王 煊,鄭淑芳,王 清,郝光飛,袁樹(shù)枝,*
(1.河北工程大學(xué)生命科學(xué)與食品工程學(xué)院,河北 邯鄲 056000;2.北京市農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工與食品營(yíng)養(yǎng)研究所,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部蔬菜產(chǎn)后處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,果蔬農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100097)
我國(guó)是青椒的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó),據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,2020 年我國(guó)青椒的種植面積為73 萬(wàn)hm2,占我國(guó)蔬菜種植面積的0.3%,產(chǎn)量達(dá)1 668 萬(wàn)t。青椒果實(shí)顏色翠綠鮮亮,風(fēng)味獨(dú)特,富含維生素(如VC、VA)、礦物質(zhì)(如鈣、鉀、磷和鐵)、有機(jī)酸和黃酮類(lèi)化合物等多種活性成分,已成為人們?nèi)粘o嬍潮貍涞氖澄颷1-2]。但青椒果實(shí)在采后貯藏和流通等過(guò)程中因水分含量高、代謝旺盛而極易腐爛變質(zhì),嚴(yán)重制約了青椒的供應(yīng)和消費(fèi)[3]。青椒采后損耗率達(dá)25%~30%,而病原微生物侵染是造成青椒采后損耗最主要的原因[4-5]。為此,本文總結(jié)了青椒采后主要病原微生物及其造成的病害,在此基礎(chǔ)上闡述青椒采后病害控制技術(shù)及作用機(jī)制,并對(duì)未來(lái)研究進(jìn)行展望,以期為青椒采后病害控制提供參考。
病原微生物通過(guò)采前潛伏侵染或采后從果皮上的自然開(kāi)孔、裂縫等直接侵入果實(shí)組織內(nèi)部[6]。當(dāng)青椒果實(shí)在采后貯藏、運(yùn)輸和銷(xiāo)售等過(guò)程中逐漸衰老、抵抗力減弱或遭受機(jī)械損傷時(shí),病原微生物可通過(guò)切斷的莖組織和花萼周?chē)淖匀婚_(kāi)口、表皮的機(jī)械傷口或自然裂口進(jìn)入果實(shí)內(nèi)部,在適宜條件下生長(zhǎng)繁殖,致使果實(shí)腐爛變質(zhì)[7-8]。按照病原菌種類(lèi)劃分,青椒果實(shí)的病害可分為真菌性病害和細(xì)菌性病害。青椒果實(shí)采后真菌性病害的主要癥狀為果實(shí)表面出現(xiàn)凹陷病斑,病斑表面變軟、果實(shí)表面形成絲狀真菌等,病灶呈水浸狀;細(xì)菌性病害的主要癥狀為果實(shí)逐漸腐爛或者形成水浸狀、凹凸斑點(diǎn)。
青椒常見(jiàn)的采后真菌性病害包括果腐病、黑斑病、灰霉病、疫病、炭疽病和根腐病等(見(jiàn)表1)。青椒果腐病是由鐮刀菌(Fusarium oxysporum)侵染引起的,感染初期青椒果實(shí)上出現(xiàn)白色病斑,隨后迅速轉(zhuǎn)為褐色。在高濕度環(huán)境下,果實(shí)表面形成白色或粉紅色的菌絲體,直至果實(shí)腐爛;低濕環(huán)境下,果實(shí)干枯皺縮[9-10]。青椒黑斑病是由鏈格孢菌(Alternaria alternata)侵染引起的,感染部位最初出現(xiàn)小的圓形輕微凹陷斑,隨后斑點(diǎn)急劇擴(kuò)大成凹陷的病灶,病灶處可形成灰色至黑色的霉菌,同時(shí)果實(shí)內(nèi)壁被霉菌侵染[11]。