γ射線輻照對香菇采后貯藏過程中水分特性及理化指標的影響

葉 爽，陳 璁，高 虹，范秀芝，殷朝敏，姚 芬，馮翠萍，史德芳,*

（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 武漢 430064；2.湖北工業大學生物工程與食品學院，湖北 武漢 430064；3.武漢輕工大學食品科學與工程學院，湖北 武漢 430023；4.山西農業大學食品科學與工程學院，山西 太谷 030801）

香菇（Lentinus edodes）作為產量第二大的食用菌品種，以其特有的菌菇風味深受消費者喜愛。香菇營養價值豐富，含有多糖、麥角甾醇和酚類等多種活性功能成分，具有抗病毒、腫瘤，增強人體免疫力的生理功能[1-2]。隨著人們對生鮮食材的消費認知從“干凈衛生”逐步提升至“高品質、高營養”，促進了生鮮香菇需求量的迅猛增長。由于香菇產出季節性比較強，不利于長距離運輸，現有貯藏技術的不足造成鮮香菇旺盛的需求與貧乏的供應間的矛盾，各區域供求關系極其不平衡[3-4]。新鮮香菇含水率高達90%，采后仍進行活躍的代謝活動，采摘后易發生軟化、褐變、失水、霉爛等腐敗現象[2-6]。為維持香菇采后較好的貯藏品質，亟待探索一種適合長期貯藏香菇的規?；幚肀ｕr技術。

目前最常用的香菇貯藏技術有干制[7-9]、低溫貯藏[10]、化學處理（檸檬酸、香精油熏蒸、黃蓍交）[11-14]和氣調包裝[15-17]，然而干燥處理難以保持香菇特有的形態和風味，還會引起木質化，從而影響香菇復水性和可食用性，其中的有效活性成分會隨著貯藏時間延長而變化，最終會引起產品外觀和品質劣變，不能達到預期的營養和保健效果[1,7]；冷藏過程中鮮香菇容易發生失水現象，還有可能出現組織結晶影響商品價值，特別是近年來新型食源性疾病對人類身體健康的威脅，使得消費者對冷藏食品的食用安全性提出了更為嚴格的要求；化學處理后的化學殘留有危害人體健康的風險，易形成安全隱患；氣調保鮮庫常用于生鮮食品的貯藏，隨著長距離、跨區域運輸需求的增長及現代物流業的迅速發展，使得對貯運包裝材料性能（透氣性、透水性和機械力學等特性）和質量的要求進一步提高。

輻照處理是繼巴氏熱殺菌技術之后具有里程碑意義的一項冷殺菌保鮮技術，能夠抑制發芽、推遲后熟、殺蟲滅菌等[2]。與傳統貯藏加工技術不同，輻照處理是通過具有較強穿透能力的射線深入香菇內部使組織發生物理、化學系列反應，擁有零殘留、易于控制、適宜產業化加工生產等優點[3]，并且低于10.0 kGy劑量的輻照不會對食品產生安全問題[18]。國內外已有大量對樹莓[19]、石榴[20]、蘑菇[21]等鮮銷果蔬的輻照保鮮研究報道。Fernandes等[22]研究輻照對野生食用菌化學成分及抗氧化性影響，結果表明，1.0 kGy γ輻照可將蘑菇貯藏期間的品質變化降至最低。Yaqvob等[23]采用電子束輻照雙孢菇，研究結果表明輻照提高了雙孢菇抗氧化能力，抑制雙孢菇亮度（L*值）降低，輻照組品質優于未輻照組，電子束輻照延長了雙孢菇的貯藏期。

低場核磁共振（low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）技術是一種有效、快速、無損的檢測方法[24]，從微觀角度解釋樣品中水分狀態隨弛豫時間的變化規律[25]，能夠實時考察新鮮組織中氫質子的流動及分布狀態。本研究運用LF-NMR技術考察鮮香菇貯藏期間不同狀態水分流動性，可為闡明保鮮過程中香菇的水分變化提供技術參考。

菌菇輻照保鮮處理要根據菌菇物性特點采用合適的輻照劑量，不恰當的輻照劑量會使菌菇組織內產生過量自由基，從而引發細胞破裂、加快氧化等一系列劣變反應[2,4]。前期研究表明1.0 kGy是能維持香菇貯藏品質、延長貨架期的最佳輻照劑量[2,18]。故本研究采用1.0 kGy60Co γ射線輻照處理鮮香菇，并用食用菌保鮮袋密封，在（4±1）℃、相對濕度（80±5）%的環境下貯藏[3]，通過分析貯藏過程中理化指標（色度、硬度、顯微結構）及水分特性變化，考察輻照處理對鮮香菇貯藏品質的影響，為降低鮮香菇在貯藏過程的失水失重、品質劣變和延長貨架期提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮香菇‘808’于2019年8月購于湖北千年緣生態農業開發有限公司，同批采收，挑選成熟度、大小均勻一致且無機械損傷的香菇。

