我国荸荠生产、采收和加工技术研究进展
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摘 要：简述了荸荠生产中种质资源收集、分类、对比、抗性鉴定；繁殖、育苗、水肥管理、脱毒技术；轮作、间套模式；主要病虫害及管理措施。介绍了当前荸荠采收、去皮等前处理新技术及设备，传统产品加工以及近年来荸荠皮的功能物质研究、综合利用的一些新进展，并对今后产业发展提出了期望。
关键词：荸荠；生产；采收；加工；进展
中图分类号：S645.3 文献标识码：A 文章编号：1001-3547（2013）18-0041-07
荸荠（Eleocharis dulcis）为莎草科荸荠属浅水性宿根草本，英文名water chestnut，以球茎作蔬菜食用，古称凫茈，俗称马蹄，又称地栗，因它形如马蹄，又像栗子而得名。荸荠原产印度和我国南部，现我国主要分布于江苏、安徽、浙江、广西、广东、福建等生的水泽地区。目前广西已是我国荸荠第一大产区，该地荸荠种植面积占全国种植面积的50%以
上[1]。
荸荠每年冬、春季上市，皮色紫黑，肉质洁白，味甜，清脆可口，自古有“地下雪梨”之美誉，北方人视之为“江南人参”。据测定，荸荠球茎约含碳水化合物21%，蛋白质1.5%。荸荠可生食或熟食，也能速冻、罐藏（深洼型）或作提取淀粉（浅洼型）的原料。中医药学认为其有止渴、消食、解热功能。近年来的研究表明，荸荠还具有抗菌、排毒、防癌等多种功效[2]。
1 荸荠种质资源的利用
1.1 荸荠种质资源收集、分类、对比和抗性鉴定
在20世纪90年代，武汉市蔬菜科学研究所最先立足国家层面上进行了荸荠资源的收集和保存。截至2006年，武汉市蔬菜科学研究所收集保存荸荠种质资源105份，其中野生资源10份，品系5份，地方品种90份，地方品种中包括各地著名品种，如桂林荸荠、杭州大红袍、孝感荸荠、团风荸荠、勐遮荸荠、苏荠、余杭荠、菲律宾荸荠等[3]。在局部范围内，如盛继群[4]就孝感荸荠种质资源和应用开发进行了阐述和设想；陈耿忠[5]通过2 a的调研、品种筛选、纯化、扩繁、试验研究，完成“杭州市地方名优蔬菜‘大红袍’革莽的保护利用”项目；俞安良[6]在品种引进对比上做出尝试，试验表明宣州大红袍具有产量高、粒大、水分多、球茎椭圆、品质优、商品性好等特点，适宜绍兴当地种植。当地绍兴荠具有粒大、球茎扁球形、品质较好、含糖量较高等特点，也是较好的荸荠品种。武汉荠、团风荠虽然产量较高，但球茎较小、商品性较差；桂林荸荠产量较低、球茎较小。曹姣等[7]研究表明，栽培荸荠与野生荸荠的亲缘性相对于蒲草与扁秆草而言较近。江文等[8]通过形态学性状的聚类分析把24个地方荸荠品种分为2个类群（野生荸荠、地方荸荠），分析结果表明，野生荸荠与23份地方栽培种的遗传距离相对较远，而23份地方栽培种间的遗传距离较小。李峰
等[9]利用相对抗性指数法对30份荸荠种质资源在大田荸荠秆枯病自然发病的情况下进行了抗性鉴定评价，结果筛选出高抗荸荠秆枯病材料1份（益阳荸荠）、中抗材料2份（宣州荠-2、江西九江荠）；并且确定长江中下游地区宜于10月初进行病情调查（7月中下旬荸荠大田定植）。利用相对抗性指数法进行荸荠秆枯病抗性鉴定评价，在一定程度上可以消除不同调查时期对鉴定结果准确性的影响。
1.2 荸荠种苗繁殖、育苗和脱毒技术
传统上，荸荠采用球茎繁殖，亦称无性繁殖。经过萌芽、分蘖与分株，再开花与结荠。曹侃等[10]和王槐英等[11]先后对荸荠生育动态进行了观察和研究，认为地温达到10～15℃时球茎萌发，植株进入幼苗期；随着气温的升高，叶状茎不断发生，同时开始形成分株分蘖，植株进入营养生长期，气温在25～30℃时分株发生最快；植株花茎的抽生在8月中旬，此期营养生长和生殖生长齐头并进；植株分株抽生在9月下旬至10月上旬趋于稳定，地下球茎开始形成，植株进入结荠期。
