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2016年6月25日 作者:xwz2367609 [返回]
电生功能水在芽苗菜生产中的应用研究进展

  1,张冬晨1,辰巳英三2,韭泽悟2,刘海杰1*(1.中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京 1000832.日本农林水产省国际农林水产研究中心,筑波 305-8686)

摘要:

电生功能水因其杀菌高效、无污染无残留等优点被广泛应用于食品加工、农业生产等领域。目前将电生功能水应用于芽苗菜产业取得了良好的效果。介绍了电生功能水应用于芽苗菜生产的研究情况:即电生功能水对种子消毒效果、种子萌发、芽苗菜生长和生长机制的影响及其对芽苗菜品质的影响,以期合理的利用电生功能水能够更好的促进芽苗菜产业的发展。

关键词:电生功能水;芽苗菜;消毒;生长;品质

中图分类号:TS 255.36文献标志码:A文章编号:1005-9989(2014)06-0093-04  DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2014.06.021

Research progress of applicating electrolyzed functional water on

producing sprouts

LIU Rui1, ZHANG Dong-chen1, TATUMI Eizou2, NIRASAWA Satoru2, LIU Hai-jie1*(1.College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083; 2.The Ministry of Agriculture, Forestry and Fisheries of Japan, 305-8686)

Abstract: Electrolyzed functional water has been widely used in food processing industry and agricultural production, due to its advantages such as high decontamination effi cacy and environmental friendly. The electrolyzed water is a promising method to be used in sprouts production industry. The paper introduced the  research  progress  of  applicating  electrolyzed  water  on  producing  sprouts:  the  sanitation  effect  on the  seed,  and  the  effect  of  electrolyzed  water  on  germination  and  sprout  growth.  The  mechanism  of promoting growth and the sprouts quality were also described. It is believed that make use of electrolyzed functional water could promote the development of sprouts industry.

Key words: electrolyzed functional water; sprouts; decontamination; growth; quality

芽苗菜以豆类或谷类种子所储存的营养物质为基础,浸泡一定时间然后定期淋浇,使种子萌发然后生长到一定长度所获得的幼苗。我国生产和食用芽苗菜的历史悠久。最早记载见于《神农本草经》:“大豆黄卷,味甘平。主湿痹,痉挛,膝痛。”南北朝梁人陶弘景撰《名医别录》记载:“黑大豆为蘖,芽生五寸,便干之,名为黄卷。用之熬过。服时所需。”明代李时珍《本草纲目》“绿豆”条中记载:“诸豆生芽皆腥韧不堪食用,唯此豆芽白美独异,食之清火益神,利泄减脂,饮誉美肴者也。”郑和下西洋,海员长期生活在船上,也少见坏血病的例子,就是因为中国人喜食芽苗菜,而芽苗菜富含Vc芽苗菜产业在当代发展也越来越迅速,在超市、餐厅、饭桌上随处可见各类芽苗菜的身影,归其原因可分为以下几个方面:一、芽苗菜的生产操作简单,其发芽依靠种子中储存的营养物质,不需额外施肥,只用定期浇水,且生长周期短,容易净菜上市。二、芽苗菜具有很高的生产效益和经济效益。一般蔬菜一年复种2~3茬,而芽苗菜的生长周期短,快的5~6 d,最长的也不过20 d,一年可复种30茬以上,而且芽苗菜大多可在弱光下生长,可以立体栽培,土地利用率极高,所以芽苗菜产业具有极高的生产效益和经济效益。三、芽苗菜的生产不受时间和空间的限制。既可以采用传统的土壤平面栽培,也可以是立体的无土栽培,正是这种适宜多种方式栽培的特点,使得芽苗菜在南北各地得以广泛的栽培,而且尤其适宜土地紧缺的大都市、外界环境恶劣的科学观察站、海上航行的船只等。上述种种芽苗菜生产的优势使得该产业蓬勃发展。但是在发展过程中也确实遇到了一些问题,最为人所熟知的就是于20115月在德国北部爆发的毒豆芽事件,起因就是豆芽中污染了微生物Escherichia coli O14:H4,而该菌可以产生志贺毒素[1]且对抗生素具有抗性。而豆芽上所携带的微生物来源于种子,如果在生产豆芽之前没有对种子进行很好的消毒,那么发芽过程中适宜的温度和湿度将使得微生物成倍的增殖[2]。因此要想控制芽苗菜的微生物指标,需要从种子开始对其进行有效的消毒。

