菜心采后生理及贮藏保鲜技术研究进展

黄彩虾，曾 荣 ，白永亮，陈洪辉

（1.佛山科学技术学院食品科学与工程学院，广东 佛山 528200；2.连州市连正农业发展有限公司，广东 清远 513400）

菜心（Brassica Campestris L.ssp.Chinensis var.utilis Tsen et Lee），又名菜薹，为十字花科芸薹属芸薹种白菜亚种，是一种以花薹为主食部分的特色蔬菜［1］。菜心在我国大部分地区均有栽培，特别适于长江流域以南地区种植，是广东乃至华南地区的主要蔬菜之一，可全年生产供应［2］。产品销往港澳地区，甚至出口到国外，已成为出口创汇的重要蔬菜品种［3-4］。其风味独特，组织脆嫩，清甜可口，富含粗纤维、氨基酸和矿物质元素等营养，具有较高的食用价值，被誉为“蔬品之冠”和“菜中之后”［5-7］。

菜心叶表面积大，水分含量高，组织脆嫩，采摘时易发生机械损伤，导致贮藏时容易被微生物侵染，引起腐败变质。其采摘后呼吸和蒸腾作用强，同时受外界环境多种不利因素的影响，导致菜心发生一系列的品质劣变，极大地降低了贮藏品质和商品价值。因此，研究解决菜心采后贮藏保鲜出现的问题具有十分重要的意义。本文对近年来国内外对菜心采后的品质变化、生理变化和贮藏保鲜技术的相关研究进行了综述，旨在为菜心的采后处理与保鲜提供参考，为推动菜心产业的可持续发展提供依据。

1 采后品质变化

1.1 外观品质

采收后新鲜的菜心含水量高达65 %～96 %，在贮运过程中容易失水而出现萎蔫、失重和失鲜［8］。失重率是衡量菜心保鲜效果的主要指标之一，失重率过高，菜心就失去了商品价值。

菜心在温度为10 ℃的保鲜冷库中贮藏8 d 时，失重率接近50 %［9］。用臭氧水处理结合冷藏处理菜心发现失重率差异不明显，可能原因是贮藏环境的相对湿度较大（90 %～95 %），减少了水分蒸发和呼吸消耗，另外，臭氧处理抑制了呼吸作用，减少了养分的消耗［10］。

色泽是果蔬感官评价的一个重要因子，是评价果蔬新鲜度的主要指标。在贮藏期间，菜心中叶绿素会发生一定程度的降解，降低其外观品质。叶绿素含量逐渐减少时，菜心叶片的颜色呈现由绿变黄的过程，失绿黄化是菜心最明显的衰老特征，黄化速度与叶绿素分解速度有直接关系［11-12］。因此，黄化率也是判定菜心品质变化的直观指标。有研究表明菜心在室温条件下贮藏4 d 时的黄化率达到了86 %［13］。贾志伟等人经100 mg/L的褪黑素处理菜心，发现贮藏第9 d 后叶片黄化率为27.93 %，明显低于清水对照的80.24 %［14］。

硬度是评价果蔬新鲜程度的一个关键指标。菜心在贮藏过程中，硬度变化会受到两个因素的影响。一方面，茎中的纤维素和木质素含量均呈现上升趋势，组织纤维化，导致组织发生木质化，细胞壁变厚，皮质变韧，造成口感“变粗”［15］。另外一方面，菜心进行呼吸等生理作用，容易发生失水现象，使得细胞膨压变小，最终导致菜心硬度变小［16］。总的来说，菜心在贮藏期间的呼吸强度对硬度的影响要大于纤维素和木质素含量增加的影响，最终导致菜心在成熟和衰老过程中硬度会降低，缩短贮藏时间。

1.2 营养品质

膳食纤维是植物细胞壁的主要组成成分，包括纤维素、半纤维素、木质素及角质等。现代营养学的研究表明，多吃粗纤维食物能改善胃肠道功能，改善血糖生成反应，降低血浆中的胆固醇含量等［17］。菜心在贮藏过程中，其纤维素和木质素含量不断增加［14-15］。但纤维素含量过高会影响细胞的机械强度，进而影响其质地和食用品质。