荸荠栽培如果长期采用无性繁殖，易造成种性退化，带菌严重，而且繁殖系数较低。扬州大学[12]提供“一种荸荠脱毒种苗快速繁殖的方法”，该发明繁殖系数达20～42，试管球茎诱导率达90%以上，球茎鲜质量达250 mg以上。由广西农科院[13]承担的“优质荸荠品种脱毒及组培快繁技术研究与产业化示范”（2004）通过鉴定，先后选育出桂蹄1号、桂蹄2号和桂粉蹄1号3个荸荠优良新品种。桂蹄2号为鲜食品种，一般667 m2产球茎2 500～3 000 kg，高产达到4 000 kg；桂粉蹄1号为淀粉加工型品种，667 m2产球茎在2 000 kg左右。贺州学院[14]发明了“一种荸荠种苗培植的方法”，通过植物组培脱毒技术，提纯复壮，得到大果率高、产量高、抗病能力强的脱毒种苗，同时提高荸荠种苗的繁殖系数，减少种果的使用量，降低成本。
2 荸荠种植技术与管理
2.1 不同插植期、开花、水肥等与结实、产量的关系
王威[15]采用广西农科院提供的荸荠组培苗插植，研究不同时间扦插对荸荠产量的影响，结果表明，荸荠插植过迟，荸荠的产量及商品球茎产量会受到明显影响。从产量及球茎等级分析结果看，荸荠组培苗最好能在7月底前插植完。李双梅等[16]以团风荸荠为观察对象，观察到荸荠以异株异花授粉为主，兼少量自花授粉，花序不套袋的结实率为12.90%，花序套袋的结实率为1.34%，套袋限制了外源花粉的传入，故而套袋结实率较低。怀于生[17]发明一种荸荠的栽培方法，其要点是移栽时浅水栽插，栽后及时上水护苗，活棵后田间保持水层4～
5 cm，高温期间田间保持水层5～7 cm；在封行前适当断水搁田，结荠开始后不断水，水层保持4～5 cm，10月中下旬后开始脱水落干，并进行干湿交替，田间保持湿润至成熟；早中茬在8月上中旬每667 m2施尿素10 kg进行第一次追肥，在8月底9月初植株未封行前每667 m2补施尿素10 kg进行第二次追肥，从栽植到植株封行前，进行中耕和人工除草2～3次。
2.2 轮作、间套作模式
荸荠不宜连作，连作球茎不易膨大，产量较低，同一块田地一般2～3 a栽植1次。采用的模式有菜用大豆―荸荠栽培[18]、西瓜―荸荠轮作[19]、藕带藕、莲藕水稻、莲藕（水稻）荸荠、西甜瓜荸荠栽培等[20]。
2.3 病虫害防治
荸荠虫害主要有蝗虫、白禾螟等，病害主要有秆枯病、枯萎病、菌核病、黄梢病、荸荠锈病和白粉病等，其中，以荸荠秆枯病和荸荠枯萎病发生最为严重，农民称“荸荠瘟”，多发生在高温高湿季节，发病早、蔓延快、为害大，具有毁灭性。
荸荠秆枯病由半知菌亚门黑盘孢目（Melanconiales）柱盘孢属（cylindrosporium）荸荠柱盘孢菌（Cylindrosporium eleocharidis）侵染所致，主要为害茎秆，也可侵染叶鞘和花器，但不侵染球茎。温、湿度是影响荸荠秆枯病发生的重要因素。栽培管理粗放，植株密度过大，封行早，株间荫蔽，通风透光不良，发病早且重；有机肥缺乏，底肥不足，早期偏施氮肥，漫灌串灌或遭洪涝灾害，病害易流行；生长后期脱肥或经常缺水，也会使病情加重。另外，连作田块发病相对较重。
荸荠枯萎病是一种土传病害，带菌种荠和土壤是翌年的主要侵染源[21]。目前认为引起荸荠枯萎病的主要病原菌为尖孢镰刀菌，主要为害植株的茎基部，造成烂根。防治荸荠枯萎病，单一化学防治效果不理想且成本高，可采取农业防治与化学防治相结合的综合防治措施[22]。
蝗虫发生时可用敌杀死防治。白禾螟在盛孵高峰后2 d，用80%杀虫单可溶性粉剂1 000倍液或50%辛硫磷乳油1 000倍液喷雾防治，施药期间应保持水层，以提高防效[22]。近年来对灯光诱杀荸荠害虫的研究和应用很活跃，它是一种更好的生态方法，可减少农药使用[23]。