青椒灰霉病是由灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)侵染造成的,果實(shí)染病部位產(chǎn)生水浸狀褐色病斑,逐漸擴(kuò)大后呈暗褐色,凹陷腐爛,表面產(chǎn)生不規(guī)則輪狀灰色霉層[12]。青椒疫病是由辣椒疫霉菌(Phytophthora capsici)侵染引起的,通常從果蒂組織感染,最初產(chǎn)生暗綠色不規(guī)則水漬狀病斑,然后迅速擴(kuò)散至整個(gè)果實(shí),病斑呈灰綠色,果肉軟腐,濕度高時(shí)表面出現(xiàn)白色霉菌[13]。引起青椒炭疽病的病原菌主要為平頭炭疽菌(Colletotrichum truncatum)、膠孢炭疽菌(Colletotrichum siamense)和黑點(diǎn)炭疽菌(Colletotrichum capsi-ci)[14]。膠孢炭疽菌感染病害部位呈褐色,水漬狀,有稍隆起的同心環(huán)紋,表面密生小點(diǎn),有濕潤(rùn)性變色圈;黑點(diǎn)炭疽菌病斑呈黃褐色、水漬狀,病斑表面形成黑色小點(diǎn)[15]。青椒根腐病是由根霉菌屬(Rhizopus)侵染引起的,病斑呈水浸狀凹陷,隨著病斑的擴(kuò)展,果實(shí)腐爛加重并伴有汁液流出,后期侵染部位出現(xiàn)菌絲及黑色小球狀孢子囊[16]。
表1 青椒果實(shí)采后真菌病原菌種類(lèi)及主要癥狀Table 1 The main fungal pathogenic species and main symptoms of green pepper fruit after harvest
細(xì)菌性病害主要為細(xì)菌性軟腐病和細(xì)菌性瘡痂病等。由表2可見(jiàn),青椒采后細(xì)菌性軟腐病可由胡蘿卜果膠桿菌(Pectobacterium carotovorum)引起,發(fā)病初期果實(shí)色澤逐漸變淡,此時(shí)果實(shí)表面無(wú)明顯變化,隨著病害加重,后期果皮變白,顏色由暗綠色轉(zhuǎn)為灰綠色,最后為灰褐色,果實(shí)發(fā)軟腐爛并伴隨惡臭味[17-18]。此外,深紅沙雷氏菌(Serratia rubidaea)也可造成青椒細(xì)菌性軟腐病,病灶部位呈深棕色、不規(guī)則形狀的斑點(diǎn),感染部位逐漸呈水浸狀[19]。青椒細(xì)菌性瘡痂病的病原菌為黃單胞菌屬(Xanthomonas),感染后在果實(shí)上形成水浸狀或暗褐色至黑色略微凸起的小斑點(diǎn),最后變成黑色并略有凹陷,表面結(jié)痂或呈疣狀[20]。
表2 青椒采后細(xì)菌病原菌種類(lèi)及主要癥狀Table 2 The main bacterial pathogenic species and main symptoms of green pepper fruit after harvest
在采后貯運(yùn)流通過(guò)程中,青椒果實(shí)易遭受病原菌的侵染,導(dǎo)致果實(shí)腐爛,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[21-22]。因此,如何有效抑制腐爛一直是青椒采后保鮮研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。青椒采后病害的防控主要包括物理、化學(xué)和生物3大類(lèi)保鮮技術(shù)。
目前,青椒果實(shí)采后病害的物理防控技術(shù)主要包括包裝、熱處理、輻射、氣調(diào)等(表3)。通過(guò)低溫來(lái)抑制病原菌侵染活性是控制果蔬腐爛最常用的方法之一。但青椒屬于冷敏性果實(shí),貯藏溫度低于7 ℃時(shí)會(huì)出現(xiàn)冷害,致使青椒果實(shí)品質(zhì)降低甚至腐爛。青椒的冷敏特性導(dǎo)致難以通過(guò)低溫來(lái)達(dá)到降低果實(shí)腐爛的目的[23]。為此,研究者在控制溫度的基礎(chǔ)上更多關(guān)注包裝、熱處理、輻射和氣調(diào)等處理手段減少青椒腐爛的發(fā)生。