電子自旋共振波譜法對干果類輻照食品的鑒定

宋業萍，王傳現*，楊振宇，仲維科，耿金培，陸 地，丁卓平,*

(1.上海海洋大學食品學院，上海 201306；2.上海出入境檢驗檢疫局，上海 200135；3.中國檢驗檢疫科學研究院，北京 100025；4.煙臺出入境檢驗檢疫局，山東 煙臺 264000)

電子自旋共振波譜法對干果類輻照食品的鑒定

宋業萍1，王傳現2,*，楊振宇2，仲維科3，耿金培4，陸 地4，丁卓平1,*

(1.上海海洋大學食品學院，上海 201306；2.上海出入境檢驗檢疫局，上海 200135；3.中國檢驗檢疫科學研究院，北京 100025；4.煙臺出入境檢驗檢疫局，山東 煙臺 264000)

研究電子自旋共振波譜法對干果類輻照食品的鑒定。分析開心果、核桃、桂圓的電子自旋共振波譜特征和樣品干燥溫度對信號強度的影響。結果表明：電子自旋共振特征峰信號強度與吸收劑量呈正相關，檢測限為0.5kGy；進一步干燥時，開心果和核桃的最佳溫度為40℃，桂圓的最佳溫度為55℃；電子自旋共振特征峰的信號強度受微波功率影響，檢測開心果、核桃、桂圓最佳的微波功率依次為0.59、0.37、0.24mW。通過電子自旋共振特征峰可判定干果是否經過輻照處理。

電子自旋共振波譜；干果；輻照食品

食品輻照技術是20世紀發展起來的一種滅菌保鮮技術，是以輻照加工技術為基礎，運用γ射線或電子加速器產生的高能射線對食品進行加工處理，在能量的傳遞和轉移過程中，產生物理效應和生物效應，達到殺蟲、殺菌、抑制生理過程、提高食品衛生質量、保持營養品質及風味、延長貨架期的目的[1]。

隨著新興工業技術的發展，近年來輻照保鮮技術被廣泛應用于食品加工行業，該技術已經解決了美國及其他地區的由致病菌引起的食源性疾病。由于人們對輻照食品安全知識了解不深，對輻照食品具有一定的恐懼心理，輻照食品的安全性在社會上還存在一些爭議[2]；在國際貿易方面，有些國家允許輸出本國輻照食品，卻禁止其他國家的輻照食品的輸入[3]。這些使得我國不得不對輻照食品的檢測投入大量的精力，制定出更有權威性的檢測輻照食品的方法。

為了延長干果類的貯藏期、減少蟲害作用，輻照保鮮技術也被經用于這類食品的生產加工過程中。干果類食品因果皮中含有大量的纖維素經輻照后會生成穩定的長壽命自由基(含有未成對電子)，通過電子自旋共振(electron spin resonance，ESR)波譜可檢測其自由基順磁中心，由于每一種輻照食品有其特征電子自旋共振波譜，因此可對食品是否經過輻照進行定性判斷。電子自旋共振波譜已成為發達國家公認的輻照食品檢測標準方法[4-5]，但我國在這方面的研究仍略顯單薄。為此，本實驗對干果類食品的電子自旋共振波譜進行探討。

1 材料與方法

1.1 材料

從當地購買新鮮的開心果(水分含量30%～35%)、核桃(去青皮，水分含量30%～45%)、桂圓(水分含量80%～90%)。

1.2 儀器與設備

ESR儀(X波段)、ESR管(內徑5.0mm) 德國Bruker公司；DKNC812送風定溫恒溫器 雅馬拓科技貿易(上海)有限公司；真空干燥箱 上海道京儀器有限公司；SEY-20紅外線快速水分儀 濰坊中特電子儀器有限公司；電動粉碎機 上海日暉微電機廠；電子天平(感量1mg) 蘇州中澤儀器有限公司；解剖刀。

1.3 方法

1.3.1 干燥樣品的制備

開心果和核桃都屬于脂肪含量較高、外殼堅硬的堅果，并且水分含量相似，所以可以采取同樣的干燥方法。目前，國外主要采用低溫熱風干燥方法對核桃進行干燥。熱風干燥的速率比自然干燥快6倍，一般在24h內就可以將堅果干燥到安全水分含量(低于8%)[6]。實驗中采用送風定溫恒溫器對新鮮的開心果、核桃進行干燥，干燥溫度43℃、時間24h；若溫度過高會使核仁內含的油脂敗壞，并破壞核仁種皮的天然化合物[6]。

新鮮桂圓水分含量達到80%～90%，且無油脂，因此采用送風定溫恒溫器干燥時，溫度可高達60℃，時間為24h，最終水分含量低于10%，若溫度過高會引起果殼的褐變[7]。

1.3.2 樣品的輻照處理

將干燥樣品在正常的室溫條件下密封裝入聚乙烯袋中。用60Coγ射線在室溫、有氧環境條件下分別照射，輻照劑量為0.5、1、2、3、5、10、20kGy[8]，未經輻照的樣品作為0kGy對照。

