低剂量辐照鲜核桃冷藏期的生理与品质变化

胡海超，刘慧，李晴，马艳萍，3，*，高智辉

（1.西北农林科技大学林学院，陕西杨凌712100；2.西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西杨凌712100；3.陕西省经济植物资源开发利用重点实验室，陕西杨凌712100）

核桃（Juglans legia L.）又称胡桃，与扁桃、腰果、榛 子并称为世界四大干果[1]。核桃富含油酸、亚油酸和亚麻酸等不饱和脂肪酸和蛋白质等营养成分，被誉为天然脑黄金[2]。市场上历来以干制核桃和核桃加工品为主，但其在干制过程中会导致部分营养物质损失[3]。近年来，随着人们健康意识的增强，口感更好、营养更加丰富合理[4]、抗氧化能力更强[5]的鲜核桃赢得了逐年趋旺的消费市场。然而，鲜核桃水分含量和酶活性较高，易产生发芽、酸败和发霉现象，严重制约其市场的长期需求[6]。因此，维持鲜核桃贮藏品质，延长供应周期是鲜核桃产业发展中亟待解决的问题。

60Coγ辐照是一种安全、环保、高效的果蔬保鲜新方法，能够杀死寄生的采后害虫和微生物，抑制相关酶活性和呼吸代谢作用，进而延缓衰老进程[7]，同时对果蔬采后发芽作用显著[8]，已在板栗、杏仁等干果[9-10]和采后易发芽果蔬中得到广泛应用[8]。研究发现，适宜低剂量辐照处理对果蔬保鲜具有显著积极作用[7，11]，高剂量辐照可影响果蔬的风味和品质，甚至加剧酸败[12]。

课题组前期研究发现，辐照可抑制鲜核桃采后萌发[13-14]，1.0 kGy和5.0 kGy显著加速风味和品质劣变，0.5 kGy对其具有较好保鲜效果[13，15]，但该剂量设置范围大，适宜冷藏剂量不够精准；此外还对0.300 kGy以下低剂量处理的冷藏后货架品质变化进行了研究，有关低剂量辐照鲜核桃冷藏期生理与品质未见报道[16]。为进一步获取抑制鲜核桃采后发芽和保持其良好冷藏品质的精确剂量阈值，研究以‘辽核2号’鲜核桃为材料，选取完全抑制鲜核桃采后发芽的低剂量（0.075、0.100、0.300、0.500 kGy）处理，监测其冷藏期间的生理与品质变化，筛选冷藏适宜剂量，为鲜核桃长期供应提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料

‘辽核2号’鲜核桃自然成熟时采于陕西省扶风县杏林镇，当天运回西北农林科技大学林学院植物资源实验室，进行人工脱皮，流动水洗净后置于通风处自然风干表面水分，挑选大小均匀、无机械损伤、无病虫害的核桃待用。

1.2 仪器与设备

CheCKMate9900 型气体分析仪：丹麦 PBI.Dansensor公司；Trace GC Uitra气相色谱仪：美国Thermo Electron公司；UV-1700分光光度计：日本SHIMADZU公司；A11研磨分析仪：德国IKA公司；TEL7001型二氧化碳检测仪：美国GE公司。

1.3 方法

1.3.1 试材处理

将核桃置于30 cm×30 cm×30 cm的纸箱中，运往西北核工业研究所进行60Cογ射线辐照处理，辐照剂量为 0（CK）、0.075、0.100、0.300、0.500 kGy，采用剂量率为55.56 Gy/min的静态辐照工艺。辐照完成后立即运回西北农林科技大学进行初始样品取样，其余样品于（0±1）℃冷库预冷 24 h，采用厚度为 30 μm 的聚乙烯包装袋进行分装后继续于（0±1）℃冷库中贮藏90 d，每剂量处理24袋，每袋30粒核桃，其中固定3袋用于气体成分的测定，其余样品用于其他指标的取样测定。

1.3.2 取样

分别于冷藏0、30、60、90d随机取样，每处理3袋，剥取种仁后立即投入液氮速冻，并于液氮条件下采用研磨分析仪充分研磨成粉末，然后置于-80℃超低温冰箱贮藏备用。

1.3.3 指标的测定

1.3.3.1 好果率

贮藏90 d时，各处理取样3袋，观察核桃种壳、内种皮和种仁霉变情况，统计好果数。核桃表面未发霉或发霉面积1/10以下，且内种皮和种仁无任何发霉现象记为好果，否则记为坏果。

