電子束輻照對檳榔芋貯藏效果的影響

孫大洋 - 商飛飛 - 潘中田 - 謝玉花 - 劉 艷 鄧春麗 - 宋慕波 - 段振華 -

(1. 大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧 大連 116034；2. 賀州學(xué)院食品科學(xué)與工程技術(shù)研究院，廣西 賀州 548299)

檳榔芋又名香芋、荔浦芋、福鼎芋，是天南星科莖塊類多年生作物，為中國重要的特色農(nóng)產(chǎn)品之一[1]。目前，傳統(tǒng)的貯藏方法有田間埋藏法[2]、窖藏法、室內(nèi)貯藏法。這些傳統(tǒng)方法只能幫助芋頭過冬，當(dāng)氣溫升高、濕度變大時，檳榔芋會出現(xiàn)腐爛、發(fā)芽、干癟等現(xiàn)象；而冷庫貯藏僅30 d 左右就有>10%的檳榔芋出現(xiàn)腐爛。孫志棟等[3]研究發(fā)現(xiàn)保鮮劑(1-MCP)結(jié)合中厚度PE保鮮袋于14 ℃貯藏對檳榔芋的保鮮效果良好；張海珍[4]用1.0 μL/L 1-MCP 配合10.0 g/L殼聚糖處理靖江香沙芋，可維持香沙芋的重量、減緩褐變、防止腐爛病、延長芋頭的貨架期2個月左右；魏秋羽等[5]研究發(fā)現(xiàn)用1-MCP處理后采用納米包裝，能有效維持香荷芋的良好色澤、顯著降低多酚氧化酶活性、減少失水性和衰老、提高貯藏品質(zhì)；汪敏等[6]研究發(fā)現(xiàn)0.2～0.5 kGy的γ射線輻照處理能有效抑制芋頭的發(fā)芽，獲得良好的貯藏效果。

輻照加工技術(shù)是當(dāng)今重要的、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用相對成熟的一項“冷殺菌技術(shù)”[7]。目前應(yīng)用于果蔬方面的輻照技術(shù)主要為60Co、137Cs、γ射線、電子束、脈沖光、短波紫外線等。美國FDA規(guī)定，大部分果蔬的輻照最大劑量不應(yīng)超過1 kGy，僅對新鮮菠菜和生菜解除控制[8]。輻照技術(shù)在食品貯藏保鮮的應(yīng)用主要為保持食品的新鮮度，包括果蔬及其產(chǎn)品、食用菌、畜禽肉類、調(diào)味品等；抑制果蔬谷類的發(fā)芽及病蟲害的侵染；延長食品貨架期，提高食品的衛(wèi)生質(zhì)量[9]。目前已成功應(yīng)用于玉米[10]、稻米[11]、洋蔥[12]等果蔬保鮮。試驗擬以檳榔芋為研究對象，研究電子束輻照對檳榔芋貯藏效果以及可溶性蛋白、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽還原酶(GR)、過氧化物酶(POD)酶活性等生理指標(biāo)的影響，以期為電子束輻照技術(shù)在檳榔芋貯藏保鮮中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

檳榔芋：2019年2月23日從廣西賀州市金泰農(nóng)產(chǎn)品物流園購買的賀州香芋，經(jīng)處理后冷藏備用；

可溶性蛋白、過氧化物酶(POD)、谷胱甘肽還原酶(GR)、過氧化氫酶(CAT)等：南京建成生物科技公司。

1.2 儀器與設(shè)備

電子直線加速器：IS10/20型，清華大學(xué)同方威視技術(shù)股份有限公司；

電子天平：YP1201N型，上海天平儀器總廠；

色差儀：CR-400型，柯尼卡美能達(dá)(中國)投資有限公司；

物性測定儀：Plus型，英國Stable Micro System公司；

紫外—可見分光光度計：UV-1780型，島津儀器(蘇州)有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 檳榔芋預(yù)處理 選取廣西賀州本地產(chǎn)具有明顯檳榔紋和特征香氣的賀州香芋，采挖、陰干、剔除受傷芋頭、朔料編織袋包裝處理后冷藏備用。

1.3.2 輻照處理 輻照劑量分別為0.0，0.1，0.3，0.5，0.7，1.0 kGy，輻照后貯藏于13 ℃冷庫，每隔10 d取樣進(jìn)行分析測試。

1.3.3 腐爛率的測定 每次選取50個芋頭，記錄出現(xiàn)腐爛的檳榔芋個數(shù)[13]。按式(1)計算腐爛率。

(1)

