低劑量輻照鮮核桃冷藏期的生理與品質(zhì)變化

胡海超，劉慧，李晴，馬艷萍，3，*，高智輝

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院，陜西楊凌712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西楊凌712100；3.陜西省經(jīng)濟(jì)植物資源開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌712100）

核桃（Juglans legia L.）又稱胡桃，與扁桃、腰果、榛 子并稱為世界四大干果[1]。核桃富含油酸、亞油酸和亞麻酸等不飽和脂肪酸和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分，被譽(yù)為天然腦黃金[2]。市場上歷來以干制核桃和核桃加工品為主，但其在干制過程中會(huì)導(dǎo)致部分營養(yǎng)物質(zhì)損失[3]。近年來，隨著人們健康意識(shí)的增強(qiáng)，口感更好、營養(yǎng)更加豐富合理[4]、抗氧化能力更強(qiáng)[5]的鮮核桃贏得了逐年趨旺的消費(fèi)市場。然而，鮮核桃水分含量和酶活性較高，易產(chǎn)生發(fā)芽、酸敗和發(fā)霉現(xiàn)象，嚴(yán)重制約其市場的長期需求[6]。因此，維持鮮核桃貯藏品質(zhì)，延長供應(yīng)周期是鮮核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展中亟待解決的問題。

60Coγ輻照是一種安全、環(huán)保、高效的果蔬保鮮新方法，能夠殺死寄生的采后害蟲和微生物，抑制相關(guān)酶活性和呼吸代謝作用，進(jìn)而延緩衰老進(jìn)程[7]，同時(shí)對(duì)果蔬采后發(fā)芽作用顯著[8]，已在板栗、杏仁等干果[9-10]和采后易發(fā)芽果蔬中得到廣泛應(yīng)用[8]。研究發(fā)現(xiàn)，適宜低劑量輻照處理對(duì)果蔬保鮮具有顯著積極作用[7，11]，高劑量輻照可影響果蔬的風(fēng)味和品質(zhì)，甚至加劇酸敗[12]。

課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，輻照可抑制鮮核桃采后萌發(fā)[13-14]，1.0 kGy和5.0 kGy顯著加速風(fēng)味和品質(zhì)劣變，0.5 kGy對(duì)其具有較好保鮮效果[13，15]，但該劑量設(shè)置范圍大，適宜冷藏劑量不夠精準(zhǔn)；此外還對(duì)0.300 kGy以下低劑量處理的冷藏后貨架品質(zhì)變化進(jìn)行了研究，有關(guān)低劑量輻照鮮核桃冷藏期生理與品質(zhì)未見報(bào)道[16]。為進(jìn)一步獲取抑制鮮核桃采后發(fā)芽和保持其良好冷藏品質(zhì)的精確劑量閾值，研究以‘遼核2號(hào)’鮮核桃為材料，選取完全抑制鮮核桃采后發(fā)芽的低劑量（0.075、0.100、0.300、0.500 kGy）處理，監(jiān)測其冷藏期間的生理與品質(zhì)變化，篩選冷藏適宜劑量，為鮮核桃長期供應(yīng)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料

‘遼核2號(hào)’鮮核桃自然成熟時(shí)采于陜西省扶風(fēng)縣杏林鎮(zhèn)，當(dāng)天運(yùn)回西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院植物資源實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行人工脫皮，流動(dòng)水洗凈后置于通風(fēng)處自然風(fēng)干表面水分，挑選大小均勻、無機(jī)械損傷、無病蟲害的核桃待用。

1.2 儀器與設(shè)備

CheCKMate9900 型氣體分析儀：丹麥 PBI.Dansensor公司；Trace GC Uitra氣相色譜儀：美國Thermo Electron公司；UV-1700分光光度計(jì)：日本SHIMADZU公司；A11研磨分析儀：德國IKA公司；TEL7001型二氧化碳檢測儀：美國GE公司。