所有試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

恒溫恒濕箱BSC-250 上海博迅實業有限公司醫療設備廠；CR-400色彩色差計 日本Konica Minolta公司；TA.XT 2i/20型質構儀 英國Stable Micro Systems公司；NMI20-025V-I LF-NMR儀 蘇州紐邁分析儀器股份有限公司；CLIPSE CI正置光學顯微鏡 尼康儀器（上海）有限公司；E300-2精密電子天平 常熟雙杰測試儀器廠；γ射線輻照60Co源（裝源量25.5萬 Ci）湖北省輻照實驗中心。

1.3 方法

1.3.1 樣品分組及預處理

香菇運輸至實驗室后，采用專用的食用菌保鮮袋包裝后將其分為1.0 kGy60Co γ射線輻照組（以下簡稱輻照組）和未輻照對照組，采用γ射線輻照60Co源以1.0 kGy劑量對輻照組香菇進行2.5 h輻照處理，未輻照組香菇靜置相同時間。在香菇貯藏0、7、14、21 d時取出，除去菌柄，對菌蓋進行各項指標測定。

1.3.2 香菇顏色測定

參照周冉冉等[2]的方法稍作修改，用色差儀檢測香菇蓋縱切面正中點顏色，用CIELab表色系表示，L*值表示亮度，其值越大表示越亮；a*值表示紅綠度，正值為紅，負值為綠；b*值表示黃藍度，正值為黃，負值為藍。測定時光線充足，每組測定條件相同，做3 次平行。

1.3.3 硬度測定

參考金瑋玲等[26]的方法稍作修改，用質構儀測定香菇硬度。采用P/36 R圓柱型探頭，測前速率1.0 mm/s、測試速率5.0 mm/s、測后速率5.0 mm/s，測試距離10 mm，返回距離15 mm。每組樣品測定9 次，結果取平均值。硬度表示斷裂樣品所需的最大力，其值越大表明產品越硬，單位為g。

1.3.4 顯微結構觀察

參考周冉冉等[4]的方法稍作修改，用福爾馬林-體積分數70%乙醇-冰醋酸（5∶5∶9，V/V）固定液固定、不同體積分數乙醇溶液梯度脫水、二甲苯透明、石蠟包埋。切片厚度8 μm，并依次用二甲苯脫蠟、番紅-固綠染色、不同體積分數乙醇溶液梯度脫水、中性樹交封片后，在顯微鏡下觀察樣品微觀結構并采集結果。

1.3.5 LF-NMR分析水分狀態變化

參考Cheng Shasha等[8]稍作修改，將樣品稱質量后置于40 mm線圈中央進行LF-NMR分析，利用CPMG脈沖序列測定樣品橫向弛豫時間（T2）。主要測試參數設置：主頻20 MHz，偏移頻率629 614.23 kHz，90°脈沖時間9.00 μs，180°脈沖時間16.48 μs，累加采樣次數9，回波時間0.300 ms，回波個數13 000，信號接收帶寬100 kHz。連續測定9 次，結果取平均值。

1.3.6 感官評價

由10 名具有相關專業知識并進行培訓的感官評價員從香菇的形態、色澤、氣味這3 個指標進行綜合評價，當任一指標評分低于4 分，則判定香菇已失去市場價值，具體評價標準見表1。

表1 香菇感官評價標準[27-28]Table 1 Criteria for sensory evaluation of shiitake mushrooms[27-28]

1.4 數據處理與分析

每組處理均進行3 次或以上，采用Excel 2018軟件進行數據處理，結果以平均值±標準差表示，采用SPSS Statistics 21軟件進行單因素方差分析，P＜0.05為差異顯著，采用Origin 2018軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 γ射線輻照對貯藏過程中香菇色度的影響

色度作為食品最重要的外觀指標，其深淺與品質有直接關系，因此可以通過測定香菇的色度判別色澤劣變。如表2所示，對照組和輻照組香菇在貯藏過程中L*、a*、b*值均存在顯著差異（P＜0.05），但輻照處理未對香菇的色度造成明顯影響（貯藏0 d時兩組樣品色度相近）。在整個貯藏過程中，輻照組L*值由90.06下降至87.77，而對照組L*由90.54下降至80.71，兩組香菇L*值均呈下降趨勢，這可能與香菇采后代謝活躍，發生酶促褐變有關[2-5]。但貯藏期間輻照組香菇L*值始終大于對照組，輻照組L*值貯藏至第14天L*值顯著降低，而對照組L*值在貯藏至第7天時顯著下降。輻照組和對照組香菇a*值在貯藏期間均呈先增大后減小的趨勢，整體偏紅，且貯藏末期輻照組香菇a*值下降較快，貯藏14～21 d時輻照組香菇a*值低于對照組。貯藏期間輻照組香菇b*值先下降再上升，而對照組b*值先上升再下降，并且貯藏21 d時兩組b*值相差較大。綜上，輻照處理在一定程度上抑制了鮮香菇顏色劣變，特別是對L*值影響明顯，較好地維持了香菇的亮度。

