謝國芳,張明生

(1.貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,貴州貴陽 550025; 2.貴陽學(xué)院食品與制藥工程學(xué)院,貴州貴陽 550005; 3.貴州省果品加工工程技術(shù)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(fù)合碳水化合物和礦物質(zhì)等營養(yǎng)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(zhì)、高鉀、高鎂、低鈉、低脂肪的蔬菜,適合心臟病、動(dòng)脈硬化、高血脂、低血鉀癥和忌鹽等患者食用,也是補(bǔ)充植物蛋白的重要蔬菜作物之一,占全球食用豆類產(chǎn)量50%左右[1]。目前,我國菜豆生產(chǎn)面積達(dá)95.5萬公頃,產(chǎn)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(qiáng)度高,采后失水引起豆粒膨脹、豆莢黃化及軟化,極易發(fā)生纖維化、萎蔫、褪色、腐爛及產(chǎn)生銹斑等品質(zhì)劣變現(xiàn)象,因此通過適宜的貯藏保鮮技術(shù)維持其食用品質(zhì)和營養(yǎng)價(jià)值尤為重要[3]。為了減少鮮食菜豆儲(chǔ)運(yùn)、流通環(huán)節(jié)過程中的損失,有必要了解鮮食菜豆采后營養(yǎng)損失和品質(zhì)劣變機(jī)理。為此,本文綜述了近年來鮮食菜豆采前、采摘及采后儲(chǔ)運(yùn)過程中相關(guān)指標(biāo)的變化、影響因素及貯藏保鮮技術(shù),并對(duì)鮮食菜豆采后衰老、貯藏保鮮技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望,旨在為鮮食菜豆儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)研究和應(yīng)用提供理論參考。

1 鮮食菜豆采后衰老

1.1 感官品質(zhì)的變化

感官及食用品質(zhì)是消費(fèi)者接受的第一因素。鮮食菜豆感官品質(zhì)的變化不僅發(fā)生在豆莢上,而且豆粒也發(fā)生顯著變化。貯藏期間鮮食菜豆豆莢表面顏色由深綠色變?yōu)辄S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(zhì)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(zhì)及食用品質(zhì)是鮮食菜豆貯藏保鮮的首要任務(wù)。

1.2 營養(yǎng)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(shì),葉綠素、蛋白質(zhì)、維生素C和有機(jī)酸等營養(yǎng)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(zhì)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(zhuǎn)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(fā)生變化[7,16],也發(fā)現(xiàn)室溫貯藏不會(huì)降低其抗炎效果[17]。Berger等發(fā)現(xiàn)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(yǎng)成分的損失不僅導(dǎo)致其營養(yǎng)價(jià)值降低,還引起黃化、豆筋增長及木質(zhì)纖維化等食用品質(zhì)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(diào)控,但對(duì)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(xiàn)躍變高峰,果肉細(xì)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(xiàn)先升而后降的趨勢(shì)[3,5,20]。因此,鮮食菜豆旺盛的呼吸消耗其營養(yǎng)成分,水分蒸發(fā)引起干癟,影響感官品質(zhì)。

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(xì)菌性疫病等[21-22]。貯藏期間蟲害損傷降低菜豆的商品價(jià)值,整個(gè)貯藏期間應(yīng)采取合理技術(shù)對(duì)蟲害進(jìn)行防控[23]。由此可知,在開展鮮食菜豆貯藏保鮮技術(shù)研究時(shí)不僅要考慮微生物病害,也應(yīng)關(guān)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(shí)間[25]、成熟度[25]及氣候[26]等。當(dāng)然,各地品種與當(dāng)?shù)叵M(fèi)習(xí)慣有較大的關(guān)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(qiáng)的耐貯性[27];白棒豆最易發(fā)生腐爛,僅適合產(chǎn)地快速消費(fèi),無筋豆和無筋白棒豆適合短期貯運(yùn),青棒豆貯藏期營養(yǎng)損失少,較耐貯藏,適合長距離貯運(yùn)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(zhì)變化小,營養(yǎng)成分損失較小,豆莢纖維化、黃化不明顯,消費(fèi)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(fā)微生物病害,陰天中午植物自身存在抵抗較強(qiáng)的蒸騰作用,呼吸速率相對(duì)較低,具有較強(qiáng)的抵御能力,在采摘時(shí)營養(yǎng)成分含量相對(duì)較高,適合長時(shí)間貯運(yùn)[26]。因此,控制采前因子可為貯藏保鮮提供優(yōu)質(zhì)鮮食菜豆。

