鲜食菜豆采后贮藏保鲜技术研究进展

谢国芳,张明生

(1.贵州大学生命科学学院,贵州贵阳 550025; 2.贵阳学院食品与制药工程学院,贵州贵阳 550005; 3.贵州省果品加工工程技术研究中心,贵州贵阳 550005)

菜豆(PhaseolusvulgarisL.)俗名四季豆、芸豆、玉豆、棒豆、架豆等,富含维生素、复合碳水化合物和矿物质等营养成分。鲜食菜豆鲜嫩肥厚、味道鲜美,可供煮食、炒食、凉拌,是一种高蛋白质、高钾、高镁、低钠、低脂肪的蔬菜,适合心脏病、动脉硬化、高血脂、低血钾症和忌盐等患者食用,也是补充植物蛋白的重要蔬菜作物之一,占全球食用豆类产量50%左右[1]。目前,我国菜豆生产面积达95.5万公顷,产量154.3万吨,仅次于巴西、印度[2]。

然而,鲜食菜豆组织幼嫩、呼吸强度高,采后失水引起豆粒膨胀、豆荚黄化及软化,极易发生纤维化、萎蔫、褪色、腐烂及产生锈斑等品质劣变现象,因此通过适宜的贮藏保鲜技术维持其食用品质和营养价值尤为重要[3]。为了减少鲜食菜豆储运、流通环节过程中的损失,有必要了解鲜食菜豆采后营养损失和品质劣变机理。为此,本文综述了近年来鲜食菜豆采前、采摘及采后储运过程中相关指标的变化、影响因素及贮藏保鲜技术,并对鲜食菜豆采后衰老、贮藏保鲜技术的发展趋势进行了展望,旨在为鲜食菜豆储运技术研究和应用提供理论参考。

1 鲜食菜豆采后衰老

1.1 感官品质的变化

感官及食用品质是消费者接受的第一因素。鲜食菜豆感官品质的变化不仅发生在豆荚上,而且豆粒也发生显著变化。贮藏期间鲜食菜豆豆荚表面颜色由深绿色变为黄色[4],表面失水变皱[5]、干瘪、水浸凹陷、鼓粒[6]、豆粒硬度增加[7-8]、纤维化[2,9]及锈斑[10-11]等;豆粒变软、质量增加[12],浸泡8 h蒸煮2 h后硬度增加[8,13]。因此,维持鲜食菜豆感官品质及食用品质是鲜食菜豆贮藏保鲜的首要任务。

1.2 营养变化

贮藏期间鲜食菜豆的前花青素[14]和抗性淀粉[15]呈上升趋势,叶绿素、蛋白质、维生素C和有机酸等营养成分损失,消化淀粉含量、吸水性和消化性降低[3,5,12,15],总糖的含量先升后降[3,5],酸溶性纤维和木质素随贮藏温度的增加大幅增加[8];贮藏期间鲜食菜豆的木葡聚糖组成固化引起水溶性向非水溶性多糖的转变,从而使总膳食纤维、可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维发生变化[7,16],也发现室温贮藏不会降低其抗炎效果[17]。Berger等发现贮藏期间抗坏血酸含量变化引起甜味和霉味的变化[18]。鲜食菜豆贮藏期间营养成分的损失不仅导致其营养价值降低,还引起黄化、豆筋增长及木质纤维化等食用品质下降。

1.3 采后生理的变化

鲜食菜豆属于呼吸跃变型,衰老受生长素和乙烯等激素调控,但对乙烯不敏感[19];贮藏期间呼吸速率缓慢上升,室温贮藏8 d出现跃变高峰,果肉细胞膜透性在采后初期变化缓慢,后期急剧上升,豆荚腐胺、精胺、亚精胺等含量呈现先升而后降的趋势[3,5,20]。因此,鲜食菜豆旺盛的呼吸消耗其营养成分,水分蒸发引起干瘪,影响感官品质。

1.4 病虫害

鲜食菜豆贮藏期间主要由锈病菌(Uromycesappendiculatus)侵染而致锈斑、由黄单胞菌(Xanthomonasaxonopodispv. phaseoli(Xap))与褐色黄单胞菌(Xanthomonasfuscanssubsp. fuscans(Xff))引起的菜豆普通细菌性疫病等[21-22]。贮藏期间虫害损伤降低菜豆的商品价值,整个贮藏期间应采取合理技术对虫害进行防控[23]。由此可知,在开展鲜食菜豆贮藏保鲜技术研究时不仅要考虑微生物病害,也应关注虫害。

2 鲜食菜豆采后衰老的影响因素

2.1 采前因子

影响鲜食菜豆采后保鲜效果的采前因子主要有品种[24]、生长时间[25]、成熟度[25]及气候[26]等。当然,各地品种与当地消费习惯有较大的关系,薄皮高脂菜豆主要用于简单菜肴,如沙拉等,厚皮菜豆能在多种菜肴中使用且具有较强的耐贮性[27];白棒豆最易发生腐烂,仅适合产地快速消费,无筋豆和无筋白棒豆适合短期贮运,青棒豆贮藏期营养损失少,较耐贮藏,适合长距离贮运的外销型品种[24];4～5月份栽培,六成熟的鲜食菜豆贮藏期间品质变化小,营养成分损失较小,豆荚纤维化、黄化不明显,消费者易接受[25];雨天及早上采摘的菜豆蒂部残留有雨露,易引发微生物病害,阴天中午植物自身存在抵抗较强的蒸腾作用,呼吸速率相对较低,具有较强的抵御能力,在采摘时营养成分含量相对较高,适合长时间贮运[26]。因此,控制采前因子可为贮藏保鲜提供优质鲜食菜豆。