1.3 方法

1.3.1 試材處理

將核桃置于30 cm×30 cm×30 cm的紙箱中，運(yùn)往西北核工業(yè)研究所進(jìn)行60Cογ射線輻照處理，輻照劑量為 0（CK）、0.075、0.100、0.300、0.500 kGy，采用劑量率為55.56 Gy/min的靜態(tài)輻照工藝。輻照完成后立即運(yùn)回西北農(nóng)林科技大學(xué)進(jìn)行初始樣品取樣，其余樣品于（0±1）℃冷庫預(yù)冷 24 h，采用厚度為 30 μm 的聚乙烯包裝袋進(jìn)行分裝后繼續(xù)于（0±1）℃冷庫中貯藏90 d，每劑量處理24袋，每袋30粒核桃，其中固定3袋用于氣體成分的測定，其余樣品用于其他指標(biāo)的取樣測定。

1.3.2 取樣

分別于冷藏0、30、60、90d隨機(jī)取樣，每處理3袋，剝?nèi)》N仁后立即投入液氮速凍，并于液氮條件下采用研磨分析儀充分研磨成粉末，然后置于-80℃超低溫冰箱貯藏備用。

1.3.3 指標(biāo)的測定

1.3.3.1 好果率

貯藏90 d時(shí)，各處理取樣3袋，觀察核桃種殼、內(nèi)種皮和種仁霉變情況，統(tǒng)計(jì)好果數(shù)。核桃表面未發(fā)霉或發(fā)霉面積1/10以下，且內(nèi)種皮和種仁無任何發(fā)霉現(xiàn)象記為好果，否則記為壞果。

1.3.3.2 氣體成分

參考董慧[17]測定冷藏期間青皮核桃氣體成分的方法略做改進(jìn)。每處理取3袋鮮核桃，將硅膠墊貼于樣品包裝袋上，采用氣體分析儀測定袋內(nèi)的氣體成分，結(jié)果為3個(gè)重復(fù)的平均值。

1.3.3.3 乙烯釋放量的測定

參考董慧[17]測定核桃青皮果實(shí)乙烯釋放量的方法略作改進(jìn)。每組處理隨機(jī)取3袋核桃放于6L的干燥器中密閉6 h，然后通過橡皮塞用注射器抽取樣氣5 mL，利用排水法貯存于10 mL的小玻璃瓶中，用氣相色譜儀測定乙烯含量。色譜條件：Trace GC Uitra氣相色譜儀，2 mol/L不銹鋼填充柱，載氣N2（恒壓40 KPa）；柱溫70℃，進(jìn)樣口溫度7℃，進(jìn)樣量1 mL；氫火焰離子化檢測器溫度150℃，燃?xì)釮2，流速35 mL/min，助燃?xì)怏w空氣，流速350 mL/min。結(jié)果取3個(gè)重復(fù)的平均值。

乙烯釋放量（μL/（kg·h））=a×（V0-V1）/（M×T×1 000）

式中：a為氣相色譜儀的讀數(shù)；V0為干燥器體積，L；V1為果實(shí)體積，L；M 為樣品質(zhì)量，kg；T 為樣品放置時(shí)間，h。

1.3.3.4 品質(zhì)指標(biāo)

粗蛋白含量：參照GB5009.5-2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測定》方法；油樣提?。粎⒄誐exis[18]等的方法略有改動(dòng)，稱取25 g冷凍粉末于100 mL石油醚（沸程30℃～60℃）中浸提24 h，然后置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中進(jìn)行40℃水浴，待石油醚完全蒸發(fā)即得油樣；粗脂肪含量：索氏提取法[19]；過氧化值：參照GB 5009.227-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中過氧化值的測定》。

1.3.3.5 脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）活性和丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量

LOX活性：參照馬艷萍等[20]的方法；MDA含量：采用硫代巴比妥酸法[21]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行整理，采用Sigma plot 12.0作圖，并用SPSS Statistics 18.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。數(shù)據(jù)表示為3個(gè)數(shù)據(jù)平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，采用Duncan’s新復(fù)極差法檢驗(yàn)處理間數(shù)據(jù)在0.01和0.05水平上的差異顯著性。

圖1 低劑量輻照對(duì)包裝袋內(nèi)二氧化碳（A）和氧氣（B）體積分?jǐn)?shù)和乙烯釋放量（C）的影響Fig.1 Effect of low-dose irradiation on carbon dioxide（A）and oxygen（B）concentration in the packages and ethylene release（C）of fresh walnuts

