60Co-γ射線和電子束輻照對紅碎茶殺菌效果與品質的影響

張祺玲 - 彭 玲 徐遠芳 - 周毅吉 - 郭 峰 張 勇 鄧 超 李文革 -

(1.湖南省核農學與航天育種研究所，湖南 長沙 410125；2.湖南省農業生物輻照工程技術研究中心，湖南 長沙 410125；3.生物輻照技術湖南省工程研究中心，湖南 長沙 410125)

2017年世界茶葉產量為581.2萬t，紅茶占65%；世界茶葉出口總量為179.1萬t，紅茶占78.3%，其中又以紅碎茶為主，占紅茶貿易量的90%以上，因此紅碎茶是世界生產和消費的主要茶類[1-2]。中國作為世界上最早發現、栽培、利用茶葉的國家，茶葉種植面積、產量及消費量均居世界第一。隨著食品安全問題的日益突出，紅碎茶進口國對紅碎茶產品質量要求越來越高，尤其是紅碎茶的微生物商檢標準不斷提高，使得如何解決紅碎茶中微生物污染問題成為紅碎茶出口亟需解決的問題之一[3]。

食品輻照加工技術是一種高效、節能、安全的綠色物理殺菌非熱加工技術[4]，能在最大限度保持食品的營養成分和感官品質的同時具有殺蟲、殺菌、防霉和降解有害物質等作用，從而達到有效延長食品貨架期和控制食源性疾病的目的[5-7]。食品輻照加工的射線包括60Co或137Cs產生的γ射線、10 MeV及以下的電子束以及5 MeV及以下的X射線[8]，其中采用60Co-γ射線進行食品輻照加工的技術較成熟，應用研究較廣泛；由于電子束輻照效率高、無放射性廢物、輻射安全等的安全環保優勢，使得電子加速器輻照加工裝置得到廣泛關注[9-10]，利用電子束進行食品輻照加工的研究越來越多[11-13]。電子束與γ射線輻照作用原理類似，但兩種射線的來源、類型、對物品穿透能力不同，與被輻照食品相互作用產生的輻射生物學效應不同，因此研究比較兩種射線輻照效應的異同具有重要意義[4,9,14-16]。目前，γ射線和電子束輻照效應異同性研究主要集中于肉制品等脂肪含量較高的食品中[17-19]，γ射線對紅碎茶品質影響以及γ射線和電子束輻照效應比較研究尚未見報道。

試驗擬以紅碎茶為研究材料，采用γ射線和電子束2種不同射線輻照處理，研究不同射線不同劑量輻照對紅碎茶的微生物負載、品質成分(水浸出物、茶多酚、游離氨基酸、咖啡堿、可溶性糖、灰分)和感官特性的影響，為輻照技術在茶葉加工中的應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅碎茶：某茶葉企業；

平板計數瓊脂、孟加拉紅瓊脂、月桂基硫酸鹽胰蛋白胨(LST)肉湯、煌綠乳糖膽鹽(BGLB)肉湯：廣東環凱微生物科技有限公司；

甲醇、碳酸鈉、福林酚、沒食子酸、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、水合茚三酮、氯化亞錫、谷氨酸、堿式乙酸鉛、濃鹽酸、濃硫酸、咖啡堿、蒽酮、乙酸乙酯、蔗糖：國藥集團化學試劑有限公司；

重鉻酸銀、重鉻酸鉀(銀)劑量計：湖南省核農學與航天育種研究所。

1.2 儀器與設備

60Co放射源：放射性活度為3.14×1016Bq，湖南省核農學與航天育種研究所；

電子加速器：10 MV/15 kW，湖南湘華華大生物科技有限公司；

超凈工作臺：FW-CJ-2FD型，蘇州凈化設備有限公司；

電子天平：AUW220D型，日本島津公司；

立式壓力蒸汽滅菌鍋：LDZX-50KBS型，上海申安醫療器械廠；

生化培養箱：SPX-250B型，天津泰斯特儀器有限公司；

霉菌培養箱：MJ型，上海一恒科學儀器有限公司；

紫外分光光度計：UV-2450型，日本島津公司；

箱式電阻爐：SX2型，北京市永光明醫療儀器有限公司；

恒溫水浴鍋：HWS-28型，上海一恒科學儀器有限公司；

電熱恒溫鼓風干燥箱：DHG-9246A型，上海精宏實驗設備有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品準備 紅碎茶自某茶葉企業取出后，于超凈工作臺上用透明PE自封袋分裝。