表2 香菇在貯藏過程中的色度變化Table 2 Changes in Lentinus edodes color during storage

此外，輻照處理鮮香菇不僅抑制了附著微生物的生長繁殖，還能夠通過調節酶代謝活動，影響抗逆性反應，從而抑制褐變進程。Aparajita等[29]研究輻照處理對卷心菜褐變進程的影響發現，輻射處理主要通過抑制苯丙氨酸解氨酶活性降低酚類物質合成代謝，從而抑制褐變現象。本研究中對照組香菇在貯藏期間由于呼吸作用導致細胞降解代謝發生褐變等反應[30]，且香菇豐富的營養資源利于菌蓋附著的微生物生長繁殖，造成色素沉淀物大量積累，導致出現組織塌陷、黑斑等現象。

2.2 γ射線輻照對貯藏過程中香菇硬度的影響

硬度是香菇質構屬性中最重要的指標[26]，易受到水分流失、機械損傷的影響，子實體的軟化是影響鮮香菇商品性和貨架期的一個突出問題[3]。如圖1所示，對照組和輻照組香菇在貯藏期間硬度均不斷下降，但對照組香菇硬度下降幅度大于輻照組，對照組香菇硬度始終小于輻照組。這可能是因為香菇在貯藏過程中細胞降解活性增加導致細胞壁降解[2]，維持蛋白質空間結構的氫鍵、疏水鍵斷裂，菌絲組織解構，細胞間隙加大，香菇組織細胞失水，軟塌，失去彈性。

圖1 過程貯藏中香菇硬度變化Fig.1 Changes in Lentinus edodes hardness during storage

香菇的軟化與細胞膜完整性、蛋白質和多糖的降解、細胞器破裂以及組織間隙增大有關，此外硬度的降低可能還與微生物侵染有關[4]。Jiang Tianjia等[31]研究了γ射線輻照對香菇理化和微生物特性的影響，結果表明1.0 kGy輻照維持了組織的堅韌度和感官品質，延長了香菇貨架期。

2.3 γ射線輻照對貯藏過程中香菇微觀結構的影響

食用菌的衰老劣變與細胞結構變化緊密相關，細胞完整性的喪失是鮮香菇組織衰老的內在表現[6]。如圖2所示，貯藏初期香菇的菌絲組織結構緊密，細胞分布均勻、孔隙小、界限清晰。隨著貯藏時間的延長，兩組香菇組織結構都變得疏松多孔，菇體變軟。對照組香菇在貯藏14 d時大部分菌絲解體，失去網絡結構，而輻照組仍維持著基本網絡結構。這可能與對照組香菇劣變進程較快有關，對照組香菇采后仍有較高的呼吸強度和降解速率，各類反應消耗了大量的蛋白質與多糖，細胞發生自溶，組織結構解體，菌絲數目明顯減少，纖維素等高分子物質降解，細胞結構趨于崩塌。王博等[32]對雙孢蘑菇營養菌絲老化現象的研究結果表明，隨著細胞的衰老，菌絲體積減小、細胞壁降解，色素沉積明顯，最后失去正常的細胞形態。而本研究結果表明，輻照處理能很好地抑制香菇纖維素和半纖維素晶體結構的破壞，抑制膜脂過氧化反應，維持香菇細胞膜結構完整性，延長了香菇貨架期。

圖2 貯藏過程中香菇微觀結構變化Fig.2 Changes in Lentinus edodes microstructure during storage

2.4 γ射線輻照對貯藏過程中香菇水分狀態變化的影響

物料的水分含量及水分存在狀態是表征生鮮食品新鮮程度的重要物性指標。香菇在貯藏期間容易失水引起表皮皺縮、組織萎蔫、菌蓋開傘和菌柄伸長等現象，導致子實體質量損失、失鮮、品質下降和營養損耗。橫向弛豫時間T2越長，氫質子的自由度越大，所受束縛力越小，與自身纖維組織的結合程度越弱，其水分越容易被脫除；反之，T2越短則水分越難脫除[24-25,33]。如圖3所示，對照組和輻照組香菇的T2圖譜擬合后均呈現3 種水分狀態，分別為結合水T21（0.1～1 ms）、不易流動水T22（1～100 ms）和存在于液泡中的自由水T23（＞100 ms）[5,8,33]。

