低劑量輻照鮮核桃冷藏期的生理與品質變化

胡海超，劉慧，李晴，馬艷萍，3，*，高智輝

（1.西北農林科技大學林學院，陜西楊凌712100；2.西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西楊凌712100；3.陜西省經濟植物資源開發利用重點實驗室，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等營養成分，被譽為天然腦黃金[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導致部分營養物質損失[3]。近年來，隨著人們健康意識的增強，口感更好、營養更加豐富合理[4]、抗氧化能力更強[5]的鮮核桃贏得了逐年趨旺的消費市場。然而，鮮核桃水分含量和酶活性較高，易產生發芽、酸敗和發霉現象，嚴重制約其市場的長期需求[6]。因此，維持鮮核桃貯藏品質，延長供應周期是鮮核桃產業發展中亟待解決的問題。

60Coγ輻照是一種安全、環保、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，抑制相關酶活性和呼吸代謝作用，進而延緩衰老進程[7]，同時對果蔬采后發芽作用顯著[8]，已在板栗、杏仁等干果[9-10]和采后易發芽果蔬中得到廣泛應用[8]。研究發現，適宜低劑量輻照處理對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味和品質，甚至加劇酸敗[12]。

課題組前期研究發現，輻照可抑制鮮核桃采后萌發[13-14]，1.0 kGy和5.0 kGy顯著加速風味和品質劣變，0.5 kGy對其具有較好保鮮效果[13，15]，但該劑量設置范圍大，適宜冷藏劑量不夠精準；此外還對0.300 kGy以下低劑量處理的冷藏后貨架品質變化進行了研究，有關低劑量輻照鮮核桃冷藏期生理與品質未見報道[16]。為進一步獲取抑制鮮核桃采后發芽和保持其良好冷藏品質的精確劑量閾值，研究以‘遼核2號’鮮核桃為材料，選取完全抑制鮮核桃采后發芽的低劑量（0.075、0.100、0.300、0.500 kGy）處理，監測其冷藏期間的生理與品質變化，篩選冷藏適宜劑量，為鮮核桃長期供應提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料

‘遼核2號’鮮核桃自然成熟時采于陜西省扶風縣杏林鎮，當天運回西北農林科技大學林學院植物資源實驗室，進行人工脫皮，流動水洗凈后置于通風處自然風干表面水分，挑選大小均勻、無機械損傷、無病蟲害的核桃待用。

1.2 儀器與設備

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：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，運往西北核工業研究所進行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的靜態輻照工藝。輻照完成后立即運回西北農林科技大學進行初始樣品取樣，其余樣品于（0±1）℃冷庫預冷 24 h，采用厚度為 30 μm 的聚乙烯包裝袋進行分裝后繼續于（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的取樣測定。

1.3.2 取樣

分別于冷藏0、30、60、90d隨機取樣，每處理3袋，剝取種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 指標的測定

1.3.3.1 好果率

貯藏90 d時，各處理取樣3袋，觀察核桃種殼、內種皮和種仁霉變情況，統計好果數。核桃表面未發霉或發霉面積1/10以下，且內種皮和種仁無任何發霉現象記為好果，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。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的氣體成分，結果為3個重復的平均值。

1.3.3.3 乙烯釋放量的測定

參考董慧[17]測定核桃青皮果實乙烯釋放量的方法略作改進。每組處理隨機取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℃，進樣口溫度7℃，進樣量1 mL；氫火焰離子化檢測器溫度150℃，燃氣H2，流速35 mL/min，助燃氣體空氣，流速350 mL/min。結果取3個重復的平均值。

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；V0為干燥器體積，L；V1為果實體積，L；M 為樣品質量，kg；T 為樣品放置時間，h。

1.3.3.4 品質指標

粗蛋白含量：參照GB5009.5-2010《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》方法；油樣提取；參照Mexis[18]等的方法略有改動，稱取25 g冷凍粉末于100 mL石油醚（沸程30℃～60℃）中浸提24 h，然后置于旋轉蒸發儀中進行40℃水浴，待石油醚完全蒸發即得油樣；粗脂肪含量：索氏提取法[19]；過氧化值：參照GB 5009.227-2016《食品安全國家標準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 數據處理與分析

試驗數據采用Microsoft Excel 2010進行整理，采用Sigma plot 12.0作圖，并用SPSS Statistics 18.0進行數據統計分析。數據表示為3個數據平均值±標準差，采用Duncan’s新復極差法檢驗處理間數據在0.01和0.05水平上的差異顯著性。

圖1 低劑量輻照對包裝袋內二氧化碳（A）和氧氣（B）體積分數和乙烯釋放量（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 結果與分析

2.1 低劑量輻照對鮮核桃好果率的影響

經統計與計算，貯藏結束時，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對鮮核桃貯藏不具優勢，其他3種處理對其霉變有不同程度的抑制作用，以后兩者的效果更優。

