2016-葉類蔬菜氣調(diào)包裝保鮮技術(shù)及其機理的研究進展_郭振龍.pdf

葉類蔬菜氣調(diào)包裝保鮮技術(shù)及其機理的研究進展 郭振龍 1 2 陳湘寧 1 2 許 麗 1 2 楊肖飛 3 張 慶 4 程金龍 4 1 北京農(nóng)學院食品科學與工程學院 北京102206 2 農(nóng)產(chǎn)品有害微生物及農(nóng)殘檢測與控制北京市重點實驗室 北京102206 3 北京市裕農(nóng)優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品種植公司 北京101400 4 北京南河北星農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司 北京102408 摘 要 筆者簡述了葉類蔬菜 簡稱葉菜 的保鮮現(xiàn)狀 通過歸納國內(nèi)外氣調(diào)包裝保鮮技術(shù)在葉菜上的應 用研究 分析了氣調(diào)包裝技術(shù)在葉菜保鮮中低能耗 操作方便和安全可控的優(yōu)點 指出了目前缺乏葉菜 保鮮技術(shù)體系和針對性強 保鮮效果好的包裝材料 在此基礎(chǔ)上通過總結(jié)氣調(diào)包裝下自由基理論在水果 和根莖類 瓜果類蔬菜上的應用 提出了基于自由基中心效應的葉菜氣調(diào)包裝保鮮機理 對轉(zhuǎn)錄組學和 蛋白組學在揭示保鮮機理的應用進行了展望 關(guān)鍵詞 葉類蔬菜 氣調(diào)保鮮 保鮮機理 中圖分類號 S636 文獻標志碼 A 論文編號 casb15120060 Research Progress of Preservation Technology and Mechanism of Leaf Vegetables Under MAP Guo Zhenlong 1 2 Chen Xiangning 1 2 Xu Li 1 2 Yang Xiaofei 3 Zhang Qing 4 Cheng Jinlong 4 1 Department of Food Science and Engineering Beijing Agricultural College Beijing 102206 2 Beijing Key Laboratory of Harmful Microorganisms and Pesticide Residues Detection and Control on Agricultural Product Beijing 102206 3 Beijing Yunong High Quality Cultivation of Agricultural Products Company Beijing 101400 4 Beijing South River and North Star Agricultural Development Limited Company Beijing 102408 Abstract The situation of leaf vegetables preservation was introduced in this paper Advantages of modified atmosphere packaging MAP on leaf vegetables were summed up for its low energy consumption easy and safe operation with a review of MAP application at home and abroad The lack of preservation technology system for leaf vegetables and better targeted preservation packaging materials were pointed out Preservation mechanism based on free radical center effect of MAP on leaf vegetables was put forward with the summary of the application of free radical