘留有雨露,易引發微生物病害,陰天中午植物自身存在抵抗較強的蒸騰作用,呼吸速率相對較低,具有較強的抵御能力,在采摘時營養成分含量相對較高,適合長時間貯運[26]。因此,控制采前因子可為貯藏保鮮提供優質鮮食菜豆。

2.2 貯運條件

2.2.1 溫度 貯藏溫度是影響菜豆采后貯運品質的關鍵因素,菜豆隨著貯藏溫度增加失重率顯著升高,而溫度過低又會誘發冷害。文獻顯示,鮮食菜豆貯藏的臨界溫度為8 ℃,低于8 ℃會引發銹斑等冷害,嚴重影響感官品質,超過10 ℃時會導致菜豆失綠、干癟、失水、營養成分損失嚴重[2,28-29],因此認為在10 ℃、65% RH下貯藏最佳[30-32]。馬俊蓮等[11,33]和王利斌等[34]發現采后熱處理、采后即時預冷結合氣調維持了較低水平的超氧陰離子自由基產生速率和丙二醛,增加抗氧化酶活性,提高抗氧化能力,抑制表面水浸凹陷、銹斑的發生,從而使菜豆維持較高的營養品質。

貯藏溫度也是影響菜豆褐變程度的重要因素,品質損失與溫度符合Arrhenius方程,采后黃化反應與貯藏溫度符合零級動力方程式[4];凍藏溫度和初始溫度是鮮食菜豆凍藏關鍵因素,在-7、-15和-30 ℃凍藏下鮮食菜豆的質構變化符合分數轉換模型,抗壞血酸和淀粉含量符合一級動力學方程[35],-18 ℃能較好保留菜豆色澤、風味等感官品質,在低于-18 ℃下貯藏,不能較好的保留感官和營養成分,如-22 ℃貯藏30個月后,維生素C損失率高達68%[36-38]。因此,適宜的溫度能較好維持鮮食菜豆的冷藏和凍藏品質。

2.2.2 氣體組分 貯藏環境的氣體組分直接影響果蔬采后貯藏品質。研究顯示,鮮食菜豆貯藏過程中CO2濃度至關重要,其臨界濃度為2%,高濃度會引發銹斑,雖不直接影響食用品質,但嚴重影響感官品質[28-29]。自發氣調減緩鮮食菜豆失重,保持其質構和營養成分,提高抗氧化酶活性,延長鮮食菜豆的貯藏期[39-40]。王利斌等[34,41]發現3～5% O2+1% CO2+94%～96% N2氣體組分通過抑制呼吸強度,減少活性氧和丙二醛等有害物質的積累,保持較高的抗氧化酶活力,從而降低質量損失率、腐爛率和纖維素的積累,延長貯藏期。Sanchez-mata等[42]發現3% O2+3% CO2也能較好維持菜豆的營養品質。可見,適宜的貯藏微環境能有效維持鮮食菜豆的貯藏品質,但不同品種間存在較大差異。

2.2.3 運輸條件 果蔬采后運輸是產品從農場到市場的一個重要環節,對果蔬品質有很大影響。通常從農場到零售商的運輸過程中最易發生振動損傷。振動損傷不僅影響果蔬的外觀,還導致水分蒸發更快、呼吸強度驟增、微生物更易侵入,以致果蔬腐爛加快。近年來,隨著交通工具和路網的快速發展,果蔬的物流、運輸方式也發生了變化,以往的機械損傷大大下降,運輸條件(如溫度、濕度、機械振動等)成為影響果蔬品質的關鍵[43]。謝國芳等發現低溫運輸能有效延緩鮮食青棒豆的腐爛率、失重率,抑制纖維素含量增加,然而由于運輸過程中溫度波動相對較低,為避免冷害及凍傷等的發生,運輸溫度應略高于其適宜貯藏溫度[44]。

3 菜豆保鮮技術

3.1 采前處理

采前噴施赤霉素和抗壞血酸能有效抑制鮮食菜豆失重和褐變酶活性、保留蛋白質含量、降低霉菌的代謝活性,有效抑制酶促褐變,從而延長菜豆的貨架期[45]。采前噴施鈣鹽(硝酸鈣和氯化鈣)和鉀鹽(硅酸鉀、硫代硫酸鉀和硫酸鉀)碳酸鉀,可有效控制菜豆貯藏灰霉病和油菜菌核病引起的病害,維持菜豆品質[46-47]。由此可知,適宜的采前處理不僅可以維持鮮食菜豆的貯藏品質,還能降低采后病害。

