黄花菜保鲜贮藏及后处理加工技术研究进展

武珍珍,洪沙沙,吕虹瑞,朱敏,郭尚

(山西农业大学 山西功能食品研究院,山西 太原,030031)

众所周知,食物是支持身体功能和健康(如呼吸、能量产生、免疫反应)的维生素和矿物质的来源。在许多种类的食品中,用于特定饮食目的的食品(如清淡、低糖、低脂)和被归类为功能食品的食品是过去20年研究的主要类别[1]。如今,消费者重视以可持续方式生产的高营养价值、新鲜、安全和天然的食品,引领了食品行业的新趋势。相较于传统食品具备的营养价值,功能性食品有助于提高人体健康水平,并可能降低非传染性疾病的风险。因此,研究者对功能性食品研究的兴趣在过去的几年中不断增加。

世界各国重视食品营养健康科技创新与产业发展,已成为世界各自争夺的战略领地,并不断完善相关政策与法规。食品营养安全科技发展的趋势将会是针对不同人群需要开发目标性营养食品,满足健康功能化、个性化的新需求。而且,食品营养、安全大数据与健康大数据深度融合是健康食品研发的重要基础。当前首要先机是要抢占科技高地、突破科技瓶颈,实现食品科技自立自强[2-4]。

国内外研究表明,21世纪的消费者不得不面对与环境污染、压力、社会挑战和健康问题有关的越来越多的风险。功能性产品具有帮助改善身心健康的潜力,从而带来更高质量的生活[5-7]。尤其自习近平总书记2020年5月提出“小黄花大产业”之后,黄花菜被认为是一种很好的有营养价值的碳水化合物、蛋白质、脂类、膳食纤维和钙、锌、镁、锰、铁等微量元素的来源,作为一类潜在性的功能食品越发引人高度关注[8-12]。

黄花菜,也叫做“忘忧草”,是百合目阿福花科萱草属多年生草本植物,在我国有悠久的栽种历史,种植广泛。黄花菜是我国传统的药食两用蔬菜,具有极高的营养及经济价值,不断发展成为地区特色产业。国内外研究表明,黄花菜由于含有多种活性物质而受到广泛关注,表现出抗氧化、抗肿瘤、抗抑郁、改善睡眠及镇静、抗菌、抗炎和护肝等方面的生物活性功能[13-17]。黄酮类化合物作为黄花菜的主要有效成分,具有延缓衰老、抗氧化及清除自由基等多种保健功能,并且具有毒副作用小、功能多等特点,在开发功能性产品方面具有非常广阔的应用前景[18]。

但是,从已报道文献结果中不难发现黄花菜功能性产品的开发亟待解决一个关键性问题:新鲜黄花菜(花蕾)采摘后生命活动仍非常旺盛,具有强烈的呼吸作用和蒸腾作用,极易发生花蕾开放和衰老,出现变黄、失水、萎蔫、甚至腐烂等现象,严重影响营养、风味和商业价值。因而鲜黄花菜的加工核心技术包括保鲜贮藏、后处理、产品加工等工序。

1 保鲜及贮藏

新鲜黄花由于其独特的观赏价值、营养价值、药用价值、环境价值,尤其是其特有的风味受到了诸多消费者的喜爱。然而,新鲜黄花菜采摘后的保鲜时间十分短暂,一般在其采摘一天左右就会发现黄花菜品质开始发生劣变[19]。针对这一现象,在黄花菜成熟阶段,采摘黄花菜的工作者大都夜间劳作,这样可以充分保证黄花菜的新鲜品质。所以,延缓新鲜黄花菜的保鲜时间一方面能够减少采摘黄花菜劳作者的劳动成本,另一方面可以提升社会经济效益,寻找一种高效、适宜的黄花菜保鲜及贮藏技术已是亟待解决的一个关键性问题。经过调研文献以及相关资料,本文汇总了近年来新鲜黄花菜的保鲜及贮藏方法,通过物理保鲜、化学保鲜、生物保鲜三大类保鲜处理贮藏新鲜黄花菜,其食用保鲜期可以得到明显延长。