菜心中可溶性固形物主要包括可溶性蛋白质、可溶性糖和维生素C 等。可溶性蛋白质是评价菜心的重要营养指标之一，参与果蔬多种生理生化代谢过程的调控，是构成果蔬中酶的重要组成部分，与果蔬的生长、发育、成熟和衰老等密切相关［18-19］。菜心的可溶性蛋白含量随着冷藏时间的延长而逐渐下降，但可溶性固形物含量则表现为先升后降的趋势。这是由于菜心在贮藏初期的体内营养物质代谢旺盛，所含有的大分子物质被快速水解为小分子，导致其可溶性固形物的含量增加。在贮藏后期，其叶片中的可溶性蛋白质和可溶性糖均呈下降的趋势，其花蕾中却呈现出先上升后下降的趋势，可能是因为在贮藏期间营养物质从营养器官转移到生殖器官的缘故［20］。维生素C 含量可反映出菜心组织细胞衰老的变化情况，但极其不稳定，容易受外界的影响而发生不可逆降解，在贮藏过程应该要注意减少对菜心的伤害。维生素C 含量是随着贮藏时间增加而逐渐下降［14］。徐桂燕等用不同的温度处理菜心，维生素C含量随着处理温度的升高而依次减少，在5 ℃处理时其含量最高，说明低温处理能有效抑制维生素C的降解［21］。

2 采后生理变化

2.1 呼吸作用

菜心的呼吸作用作为采后代谢的关键枢纽，直接影响体内各种生理代谢的过程，为菜心采后的各种正常的生命活动提供营养物质和能量来源。菜心采后的呼吸作用越旺盛，其养分消耗就越多，会加速其衰老进程，缩短贮藏期和货架期。因此在菜心的采后贮藏期间须尽可能降低其呼吸强度，从而减弱其代谢反应［22］。在室温条件下贮藏菜心，其呼吸强度相对冷藏时要高，营养物质的消耗速率快，加速衰老黄化，贮藏期变短［23］。低温贮藏通过降低环境温度，呼吸强度得到控制，从而延长菜心的贮藏期［24］。此外，还可以通过控制贮藏气体和高氧包装等多种方式来控制菜心呼吸强度［14，25］。

2.2 蒸腾作用

菜心属于叶类蔬菜，叶比表面积大，蒸腾作用较强。新鲜的菜心组织中含有大量的水分，显现新鲜饱满和脆嫩的状态，由于蒸腾作用不断散失水分，菜心会出现萎蔫、茎部变软的现象，从而导致生理代谢过程紊乱，产品重量减少，品质降低。此外，采收或采后预处理过程中的机械损伤等也会破坏菜心组织完整性，其受伤组织部位的水分蒸腾作用较明显。一般情况下，失水量大于5 %时，菜心就会出现萎蔫、皱缩，影响其脆度、口感、颜色和风味［26］。

2.3 乙烯释放

菜心属于非呼吸跃变型的蔬菜，在贮藏过程中乙烯释放量小，呼吸平稳。但受到机械损伤后会产生大量乙烯，从而加快衰老［27］。因此，菜心在采收及预处理过程中需尽可能避免机械损伤。李露露发现菜心在不同低温和不同厚度的包装条件下对乙烯的产生没有影响，张鲁斌等用1-甲基环丙烯（1-MCP）处理菜心可以促进内源乙烯的释放［8，13］。

2.4 相关酶代谢

活性氧代谢失调会导致自由基大量积累，是造成果蔬衰老的重要因素之一。超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）是细胞内酶促防御系统的重要保护酶，具有保护细胞的功能和延缓衰老的作用。有试验证明，菜心低温处理后的SOD 活性提高，加强活性氧清除的能力增强，维持组织内的自由基与活性氧的平衡，避免造成伤害［28］。陈巧玲等采用3 mg/L的氯吡脲（CPPU）处理能使菜心SOD 和POD 活性保持较高水平，减少自由基产生，延缓叶绿素、蛋白质降解，从而延缓菜心的衰老［29］。高氧包装菜心在贮藏过程中CAT 活性均呈现先上升后下降趋势，可能原因是在贮藏早期增加CAT 含量，清除过量的过氧化氢，贮藏后期提高SOD 含量，增加活性氧清除酶活性，抑制木质素合成［14］。菜心在保鲜贮藏过程中，保持酶促防御系统的重要保护酶活性，均有利于延长贮藏期。

苯丙氨酸解氨酶（PAL）与多酚氧化酶（PPO）均与木质素的合成和积累有关，因此，在保鲜储运过程中要降低或者抑制PAL 和PPO的活性，减轻菜心木质化的程度，保持其食用品质，延缓衰老。研究表明，DMDC 杀菌能抑制PPO的活性，延缓菜心贮藏过程中褐变相关酶活性的增加，对于维持菜心的营养品质有一定的作用［30］。ClO2能稳定维持POD的活性，抑制苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性，延缓菜心的衰老［31］。