利用包裝的物理隔絕作用可有效阻礙外界病原菌通過(guò)裂口進(jìn)入青椒果實(shí)內(nèi)部。采用聚乙烯(PE)膜(厚度0.01 mm)和PE 袋(厚度0.02 mm)包裝可抑制室溫貯藏青椒果實(shí)的腐爛,有利于青椒的常溫貯運(yùn)流通[24]。聚丙烯(PP)有孔薄膜(孔徑1 mm,孔數(shù)20 個(gè))包裝可使冷藏(4~6 ℃,相對(duì)濕度45%)青椒20 d 時(shí)腐爛率低至13.47%,比低密度聚乙烯(LDPE)有孔薄膜(孔徑1 mm,孔數(shù)20 個(gè))包裝和雙向拉伸聚丙烯(BOPP)有孔薄膜(孔徑1 mm,孔數(shù)20 個(gè))包裝的腐爛率分別低25.23 個(gè)百分點(diǎn)和8.09個(gè)百分點(diǎn)[25]。
表3 青椒采后病害的物理防控技術(shù)及作用機(jī)制Table 3 Physical treatments and their mechanisms of disease control in green pepper fruit after harvest
熱處理通過(guò)降低病原菌的活性,激活果實(shí)的熱激蛋白,提高果蔬抗逆性,進(jìn)而延緩果實(shí)衰老和延長(zhǎng)貯藏期[26-27]。采用(55±1)℃,30 s 熱水處理可降低青椒在(10±1)℃貯藏過(guò)程中的腐爛指數(shù),提高青椒的耐貯性[28]。Rodoni等[29]研究發(fā)現(xiàn),青椒在45 ℃的熱水中浸泡3 min,4 ℃下貯藏12 d,比對(duì)照組(不經(jīng)過(guò)熱水處理的青椒)腐爛率顯著降低(P<0.05)。相似地,范林林等[30]研究發(fā)現(xiàn),青椒于45 ℃熱水中浸泡2 min,能較好地維持25 ℃貨架期間青椒的外觀品質(zhì),降低腐爛率,減少營(yíng)養(yǎng)成分的損失。
短波紫外線(UV-C)是青椒采后常用的輻射保鮮處理技術(shù),利用射線的穿透性,殺死青椒果實(shí)表面的病原菌,進(jìn)而延緩果實(shí)硬度的下降和總酚含量增加,提高果實(shí)過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)的活性,增強(qiáng)果實(shí)的抗氧化能力[31]。0.25 kJ/m2劑量的UV-C 照射能有效降低青椒在貯藏期間的腐爛指數(shù),維持青椒的外觀品質(zhì)[32]。Rodoni 等[33]研究發(fā)現(xiàn),使用20 kJ/m2劑量的UV-C 處理青椒可以減少果實(shí)表面微生物的數(shù)量,進(jìn)而降低青椒腐爛的發(fā)生。
氣調(diào)保鮮通過(guò)調(diào)節(jié)青椒貯藏環(huán)境的氣體成分來(lái)抑制致病微生物的侵染。郭慧媛等[34]研究發(fā)現(xiàn),4 ℃氣調(diào)貯藏(18.0%~18.5%O2)能夠有效抑制微生物的生長(zhǎng),貯藏7 d 后青椒表面菌落總數(shù)比對(duì)照組(21%O2)降低了2.04(lg(CFU/g))。李素清等[35]研究發(fā)現(xiàn),青椒在(9±1)℃,相對(duì)濕度85%~90%貯藏條件下的最佳氣調(diào)環(huán)境為貯藏前期(0~21 d)6% O2+5% CO2+89%N2,后期(21~42 d)4%O2+2%CO2+94%N2,貯藏42 d后青椒腐爛指數(shù)為18.4%,比對(duì)照組低20個(gè)百分點(diǎn)。青椒在低壓(4 kPa)下10 ℃貯藏11 d 時(shí)無(wú)腐爛發(fā)生,而常壓貯藏11 d時(shí)腐爛率為6%,表明低壓環(huán)境可有效抑制青椒的腐爛,保證青椒果實(shí)的品質(zhì)[36]。這可能是由于低O2和高CO2的氣體環(huán)境或低壓環(huán)境抑制了病原菌的生長(zhǎng),并且減緩了青椒的呼吸作用和后熟軟化進(jìn)程,從而有效抑制果實(shí)的腐爛[37-38]。