3 荸荠的采收
立冬（11月7日或8日）以后，荸荠茎叶陆续枯黄，地下球茎停止膨大，但真正成熟要到冬至（10月21～23日）后。因此，荸荠最佳采收时间在冬至和立春（2月4日或5日）之间，过早、过迟采收都影响其品质和储藏。应该在晴朗天气挖收，尽可能避免机械损伤。采收后，剔除有病害的球茎，大、中、小和破损分级晾晒，同时可以选无病田块留种或发病轻田块中无病苗所结球茎留种。
传统的人工平板铁锹挖取采收荸荠，破损率高、损失大。为此，张杰等[24]设计改进了荸荠采收专用齿锹，锹面由3把梯形刀片（齿）构成，宽度250～300 mm，经多点对比试验，荸荠专用齿锹比平板铁锹减少破损率48.18%。焦忠等[25]则设计出一种荸荠挖掘机，它由手扶拖拉机、犁地装置、传动装置、旋切破碎装置和尾轮装置组成，可解决现有人工采收荸荠劳动强度大、采收效率低的难题，实现荸荠的大规模种植与高效率采收。陈海峰等[26]进行荸荠采收船的研究（主要利用土壤液化原理可以使砂壤土液化），从另一个角度提出了一套适用于水田作物荸荠机械挖掘、筛分的流程。
4 荸荠的加工技术与设备
4.1 前处理
①去皮 去皮是荸荠产品加工过程中的重要一环。目前我国很多工厂主要仍采用手工去皮，但相关的去皮机械不断发明并投入应用。与机械去皮相比，手工去皮主要在品质、得率、成本上还有竞争优势。
a.手工削皮。张小燕[27]认为采用二面三刀的荸荠手工去皮方法关键主要是两个端面的切入深度，并以荸荠的蒂头芽点去净为要点。荸荠中的酚类色素集中于蒂头和芽点，它是导致罐头荸荠“发红”的重要因素。
b.机械式去皮。曹英明[28]发明一种新型荸荠削皮机械，装有至少6组荸荠上、下卡头，通过传动、自动异步定位、削蒂、去屑、自动离合器等步骤，削皮后，荸荠外表光滑，适用于各种不同大小规格荸荠削皮。荸荠旋转式无序去皮机[29]的诞生更进一步解决了传统手工去皮时沉重的劳动强度和生产效率低下的难题。脱皮时间20～40 s，脱皮率98%以上，成品率60%～65%（手工去皮成品率65%～70%），加工量30～120 kg/h不等。
c.化学法去皮。项俊等[30]开展了NaOH高温化学法去除荸荠皮及荸荠红色素提取工艺的研究。虽然化学法比人工法去除荸荠皮可显著提高出肉率，但口感较差。
②切片 20世纪80-90年代先后发明了荸荠切片的送（切）片机构[31]和荸荠切片机[32]。鲍智鸿[33]专门对黄山罐头食品厂荸荠切片的出片率、净片率、碎片、损耗率、边片率进行统计研究，发现净片率总体偏低，边片率偏高。分析其主要原因是原料没有经过严格的分级、切片操作工序和切片设备陈旧。
③自动清洗分级 焦忠等[34]发明了一种荸荠清洗机，主要利用旋转式清洗的原理。其实用新型自动清洗机具有结构简单、使用控制方便、制造成本低等优点，它可以实现清洗效果好、清洗效率高的功能。李精华等[35]则发明一套荸荠自动清洗、分级设备。荸荠通过浸泡池，毛刷清洗机，多个喷淋嘴喷淋，滚落到达两级吹干机的传送带，吹干后的荸荠沿光滑斜面滚落到分拣机中，实现全自动清洗、分级，工作效率高，且保证品级。
4.2 荸荠的加工
①速冻荸荠片 中华人民共和国农业行业标准（NY/T 1069-2006）[36]速冻荸荠片（quick-frozen water chestnut slice）包含单体速冻荸荠片、单体速冻荸荠粒、水平切片。其加工步骤为原料验收清洗去皮整修分级复查切片、切粒烫漂冷却甩水冻结包装冷藏等工序。
技术要点为削皮后的荸荠应立即浸于清水中，目的在于防止褐变、洗除残余的皮屑及溶出部分淀粉；单体流态状速冻-35℃以下，出料温度-15℃以下，产品完整，呈松散状；严格控制单体速冻后产品的回温，避免造成产品结块、粘连。
