60Co-γ射線和電子束輻照對鮮香菇保鮮效果的初步研究

周冉冉 高 虹 范秀芝 殷朝敏 陳浙婭姚 芬 程 薇 史德芳,2,?

(1湖北省農業科學院農產品加工與核農技術研究所/國家食用菌加工技術研發分中心/湖北省農業科技創新中心農產品加工分中心,湖北 武漢 430064；2華中農業大學食品科學技術學院,湖北 武漢 430070；3湖北工業大學生物工程與食品學院,湖北 武漢 430064； 4 湖北省農業科學院經濟作物研究所,湖北 武漢 430064)

香菇(Lentinus edodes)含有多種有益人體健康的活性成分,具有較高的食用和藥用價值。近年來,國內外香菇消費模式發生了巨大變化,從消費干香菇為主逐漸轉向干、鮮消費并重,鮮香菇消費量與日俱增。隨著國際國內現代物流業和冷鏈技術的不斷發展,香菇跨區域、長距離運輸的需求迅速增長[1-2]。新鮮香菇作為鮮活農產品,在采后會因貯藏不當而發生品質裂變[3]。目前,食用菌的保鮮方法主要有氣調[4]、低溫冷藏[5]、抗氧化劑涂膜浸漬[6]等,但這些方法均存在一些缺點,如專用氣調設備投資高、操作程序復雜、保鮮效果不理想、處理量有限、處理效率低等。因此,尋求一種成本低、安全環保、操作簡便的香菇保鮮方法十分必要。

60Co-γ 射線輻照和電子束輻照是一種非熱型殺菌技術。60Co-γ 射線在食品輻照方面的研究較成熟,應用也較廣泛；電子束輻照在輻射安全和環保方面具有較大的優勢,且電子加速器裝置的不斷完善拓寬了其在保鮮領域的應用前景,但該輻照技術尚未在保鮮領域規模化應用[7]。Xiong 等[8]研究60Co-γ 射線對新鮮白靈菇的品質特性和相關酶活性的影響,發現1.2 kGy 劑量能有效抑制其品質劣變；Sommer 等[9]研究60Co-γ 射線輻照雙孢菇后5′-核苷酸、酪氨酸和苯丙氨酸含量的變化,發現5′-核苷酸含量顯著降低,但酪氨酸和苯丙氨酸含量并無顯著變化；Duan 等[10]發現電子束輻照處理雙孢菇能夠推遲細胞軟化,延緩膜脂質過氧化速率。60Co-γ 射線和電子束的產生原理和作用機制不盡相同,其對香菇保鮮效果的差異研究尚鮮見報道。故本研究分別采用60Co-γ 射線和電子束2種不同射線輻照鮮香菇,通過對比同組射線不同輻照劑量對鮮香菇品質的影響,篩選出每種射線的最優劑量,再結合電鏡觀察對比2 種不同射線的最優劑量組香菇細胞形態和結構的變化,以期確定最終保鮮效果最好的保鮮條件,為鮮香菇采后的貯運保鮮提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 供試材料 挑選大小色澤成熟度基本一致的新鮮香菇,購自三友(隨州)食品有限公司。將篩選出的香菇用PBI 保鮮袋密封保存,每袋10 個,共50 袋。60Co-γ 射線處理,劑量分別為0(對照)、1、2、3 kGy；電子束輻照處理,劑量分別為0(對照)、1、2、3、4、5 kGy。每組劑量輻照5 袋香菇。將處理后的香菇于溫度4±1℃、相對濕度80%±10%條件下貯藏,分別在貯藏后第0、第4、第8、第12、第16天測定相關試驗指標,0 kGy 劑量組為對照組。PBI包 裝 袋 O2、 CO2透 過 量 分 別 為15 850.880、68 994.750 cm3·m-2·24h·0.1MPa。

1.1.2 主要儀器與設備60Co 輻照裝置(裝源量25.5 萬居里),湖北省輻照實驗中心；5MeV-100 kV高頻高壓電子加速器,武漢愛邦高能技術公司；RE-52二氧化碳測定儀,上海亞榮生化儀器廠；TA-XT Plus食品物性測試儀,英國SMS 公司；DDB-303A 電導率儀,上海雷磁儀器廠；GQ-160 氣調保險箱,廣州標際包裝設備有限公司；NIKON ECLIPSE CI 正置光學顯微鏡,尼康儀器(上海)有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 香菇硬度的測定 參照李鐵華[11]的方法并稍作改動。利用物性測試儀中的P/36R 探頭進行硬度測定,將去柄的蘑菇菌蓋固定在操作臺上,探頭以5 mm·s-1的穿刺速率進行下壓,下壓深度為樣品高度的一半,通過力與時間的作用曲線,以最大峰值力(Nmax)為硬度指標。