3 采后贮藏保鲜技术

3.1 物理保鲜技术

3.1.1 采后预冷及低温保鲜技术

采后预冷是通过预冷手段快速消除果蔬自身携带的田间热，可有效抑制果蔬采后旺盛的呼吸作用，降低自身营养物质的损耗，减缓果蔬衰老的速度，延长贮藏时间。目前，真空预冷是菜心较为常用的一种预冷方式。真空预冷先将产品放在坚固且密闭的容器中，迅速抽出空气和水蒸气，使表面的水在真空负压的条件下蒸发而冷却降温，真空预冷具有冷却速度快及冷却均匀的特点［32］。张丽红等人研究了3 种预冷方式（自然预冷、冷库差压预冷和真空预冷），结果发现真空预冷的效果最好，保鲜时间能达到32 d［33］。真空预冷能有效延缓菜心失重率、叶绿素和色泽的下降，较好保持菜心品质［34］。

低温能减缓菜心的呼吸速度和其他一些代谢过程，能降低水分子的动能，使液态水的蒸发速率降低，从而延缓菜心衰老，保持菜心的新鲜度。赵玉生等人研究发现低温可以减弱菜心的呼吸强度，延缓叶绿素的降解，较好地保持菜心的水分和硬度，从而延长菜心的保鲜时间［35］。不同菜心品种的最适贮藏温度表现出一定的差异，总体而言，菜心低温贮藏温度在0～10 ℃的范围内较为适合，在不发生冻害的前提下，菜心的贮藏温度越低保鲜效果越好，因此贮运温度设置为（2±1）℃比较合理［36-37］。

3.1.2 气调贮藏保鲜技术

气调贮藏是在一个相对密闭的环境中，在低温的基础上改变气体成分，造成适当低氧和高二氧化碳环境，以抑制果蔬的呼吸强度和乙烯的产生。一定的高氧环境能够降低菜心的呼吸强度，同时抑制部分微生物的生长，阻止乙醛、乙醇等异物的产生，延长菜心寿命［10］。HUANG 等人认为气体成分在（5 %O2＋10 %CO2）和（20.4 %O2＋15 %CO2）的条件下菜心的叶绿素、抗坏血酸、可溶性蛋白和可溶性糖的损失较小，能有效保持菜心的新鲜外观和品质性状［25］。

气调贮藏库的保鲜效果优良，但其建设费用高、设备复杂、不易普遍推广使用，仅在我国经济较发达地区投入使用较多，在经济不发达的偏远山区难以实现。薄膜包装是一种经济便行的简易气调贮藏保鲜方法，通过果蔬自发的呼吸作用，改变贮藏环境中的气体组成，使O2浓度降低，CO2浓度升高，从而抑制呼吸作用及其他生理代谢［38］。

菜心的简易气调包装技术主要集中在包装的材料、包装材料的厚度、包装材料的有无孔径以及孔径大小。菜心的薄膜包装的材料有低密度聚乙烯薄膜（LDPE）、聚偏二氯乙烯（PVDC）、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、双向拉伸聚丙烯膜（BOPP）及聚丙烯膜等。用LDPE、PVDC、PVC 及PE 这4 种薄膜包装菜心，均能抑制叶绿素降解和苯丙氨酸解氨酶活性，增强过氧化物酶活性，其中LDPE的保鲜效果最好［39］。LDPE 包装与BOPP 包装相比，LDPE 包装更能有效保持总酚含量，减少木质素合成［14］。用0.03 mm 厚打孔（孔直径为0.5 cm）的LDPE 薄膜袋包装菜心，能较好保存菜心的品质［40］。采用无孔和孔径为1、5、9 mm的PE 包装实验表明64 cm2开1 个1 mm 小孔的保鲜袋，更适宜保鲜［41］。用0.01 mm、0.02 mm、0.04 mm 厚的PE 薄膜袋和0.04 mm 厚PVC 薄膜袋4 种不同包装袋进行包装处理，维持菜心品质上均存在差异，其中0.04 mm 厚的PE 更有利于保持菜心采后品质［8］。

3.1.3 臭氧保鲜技术

臭氧（O3）是易降解无残留的强氧化剂，可杀灭消除果蔬上的微生物及其分泌的毒素，又能抑制并延缓生鲜果蔬有机物的水解。目前，臭氧保鲜主要是其浓度范围的探究，有研究用臭氧浓度分别为（3±0.16）、（4±0.17）、（5±0.18）、（6±0.15）mg/m3的臭氧处理菜心，结果发现臭氧浓度为（4±0.17）mg/m3处理菜心黄化率最低，可能原因是臭氧在合适的浓度范围可抑制叶绿素降解酶活，或者是诱导其抗氧化作用；臭氧气体处理浓度为（6±0.15）mg/m3时菜心腐烂率最低［42］。汤梅发现臭氧气体浓度为4.28 mg/m3时，菜心的营养成分损失最少，综合贮藏品质最好［43］。臭氧水浓度范围为（7.405～7.012）μg/L 处理菜心，处理时间适当能延缓营养的损失，且能抑制菜心表面的微生物生长，12 d 后仍具商品价值［6］。