theory of modified atmosphere packaging to fruit and root vegetables and fruits vegetables Future applications of transcription and proteomics in preservation mechanism study were discussed in the last Key words leaf vegetables MAP preservation mechanism 0 引言 葉類蔬菜是指以葉片或葉球 葉叢 變態(tài)葉和葉柄 為食用部分的蔬菜 這類蔬菜富含纖維素 維生素和 礦物質(zhì) 是一類非常重要的營養(yǎng)源 對于維持身體健康 意義重大 以中國為例 2013年 中國蔬菜種植面積 達到2 0899 10 7 hm 2 居世界首位 1 中國已經(jīng)成為世 界上最大的 菜籃子 2014年 北京市蔬菜總產(chǎn)值達 到60多億元 占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的40 2 而葉類蔬菜播種 基金項目 北京市屬高等學校高層次人才引進與培養(yǎng)計劃項目 葉類蔬菜氣調(diào)包裝保鮮機理及技術(shù)研究 CIT TCD20150315 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù) 體系北京市葉類蔬菜創(chuàng)新團隊項目 5075237016 002 北京市科技計劃課題 安全蔬菜標準化生產(chǎn)基地優(yōu)化升級科技示范 Z151100001215013 第一作者簡介 郭振龍 男 1991年出生 碩士 研究方向 農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程 通信地址 102206北京市昌平區(qū)回龍觀鎮(zhèn)北農(nóng)路7號北京農(nóng)學 院 E mail 1349251391 通訊作者 陳湘寧 女 1972年出生 教授 博士 研究方向 農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程 通信地址 102206北京市昌平區(qū)回龍觀鎮(zhèn)北農(nóng)路7號北京農(nóng)學 院 E mail chenxiangning 收稿日期 2015 12 10 修回日期 2016 03 18 中國農(nóng)學通報 2016 32 21 161 165 ChineseAgricultural Science Bulletin 中國農(nóng)學通報 面積占全市主要蔬菜播種面積的33 3 1 葉菜包裝保鮮的技術(shù)需求 蔬菜保鮮是保障蔬菜供應的重要措施 而葉菜保 鮮是整個蔬菜保鮮中的重點與難點 眾所周知 葉菜 相比果菜及根莖類蔬菜 其典型特點是含水量高 表面 積大 采收之后呼吸作用和蒸騰作用較強 葉菜一旦 保存不當 在短時間內(nèi)將出現(xiàn)失水萎蔫 色澤變暗 營 養(yǎng)下降且感官品質(zhì)損失等 嚴重的甚至會發(fā)生腐爛變 質(zhì) 失去食用價值 據(jù)有關(guān)部門保守估計 中國果蔬損 耗率為25 45 造成的產(chǎn)值損失每年約750億元 這些損耗可以滿足2億人口的基本營養(yǎng)需求 4 葉菜 損耗尤為嚴重 筆者所在課題組對北京地區(qū)油菜等不 同供應鏈關(guān)鍵節(jié)點損耗率的研究表明 在夏季高溫季 節(jié) 葉菜的損耗率可高達46 59 5 8 葉菜損耗不僅造 成了巨大的經(jīng)濟損失 而且是對人力 物力乃至資源的 極大浪費 因此 如何降低葉菜損耗率 延長保鮮期是 葉菜及整個蔬菜產(chǎn)業(yè)亟需解決的技術(shù)問題 蔬菜保鮮的傳統(tǒng)方法有低溫保鮮 保鮮劑保鮮 等 實踐表明 這些方法對蔬菜的保鮮起到了積極有 效的作用 但也不同程度地存在缺陷 如低溫保鮮能耗 高 保鮮劑保鮮存在化學污染危害健康等問題 9 11 因 此 蔬菜產(chǎn)業(yè)急需一種能耗低 安全有效的保鮮方法 2 氣調(diào)包裝保鮮是解決葉菜保鮮問題的有效手段 