黃花菜保鮮貯藏及后處理加工技術研究進展

武珍珍,洪沙沙,呂虹瑞,朱敏,郭尚

(山西農業大學 山西功能食品研究院,山西 太原,030031)

眾所周知,食物是支持身體功能和健康(如呼吸、能量產生、免疫反應)的維生素和礦物質的來源。在許多種類的食品中,用于特定飲食目的的食品(如清淡、低糖、低脂)和被歸類為功能食品的食品是過去20年研究的主要類別[1]。如今,消費者重視以可持續方式生產的高營養價值、新鮮、安全和天然的食品,引領了食品行業的新趨勢。相較于傳統食品具備的營養價值,功能性食品有助于提高人體健康水平,并可能降低非傳染性疾病的風險。因此,研究者對功能性食品研究的興趣在過去的幾年中不斷增加。

世界各國重視食品營養健康科技創新與產業發展,已成為世界各自爭奪的戰略領地,并不斷完善相關政策與法規。食品營養安全科技發展的趨勢將會是針對不同人群需要開發目標性營養食品,滿足健康功能化、個性化的新需求。而且,食品營養、安全大數據與健康大數據深度融合是健康食品研發的重要基礎。當前首要先機是要搶占科技高地、突破科技瓶頸,實現食品科技自立自強[2-4]。

國內外研究表明,21世紀的消費者不得不面對與環境污染、壓力、社會挑戰和健康問題有關的越來越多的風險。功能性產品具有幫助改善身心健康的潛力,從而帶來更高質量的生活[5-7]。尤其自習近平總書記2020年5月提出“小黃花大產業”之后,黃花菜被認為是一種很好的有營養價值的碳水化合物、蛋白質、脂類、膳食纖維和鈣、鋅、鎂、錳、鐵等微量元素的來源,作為一類潛在性的功能食品越發引人高度關注[8-12]。

黃花菜,也叫做“忘憂草”,是百合目阿?；戚娌輰俣嗄晟荼局参?在我國有悠久的栽種歷史,種植廣泛。黃花菜是我國傳統的藥食兩用蔬菜,具有極高的營養及經濟價值,不斷發展成為地區特色產業。國內外研究表明,黃花菜由于含有多種活性物質而受到廣泛關注,表現出抗氧化、抗腫瘤、抗抑郁、改善睡眠及鎮靜、抗菌、抗炎和護肝等方面的生物活性功能[13-17]。黃酮類化合物作為黃花菜的主要有效成分,具有延緩衰老、抗氧化及清除自由基等多種保健功能,并且具有毒副作用小、功能多等特點,在開發功能性產品方面具有非常廣闊的應用前景[18]。

但是,從已報道文獻結果中不難發現黃花菜功能性產品的開發亟待解決一個關鍵性問題:新鮮黃花菜(花蕾)采摘后生命活動仍非常旺盛,具有強烈的呼吸作用和蒸騰作用,極易發生花蕾開放和衰老,出現變黃、失水、萎蔫、甚至腐爛等現象,嚴重影響營養、風味和商業價值。因而鮮黃花菜的加工核心技術包括保鮮貯藏、后處理、產品加工等工序。

1 保鮮及貯藏

新鮮黃花由于其獨特的觀賞價值、營養價值、藥用價值、環境價值,尤其是其特有的風味受到了諸多消費者的喜愛。然而,新鮮黃花菜采摘后的保鮮時間十分短暫,一般在其采摘一天左右就會發現黃花菜品質開始發生劣變[19]。針對這一現象,在黃花菜成熟階段,采摘黃花菜的工作者大都夜間勞作,這樣可以充分保證黃花菜的新鮮品質。所以,延緩新鮮黃花菜的保鮮時間一方面能夠減少采摘黃花菜勞作者的勞動成本,另一方面可以提升社會經濟效益,尋找一種高效、適宜的黃花菜保鮮及貯藏技術已是亟待解決的一個關鍵性問題。經過調研文獻以及相關資料,本文匯總了近年來新鮮黃花菜的保鮮及貯藏方法,通過物理保鮮、化學保鮮、生物保鮮三大類保鮮處理貯藏新鮮黃花菜,其食用保鮮期可以得到明顯延長。