2.2 贮运条件

2.2.1 温度 贮藏温度是影响菜豆采后贮运品质的关键因素,菜豆随着贮藏温度增加失重率显著升高,而温度过低又会诱发冷害。文献显示,鲜食菜豆贮藏的临界温度为8 ℃,低于8 ℃会引发锈斑等冷害,严重影响感官品质,超过10 ℃时会导致菜豆失绿、干瘪、失水、营养成分损失严重[2,28-29],因此认为在10 ℃、65% RH下贮藏最佳[30-32]。马俊莲等[11,33]和王利斌等[34]发现采后热处理、采后即时预冷结合气调维持了较低水平的超氧阴离子自由基产生速率和丙二醛,增加抗氧化酶活性,提高抗氧化能力,抑制表面水浸凹陷、锈斑的发生,从而使菜豆维持较高的营养品质。

贮藏温度也是影响菜豆褐变程度的重要因素,品质损失与温度符合Arrhenius方程,采后黄化反应与贮藏温度符合零级动力方程式[4];冻藏温度和初始温度是鲜食菜豆冻藏关键因素,在-7、-15和-30 ℃冻藏下鲜食菜豆的质构变化符合分数转换模型,抗坏血酸和淀粉含量符合一级动力学方程[35],-18 ℃能较好保留菜豆色泽、风味等感官品质,在低于-18 ℃下贮藏,不能较好的保留感官和营养成分,如-22 ℃贮藏30个月后,维生素C损失率高达68%[36-38]。因此,适宜的温度能较好维持鲜食菜豆的冷藏和冻藏品质。

2.2.2 气体组分 贮藏环境的气体组分直接影响果蔬采后贮藏品质。研究显示,鲜食菜豆贮藏过程中CO2浓度至关重要,其临界浓度为2%,高浓度会引发锈斑,虽不直接影响食用品质,但严重影响感官品质[28-29]。自发气调减缓鲜食菜豆失重,保持其质构和营养成分,提高抗氧化酶活性,延长鲜食菜豆的贮藏期[39-40]。王利斌等[34,41]发现3～5% O2+1% CO2+94%～96% N2气体组分通过抑制呼吸强度,减少活性氧和丙二醛等有害物质的积累,保持较高的抗氧化酶活力,从而降低质量损失率、腐烂率和纤维素的积累,延长贮藏期。Sanchez-mata等[42]发现3% O2+3% CO2也能较好维持菜豆的营养品质。可见,适宜的贮藏微环境能有效维持鲜食菜豆的贮藏品质,但不同品种间存在较大差异。

2.2.3 运输条件 果蔬采后运输是产品从农场到市场的一个重要环节,对果蔬品质有很大影响。通常从农场到零售商的运输过程中最易发生振动损伤。振动损伤不仅影响果蔬的外观,还导致水分蒸发更快、呼吸强度骤增、微生物更易侵入,以致果蔬腐烂加快。近年来,随着交通工具和路网的快速发展,果蔬的物流、运输方式也发生了变化,以往的机械损伤大大下降,运输条件(如温度、湿度、机械振动等)成为影响果蔬品质的关键[43]。谢国芳等发现低温运输能有效延缓鲜食青棒豆的腐烂率、失重率,抑制纤维素含量增加,然而由于运输过程中温度波动相对较低,为避免冷害及冻伤等的发生,运输温度应略高于其适宜贮藏温度[44]。

3 菜豆保鲜技术

3.1 采前处理

采前喷施赤霉素和抗坏血酸能有效抑制鲜食菜豆失重和褐变酶活性、保留蛋白质含量、降低霉菌的代谢活性,有效抑制酶促褐变,从而延长菜豆的货架期[45]。采前喷施钙盐(硝酸钙和氯化钙)和钾盐(硅酸钾、硫代硫酸钾和硫酸钾)碳酸钾,可有效控制菜豆贮藏灰霉病和油菜菌核病引起的病害,维持菜豆品质[46-47]。由此可知,适宜的采前处理不仅可以维持鲜食菜豆的贮藏品质,还能降低采后病害。