氣調(diào)包裝保鮮 modified atmosphere packaging MAP 是近年來在氣調(diào)庫貯藏基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種 新型果蔬保鮮手段 它采用可以調(diào)節(jié)氣體組成比例的 包裝材料 通過調(diào)節(jié)貯藏微環(huán)境中的O2濃度 CO2濃度 和濕度等條件而達到保鮮目的 研究證實氣調(diào)包裝保 鮮可以有效地保持葉菜的鮮度 對葉菜有很好的保鮮 效果 12 16 進一步的研究發(fā)現(xiàn) 氣調(diào)包裝可以有效降低 植物組織呼吸強度 延緩養(yǎng)分分解 保持原有的形態(tài) 色澤 風味和質(zhì)地 17 18 同其他貯藏技術(shù)及氣調(diào)庫保鮮 相比 氣調(diào)包裝保鮮可以在蔬菜包裝的微環(huán)境中實現(xiàn) 對氣體組成及比例的調(diào)節(jié)和控制 操作方便 尤其是具 有可以滿足運輸過程中蔬菜保鮮的優(yōu)點 一旦實現(xiàn)不 同葉菜包裝材料和包裝條件技術(shù)上的突破 就能實現(xiàn) 從產(chǎn)地到餐桌供應新鮮葉菜 在未來的蔬菜產(chǎn)業(yè)中將 會有很好的發(fā)展趨勢 因而是很有前景的果蔬保鮮 手段 2 1 葉菜氣調(diào)包裝保鮮技術(shù)的研究進展 國內(nèi)有葉類蔬菜氣調(diào)包裝保鮮的文獻報道 張克 宏等 19 對葉類蔬菜的生理變化和氣調(diào)保鮮基本原理進 行了研究 在生菜 菠菜 油菜等葉菜氣調(diào)包裝保鮮的 文獻中 主要報道了氣調(diào)包裝條件下的氣體組成和溫 度對葉菜失重率 呼吸速率 Vc含量 葉綠素含量及其 他感官指標的影響 20 23 天津商業(yè)大學的郭玉花等 24 26 使用自行研制的納米氣調(diào)保鮮膜分別對生菜 菠菜和 油菜的氣調(diào)包裝效果進行了研究 國外有生菜氣調(diào)包 裝保鮮的文獻報道 主要涉及生菜的氣調(diào)包裝保鮮效 果 氣體組成對生菜呼吸代謝的影響 氣調(diào)包裝條件下 生菜的呼吸速率模型研究 27 31 國外對歐洲油菜的氣調(diào) 保鮮效果也有研究 32 目前國內(nèi)外大多數(shù)的研究集中于不同溫度 氣體 組成及比例對于葉菜保鮮效果的影響及貯藏期間所發(fā) 生的營養(yǎng)及生理變化 確定葉菜的最佳氣調(diào)貯藏條 件 自行研制葉菜包裝特定的包裝材料也是研究的熱 門之一 2 2 葉菜氣調(diào)包裝保鮮的技術(shù)需求 目前 大庫氣調(diào)貯藏在果蔬保鮮中的應用比較普 遍 而氣調(diào)包裝保鮮的應用非常少 關(guān)鍵問題在于沒有 針對性很強的包裝材料 塑料制品及復合包裝材料由 于其便捷 耐用等特點 在葉菜保鮮中被廣泛應用 但 由于塑料自身的特性 在老化降解和環(huán)境脅迫降解過 程中 聚合物大分子被分解成游離單體 部分有毒有害 單體會在保鮮過程中向食品遷移 對人體造成潛在的 危害 以葉菜呼吸速率為指標 篩選可以維持薄膜滲透 的速度與葉菜呼吸的氣體間的平衡的氣調(diào)包裝材料 以滿足貯藏期間保持與氣調(diào)貯藏相似或一致的氣體組 成 確定每種葉菜最優(yōu)包裝材料的技術(shù)參數(shù)范圍 開發(fā) 出針對性強 保鮮效果好的氣調(diào)包裝活性材料 無疑將 是氣調(diào)包裝保鮮快速商業(yè)化所必需解決的問題 在上 述研究的基礎(chǔ)上 采用自行研制的包裝材料 對不同采 收時間的生菜 菠菜 油菜等葉菜建立最佳溫度 容積 比和保鮮期等氣調(diào)包裝保鮮技術(shù)體系也是亟待解決的 問題之一 3 葉菜氣調(diào)保鮮機理的研究進展 國內(nèi)外有關(guān)于蔬菜氣調(diào)包裝的研究報道 關(guān)于氣 調(diào)包裝對蔬菜采后的活性氧代謝和呼吸代謝相關(guān)酶的 影響研究也有文獻報道 但主要是對蕨菜 西蘭花 金 針菇和菜心等非葉類蔬菜 33 36 未見針對生菜 菠菜和 油菜等葉類蔬菜的報道 國外針對菠菜的氣調(diào)包裝保 鮮研究的文獻中 除通過各項指標評估氣調(diào)包裝的效 果 37 38 