式中：

C——腐爛率，%；

n1——檳榔芋的腐爛數(shù)量；

n2——總檳榔芋數(shù)。

1.3.4 失重率的測定 每次選取10個大小均勻的檳榔芋并標(biāo)記，于2 min內(nèi)稱重，按式(2)計算失重率。

(2)

式中：

W——失重率，%；

M1——檳榔芋貯前質(zhì)量，g；

M2——檳榔芋貯后質(zhì)量，g。

1.3.5 硬度的測定 每次選取3個芋頭，將檳榔芋洗凈后去頭去尾，從中間橫切取約20 mm的芋頭莖塊。采用物性測定儀進(jìn)行測定，使用P2探頭，測前速度1 mm/s，測試速度2 mm/s，測后速度10 mm/s，穿刺距離20 mm。

(3)

1.3.7 感官品質(zhì)評價 選取輻照后貯藏30，60 d的檳榔芋進(jìn)行蒸煮試驗，由隨機(jī)挑選的10名感官評判員按表1的評分標(biāo)準(zhǔn)分別對蒸煮后的香氣、質(zhì)地、口感、喜愛程度、糯性等指標(biāo)進(jìn)行感官評價。

表1 感官評分標(biāo)準(zhǔn)

1.3.8 檳榔芋的發(fā)芽情況 分別于貯藏的第10，20，30，40，50天統(tǒng)計各輻照組的發(fā)芽情況。

1.3.9 樣品的制備 參照曹建康等[15]的方法配置0.1 mol/L 磷酸緩沖液。將樣品與pH=7.3的緩沖溶液按1∶10 (g/mL)混合，4 ℃冰浴研磨勻漿、冷凍離心取上清液冷藏保存，待測。

1.3.10 可溶性蛋白含量的測定 采用考馬斯亮藍(lán)法[16]。

1.3.11 酶活性的測定 過氧化物酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽還原酶均參考南京建成生物科技公司試劑盒的方法。

1.3.12 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 每組試驗分別設(shè)置3個重復(fù)，試驗數(shù)據(jù)用Excel軟件錄入，使用Origin 9.1軟件進(jìn)行繪圖，采用SPSS 17.0進(jìn)行多個獨立數(shù)據(jù)檢驗，統(tǒng)計學(xué)P<0.05 為差異性顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 對檳榔芋腐爛率的影響

由圖1可知，腐爛率隨貯藏時間的遞增呈線性上升趨勢。貯藏50 d后，未經(jīng)電子束輻照的檳榔芋腐爛率為29.33%，0.7 kGy以下輻照劑量處理組檳榔芋腐爛率均低于對照組，其中0.1 kGy輻照劑量下的腐爛率為15.33%，相對于對照組降低了14%，且與對照組有極顯著性差異(P<0.01)。當(dāng)輻照劑量為1.0 kGy時，貯藏30 d后的腐爛率急速上升，最終高達(dá)32.67%，高于對照組但差異不顯著(P>0.05)，可能是高劑量的輻照對檳榔芋莖塊產(chǎn)生了損傷。因此，利用低于0.7 kGy輻照劑量電子束處理檳榔芋，可降低冷藏檳榔芋的腐爛率并延長其貯藏期。目前，輻照技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品食品領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，充分展現(xiàn)其殺菌、殺蟲、抑制發(fā)芽和延長貨架期的作用，例如，杏仁[17]、藍(lán)莓[18]和人參[19]等。隨著貯藏時間的延長檳榔芋會不斷受到微生物的侵染致使其生病腐爛，經(jīng)電子束輻照后，低溫貯藏50 d的檳榔芋其腐爛率要比對照組低，其中0.1 kGy和0.3 kGy輻照劑量效果最好，比對照組的檳榔芋腐爛率降低14.00%和13.57%。但是當(dāng)輻照劑量高達(dá)1 kGy時其腐爛率反而要比對照組高，可能是高劑量的輻照對檳榔芋莖塊產(chǎn)生損傷。