2.2 低劑量輻照對鮮核桃包裝內氣體成分的影響

低劑量輻照對鮮核桃包裝內氣體成分的影響見圖1。

冷藏期間，鮮核桃包裝內CO2體積分數整體呈現先上升后下降趨勢（圖1A），O2的體積分數變化趨勢與 CO2相反（圖 1B）。1 d～7 d，CO2的體積分數迅速上升，O2體積分數迅速下降。7 d～24 d時，兩種氣體的體積分數均趨于穩定，CK、0.075、0.100、0.300、0.500 kGy處理包裝袋內的CO2體積分數均值分別為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包裝內的O2體積分數略微下降，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體積分數極顯著高于 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度，從而減少了O2的消耗和 CO2的釋放所致。24 d～90 d，CO2呈現下降趨勢，O2則緩慢上升，是因為冷藏初期呼吸作用的累積效果降低了O2濃度，產生膜內外氧氣壓力差，又因該包裝膜的自發氣調作用，導致外界O2進入包裝袋，引起O2體積分數的升高和CO2體積分數的下降[22]。90 d時，CK和4個處理組的CO2體積分數分別是1.25%、1.57%、2.40%、0.70%和0.85%，0.300 kGy和0.500 kGy的CO2體積分數顯著低于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度，減少了其O2的消耗和CO2的釋放。

2.3 低劑量輻照對鮮核桃乙烯釋放量的影響

低劑量輻照對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先急速下降（0～12 d內）后緩慢下降（12 d～30 d）再趨于穩定（30 d后）的變化趨勢（圖1C），這與郭園園等[23]對青皮核桃的研究結果相似。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，與青果果實乙烯釋放量對輻照的效應不同[17]；12 d內各處理乙烯釋放量均值的差異性與0 d時的差異相同，其乙烯生成速度顯著下降是低溫影響果蔬成熟過程的結果[24]；60 d～90 d時，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，延緩其衰老進程，與沈碧貞等發現的60Coγ射線對蘋果貯藏期間乙烯釋放量的效應相同[25]。

2.4 低劑量輻照對鮮核桃蛋白質、脂肪含量和過氧化值的影響

低劑量輻照對鮮核桃蛋白質、脂肪含量和過氧化值的影響見圖2。

圖2 低劑量輻照對鮮核桃粗蛋白含量（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，冷藏期間鮮核桃的粗蛋白含量整體呈現持續下降趨勢（圖2A）。0.300 kGy和0.500 kGy處理的粗蛋白含量在貯藏期間持續高于CK，除60 d外，與CK的差異均達到極顯著水平（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的重要指標[26]。鮮核桃的脂肪含量在貯藏期間呈現總體下降趨勢（圖2B）。0 d時，輻照處理瞬時促進了脂肪含量的增加，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，CK 和 0.075 kGy的脂肪含量出現高峰，且兩處理的脂肪含量極顯著高于其他處理（P＜0.01），二者高峰的出現可能是貯藏期兩種處理失水嚴重導致脂肪含量相對增加[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，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上升趨勢，處理組過氧化值則先下降后上升（圖2C）。0 d時，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，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上升趨勢，CK的過氧化值持續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。相關性分析發現，30 d以后過氧化值與輻照劑量顯著負相關（R=-0.594，P＜0.05）。表明，輻照在處理鮮核桃的初期對其油脂產生了瞬時氧化，引起了過氧化值的升高，隨冷藏進程的延長該效應迅速緩解消除，顯示了抑制脂肪氧化的效應，以0.300 kGy和0.500 kGy效果較好。

2.5 低劑量輻照對鮮核桃LOX活性和MDA含量的影響

低劑量輻照對鮮核桃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先上升后下降再上升的趨勢，其他處理總體呈現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，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物，是反應細胞衰老的重要指標[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含量呈現先下降后上升趨勢。0 d 時，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處理短時對細胞膜產生了傷害，這與馬艷萍等[23]前期的研究結果相似；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時峰值高達3.71 μmol/g，至冷藏結束時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，進而延遲其衰老進程。

圖3 低劑量輻照對鮮核桃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 結論

60Сογ射線輻照處理高效、安全，在果蔬中得到較為廣泛的應用。‘遼核2號’鮮核桃經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、營養和油脂品質、生理指標方面呈現一定優勢，隨劑量不同表現效應存在差異。綜合考慮各指標變化和生產實際，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O2和CO2的波動，冷藏期24 d內以0.300 kGy和0.500 kGy效果較優，之后0.075 kGy和0.100 kGy優勢減弱；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處理具有持續優勢；0.100、0.300、0.500 kGy 不同程度地抑制了核桃發霉進而提高了好果率，其中以0.300 kGy和0.500 kGy效果較優，保持了鮮核桃較好的冷藏品質。

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