2 結(jié)果與分析

2.1 低劑量輻照對(duì)鮮核桃好果率的影響

經(jīng)統(tǒng)計(jì)與計(jì)算，貯藏結(jié)束時(shí)，CK、0.075、0.100、0.300、0.500 kGy處理鮮核桃的好果率分別為58%、60%、75%、90%和 89%，以 0.100、0.300、0.500 kGy 3種處理的好果率極顯著高于CK（P＜0.01）。表明，0.075 kGy對(duì)鮮核桃貯藏不具優(yōu)勢，其他3種處理對(duì)其霉變有不同程度的抑制作用，以后兩者的效果更優(yōu)。

2.2 低劑量輻照對(duì)鮮核桃包裝內(nèi)氣體成分的影響

低劑量輻照對(duì)鮮核桃包裝內(nèi)氣體成分的影響見圖1。

冷藏期間，鮮核桃包裝內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)整體呈現(xiàn)先上升后下降趨勢（圖1A），O2的體積分?jǐn)?shù)變化趨勢與 CO2相反（圖 1B）。1 d～7 d，CO2的體積分?jǐn)?shù)迅速上升，O2體積分?jǐn)?shù)迅速下降。7 d～24 d時(shí)，兩種氣體的體積分?jǐn)?shù)均趨于穩(wěn)定，CK、0.075、0.100、0.300、0.500 kGy處理包裝袋內(nèi)的CO2體積分?jǐn)?shù)均值分別為4.83%、3.48%、3.90%、2.26%和2.39%，CK極顯著地高于處理（P＜0.01），0.300 kGy和 0.500 kGy極顯著地低于 CK和其他處理（P＜0.01）；CK包裝內(nèi)的O2體積分?jǐn)?shù)略微下降，處理組則有所上升，以CK極顯著低于處理組（P＜0.01），0.300 kGy和 0.500 kGy的 O2體積分?jǐn)?shù)極顯著高于 0.075 kGy和 0.100 kGy處理（P＜0.01），這是由于輻照處理降低了冷藏初期的呼吸強(qiáng)度，從而減少了O2的消耗和 CO2的釋放所致。24 d～90 d，CO2呈現(xiàn)下降趨勢，O2則緩慢上升，是因?yàn)槔洳爻跗诤粑饔玫睦鄯e效果降低了O2濃度，產(chǎn)生膜內(nèi)外氧氣壓力差，又因該包裝膜的自發(fā)氣調(diào)作用，導(dǎo)致外界O2進(jìn)入包裝袋，引起O2體積分?jǐn)?shù)的升高和CO2體積分?jǐn)?shù)的下降[22]。90 d時(shí)，CK和4個(gè)處理組的CO2體積分?jǐn)?shù)分別是1.25%、1.57%、2.40%、0.70%和0.85%，0.300 kGy和0.500 kGy的CO2體積分?jǐn)?shù)顯著低于CK和其他輻照處理（P＜0.05）。表明，0.300 kGy和0.500 kGy輻照處理降低了鮮核桃冷藏期間的呼吸強(qiáng)度，減少了其O2的消耗和CO2的釋放。

2.3 低劑量輻照對(duì)鮮核桃乙烯釋放量的影響

低劑量輻照對(duì)鮮核桃乙烯釋放量的影響見圖1。

鮮核桃冷藏期間的乙烯釋放量呈現(xiàn)先急速下降（0～12 d內(nèi)）后緩慢下降（12 d～30 d）再趨于穩(wěn)定（30 d后）的變化趨勢（圖1C），這與郭園園等[23]對(duì)青皮核桃的研究結(jié)果相似。處理后，CK、0.075、0.100、0.300、0.500 kGy 的乙烯釋放量分別為 23.03、26.20、3.32、15.43、14.82 μL/（kg·h），以0.075 kGy處理顯著高于CK和其他處理（P＜0.05），其他劑量的乙烯釋放量均極顯著低于 CK（P＜0.01），0.300 kGy和 0.500 kGy之間差異不顯著，與青果果實(shí)乙烯釋放量對(duì)輻照的效應(yīng)不同[17]；12 d內(nèi)各處理乙烯釋放量均值的差異性與0 d時(shí)的差異相同，其乙烯生成速度顯著下降是低溫影響果蔬成熟過程的結(jié)果[24]；60 d～90 d時(shí)，各處理的乙烯釋放量略有回升但差異不顯著。表明，0.100、0.300、0.500 kGy處理不同程度的抑制了鮮核桃冷藏期間的乙烯釋放量，延緩其衰老進(jìn)程，與沈碧貞等發(fā)現(xiàn)的60Coγ射線對(duì)蘋果貯藏期間乙烯釋放量的效應(yīng)相同[25]。