青椒果實(shí)采后病害防控的化學(xué)手段主要包括ClO2、1-甲基環(huán)丙烯(1-MCP)、水楊酸(SA)處理等(表4)。ClO2因具有強(qiáng)氧化作用,可通過(guò)釋放次氯酸分子和新生態(tài)原子氧改變微生物細(xì)胞膜的通透性和中斷蛋白質(zhì)的合成,進(jìn)而擾亂細(xì)胞膜的穩(wěn)定性,導(dǎo)致微生物死亡[37]。杜金華等[38]研究發(fā)現(xiàn),50 mg/L ClO2熏蒸可顯著抑制青椒的腐爛,貯藏40 d 時(shí)腐爛率較對(duì)照組降低了27.3個(gè)百分點(diǎn)。Fu等[39]研究表明,ClO2可顯著抑制灰葡萄孢菌(B.cinerea)在葡萄糖-馬鈴薯培養(yǎng)基(PDA)上的生長(zhǎng),同時(shí),150 μmol/L ClO2熏蒸處理可有效抑制青椒果實(shí)采后灰霉病的發(fā)生,青椒果實(shí)灰霉病病斑直徑比對(duì)照小3.07 cm。病害控制效果與ClO2熏蒸濃度呈正相關(guān),但在使用過(guò)程中應(yīng)注意防止因ClO2濃度過(guò)高對(duì)青椒果實(shí)造成藥害。Bakpa等[40]研究表明,不同濃度(0.5、1.0、1.5μL/L)的1-MCP處理均可顯著抑制青椒貯藏過(guò)程中的呼吸強(qiáng)度和乙烯釋放量,維持果實(shí)硬度,延遲后熟和衰老,提高果實(shí)抗性,延長(zhǎng)青椒貯藏期。1μL/L 1-MCP 處理可使青椒在室溫貯藏16 d 時(shí)的腐爛率比對(duì)照低6 個(gè)百分點(diǎn)[41]。水楊酸(SA)作為化學(xué)性誘導(dǎo)劑,可通過(guò)增強(qiáng)果實(shí)的抗性來(lái)抵御病害的發(fā)生[42]。Mekawi 等[42]研究發(fā)現(xiàn),8 mmol/L SA 處理使青椒在(22±2)℃條件下貯藏15 d 后果實(shí)表皮層的厚度增加4.5 μm,提高了果實(shí)過(guò)氧化物酶和多酚氧化酶活性;4、8 mmol/L SA 處理均可抑制灰葡萄孢菌(B.cinerea)在PDA 上的生長(zhǎng),進(jìn)而抑制青椒果實(shí)灰霉病的發(fā)生。
表4 青椒采后病害的化學(xué)防控技術(shù)及調(diào)控機(jī)制Table 4 Chemical treatments and their mechanisms of disease control in green pepper fruit after harvest
生物方法主要指利用植物精油和浸提液等天然提取物和殼聚糖及與抗菌物質(zhì)的復(fù)配涂膜等或拮抗菌進(jìn)行保鮮(表5)。
表5 青椒采后病害的生物防控技術(shù)及調(diào)控機(jī)制Table 5 Biological treatments and their mechanisms of disease control in green pepper fruit after harvest
天然提取物因綠色環(huán)保且極佳的抑菌效應(yīng),在青椒采后病害研究中備受關(guān)注。植物精油是一種具有揮發(fā)性的次生代謝產(chǎn)物,它可破壞病原菌細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的完整性,改變細(xì)胞膜的滲透性,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物外泄,致使病原菌死亡[43-44]。付紅軍[45]研究發(fā)現(xiàn),采用山蒼子油(檸檬醛含量74.07%)熏蒸處理的青椒在15 ℃貯藏30 d時(shí)的腐爛率和腐爛指數(shù)比對(duì)照組分別減少22.5 個(gè)百分點(diǎn)和15.0 個(gè)百分點(diǎn)。