1.3.3.2 气体成分

参考董慧[17]测定冷藏期间青皮核桃气体成分的方法略做改进。每处理取3袋鲜核桃，将硅胶垫贴于样品包装袋上，采用气体分析仪测定袋内的气体成分，结果为3个重复的平均值。

1.3.3.3 乙烯释放量的测定

参考董慧[17]测定核桃青皮果实乙烯释放量的方法略作改进。每组处理随机取3袋核桃放于6L的干燥器中密闭6 h，然后通过橡皮塞用注射器抽取样气5 mL，利用排水法贮存于10 mL的小玻璃瓶中，用气相色谱仪测定乙烯含量。色谱条件：Trace GC Uitra气相色谱仪，2 mol/L不锈钢填充柱，载气N2（恒压40 KPa）；柱温70℃，进样口温度7℃，进样量1 mL；氢火焰离子化检测器温度150℃，燃气H2，流速35 mL/min，助燃气体空气，流速350 mL/min。结果取3个重复的平均值。

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

式中：a为气相色谱仪的读数；V0为干燥器体积，L；V1为果实体积，L；M 为样品质量，kg；T 为样品放置时间，h。

1.3.3.4 品质指标

粗蛋白含量：参照GB5009.5-2010《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》方法；油样提取；参照Mexis[18]等的方法略有改动，称取25 g冷冻粉末于100 mL石油醚（沸程30℃～60℃）中浸提24 h，然后置于旋转蒸发仪中进行40℃水浴，待石油醚完全蒸发即得油样；粗脂肪含量：索氏提取法[19]；过氧化值：参照GB 5009.227-2016《食品安全国家标准食品中过氧化值的测定》。

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

LOX活性：参照马艳萍等[20]的方法；MDA含量：采用硫代巴比妥酸法[21]。

1.4 数据处理与分析

试验数据采用Microsoft Excel 2010进行整理，采用Sigma plot 12.0作图，并用SPSS Statistics 18.0进行数据统计分析。数据表示为3个数据平均值±标准差，采用Duncan’s新复极差法检验处理间数据在0.01和0.05水平上的差异显著性。

图1 低剂量辐照对包装袋内二氧化碳（A）和氧气（B）体积分数和乙烯释放量（C）的影响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 结果与分析

2.1 低剂量辐照对鲜核桃好果率的影响

经统计与计算，贮藏结束时，CK、0.075、0.100、0.300、0.500 kGy处理鲜核桃的好果率分别为58%、60%、75%、90%和 89%，以 0.100、0.300、0.500 kGy 3种处理的好果率极显著高于CK（P＜0.01）。表明，0.075 kGy对鲜核桃贮藏不具优势，其他3种处理对其霉变有不同程度的抑制作用，以后两者的效果更优。

2.2 低剂量辐照对鲜核桃包装内气体成分的影响

低剂量辐照对鲜核桃包装内气体成分的影响见图1。

冷藏期间，鲜核桃包装内CO2体积分数整体呈现先上升后下降趋势（图1A），O2的体积分数变化趋势与 CO2相反（图 1B）。1 d～7 d，CO2的体积分数迅速上升，O2体积分数迅速下降。7 d～24 d时，两种气体的体积分数均趋于稳定，CK、0.075、0.100、0.300、0.500 kGy处理包装袋内的CO2体积分数均值分别为4.83%、3.48%、3.90%、2.26%和2.39%，CK极显著地高于处理（P＜0.01），0.300 kGy和 0.500 kGy极显著地低于 CK和其他处理（P＜0.01）；CK包装内的O2体积分数略微下降，处理组则有所上升，以CK极显著低于处理组（P＜0.01），0.300 kGy和 0.500 kGy的 O2体积分数极显著高于 0.075 kGy和 0.100 kGy处理（P＜0.01），这是由于辐照处理降低了冷藏初期的呼吸强度，从而减少了O2的消耗和 CO2的释放所致。24 d～90 d，CO2呈现下降趋势，O2则缓慢上升，是因为冷藏初期呼吸作用的累积效果降低了O2浓度，产生膜内外氧气压力差，又因该包装膜的自发气调作用，导致外界O2进入包装袋，引起O2体积分数的升高和CO2体积分数的下降[22]。90 d时，CK和4个处理组的CO2体积分数分别是1.25%、1.57%、2.40%、0.70%和0.85%，0.300 kGy和0.500 kGy的CO2体积分数显著低于CK和其他辐照处理（P＜0.05）。表明，0.300 kGy和0.500 kGy辐照处理降低了鲜核桃冷藏期间的呼吸强度，减少了其O2的消耗和CO2的释放。