3.1.4 辐射保鲜技术

辐射保鲜具有杀菌效果明显，能很好地保持果蔬外观及营养，同时具安全环保、无残留、无污染、低耗能和低成本等特点［44］。对于辐射的安全问题，有相关权威机构确定辐射的总平均剂量不超过10 KGy的食品是安全的，不存在毒理学的危害［45］。辐射保鲜技术虽操作方便，适用于规模化生产，但目前国内菜心对于这方面的研究还相对较少。有研究菜心经0.06～0.1 kGy的核辐照处理后，7 d 后发现经辐照处理可减少营养成分和水分的损失，维生素C 含量保持稳定，延缓菜心采后品质的下降［46］。

3.2 化学保鲜技术

化学保鲜是指用化学物质特有的化学特性起到保鲜的技术，常见的化学保鲜可大致分为植物生长调节剂处理和化学药剂处理。植物生长调节剂处理是指通过人工合成与植物激素具有类似生理和生物学效应的物质，对植物的生长和发育具有调节作用，用低浓度抑制其生命过程中的某些活动来达到保鲜的效果。在菜心保鲜中常用的植物生长调节剂主要有茉莉酸甲酯（MeJA）、CPPU、1-MCP、赤霉素（GA）、褪黑素（MT）等。MeJA 对果蔬保鲜方面的研究较多［47］，在菜心保鲜方面也有一定的研究。MeJA处理减少菜心茎部切口的腐烂和黄化叶数，起到较好的保鲜作用，使用浓度范围在一般在0.001～1μmol/L 之间［48-50］。菜心经CPPU 处理后，通过抑制叶绿素降解酶的活性和蛋白质水解酶的活性，抑制自由基的产生或是提高了清除自由基的能力，减缓叶绿素和可溶性蛋白质的降解速度，丙二醛（MDA)含量上升缓慢［29］。1-MCP 处理菜心延缓了叶片中叶绿素、可溶性糖和可溶性蛋白含量的降低速率，抑制可溶性固形物的升高，延缓菜心采后品质的下降［20］。GA 处理维持了较高的最大PSII 量子产量和叶绿素总含量，抑制了衰老相关基因和叶绿素分解代谢基因的表达，导致叶片衰老延迟［51-52］。MT 处理菜心能保持菜心的营养品质，提高SOD 酶和POD 酶的活性，降低木质素含量，抑制肉桂醇脱氢酶相关基因的表达［17，32］。

常见的化学药剂处理有二氧化氯（ClO2）、苯并噻重氮（BTH）、二甲基二碳酸盐（DMDC）等。ClO2能有效抑制菜心的呼吸强度，保持较好外观品质，保持POD 活性，抑制PAL 活性，延缓菜心的木质化程度，延长货架期［31］。菜心经BTH 处理降低了茎部切口腐烂指数、黄叶率、失重率和细胞膜透性，提高了茎部的硬度，同时提高菜心的抗病性和新鲜度，在一定程度上提高菜心的贮藏性［53］。DMDC 可以有效杀灭菜心表面细菌、霉菌和酵母菌等微生物，延缓菜心贮藏期褐变相关酶活性的增加，保持较好的菜心营养品质［15］。

3.3 生物保鲜技术

3.3.1 涂膜保鲜

在果蔬表面涂一层薄膜，提供选择性地阻气、阻湿、阻内容物失散及隔阻外界环境的有害影响，具有抑制呼吸、延缓衰老、抑制表面微生物的生长、提高果蔬贮藏质量等功能，从而达到延长其货架期的目的。此外，涂膜还可以提高果蔬的外观美观度和对减轻表皮的机械损伤也有一定的帮助。目前，应用于菜心涂膜保鲜的材料有壳聚糖涂膜、壳聚糖茶多酚复合涂膜等。壳聚糖涂膜处理可减少菜心的质量损失，延缓菜心衰老的速度，降低过氧化物酶活性，延长了冷藏菜心的保鲜期［54］。研究不同浓度配比的壳聚糖茶多酚复合涂膜保鲜，结果发现采用壳聚糖浓度为2.0 %、茶多酚浓度为0.2 %为最优的复合保鲜比例［9］。

