采后竹笋木质化研究进展

黄劲松，高 云，郭 军，李 敏

（1.池州学院化学与材料工程学院，安徽 池州 247000；2.南京农业大学食品科技学院，江苏 南京 210095）

竹笋是毛竹膨大的芽和幼嫩的茎，是一种高蛋白、高纤低脂的绿色食品，深受人们喜爱。由于竹笋大多产于偏远山区，生长季节性强，产笋期集中，从采摘到销售的时间间隔长，而采后竹笋仍是一个活的有机体，不断进行各种形式的生理活动，如呼吸作用、蒸腾作用等，使竹笋外观和内在品质都受到极大影响。生理活动通常会加速维生素、总糖等营养物质的消耗，使其重量下降、水分丢失、贮藏物质转化、硬度迅速增加的［1-2］。竹笋中含有各种酚类物质，既可以氧化成醌类物质而导致笋肉褐变；也是木质素合成的前提物质，因含量高导致木质化程度加剧，常温贮藏2～3 d后便会失去鲜嫩可口食用品质［3］，即木质化，从而限制竹笋的大规模生产与流通。近年来，国内外科研人员在竹笋采后保鲜方面进行了相关研究，特别在延缓竹笋木质化保鲜方面取得了丰硕成果：主要从生理生化角度诠释其木质化的原因，建立了相关的保鲜措施。

新鲜竹笋作为我国特色农林副产品，其鲜食使用具有明显的季节性和区域性，保鲜困难。目前国内外专门性的研究较少，资料较为缺乏，也未见最新的相关综述文献。本文选择新鲜竹笋品质劣变中最典型和具有显著变化的木质化问题进行综述，归纳了抑制其木质化的作用途径，为从木质素合成领域着手改良竹笋品质奠定理论基础，对于解决实际生产问题具有参考价值。

1 不同保鲜措施对竹笋木质化的影响

1.1 涂膜保鲜对竹笋木质化的影响

采用壳聚糖等涂膜保鲜，通过在笋体表面涂上一层涂膜，抑制竹笋与外界的气体交换，起到抑制呼吸、减少营养成分消耗、延缓衰老的作用［4］。谢碧霞等［5］用不同涂膜剂配方的壳聚糖溶液处理不同部位竹笋，探索采后贮藏期间PAL、POD活性变化、木质素和纤维素含量的变化规律。结果显示：1.5%壳聚糖+0.2%魔芋葡甘聚糖+0.1%亚硫酸钠显著抑制了PAL和POD活性的上升，同时延缓了竹笋中纤维素和木质素含量的增加，壳聚糖涂膜保鲜能有效地延缓笋体组织的木质化衰老，减少了笋体水分蒸发，降低竹笋的失重和腐烂率，还能延缓竹笋在贮藏期间营养价值的下降，保持其应有的硬度和新鲜度，用于竹笋的保鲜有良好的应用前景［6-7］。Yang 等［8］用 28 mg/L ClO2水溶液浸泡处理鲜切笋片3 min，再用1.5%壳聚糖醋酸溶液浸泡3 min，放在塑料袋中挽口包装，在4℃贮藏6 d，显示壳聚糖涂膜保鲜能抑制笋片的呼吸强度，抑制了贮藏期间与木质素合成相关酶（PAL、POD、CAD和PPO）活性，降低其表面的需氧菌、霉菌和酵母等的数量，起到抑制褐变以及木质化进程。壳聚糖涂膜保鲜能抑制木质素合成酶（PAL、POD、CAD和PPO）活性，还能抑制多种微生物生长繁殖，减少水分及营养成分的损失，延缓其感官品质的下降发挥重要作用，广泛地应用果蔬产品的保鲜中，具有安全、操作方便、效果明显等优势。