圖1 電子束輻照對檳榔芋腐爛率的影響

2.2 對檳榔芋失重率的影響

由圖2可知，隨著貯藏時間的增加，水分嚴(yán)重?fù)p失，失重率下降得更快；而經(jīng)電子束輻照后，失重率的增加速度減緩，水分損失降低。當(dāng)貯藏時間為0～30 d時，對照組與輻照組的檳榔芋失重率差異不顯著(P>0.05)；當(dāng)貯藏時間>30 d時，對照組失重率加快，而電子束輻照組的失重率增長明顯減緩；當(dāng)貯藏時間為50 d時，對照組失重率為8.91%，0.1～1.0 kGy輻照劑量組失重率均低于對照組，其中0.1～0.5 kGy處理組的效果最好，且與對照組差異顯著(P<0.05)。水分損失是影響檳榔芋貯藏效果的主要因素，同時水分損失還會影響檳榔芋的口感和鮮度，經(jīng)電子束輻照處理50 d時，檳榔芋的失重率仍保持在較好水平，說明輻照能維持檳榔芋的水分和重量的下降，其中0.1～0.5 kGy效果最好；

圖2 電子束輻照對檳榔芋失重率的影響

2.3 對檳榔芋硬度的影響

由圖3可知，硬度隨貯藏時間的延長逐漸下降，當(dāng)貯藏時間為50 d時，經(jīng)電子束輻照處理的檳榔芋硬度均高于對照組，一定程度上緩解了檳榔芋的失水干軟。其中0.1～0.7 kGy劑量組的硬度與對照組的差異顯著(P<0.05)，而1.0 kGy劑量組的檳榔芋硬度與對照組無顯著性差異(P>0.05)，故電子束輻照處理能較好地保持貯藏期檳榔芋的硬度。

圖3 電子束輻照對檳榔芋硬度的影響

2.4 對檳榔芋色差的影響

由表2可知，電子束輻照對檳榔芋色差有輕微的影響，能降低檳榔芋色差值的增加，維持良好的顏色，無顯著性差異(P>0.05)。檳榔芋色差值隨貯藏時間的增加而緩慢增加，但差異不顯著。因此，經(jīng)電子束低劑量輻照處理后，檳榔芋莖塊色澤變化差異不明顯，均在較理想的范圍之內(nèi)。

表2 電子束輻照處理對檳榔芋色差的影響?

2.5 對檳榔芋食用品質(zhì)的影響

由表3、4可知，貯藏30 d后，電子束輻照組檳榔芋的食用品質(zhì)與對照組有略微差別，其感官品質(zhì)隨輻照劑量的增加而略有所下降。貯藏60 d后，香氣、質(zhì)地和喜愛程度方面，0.1，0.3 kGy劑量組與對照組差異較小(P>0.05)，糯性和口感則均與對照組差異顯著(P<0.05)。貯藏60 d后無論是否輻照的檳榔芋，其食用品質(zhì)都有所下降，表明貯藏過程中由于水分及其他物質(zhì)的流失和緩慢氧化，其食用品質(zhì)均慢慢下降。

表3 貯藏30 d后檳榔芋的感官品質(zhì)?

2.6 對檳榔芋發(fā)芽的影響

由表5可知，對照組檳榔芋在貯藏第10天開始發(fā)芽，隨著貯藏時間的延長，其發(fā)芽的情況越來越多，貯藏50 d后均已發(fā)芽；0.1 kGy劑量組在貯藏第40天時有少量發(fā)芽，貯藏50 d后其發(fā)芽情況未增加；0.3 kGy劑量組僅在貯藏第50天時檢測到少量萌芽點，長勢不旺盛；0.5 kGy 以下劑量組在試驗觀察期內(nèi)未檢測到發(fā)芽情況，與汪敏等[10]的結(jié)果一致。說明輻照能有效地抑制檳榔芋在貯藏期內(nèi)的發(fā)芽，減少因發(fā)芽帶來的失重、淀粉損失和品質(zhì)下降。

表4 貯藏60 d后檳榔芋的感官品質(zhì)?

表5 電子束輻照對檳榔芋發(fā)芽的影響?