2.4 低劑量輻照對(duì)鮮核桃蛋白質(zhì)、脂肪含量和過氧化值的影響

低劑量輻照對(duì)鮮核桃蛋白質(zhì)、脂肪含量和過氧化值的影響見圖2。

圖2 低劑量輻照對(duì)鮮核桃粗蛋白含量（A）、粗脂肪含量（B）和過氧化值（C）的影響Fig.2 Effects of low-dose irradiation on contents of crude protein（A）and fat（B）and peroxide value（C）of fresh walnuts

鮮核桃中富含蛋白質(zhì)，冷藏期間鮮核桃的粗蛋白含量整體呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢（圖2A）。0.300 kGy和0.500 kGy處理的粗蛋白含量在貯藏期間持續(xù)高于CK，除60 d外，與CK的差異均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。表明，0.300 kGy和0.500 kGy輻照處理較好的保存了鮮核桃的粗蛋白含量。

脂肪含量的保存是衡量鮮核桃貯藏品質(zhì)的重要指標(biāo)[26]。鮮核桃的脂肪含量在貯藏期間呈現(xiàn)總體下降趨勢（圖2B）。0 d時(shí)，輻照處理瞬時(shí)促進(jìn)了脂肪含量的增加，以0.075、0.300、0.500 kGy的脂肪含量極顯著高于 CK（P＜0.01）：之后僅在 30 d時(shí)，CK 和 0.075 kGy的脂肪含量出現(xiàn)高峰，且兩處理的脂肪含量極顯著高于其他處理（P＜0.01），二者高峰的出現(xiàn)可能是貯藏期兩種處理失水嚴(yán)重導(dǎo)致脂肪含量相對(duì)增加[20]。貯藏期間，以劑量從小到大順序處理鮮核桃的脂肪含量均值分別為52.67%、53.12%、51.84%、55.98%和54.69%，以0.300 kGy和0.500 kGy的脂肪含量高于CK和其他處理。表明，輻照處理對(duì)抑制鮮核桃脂肪氧化分解具有一定作用，以0.300 kGy和0.500 kGy的效果較佳。

過氧化值是判斷油脂初期氧化程度的指標(biāo)，其增高意味著油脂酸敗程度的加劇[27]。冷藏期間，CK鮮核桃的過氧化值呈現(xiàn)上升趨勢，處理組過氧化值則先下降后上升（圖2C）。0 d時(shí)，以劑量從小到大順序處理鮮核桃的過氧化值分別為0.26、0.29、0.37、0.31、0.30 mmol/kg，處理組過氧化值均高于CK，以0.100 kGy極顯著高于 CK（P＜0.01）；0～30 d 時(shí)，處理組過氧化值迅速下降，而CK迅速上升；30 d～90 d，CK和輻照處理的過氧化值整體呈現(xiàn)上升趨勢，CK的過氧化值持續(xù)顯著高于各輻照處理組（P＜0.05），CK和0.075、0.100、0.300、0.500 kGy 的過氧化值均值分別為0.41、0.29、0.34、0.24、0.27 mmol/kg， 以 0.300 kGy 和0.500 kGy最低。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，30 d以后過氧化值與輻照劑量顯著負(fù)相關(guān)（R=-0.594，P＜0.05）。表明，輻照在處理鮮核桃的初期對(duì)其油脂產(chǎn)生了瞬時(shí)氧化，引起了過氧化值的升高，隨冷藏進(jìn)程的延長該效應(yīng)迅速緩解消除，顯示了抑制脂肪氧化的效應(yīng)，以0.300 kGy和0.500 kGy效果較好。

