电子束辐照对槟榔芋贮藏效果的影响

孙大洋 - 商飞飞 - 潘中田 - 谢玉花 - 刘 艳 邓春丽 - 宋慕波 - 段振华 -

(1. 大连工业大学食品学院，辽宁 大连 116034；2. 贺州学院食品科学与工程技术研究院，广西 贺州 548299)

槟榔芋又名香芋、荔浦芋、福鼎芋，是天南星科茎块类多年生作物，为中国重要的特色农产品之一[1]。目前，传统的贮藏方法有田间埋藏法[2]、窖藏法、室内贮藏法。这些传统方法只能帮助芋头过冬，当气温升高、湿度变大时，槟榔芋会出现腐烂、发芽、干瘪等现象；而冷库贮藏仅30 d 左右就有>10%的槟榔芋出现腐烂。孙志栋等[3]研究发现保鲜剂(1-MCP)结合中厚度PE保鲜袋于14 ℃贮藏对槟榔芋的保鲜效果良好；张海珍[4]用1.0 μL/L 1-MCP 配合10.0 g/L壳聚糖处理靖江香沙芋，可维持香沙芋的重量、减缓褐变、防止腐烂病、延长芋头的货架期2个月左右；魏秋羽等[5]研究发现用1-MCP处理后采用纳米包装，能有效维持香荷芋的良好色泽、显著降低多酚氧化酶活性、减少失水性和衰老、提高贮藏品质；汪敏等[6]研究发现0.2～0.5 kGy的γ射线辐照处理能有效抑制芋头的发芽，获得良好的贮藏效果。

辐照加工技术是当今重要的、产业化应用相对成熟的一项“冷杀菌技术”[7]。目前应用于果蔬方面的辐照技术主要为60Co、137Cs、γ射线、电子束、脉冲光、短波紫外线等。美国FDA规定，大部分果蔬的辐照最大剂量不应超过1 kGy，仅对新鲜菠菜和生菜解除控制[8]。辐照技术在食品贮藏保鲜的应用主要为保持食品的新鲜度，包括果蔬及其产品、食用菌、畜禽肉类、调味品等；抑制果蔬谷类的发芽及病虫害的侵染；延长食品货架期，提高食品的卫生质量[9]。目前已成功应用于玉米[10]、稻米[11]、洋葱[12]等果蔬保鲜。试验拟以槟榔芋为研究对象，研究电子束辐照对槟榔芋贮藏效果以及可溶性蛋白、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽还原酶(GR)、过氧化物酶(POD)酶活性等生理指标的影响，以期为电子束辐照技术在槟榔芋贮藏保鲜中的应用提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

槟榔芋：2019年2月23日从广西贺州市金泰农产品物流园购买的贺州香芋，经处理后冷藏备用；

可溶性蛋白、过氧化物酶(POD)、谷胱甘肽还原酶(GR)、过氧化氢酶(CAT)等：南京建成生物科技公司。

1.2 仪器与设备

电子直线加速器：IS10/20型，清华大学同方威视技术股份有限公司；

电子天平：YP1201N型，上海天平仪器总厂；

色差仪：CR-400型，柯尼卡美能达(中国)投资有限公司；

物性测定仪：Plus型，英国Stable Micro System公司；

紫外—可见分光光度计：UV-1780型，岛津仪器(苏州)有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 槟榔芋预处理 选取广西贺州本地产具有明显槟榔纹和特征香气的贺州香芋，采挖、阴干、剔除受伤芋头、朔料编织袋包装处理后冷藏备用。

1.3.2 辐照处理 辐照剂量分别为0.0，0.1，0.3，0.5，0.7，1.0 kGy，辐照后贮藏于13 ℃冷库，每隔10 d取样进行分析测试。

1.3.3 腐烂率的测定 每次选取50个芋头，记录出现腐烂的槟榔芋个数[13]。按式(1)计算腐烂率。

(1)

式中：

C——腐烂率，%；

n1——槟榔芋的腐烂数量；

n2——总槟榔芋数。

1.3.4 失重率的测定 每次选取10个大小均匀的槟榔芋并标记，于2 min内称重，按式(2)计算失重率。

(2)

式中：

W——失重率，%；

M1——槟榔芋贮前质量，g；

M2——槟榔芋贮后质量，g。

1.3.5 硬度的测定 每次选取3个芋头，将槟榔芋洗净后去头去尾，从中间横切取约20 mm的芋头茎块。采用物性测定仪进行测定，使用P2探头，测前速度1 mm/s，测试速度2 mm/s，测后速度10 mm/s，穿刺距离20 mm。

(3)

1.3.7 感官品质评价 选取辐照后贮藏30，60 d的槟榔芋进行蒸煮试验，由随机挑选的10名感官评判员按表1的评分标准分别对蒸煮后的香气、质地、口感、喜爱程度、糯性等指标进行感官评价。

表1 感官评分标准

1.3.8 槟榔芋的发芽情况 分别于贮藏的第10，20，30，40，50天统计各辐照组的发芽情况。

1.3.9 样品的制备 参照曹建康等[15]的方法配置0.1 mol/L 磷酸缓冲液。将样品与pH=7.3的缓冲溶液按1∶10 (g/mL)混合，4 ℃冰浴研磨匀浆、冷冻离心取上清液冷藏保存，待测。