2.7 對檳榔芋中可溶性蛋白含量的影響

由圖4可知，輻照組可溶性蛋白整體變化并不明顯，貯藏12 d的較貯藏9 d略微升高，隨后又慢慢降低，且各劑量組間差異不顯著，說明電子束輻照對檳榔芋的可溶性蛋白質(zhì)含量影響不大，與翟龍等[20-21]的結(jié)論一致。

圖4 電子束輻照對可溶性蛋白含量的影響

2.8 對檳榔芋中過氧化物酶(POD)活性的影響

由圖5可知，貯藏3 d時，輻照組的POD活性突然加速上升達(dá)到峰值，且隨輻照劑量的增大而增加，可能是檳榔芋受到輻照刺激后，其自身對外界刺激作出的應(yīng)答反應(yīng)；隨著貯藏時間的增加，POD活性又緩慢恢復(fù)，第9天時恢復(fù)至最初水平，但電子束輻照組的酶活性仍高于對照組，說明電子束輻照對POD活性有激活作用；貯藏第15天，0.5 kGy劑量組的酶活性最高，比對照組高22.5%且差異顯著(P<0.05)，1.0 kGy劑量組的酶活性最低，僅比對照組高5.7%且差異不顯著(P>0.05)；貯藏期間，1.0 kGy 輻照劑量組的POD酶活性變化幅度最大，可能是因為高劑量輻照對檳榔芋的刺激脅迫嚴(yán)重所導(dǎo)致的。POD作用比較多，一方面是對輻照外來脅迫的應(yīng)激作用，加速果實衰老，一方面是促進(jìn)H2O2分解，延遲果實衰老，試驗中電子束輻照對檳榔芋POD活性有一定的激活作用，低劑量的輻照能使POD活性在一個相對較高的水平，有利于清除自由基、活性氧等，延緩果實衰老，與輻照保藏在椪柑[22]、大櫻桃[23]等方面的結(jié)論相同。

2.9 對檳榔芋中谷胱甘肽還原酶(GR)活性的影響

由圖6可知，檳榔芋中GR酶活性隨貯藏時間的延長呈下降趨勢，0.1，0.3，0.5 kGy劑量組在高位運行，說明低劑量輻照處理對檳榔芋GR酶活性有刺激作用，較對照組下降趨勢緩慢；貯藏第6天，對照組與輻照組差異不顯著(P>0.05)；貯藏第9天，1.0 kGy劑量組的GR酶活性突然下降，然后趨于穩(wěn)定；貯藏第15天，0.1～0.7 kGy輻照劑量組的GR活性高于對照組，且差異顯著(P<0.05)，說明低劑量的電子束輻照能刺激谷胱甘肽還原酶活力的增加，而1.0 kGy輻照組在貯藏第15天的GR酶活性低于對照組，但差異不顯著(P>0.05)。谷胱甘肽還原酶與植物的抗逆性密切相關(guān)，并且通過抗壞血酸—谷胱甘肽循環(huán)參與清除植物中多余的ROS，0.1～0.7 kGy劑量的電子束輻照能延緩谷胱甘肽還原酶能力的降低，但是輻照達(dá)到1.0 kGy時GR活性要比對照組的活性低，起不到相應(yīng)的抗氧化作用。

圖6 電子束輻照對谷胱甘肽還原酶活性的影響

2.10 對檳榔芋中過氧化氫酶(CAT)活性的影響

由圖7可知，輻照組檳榔芋的CAT活性隨貯藏時間的增加先升高后下降，對照組則緩慢下降；貯藏第15天，輻照組檳榔芋的CAT活性均高于對照組，且差異顯著(P<0.05)，說明輻照后檳榔芋塊莖內(nèi)過氧化氫酶活性更高，檳榔芋通過自身調(diào)控來清除因輻射氧化而產(chǎn)生的自由基。檳榔芋塊莖內(nèi)過氧化氫酶活性要比未輻照的高，其中0.1～0.3 kGy劑量活性最高，抗氧化效果最好。

圖7 電子束輻照對過氧化氫酶活性的影響

3 結(jié)論

0.1～0.5 kGy的輻照劑量處理結(jié)合10～15 ℃的低溫貯藏可使檳榔芋的貯藏效果最佳，其腐爛率、失重率較低，感官品質(zhì)基本不受影響，檳榔芋塊莖中的可溶性蛋白含量、過氧化物酶、谷胱甘肽還原酶和過氧化氫酶活性有浮動變化，但均維持在生理可接受水平。但是當(dāng)輻照劑量超過1.0 kGy后，檳榔芋腐爛率會上升，部分酶的活性會降低，可能是因為高劑量對檳榔芋的損傷作用，未來或需從細(xì)胞層面來驗證是否是高劑量輻照對細(xì)胞造成破壞導(dǎo)致的腐爛率上升。