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西兰花保鲜技术分析

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采收后西兰花常温条件下极易变色,衰老,采后在20-25℃室温下1-2天,花蕾花茎就会失绿转黄,失去其商品价值[4]。此外如西兰花品种,采收时间和采收方法等都会影响到西兰花的贮藏期。一般花球茎部的花枝松散前采收,以色泽翠绿、组织紧密、大小适中的晚熟品种耐贮性最好。采收品种、采收季节及采收时的温度都会影响西兰花采后贮藏过程中的呼吸强度,研究发现夏末采收的西兰花花球在贮藏过程中的呼吸速率要低于夏初采收花球的呼吸强度。品种与采收时间对花球呼吸强度的影响可能是由于不同品种(生长期长短不同)和采收期(生长季的温度等条件不同)花球的质量不同,如干物质积累等差异,从而决定了贮藏特性的差异。其次采后处理与采收时间的间隔长短,采后处理等环节都会对西兰花花球贮藏特性产生较大的影响。[5]

西兰花采后保鲜技术

西兰花采后保鲜技术根据其原理主要包括物理保鲜技术和化学保鲜技术两大类。其中物理保鲜技术主要包括物理措施处理和贮藏环境条件调控等为主要手段的贮藏保鲜方法,如冷藏,气调贮藏,紫外线处理和热激处理等方式;化学贮藏保鲜技术主要是通过化学物质处理,抑制和(或)延缓西兰花采后生理代谢速率,如保鲜剂处理(1-MCP,1-甲基环丙烯),乙醇处理,植物生长调节剂(6-BA,6-苄基腺嘌呤)处理,涂膜处理等方式。

1物理保鲜技术

1.1低温贮藏贮藏温度是影响西兰花品质和货架期的重要因素。郭香风等[6]研究发现,与室温下相比较,低温(4℃)冷藏能显著抑制西兰花净菜组织的褪绿、黄化和褐变,延缓营养物质的下降速度,保持细胞膜完整性,从而较好地保持西兰花净菜的品质,延长货架期6d;张怡等[7]对不同温度下西兰花组织抗氧化活性及品质变化进行了研究,结果表明0℃条件下能有效延长西兰花中Vc、类黄酮、叶绿素和类胡萝卜素含量的保持时间,贮藏第28天时品质良好。XuCJ等[8]研究还发现西兰花花球采收时间与冷藏时间间隔对花球质量产生重要的影响,采收后直接在0℃或5℃冷藏有利于保持硫代葡萄糖苷含量和醌还原酶活性,能较好地保持西兰花感官品质,其贮藏期分别达到了34.7d和17.4d。而在20℃存放时间超过24h,再在低温下进行贮藏时,会导致硫代葡萄糖苷含量和醌还原酶活性的显著下降,降低花球的营养价值和感官质量。。此外不同温度结合MA贮藏[9]和CA贮藏[10]也证实了低温可有效地抑制西兰花的呼吸速率和乙烯释放量,低温(2℃)结合气调贮藏能较好地保持西兰花的品质,抑制微生物生长,延缓了感官品质(黄化,变味,茎腐)的劣变。低温贮藏有利于抑制花球生理代谢水平,减少了乙烯释放量,延缓花球衰老进程,从而抑制了花球开花,此外低温还有利于抑制叶绿素的降解,减少了采后贮藏过程中花球的黄化发生。低温条件下,较低的呼吸消耗有利于保持花球中活性成分和营养物质的含量。再加上西兰花花球低温适应性好(0-5℃),不易发生冷害,因此西兰花在贮藏运输过程中,温度越低(0-20℃),品质保持越好,贮藏时间越长,采收后迅速降温是保证冷藏效果的必要条件。因此低温贮运是一种有效的西兰花贮藏运输方式。