1.3.3 樣品前處理

用解剖刀將樣品的外殼與果肉分離，去肉留殼。將樣品殼置于真空干燥箱(開心果、核桃為40℃，桂圓為55℃)3h，使樣品達到盡可能完全干燥的程度。3h后，取出樣品使其冷卻。最后用電動粉碎機將樣品粉碎，使其內徑約為3～3.5mm。

1.3.4 ESR測量

將0.3g樣品置于ESR管中，擦凈管外壁，置于諧振腔中。ESR工作參數如下，磁場：中心磁場3509.8G，掃場寬度200G；微波輻射：微波頻率9.5～10.0GHz，功率0.4～1.0mW；信號通道：時間常數40.960ms，掃描時間41.943s；信號接收：調制頻率100kHz，調制振幅0.2～1.0mT，增益103～105；溫度：室溫。

2 結果與分析

2.1 干果類輻照食品的ESR波譜特征

圖1 不同吸收劑量開心果的ESR圖譜Fig.1 ESR spectrum of pistachio with different absorben doses

從圖1可明顯看出，未輻照的開心果經檢測后，ESR圖譜中間位置會出現兩個明顯的峰；輻照后的開心果經檢測，圖譜中出現4個峰，包含上述中間的兩個大峰和左(低磁場)右(高磁場)兩側兩個相對較小的峰，這兩峰磁場寬度約為(60.5±0.5)G(圖2)。由此可見，兩個小峰是輻照樣品經ESR儀檢測后形成的特征峰，這主要是由纖維素經輻照后產生的長壽命自由基引起的[9]。因此，可根據特征峰來定性的判斷干果類食品是否經過輻照。

圖2 20kGy開心果ESR圖譜Fig.2 ESR spectrum of 20 kGy pistachio

圖3 吸收劑量與ESR特征峰信號強度的關系Fig.3 Relationship between absorbent dose and ESR signal intensity of characteristic peak

ESR 譜圖上下峰值高度為 ESR信號強度，特征峰上下高度則為ESR輻照特征峰信號強度，實驗中選用左側特征峰進行定量分析。從圖1還可以看出，隨著輻照吸收劑量的增加，ESR特征峰信號強度顯著增加，特征峰也變得越來越明顯，這正說明了ESR特征峰信號強度與吸收劑量正相關。圖3顯示，室溫貯存30d、0.5～10kGy的開心果、核桃、桂圓輻照吸收劑量與ESR特征峰信號強度的關系曲線，可以看出在同一吸收劑量下，開心果、核桃的ESR特征峰信號強度遠遠高于桂圓，這是由它們外殼中的纖維素含量高于桂圓的纖維素含量引起的[10]，纖維素的含量越高，輻照產生的纖維素自由基越多，檢測到的特征峰信號強度越大[11]。輻照吸收劑量為0.5～10kGy的3種干果其吸收劑量與ESR特征峰信號強度滿足以下關系式：

式中：X為吸收劑量kGy；Y為ESR特征峰信號強度。

可以看出，在0.5～10kGy的劑量范圍內，吸收劑量與ESR特征峰的信號強度有良好的線性相關性。利用ESR掃描檢測，這3種干果類的檢出限都可以低達0.5kGy(輻照貯藏期為30d)。0.5kGy開心果的ESR特征峰信號強度為6560±100，0.5kGy核桃的ESR特征峰信號強度為2013±100，0.5kGy桂圓的ESR特征峰信號強度為1297±100。由此可見，ESR法在鑒別干果類輻照食品上有巨大的發展潛力。

2.2 樣品干燥溫度對ESR特征峰信號強度的影響

干果類的干燥程度會影響輻照保鮮效果，水分含量越大，保鮮時間越短。雖然樣品前處理過程中已經將樣品進行了初步的干燥，但是果殼中還存有部分的水分，若水分含量過大時，會導致樣品檢測前儀器的調諧失敗而停止檢測。因此需要進一步的真空干燥處理。研究發現，干果類的干燥溫度對其ESR特征峰信號強度有一定的影響。從圖4可以看到，在相同的貯藏條件下(30d，室溫)，輻照吸收劑量為10kGy的核桃經真空干燥3h，當干燥溫度低于40℃時，隨著溫度的升高，ESR特征峰信號強度增大，干燥溫度高于40℃時，隨著溫度的升高，ESR特征峰信號強度減小。其原因是，低溫干燥未能使核桃達到盡干的狀態，且在檢測過程中水分的存在會導致噪音信號較大；而過高的溫度會加速纖維素自由基的衰減，影響到檢測的準確性[12]。因此，實驗選擇核桃進一步的干燥溫度為40℃，同樣得到開心果的干燥溫度為40℃，桂圓的干燥溫度為55℃。

圖4 10kGy的核桃干燥溫度與ESR特征峰信號強度的關系Fig.4 Relationship between drying temperature of 10 kGy walnut and ESR signal intensity of characteristic peak