电生功能水又称电解水,是指电解质溶液在电场中经过电解,而获得的具有特殊功能的水。根据电解方式的不同,可以将电生功能水分为若干种类。若在有隔膜的电解槽中电解,可以在阳极端获得强酸性电解水(p H2.5~3ORP1100~1200 m VACC20~60  mg/L),阴极端获得强碱性电解水(p H11.0~12.0ORP~800  m V);若在无隔膜的电解槽中电解,则可以获得微酸性电解水(p H5.0~6.5ORP800~900 m VACC10~30 mg/L)。电生功能水因其杀菌高效无残留、绿色环保无污染、制取方便和成本低廉等优点而被广泛应用于食品加工、医疗卫生和农业生产等领域[3]。日本厚生劳动省于2002年将酸性电解水批准为食品加工用的添加剂。

近年来将电生功能水应用于芽苗菜生产的研究取得了较好的成果,引起了人们的广泛关注,因此对电生功能水应用于芽苗菜生产的研究进行分析具有积极的理论和实践指导意义。

1   电生功能水对于种子及芽菜消毒的研究

生产芽苗菜用的种子大多从生长在户外的植株中获得,没有经过特殊的杀菌处理,再加之发芽的条件比较适合微生物的生长,所以食品法典委员会规定,在芽苗菜的生产中,为了确保微生物的数目处在合理的范围内,对于种子的消毒就成为了一个关键控制点[4]。近年来出现了一些苜蓿芽中感染沙门氏菌的案例,用强酸性电解水(p H2.38~2.54ORP1083~1092 m V)杀灭沙门氏菌的研究表明[5],强酸性电解水在水溶液中可有效降低沙门氏菌的数目(至少降低6.6 log cfu/m L),以1:100(种子:电解水)的比例用强酸性电解水处理人工接菌污染的苜蓿芽15~60 min,可显著降低苜蓿芽表面沙门氏菌数1.96~2.04 log cfu/g(P<0.05)。同时苜蓿种子的发芽率没有受到显著影响(P>0.05)。联合多种处理方式对种子消毒的研究结果表明[6],先干燥加热处理17 h再用强酸性电解水或强碱性电解水处理,可以极大的降低萝卜、花椰菜和苜蓿种子上的病原菌数量,并且不会对芽菜的质量造成影响。微酸性电解水因其在较低的有效氯浓度就能达到较好的杀菌效果而被应用者所青睐。例如,微酸性电解水(p H5.8ORP900 m VACC20 mg/L)处理萝卜苗5 min,可以降低萝卜苗表面的大肠杆菌2.85 log cfu/g,降低沙门氏菌2.91 log cfu/g。传统含氯消毒剂次氯酸钠需要100 mg/L(p H9.7)才能达到相似的杀菌效果[7]。微酸性电解水还可以有效杀灭绿豆芽表面的大肠杆菌和沙门氏菌,并且处理过绿豆芽的微酸性电解水中不存在致病菌活菌,而对照组的处理水中有高达5.1~5.9 log cfu/m L的致病菌。而且用微酸性电解水处理芽菜并不会在表面有残留[8]。先用碱性电解水浸泡处理,再用微酸性电解水浸泡,可以显著降低黄豆、绿豆、苜蓿和萝卜种子表面的微生物数量,并且电生功能水的处理不会降低种子的发芽率,反而黄豆和萝卜种子经电解水处理后发芽率提高[9]。在发芽糙米的生产过程中,先将糙米浸泡于强碱水中并超声波处理,这样前处理可以大大提高酸性电解水对于糙米的杀菌能力[10]