2.3 低剂量辐照对鲜核桃乙烯释放量的影响

低剂量辐照对鲜核桃乙烯释放量的影响见图1。

鲜核桃冷藏期间的乙烯释放量呈现先急速下降（0～12 d内）后缓慢下降（12 d～30 d）再趋于稳定（30 d后）的变化趋势（图1C），这与郭园园等[23]对青皮核桃的研究结果相似。处理后，CK、0.075、0.100、0.300、0.500 kGy 的乙烯释放量分别为 23.03、26.20、3.32、15.43、14.82 μL/（kg·h），以0.075 kGy处理显著高于CK和其他处理（P＜0.05），其他剂量的乙烯释放量均极显著低于 CK（P＜0.01），0.300 kGy和 0.500 kGy之间差异不显著，与青果果实乙烯释放量对辐照的效应不同[17]；12 d内各处理乙烯释放量均值的差异性与0 d时的差异相同，其乙烯生成速度显著下降是低温影响果蔬成熟过程的结果[24]；60 d～90 d时，各处理的乙烯释放量略有回升但差异不显著。表明，0.100、0.300、0.500 kGy处理不同程度的抑制了鲜核桃冷藏期间的乙烯释放量，延缓其衰老进程，与沈碧贞等发现的60Coγ射线对苹果贮藏期间乙烯释放量的效应相同[25]。

2.4 低剂量辐照对鲜核桃蛋白质、脂肪含量和过氧化值的影响

低剂量辐照对鲜核桃蛋白质、脂肪含量和过氧化值的影响见图2。

图2 低剂量辐照对鲜核桃粗蛋白含量（A）、粗脂肪含量（B）和过氧化值（C）的影响Fig.2 Effects of low-dose irradiation on contents of crude protein（A）and fat（B）and peroxide value（C）of fresh walnuts

鲜核桃中富含蛋白质，冷藏期间鲜核桃的粗蛋白含量整体呈现持续下降趋势（图2A）。0.300 kGy和0.500 kGy处理的粗蛋白含量在贮藏期间持续高于CK，除60 d外，与CK的差异均达到极显著水平（P＜0.01）。表明，0.300 kGy和0.500 kGy辐照处理较好的保存了鲜核桃的粗蛋白含量。

脂肪含量的保存是衡量鲜核桃贮藏品质的重要指标[26]。鲜核桃的脂肪含量在贮藏期间呈现总体下降趋势（图2B）。0 d时，辐照处理瞬时促进了脂肪含量的增加，以0.075、0.300、0.500 kGy的脂肪含量极显著高于 CK（P＜0.01）：之后仅在 30 d时，CK 和 0.075 kGy的脂肪含量出现高峰，且两处理的脂肪含量极显著高于其他处理（P＜0.01），二者高峰的出现可能是贮藏期两种处理失水严重导致脂肪含量相对增加[20]。贮藏期间，以剂量从小到大顺序处理鲜核桃的脂肪含量均值分别为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和其他处理。表明，辐照处理对抑制鲜核桃脂肪氧化分解具有一定作用，以0.300 kGy和0.500 kGy的效果较佳。

过氧化值是判断油脂初期氧化程度的指标，其增高意味着油脂酸败程度的加剧[27]。冷藏期间，CK鲜核桃的过氧化值呈现上升趋势，处理组过氧化值则先下降后上升（图2C）。0 d时，以剂量从小到大顺序处理鲜核桃的过氧化值分别为0.26、0.29、0.37、0.31、0.30 mmol/kg，处理组过氧化值均高于CK，以0.100 kGy极显著高于 CK（P＜0.01）；0～30 d 时，处理组过氧化值迅速下降，而CK迅速上升；30 d～90 d，CK和辐照处理的过氧化值整体呈现上升趋势，CK的过氧化值持续显著高于各辐照处理组（P＜0.05），CK和0.075、0.100、0.300、0.500 kGy 的过氧化值均值分别为0.41、0.29、0.34、0.24、0.27 mmol/kg， 以 0.300 kGy 和0.500 kGy最低。相关性分析发现，30 d以后过氧化值与辐照剂量显著负相关（R=-0.594，P＜0.05）。表明，辐照在处理鲜核桃的初期对其油脂产生了瞬时氧化，引起了过氧化值的升高，随冷藏进程的延长该效应迅速缓解消除，显示了抑制脂肪氧化的效应，以0.300 kGy和0.500 kGy效果较好。