1.1 物理保鮮

物理方法保鮮主要是通過調節溫度、相對濕度和氣體存在比例等因素,改變黃花菜的貯藏環境,從而降低其呼吸強度或殺蟲、殺滅病原菌等微生物,以延長貯藏保鮮期。

1.1.1 低溫貯藏

低溫貯藏是一項高效的黃花菜保鮮技術,可以延長黃花菜采摘后壽命。將新鮮黃花菜放置在2 ℃溫度條件下,黃花菜保鮮效果可以得到明顯提升[20]。隨后,在35～21 ℃、23～21 ℃、1～0 ℃ 3個溫度段對采摘后新鮮黃花菜狀態進行對比研究,結果表明,1～0 ℃溫度段內黃花菜保險效果更佳[21]。在此基礎上,采用20、4、1、-1、-3 ℃五個溫度點對黃花菜保鮮效果進行評估,研究發現黃花菜的最低冷藏溫度可達-1 ℃[22]。

黃花菜采摘后及早預冷、低溫避光貯藏是鮮黃花菜貯運保鮮的適宜手段,經過真空預冷處理的的黃花菜保鮮功效顯著低于冷庫方式預冷[23]。馬曉艷等[24]發現低溫等離子體處理能夠合理減少黃花菜采摘后的代謝活動,使其維持良好的品質,延長貨架期。以甘肅黃花菜為實驗材料,經聚乙烯塑料盒包裝后,分別裝入普通保溫箱和精準溫控保鮮箱中,并置于(0±1) ℃的冷庫中貯藏,研究表明精準溫控保鮮箱處理能較好地維持黃花菜的采后貯藏品質[25]。將黃花菜分組包裝后分別放入冰箱[(4±1) ℃]、冷庫[(0±0.5) ℃]及相溫環境[(-0.5±0.1) ℃]中貯藏,綜合比較后,相溫貯藏可更好保持黃花菜采后品質,對其保鮮起到積極作用[26]。

溫度是影響黃花菜開花與采后衰老最重要的環境因素[27],低溫方式是迄今為止較為成熟的貯藏手段,實際生產應用十分廣泛。綜上所述,低溫方式能減弱黃花菜的呼吸作用,降低各種生理代謝速率,減緩微生物的生命活動,從而減少黃花菜腐爛變質,延長其貯藏期。此外,一類新型技術手段的應用(如低溫等離子體處理)可以誘導黃花菜貯藏前期的超氧化物歧化酶活力[24],顯著延緩黃花菜的褐變。相溫貯藏能夠維持黃花菜較高的葉綠素含量和較低的類胡蘿卜素含量,抑制還原糖、總酚等活性物質含量的降低以及黃花菜貯藏期間香氣物質中醇類和酯類物質的減少,達到極佳的保鮮效果。但是,對黃花菜低溫生長開花的機制尚不清楚,新鮮黃花菜采摘后低溫生物學特性仍需要深入研究。

1.1.2 氣調貯藏

氣調包裝可以結合薄膜與果蔬微環境作用,形成有利于果蔬保鮮的氣體環境,通過控制果蔬的新陳代謝而起到保鮮的效果[28-29]。在0～1 ℃前提條件下,對黃花菜選用塑料薄膜小包裝貯藏,依據CO2濃度的變化探討其保鮮功效。分析顯示,CO2濃度達22%～24%時的保鮮實際效果極佳,黃花菜貯藏天數為40 d時,好花率最出色[30]。在 0～2 ℃前提條件下,以黃花菜為測試物料,高建曉等[31]采用不同微米級聚乙烯袋探討薄膜外包裝的貯藏保鮮功效。研究表明,32.70 μm 聚乙烯包裝袋可以顯著延緩采后黃花菜葉綠素、pH值等指標下降,延長其貯藏保鮮期。姚亞明等[32]將黃花菜采用納米包裝在(4±0.5)℃、相對濕度75%～80%的環境中貯藏,結果表明,納米包裝能夠延緩黃花菜的衰老,起到很好的保鮮作用。顧巖巖等[33]發現使用一類完全生物降解材料聚乳酸(polylactic acid,PLA)薄膜,探究對黃花菜的保鮮功效。相比聚乙烯薄膜, PLA 薄膜保鮮效果更好。