2   电生功能水对于种子萌发及芽苗菜生长的影响

具有应用潜力和前景的消毒剂不但能够有效地杀菌,而且还能够使种子活力得以保持,不影响种子的萌发和生长。微酸性电解水可以显著促进绿豆种子的萌发和绿豆芽的生长,这归因为微酸性电解水浸泡过的绿豆种子完整性良好,电解质外渗率较低,使得种子保持较高的活力,且种子的过氧化氢酶活性提高[11]。微酸性电解水还可以促进萝卜苗的生长,在10~30 mg/L有效氯浓度的范围内,随着有效氯浓度的提高,萝卜苗生长越快。通过比较具有相同氯离子和钠离子的溶液对萝卜苗生长的影响,得知含氯离子的溶液比含钠离子的溶液对萝卜苗的生长促进效果更为明显,所以微酸性电解水促进萝卜苗生长的原因可能是由于氯离子的存在[9]。用微酸性电解水处理黄豆芽,到发芽第5天,微酸性电解水处理组的黄豆芽长度要显著高于自来水处理组的黄豆芽长度。通过使用与微酸性电解水具有相近p H的盐酸溶液和具有相似有效氯浓度的次氯酸钠溶液生产豆芽,得知盐酸或次氯酸钠溶液处理组的黄豆芽长与自来水处理组无显著差异。所以单因素的p H或有效氯浓度均不是影响绿豆芽生长的主要原因。电解水提高豆芽生长可能是由于p H和有效氯的综合作用的结果[12]。电生功能水对于糙米芽生长的结果表明,酸性电解水可以促进糙米芽的生长,且20 mg/L的酸性电解水比30 mg/L的酸性电解水能够更好地促进糙米芽生长[10]。用p H5.0,有效氯浓度分别为203040 mg/L的微酸性电解水浸泡荞麦种子,到96 h发芽率可分别达到59%60%75%,而自来水对照发芽率为46%。所以微酸性电解水对荞麦种子萌发具有促进效果[13]

3   电生功能水影响芽苗菜生长机制的研究

3.1   电生功能水成分分析

研究电生功能水影响芽苗菜生长的原因,需要先分析电生功能水的成分。已知碱性电解水中含有OH-H2Na+等,所以碱性水具有较高p H值和负的氧化还原电位,具有还原性,而酸性电解水中含有H+O2Cl-Cl2等,所以酸性电解水具有酸性p H值和较高氧化还原电位,具有氧化性[3]。值得注意的是,在酸性p H值范围内,随着p H值的变化,酸性电解水中有效氯的成分也会有所不同。因为氯气溶解于水中形成次氯酸的比例是取决于p H值的。随着p H值的增加,H+浓度的降低,化学平衡Cl2+H2O·HOCl+H++Cl-向着形成HOCl的方向移动,在近中性的p H范围内,有效氯的存在形式主要是HCl O分子。近年来的研究表明,酸性电解水中除了含有有效氯成分之外,还含有活性氧成分。活性氧指的是H2O2O2-·、·OH1O2。在以Na Cl为电解质电解所得的强酸性电解水中加入自旋捕获剂DMPO(55-dimethyl-1-pyrroline-N-oxide),并未检测到DMPO-OH加合物,但可以形成一种七峰图谱,即DMPOXDMPOX被认为是次氯酸与DMPO加合的产物[14]。在酸性电解水中加入DMPO的同时加入Fe2+,可以得到DMPO-OH加合物[15]。其原理就是Fenton反应,即H2O2Fe2+的催化下生成具有高反应活性的·OH。若酸性电解水中不加入Fe2+,得到的·OH信号较弱,所以酸性电解水中既含有·OH又含有H2O2。电子自旋仪数据图谱显示,微酸性电解水的·OH信号要强于强酸性电解水的·OH信号,表明微酸性电解水中含有更多的游离·OH[16]