1.3.10 可溶性蛋白含量的测定 采用考马斯亮蓝法[16]。

1.3.11 酶活性的测定 过氧化物酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽还原酶均参考南京建成生物科技公司试剂盒的方法。

1.3.12 数据统计分析 每组试验分别设置3个重复，试验数据用Excel软件录入，使用Origin 9.1软件进行绘图，采用SPSS 17.0进行多个独立数据检验，统计学P<0.05 为差异性显著。

2 结果与分析

2.1 对槟榔芋腐烂率的影响

由图1可知，腐烂率随贮藏时间的递增呈线性上升趋势。贮藏50 d后，未经电子束辐照的槟榔芋腐烂率为29.33%，0.7 kGy以下辐照剂量处理组槟榔芋腐烂率均低于对照组，其中0.1 kGy辐照剂量下的腐烂率为15.33%，相对于对照组降低了14%，且与对照组有极显著性差异(P<0.01)。当辐照剂量为1.0 kGy时，贮藏30 d后的腐烂率急速上升，最终高达32.67%，高于对照组但差异不显著(P>0.05)，可能是高剂量的辐照对槟榔芋茎块产生了损伤。因此，利用低于0.7 kGy辐照剂量电子束处理槟榔芋，可降低冷藏槟榔芋的腐烂率并延长其贮藏期。目前，辐照技术在农产品食品领域的应用越来越广泛，充分展现其杀菌、杀虫、抑制发芽和延长货架期的作用，例如，杏仁[17]、蓝莓[18]和人参[19]等。随着贮藏时间的延长槟榔芋会不断受到微生物的侵染致使其生病腐烂，经电子束辐照后，低温贮藏50 d的槟榔芋其腐烂率要比对照组低，其中0.1 kGy和0.3 kGy辐照剂量效果最好，比对照组的槟榔芋腐烂率降低14.00%和13.57%。但是当辐照剂量高达1 kGy时其腐烂率反而要比对照组高，可能是高剂量的辐照对槟榔芋茎块产生损伤。

图1 电子束辐照对槟榔芋腐烂率的影响

2.2 对槟榔芋失重率的影响

由图2可知，随着贮藏时间的增加，水分严重损失，失重率下降得更快；而经电子束辐照后，失重率的增加速度减缓，水分损失降低。当贮藏时间为0～30 d时，对照组与辐照组的槟榔芋失重率差异不显著(P>0.05)；当贮藏时间>30 d时，对照组失重率加快，而电子束辐照组的失重率增长明显减缓；当贮藏时间为50 d时，对照组失重率为8.91%，0.1～1.0 kGy辐照剂量组失重率均低于对照组，其中0.1～0.5 kGy处理组的效果最好，且与对照组差异显著(P<0.05)。水分损失是影响槟榔芋贮藏效果的主要因素，同时水分损失还会影响槟榔芋的口感和鲜度，经电子束辐照处理50 d时，槟榔芋的失重率仍保持在较好水平，说明辐照能维持槟榔芋的水分和重量的下降，其中0.1～0.5 kGy效果最好；

图2 电子束辐照对槟榔芋失重率的影响

2.3 对槟榔芋硬度的影响

由图3可知，硬度随贮藏时间的延长逐渐下降，当贮藏时间为50 d时，经电子束辐照处理的槟榔芋硬度均高于对照组，一定程度上缓解了槟榔芋的失水干软。其中0.1～0.7 kGy剂量组的硬度与对照组的差异显著(P<0.05)，而1.0 kGy剂量组的槟榔芋硬度与对照组无显著性差异(P>0.05)，故电子束辐照处理能较好地保持贮藏期槟榔芋的硬度。

图3 电子束辐照对槟榔芋硬度的影响

2.4 对槟榔芋色差的影响

由表2可知，电子束辐照对槟榔芋色差有轻微的影响，能降低槟榔芋色差值的增加，维持良好的颜色，无显著性差异(P>0.05)。槟榔芋色差值随贮藏时间的增加而缓慢增加，但差异不显著。因此，经电子束低剂量辐照处理后，槟榔芋茎块色泽变化差异不明显，均在较理想的范围之内。

表2 电子束辐照处理对槟榔芋色差的影响†

2.5 对槟榔芋食用品质的影响

由表3、4可知，贮藏30 d后，电子束辐照组槟榔芋的食用品质与对照组有略微差别，其感官品质随辐照剂量的增加而略有所下降。贮藏60 d后，香气、质地和喜爱程度方面，0.1，0.3 kGy剂量组与对照组差异较小(P>0.05)，糯性和口感则均与对照组差异显著(P<0.05)。贮藏60 d后无论是否辐照的槟榔芋，其食用品质都有所下降，表明贮藏过程中由于水分及其他物质的流失和缓慢氧化，其食用品质均慢慢下降。