Pérez-Vázquez 等[46]研究發(fā)現(xiàn),薄荷精油中的兩種主要揮發(fā)物(薄荷醇和薄荷酮)可以抑制鐮刀菌(F.oxysporum)的生長(zhǎng),降低青椒的腐爛。丁香浸提液對(duì)鏈格孢菌(A.alternata)具有抑制作用,可降低青椒的腐爛[47]。大蒜浸提液處理組青椒貯藏10 d后腐爛指數(shù)降低了57個(gè)百分點(diǎn),有效抑制了青椒的腐爛[48]。劉楠楠等[49]采用大蒜與生姜復(fù)配(質(zhì)量比2∶1)浸提液處理青椒,貯藏20 d時(shí)腐爛指數(shù)比對(duì)照降低了41.25個(gè)百分點(diǎn),這可能是由于大蒜、生姜中含硫化合物的抑菌作用延緩了果實(shí)貯藏品質(zhì)的下降。丁香、高良姜、五味子及烏梅4種藥材的復(fù)配浸提液可降低鏈格孢菌(A.alternata)、灰葡萄孢菌(B.cinerea)的活性,延長(zhǎng)青椒的保鮮期[50]。
殼聚糖具有生物降解、殺菌、抗氧化性以及良好的成膜性能,可通過(guò)涂膜用于青椒采后的保鮮。但殼聚糖單一浸泡[51]對(duì)青椒采后貯藏保鮮效果不佳且難以產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,因此殼聚糖多用于制備復(fù)配涂,膜來(lái)進(jìn)行保鮮。González-Saucedo 等[52]研究發(fā)現(xiàn),采用殼聚糖-白芷提取物涂膜處理可抑制鏈格孢菌(A.alternata)在PDA 上的生長(zhǎng),處理組青椒果實(shí)微生物活性比對(duì)照組降低了80%,有效抑制了青椒病原菌的生長(zhǎng)。Correa-Pacheco等[53]研究發(fā)現(xiàn),采用殼聚糖-百里香精油納米涂膜處理的青椒,在(10±1)℃,相對(duì)濕對(duì)89%條件下貯藏12 d 時(shí),果實(shí)的腐爛率比對(duì)照組下降了80個(gè)百分點(diǎn)。
拮抗菌可利用自身與病原菌競(jìng)爭(zhēng)或寄生的關(guān)系,或者利用自身產(chǎn)生的抗菌肽等次級(jí)代謝產(chǎn)物達(dá)到保鮮的目的[54]。當(dāng)前,已有研究報(bào)道可以用于青椒采后病害防控的拮抗菌有釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、哈馬特木霉菌(Trichoderma hamatum)、枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)等;微生物代謝物有木霉素、裂褶菌素、乳酸鏈球菌素、ε-聚賴(lài)氨酸等。Awad-Allah 等[55]研究發(fā)現(xiàn),釀酒酵母(S.cerevisiae)可以抑制黃單胞菌屬(Xanthomonas)的活性,降低青椒細(xì)菌性瘡痂病的發(fā)生。哈馬特木霉菌(T.hamatum)可顯著抑制尖孢鐮刀菌(F.oxysporum)的生長(zhǎng),有效防治尖孢鐮刀菌(F.oxysporum)引起的青椒病害[56]。金屬伯克霍爾德氏菌(B.metallica)BTLbbc-02、洋蔥伯克霍爾德氏菌(B.cepacia)BTLbbc-03 和銅綠假單胞菌(P.aeruginosa)BTLbbc-05 可抑制辣椒疫霉菌(P.capsici)的菌絲體生長(zhǎng),進(jìn)而抑制貯藏青椒果實(shí)的腐爛[57]。枯草芽孢桿菌(B.subtilis)1151 可抑制胡蘿卜果膠桿菌(P.carotovorum)的活性,有效防治由胡蘿卜果膠桿菌引起的青椒細(xì)菌性軟腐病[58]。哈馬特木霉(T.hamatum)MHT1134 的未滅菌和滅菌發(fā)酵液均可抑制尖孢鐮刀菌(F.oxysporum)的生長(zhǎng),可能是利用木霉素等的抑菌能力,但具體有哪些物質(zhì)起作用還有待進(jìn)一步確定[56]??