1.2紫外线和光照处理研究发现适宜剂量的UV–C预处理(4.5kJm-2)有利于抑制花球呼吸强度,抑制或延缓花球中叶绿素的降解,从而能显著延缓花球的黄化和褪绿进程[11,12]。UV-C结合热空气处理贮藏效果更佳。UV-C主要是通过诱导花球抗氧化活性[12],抑制花球中叶绿素氧化酶和叶绿素酶的活性而发挥作用的。研究发现UV–C处理随剂量(4-14kJm-2)的增加,西兰花花球中总抗氧化活性越高;此外UV-C处理能有效减少花球中微生物的数量,延长货架期4-6d[11]。而复合处理主要是通过保持花球中的蛋白质含量[13],诱导总酚和抗坏血酸含量的增加,提高组织的中活性氧清除相关酶活性[14],进一步的研究发现复合处理主要是通过抑制脱镁叶绿素酶基因的表达,从而抑制了叶绿色的降解[15]。UV–B处理也具有延缓西兰花贮藏中花球的黄化的效果[16-18]。UV–B处理可能是通过抑制叶绿素降解中的过氧化物酶、叶绿素酶和脱镁叶绿素酶活性而抑制其褪绿过程的。还可能是通过抑制叶绿素降解酶基因的表达,进而抑制了叶绿素酶活性,并最终延缓了西兰花花球贮藏过程中的褪绿和黄化进程[16]。紫外线(UV)处理是一种安全有效的物理处理方式,对于减少西兰花贮藏病害,保持品质具有重要的作用。其延长西兰花贮藏期的主要作用机理在于诱导抗氧化系统酶活性,抑制叶绿素降解相关酶活性或基因表达,从而增强组织的抗氧化系统能力,提高组织抗病性,保持叶绿素和活性物质含量,减少组织表面微生物数量,达到延长贮藏期的目的,由于紫外线是一种无化学污染的物流处理方法,适宜剂量和合理的时间组合处理,能较好地诱导其相关酶如等的产生,提高西兰花组织的抗病性,减少采后腐烂,延缓叶绿素降解。[11,12,16-18]照光处理能保持鲜切西兰花感官质量,延长货架期3d以上,则主要依赖于光照对光合作用和组织抗氧化能力的诱导,从而保持叶绿素含量[19]。照光处理同时促进了花球组织的失水和呼吸速率。因此应防止照光处理促进开花衰老的进程,因此在其应用过程中受到了很大的限制[20]。

1.3气调贮藏

1.3.1自发气调(MA)贮藏MA贮藏是利用果蔬自身的呼吸作用降低贮藏环境中O2浓度,同时提高CO2浓度的一种贮藏方式,在西兰花的贮藏中,应用较为广泛。研究发现采用低密度聚乙烯袋(LDPE,内含乙烯吸收剂)结合低温能较好地保持西兰花花球感官质量和风味[21],MA包装结合低温贮藏还能较好地抑制鲜切西兰花花球贮藏过程中微生物数量,抑制呼吸速率和乙烯生物合成量,延缓黄化、软化风味劣变等过程[9]。张娜等[22]研究发现保鲜膜包装结合冰温贮藏中,以0.05mmPE膜效果最好,西兰花贮藏期可达到110d。西兰花MA贮藏中保鲜膜的打孔数会影响贮藏效果,JiaCG等[23]研究了不同打孔数的聚乙烯保鲜袋对西兰花贮藏感官质量的影响,其中以不打孔包装贮藏效果最好,MA包装有利于抑制脂肪类物质和硫代葡萄糖苷含量的下降,能保持感官质量。在不同孔径大小的保鲜膜MA贮藏过程中,也发现以微孔膜和不打孔的膜贮藏效果最好[24-25],在整个MA贮藏过程中西兰花抗氧化能力,抗坏血酸含量和总酚物质含量基本不变,1℃条件下西兰花贮藏期达28d以上,较对照延长23d。打孔数等主要会影响花球的失水速率,从而影响感官质量,开孔太多或太大会加速失水,还不利于低O2和高CO2气体浓度的保持,因此在MA贮藏中以不打孔或微孔膜包装效果最好。

1.3.2人工气调(CA)贮藏CA贮藏相对于MA贮藏,能够根据果蔬需要调节贮藏环境中的气体浓度,迅速达到降低O2浓度,提高CO2浓度,贮藏效果优于MA贮藏。CA贮藏有利于保持西兰花花球感官质量,包括减少失重率,抑制花球黄化,保持花球新鲜度。CA贮藏还有利于保持西兰花中的功能性成分,如类胡萝卜素、总酚类化合物、酚酸、黄酮类化合物和硫代葡萄糖苷等,维持西兰花的抗氧化活性。最佳气调贮藏条件为:1-2%O2,5-10%CO2,温度1-5℃,湿度98%-100%[26]。XuCJ等[7]研究发现,在5℃下,气调贮藏(21%O2+10%CO2),能保持西兰花较好的感官质量,维持较高的硫代葡萄糖苷含量和醌还原酶活性。CA贮藏(10%CO2+5%O2)抑制了西兰花组织中的蛋白酶活性,能较好地保持花球颜色。这可能是由于CA贮藏抑制了组织中一系列衰老相关基因表达的结果[27]。进一步的研究发现,CA贮藏诱导了四个基因的表达(BoCAR1A,BoCAR5,BoCAR6-4和BoCAR25),而且低氧,高二氧化碳处理的效应要好于单独使用低氧或高二氧化碳处理的效果,似乎预示着西兰花采后CA贮藏通过促进这四个基因的表达来响应[28]。