1.3.2 樣品輻照 γ射線輻照在湖南省農業科學院核農學與航天育種研究所湖南輻照中心進行，輻照方式為動態步進，電子束輻照在湖南湘華華大生物科技有限公司進行，輻照過程均分別進行劑量跟蹤(γ射線輻照：重鉻酸銀和重鉻酸鉀(銀)劑量計；電子束輻照：劑量片(FWT-60)，劑量計/片均經中國計量科學研究院國家劑量保證服務NDAS比對標定)，γ射線輻照實測劑量分別為0.0，3.3，6.5，8.2，10.3，13.5 kGy；電子束輻照實測劑量分別為0.0，1.9，4.3，6.1，8.1，9.7 kGy，每個劑量3次平行。

1.3.3 微生物檢測

(1)菌落總數：按GB 4789.2—2016執行。

(2)霉菌：按GB 4789.15—2016執行。

(3)大腸菌群：按GB 4789.3—2016執行。

1.3.4 品質成分測定

(1)水浸出物含量：按GB/T 8305—2013執行。

(2)茶多酚含量：按GB/T 8313—2018執行。

(3)游離氨基酸含量：按GB/T 8314—2013執行。

(4)咖啡堿含量：按GB/T 8312—2013執行。

(5)可溶性糖含量：采用蒽酮比色法測定。

(6)灰分含量：按GB 5009.4—2016執行。

1.3.5 感官審評 參照 GB/T 23776—2009，委托湖南省茶葉檢測中心進行。

1.3.6 數據分析 采用SPSS軟件及 Excel軟件進行統計分析，在5%顯著水平上比較差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 60Co-γ射線和電子束輻照對紅碎茶微生物的影響

由表1可知，60Co-γ射線和電子束輻照后紅碎茶菌落總數、真菌及大腸菌群與未輻照的差異顯著(P<0.05)，且隨著輻照劑量的增加，微生物負載逐漸下降，說明兩種輻照方式均能有效抑制紅碎茶中微生物的污染情況，且隨著輻照劑量的增加，抑制效果增強，因此采用60Co-γ射線和電子束輻照經一定劑量輻照處理后能有效控制紅碎茶中微生物負載，使其達到紅碎茶的微生物商檢標準。當60Co-γ射線為6.5 kGy，電子束為6.1 kGy劑量以上輻照時，真菌和大腸菌群數均降至最低檢出值以下，殺滅效果顯著；而在相近劑量下，60Co-γ射線輻照處理后的菌落總數明顯低于電子束輻照的(P<0.05)。

表1 60Co-γ射線和電子束輻照對紅碎茶微生物的影響?