另外,采用主動氣調包裝(modified atmosphere packaging, MAP)方式,結合低溫貯藏技術,研究黃花菜在低溫氣調包裝貯藏環境下的生理和品質變化,可以篩選出適合黃花菜氣調包裝貯藏的最佳初始氣體濃度,為鮮黃花菜保鮮核心技術的研發提供更多的科學依據[34]。李江闊等[35]在對照不同薄膜外包裝對黃花菜保鮮功效的基礎上,選用甘肅黃花菜為測試物料,在(0±1) ℃前提貯藏條件下,研究4種薄膜(10 μm保鮮膜、30 μm未拉伸聚丙烯膜、35 μm定向聚丙烯膜、14 μm聚乳酸膜)包裝處理對黃花菜采后冷庫貯藏品質的影響。結果表明,聚丙烯薄膜可以維持較低的褐變率和腐爛率,延緩黃花菜總酚、黃酮、還原糖、維生素C、葉綠素a、葉綠素b等指標含量下降,顯著提高黃花菜的貯藏品質。

氣調貯藏保鮮機制在于黃花菜貯藏過程中,調節其所在環境內的氧氣和二氧化碳,以降低黃花菜的各種生理代謝及微生物的活動,延緩黃花菜衰老、減少損失,研究表明,經方法改進,與低溫貯藏相結合,保鮮效果更好。

1.1.3 輻照保鮮

通過Co-60 γ 射線輻照鮮黃花菜探究其保鮮功效,鮮黃花菜的保鮮實際效果與輻照用量相關,不同的吸收劑量均對鮮黃花菜表現出保鮮作用[36];低劑量(0.5～1.0 kGy)60Co 放射源 γ 射線輻照黃花菜比高劑量(4.0～8.0 kGy)輻照,黃花菜保鮮效果更佳[37]。

輻照保鮮處理技術是利用 γ、β 或電子射線輻照黃花菜,抑制其成熟,殺死有害微生物,以延長貯藏和提高品質。近年來,黃花菜的輻照保鮮技術未得到更新利用,因此仍需更加細致的研究。

1.2 化學保鮮

1-甲基環丙烯是一種乙烯作用抑制劑,韓志平等[38]探究室溫下,其不同濃度的變化對聚乙烯塑料袋扎口包裝貯藏的大同黃花菜保鮮功效的影響。結果表明,1-甲基環丙烯處理可明顯表現出黃花菜保鮮效果?？紤]到無毒副作用、無化學殘存和污染等負面影響,為符合當代人對食品保鮮的環保要求,楊大偉等[39]選用復配中草藥提取液(金銀花、甘草、紫蘇和丁香)保鮮黃花菜,結果表明,這4種中草藥的復配提取液對黃花菜有較顯著的保鮮功效,減少了黃花菜的經濟損失。在此基礎上的探究顯示,食品保鮮劑協同小茴香提取液、丁香提取液預處理黃花菜的保鮮功效愈加明顯提升[40-41]。

綜上所述,化學保鮮方法是通過浸泡、噴灑或熏蒸化學試劑在黃花菜表面,以殺死或抑制微生物活動,延緩黃花菜衰老。1-甲基環丙烯能阻斷乙烯與受體的結合,強烈抑制乙烯的生理效應,從而對黃花菜呼吸代謝等過程產生抑制。中草藥提取液中的有效成分能降低黃花菜體內酶的活性,抑制黃花菜表面的微生物活動,從而減低黃花菜的生理代謝強度,達到保鮮的目的[42]。此外,食品保鮮劑協同丁香等提取液處理黃花菜保鮮時,雖丁香等提取液能夠抑制腐敗微生物增長,但保鮮劑對保鮮效果的影響極其復雜,有待進一步探討其保鮮機制。

1.3 生物保鮮

植物生長調節劑可以對黃花菜采摘后代謝活動帶來調節作用。調整2,4-表油菜素內酯濃度的變化對黃花菜進行處理,選定2,4-表油菜素內酯處理的最佳濃度。分析顯示,0.5 mg/L 2,4-表油菜素內酯處理對黃花菜的保鮮功效較為明顯[43]。用1、2、3 mmol/L 乙酰水楊酸試劑處理黃花菜,保鮮袋外包裝室溫下貯藏,任邦來等[44]探究乙酰水楊酸濃度的變化對黃花菜保鮮功效的影響。結果顯示,不同含量的乙酰水楊酸都能減緩黃花菜好花率的降低,從而黃花菜的保鮮期有效延長。在保鮮劑(蔗糖、大蒜汁、檸檬汁)基礎上,周玲玲等[45]分別加入植物生長調節劑[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-芐氨基嘌呤(6-benzylaminopurine,6-BA)]探究其對黃花菜壽命和理化指標的影響。測試表明,以基礎保鮮劑對黃花菜保鮮功效為對比,50 mg/L GA3處理可延長黃花菜切花瓶插壽命,保鮮效果最優。為尋找適合黃花菜貯藏保鮮的最佳處理方法,李江闊等[46]對比研究不同保鮮劑處理黃花菜冷藏期間的品質差異。采后用1.0 g/L的ε-聚賴氨酸、0.5 g/L魚膠原蛋白肽對黃花菜進行噴灑處理,測定其相關品質指標。通過主成分分析法對各項理化指標綜合評分得出:ε-聚賴氨酸>魚膠原蛋白肽>對照組。因此,黃花菜采后進行魚膠原蛋白肽處理保鮮效果最佳。