1.4热激处理采后热处理技术能减少果蔬贮运期间的腐烂,为无毒、无农药残留的采后病害控制提供了一种有效的方法。热空气(48℃,3h)处理鲜切西兰花在0℃贮藏21d后,处理较对照显著抑制了花球的黄化,延缓叶绿素降解,降低电导率,提高了组织中总蛋白和可溶性蛋白含量,保持了鲜切西兰花的感官质量[29]。采后热处理能通过抑制乙烯生物合成,延迟花球贮藏中的黄化速率,进而延缓西兰花贮藏中的衰老进程[30]。而FunamotoY等[31]认为热空气处理(50℃,1h)通过抑制叶绿素酶和叶绿素降解过氧化物酶活性,从而延缓了处理后叶绿素的降解。进一步的发现热处理抑制叶绿素降解,主要是依赖于对脱镁叶绿素酶基因(BoPPH)表达的抑制,而与叶绿素酶基因表达关系不大[15]。由于热处理单独使用很难取得令人满意的效果,目前热处理结合UV-C处理能有效延缓西兰花的黄化速率,保持花球感官质量[13]。热处理结合UV-C处理能提高SOD、CAT、APX(抗坏血酸过氧化物酶)等活性氧清除系统相关酶活性,还能通过增加苯丙氨酸解氨酶活性,提高酚含量和抗坏血酸含量,以增加西兰花贮藏期间抗氧化能力[13]。热激处理主要是通过促进西兰花低温贮藏期间的SOD、CAT、POD和APX等酶活性,提高了西兰花组织内的抗氧化能力,进而延缓了西兰花的衰老进程[32]。

1.5其他处理静电雾化是由于外界干扰引起的液体表面不稳定,导致分裂、细化而形成直径在10到几百微米的液滴,静电雾化水处理具有抑制病毒和病菌生长的作用。雾化处理能有效延缓西兰花采后衰老进程。主要是通过显著抑制其贮藏中的呼吸强度和乙烯生成量,延缓花球黄化,雾化处理能在转录水平促进抗坏血酸合成酶基因和再生基因的表达,对于抗坏血酸代谢基因的调控抑制了抗坏血酸含量的减少。因此在雾化处理中抑制了抗坏血酸含量的下降。[33]

2化学保鲜技术

化学保鲜是采用化学保鲜剂,植物生长调节剂和防腐剂等方法对果蔬进行保鲜,延长果蔬的货架期。化学保鲜技术是一种快速而有效的方法,应用较为广泛。

2.11-MCP处理1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)是近年来推荐的一种新型乙烯受体抑制剂,可与细胞膜上乙烯受体优先发生不可逆的结合,致使乙烯信号传导受阻,达到延缓后熟、延长保鲜期和提高贮藏品质的目的。研究发现2.5μLL-11-MCP处理能有效地延长西兰花贮藏的货架期,保持西兰花品质,减少采后腐烂,延缓叶绿素降解速度和丙二醛含量增加的速度,抑制多酚氧化酶与脂氧合酶活性,促进SOD,POD和CAT等活性氧代谢酶活性,降低总胡萝卜素和硫代葡萄糖苷含量下降的速度。1-MCP处理还可以通过抑制乙烯生物合成,延迟西兰花花球的衰老黄化进程[34-36]。1-MCP处理主要通过调节抗坏血酸代谢相关基因和叶绿素降解相关酶基因的表达来抑制西兰花贮藏过程中抗坏血酸含量和叶绿素含量的下降[36-37]。

2.2乙醇处理乙醇处理(6mlkg-1,5h)显著降低了西兰花冷藏中的失重率,延缓了叶绿素含量的下降,提高了抗氧化酶SOD和CAT的活性。超微结构显示乙醇对叶绿体外膜及内部基粒片层结构均起到了保护作用,减小了贮藏期间叶绿体的破坏程度,显著延缓了叶绿体结构的解体[38]。乙醇处理(乙醇垫,可缓慢释放出乙醇气体,浓度约40pmolml-1)通过调节乙烯合成中ACS(ACC合成酶)和ACO(ACC氧化酶)的基因表达,抑制了ACS和ACO活性,进而减少了乙烯的生物合成量,在20℃延长了西兰花货架期2d以上[39]。乙醇处理还可能是通过抑制西兰花花球中还原物质的降解速度,保持抗坏血酸-谷胱甘肽循环中消除过氧化氢的酶活性,从而利于抑制西兰花的衰老进程。此外乙醇处理还可能是通过调控叶绿素降解相关基因和酶的活性抑制了叶绿素的降解[40-41]。