余奇飞等[37]探索速冻荸荠HACCP管理的要求，设立原料农残、漂烫、冷却、速冻等几个关键控制点，制订关键限值和操作限值，经控制的产品成功出口国外。
②清水荸荠罐头 清水荸荠罐头包括片、整、丁[38]。清水荸荠罐头是传统的出口罐头大类，荸荠罐头的主要进口国为美国，另有日本以及东南亚、大洋洲的一些国家和地区，包装规格有3 005 g×6， 2 900 g×6，567 g×24，227 g×24等，其工艺相对成熟。
荸荠罐头的加工工艺包括原料洗涤削皮验收分级预煮漂洗修整、洗涤选别、装罐加汤汁热力排气或抽真空封罐杀菌冷却。
荸荠罐头在加工过程中颜色会经常发生变化，影响其感官品质和营养价值。谭彦邦等[39]分析发现，罐头荸荠“红心”现象是由于荸荠中还原糖、氨基酸高温引发的美拉德反应引起，且春节后荸荠还原糖增多，“红心”现象更加明显。王刘刘[40]通过改善3 005 g清水荸荠杀菌式，荸荠片产品色泽从原先的红色变为玉色，质脆，受到客户青睐。鲍智鸿[33]提出配汁环节应在汤汁中加入少量柠檬酸（0.1%），使成品pH值保持在5.3左右，对改善成品色泽，防止出现发黄现象十分重要，因为花黄素在碱性条件下会生成明显黄色。同时注意，配汤时要避免使用铁锈水而造成荸荠成蓝心现象。
③荸荠（马蹄）粉 荸荠粉洁白、细腻、纯正，保存时间长，具有健胃、祛痰、解热的功效，可以制成“荸荠冻”等风味食品。
荸荠淀粉成品的加工流程为荸荠清洗修整除皮护色粉碎过滤分离精制脱水干燥包装荸荠（马蹄）粉。
荸荠破碎时淀粉从细胞中释放出来，用筛选法实现粉渣分离；粗渣分离后，再进行精滤。过滤是确保荸荠质量的关键。精滤后的淀粉乳需先在脱水机中脱去大部分水后，再进行干燥，干燥温度为40～60℃。淀粉块干燥至含水量为15%以下时，停止干燥，取出进行粉碎、过筛、包装后即得[41]。
④荸荠汁、荸荠饮料 荸荠饮料基本加工工艺为荸荠清洗修整除皮护色粉碎过滤调配加热灌装封罐杀菌冷却检验贴标包装荸荠汁。
目前由荸荠开发而来的饮料既有单一的澄清饮料[41]，又有带果肉的混浊饮料[42]，如“杨协成”荸荠爽；也有荸荠发酵酒精饮料[43]，以及复合型的保健饮料[45，46]、荸荠茶[47]等。加工澄清汁时，由于荸荠含有果胶、蛋白质、淀粉等胶体物质而使其呈现浑浊状态，影响感官品质。加入适量果胶酶、明胶、蜂蜜、琼脂和壳聚糖均能产生澄清效果[48～50]。
⑤荸荠糕 吴冬梅等[51]以荸荠粉为主要原料，在荸荠糕制作中添加红豆和可可粉，研制出色泽诱人、香气浓郁、富有弹性、甜度适口、具有营养保健作用的可可香红豆荸荠糕。郭少惠等[52]研究荸荠添加在果冻里面以代替传统荸荠糕的制作，利用卡拉胶、魔芋胶、瓜尔豆胶混溶后的协同增效、防析水作用，通过试验来确定复配的最佳比例。
4.3 荸荠皮科学研究和利用
荸荠工业化生产过程中产生大量的荸荠皮，占鲜荸荠质量的20%～25%。目前对荸荠皮的研究和利用在以下几个方面。
①荸荠皮色素提取和成分初步分析 陈纯馨等[53]开展乙醇法提取荸荠皮色素及其性质的研究，发现其有较好的耐光性和耐热性；色素对Sn2+、Fe3+较为敏感；色素耐氧化能力较差，但有较好的耐还原能力；柠檬酸、苯甲酸、淀粉、葡萄糖的加入会使色素增色。进一步的研究结果表明，荸荠皮色素是一种水溶性色素，在2
②荸荠皮的抗菌性、抗氧化性 曾莹等[59]最早报道了荸荠皮的抗菌作用。通过抑菌试验发现，用酸醇液作提取剂进行浸提制得的荸荠皮提取物（BqPt）是抗菌效力最强的制剂。该制剂对多种常见的食品污染菌均有较强的抗菌作用，而且其热稳定性能良好，可将其作为良好的食品天然防腐剂应用。曾莹等[60]对荸荠皮中抗菌物质的提取条件进行了研究，结果表明，浸提剂乙酸/乙醇溶液，液固比12∶1，浸提温度30～37℃，浸提时间3～6 h，浸提处理1次的条件下制备的荸荠皮提取物，可获得较好的效果。赵力超等[61]对荸荠功能组分在荸荠糕防腐保鲜中的应用进行了初探。其用滤纸片法考察了荸荠功能组分BQ的抑菌谱，结果表明，BQ有较强的抑菌能力，对细菌的抑制能力大于霉菌和酵母菌。当添加量为0.5%时，已经和0.1%的山梨酸钾的防腐保鲜能力相当，能将荸荠糕的保质期延长至7 d。