1.2.2 香菇呼吸強度的測定 采用CO2測定儀讀取起始時和結束時的CO2含量,按照公式計算香菇的呼吸強度：

式中,X：呼吸強度(mg·kg-1·h-1)；W1：測定前密閉容器中CO2含量(%)；W2：測定后密閉容器中CO2含量(%)；V：密閉容器總體積(L)；M：CO2的摩爾質量(g·mol-1)；V0：測定溫度下的CO2摩爾體積(L·mol-1)；m：樣品質量(g)；t：測定時間(h)。

1.2.3 香菇電導率的測定 參照姜宏志等[12]的方法并稍作改進。將香菇用蒸餾水清洗干凈,用濾紙吸干表面多余的水分,從香菇正中心取1 g 左右的方形樣品放入裝有50 mL 純凈水的小燒杯中,30℃水浴10 min 后測定燒杯中浸提液的電導率L1,然后100℃水浴5 min,自然冷卻至30℃時測定燒杯中浸提液的電導率L2。按照公式計算相對電導率(conductivity,L)：

1.2.4 感官評定 采用定量描述檢測法[12]。感官評價小組由9 位具有相關專業知識的人員組成,香菇感官品質評定指標分別是色澤、風味、外觀,所占的權重分別是30%、40%、30%,具體判定標準見表1。當評價總分低于2 分時,表示香菇已經達到貯藏期限,具體判定標準見表2。

表1 香菇感官評價標準Table 1 Sensory evaluation index of Lentinus edodes

表2 食用菌總體感官評價得分判定標準Table 2 Determination of sensory evaluation of Lentinus edodes

1.2.5 香菇微觀結構分析 參照丁改秀等[13]的方法并稍作改進。取香菇菇蓋組織,利用石蠟切片技術處理,經FAA 固定,梯度乙醇脫水,二甲苯透明并用石蠟包埋。切片厚度為8 μm,切片依次經二甲苯脫蠟、番紅-固綠染色、乙醇梯度脫水、中性樹膠封片后,在顯微鏡下觀察并采集照片。

1.3 數據處理

試驗數據以平均值±標準差表示,采用OriginPro 8 SR3 軟件進行繪圖,SPSS 21.0 對數據進行顯著性分析,顯著水平P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 60Co-γ 射線和電子束輻照對香菇硬度的影響

硬度是判斷香菇新鮮程度的重要指標之一[14]。60Co-γ射線和電子束輻照對香菇硬度均產生了一定的影響。由圖1-A 可知,整個貯藏期內香菇硬度整體呈降低的趨勢,不同60Co-γ 射線劑量處理的香菇硬度下降程度不同,其中貯藏第16 天時,2 kGy 劑量組香菇硬度降幅為37%,低于對照組(51%)和其他劑量組。姜天甲[14]研究γ 射線結合氣調對香菇保鮮效果的影響,發現1 kGy 和1.5 kGy 劑量組能顯著延緩香菇硬度的下降,延緩其軟化過程。由圖1-B 可知,貯藏第16 天時,電子束組中3 kGy 劑量組香菇硬度降幅為38%,低于對照組(49%)和其他劑量組,這與戚蓉迪等[15]和黃略略等[16]的研究結果類似。

圖1 不同射線處理下香菇保鮮過程中硬度的變化Fig.1 Changes of hardness of Lentinus edodes by different treatment