3.2 保鲜剂的使用

外源亚精胺处理通过抑制豆粒淀粉含量及α-淀粉酶活性、多酚氧化酶、过氧化物酶以及超氧化物歧化酶活性的上升,从而延缓菜豆豆粒的软化和衰老进程[12]。外源精胺处理通过抑制菜豆失重率、豆荚切割力和多酚氧化酶活性的增加,减缓了感官品质、营养成分的下降,维持抗氧化系统酶的活性,从而延缓其腐烂和锈斑的发生[48]。酸性电生功能水通过抑制菜豆表面菌落总数、霉菌、酵母菌数的增长,降低失重率、呼吸峰值和锈斑指数,延缓菜豆的硬度和营养成分的降解,提高商品率[49-50]。1-MCP结合气调贮藏通过抑制呼吸速率、可溶性固形物(TSS)和冷害指数的增加,维持细胞膜的完整性,延缓营养成分的降低,抑制电导率、丙二醛(MDA)含量、活性氧代谢酶活性的升高,从而降低活性氧和酶促褐变反应对菜豆品质的影响[51]。保鲜剂主要通过调节鲜食菜豆的生理代谢、延缓营养成分损失,从而延长鲜食菜豆的贮藏期。

3.3 辐照保鲜

Co60辐照处理的鲜食菜豆在室温下贮藏6个月后,外观正常、口感好,能有效控制褐变[52-53];单波长UV-C处理能较好维持菜豆的色泽和质构,双波长UV-C处理能有效维持叶绿素a和叶绿素b含量,但双波长UV-C处理会诱导冷害[54]。虽然适宜的辐照处理能较好保持菜豆品质,然而消费者对辐照处理存在担忧,难以接受。

3.4 涂膜保鲜

通过涂膜处理在果蔬表面形成薄膜,从而达到保鲜效果。目前,蜂胶、魔芋粉、大豆蛋白、壳聚糖及其衍生物等作为涂膜剂用于鲜食菜豆涂膜保鲜中,各种抑菌剂添加其中增加其抑菌效果。蜂胶涂膜处理可显著降低菜豆失水、失重,抑制呼吸速率、糖向纤维纱的转化及总糖和淀粉含量的变化,能延长菜豆的贮藏寿命[55]。研究显示,含茶多酚、芦荟提取液、滁菊叶提取物和纳米乳柑香薰油等植物提取液对菜豆进行涂膜处理,通过抑制病原菌生长,降低菜豆的呼吸速率和失重率,减缓了水分和营养成分的下降,显著抑制过氧化物酶、多酚氧化酶、苯丙氨酸解氨酶活性、MDA、纤维化及细胞膜相对透性的上升,增加活性氧清除酶活性,从而延长菜豆的保鲜期[9,56-59]。涂膜处理不仅调节鲜食菜豆的代谢生理,还通过添加抑菌剂实现病害控制。

4 结语与展望

鲜食菜豆不仅色、香、味俱全,还营养丰富,但采后极易衰老、木质纤维化、劣变,从而影响其营养价值和商品价值。为延长鲜食菜豆的贮运期,国内外科研人员从生理、生化方面开展了多种贮藏保鲜技术研究,并取得了较好的效果。然而,对鲜食菜豆豆荚采后木质纤维化、锈斑和抗营养因子的演变机理及其调控方面仍需深入研究。建议从以下几方面着手:

木质纤维化是影响鲜食菜豆采后食用品质的重要因素,且不可逆。细胞延长和次生壁的加厚,纤维素合成形成纤维束,木质素合成并沉积于纤维束网格中,组织变粗糙,也是导致鲜食菜豆采后衰老的主要原因之一,直接降低鲜食菜豆的食用品质。目前关于鲜食菜豆木质纤维化及其调控的研究集中在代谢底物消耗(糖、酚类物质等)、纤维素和木质素代谢与积累,鲜食菜豆采后木质纤维化的形成及其调控网络尚不明确,有待进一步探索和研究。

当前研究主要是从单一贮藏温度、CO2浓度及真菌等方面开展锈斑发病研究,然而鲜食菜豆锈斑的发生是贮藏温度、CO2浓度和真菌侵染共同作用的结果,其互作机制尚不明确,仍需深入研究诱导锈斑病发生的机制。随着现代分子生物学的发展,可通过互作筛选调控因子从而实现对锈斑发生的精准调控亦是一个重要的研究方向。

饮食安全是影响公共消费鲜食菜豆的关键因素,若烹饪不充分抗营养因子会引起食品安全事故,以致公共场所(学校、医院等食堂)采购显著减少。然而,菜豆品种繁多以致抗营养因子成分差异大,仍缺乏不同品种、生长发育期、采后贮藏过程中抗营养因子组分演变规律的系统研究,这将是鲜食菜豆研究的重要方向。

近年来,鲜食菜豆采后贮藏保鲜研究取得了一定的成效,多从生理、生化及营养成分等方面开展相关工作,尚无从分子水平解析鲜食菜豆衰老及其调控方面的报道,仍需以现代分子生物学(基因组学、转录组学、蛋白组学及代谢组学等)为研究手段,从分子水平深入解析鲜食菜豆衰老机理,为其新品种选育、营养品质和商品价值维持提供理论基础。

鲜食菜豆采后劣变及其调控机制,不仅要注重采后贮藏保鲜技术的研究,还需从品种选育、栽培、采收、采后商品化处理、贮藏、运输及销售环境等环节着手,构建鲜食菜豆综合控制配套技术体系。为消费者提供安全、高品质的鲜食菜豆是种植企业、流通企业和科研工作者高度重视和共同努力的结果,并不断创新、研发新技术。