莶菅挎邨U菌(B.subtilis)1151 所產(chǎn)的抗菌肽(AP01339(BHP)、AP00889(SPB)、AP02860(Hb 98-114)、枯草桿菌肽A和枯草桿菌肽sbox)可顯著抑制胡蘿卜果膠桿菌(P.carotovorum)的生長(zhǎng)[58]。Dutta 等[59]發(fā)現(xiàn),裂褶菌(Schizophyllum commune)所產(chǎn)生的裂褶菌素顯著抑制了炭疽病和灰霉病的發(fā)生,可以作為青椒炭疽病、灰霉病等真菌病害的生物防治方法。作用機(jī)制可能是木霉素、裂褶菌素通過(guò)抑制病原菌菌絲體的生長(zhǎng)來(lái)達(dá)到抑菌的效果。ε-聚賴(lài)氨酸、曲酸、乳酸鏈球菌素復(fù)配液可抑制胡蘿卜軟腐果膠桿菌(P.carotovorum)的生長(zhǎng),有效防治青椒細(xì)菌性軟腐病[60]。ε-聚賴(lài)氨酸可作用于病原菌的細(xì)胞膜磷脂雙分子層,提高細(xì)胞膜的通透性,導(dǎo)致細(xì)胞自溶死亡,從而有效抑制病原菌生長(zhǎng)[61]。乳酸鏈球菌素可作用于病原菌的細(xì)胞膜,阻礙磷脂化合物的合成,引起病原菌細(xì)胞裂解死亡[62]。
青椒果實(shí)因含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和獨(dú)特的風(fēng)味,深受消費(fèi)者喜愛(ài),但低溫貯藏極易發(fā)生冷害,常溫貯藏又易被病原菌侵染,這嚴(yán)重影響了青椒的貯運(yùn)品質(zhì)和商品價(jià)值。同時(shí),青椒通常采摘于高溫季節(jié),采收及流通的高溫環(huán)境為控制青椒腐爛帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。此外,青椒在采后流通中極易受到機(jī)械損傷,破壞的組織結(jié)構(gòu)更易遭受病原微生物侵染,加速果實(shí)腐爛。如何有效控制采后腐爛一直是青椒產(chǎn)業(yè)需要解決的問(wèn)題。
青椒病害防控手段主要包括熱處理、UV-C 輻射、氣調(diào)等物理方法,ClO2、1-MCP、SA 等化學(xué)方法,天然提取物、殼聚糖及與其他抑菌劑復(fù)配、拮抗菌和微生物代謝產(chǎn)物等生物方法(圖1)。這些技術(shù)手段主要通過(guò)以下兩個(gè)方面起作用:一方面是利用具有抑菌功效的物質(zhì)或者創(chuàng)造不利于病原微生物生長(zhǎng)的環(huán)境來(lái)降低致病菌的侵染;另一方面是通過(guò)提高青椒果實(shí)的抗性來(lái)抵御病原微生物的侵染。
圖1 青椒果實(shí)采后病害及控制技術(shù)圖Fig.1 Postharvest diseases and control techniques of green pepper fruit
隨著人們對(duì)食品安全的日益重視,未來(lái)青椒采后病害防控應(yīng)向著天然綠色、安全無(wú)害和高效的方向發(fā)展。但天然提取物因提取工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高等問(wèn)題在生產(chǎn)上很難大規(guī)模應(yīng)用。隨著合成生物技術(shù)的不斷發(fā)展,利用微生物發(fā)酵產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物可以很好地彌補(bǔ)天然提取物生產(chǎn)的短板,在產(chǎn)業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景。此外,隨著青椒轉(zhuǎn)基因技術(shù)的不斷發(fā)展,選育抗病品種也將是降低青椒采后腐爛的有力手段。