? 同列字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

對表1中菌落總數的對數(lgN)與輻照劑量D作lgN—D線性關系曲線(圖1)。由圖1可知，60Co-γ射線和電子束輻照紅碎茶后的菌落總數的對數與輻照劑量均呈線性負相關，60Co-γ射線輻照紅碎茶的線性回歸方程為y=-0.589 3x+5.185 2(R2= 0.999 5)，D10值為1.70 kGy；電子束輻照紅碎茶的線性回歸方程為y=-0.375 5x+4.917 9(R2= 0.964 2)，D10值為2.66 kGy，60Co-γ射線輻照紅碎茶的D10值低于電子束輻照，表明60Co-γ射線輻照達到相同殺菌效果所需的輻照劑量值低于電子束輻照的。Park等[18]研究表明γ射線對牛肉香腸的菌落總數的控制能力比電子束強，賈倩等[13]研究顯示γ射線輻照素雞的殺菌效果比電子束更好，徐遠芳等[15]研究表明γ射線輻照對風味豆干的殺菌效果強于電子束輻照，與試驗結論一致；肖歡等[4]研究表明相同輻射劑量下電子束對冷鮮雞輻照殺菌效果較60Co-γ射線顯著，王晶晶等[14]研究發現在相近的劑量下電子束和γ射線輻照對象拔蚌菌落總數的抑制效果并無顯著差異，與試驗結論不一致。輻照處理對微生物有殺滅效果主要由2個作用引起：① 射線直接作用于生物大分子引起結構改變，功能喪失，從而致使微生物死亡；② 射線照射下產生的自由基引起生物大分子過氧化，從而引起細胞凋亡。因此，電子束能量高低、功率大小，放射源活度、加工工藝參數等均能引起殺菌效果的差異，此外輻照產品自身屬性、包裝形式和污染微生物的種類等都會對不同輻照方式殺菌效果產生影響。

圖1 菌落總數的對數(lgN)與輻照劑量D的關系曲線

Figure 1 The relationship between logarithm(lgN)of total colony and radiation doseD

2.2 60Co-γ射線和電子束輻照對紅碎茶品質成分的影響

由表2、圖2可知，60Co-γ射線和電子束輻照在不同劑量條件下對紅碎茶的品質成分(水浸出物、茶多酚、游離氨基酸、咖啡堿、可溶性糖和灰分)的影響有所差異，在相似劑量下60Co-γ射線和電子束輻照對品質成分影響也存在一定差異。

表2 60Co-γ射線和電子束輻照對紅碎茶品質成分的影響?

? 同列字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

圖2 相似劑量下60Co-γ射線和電子束輻照紅碎茶品質成分含量比較

2.2.1 水浸出物 茶葉中能溶于熱水的可溶性物質統稱為水浸出物，水浸出物能直接影響茶葉的滋味、湯色和香氣，其含量與茶葉品質呈正相關[20]。60Co-γ射線輻照紅碎茶中水浸出物含量隨輻照劑量的增加存在先增加后減少趨勢，但除了在13.5 kGy劑量下與對照相比降低3%，差異顯著(P<0.05)外，其余與對照差異不明顯(P>0.05)，說明60Co-γ射線在10 kGy以下輻照時不會引起紅碎茶中水浸出物含量明顯變化，彭玲等[3]研究表明60Co-γ射線輻照前后普洱茶的水浸出物含量無明顯變化，周樹紅等[21]研究表明60Co-γ射線輻照前后普洱茶的水浸出物含量隨輻照劑量的增加存在先增加后減少趨勢，與試驗結論基本一致。不同劑量電子束輻照紅碎茶中水浸出物含量均與對照組差異不明顯(P>0.05)，說明電子束輻照不會引起紅碎茶中水浸出物含量明顯變化，且2種輻照方式在相似劑量下紅碎茶水浸出物含量差異不明顯(P>0.05)。

2.2.2 茶多酚 茶多酚決定茶湯濃度和強度，也可反映茶湯的抗氧化能力[20，22]。輻照前紅碎茶中茶多酚含量為10.45%，60Co-γ射線和電子束不同劑量輻照后紅碎茶中茶多酚含量與對照差異顯著(P<0.05)。不同劑量60Co-γ射線輻照后茶多酚含量明顯減少，8.2，10.3 kGy劑量下茶多酚含量較對照組下降16%，但隨著輻照劑量的增加并未呈現明顯規律。研究[23-24]表明，60Co-γ射線輻照處理綠茶和烏龍茶后茶多酚含量明顯下降，與試驗結論一致，但普洱茶茶多酚含量沒有明顯變化[21]，與試驗結論不一致，可能是因為輻照對茶多酚物質的降解聚合在不同茶葉上存在差異，電子束輻照對紅碎茶中茶多酚的氧化聚合能力強于60Co-γ射線輻照；不同劑量電子束輻照后茶多酚含量也明顯減少，8.2 kGy劑量下茶多酚含量較對照組下降22%，且在低劑量電子束輻照時，茶多酚含量隨輻照劑量的升高呈降低趨勢。當輻照劑量為6 kGy時，60Co-γ射線輻照后茶多酚含量較電子束高1.24%，當輻照劑量為8 kGy時，60Co-γ射線輻照后茶多酚含量較電子束高0.65%，當輻照劑量為10 kGy時，60Co-γ射線輻照后茶多酚含量較電子束高0.12%，說明在2種輻照方式相似劑量下電子束輻照對紅碎茶茶多酚含量的影響大于60Co-γ射線輻照，降低更明顯(P<0.05)。