生物保鮮方法是借助植物生長調節劑以延緩黃花菜衰老。植物生長調節劑能夠發揮與植物天然激素相似生物學效應的人工合成或天然物質,進而調控植物的生長和發育[43]。油菜素內酯可以提高黃花菜耐受性,抑制多酚氧化酶、過氧化物酶和苯丙氨酸解氨酶的活性及丙二醛(malondialdehyde,MDA)的積累,延遲其衰老。水楊酸能直接作用于病菌,抑制病菌產生,還能夠增強黃花菜的抗病性。IAA、GA3、KT、2,4-D、NAA和6-BA等各植物生長調節劑處理均能促進花蕾生長和開放,減少脯氨酸和 MDA 含量,緩解水分脅迫,延長黃花菜壽命。此外,魚膠原蛋白肽處理能夠更好地降低黃花菜褐變率和腐爛率,減緩其顏色轉變,延緩還原糖、維生素C、黃酮等含量減少,抑制黃花菜呼吸強度和乙烯生成速率,延緩其衰老[46]。

以上三大類黃花菜保鮮貯藏方法均不同程度地提升了黃花菜的保鮮效果。但是,目前對新鮮黃花菜采摘后生物學研究還不夠深入,因此探究新鮮黃花菜采后衰老機制與貯藏保鮮技術對于促進黃花菜產業的發展具有十分重要的意義。借助基因組學等手段從分子生物學層面探究黃花菜采后衰老機制,以及開發新的保鮮貯藏技術,嘗試多種保鮮技術結合應用,通過協同作用實現更好的保鮮效果,這對促進黃花菜資源的高效開發及綜合利用具有重要意義。

2 后處理加工技術

后處理加工技術可以延長鮮黃花菜使用時間,而且將干燥后的黃花菜加工成粉體可以用作功能性食品添加劑加入到各類食品中,繼而提升黃花菜的應用價值和商業產業鏈。所以,能夠快速合理地干燥黃花菜和選用適宜的干燥工藝以及處理設備,縮小黃花菜的干燥時間是現如今亟待解決的問題之一。此外,超微粉碎制粉技術是20世紀70年代之后為了適應當代高科技技術的要求而產生的一種材料加工核心技術,是一類較為理想的食品加工手段。

2.1 熱處理蒸制

天宇[47]認為黃花菜采集后應立即放入竹制蒸籠,文火蒸餾半小時左右;為提高蒸制效率、控制黃花質量,柴映波等[48]采用蒸汽鍋爐和專門設計的蒸房蒸制黃花,大幅提高了加工效率、產品品質、經濟收益;另外,魏俊杰等[49]采用蒸汽滅酶殺青對黃花菜進行高溫短時殺青,溫差小、殺青均勻且效率大大提高。

2.2 干制

干燥技術可以延長黃花菜使用時間及填補淡季需求,且方便運輸和貯藏,是黃花菜采后重要的后處理加工技術之一。因此,快速有效地干燥黃花菜和選擇合理的干制工藝及設備,是現如今亟待解決的問題之一。將新鮮黃花菜自然干燥、干燥箱烘干和真空冷凍干燥[50-54],分析干燥過程中成品質量的變化,選取黃花菜的最優干燥方式,將為黃花菜的烘干事業做出實際參考意義。

日常工序中黃花菜最為常見的干燥方法主要有自然干燥、干燥箱烘干和真空冷凍干燥。自然干燥是指直接干燥,受天氣影響十分嚴重,干燥水平參差不齊,衛生、質量等難以控制;干燥箱烘干是利用溫度傳感器將工作室內設定一定溫度,優點在于不受天氣等外界因素影響、設備簡單、操作方便,但干燥時間長、干燥程度不均勻;真空冷凍干燥在食品的生產過程中能夠最大程度地保留食品中的營養元素,食品不容易發生變質,不足之處為投資多、動力消耗大、運行成本相比較高。

