鮮食糯玉米采后生理與保鮮技術的研究進展

王娟紫,喬勇進,王春芳,劉晨霞,鐘耀廣

1(上海海洋大學 食品學院,上海,201306)2(上海市農業科學院農產品保鮮加工研究中心,上海,201403) 3(上海農產品保鮮加工工程技術研究中心,上海,201403)

糯玉米(ZeamaysL.sinensisKulesh),又稱蠟質玉米或黏玉米,是玉米第9條染色體上基因發生隱形突變而形成的一種特殊玉米類型[1]。鮮食糯玉米營養豐富,包括淀粉、糖、蛋白質、維生素和微量元素鐵、鈣等物質,且不含膽固醇[2]。最重要的是,鮮食糯玉米是一種全谷物食品,玉米果皮的柔嫩使其食用舒適,使玉米攝入成為增加膳食纖維、微量元素和維生素含量的有效途徑,未成熟的玉米籽粒作為一種新的功能性食品加工原料,在開發適合人類食用的全谷物食品和營養干預食品方面有巨大開發前景[3]。

一個多世紀以來,鮮食糯玉米在東南亞和東亞廣泛種植[4]。在美國20.23萬hm2的土地上每年大約生產203.2萬t糯玉米[5]。中國是鮮食糯玉米的資源大國,據2019年數據顯示,中國鮮食糯玉米種植面積已增加到134多萬hm2[6]。目前,糯玉米作為一種新鮮蔬菜,大量出現在歐洲和美國市場,以罐裝玉米粒、冷凍玉米粒和冷凍玉米穗的形式出售[7]。因其黏性、耐嚼的質地、味道和營養在中國、韓國、越南、老撾、緬甸和泰國等國家廣泛消費[8]。隨著人們消費理念的轉變,鮮食糯玉米的銷量將不斷增加。

然而鮮食糯玉米收獲后籽粒呼吸依然旺盛,在自然條件下存放時品質易發生劣變,使鮮食糯玉米的市場流通與保障受到極大限制[9-10]。為滿足人們對鮮食糯玉米的需求,解決產業發展技術短板,尋找有效的鮮食糯玉米采后保鮮方法顯得尤為迫切。本文對鮮食糯玉米采后生理及品質變化與影響其貯藏的因素進行研究分析,系統總結鮮食糯玉米的保鮮技術,為鮮食糯玉米采后研究與技術應用提供理論參考和技術借鑒。

1 鮮食糯玉米的采后生理及品質變化

鮮食糯玉米是一種籽粒含水率可高達60%～65%[1]、組織鮮嫩、采后呼吸作用旺盛的易腐農產品,嚴重影響鮮食糯玉米的保質期和采后食用品質[10]。鮮食糯玉米的采后生理及品質變化主要與籽粒中的水分、蛋白質、碳水化合物、維生素及揮發性風味物質等營養物質的變化及玉米籽粒嫩度的改變有關。

1.1 水分

水分是鮮食糯玉米籽粒中的重要成分,在貯藏過程中水分的流失會導致鮮食糯玉米的質量和新鮮度的下降。在一定范圍內,鮮食糯玉米品質與含水量呈正相關[11]。疏松且具有較大葉表面積的苞葉組織在常溫下極易失水,帶苞葉貯藏的鮮食糯玉米的水分變化首先表現為苞葉失水,后形成由籽粒向苞葉擴散的水分梯度,使籽粒含水量迅速下降,導致鮮食糯玉米品質劣化,加速其衰老進程[12]。徐瑞[13]研究發現,由于蒸騰作用,鮮食糯玉米在貯藏過程中水分含量呈下降趨勢。含水量下降超過5%,將使鮮食糯玉米失去風味價值[12]。

1.2 蛋白質

蛋白質含量的多少是評價鮮食玉米的重要指標。有學者認為,貯藏期間蛋白質的變化主要表現為蛋白質結構和類型等方面的改變[14]。徐瑞[13]研究發現,鮮食糯玉米貯藏期間總蛋白質含量穩定在3%～4.5%,貯藏前后無顯著差異。與孫瑞[15]的研究結果一致,在乳熟期采收的鮮食糯玉米,貯藏過程中籽粒粗蛋白含量變化不大。而董宗宗[10]的研究表明,鮮食糯玉米的可溶性蛋白含量在貯藏前2 d短暫上升,后呈波動變化。