1.2 气调包装及低温保藏对竹笋木质化的影响

Shen等［2］在10℃条件下，将竹笋置于充有2%O2+5%CO2+93%N2气体组分厚度0.04 mm PE薄膜包装中，以未采用气调保藏为对照，研究气调包装对采后竹笋木质化的影响，结果显示，气调包装能有效抑制MDA含量、PAL和POD活性，抑制了竹笋木质化的进程，但不能阻止多酚的形成以及PPO活性。席玙芳等［9］研究5℃和10℃对竹笋组织中木质素含量、H2O2代谢及SOD、CAT和POD活性比变化规律影响，研究表明5℃能有效抑制竹笋贮藏期间的木质化进程，在贮藏过程中木质素和H2O2含量之间呈正相关，SOD、CAT和POD活性均低于10℃条件下的，推断采后竹笋的木质化进程与活性氧（ROS）代谢密切相关。ROS是植物生长发育过程中的信号分子［10］，在参与细胞死亡及生物和非生物胁迫等应答机制中发挥重要作用。通常在低温及气调环境下竹笋木质化速率低于常温，低温及气调能有效地降低失重率、延缓总糖和酸含量下降，减轻褐变，延缓采后竹笋的衰老速率，在此条件下贮藏两周仍具有良好的感官品质。

1.3 外源化学物质对竹笋木质化的影响

赤霉素（GA3）广泛用于延缓采后果蔬的衰老研究，用50～100 mg/L GA3溶液浸泡处理竹笋，在随后的贮藏过程中，GA3能显著地延缓与木质素生物合成过程中PAL、POD、C4H和PPO活性的增加，减缓木质素和粗纤维含量的上升［3］。PAL是木质素合成途径中的关键酶，通过催化苯丙氨酸转化为肉桂酸，再经C4H催化形成香豆酸，POD是木质素生物合成中最后一步反应催化的酶，通过催化H2O2分解而使木质素单体聚合生成木质素［3］，赤霉素对植物生长发育和基因表达具有调控作用，能有效抑制PAL活性，该结果与张规富等［4］的测定结果相一致。近年来，臭氧保鲜技术广泛地应用于果蔬产品的保鲜上，具有良好的应用前景。罗自生等［1］研究了不同浓度臭氧处理毛竹笋，结果显示经200～300 μL/L臭氧处理过的毛竹笋能延缓PAL、POD、PPO活性的增加，同时抑制了竹笋中木质素和纤维素含量的上升。Yang等［11］研究NO对去皮竹笋褐变及木质化的影响，将竹笋浸没在0.5 mM SNP（硝普钠，NO供体）溶液中1 h，然后将其放置在厚度为0.01 mm PE塑料袋中，并置于10℃、80%～90%湿度环境中保藏10 d，结果显示NO处理抑制PPO、POD和PAL活性，维持较高的总酚含量，延缓贮藏期间竹笋的褐变以及乙烯生成；与此同时显著抑制木质素和纤维素合成，从而延缓组织的木质化，为延长竹笋的货架期和食用品质保持提供了一种有效途径［12］。草酸具有防止果蔬褐变性、抑制采后腐烂发生的特性。5 mol/L草酸处理对低温贮藏期间马蹄笋保鲜的作用效果明显［13］，通过SOD与CAT的相互协调，消除活性氧的产生而引发膜脂过氧化及其他伤害过程；同时抑制PAL和POD活性上升，控制木质素的合成，从而降低组织木质化程度。外源化学物质能有效抑制与活性氧代谢相关SOD、CAT和APX活性的下降［12］，阻止POD活性上升，使笋体维持较低水平的H2O2与O2-含量 ，抑制MDA含量以及细胞膜通透性的增加，最终抑制了竹笋木质化的速度。