外 還有關(guān)于菠菜氣調(diào)保藏過程中 對游離黃酮 清除自由基活性的測定 39 以及氣調(diào)包裝菠菜的呼吸速 率檢測模型研究 40 關(guān)于氣調(diào)保鮮對蔬菜采后儲藏期 間抗氧化能力的研究國外有文獻報道 主要用于評估 辣椒 冬瓜等根莖類蔬菜 41 43 未見用于葉類蔬菜的報 162 道 因此引起了研究者的極大興趣 3 1 活性氧自由基對蔬菜細胞衰老具有中心效應 活性氧自由基有細胞殺手之稱 目前針對桃果實 貯藏過程中活性氧和線粒體呼吸代謝相關(guān)酶的研究發(fā) 現(xiàn) 在貯藏后期 由于活性氧自由基的增多 導致活性 氧自由基形成與清除的動態(tài)平衡被打破 44 據(jù)研究報 道 受到活性氧自由基的攻擊后 線粒體膜 呼吸鏈和 線粒體DNA將受到破壞 從而導致線粒體內(nèi)膜的完整 性受到損傷 使得細胞的能量代謝不能正常進行 最終 導致果蔬的衰老 45 47 因此 活性氧自由基的產(chǎn)生對于 蔬菜細胞衰老有中心效應 但目前在葉菜保鮮機理的 研究上還未有應用 筆者所在的課題組做了大量的葉菜氣調(diào)包裝保鮮 研究 研究發(fā)現(xiàn)采用氣調(diào)包裝可以降低葉菜在貯藏過 程中的呼吸速率和細胞中丙二醛的積累 抑制葉綠素 和可溶性蛋白含量的降低 9 15 由于丙二醛的生成與 自由基含量呈正相關(guān) 48 氣調(diào)包裝保鮮可以抑制丙二 醛生成的研究結(jié)果 推測氣調(diào)包裝保鮮對葉菜保鮮的 有效性極有可能是抑制了自由基誘導的線粒體膜損 傷 從而保護細胞線粒體呼吸代謝系統(tǒng)而起到保鮮作 用 氣調(diào)包裝保鮮的典型特點是在包裝中減少氣體組 成中O2含量 從而降低細胞的呼吸速率 49 50 因此 推 測氣調(diào)包裝通過降低葉菜的呼吸速率 使呼吸代謝中 的電子傳遞減弱 從而顯著影響葉菜線粒體中活性氧 自由基的產(chǎn)生 3 2 氣調(diào)包裝影響葉菜中SOD等清除自由基的酶類 及非酶類相關(guān)物質(zhì)的變化 研究認為 蔬菜貯藏后期 清除自由基的重要酶類 物質(zhì) 如SOD 超氧化物歧化酶 CAT 過氧化氫酶 和GSH Px 谷胱甘肽過氧化氫酶 等 以及清除自由 基的非酶類物質(zhì)如抗壞血酸和黃酮類物質(zhì) 可以有效 清除或抵制自由基的產(chǎn)生 51 53 這2類物質(zhì)是蔬菜自 由基產(chǎn)生的限制性因素 因而也是基于自由基中心效 應的葉菜保鮮研究的關(guān)鍵要素 氣調(diào)包裝保鮮能否影 響這些非酶類物質(zhì)和呼吸關(guān)鍵酶的活性及表達 直接 關(guān)系著葉菜保鮮的成敗 因此 研究不同氣調(diào)包裝條 件對SOD CAT和GSH Px酶的活性及表達的影響 以 及非酶類物質(zhì)的含量變化對于揭示葉菜氣調(diào)包裝的保 鮮機理具有重要意義 3 3 氣調(diào)包裝影響葉菜中線粒體呼吸標志酶及Ca 2 等 內(nèi)膜完整性指標物的變化 在蔬菜貯藏的后期 由于自由基的產(chǎn)生 會損傷線 粒體內(nèi)膜的完整性 從而導致呼吸代謝關(guān)鍵酶活性的 喪失 導致細胞不能正常呼吸代謝而加快了衰老進程 54 如果線粒體內(nèi)膜受到損傷 Ca 2 ATPase的活性就會喪 失 會直接導致Ca 2 濃度的升高 而Ca 2 濃度的升高會 對細胞造成損傷 36 蔬菜呼吸代謝的根本目的在于產(chǎn) 生ATP 獲得能量 從而保持自身正常的生命狀態(tài) 在 線粒體呼吸代謝產(chǎn)生能量的過程中 其內(nèi)膜上的呼吸 酶SDH 琥珀酸脫氫酶 是催化檸檬酸循環(huán)中琥珀酸 轉(zhuǎn)化為延胡索酸的關(guān)鍵酶 其內(nèi)膜上的CCO酶 細胞 色素氧化酶 作為另一種與呼吸代謝密切相關(guān)的酶類 催化整個呼吸鏈的最后一步 接受來自細胞色素C的 電子 并傳遞到氧氣分子上 將氧氣轉(zhuǎn)化為水分子 該 反應是能量代謝中的主要不可逆步驟 因此 CCO酶 也是調(diào)控線粒體呼吸的關(guān)鍵酶 44 55 功能完整的線粒 體 其內(nèi)膜上的SDH和CCO具有一定的活性 這樣細 胞才能正常生存 一旦線粒體的完整性受到破壞 細 