2.2 60Co-γ 射線和電子束輻照對香菇呼吸強度的影響

呼吸作用是影響香菇貯藏保鮮的關鍵指標之一[17]。輻照處理可以抑制香菇采后的呼吸作用,以達到降低香菇的營養消耗量、提高香菇食用價值和延長香菇貯藏期的目的。由圖2-A 可知,貯藏前期(0 ～4 d),對照組和1 kGy 劑量組香菇呼吸強度增加,而2 kGy、3 kGy 劑量組呼吸強度下降；貯藏后期(4～16 d),1 kGy 和3 kGy 劑量組香菇呼吸強度出現上下波動,但整體呈下降趨勢,對照組和2 kGy 劑量組香菇呼吸強度逐漸降低。貯藏第16 天,2 kGy 劑量組呼吸強度為10.81 mg·kg-1·h-1,低于對照組和其他2 個劑量組,且整個貯藏期內沒有較大的呼吸波動,說明2 kGy 劑量處理能有效抑制香菇呼吸速率并減少體內營養物質消耗量。姜天甲[14]研究也發現60Co-γ 射線輻照處理能夠在一定程度上抑制香菇的呼吸速率,且當輻照量為2 kGy 時處理的效果最好。由圖2-B 可知,電子束輻照后,6 組香菇呼吸強度呈先升高后下降的趨勢。2、4和5 kGy 劑量組香菇呼吸強度在8 ～12 d 出現上下波動,而對照、1 kGy 和3 kGy 劑量組香菇呼吸強度從第4 天開始逐漸下降。貯藏第16 天,3 kGy 劑量組香菇呼吸強度為10.39 mg·kg-1·h-1,低于對照組和其他4個劑量組。上述結果表明,輻照劑量為3 kGy 時,對香菇呼吸作用影響較小。

2.3 60Co-γ 射線和電子束輻照對香菇保鮮中電導率的影響

細胞膜完整性與被測植物組織水浸提液的電導率相關,相對電導率低,說明細胞膜系統完整性較好,反之,說明細胞膜系統受損嚴重[18]。由圖3 可知,香菇貯藏期間的電導率整體呈上升趨勢,說明隨著貯藏時間的延長,香菇細胞膜的完整性逐漸降低。在整個貯藏期,2 kGy60Co-γ 射線處理組香菇電導率較對照組和其他2 個劑量組上升緩慢且相對電導率最低；3 kGy電子束處理組香菇電導率較對照組和其他4 個劑量上升緩慢且相對電導率最低。葉蕙等[19]研究γ 射線對草菇保鮮及其生理機制的影響,發現輻照對膜脂過氧化的過程有抑制作用, 從而保持了膜結構的完整性。因此,2 kGy60Co-γ 射線和3 kGy 電子束的保鮮效果較好于同射線其他劑量組,能夠抑制細胞膜的過氧化程度,維持細胞完整性。

圖2 不同射線處理下香菇保鮮過程中呼吸強度的變化Fig.2 Changes in respiration intensity of Lentinula edodes by different treatment

圖3 不同射線處理下香菇電導率的變化Fig.3 Changes in conductivity of Lentinus edodes by different treatment

2.4 60Co-γ 射線和電子束輻照對香菇保鮮感官品質的影響

由表3、表4 可知,在貯藏8 d 內不同60Co-γ 射線處理組無顯著性差異；貯藏第16 天,3 個60Co-γ射線處理組感官品質均顯著優于對照組(P＜0.05),其中,2 kGy60Co-γ 射線處理組感官品質顯著優于其他處理組(P＜0.5)。由表5、表6 可知,在貯藏前4 d 不同劑量電子束處理組之間差異不顯著；貯藏第16 天,5 組電子束處理組感官品質均顯著優于對照組(P＜0.5),其中,3 kGy 電子束處理組感官品質顯著優于其他組(P＜0.5)。

2.5 60Co-γ 射線和電子束輻照對香菇菌絲體顯微結構的影響

由圖4 可知,貯藏8 d 內,香菇菌絲體之間的網狀結構致密且分布均勻,網間空隙較小。貯藏8 d 后,2 kGy60Co-γ 射線、3 kGy 電子束輻照的香菇菌絲體組成網間空隙變大,但變化不明顯,對照組樣品的菌絲體開始降解較快,視野內的菌索數目明顯減少；隨著貯藏期的延長,網狀結構間的空隙逐漸變大,對照組的菌絲體失去了網狀結構,大部分菌絲已經解聚,菌絲體細胞自溶,2 kGy60Co-γ 射線組的網狀均勻性明顯變差,而3 kGy 電子束組還能保持網狀結構。貯藏第8 天,對照組香菇菌絲體結構變得更松散,網間空隙進一步加大,視野內菌索明顯減少,更多菌絲體細胞出現自溶現象。綜上,輻照處理能夠抑制香菇子實體中菌索的降解,延緩菌絲體細胞自溶的發生,延長香菇的貯藏期。