2.5 低劑量輻照對(duì)鮮核桃LOX活性和MDA含量的影響

低劑量輻照對(duì)鮮核桃LOX活性和MDA含量的影響見圖3。

LOX是引起膜脂過氧化和生成MDA的關(guān)鍵酶。如圖3A所示，CK和0.100 kGy鮮核桃的LOX活性在貯藏期間呈現(xiàn)先上升后下降再上升的趨勢，其他處理總體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。0～30 d，各處理鮮核桃的LOX活性緩慢上升，以CK的LOX活性持續(xù)高于輻照處理；60 d～90 d，CK和0.100 kGy的LOX活性迅速上升，0.075、0.100、0.300 kGy處理組則迅速下降。90 d時(shí)，CK、0.075、0.100、0.300、0.500 kGy 處理的 LOX 活性分別為264、160、360、164、170△OD240/（g·min），CK的LOX活性極顯著高于0.075、0.300和0.500 kGy（P＜0.01）。冷藏期間，五組處理的LOX活性均值分別為257、224、285、227、242△OD240/（g·min），0.075、0.300、0.500 kGy的LOX活性均低于CK。表明，輻照有效抑制了鮮核桃冷藏期間的LOX活性，且抑制效果在冷藏后期更為突出。

MDA是膜脂過氧化作用的終產(chǎn)物，是反應(yīng)細(xì)胞衰老的重要指標(biāo)[28]。如圖3B所示，冷藏期間，CK與輻照鮮核桃的MDA含量變化趨勢差異顯著，CK具有明顯活性高峰，輻照組的MDA含量呈現(xiàn)先下降后上升趨勢。0 d 時(shí)，CK、0.075、0.100、0.300、0.500 kGy輻照處理的 MDA 含量分別為 2.49、2.48、2.99、2.58、2.72 μmol/g，0.100、0.300、0.500 kGy處理短時(shí)對(duì)細(xì)胞膜產(chǎn)生了傷害，這與馬艷萍等[23]前期的研究結(jié)果相似；之后在低溫作用下，CK與輻照核桃的MDA含量下降；30 d～60 d，CK鮮核桃的MDA含量快速上升，60 d時(shí)峰值高達(dá)3.71 μmol/g，至冷藏結(jié)束時(shí)其含量極顯著高于各輻照處理組（P＜0.01）；60 d～90 d，CK 鮮核桃的MDA 含量迅速下降，輻照組MDA含量緩慢上升，各處理的MDA含量均值分別為 3.38、1.88、2.49、2.56、2.43 μmol/g，仍以CK最高。表明，輻照處理有效地抑制了鮮核桃冷藏中后期MDA的生成，進(jìn)而延遲其衰老進(jìn)程。

圖3 低劑量輻照對(duì)鮮核桃LOX活性（A）和MDA（B）含量的影響Fig.3 Effect of low-dose irradiation on LOX activity（A）and MDA content（B）of fresh walnuts

3 結(jié)論

60Сογ射線輻照處理高效、安全，在果蔬中得到較為廣泛的應(yīng)用?！|核2號(hào)’鮮核桃經(jīng)0（CK）、0.075、0.100、0.300、0.500 kGy低劑量輻照處理，采用PE30包裝袋包裝后于（0±1）℃貯藏90 d。研究表明，輻照處理在好果率、營養(yǎng)和油脂品質(zhì)、生理指標(biāo)方面呈現(xiàn)一定優(yōu)勢，隨劑量不同表現(xiàn)效應(yīng)存在差異。綜合考慮各指標(biāo)變化和生產(chǎn)實(shí)際，確定0.300 kGy～0.500 kGy為其冷藏適宜低劑量輻照處理范圍。

低劑量輻照處理有效緩解了鮮核桃冷藏期間包裝袋內(nèi)O2和CO2的波動(dòng)，冷藏期24 d內(nèi)以0.300 kGy和0.500 kGy效果較優(yōu)，之后0.075 kGy和0.100 kGy優(yōu)勢減弱；0.100、0.300、0.500 kGy降低了冷藏初期的乙烯釋放；0.075、0.300、0.500 kGy均抑制了LOX 活性并減少了MDA的積累，0.100 kGy提高了其冷藏后期的LOX活性。

冷藏期間，低劑量輻照處理均降低了鮮核桃油脂的過氧化值，對(duì)冷藏前期粗脂肪和粗蛋白的降解具有抑制作用，冷藏30 d后僅0.300 kGy和0.500 kGy處理具有持續(xù)優(yōu)勢；0.100、0.300、0.500 kGy 不同程度地抑制了核桃發(fā)霉進(jìn)而提高了好果率，其中以0.300 kGy和0.500 kGy效果較優(yōu)，保持了鮮核桃較好的冷藏品質(zhì)。

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