1.4 低压及其冷热处理对竹笋木质化的影响

Chen等［14］研究了低压对笋肉木质化的影响，结果显示50 kPa能有效阻止笋体硬度的增加以及木质素、纤维素含量的上升；还能抑制乙烯生成，降低O2-生成率，抑制MDA以及H2O2的增加；显著保持SOD、CAT、APX等活性，但抑制了PAL和POD活性的增加，因此低压处理通过保持较高抗氧化酶活性，降低乙烯的生成，导致活性氧自由基（ROS）增加减弱以及维持较好的细胞膜完整性。Luo等［15］采用90% RH，45℃热空气处理竹笋5 h后，在室温下贮藏12 d，并对相关指标进行测定，结果显示，热处理降低ACC合成酶和ACC氧化酶活性，减少乙烯的生成；同时延缓与木质素合成途径相关酶（PAL、CAD和POD）活性的增加，延缓笋体木质化，因此热处理结合常温下保藏方法，是延缓其木质化的一种可能的方法。SOD是植物酶促清除系统中一种极为重要的酶，主要功能是催化O2-歧化为H2O2，而POD、CAT和APX是植物体内担负清除H2O2的主要酶类，通过SOD、POD、CAT和APX的协调一致，可使ROS维持在一个较低水平，从而使植物免受氧化伤害［16］，对维持细胞的完整性发挥重要作用。低压及热处理能抑制乙烯生成，抑制木质素合成途径有关酶活性，维持抗氧化系统酶的活性，使其维持较高水平消除活性氧自由基能力，减少因活性氧自由基对细胞结构的氧化破坏作用，延缓竹笋木质化衰老。采摘后竹笋在常温存放1 d后，有60%的笋体发生木质化，常温存放2～3 d后几乎失去食用价值。采摘引起的机械损伤加速笋体微生物的繁殖，再加上笋体本身存在的病虫害使得竹笋在贮藏期间褐变和腐烂变质，这些因素限制了竹笋的大规模流通和超长货架期的供应。竹笋采后预冷方式主要有浸水预冷、淋水预冷、真空预冷以及冷库预冷［17］，经比较后认为冷库预冷是竹笋保鲜产业化过程中采后的适宜方法，预冷后能显著抑制木质素和纤维素的累积，最大程度保持其食用品质不变。

2 影响竹笋木质化的因素

伴随着生长发育［18］以及采后贮藏过程中植物组织的木化程度而不断提高［19-20］，木质化在植物生长、发育、抗病及环境适应性方面发挥重要作用［21-22］。在植物体中，木质素的合成途经［23］如图1所示，在大多数有关竹笋研究中，主要研究与木质素合成相关酶如PAL、POD、CAD、4-Cl、C3H和C4H等活性及木质素含量变化的规律。当然竹笋在采后贮藏期间，影响其品质劣变的，特别是其木质化反应加剧的情形还与其他因素有关，现对前人研究概括为以下5点：

2.1 水分流失促进木质化

图1 木质素生物合成途径[23]

果蔬采收后，仍然会进行系列生理活动，其中呼吸及水分蒸腾作用会引起有机物质消耗及失水，果蔬组织表面失去原有的饱满状态，影响其感官品质及食用品质。萝卜在贮藏过程中失水，会诱导酚类及木质素生物合成相关基因的表达，促进木质素合成［24］，此现象被发现广泛存在于玉米［25］、菜籽［24］和茭白［26］中，然而蔬菜中木质素的积累会影响其品质和口感［27］。竹笋在采后贮藏期间，也会造成表面水分丢失以及合成木质素的前体物质的大量表达，最终导致下游的木质素含量增加，造成木质化程度加剧，影响食用价值。

2.2 抑制与木质素合成途径相关酶活性

如图1所示，木质素生物合成途径需要多种酶参与，其中PAL、POD和CAD最为常见，PAL和POD分别是木质素合成的第一步和最后一步，各种处理措施在一定程度上延缓这3种酶活性的增加，该结果与Huang等［18-19］研究蕨菜采后木质化相关结果一致，即PAL和POD活性增加，木质化程度加剧，食用的价值将大大下降。近些年来，越来很多的学者运用蛋白质组学对果蔬采后木质化进行研究［18-19］，通过TCA-丙酮结合酚抽法提取研细胞总蛋白，然后对蛋白表达量达到2倍以上的差异蛋白进行细胞定位、功能分析、表达量的变化趋势分析，在结合果蔬在贮藏期间生理生化指标的变化趋势，确立影响其木质化过程的关键蛋白，然后采用生物工程技术控制该蛋白表达基因，从分子层面上抑制采后果蔬木质素的合成。