胞的呼吸代謝將不能正常進行 細胞就會衰老 而對于 葉菜就表現(xiàn)為其新鮮品質(zhì)不再保持 SOD CAT和GSH Px酶的活性及表達量的變化 以及其他非酶類自由基清除劑的含量變化是自由基產(chǎn) 生速率和含量變化的標識 Ca 2 ATPase的活性及Ca 2 濃度是反映線粒體內(nèi)膜完整性的重要指標 研究不同 氣調(diào)包裝要素對其變化的影響可以揭示氣調(diào)包裝對線 粒體內(nèi)膜完整性的影響機理 目前 國內(nèi)外大多數(shù)學 者認為SDH和CCO是線粒體呼吸的標志酶 保護細 胞線粒體膜的完整性 從而維持SDH和CCO的活性 將成為目前蔬菜保鮮研究的最新著眼點 56 4 結(jié)論與展望 通過綜述國內(nèi)外氣調(diào)包裝保鮮技術(shù)在葉菜上的應 用研究 發(fā)現(xiàn)氣調(diào)包裝保鮮技術(shù)可以在微環(huán)境中很好 地解決葉菜保鮮中耗能高 操作不便和安全隱患的問 題 是理想的葉菜保鮮技術(shù) 但是 從整體上來看 目 前國內(nèi)外的大量研究還主要集中于生菜 油菜等葉菜 的包裝氣體比例和常規(guī)保鮮膜的開發(fā)應用 缺乏對于 機理和某類葉菜特定包裝材料的研究 針對不同采收 時間的葉菜 建立基于最佳溫度 容積比和保鮮期等多 因素的葉菜氣調(diào)包裝保鮮技術(shù)體系 并在此體系基礎(chǔ) 上 研制新型 針對性強 高效 安全的包裝材料 可以 滿足氣調(diào)包裝保鮮的技術(shù)需求 采用轉(zhuǎn)錄組學和蛋白 組學等生物學方法 從基因表達和蛋白表達水平研究 葉菜氣調(diào)包裝保鮮的機理是揭示植物老化機理最直接 有效的方法 通過實施上述措施 闡明氣調(diào)保鮮機理 形成針對性的調(diào)控體系 為氣調(diào)保鮮技術(shù)在葉菜上的 應用奠定理論基礎(chǔ) 郭振龍等 葉類蔬菜氣調(diào)包裝保鮮技術(shù)及其機理的研究進展 163 中國農(nóng)學通報 參考文獻 1 中華人民共和國國家統(tǒng)計局 2014年中國統(tǒng)計年鑒 M 北京 中國 統(tǒng)計出版社 2014 375 377 2 北京市統(tǒng)計局 2015年北京統(tǒng)計年鑒 M 北京 中國統(tǒng)計出版社 2015 304 306 3 范雙喜 陳湘寧 張領(lǐng)先 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系北京市葉類蔬菜 創(chuàng)新團隊2013年度報告 R 2013 4 劉才宇 朱培蕾 趙貴云 等 葉菜類蔬菜貯藏保鮮技術(shù)研究進展 J 安徽農(nóng)業(yè)大學學報 2011 38 5 797 801 5 Chen X N Li B J Meng L C et al Research Progress in Preservation of Postharvest Leafy Vegetables J Advanced Materials Research 2013 749 401 407 6 Dong Y R Liu S M Chen X N The influence of temperature on the storage quality of postharvest white celery J 2013 International Workshop on Biology Medicine and Environmental Health 2013 18 1057 1062 7 金文斌 董姻然 岳溪 等 乳酸鈣處理對鮮切菠菜生理生化的影響 J 食品工業(yè)科技 2013 34 19 303 307 8 梁潔玉 朱丹實 馮敘橋 等 果蔬氣調(diào)貯藏保鮮技術(shù)研究現(xiàn)狀與展 望 J 食品安全質(zhì)量檢測學報 2013 6 9 Chen X N Jin W B Dong Y R et al Research progress in preservation of postharvest edible fungi J 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