荸荠英（Puchiin）是荸荠（Eleocharis dulcis，Chinese Water Chestnut /CWC）中含有的能够抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、霉菌和酵母菌等的抑菌物质，在果皮与果肉之间的部位富集较多，民间将其称作荸荠黄。刘欣等[62]进行了荸荠英抑菌成分活性跟踪方法的研究，将荸荠英粗提物乙酸乙酯部分分离得到6个活性组分。潘磊庆等[63]研究结果表明，荸荠英提取物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、藤黄微球菌、枯草芽孢杆菌均有抑制作用，其中对金黄色葡萄球菌的抑制作用最强，且持续性好。荸荠英提取物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、藤黄微球菌的抑制作用高于1%的山梨酸钾溶液，而对枯草芽孢杆菌的抑制作用与山梨酸钾比较接近；利用荸荠英提取物能有效防止彩色水果番茄贮藏过程中由根霉和链格孢引起的腐烂，与根霉相比，荸荠英提取物对链格孢的抑制效果更好。
黄华等[64]对荸荠皮总提取物多组分的协同抗氧化能力研究，利用不同溶剂提取获得荸荠皮多种总提取物，研究不同提取物的总还原能力及对DPPH和羟自由基的清除能力。结果表明，乙醇总提取物清除自由基的作用最强，不同溶剂提取物清除能力具有量效关系，同时多种组分间存在着一定的相互协同作用，并利用薄层层析初步分析了总提取物中的黄酮种类。
③荸荠皮膳食纤维提取研究 赵力超等[65]研究了α-淀粉酶与NaOH共同提取荸荠皮膳食纤维的工艺流程，酶化学法在α-淀粉酶用量0.2 mL/g、酶解时间1.5 h、NaOH浓度2%、NaOH用量20 mL、碱解温度50℃、碱解时间1.5 h的条件下，荸荠皮膳食纤维的得率为29.45%，产品纯度为93.30%，各项指标均优于化学法。
④其他研究与应用 陈国平等[66]研究利用荸荠罐头下脚料进行酸水解、硝酸催化氧化生产草酸，方法简单，收率约为47%，有一定的经济效益、环境效益和社会效益。毛献萍等[67]进行了荸荠皮干粉颗粒吸附重金属Cr的特点及能力研究。结果表明，荸荠皮干粉颗粒对水溶液中Cr6+、Cr3+具有较好的吸附能力，吸附过程符合Langmuir吸附等温热力学模型和伪二级动力学模型。
5 展望
我国拥有丰富的荸荠资源，目前在荸荠种质资源保护、组培育苗、脱毒、病虫害防治生产研究取得一系列成果，在原料采收、加工技术连续化以及下脚料综合研究方面取得较大的进展。但不可否认目前还存在一些关键技术的盲点及现有技术走向产业化的瓶颈。如，如何通过育种和田间管理提高大荸荠（直径32 mm）的比例，以利后续加工出口；如何在荸荠大面积种植过程中继续更好地研究“荸荠瘟”等重大病虫害综合防治，如何在荸荠脱毒研究和推广方面进一步深入；如何克服原料加工集中度不高，荸荠皮和可利用废水浪费严重的问题，如对残留在荸荠原渣里的淀粉，经过压滤脱水后可使荸荠出粉率从11%提高到了13%以上，将废水浓缩约10倍，营养成分含量可与20%鲜荸荠汁的成分接近，具有很高的回收利用价值；如何把荸荠皮果皮色素的提取及荸荠中功效成分、抗菌成分的分离提取从实验室阶段进入产业化阶段。相信在不远的将来，经过院所和工厂的共同努力，会出现新的突破。
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