1.1 物理保鲜

物理方法保鲜主要是通过调节温度、相对湿度和气体存在比例等因素,改变黄花菜的贮藏环境,从而降低其呼吸强度或杀虫、杀灭病原菌等微生物,以延长贮藏保鲜期。

1.1.1 低温贮藏

低温贮藏是一项高效的黄花菜保鲜技术,可以延长黄花菜采摘后寿命。将新鲜黄花菜放置在2 ℃温度条件下,黄花菜保鲜效果可以得到明显提升[20]。随后,在35～21 ℃、23～21 ℃、1～0 ℃ 3个温度段对采摘后新鲜黄花菜状态进行对比研究,结果表明,1～0 ℃温度段内黄花菜保险效果更佳[21]。在此基础上,采用20、4、1、-1、-3 ℃五个温度点对黄花菜保鲜效果进行评估,研究发现黄花菜的最低冷藏温度可达-1 ℃[22]。

黄花菜采摘后及早预冷、低温避光贮藏是鲜黄花菜贮运保鲜的适宜手段,经过真空预冷处理的的黄花菜保鲜功效显著低于冷库方式预冷[23]。马晓艳等[24]发现低温等离子体处理能够合理减少黄花菜采摘后的代谢活动,使其维持良好的品质,延长货架期。以甘肃黄花菜为实验材料,经聚乙烯塑料盒包装后,分别装入普通保温箱和精准温控保鲜箱中,并置于(0±1) ℃的冷库中贮藏,研究表明精准温控保鲜箱处理能较好地维持黄花菜的采后贮藏品质[25]。将黄花菜分组包装后分别放入冰箱[(4±1) ℃]、冷库[(0±0.5) ℃]及相温环境[(-0.5±0.1) ℃]中贮藏,综合比较后,相温贮藏可更好保持黄花菜采后品质,对其保鲜起到积极作用[26]。

温度是影响黄花菜开花与采后衰老最重要的环境因素[27],低温方式是迄今为止较为成熟的贮藏手段,实际生产应用十分广泛。综上所述,低温方式能减弱黄花菜的呼吸作用,降低各种生理代谢速率,减缓微生物的生命活动,从而减少黄花菜腐烂变质,延长其贮藏期。此外,一类新型技术手段的应用(如低温等离子体处理)可以诱导黄花菜贮藏前期的超氧化物歧化酶活力[24],显著延缓黄花菜的褐变。相温贮藏能够维持黄花菜较高的叶绿素含量和较低的类胡萝卜素含量,抑制还原糖、总酚等活性物质含量的降低以及黄花菜贮藏期间香气物质中醇类和酯类物质的减少,达到极佳的保鲜效果。但是,对黄花菜低温生长开花的机制尚不清楚,新鲜黄花菜采摘后低温生物学特性仍需要深入研究。

1.1.2 气调贮藏

气调包装可以结合薄膜与果蔬微环境作用,形成有利于果蔬保鲜的气体环境,通过控制果蔬的新陈代谢而起到保鲜的效果[28-29]。在0～1 ℃前提条件下,对黄花菜选用塑料薄膜小包装贮藏,依据CO2浓度的变化探讨其保鲜功效。分析显示,CO2浓度达22%～24%时的保鲜实际效果极佳,黄花菜贮藏天数为40 d时,好花率最出色[30]。在 0～2 ℃前提条件下,以黄花菜为测试物料,高建晓等[31]采用不同微米级聚乙烯袋探讨薄膜外包装的贮藏保鲜功效。研究表明,32.70 μm 聚乙烯包装袋可以显著延缓采后黄花菜叶绿素、pH值等指标下降,延长其贮藏保鲜期。姚亚明等[32]将黄花菜采用纳米包装在(4±0.5)℃、相对湿度75%～80%的环境中贮藏,结果表明,纳米包装能够延缓黄花菜的衰老,起到很好的保鲜作用。顾岩岩等[33]发现使用一类完全生物降解材料聚乳酸(polylactic acid,PLA)薄膜,探究对黄花菜的保鲜功效。相比聚乙烯薄膜, PLA 薄膜保鲜效果更好。