1.3 碳水化合物

新鮮糯玉米的甜味和黏性等食用品質,與碳水化合物的含量、組成和空間結構直接相關,并受碳水化合物代謝酶活動的影響。淀粉是影響鮮食糯玉米黏糯口感的主要物質[10]。籽粒中淀粉的主要化學成分包括直鏈淀粉、支鏈淀粉及一些保留這2種組分特征的中間物質,淀粉的功能特性與支鏈淀粉、直鏈淀粉含量和支鏈長度的分布有關[16]。支鏈淀粉主要由可溶性淀粉合成酶和淀粉分支酶合成,直鏈淀粉主要由束縛態淀粉合成酶合成[17]。直鏈淀粉是直鏈或微支鏈分子,而支鏈淀粉是高支鏈分子[18]。常溫下短期貯藏的糯玉米,淀粉含量一般隨貯藏時間的延長而增加,受基因型的影響較大;支鏈淀粉的平均鏈長分布隨貯藏時間的延長而增加[19]。

可溶性糖與鮮食糯玉米的甜度密切相關,是評價鮮食糯玉米食用品質的重要指標,影響了鮮食玉米食用品質[20]。鮮食玉米穗含糖量高,采后的糖代謝途徑主要是蔗糖和淀粉之間的相互轉化[7]。由于采收后的鮮食糯玉米果穗將無法獲得由葉片轉運的蔗糖供給,玉米籽粒的呼吸作用使其可溶性糖含量隨著貯藏時間的延長逐漸下降,這是采后貯藏品質降低的一個重要原因。

支鏈淀粉和可溶性糖的含量分別決定鮮食糯玉米的糯性和甜度[20]。鮮食糯玉米采后初期,隨著貯藏時間的延長,淀粉含量增加,可溶性糖含量下降,淀粉代謝動態平衡中此時合成代謝占據主導地位[21]。低溫貯藏鮮食糯玉米有助于抑制蔗糖轉化為果糖和葡萄糖、果糖和葡萄糖轉化為直鏈淀粉、直鏈淀粉轉化為支鏈淀粉的進程,從而提高鮮食糯玉米的食用品質[1]。

1.4 維生素

鮮食糯玉米富含維生素C,是人體必需的營養物質[10]。然而,維生素C極易流失。研究表明,糯玉米籽粒中維生素C含量隨貯藏時間的延長而大幅下降;貯藏溫度影響維生素C的流失速度,低溫貯藏有助于延緩維生素C的流失[15]。鮮食糯玉米中也富含維生素E和類胡蘿卜素,由于類胡蘿卜素的高度不穩定性和易氧化性,在采后貯藏過程中類胡蘿卜素含量也有所下降[10]。

1.5 揮發性風味物質

揮發性風味是評價鮮食糯玉米食用品質的重要指標。吳建平等[22]研究表明,鮮食糯玉米典型的脂香、蠟香與其他類型玉米具有的果香有明顯區別;在鮮食糯玉米中可檢測到11種揮發性成分,其中己醛和己醇的含量比例最高,熱處理后醛醇含量明顯下降。在鮮食糯玉米揮發性成分與香氣變化的研究中, 發現主要揮發性成分為來自脂肪氧合酶途徑的己醛和己醇[23]。鮮食糯玉米的揮發性風味物質會隨貯藏時間的延長不斷減少[10]。

1.6 嫩度

嫩度是影響鮮食糯玉米感官品質的關鍵指標,苯丙烷途徑誘導的次生細胞壁木質化是造成鮮食糯玉米采后嫩度下降的主要原因[2]。組織木質化是鮮食糯玉米采后應對逆境脅迫的一種應激現象,果蔬在遭受脅迫之后會刺激苯丙烷代謝,從而改變木質素及其組分含量[24]。龔魁杰等[25]采用ClO2殺菌復合殼聚糖涂膜處理鮮食糯玉米,發現此處理能降低苯丙烷代謝水平,減少玉米貯藏期間的木質素積累,從而保持鮮食糯玉米的柔嫩口感。此外,采后鮮食糯玉米大量失水,會造成細胞萎縮變薄,細胞結構致密,從而造成嫩度下降[26]。