3.2   活性氧调控生长研究

由上述可知,酸性电解水中除了含有HCl OCl O-Cl-等有效氯成分外,还含有·OHH2O2等活性氧成分。在充分了解电生功能水成分的基础上,可以更好地分析或者预测电生功能水影响芽苗菜生长的原因。近年来研究发现活性氧在细胞增殖、分化和凋亡等的调控中发挥着重要的作用,被视为细胞的信号分子。并非所有的活性氧都是有害的,也并非所有的抗氧化剂都是有益的。活性氧的产生和清除之间的平衡对于植物维持本身正常的生长代谢及应答环境的胁迫等方面都发挥重要的作用。经过长期进化,植物已经形成了有效的活性氧清除机制,分为酶促和非酶促两类[17]。酶促抗氧化系统酶系主要包括超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶和抗坏血酸过氧化物酶等。非酶促系统主要包括抗坏血酸、α-生育酚、类胡萝卜素和类黄酮等。这些物质即可直接与活性氧反应将其还原,又可作为酶的底物在活性氧清除中发挥作用。有研究表明[18],用H2O2处理豌豆种子,可以提高种子发芽率并促进豌豆苗的生长。通过检测豌豆苗抗氧化酶系活力和植物激素含量得知,H2O2的处理可以提高过氧化物酶、抗坏血酸过氧化物酶和抗坏血酸氧化酶的活力,同时脱落酸和玉米素核苷含量降低,这与H2O2促进豌豆苗生长的情况呈显著的相关性。关于活性氧促进植物种子发芽的解释有多种:植物体在清除过量H2O2的过程中产生了O2,这有助于线粒体内进行的呼吸作用,促进了代谢的进行。H2O2有助于使坚硬的种皮破裂,使得种子能够更好地吸收水分。H2O2可以氧化或分解抑制发芽的物质,例如果皮和种皮中经常含有的酚类物质和生物碱。还有研究报道,在种子发芽和幼苗生长的过程中,·OH参与调控使细胞壁松弛。所以活性氧作为信号分子,不仅参与了氧化还原状态的调节,同时也调控了植物激素的含量,最终表现在种子发芽率和生长情况上。

4   电生功能水对于芽苗菜品质的影响

芽苗菜一般都比其种子的营养价值高,这是因为种子在萌发过程中发生了复杂的生理变化,各种生物酶被活化,种子中贮存的大分子物质被酶分解为可供萌发利用的小分子物质,例如蛋白被分解为小分子多肽、氨基酸等,维生素、异黄酮等对人体有益的营养物质也在发芽过程中积累,因此对人而言,芽苗菜的生物利用率大大提高。p H5.40的微酸性电解水处理的黄豆芽在发芽第5天,其抑制血管紧张素转换酶(ACE)活性仍高达97.0%,而自来水对照组豆芽的ACE抑制活性为56.15%[12]。微酸性电解水有利于豆芽中γ-氨基丁酸的积累。由于催化谷氨酸脱羧形成γ-氨基丁酸的谷氨酸脱酸酶(GAD)最适p H值是5.8,所以在微酸性电解水的p H范围内GAD具有较高活力,利于γ-氨基丁酸累积。酸性电解水处理的发芽糙米中,γ-氨基丁酸含量显著提高,这可能与该处理组的谷氨酸含量降低有关,即酸性电解水促进了谷氨酸向γ-氨基丁酸的转化[19]。微酸性电解水浸种有助于增加荞麦芽还原糖含量和芦丁含量,且培育过程喷洒微酸性电解水对这两者含量的增加效果更显著[13]。用电生功能水喷灌处理小白菜可以提高其Vc含量,碱性电解水处理组Vc含量升高尤为明显,p H9.0p H10.0的电解水处理组Vc分别提高58.88%44.80%。酸性电解水喷灌处理小白菜,可以提高其还原糖含量[20]

5   展望

在当今社会,人们越来越青睐绿色无污染的新鲜蔬菜。芽苗菜以其生产方便快捷、容易净菜上市和较易达到绿色蔬菜等优点,深受广大消费者喜爱。为了更好地确保芽苗菜的食用安全性,在芽苗菜的生产过程中使用电生功能水将是一个很好的选择。电生功能水可以有效控制芽苗菜的微生物数量,促进种子发芽和生长,并对营养成分产生积极影响。所以细化电生功能水应用于各种芽苗菜种子时适宜的理化指标、喷施频率、使用量等,将有助于芽苗菜生产商使用这项技术,使人民群众受益,从而促进芽苗菜行业的发展。

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