鲜食糯玉米采后生理与保鲜技术的研究进展

王娟紫,乔勇进,王春芳,刘晨霞,钟耀广

1(上海海洋大学 食品学院,上海,201306)2(上海市农业科学院农产品保鲜加工研究中心,上海,201403) 3(上海农产品保鲜加工工程技术研究中心,上海,201403)

糯玉米(ZeamaysL.sinensisKulesh),又称蜡质玉米或黏玉米,是玉米第9条染色体上基因发生隐形突变而形成的一种特殊玉米类型[1]。鲜食糯玉米营养丰富,包括淀粉、糖、蛋白质、维生素和微量元素铁、钙等物质,且不含胆固醇[2]。最重要的是,鲜食糯玉米是一种全谷物食品,玉米果皮的柔嫩使其食用舒适,使玉米摄入成为增加膳食纤维、微量元素和维生素含量的有效途径,未成熟的玉米籽粒作为一种新的功能性食品加工原料,在开发适合人类食用的全谷物食品和营养干预食品方面有巨大开发前景[3]。

一个多世纪以来,鲜食糯玉米在东南亚和东亚广泛种植[4]。在美国20.23万hm2的土地上每年大约生产203.2万t糯玉米[5]。中国是鲜食糯玉米的资源大国,据2019年数据显示,中国鲜食糯玉米种植面积已增加到134多万hm2[6]。目前,糯玉米作为一种新鲜蔬菜,大量出现在欧洲和美国市场,以罐装玉米粒、冷冻玉米粒和冷冻玉米穗的形式出售[7]。因其黏性、耐嚼的质地、味道和营养在中国、韩国、越南、老挝、缅甸和泰国等国家广泛消费[8]。随着人们消费理念的转变,鲜食糯玉米的销量将不断增加。

然而鲜食糯玉米收获后籽粒呼吸依然旺盛,在自然条件下存放时品质易发生劣变,使鲜食糯玉米的市场流通与保障受到极大限制[9-10]。为满足人们对鲜食糯玉米的需求,解决产业发展技术短板,寻找有效的鲜食糯玉米采后保鲜方法显得尤为迫切。本文对鲜食糯玉米采后生理及品质变化与影响其贮藏的因素进行研究分析,系统总结鲜食糯玉米的保鲜技术,为鲜食糯玉米采后研究与技术应用提供理论参考和技术借鉴。

1 鲜食糯玉米的采后生理及品质变化

鲜食糯玉米是一种籽粒含水率可高达60%～65%[1]、组织鲜嫩、采后呼吸作用旺盛的易腐农产品,严重影响鲜食糯玉米的保质期和采后食用品质[10]。鲜食糯玉米的采后生理及品质变化主要与籽粒中的水分、蛋白质、碳水化合物、维生素及挥发性风味物质等营养物质的变化及玉米籽粒嫩度的改变有关。

1.1 水分

水分是鲜食糯玉米籽粒中的重要成分,在贮藏过程中水分的流失会导致鲜食糯玉米的质量和新鲜度的下降。在一定范围内,鲜食糯玉米品质与含水量呈正相关[11]。疏松且具有较大叶表面积的苞叶组织在常温下极易失水,带苞叶贮藏的鲜食糯玉米的水分变化首先表现为苞叶失水,后形成由籽粒向苞叶扩散的水分梯度,使籽粒含水量迅速下降,导致鲜食糯玉米品质劣化,加速其衰老进程[12]。徐瑞[13]研究发现,由于蒸腾作用,鲜食糯玉米在贮藏过程中水分含量呈下降趋势。含水量下降超过5%,将使鲜食糯玉米失去风味价值[12]。

1.2 蛋白质

蛋白质含量的多少是评价鲜食玉米的重要指标。有学者认为,贮藏期间蛋白质的变化主要表现为蛋白质结构和类型等方面的改变[14]。徐瑞[13]研究发现,鲜食糯玉米贮藏期间总蛋白质含量稳定在3%～4.5%,贮藏前后无显著差异。与孙瑞[15]的研究结果一致,在乳熟期采收的鲜食糯玉米,贮藏过程中籽粒粗蛋白含量变化不大。而董宗宗[10]的研究表明,鲜食糯玉米的可溶性蛋白含量在贮藏前2 d短暂上升,后呈波动变化。