2.3 ESR測定參數的優化確定

2.3.1 微波功率的選擇

為了能夠檢測到低輻照劑量樣品的特征峰，需要在檢測的過程中不停的進行著參數的優化。經過多次的摸索發現，微波功率對特征峰強度的影響很大，并且不同樣品檢測時所需的最佳微波功率有所不同。圖5是輻照貯藏期為30d、吸收劑量為20kGy的開心果經過12次ESR衰減掃描所形成的圖譜。比較得知，當微波功率為0.37mW時，核桃的輻照特征峰更為明顯；同樣優化參數得到微波功率為0.59mW時，開心果的輻照特征峰更為顯著；微波功率為0.24mW時，桂圓的輻照特征峰更為突出。

圖5 20kGy的開心果微波功率與ESR特征峰信號強度的關系Fig.5 Relationship between microwave power for 20 kGy pistachio and ESR signal intensity of characteristic peak

2.3.2 掃描次數的確定

隨著樣品貯藏時間的延長，輻照產生的纖維素自由基會慢慢地衰減，ESR特征峰信號強度也會隨之變弱[13-15]，這使得低輻照劑量樣品的ESR特征峰難以檢出，即使通過增加增益放大信號強度也難以判斷特征峰是否存在。這就需要采取多次累加掃描方式來解決這一難題。實驗規定只要在滿足3倍信噪比、累加次數n≤30的情況下出現ESR特征峰，均可定性判斷樣品經過輻照。雖然也可通過無限制地加大累加次數對低輻照劑量樣品進行掃描，但這需要消耗大量的時間，而且較低的輻照劑量對食品的保鮮效果并不明顯，所以把最大的累加掃描次數定為30次。圖6顯示了輻照貯藏期為30d、吸收劑量為1kGy的桂圓經過1次掃描和30次累加掃描的區別，1次掃描圖譜中難以辨別輻照特征峰，而30次累加掃描曲線中輻照特征峰則較為清晰。所以，對于這種低輻照劑量的樣品，多次累加掃描則顯得十分必要。

圖6 1kGy的桂圓不同次數掃描的ESR圖譜Fig.6 ESR spectrum of 1 kGy longan with different sweep numbers

3 結 論

干果經輻照處理，通過ESR儀掃描檢測，根據劑量不同出現不同信號強度的特征峰，依據這些特征峰可以定性判斷食品是否經過輻照。ESR特征峰信號強度與輻照劑量呈正相關，且滿足一定的關系方程。ESR特征峰信號強度受樣品的干燥溫度影響很大，實驗過程中應盡可能使樣品達到盡干的狀態。檢測不同樣品所需的最佳微波功率不同，且微波功率會影響特征峰的信號強度?？梢酝ㄟ^多次累加掃描來檢測低輻照吸收劑量的樣品，掃描次數最多為30次。ESR特征峰信號強度受樣品的種類、產地、貯藏時間、濕度等影響很大[16-17]，這給ESR檢測方法確定食品的輻照吸收劑量帶來較大困難，這也是今后研究工作的重點。

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Identification of Irradiated Dried Nuts by ESR Spectroscopy

SONG Ye-ping1，WANG Chuan-xian2,*，YANG Zhen-yu2，ZHONG Wei-ke3，GENG Jin-pei4，LU Di4，DING Zhuo-ping1,*
(1. College of Food Science and Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China；2. Shanghai Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Shanghai 200135, China；3. Chinese Academy of Inspection and Quarantine,Beijing 100025, China；4. Yantai Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Yantai 264000, China)

Electron spin resonance (ESR) spectroscopy is an effective method to identify irradiated dried nuts. In this experiment, ESR spectral characteristics of pistachio, walnut and longan were determined and the effect of drying temperature of samples on ESR signal intensity was also explored. The results showed that ESR signal intensity of characteristic peak was positively correlated with irradiation dose, and the detection limit of irradiation was 0.5 kGy. However, during further drying,the optimal temperature was 40 ℃ for pistachio and walnut, and 55 ℃ for longan. ESR signal intensity of characteristic peak was also affected by microwave power. The optimal microwave power were 0.59, 0.37 mW and 0.24 mW for pistachio, walnut and longan, respectively. Therefore, ESR characteristic peak can qualitatively determine the irradiation of dried nuts, which can provide a theoretical basis for detecting the dried nuts by ESR.

electron spin resonance；dried nuts；irradiated food

TS297.3

A

1002-6630(2012)10-0260-04

2011-05-19

國家質檢公益性行業科研專項(200910142)；上海市教育委員會學科建設資助項目(J50704)

宋業萍(1986—)，女，碩士研究生，研究方向為食品檢測。E-mail：songyeping86@163.com

*通信作者：王傳現(1975—)，男，高級工程師，博士，研究方向為食品檢測。E-mail：chuanxian.wang@163.com

丁卓平(1957—)，女，教授，研究方向為食品檢測。E-mail：zpding@shou.edu.com