2.2.3 游離氨基酸 氨基酸是構成茶湯鮮爽滋味的主體成分[25]。輻照可能增加蛋白質水解酶活性從而分解出部分氨基酸，也可能加速氨基酸的脫氨脫羧產生脂肪酸[21]，60Co-γ射線和電子束輻照紅碎茶中游離氨基酸含量除電子束在9.7 kGy劑量下與對照組相比降低8%(P<0.05)外，其余與對照組差異不明顯(P>0.05)，2種輻照方式在相似劑量下紅碎茶游離氨基酸含量差異不明顯(P>0.05)，說明2種輻照方式在低劑量下對紅碎茶游離氨基酸含量沒有明顯影響。

2.2.4 咖啡堿 咖啡堿是茶葉中含量最多的生物堿，是茶葉滋味的重要成分[23]。60Co-γ射線輻照紅碎茶中咖啡堿含量隨輻照劑量的增加逐漸降低，當劑量達8.2 kGy時，咖啡堿含量較對照組減少9%(P<0.05)；當劑量為13.5 kGy時，咖啡堿含量較對照組減少最多，達15%；與60Co-γ射線輻照后普洱茶和烏龍茶的咖啡堿含量呈下降趨勢[21,24]的結論一致，但與60Co-γ射線輻照后綠茶的咖啡堿含量無顯著影響[23]的結論不一致；不同劑量電子束輻照后咖啡堿含量明顯減少(P<0.05)，但隨著輻照劑量的增加并未呈現明顯規律，當劑量為9.3 kGy時，咖啡堿含量較對照組減少最多，達8%。當輻照劑量為6 kGy時，60Co-γ射線輻照后咖啡堿含量較電子束高0.09%，差異不顯著(P>0.05)，當輻照劑量為8，10 kGy時，電子束輻照后咖啡堿含量較60Co-γ射線均高0.16%，差異顯著(P<0.05)，說明在2種輻照方式相似劑量下電子束輻照對紅碎茶咖啡堿含量的影響大于60Co-γ射線輻照，降低更明顯。

2.2.5 可溶性糖 可溶性糖類包括單糖和雙糖，二者均是構成茶湯滋味的重要物質[26]。輻照前紅碎茶中可溶性糖含量為8.58%，60Co-γ射線和電子束不同劑量輻照后紅碎茶中可溶性糖含量與對照組差異顯著(P<0.05)。不同劑量60Co-γ射線輻照后可溶性糖含量明顯增加，且隨輻照劑量的升高呈逐漸增加的趨勢，其中13.5 kGy劑量下可溶性糖含量較對照組增加9%，與綠茶、普洱茶和烏龍茶的研究結論一致[21，23-24]，可溶性糖的增加可能是輻照對碳水化合物的水解和氧化作用形成的[24]；不同劑量電子束輻照后可溶性糖含量明顯增加，8.1 kGy劑量下可溶性糖含量較對照組增加11%，但隨著輻照劑量的增加未呈現明顯規律。當輻照劑量為6 kGy時，電子束輻照后可溶性糖含量較60Co-γ射線高0.22%，當輻照劑量為8 kGy時，電子束輻照后可溶性糖含量較60Co-γ射線高0.47%，當輻照劑量為10 kGy時，電子束輻照后可溶性糖含量較60Co-γ射線高0.16%，說明在2種輻照方式相似劑量下電子束輻照對紅碎茶可溶性糖含量的影響大于60Co-γ射線輻照，增加更明顯(P<0.05)。