1.3 碳水化合物

新鲜糯玉米的甜味和黏性等食用品质,与碳水化合物的含量、组成和空间结构直接相关,并受碳水化合物代谢酶活动的影响。淀粉是影响鲜食糯玉米黏糯口感的主要物质[10]。籽粒中淀粉的主要化学成分包括直链淀粉、支链淀粉及一些保留这2种组分特征的中间物质,淀粉的功能特性与支链淀粉、直链淀粉含量和支链长度的分布有关[16]。支链淀粉主要由可溶性淀粉合成酶和淀粉分支酶合成,直链淀粉主要由束缚态淀粉合成酶合成[17]。直链淀粉是直链或微支链分子,而支链淀粉是高支链分子[18]。常温下短期贮藏的糯玉米,淀粉含量一般随贮藏时间的延长而增加,受基因型的影响较大;支链淀粉的平均链长分布随贮藏时间的延长而增加[19]。

可溶性糖与鲜食糯玉米的甜度密切相关,是评价鲜食糯玉米食用品质的重要指标,影响了鲜食玉米食用品质[20]。鲜食玉米穗含糖量高,采后的糖代谢途径主要是蔗糖和淀粉之间的相互转化[7]。由于采收后的鲜食糯玉米果穗将无法获得由叶片转运的蔗糖供给,玉米籽粒的呼吸作用使其可溶性糖含量随着贮藏时间的延长逐渐下降,这是采后贮藏品质降低的一个重要原因。

支链淀粉和可溶性糖的含量分别决定鲜食糯玉米的糯性和甜度[20]。鲜食糯玉米采后初期,随着贮藏时间的延长,淀粉含量增加,可溶性糖含量下降,淀粉代谢动态平衡中此时合成代谢占据主导地位[21]。低温贮藏鲜食糯玉米有助于抑制蔗糖转化为果糖和葡萄糖、果糖和葡萄糖转化为直链淀粉、直链淀粉转化为支链淀粉的进程,从而提高鲜食糯玉米的食用品质[1]。

1.4 维生素

鲜食糯玉米富含维生素C,是人体必需的营养物质[10]。然而,维生素C极易流失。研究表明,糯玉米籽粒中维生素C含量随贮藏时间的延长而大幅下降;贮藏温度影响维生素C的流失速度,低温贮藏有助于延缓维生素C的流失[15]。鲜食糯玉米中也富含维生素E和类胡萝卜素,由于类胡萝卜素的高度不稳定性和易氧化性,在采后贮藏过程中类胡萝卜素含量也有所下降[10]。

1.5 挥发性风味物质

挥发性风味是评价鲜食糯玉米食用品质的重要指标。吴建平等[22]研究表明,鲜食糯玉米典型的脂香、蜡香与其他类型玉米具有的果香有明显区别;在鲜食糯玉米中可检测到11种挥发性成分,其中己醛和己醇的含量比例最高,热处理后醛醇含量明显下降。在鲜食糯玉米挥发性成分与香气变化的研究中, 发现主要挥发性成分为来自脂肪氧合酶途径的己醛和己醇[23]。鲜食糯玉米的挥发性风味物质会随贮藏时间的延长不断减少[10]。

1.6 嫩度

嫩度是影响鲜食糯玉米感官品质的关键指标,苯丙烷途径诱导的次生细胞壁木质化是造成鲜食糯玉米采后嫩度下降的主要原因[2]。组织木质化是鲜食糯玉米采后应对逆境胁迫的一种应激现象,果蔬在遭受胁迫之后会刺激苯丙烷代谢,从而改变木质素及其组分含量[24]。龚魁杰等[25]采用ClO2杀菌复合壳聚糖涂膜处理鲜食糯玉米,发现此处理能降低苯丙烷代谢水平,减少玉米贮藏期间的木质素积累,从而保持鲜食糯玉米的柔嫩口感。此外,采后鲜食糯玉米大量失水,会造成细胞萎缩变薄,细胞结构致密,从而造成嫩度下降[26]。