2.2 貯運(yùn)條件

2.2.1 溫度 貯藏溫度是影響菜豆采后貯運(yùn)品質(zhì)的關(guān)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(huì)誘發(fā)冷害。文獻(xiàn)顯示,鮮食菜豆貯藏的臨界溫度為8 ℃,低于8 ℃會(huì)引發(fā)銹斑等冷害,嚴(yán)重影響感官品質(zhì),超過10 ℃時(shí)會(huì)導(dǎo)致菜豆失綠、干癟、失水、營養(yǎng)成分損失嚴(yán)重[2,28-29],因此認(rèn)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(fā)現(xiàn)采后熱處理、采后即時(shí)預(yù)冷結(jié)合氣調(diào)維持了較低水平的超氧陰離子自由基產(chǎn)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(fā)生,從而使菜豆維持較高的營養(yǎng)品質(zhì)。

貯藏溫度也是影響菜豆褐變程度的重要因素,品質(zhì)損失與溫度符合Arrhenius方程,采后黃化反應(yīng)與貯藏溫度符合零級(jí)動(dòng)力方程式[4];凍藏溫度和初始溫度是鮮食菜豆凍藏關(guān)鍵因素,在-7、-15和-30 ℃凍藏下鮮食菜豆的質(zhì)構(gòu)變化符合分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換模型,抗壞血酸和淀粉含量符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程[35],-18 ℃能較好保留菜豆色澤、風(fēng)味等感官品質(zhì),在低于-18 ℃下貯藏,不能較好的保留感官和營養(yǎng)成分,如-22 ℃貯藏30個(gè)月后,維生素C損失率高達(dá)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(zhì)。

2.2.2 氣體組分 貯藏環(huán)境的氣體組分直接影響果蔬采后貯藏品質(zhì)。研究顯示,鮮食菜豆貯藏過程中CO2濃度至關(guān)重要,其臨界濃度為2%,高濃度會(huì)引發(fā)銹斑,雖不直接影響食用品質(zhì),但嚴(yán)重影響感官品質(zhì)[28-29]。自發(fā)氣調(diào)減緩鮮食菜豆失重,保持其質(zhì)構(gòu)和營養(yǎng)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(fā)現(xiàn)3～5% O2+1% CO2+94%～96% N2氣體組分通過抑制呼吸強(qiáng)度,減少活性氧和丙二醛等有害物質(zhì)的積累,保持較高的抗氧化酶活力,從而降低質(zhì)量損失率、腐爛率和纖維素的積累,延長貯藏期。Sanchez-mata等[42]發(fā)現(xiàn)3% O2+3% CO2也能較好維持菜豆的營養(yǎng)品質(zhì)?？梢?適宜的貯藏微環(huán)境能有效維持鮮食菜豆的貯藏品質(zhì),但不同品種間存在較大差異。

2.2.3 運(yùn)輸條件 果蔬采后運(yùn)輸是產(chǎn)品從農(nóng)場到市場的一個(gè)重要環(huán)節(jié),對(duì)果蔬品質(zhì)有很大影響。通常從農(nóng)場到零售商的運(yùn)輸過程中最易發(fā)生振動(dòng)損傷。振動(dòng)損傷不僅影響果蔬的外觀,還導(dǎo)致水分蒸發(fā)更快、呼吸強(qiáng)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(wǎng)的快速發(fā)展,果蔬的物流、運(yùn)輸方式也發(fā)生了變化,以往的機(jī)械損傷大大下降,運(yùn)輸條件(如溫度、濕度、機(jī)械振動(dòng)等)成為影響果蔬品質(zhì)的關(guān)鍵[43]。謝國芳等發(fā)現(xiàn)低溫運(yùn)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(yùn)輸過程中溫度波動(dòng)相對(duì)較低,為避免冷害及凍傷等的發(fā)生,運(yùn)輸溫度應(yīng)略高于其適宜貯藏溫度[44]。

3 菜豆保鮮技術(shù)