2 影響鮮食糯玉米貯藏的因素

鮮食糯玉米采后品質受貯藏條件的影響,且主要集中在貯藏溫度、貯藏濕度、氣體組成三方面。此外,采后病蟲害也是影響鮮食糯玉米貯藏的關鍵因素。

2.1 貯藏溫度

貯藏溫度與鮮食糯玉米貯藏品質密切相關。低溫能有效抑制鮮食糯玉米果穗的呼吸生理和蒸騰生理。溫度還會通過影響與糖代謝相關酶的活性,造成鮮食糯玉米可溶性糖及淀粉含量變化。王浩等[27]通過測定不同貯藏溫度(5、15、25 ℃)下鮮食糯玉米貯藏期淀粉含量與相關酶活性的變化,結果表明,貯藏溫度對鮮食糯玉米中淀粉含量變化影響顯著,5 ℃是鮮食糯玉米貯藏的理想溫度。

2.2 貯藏濕度

貯藏環境相對濕度的變化會影響果蔬采后水分含量變化和果皮組織內水分運動,進一步影響其形態和結構變化[28]。高濕環境有利于減緩水分流失,低濕環境會使水分含量下降[13]。研究表明,甜糯玉米在貯藏溫度0～5 ℃,相對濕度80%～95%的環境下,保鮮效果較好,濕度過低影響口感,而濕度過高則易滋生微生物[29]。因此,適宜的環境濕度有利于減少貯藏期間糯玉米的水分流失,維持其貯藏品質。

2.3 氣體組成

通過改變氣體環境組分能抑制果蔬呼吸作用,降低植物機體生理生化反應,減少內部營養素損耗,從而延長果蔬貯藏期[30]。龔魁杰等[31]利用硅窗袋對袋內的氣體濃度進行調節,結果表明,CO2濃度為3%～5%,O2濃度為8%～10%時,較適合鮮食糯玉米的貯藏。貯藏環境中的氣體組成與害蟲的生長與霉菌的代謝繁殖關系密切,通過改變各氣體濃度可以達到防治害蟲、抑制霉菌生長的目的[13]。

2.4 采后病蟲害

穗腐病是糯玉米生長后期的主要病害之一,該病菌首先通過侵染根部,然后經莖侵染穗部,影響鮮食糯玉米采后品質[10]。谷物螟成蟲鉆入玉米殼、玉米棒或籽粒中,形成大量蟲洞,在鮮食糯玉米采后前期貯藏時依然存活于玉米鮮穗中,其生理活動將影響玉米貯藏品質[32]。選擇無病蟲害污染的鮮食糯玉米并對鮮食糯玉米進行合理貯藏對維持其貯藏品質至關重要。

3 鮮食糯玉米保鮮方法

鮮食糯玉米作為一種備受人們歡迎的農產品,不僅需求量越來越大,人們對其品質的要求也越來越高。鮮食糯玉米的保鮮方法主要有低溫保鮮、熱處理保鮮、氣調保鮮、輻照保鮮、化學保鮮、生物保鮮等。

3.1 低溫保鮮

低溫保鮮包括預冷、冷藏(0～10 ℃)、冰溫(食品的凍結點溫度)、冷凍(-18 ℃及以下)[13]4種方式。預冷是保持鮮食糯玉米品質的重要環節,主要目的是迅速將新鮮玉米穗溫度降低到適宜溫度,從而延緩其新陳代謝進程,更好維持鮮穗品質。采收后的糯玉米穗必須及時采取預冷措施,防止堆積發熱。

冷藏可以通過保持較低的呼吸率,降低新陳代謝導致的物質消耗。研究表明,采后0 ℃低溫貯藏鮮食糯玉米穗與25 ℃室溫貯藏相比,低溫處理可溶性糖轉化緩慢,可有效抑制鮮食糯玉米穗的呼吸強度,從而延長鮮食糯玉米的可食用期[33]。

鮮食糯玉米速凍加工技術是將鮮穗置于-40～-30 ℃條件下,短時間內,使籽粒細胞中的水分迅速凍結,形成的冰晶直徑小于100 μm且均勻分布在細胞組織中,在低溫凍藏條件下能更好地保證鮮食糯玉米的食用品質和營養價值。劉洪明等[34]以墾黏1號為試材,結果表明,速凍溫度在-45～-30 ℃時速凍效果最好,速凍后的糯玉米穗在-18 ℃冷凍條件下可安全貯存9～12個月。