2 影响鲜食糯玉米贮藏的因素

鲜食糯玉米采后品质受贮藏条件的影响,且主要集中在贮藏温度、贮藏湿度、气体组成三方面。此外,采后病虫害也是影响鲜食糯玉米贮藏的关键因素。

2.1 贮藏温度

贮藏温度与鲜食糯玉米贮藏品质密切相关。低温能有效抑制鲜食糯玉米果穗的呼吸生理和蒸腾生理。温度还会通过影响与糖代谢相关酶的活性,造成鲜食糯玉米可溶性糖及淀粉含量变化。王浩等[27]通过测定不同贮藏温度(5、15、25 ℃)下鲜食糯玉米贮藏期淀粉含量与相关酶活性的变化,结果表明,贮藏温度对鲜食糯玉米中淀粉含量变化影响显著,5 ℃是鲜食糯玉米贮藏的理想温度。

2.2 贮藏湿度

贮藏环境相对湿度的变化会影响果蔬采后水分含量变化和果皮组织内水分运动,进一步影响其形态和结构变化[28]。高湿环境有利于减缓水分流失,低湿环境会使水分含量下降[13]。研究表明,甜糯玉米在贮藏温度0～5 ℃,相对湿度80%～95%的环境下,保鲜效果较好,湿度过低影响口感,而湿度过高则易滋生微生物[29]。因此,适宜的环境湿度有利于减少贮藏期间糯玉米的水分流失,维持其贮藏品质。

2.3 气体组成

通过改变气体环境组分能抑制果蔬呼吸作用,降低植物机体生理生化反应,减少内部营养素损耗,从而延长果蔬贮藏期[30]。龚魁杰等[31]利用硅窗袋对袋内的气体浓度进行调节,结果表明,CO2浓度为3%～5%,O2浓度为8%～10%时,较适合鲜食糯玉米的贮藏。贮藏环境中的气体组成与害虫的生长与霉菌的代谢繁殖关系密切,通过改变各气体浓度可以达到防治害虫、抑制霉菌生长的目的[13]。

2.4 采后病虫害

穗腐病是糯玉米生长后期的主要病害之一,该病菌首先通过侵染根部,然后经茎侵染穗部,影响鲜食糯玉米采后品质[10]。谷物螟成虫钻入玉米壳、玉米棒或籽粒中,形成大量虫洞,在鲜食糯玉米采后前期贮藏时依然存活于玉米鲜穗中,其生理活动将影响玉米贮藏品质[32]。选择无病虫害污染的鲜食糯玉米并对鲜食糯玉米进行合理贮藏对维持其贮藏品质至关重要。

3 鲜食糯玉米保鲜方法

鲜食糯玉米作为一种备受人们欢迎的农产品,不仅需求量越来越大,人们对其品质的要求也越来越高。鲜食糯玉米的保鲜方法主要有低温保鲜、热处理保鲜、气调保鲜、辐照保鲜、化学保鲜、生物保鲜等。

3.1 低温保鲜

低温保鲜包括预冷、冷藏(0～10 ℃)、冰温(食品的冻结点温度)、冷冻(-18 ℃及以下)[13]4种方式。预冷是保持鲜食糯玉米品质的重要环节,主要目的是迅速将新鲜玉米穗温度降低到适宜温度,从而延缓其新陈代谢进程,更好维持鲜穗品质。采收后的糯玉米穗必须及时采取预冷措施,防止堆积发热。

冷藏可以通过保持较低的呼吸率,降低新陈代谢导致的物质消耗。研究表明,采后0 ℃低温贮藏鲜食糯玉米穗与25 ℃室温贮藏相比,低温处理可溶性糖转化缓慢,可有效抑制鲜食糯玉米穗的呼吸强度,从而延长鲜食糯玉米的可食用期[33]。

鲜食糯玉米速冻加工技术是将鲜穗置于-40～-30 ℃条件下,短时间内,使籽粒细胞中的水分迅速冻结,形成的冰晶直径小于100 μm且均匀分布在细胞组织中,在低温冻藏条件下能更好地保证鲜食糯玉米的食用品质和营养价值。刘洪明等[34]以垦黏1号为试材,结果表明,速冻温度在-45～-30 ℃时速冻效果最好,速冻后的糯玉米穗在-18 ℃冷冻条件下可安全贮存9～12个月。