2.3 提高与ROS代谢相关酶活性

ROS是细胞有氧代谢的产物，当植物受到生物或非生物胁迫时，会产生过量的ROS，损害细胞结构和功能的完整性，导致细胞衰亡。研究发现：各种处理提高了与ROS代谢相关酶（SOD、CAT和APX）活性，清除ROS能力增强，减少ROS积累对细胞的伤害。然而ROS清除能力有限，仍会造成ROS积累，如H2O2的积累，有利于木质素单体进一步合成木质素。

2.4 抑制病原菌生长

当病原菌侵入寄主细胞后会导致寄主细胞产生和积累木质素，木质素作为植物体内一种重要的抗菌物质，可有效保护细胞免受病原菌侵染［28］。许勇等［29］指出，受枯萎病病原菌侵染的西瓜幼苗叶片和根茎组织中木质素含量提高。从某种程度上说，各种保藏措施能抑制竹笋病原菌的生长，因病原菌减少诱导竹笋细胞木质化的程度将减弱。

2.5 酚类物质的表达促进木质化进程

酚类物质广泛存在于蔬菜组织中，是酶促褐变发生的根本原因，然而不同蔬菜中酚类物质种类差异较大，茭白中主要酚类物质为没食子酸、愈创木酚和咖啡酸；莲藕中主要为儿茶酚；而麻竹笋中以4-对羟基苯甲醛为主、而毛竹春笋中多酚类化合物主要为邻苯三酚和邻苯二酚，有报道指出，酚类物质是木质素合成的前提物质，可直接在相关木质素合成酶的作用下转化为木质素，而咖啡酸在茭白酚提取物中的比例高达25.57%，与鲜切茭白贮藏过程中快速木质化密切关联［32］，因此推断竹笋中的酚类物质可能与其采后木质化有一定关系。

从相关文献来看，目前报道都是通过测定与木质素合成相关酶活性、MDA以及乙烯活性氧自由基指标等变化规律角度研究竹笋采后木质化；亦可从竹笋蛋白表达差异角度研究相关蛋白的变化，探索与木质化密切相关蛋白的表达，从分子水平揭示其木质化的机制；也可从木质素合成途径目标代谢物的差异方面研究其木质化机理，为竹笋今后保鲜加工提供理论依据。

3 结语

目前，延缓竹笋木质化方法主要有涂膜法、气调保藏、预冷处理、外源化学物质保藏、低压及热处理等，其作用机理是通过抑制木质素合成，提高了活性氧代谢相关酶（SOD、CAT和APX）活性，延缓贮藏期间水分下降，降低了笋体表面微生物菌群的数量，抑制竹笋贮藏期间木质素及纤维素含量的上升。笋体中含有多酚类物质既能发生酶促褐变，也是采后竹笋发生木质化不可或缺的因素，可从多角度采取措施延缓竹笋采后木质化，该研究结果为今后竹笋品质改良以及采后保鲜提供一定参考。木质素合成途径涉及多步反应，中间代谢产物达20多种［23］，且生成的木质素也有多种形式，分别为H-木质素、S-木质素以及G-木质素。目前国内外有关果蔬采后木质化的研究未区分木质素的形式，也没有对相关中间产物如肉桂酸、对香豆酸、咖啡酸、阿魏酸、芥子酸、松柏酸、芥子醇、松柏醛和芥子醛等含量变化进行研究。今后的研究方向应借助代谢组学技术，探索竹笋木质素合成产物的具体形式以及影响木质素合成的关键环节，有针对性地对其木质化进程进行调节与控制。