3.2 熱處理保鮮

熱處理是指對采后果蔬進行適當溫度的處理,以殺滅或抑制致病微生物的活動,是一種無毒、安全有效的糯玉米采后保鮮方式[35]。應用于糯玉米的常見熱處理方式包括常壓蒸汽處理、熱水處理、微波處理等[36]。何余堂等[37]研究表明,在熱燙溫度85 ℃條件下處理時間120 s,鮮食糯玉米水分含量為63.6%,顯著高于對照組的61.3%,具有顯著的保鮮效果。

3.3 氣調保鮮

氣調包裝是通過調節貯藏環境中 O2和 CO2濃度來調節呼吸強度和控制酶的活性,從而降低果蔬的衰老速率[10]。最常用的氣體有 O2、CO2和N2,其他氣體如氦氣、氬氣等稀有氣體和N2O 等也可應用于氣調包裝[38]。張軼斌等[39]分別采用真空、空氣、N2和CO2對采后鮮食糯玉米進行包裝,結果表明,白糯玉米經充N2殺菌處理后,貯存 90 d仍能保持其口感及香氣。合適的包裝材料可以隔絕空氣,維持包裝內環境濕度,升高CO2濃度并降低O2濃度,從而降低呼吸速率[13]。

3.4 輻照保鮮

輻照保鮮主要依靠適宜劑量的紅外線、X射線、紫外線等電離射線對果蔬進行輻照來達到保鮮效果[40]。食品輻照的輻射劑量為 0.1～1 kGy 時,具有延緩成熟、抑制發芽、殺滅害蟲的作用;輻射劑量為1～10 kGy 時,可以減少腐敗微生物、非孢子形成的病原體;劑量大于10 kGy 時,可以將病原體減少到不育的程度[41]。何余堂等[42]對鮮食糯玉米采用以脈沖能量300 J,閃照32次的工藝條件與紫外輻照2 min對鮮食糯玉米進行保鮮,發現脈沖強光和紫外輻照處理均可有效抑制水分散失,能更好保持色、香、味等感官品質。

3.5 化學保鮮

殺菌劑可以分解毒素,抑制有害微生物生長[13]。研究表明,在果蔬表面涂覆防腐化合物,可以在果蔬周圍創造一種改良的氣調環境來降低呼吸速率,從而保持果實品質[43]。董宗宗[10]研究表明,臭氧處理鮮食糯玉米可降低玉米穗呼吸強度,使可溶性糖含量仍保持在較高水平,與對照組相比,90 mg/m3臭氧處理的鮮食糯玉米質量損失降低了0.56%,有利于保證玉米貯藏過程中的營養品質,此外,135 mg/m3臭氧處理也能有效抑制禾谷鐮孢病菌孢子萌發率和孢子產量,具有良好的抑菌作用。

3.6 生物保鮮

生物保鮮劑組成多樣,各種保鮮劑功能有所不同,如殼聚糖具有良好的成膜和保濕性能,茶多酚具有抗氧化作用。多種保鮮劑復合保鮮能夠結合不同保鮮劑的特點,以達到延長鮮食糯玉米貯藏期的效果。張曉莉等[44]研究表明,主要由殼聚糖、花粉多糖、茶多酚配制的復合生物保鮮劑可有效地抑制鮮食糯玉米的水分損失及營養成分損失,并保持鮮食糯玉米的色澤、氣味等其他感官品質。

4 結論與展望

鮮食糯玉米因其營養豐富、口感獨特深受人們歡迎,但如何維持鮮食糯玉米采后品質,減少營養物質的損耗是鮮食糯玉米產業發展急需解決的重要研究內容。目前,應用于鮮食糯玉米的貯藏保鮮技術主要包括速凍加工、氣調貯藏及生物保鮮等,各項貯藏保鮮技術均在一定程度上維持了鮮食糯玉米的品質,側重點有所分別,如速凍加工技術可實現鮮食糯玉米的常年供應,適合長期保存;氣調貯藏能最大程度地保持鮮食糯玉米的風味;生物保鮮技術來源天然、綠色環保。此外,還有很多新型果蔬保鮮技術如冰溫貯藏、低壓靜電場貯藏保鮮等還未應用到鮮食糯玉米的貯藏研究中。如何設計利用多種新型保鮮技術綜合使用來維持鮮食糯玉米的采后保鮮品質已成為當今的研究熱點。在今后的研究中,應深入開發綠色、安全、天然、高效的鮮食糯玉米保鮮新方法,有效推動鮮食糯玉米產業的健康發展。