另外,采用主动气调包装(modified atmosphere packaging, MAP)方式,结合低温贮藏技术,研究黄花菜在低溫气调包装贮藏环境下的生理和品质变化,可以筛选出适合黄花菜气调包装贮藏的最佳初始气体浓度,为鲜黄花菜保鲜核心技术的研发提供更多的科学依据[34]。李江阔等[35]在对照不同薄膜外包装对黄花菜保鲜功效的基础上,选用甘肃黄花菜为测试物料,在(0±1) ℃前提贮藏条件下,研究4种薄膜(10 μm保鲜膜、30 μm未拉伸聚丙烯膜、35 μm定向聚丙烯膜、14 μm聚乳酸膜)包装处理对黄花菜采后冷库贮藏品质的影响。结果表明,聚丙烯薄膜可以维持较低的褐变率和腐烂率,延缓黄花菜总酚、黄酮、还原糖、维生素C、叶绿素a、叶绿素b等指标含量下降,显著提高黄花菜的贮藏品质。

气调贮藏保鲜机制在于黄花菜贮藏过程中,调节其所在环境内的氧气和二氧化碳,以降低黄花菜的各种生理代谢及微生物的活动,延缓黄花菜衰老、减少损失,研究表明,经方法改进,与低温贮藏相结合,保鲜效果更好。

1.1.3 辐照保鲜

通过Co-60 γ 射线辐照鲜黄花菜探究其保鲜功效,鲜黄花菜的保鲜实际效果与辐照用量相关,不同的吸收剂量均对鲜黄花菜表现出保鲜作用[36];低剂量(0.5～1.0 kGy)60Co 放射源 γ 射线辐照黄花菜比高剂量(4.0～8.0 kGy)辐照,黄花菜保鲜效果更佳[37]。

辐照保鲜处理技术是利用 γ、β 或电子射线辐照黄花菜,抑制其成熟,杀死有害微生物,以延长贮藏和提高品质。近年来,黄花菜的辐照保鲜技术未得到更新利用,因此仍需更加细致的研究。

1.2 化学保鲜

1-甲基环丙烯是一种乙烯作用抑制剂,韩志平等[38]探究室温下,其不同浓度的变化对聚乙烯塑料袋扎口包装贮藏的大同黄花菜保鲜功效的影响。结果表明,1-甲基环丙烯处理可明显表现出黄花菜保鲜效果。考虑到无毒副作用、无化学残存和污染等负面影响,为符合当代人对食品保鲜的环保要求,杨大伟等[39]选用复配中草药提取液(金银花、甘草、紫苏和丁香)保鲜黄花菜,结果表明,这4种中草药的复配提取液对黄花菜有较显著的保鲜功效,减少了黄花菜的经济损失。在此基础上的探究显示,食品保鲜剂协同小茴香提取液、丁香提取液预处理黄花菜的保鲜功效愈加明显提升[40-41]。

综上所述,化学保鲜方法是通过浸泡、喷洒或熏蒸化学试剂在黄花菜表面,以杀死或抑制微生物活动,延缓黄花菜衰老。1-甲基环丙烯能阻断乙烯与受体的结合,强烈抑制乙烯的生理效应,从而对黄花菜呼吸代谢等过程产生抑制。中草药提取液中的有效成分能降低黄花菜体内酶的活性,抑制黄花菜表面的微生物活动,从而减低黄花菜的生理代谢强度,达到保鲜的目的[42]。此外,食品保鲜剂协同丁香等提取液处理黄花菜保鲜时,虽丁香等提取液能够抑制腐败微生物增长,但保鲜剂对保鲜效果的影响极其复杂,有待进一步探讨其保鲜机制。

1.3 生物保鲜

植物生长调节剂可以对黄花菜采摘后代谢活动带来调节作用。调整2,4-表油菜素内酯浓度的变化对黄花菜进行处理,选定2,4-表油菜素内酯处理的最佳浓度。分析显示,0.5 mg/L 2,4-表油菜素内酯处理对黄花菜的保鲜功效较为明显[43]。用1、2、3 mmol/L 乙酰水杨酸试剂处理黄花菜,保鲜袋外包装室温下贮藏,任邦来等[44]探究乙酰水杨酸浓度的变化对黄花菜保鲜功效的影响。结果显示,不同含量的乙酰水杨酸都能减缓黄花菜好花率的降低,从而黄花菜的保鲜期有效延长。在保鲜剂(蔗糖、大蒜汁、柠檬汁)基础上,周玲玲等[45]分别加入植物生长调节剂[吲哚乙酸(indoleacetic acid,IAA)、赤霉酸(gibberellic acid,GA3)、氯吡脲(chlorfenuron, KT)、2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-dichlorophenoxyacetic acid,2,4-D)、α-萘乙酸(α-naphthalene acetic acid, NAA)和 6-苄氨基嘌呤(6-benzylaminopurine,6-BA)]探究其对黄花菜寿命和理化指标的影响。测试表明,以基础保鲜剂对黄花菜保鲜功效为对比,50 mg/L GA3处理可延长黄花菜切花瓶插寿命,保鲜效果最优。为寻找适合黄花菜贮藏保鲜的最佳处理方法,李江阔等[46]对比研究不同保鲜剂处理黄花菜冷藏期间的品质差异。采后用1.0 g/L的ε-聚赖氨酸、0.5 g/L鱼胶原蛋白肽对黄花菜进行喷洒处理,测定其相关品质指标。通过主成分分析法对各项理化指标综合评分得出:ε-聚赖氨酸>鱼胶原蛋白肽>对照组。因此,黄花菜采后进行鱼胶原蛋白肽处理保鲜效果最佳。