2.2.6 灰分 茶葉灰分是茶葉高溫灼燒灰化后的殘留物，是茶葉檢驗項目中唯一一種既具有品質判定意義又具有衛生檢驗意義的化學指標[27]。60Co-γ射線輻照后茶葉灰分含量較對照組均有增長，但僅在3.3，8.2 kGy劑量下與對照組差異顯著(P<0.05)，其中8.2 kGy劑量下茶葉灰分含量較對照組增長6%；電子束輻照后除1.9 kGy劑量下茶葉灰分含量較對照組增長8%，差異明顯(P<0.05)外，其余劑量下與對照組沒有明顯差異(P>0.05)。當輻照劑量為6 kGy時，60Co-γ射線輻照后灰分含量較電子束高0.12%，差異顯著(P<0.05)；當輻照劑量為8 kGy時，60Co-γ射線輻照后灰分含量較電子束高0.38%，差異顯著(P<0.05)；當輻照劑量為10 kGy時，60Co-γ射線輻照后灰分含量較電子束高0.02%，差異不顯著(P>0.05)，說明在2種輻照方式相似劑量下60Co-γ射線輻照對紅碎茶灰分含量的影響大于電子束輻照，增加更明顯。

2.3 60Co-γ射線和電子束輻照對紅碎茶感官品質的影響

茶葉感官審評是判別茶葉品質優劣的重要依據，主要分為外形、湯色、香氣、滋味和葉底5方面。由表3可知，60Co-γ射線和電子束輻照在試驗劑量下感官審評總分基本都高于對照組，說明2種輻照方式對紅碎茶感官品質均有一定的提升，其中2種輻照方式下紅碎茶外形和香氣得分均與對照組一致，說明輻照對紅碎茶外形和香氣沒有明顯影響，而輻照后湯色和葉底得分均高于對照組，說明有一定的品質提升，滋味在60Co-γ射線13.5 kGy劑量輻照和電子束8.1 kGy劑量以上輻照時得分高于對照組，說明2種輻照方式在大劑量條件下能提升滋味品質。2種輻照方式在相似劑量輻照下紅碎茶感官品質基本無差別。茶多酚、咖啡堿和可溶性糖均是重要的滋味物質，2種輻照方式對茶多酚、咖啡堿和可溶性糖的影響與感官評審中滋味的影響結論一致；對外形和香氣沒有明顯影響，與輻照對品質成分中氨基酸這種香氣物質的影響的結論基本一致。

表3 紅碎茶樣品感官審評結果

3 結論

通過分析不同劑量60Co-γ射線和電子束輻照下的紅碎茶微生物、品質成分和感官品質等指標，研究了2種輻照殺菌方式對紅碎茶的影響。結果表明，2種輻照方式均能有效抑制紅碎茶中微生物污染情況；2種輻照方式不會對紅碎茶水浸出物和氨基酸產生明顯影響，但能引起茶多酚和咖啡堿含量減少，可溶性糖含量增加；60Co-γ射線輻照后紅碎茶灰分含量增加，但電子束輻照后紅碎茶灰分含量沒有明顯變化；60Co-γ射線對紅碎茶的殺菌能力、灰分含量影響強于電子束輻照，電子束輻照對紅碎茶茶多酚、咖啡堿和可溶性糖的影響大于60Co-γ射線輻照。因此，60Co-γ射線和電子束輻照處理方式都可應用于紅碎茶殺菌。為選擇合適的輻照方式與劑量，后續需對輻照處理紅碎茶在貯藏期的微生物及品質成分進行分析；輻照對紅碎茶品質成分的影響機理也需進一步研究。