表3 贮藏30 d后槟榔芋的感官品质†

2.6 对槟榔芋发芽的影响

由表5可知，对照组槟榔芋在贮藏第10天开始发芽，随着贮藏时间的延长，其发芽的情况越来越多，贮藏50 d后均已发芽；0.1 kGy剂量组在贮藏第40天时有少量发芽，贮藏50 d后其发芽情况未增加；0.3 kGy剂量组仅在贮藏第50天时检测到少量萌芽点，长势不旺盛；0.5 kGy 以下剂量组在试验观察期内未检测到发芽情况，与汪敏等[10]的结果一致。说明辐照能有效地抑制槟榔芋在贮藏期内的发芽，减少因发芽带来的失重、淀粉损失和品质下降。

表4 贮藏60 d后槟榔芋的感官品质†

表5 电子束辐照对槟榔芋发芽的影响†

2.7 对槟榔芋中可溶性蛋白含量的影响

由图4可知，辐照组可溶性蛋白整体变化并不明显，贮藏12 d的较贮藏9 d略微升高，随后又慢慢降低，且各剂量组间差异不显著，说明电子束辐照对槟榔芋的可溶性蛋白质含量影响不大，与翟龙等[20-21]的结论一致。

图4 电子束辐照对可溶性蛋白含量的影响

2.8 对槟榔芋中过氧化物酶(POD)活性的影响

由图5可知，贮藏3 d时，辐照组的POD活性突然加速上升达到峰值，且随辐照剂量的增大而增加，可能是槟榔芋受到辐照刺激后，其自身对外界刺激作出的应答反应；随着贮藏时间的增加，POD活性又缓慢恢复，第9天时恢复至最初水平，但电子束辐照组的酶活性仍高于对照组，说明电子束辐照对POD活性有激活作用；贮藏第15天，0.5 kGy剂量组的酶活性最高，比对照组高22.5%且差异显著(P<0.05)，1.0 kGy剂量组的酶活性最低，仅比对照组高5.7%且差异不显著(P>0.05)；贮藏期间，1.0 kGy 辐照剂量组的POD酶活性变化幅度最大，可能是因为高剂量辐照对槟榔芋的刺激胁迫严重所导致的。POD作用比较多，一方面是对辐照外来胁迫的应激作用，加速果实衰老，一方面是促进H2O2分解，延迟果实衰老，试验中电子束辐照对槟榔芋POD活性有一定的激活作用，低剂量的辐照能使POD活性在一个相对较高的水平，有利于清除自由基、活性氧等，延缓果实衰老，与辐照保藏在椪柑[22]、大樱桃[23]等方面的结论相同。

2.9 对槟榔芋中谷胱甘肽还原酶(GR)活性的影响

由图6可知，槟榔芋中GR酶活性随贮藏时间的延长呈下降趋势，0.1，0.3，0.5 kGy剂量组在高位运行，说明低剂量辐照处理对槟榔芋GR酶活性有刺激作用，较对照组下降趋势缓慢；贮藏第6天，对照组与辐照组差异不显著(P>0.05)；贮藏第9天，1.0 kGy剂量组的GR酶活性突然下降，然后趋于稳定；贮藏第15天，0.1～0.7 kGy辐照剂量组的GR活性高于对照组，且差异显著(P<0.05)，说明低剂量的电子束辐照能刺激谷胱甘肽还原酶活力的增加，而1.0 kGy辐照组在贮藏第15天的GR酶活性低于对照组，但差异不显著(P>0.05)。谷胱甘肽还原酶与植物的抗逆性密切相关，并且通过抗坏血酸—谷胱甘肽循环参与清除植物中多余的ROS，0.1～0.7 kGy剂量的电子束辐照能延缓谷胱甘肽还原酶能力的降低，但是辐照达到1.0 kGy时GR活性要比对照组的活性低，起不到相应的抗氧化作用。

图6 电子束辐照对谷胱甘肽还原酶活性的影响

2.10 对槟榔芋中过氧化氢酶(CAT)活性的影响

由图7可知，辐照组槟榔芋的CAT活性随贮藏时间的增加先升高后下降，对照组则缓慢下降；贮藏第15天，辐照组槟榔芋的CAT活性均高于对照组，且差异显著(P<0.05)，说明辐照后槟榔芋块茎内过氧化氢酶活性更高，槟榔芋通过自身调控来清除因辐射氧化而产生的自由基。槟榔芋块茎内过氧化氢酶活性要比未辐照的高，其中0.1～0.3 kGy剂量活性最高，抗氧化效果最好。

图7 电子束辐照对过氧化氢酶活性的影响

3 结论

0.1～0.5 kGy的辐照剂量处理结合10～15 ℃的低温贮藏可使槟榔芋的贮藏效果最佳，其腐烂率、失重率较低，感官品质基本不受影响，槟榔芋块茎中的可溶性蛋白含量、过氧化物酶、谷胱甘肽还原酶和过氧化氢酶活性有浮动变化，但均维持在生理可接受水平。但是当辐照剂量超过1.0 kGy后，槟榔芋腐烂率会上升，部分酶的活性会降低，可能是因为高剂量对槟榔芋的损伤作用，未来或需从细胞层面来验证是否是高剂量辐照对细胞造成破坏导致的腐烂率上升。