生物保鲜方法是借助植物生长调节剂以延缓黄花菜衰老。植物生长调节剂能够发挥与植物天然激素相似生物学效应的人工合成或天然物质,进而调控植物的生长和发育[43]。油菜素内酯可以提高黄花菜耐受性,抑制多酚氧化酶、过氧化物酶和苯丙氨酸解氨酶的活性及丙二醛(malondialdehyde,MDA)的积累,延迟其衰老。水杨酸能直接作用于病菌,抑制病菌产生,还能够增强黄花菜的抗病性。IAA、GA3、KT、2,4-D、NAA和6-BA等各植物生长调节剂处理均能促进花蕾生长和开放,减少脯氨酸和 MDA 含量,缓解水分胁迫,延长黄花菜寿命。此外,鱼胶原蛋白肽处理能够更好地降低黄花菜褐变率和腐烂率,减缓其颜色转变,延缓还原糖、维生素C、黄酮等含量减少,抑制黄花菜呼吸强度和乙烯生成速率,延缓其衰老[46]。

以上三大类黄花菜保鲜贮藏方法均不同程度地提升了黄花菜的保鲜效果。但是,目前对新鲜黄花菜采摘后生物学研究还不够深入,因此探究新鲜黄花菜采后衰老机制与贮藏保鲜技术对于促进黄花菜产业的发展具有十分重要的意义。借助基因组学等手段从分子生物学层面探究黄花菜采后衰老机制,以及开发新的保鲜贮藏技术,尝试多种保鲜技术结合应用,通过协同作用实现更好的保鲜效果,这对促进黄花菜资源的高效开发及综合利用具有重要意义。

2 后处理加工技术

后处理加工技术可以延长鲜黄花菜使用时间,而且将干燥后的黄花菜加工成粉体可以用作功能性食品添加剂加入到各类食品中,继而提升黄花菜的应用价值和商业产业链。所以,能够快速合理地干燥黄花菜和选用适宜的干燥工艺以及处理设备,缩小黄花菜的干燥时间是现如今亟待解决的问题之一。此外,超微粉碎制粉技术是20世纪70年代之后为了适应当代高科技技术的要求而产生的一种材料加工核心技术,是一类较为理想的食品加工手段。

2.1 热处理蒸制

天宇[47]认为黄花菜采集后应立即放入竹制蒸笼,文火蒸馏半小时左右;为提高蒸制效率、控制黄花质量,柴映波等[48]采用蒸汽锅炉和专门设计的蒸房蒸制黄花,大幅提高了加工效率、产品品质、经济收益;另外,魏俊杰等[49]采用蒸汽灭酶杀青对黄花菜进行高温短时杀青,温差小、杀青均匀且效率大大提高。

2.2 干制

干燥技术可以延长黄花菜使用时间及填补淡季需求,且方便运输和贮藏,是黄花菜采后重要的后处理加工技术之一。因此,快速有效地干燥黄花菜和选择合理的干制工艺及设备,是现如今亟待解决的问题之一。将新鲜黄花菜自然干燥、干燥箱烘干和真空冷冻干燥[50-54],分析干燥过程中成品质量的变化,选取黄花菜的最优干燥方式,将为黄花菜的烘干事业做出实际参考意义。