2.5 低剂量辐照对鲜核桃LOX活性和MDA含量的影响

低剂量辐照对鲜核桃LOX活性和MDA含量的影响见图3。

LOX是引起膜脂过氧化和生成MDA的关键酶。如图3A所示，CK和0.100 kGy鲜核桃的LOX活性在贮藏期间呈现先上升后下降再上升的趋势，其他处理总体呈现先上升后下降的趋势。0～30 d，各处理鲜核桃的LOX活性缓慢上升，以CK的LOX活性持续高于辐照处理；60 d～90 d，CK和0.100 kGy的LOX活性迅速上升，0.075、0.100、0.300 kGy处理组则迅速下降。90 d时，CK、0.075、0.100、0.300、0.500 kGy 处理的 LOX 活性分别为264、160、360、164、170△OD240/（g·min），CK的LOX活性极显著高于0.075、0.300和0.500 kGy（P＜0.01）。冷藏期间，五组处理的LOX活性均值分别为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，辐照有效抑制了鲜核桃冷藏期间的LOX活性，且抑制效果在冷藏后期更为突出。

MDA是膜脂过氧化作用的终产物，是反应细胞衰老的重要指标[28]。如图3B所示，冷藏期间，CK与辐照鲜核桃的MDA含量变化趋势差异显著，CK具有明显活性高峰，辐照组的MDA含量呈现先下降后上升趋势。0 d 时，CK、0.075、0.100、0.300、0.500 kGy辐照处理的 MDA 含量分别为 2.49、2.48、2.99、2.58、2.72 μmol/g，0.100、0.300、0.500 kGy处理短时对细胞膜产生了伤害，这与马艳萍等[23]前期的研究结果相似；之后在低温作用下，CK与辐照核桃的MDA含量下降；30 d～60 d，CK鲜核桃的MDA含量快速上升，60 d时峰值高达3.71 μmol/g，至冷藏结束时其含量极显著高于各辐照处理组（P＜0.01）；60 d～90 d，CK 鲜核桃的MDA 含量迅速下降，辐照组MDA含量缓慢上升，各处理的MDA含量均值分别为 3.38、1.88、2.49、2.56、2.43 μmol/g，仍以CK最高。表明，辐照处理有效地抑制了鲜核桃冷藏中后期MDA的生成，进而延迟其衰老进程。

图3 低剂量辐照对鲜核桃LOX活性（A）和MDA（B）含量的影响Fig.3 Effect of low-dose irradiation on LOX activity（A）and MDA content（B）of fresh walnuts

3 结论

60Сογ射线辐照处理高效、安全，在果蔬中得到较为广泛的应用。‘辽核2号’鲜核桃经0（CK）、0.075、0.100、0.300、0.500 kGy低剂量辐照处理，采用PE30包装袋包装后于（0±1）℃贮藏90 d。研究表明，辐照处理在好果率、营养和油脂品质、生理指标方面呈现一定优势，随剂量不同表现效应存在差异。综合考虑各指标变化和生产实际，确定0.300 kGy～0.500 kGy为其冷藏适宜低剂量辐照处理范围。

低剂量辐照处理有效缓解了鲜核桃冷藏期间包装袋内O2和CO2的波动，冷藏期24 d内以0.300 kGy和0.500 kGy效果较优，之后0.075 kGy和0.100 kGy优势减弱；0.100、0.300、0.500 kGy降低了冷藏初期的乙烯释放；0.075、0.300、0.500 kGy均抑制了LOX 活性并减少了MDA的积累，0.100 kGy提高了其冷藏后期的LOX活性。

冷藏期间，低剂量辐照处理均降低了鲜核桃油脂的过氧化值，对冷藏前期粗脂肪和粗蛋白的降解具有抑制作用，冷藏30 d后仅0.300 kGy和0.500 kGy处理具有持续优势；0.100、0.300、0.500 kGy 不同程度地抑制了核桃发霉进而提高了好果率，其中以0.300 kGy和0.500 kGy效果较优，保持了鲜核桃较好的冷藏品质。

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