3 討論

香菇組織軟化及硬度降低可能與其細胞組織的完整性有關。香菇貯藏過程中微生物可能會破壞香菇組織[14]。本試驗結果表明,2 kGy60Co-γ 射線和3 kGy電子束輻照處理均能抑制香菇組織變軟,這可能是因為輻照能殺死微生物并抑制相關酶活性,從而保證細胞不被破壞,達到保鮮的效果。Zivanovic 等[20]認為香菇軟化可能與其細胞壁的降解及微生物的侵染有關,較高輻照劑量可能造成其有效成分的降解,因此,輻照能抑制香菇硬度下降。

表3 60Co-γ 射線處理下不同貯藏期香菇感官評定結果Table 3 Sensory evaluation results of Lentinula edodes treated with60Co-γ ray at different storage time

表4 60Co-γ 射線處理下不同貯藏期時香菇感官評定總分表Table 4 Sensory evaluation of Lentinus edodes treated with60Co-γ ray at different storage time

表5 電子束輻照處理下不同貯藏期時香菇感官評定結果Table 5 Sensory evaluation results of Lentinus edodes treated with electron beam irradiation at different storage time

表6 電子束輻照處理下不同貯藏期時香菇感官評定總分表Table 6 Sensory evaluation of Lentinus edodes with electron beam irradiation at different storage time

圖4 不同射線處理下香菇菌絲體的顯微結構變化(×40,50 μm)Fig.4 Changes in microstructure of Lentinus edodes mycelia treated with different treatment(×40,50 μm)

香菇在采摘后,體內各種代謝活動仍在繼續進行,其中呼吸作用是香菇采后最主要的生理活動之一[19]。香菇呼吸強度的大小可以反映其貯藏特性。由于香菇普遍含水量較高,呼吸作用旺盛,較高的呼吸強度加快了營養物質的消耗,使得香菇極不耐貯藏。本研究結果表明, 2 kGy60Co-γ 射線和3 kGy 電子束輻照的香菇呼吸速率低于同射線的其他劑量,能明顯抑制呼吸速率。前人也得出了諸多相似的結論,如王秋芳等[21]認為0.4、0.7、1.0 kGy 的電子束處理能顯著抑制巨峰葡萄的呼吸強度；陳召亮等[22]研究發現電子束處理能明顯抑制鮮切西洋芹的呼吸作用；周任佳等[23]在研究高能電子束輻照對鮮切哈密瓜生理生化品質的影響時發現,電子束0.5、1.0、1.5 kGy 輻照處理能明顯抑制鮮切哈密瓜呼吸速率。

膜完整性與功能的喪失是衰老初期的基本特征。植物組織的衰老與生物膜的降解密切相關[24]。本研究發現2 kGy60Co-γ 射線和3 kGy 電子束處理均能有效抑制香菇電導率的增加,從而保持細胞膜的完整,延緩細胞組織的衰老。王梅等[25]研究發現洋蔥油復合保鮮劑處理山藥可以降低相對電導率,保持細胞膜透性,延緩組織變老,維持其新鮮度。

香菇的菌絲體由許多管狀細絲交織而成,是香菇的營養器官。香菇的子實體是由雙核菌絲體形成。香菇新鮮樣品的菌絲體之間網狀結構致密且分布均勻,界線清晰,網間空隙較小；貯藏一定時間后,菌絲體開始自溶,是菌絲細胞中有機物質分解的結果[26-27]。本研究結果表明,與60Co-γ 射線輻照相比,電子束輻照能較好地保持菌絲體的網狀結構,可能與電子束的自身特性有關,電子加速器輻照產生的自由基信號強度低于60Co-γ射線的,具有一定的還原性,對細胞的損傷較小[28-29]。

4 結論

本研究結果表明,一定劑量的輻照能有效延緩鮮香菇的組織變軟,抑制其呼吸強度,提高細胞膜完整性。其中,2 kGy60Co-γ 射線和3 kGy 電子束輻照處理香菇的保鮮效果較明顯,在4±1℃,相對濕度80%±5%的環境下貯藏16 d,能較好抑制保持其形態特征的變化,有利于保持其商品價值。