3.2 保鮮劑的使用

外源亞精胺處理通過抑制豆粒淀粉含量及α-淀粉酶活性、多酚氧化酶、過氧化物酶以及超氧化物歧化酶活性的上升,從而延緩菜豆豆粒的軟化和衰老進程[12]。外源精胺處理通過抑制菜豆失重率、豆莢切割力和多酚氧化酶活性的增加,減緩了感官品質、營養成分的下降,維持抗氧化系統酶的活性,從而延緩其腐爛和銹斑的發生[48]。酸性電生功能水通過抑制菜豆表面菌落總數、霉菌、酵母菌數的增長,降低失重率、呼吸峰值和銹斑指數,延緩菜豆的硬度和營養成分的降解,提高商品率[49-50]。1-MCP結合氣調貯藏通過抑制呼吸速率、可溶性固形物(TSS)和冷害指數的增加,維持細胞膜的完整性,延緩營養成分的降低,抑制電導率、丙二醛(MDA)含量、活性氧代謝酶活性的升高,從而降低活性氧和酶促褐變反應對菜豆品質的影響[51]。保鮮劑主要通過調節鮮食菜豆的生理代謝、延緩營養成分損失,從而延長鮮食菜豆的貯藏期。

3.3 輻照保鮮

Co60輻照處理的鮮食菜豆在室溫下貯藏6個月后,外觀正常、口感好,能有效控制褐變[52-53];單波長UV-C處理能較好維持菜豆的色澤和質構,雙波長UV-C處理能有效維持葉綠素a和葉綠素b含量,但雙波長UV-C處理會誘導冷害[54]。雖然適宜的輻照處理能較好保持菜豆品質,然而消費者對輻照處理存在擔憂,難以接受。

3.4 涂膜保鮮

通過涂膜處理在果蔬表面形成薄膜,從而達到保鮮效果。目前,蜂膠、魔芋粉、大豆蛋白、殼聚糖及其衍生物等作為涂膜劑用于鮮食菜豆涂膜保鮮中,各種抑菌劑添加其中增加其抑菌效果。蜂膠涂膜處理可顯著降低菜豆失水、失重,抑制呼吸速率、糖向纖維紗的轉化及總糖和淀粉含量的變化,能延長菜豆的貯藏壽命[55]。研究顯示,含茶多酚、蘆薈提取液、滁菊葉提取物和納米乳柑香薰油等植物提取液對菜豆進行涂膜處理,通過抑制病原菌生長,降低菜豆的呼吸速率和失重率,減緩了水分和營養成分的下降,顯著抑制過氧化物酶、多酚氧化酶、苯丙氨酸解氨酶活性、MDA、纖維化及細胞膜相對透性的上升,增加活性氧清除酶活性,從而延長菜豆的保鮮期[9,56-59]。涂膜處理不僅調節鮮食菜豆的代謝生理,還通過添加抑菌劑實現病害控制。

4 結語與展望

鮮食菜豆不僅色、香、味俱全,還營養豐富,但采后極易衰老、木質纖維化、劣變,從而影響其營養價值和商品價值。為延長鮮食菜豆的貯運期,國內外科研人員從生理、生化方面開展了多種貯藏保鮮技術研究,并取得了較好的效果。然而,對鮮食菜豆豆莢采后木質纖維化、銹斑和抗營養因子的演變機理及其調控方面仍需深入研究。建議從以下幾方面著手:

木質纖維化是影響鮮食菜豆采后食用品質的重要因素,且不可逆。細胞延長和次生壁的加厚,纖維素合成形成纖維束,木質素合成并沉積于纖維束網格中,組織變粗糙,也是導致鮮食菜豆采后衰老的主要原因之一,直接降低鮮食菜豆的食用品質。目前關于鮮食菜豆木質纖維化及其調控的研究集中在代謝底物消耗(糖、酚類物質等)、纖維素和木質素代謝與積累,鮮食菜豆采后木質纖維化的形成及其調控網絡尚不明確,有待進一步探索和研究。

當前研究主要是從單一貯藏溫度、CO2濃度及真菌等方面開展銹斑發病研究,然而鮮食菜豆銹斑的發生是貯藏溫度、CO2濃度和真菌侵染共同作用的結果,其互作機制尚不明確,仍需深入研究誘導銹斑病發生的機制。隨著現代分子生物學的發展,可通過互作篩選調控因子從而實現對銹斑發生的精準調控亦是一個重要的研究方向。

飲食安全是影響公共消費鮮食菜豆的關鍵因素,若烹飪不充分抗營養因子會引起食品安全事故,以致公共場所(學校、醫院等食堂)采購顯著減少。然而,菜豆品種繁多以致抗營養因子成分差異大,仍缺乏不同品種、生長發育期、采后貯藏過程中抗營養因子組分演變規律的系統研究,這將是鮮食菜豆研究的重要方向。

近年來,鮮食菜豆采后貯藏保鮮研究取得了一定的成效,多從生理、生化及營養成分等方面開展相關工作,尚無從分子水平解析鮮食菜豆衰老及其調控方面的報道,仍需以現代分子生物學(基因組學、轉錄組學、蛋白組學及代謝組學等)為研究手段,從分子水平深入解析鮮食菜豆衰老機理,為其新品種選育、營養品質和商品價值維持提供理論基礎。

鮮食菜豆采后劣變及其調控機制,不僅要注重采后貯藏保鮮技術的研究,還需從品種選育、栽培、采收、采后商品化處理、貯藏、運輸及銷售環境等環節著手,構建鮮食菜豆綜合控制配套技術體系。為消費者提供安全、高品質的鮮食菜豆是種植企業、流通企業和科研工作者高度重視和共同努力的結果,并不斷創新、研發新技術。