日常工序中黄花菜最为常见的干燥方法主要有自然干燥、干燥箱烘干和真空冷冻干燥。自然干燥是指直接干燥,受天气影响十分严重,干燥水平参差不齐,卫生、质量等难以控制;干燥箱烘干是利用温度传感器将工作室内设定一定温度,优点在于不受天气等外界因素影响、设备简单、操作方便,但干燥时间长、干燥程度不均匀;真空冷冻干燥在食品的生产过程中能够最大程度地保留食品中的营养元素,食品不容易发生变质,不足之处为投资多、动力消耗大、运行成本相比较高。

对比3种干燥方式下黄花菜色泽、营养成分等变化,不同干燥方式差异显著。从色泽角度来看,黄花菜鲜亮程度:真空冷冻干燥>自然干燥>干燥箱烘干;从蛋白质含量变化来看,真空冷冻干燥>干燥箱烘干>自然干燥;从总糖含量变化来看,干燥箱烘干>自然干燥>真空冷冻干燥[54];从干燥速率效果来看,真空冷冻干燥>干燥箱干燥>自然干燥。从获得良好的风味物质角度出发,真空冷冻干燥效果最佳[53]。因此,从营养、色泽、效率等方面考虑,真空冷冻干燥是最佳的干燥方式。

2.3 粉碎

制粉技术同样也是黄花菜采后比较重要的后处理加工技术。超微粉碎作为一种新型食品加工技术,相较原料粗粉而言具有诸多优势[55],至少在某种程度上,这一技术已受到多数研究者的关注并且这些优势已得到很好的验证[56-58]。然而,探究超微粉碎过程对黄花菜调控作用及机制的研究还未见报道。可见,在超微粉碎的过程中,黄花菜粉末的颗粒大小、粒径分布会发生显著变化。那么,超微粉碎过程对黄花菜粉末粒径分布影响,在粉碎过程中是否会形成团聚现象且团聚体如何变化,随着颗粒微细程度不同,原料的比表面、容积密度、溶胀性、水溶性、持水力等理化特性的演变规律,均是值得探索的科学问题。总之,通过采取超微粉碎技术可以将黄花菜加工成微米甚至纳米级粉末,有利于黄花菜中营养成分的释放和吸收;而且低温干燥的环境有利于保留黄花菜生物活性成分;与此同时,这项技术也可提高黄花菜利用率、降低成本、有效地避免粉尘污染。况且,由于颗粒微细程度差异,超微粉碎技术会对黄花菜的食用特性、理化特性和功能特性造成诸多方面的影响。

3 结论与展望

黄花菜不仅具有十分丰富的营养成分,而且富含多种生物功能性成分,是对人体健康极为有益的蔬菜,是常见的食疗产品之一[59],拥有极高的食用价值以及医疗保健作用。但是,新鲜黄花菜采摘后极其容易泛黄、变色、干枯、腐败,对其社会经济价值影响严重。近年来文献报道表明,人们对新鲜黄花菜的生物学机制已经有了基础性的认识,从细胞学、分子生物学等方面探究了黄花菜采后保鲜的机理,已开发物理、化学等后处理保鲜技术。然而,新鲜黄花菜采摘后生物学研究相关理论还不够深入,因此研究新鲜黄花菜采摘后衰老机制以及保鲜贮藏核心技术对于推进黄花菜产业的发展具有非常重要的意义。现如今,工艺不断优化升级,多种高新技术不断地应用于黄花菜的预处理阶段,鉴于目前对黄花菜的理论研究极其缺乏,本文对黄花菜保鲜及后处理技术进行了综述,涉及到黄花菜保鲜方法(物理保鲜、化学保鲜和生物保鲜)三大类,其中物理保鲜方法包括低温保鲜、气调保鲜、辐照保鲜。通过分析各种保存方法的优缺点、适用范围和不同保鲜功效的计算评价结果以及黄花菜热处理、干制、粉碎等后处理加工技术,提出了超微粉碎技术在黄花菜后处理中的应用,将对黄花菜的食用特性、功能特性和理化性质产生诸多影响。

为了提高黄花菜采后保鲜效果以及其中功能成分的得率,应对后处理加工技术充分改进和优化。未来新的研究重点将是黄花天然提取物在不同食物基质中的应用以及对感官、理化和功能特性的影响,还需在功能性化合物与其安全性、稳定性以及价格方面进行详细探索。本综述理论上丰富和完善黄花菜采后保鲜贮藏、后处理加工方面的相关理论;实践上指导广泛存在的黄花菜产业的发展规模和方向,这对促进黄花菜资源的高效开发及综合利用具有重要意义。