3.2 热处理保鲜

热处理是指对采后果蔬进行适当温度的处理,以杀灭或抑制致病微生物的活动,是一种无毒、安全有效的糯玉米采后保鲜方式[35]。应用于糯玉米的常见热处理方式包括常压蒸汽处理、热水处理、微波处理等[36]。何余堂等[37]研究表明,在热烫温度85 ℃条件下处理时间120 s,鲜食糯玉米水分含量为63.6%,显著高于对照组的61.3%,具有显著的保鲜效果。

3.3 气调保鲜

气调包装是通过调节贮藏环境中 O2和 CO2浓度来调节呼吸强度和控制酶的活性,从而降低果蔬的衰老速率[10]。最常用的气体有 O2、CO2和N2,其他气体如氦气、氩气等稀有气体和N2O 等也可应用于气调包装[38]。张轶斌等[39]分别采用真空、空气、N2和CO2对采后鲜食糯玉米进行包装,结果表明,白糯玉米经充N2杀菌处理后,贮存 90 d仍能保持其口感及香气。合适的包装材料可以隔绝空气,维持包装内环境湿度,升高CO2浓度并降低O2浓度,从而降低呼吸速率[13]。

3.4 辐照保鲜

辐照保鲜主要依靠适宜剂量的红外线、X射线、紫外线等电离射线对果蔬进行辐照来达到保鲜效果[40]。食品辐照的辐射剂量为 0.1～1 kGy 时,具有延缓成熟、抑制发芽、杀灭害虫的作用;辐射剂量为1～10 kGy 时,可以减少腐败微生物、非孢子形成的病原体;剂量大于10 kGy 时,可以将病原体减少到不育的程度[41]。何余堂等[42]对鲜食糯玉米采用以脉冲能量300 J,闪照32次的工艺条件与紫外辐照2 min对鲜食糯玉米进行保鲜,发现脉冲强光和紫外辐照处理均可有效抑制水分散失,能更好保持色、香、味等感官品质。

3.5 化学保鲜

杀菌剂可以分解毒素,抑制有害微生物生长[13]。研究表明,在果蔬表面涂覆防腐化合物,可以在果蔬周围创造一种改良的气调环境来降低呼吸速率,从而保持果实品质[43]。董宗宗[10]研究表明,臭氧处理鲜食糯玉米可降低玉米穗呼吸强度,使可溶性糖含量仍保持在较高水平,与对照组相比,90 mg/m3臭氧处理的鲜食糯玉米质量损失降低了0.56%,有利于保证玉米贮藏过程中的营养品质,此外,135 mg/m3臭氧处理也能有效抑制禾谷镰孢病菌孢子萌发率和孢子产量,具有良好的抑菌作用。

3.6 生物保鲜

生物保鲜剂组成多样,各种保鲜剂功能有所不同,如壳聚糖具有良好的成膜和保湿性能,茶多酚具有抗氧化作用。多种保鲜剂复合保鲜能够结合不同保鲜剂的特点,以达到延长鲜食糯玉米贮藏期的效果。张晓莉等[44]研究表明,主要由壳聚糖、花粉多糖、茶多酚配制的复合生物保鲜剂可有效地抑制鲜食糯玉米的水分损失及营养成分损失,并保持鲜食糯玉米的色泽、气味等其他感官品质。

4 结论与展望

鲜食糯玉米因其营养丰富、口感独特深受人们欢迎,但如何维持鲜食糯玉米采后品质,减少营养物质的损耗是鲜食糯玉米产业发展急需解决的重要研究内容。目前,应用于鲜食糯玉米的贮藏保鲜技术主要包括速冻加工、气调贮藏及生物保鲜等,各项贮藏保鲜技术均在一定程度上维持了鲜食糯玉米的品质,侧重点有所分别,如速冻加工技术可实现鲜食糯玉米的常年供应,适合长期保存;气调贮藏能最大程度地保持鲜食糯玉米的风味;生物保鲜技术来源天然、绿色环保。此外,还有很多新型果蔬保鲜技术如冰温贮藏、低压静电场贮藏保鲜等还未应用到鲜食糯玉米的贮藏研究中。如何设计利用多种新型保鲜技术综合使用来维持鲜食糯玉米的采后保鲜品质已成为当今的研究热点。在今后的研究中,应深入开发绿色、安全、天然、高效的鲜食糯玉米保鲜新方法,有效推动鲜食糯玉米产业的健康发展。