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(zhì)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(zhì)[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(zhì),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(jìn)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(zhì)、營養(yǎng)成分的下降,維持抗氧化系統(tǒng)酶的活性,從而延緩其腐爛和銹斑的發(fā)生[48]。酸性電生功能水通過抑制菜豆表面菌落總數(shù)、霉菌、酵母菌數(shù)的增長,降低失重率、呼吸峰值和銹斑指數(shù),延緩菜豆的硬度和營養(yǎng)成分的降解,提高商品率[49-50]。1-MCP結(jié)合氣調(diào)貯藏通過抑制呼吸速率、可溶性固形物(TSS)和冷害指數(shù)的增加,維持細(xì)胞膜的完整性,延緩營養(yǎng)成分的降低,抑制電導(dǎo)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(yīng)對(duì)菜豆品質(zhì)的影響[51]。保鮮劑主要通過調(diào)節(jié)鮮食菜豆的生理代謝、延緩營養(yǎng)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(gè)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(zhì)構(gòu),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(huì)誘導(dǎo)冷害[54]。雖然適宜的輻照處理能較好保持菜豆品質(zhì),然而消費(fèi)者對(duì)輻照處理存在擔(dān)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(dá)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(zhuǎn)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(duì)菜豆進(jìn)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(yǎng)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(xì)胞膜相對(duì)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(diào)節(jié)鮮食菜豆的代謝生理,還通過添加抑菌劑實(shí)現(xiàn)病害控制。

4 結(jié)語與展望

鮮食菜豆不僅色、香、味俱全,還營養(yǎng)豐富,但采后極易衰老、木質(zhì)纖維化、劣變,從而影響其營養(yǎng)價(jià)值和商品價(jià)值。為延長鮮食菜豆的貯運(yùn)期,國內(nèi)外科研人員從生理、生化方面開展了多種貯藏保鮮技術(shù)研究,并取得了較好的效果。然而,對(duì)鮮食菜豆豆莢采后木質(zhì)纖維化、銹斑和抗?fàn)I養(yǎng)因子的演變機(jī)理及其調(diào)控方面仍需深入研究。建議從以下幾方面著手:

木質(zhì)纖維化是影響鮮食菜豆采后食用品質(zhì)的重要因素,且不可逆。細(xì)胞延長和次生壁的加厚,纖維素合成形成纖維束,木質(zhì)素合成并沉積于纖維束網(wǎng)格中,組織變粗糙,也是導(dǎo)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(zhì)。目前關(guān)于鮮食菜豆木質(zhì)纖維化及其調(diào)控的研究集中在代謝底物消耗(糖、酚類物質(zhì)等)、纖維素和木質(zhì)素代謝與積累,鮮食菜豆采后木質(zhì)纖維化的形成及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)尚不明確,有待進(jìn)一步探索和研究。

當(dāng)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(fā)病研究,然而鮮食菜豆銹斑的發(fā)生是貯藏溫度、CO2濃度和真菌侵染共同作用的結(jié)果,其互作機(jī)制尚不明確,仍需深入研究誘導(dǎo)銹斑病發(fā)生的機(jī)制。隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)的發(fā)展,可通過互作篩選調(diào)控因子從而實(shí)現(xiàn)對(duì)銹斑發(fā)生的精準(zhǔn)調(diào)控亦是一個(gè)重要的研究方向。

飲食安全是影響公共消費(fèi)鮮食菜豆的關(guān)鍵因素,若烹飪不充分抗?fàn)I養(yǎng)因子會(huì)引起食品安全事故,以致公共場所(學(xué)校、醫(yī)院等食堂)采購顯著減少。然而,菜豆品種繁多以致抗?fàn)I養(yǎng)因子成分差異大,仍缺乏不同品種、生長發(fā)育期、采后貯藏過程中抗?fàn)I養(yǎng)因子組分演變規(guī)律的系統(tǒng)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(yǎng)成分等方面開展相關(guān)工作,尚無從分子水平解析鮮食菜豆衰老及其調(diào)控方面的報(bào)道,仍需以現(xiàn)代分子生物學(xué)(基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)及代謝組學(xué)等)為研究手段,從分子水平深入解析鮮食菜豆衰老機(jī)理,為其新品種選育、營養(yǎng)品質(zhì)和商品價(jià)值維持提供理論基礎(chǔ)。

鮮食菜豆采后劣變及其調(diào)控機(jī)制,不僅要注重采后貯藏保鮮技術(shù)的研究,還需從品種選育、栽培、采收、采后商品化處理、貯藏、運(yùn)輸及銷售環(huán)境等環(huán)節(jié)著手,構(gòu)建鮮食菜豆綜合控制配套技術(shù)體系。為消費(fèi)者提供安全、高品質(zhì)的鮮食菜豆是種植企業(yè)、流通企業(yè)和科研工作者高度重視和共同努力的結(jié)果,并不斷創(chuàng)新、研發(fā)新技術(shù)。