對比3種干燥方式下黃花菜色澤、營養成分等變化,不同干燥方式差異顯著。從色澤角度來看,黃花菜鮮亮程度:真空冷凍干燥>自然干燥>干燥箱烘干;從蛋白質含量變化來看,真空冷凍干燥>干燥箱烘干>自然干燥;從總糖含量變化來看,干燥箱烘干>自然干燥>真空冷凍干燥[54];從干燥速率效果來看,真空冷凍干燥>干燥箱干燥>自然干燥。從獲得良好的風味物質角度出發,真空冷凍干燥效果最佳[53]。因此,從營養、色澤、效率等方面考慮,真空冷凍干燥是最佳的干燥方式。

2.3 粉碎

制粉技術同樣也是黃花菜采后比較重要的后處理加工技術。超微粉碎作為一種新型食品加工技術,相較原料粗粉而言具有諸多優勢[55],至少在某種程度上,這一技術已受到多數研究者的關注并且這些優勢已得到很好的驗證[56-58]。然而,探究超微粉碎過程對黃花菜調控作用及機制的研究還未見報道?？梢?在超微粉碎的過程中,黃花菜粉末的顆粒大小、粒徑分布會發生顯著變化。那么,超微粉碎過程對黃花菜粉末粒徑分布影響,在粉碎過程中是否會形成團聚現象且團聚體如何變化,隨著顆粒微細程度不同,原料的比表面、容積密度、溶脹性、水溶性、持水力等理化特性的演變規律,均是值得探索的科學問題?？傊?通過采取超微粉碎技術可以將黃花菜加工成微米甚至納米級粉末,有利于黃花菜中營養成分的釋放和吸收;而且低溫干燥的環境有利于保留黃花菜生物活性成分;與此同時,這項技術也可提高黃花菜利用率、降低成本、有效地避免粉塵污染。況且,由于顆粒微細程度差異,超微粉碎技術會對黃花菜的食用特性、理化特性和功能特性造成諸多方面的影響。

3 結論與展望

黃花菜不僅具有十分豐富的營養成分,而且富含多種生物功能性成分,是對人體健康極為有益的蔬菜,是常見的食療產品之一[59],擁有極高的食用價值以及醫療保健作用。但是,新鮮黃花菜采摘后極其容易泛黃、變色、干枯、腐敗,對其社會經濟價值影響嚴重。近年來文獻報道表明,人們對新鮮黃花菜的生物學機制已經有了基礎性的認識,從細胞學、分子生物學等方面探究了黃花菜采后保鮮的機理,已開發物理、化學等后處理保鮮技術。然而,新鮮黃花菜采摘后生物學研究相關理論還不夠深入,因此研究新鮮黃花菜采摘后衰老機制以及保鮮貯藏核心技術對于推進黃花菜產業的發展具有非常重要的意義?，F如今,工藝不斷優化升級,多種高新技術不斷地應用于黃花菜的預處理階段,鑒于目前對黃花菜的理論研究極其缺乏,本文對黃花菜保鮮及后處理技術進行了綜述,涉及到黃花菜保鮮方法(物理保鮮、化學保鮮和生物保鮮)三大類,其中物理保鮮方法包括低溫保鮮、氣調保鮮、輻照保鮮。通過分析各種保存方法的優缺點、適用范圍和不同保鮮功效的計算評價結果以及黃花菜熱處理、干制、粉碎等后處理加工技術,提出了超微粉碎技術在黃花菜后處理中的應用,將對黃花菜的食用特性、功能特性和理化性質產生諸多影響。

為了提高黃花菜采后保鮮效果以及其中功能成分的得率,應對后處理加工技術充分改進和優化。未來新的研究重點將是黃花天然提取物在不同食物基質中的應用以及對感官、理化和功能特性的影響,還需在功能性化合物與其安全性、穩定性以及價格方面進行詳細探索。本綜述理論上豐富和完善黃花菜采后保鮮貯藏、后處理加工方面的相關理論;實踐上指導廣泛存在的黃花菜產業的發展規模和方向,這對促進黃花菜資源的高效開發及綜合利用具有重要意義。