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(shí)，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(gè)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(xiàng)“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(yàn)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(yàn)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(jì)：UV-1780型，島津儀器(蘇州)有限公司。

1.3 試驗(yàn)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(gè)芋頭，記錄出現(xiàn)腐爛的檳榔芋個(gè)數(shù)[13]。按式(1)計(jì)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(gè)大小均勻的檳榔芋并標(biāo)記，于2 min內(nèi)稱重，按式(2)計(jì)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(gè)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(jià) 選取輻照后貯藏30，60 d的檳榔芋進(jìn)行蒸煮試驗(yàn)，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(jià)。

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(jì)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(jì)分析 每組試驗(yàn)分別設(shè)置3個(gè)重復(fù)，試驗(yàn)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(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)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(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)間為0～30 d時(shí)，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(shí)間>30 d時(shí)，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(shí)間為50 d時(shí)，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(shí)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(shí)，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(shí)間的延長逐漸下降，當(dāng)貯藏時(shí)間為50 d時(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)檢測到少量萌芽點(diǎn)，長勢不旺盛；0.5 kGy 以下劑量組在試驗(yàn)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(shí)，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(shí)間的增加，POD活性又緩慢恢復(fù)，第9天時(shí)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?yàn)楦邉┝枯椪諏壚朴蟮拇碳っ{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(shí)衰老，一方面是促進(jìn)H2O2分解，延遲果實(shí)衰老，試驗(yàn)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(gè)相對較高的水平，有利于清除自由基、活性氧等，延緩果實(shí)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(shí)間的延長呈下降趨勢，0.1，0.3，0.5 kGy劑量組在高位運(yùn)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(shí)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(shí)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?yàn)楦邉┝繉壚朴蟮膿p傷作用，未來或需從細(xì)胞層面來驗(yàn)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。