2.36-BA处理叶陈亮等[42]研究发现,采用20mgL-16-BA处理能延缓西兰花花蕾中叶绿素和蛋白质的降解速度,提高了SOD和CAT活性,降低H2O2和羟自由基含量,抑制膜脂过氧化作用,延缓花蕾衰老。6-BA结合0.2%苯甲酸钠处理,具有良好的增效作用,进一步推迟花蕾衰老。6-BA处理能够抑制叶绿素酶、脱镁螯合酶和叶绿素降解相关过氧化物酶活性,从而抑制了叶绿素的降解。进一步的研究发现6-BA处理主要抑制了脱镁叶绿素酶基因的表达,从而抑制了叶绿素的降解[43-44]。

2.4涂膜保鲜采用壳聚糖或羧甲基纤维素涂膜处理能有效地抑制西兰花花球贮藏过程中的失水率,延缓花球黄化和叶绿素降解。壳聚糖涂膜(2gmL-1)相对于对照处理,能显著降低西兰花整个贮藏过程中大肠杆菌的数量,抑制花球黄化和花蕾开放[45-47]。

2.5其他处理KimYJ等[48]研究发现西兰花采后用二氧化氯(50mgL-1)结合富马酸(0.5%)处理,可以有效减少细菌,酵母菌和霉菌的菌群数量,从而有效延长西兰花采后贮藏时间。而采用CPPU(对氯苯磺酸酯,10mgL-1)结合GA3(赤霉素,50mgL-1)处理能有效的延缓西兰花采后颜色的变化,降低呼吸速率,显著抑制了花球的褐变,延缓了可溶性固形物含量升高的速率,还能较好抑制花球失水率[49]。

西兰花贮藏保鲜原理示意图

综上所述,西兰花贮藏过程中主要问题是由于衰老引起的花球开放、黄化,伴随着衰老进程的到来,引起花球营养物质损失,体内积累自由基和次生代谢产物,最终影响到产品的香气、风味、质地、感官及营养品质。其次失水和病害也是影响西兰花贮藏的重要方面。因此在贮藏保鲜原理主要是延缓花球衰老进程。

结论与前景

随着人们对自身健康的日趋关注,促进了西兰花种植面积和消费量的增加,西兰花贮藏保鲜技术成为延长产业链和市场供应的重要环节。现今虽然在物理处理(冷藏、气调、紫外线处理等)和化学保鲜(1-MCP、乙醇和植物生长调节剂处理等)方面取得了重要突破,但对于采后西兰花的衰老、叶绿素降解和抗氧化系统调控机理及其相互关系尚缺乏深入研究,此外不同贮藏保鲜技术对西兰花花球中的功能性物质含量及活性的影响也需要进行深入而广泛的研究。由于西兰花的种植和采收具有较强的季节性和地域性,再加上西兰花是我国重要的出口蔬菜之一,因此对西兰花运输流通技术提出了较高的要求。现今西兰花的流通主要采用常温运输和低温运输两种途径:1)常温条件下,不利于花球质量的保持,流通销售周期1-2天,主要用于地产地销;2)低温条件主要通过冷藏车运输和加冰保温车运输,低温运输较好地保持了花球的感官质量和营养物质,但运输成本较高,尤其是加工保温车运输,运输中添加大量的碎冰,增加了运输重量,提供了运输成本。随着现代物流技术的发展和西兰花产业的发展,急需进行适合西兰花动态运输和流通的保鲜技术体系研究,以适应市场的需求,如何将现有的静态贮藏保鲜技术与现代动态物流需求结合起来,是目前迫切需要解决的问题。本实验室开展了采后迅速预冷结合物理、化学保鲜技术研究,降低了冰的使用量,减少了对运输、销售低温环境的依赖,已经取得了初步的研究结果,既可以较好地保持花球质量,抑制开花和褪绿都起到了较好的效果,有利于降低运输成本,增加产品附加值。此外单纯的物理或者化学保鲜技术各具特点,在现代贮藏技术发展过程中应根据贮藏运输的要求和产品特性选择适宜的贮藏技术,应根据西兰花贮藏保鲜的原理选择贮藏方法,鼓励采用以物理保鲜为主,化学和其它贮藏方式为辅的安全,易于应用的贮藏保鲜技术,尤其鼓励物理和化学方法结合的贮藏保鲜方式,将有利于降低贮藏、运输成本,减少采后处理环节,提高贮藏保鲜效果发挥重要的作用。

作者:程顺昌 魏宝东 熊振华 纪淑娟 单位:沈阳农业大学食品学院

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