3.3.2 基因工程

基因工程在保鲜上的应用是指通过基因工程的手段，增加或减少有关基因的表达，控制果蔬成熟过程中木质素的合成及衰老基因的相关表达，从而延缓果蔬衰老，达到保鲜的目的。主要概括为以下3个方面：

（1）通过控制木质素合成进而控制菜心的衰老。菜心木质素合成途径的4 个关键酶基因有BcCAD4、BcCAD5、BcLAC4、BcLAC17，通过测定目的基因的相对表达来判断木质素含量变化，进而为保鲜效果提供依据［55］。苯丙氨酸（PAL）是木质素的生物合成需要起始酶，通过抑制PAL 基因的转录表达，降低了PAL的活性，减少木质素的合成［56］。有实验通过降低活性氧代谢，特别是细胞中蛋白质组学分析H2O2信号的产生来控制茎木质化［57］。

（2）通过控制菜心衰老相关基因的表达水平，进而激活与衰老有关的基因合成。通过降低Chl 降解酶的活性，阻断Chl 降解基因和衰老相关基因BrSAG12的转录来延缓叶片变黄［58］。BrTCP21 转录水平随着叶片衰老而降低，有报道GA3 可以保持较高的BrTCP21 表达水平，原因是BrTCP21 结合到GA 生物合成基因BrGA20ox3的启动子区域，并将其激活转录，证明BrTCP21 与GA 延迟叶片衰老［59］。BrERF72 是一种MeJA 诱导的、核定位的蛋白，具有反式激活能力。经MeJA 处理后，BrERF72 可通过直接调控JA 生物合成基因，与MeJA 诱导的菜心叶片衰老有关［60］。

（3）通过调控菜心叶绿素相关激活因子的转录表达来延缓衰老。BrNAC055 作为ROS 产生和叶绿素降解的转录激活因子，通过激活RBOHs 和CCGs的转录，从而加速了菜心叶片的衰老［61］。WRKY 转录因子(BrWRKY65)随着菜心叶片叶绿素降解和变黄，其表达上调。BrWRKY65 直接与3 个老化相关基因(SAGs)启动子中的W-box 基序结合，并激活了它们的表达，表明BrWRKY65 可能与采后叶片衰老呈正相关［62］。通过褪黑素处理菜心发现，3 种核定位转录激活因子BrABF1、BrABF4 和BrABI5 通过激活一系列ABA 生物合成基因和叶绿素分解代谢基因的转录，导致ABA 生物合成基因表达和叶绿素分解代谢基因减少，表明褪黑素处理能抑制ABA 生物合成和叶绿素降解，延缓了菜心叶片的衰老［63］。

4 总结与展望

菜心是我国著名的特产蔬菜，随着人们生活品质的提高，对健康环保、新鲜营养的菜心需求不断增加，菜心市场具有广阔的消费潜力。为了满足菜心市场的需求量，对菜心采后保鲜技术的研究就显得尤其重要，目前关于保鲜技术的研究虽取得一些进展，这些技术仍存在一定的局限性。

（1）菜心保鲜技术以物理保鲜和化学保鲜的研究居多。其中，气调贮藏保鲜设备和技术条件要求较高，运行过程中需要严格控制温度才能达到预期效果。化学保鲜操作简单且能起到较好的保鲜效果，但存在一定的安全问题。因此，研究安全环保的保鲜技术显得十分重要，比如探究菜心在电磁处理结合低温等手段的保鲜效果，控制磁场强度以及控制时间，从而减少对人体和环境的危害。

（2）辐照保鲜技术主要应用于水果采后贮藏保鲜领域，菜心在这方面的应用还较少。采后菜心经辐射保鲜的效果，其作用机制较为模糊，未来可对其机制进行深入研究。

（3）采后菜心大多数是采用复合保鲜方法，能起到更好的作用效果，但是对于复合保鲜的研究目前只是停留在其对菜心保鲜效果方面的影响，对相关保鲜技术的作用机理还未研究透彻，如何在分子机制上调控菜心采后衰老仍需进一步探究。

（4）生物保鲜方法具有安全、环保的特点，但是处理过程复杂、成本高而且见效慢。可通过复合保鲜技术结合来增加保鲜效果，在分子机理层面分析，同时注重基因工程方面的研究，从基因层面揭示菜心衰老的机理，用现代生物学手段，提高菜心的内在品质。

（5）菜心品种较多，每个品种之间存在一定的差异性，不同品种之间的菜心在某些使用剂量上存在一定的差异，因此有些保鲜技术目前不能广泛被应用。因此，可研究特色菜心品种的最适合的使用范围，从而达到最好的保鲜效果，使研究成果效益化。