圖3 貯藏過程中香菇水分橫向弛豫時間T2變化Fig.3 T2 relaxation time spectrum of fresh Lentinus edodes during storage

T2圖譜中峰面積可反映相應狀態水分的相對含量，根據T2圖譜峰面積變化（圖3A）可知，隨貯藏時間的延長，對照組香菇結合水相對含量呈現先增加后減少的趨勢，這可能是自由水和不易流動水分子與多糖、蛋白質等物質結合成簇，轉化成為結合水，隨后香菇表面大量水分汽化，自由水擴散到表面被脫除，隨貯藏時間的延長內部組織逐漸失水，結合水也逐漸損失。對照組香菇貯藏期間不易流動水相對含量呈波動變化?？赡茉蚴窍愎絻炔课镔|在酶作用下被分解，細胞內溶質成分及細胞體積的變化導致局部黏性發生改變，不易流動水的流動性呈波動變化。此外，不易流動水與結合水、自由水互相轉化[24-25,33-34]也是導致其含量波動變化的重要原因。而貯藏后期呈現向流動性增大的變化趨勢。貯藏初期對照組香菇自由水相對含量較高，隨著貯藏時間延長，自由水相對含量先升高后降低，T2圖譜中不易流動水T22峰向自由水T23峰靠攏，至貯藏21 d時兩峰融合，此時細胞破損嚴重，不易流動水與自由水融合無法分離，水分流動性降低。在其他研究[5]中也觀察到類似現象，這可能是胞內細胞器降解和固形物含量發生變化，水分從液泡遷移到細胞質，導致水分擴散效應增大[33-34]。Cheng Shasha等[5]研究香菇在貯藏過程中水分遷移特性及其與品質劣變的相關性時發現，隨著貯藏時間的延長結合水T21峰右移、自由水T23峰左移，在貯藏末期不易流動水與自由水兩峰出現融合現象，細胞質中水分增加和液泡中水分減少。

如圖3B所示，貯藏期間輻照組香菇結合水相對含量變化幅度較小，不易流動水相對含量在貯藏前期有一定幅度升高，然后逐漸降低。不易流動水含量的增加可能是碳水化合物（主要是葡萄糖、果糖和蔗糖）濃度升高，導致自由水向不易流動水轉變，轉變為與細胞壁多糖（如果交）結合更緊密的形式[33-34]；隨著貯藏時間延長，香菇內部由于酶解作用、腐敗變質，水分子所受束縛力變小，水分被逐漸脫除，不易流動水含量減少。輻照組香菇自由水相對含量隨著貯藏時間下降較為緩慢，與對照組相比，不僅下降幅度小且沒有明顯波動。輻照處理能夠降低酶和微生物作用對胞內液泡的破壞，延緩細胞降解程度，有利于保持細胞結構完整性[18]。因此，1.0 kGy輻照處理能夠抑制鮮香菇水分遷移和散失。

2.5 γ射線輻照對貯藏過程中香菇感官品質的影響

本研究分別從形態、色澤、氣味3 個方面對貯藏過程中對照組和輻照組香菇進行感官評價，結果如表3所示。隨著貯藏時間延長，兩組香菇感官品質均不斷下降，但輻照組香菇感官評分始終高于對照組。由圖4可知，貯藏7 d時兩組香菇的外觀形態均無明顯變化，至21 d時對照組香菇褐變嚴重，且菌蓋表面觀察到明顯水漬，菌蓋完全開傘，菌褶顏色變深，香菇內部失水嚴重且孔隙增大，菌柄皺縮，形態感官評分低至2.9 分，喪失食用品質，這與組織微觀結構分析結果一致；而輻照組香菇到貯藏21 d仍保持較好的感官品質，開傘不明顯，菌褶顏色與貯藏初期沒有明顯差別，內部結構仍然保持完整，說明1.0 kGy輻照處理能夠較好地保持鮮香菇的感官品質，延緩劣變進程。

表3 貯藏期間香菇的感官評分Table 3 Sensory evaluation scores of Lentinus edodes during storage

圖4 貯藏期間香菇外觀形態變化Fig.4 Changes in the appearance of Lentinus edodes during storage

3 討 論

香菇采后發生感官品質變化等劣變現象，不僅與香菇自身的生理生化特性、微生物污染和繁殖有關，而且很大程度上受到保鮮處理、貯藏條件的影響和制約。輻照保鮮不僅能夠降低食源性微生物和蟲害的侵染風險[19-20,35-36]，而且能夠調節鮮香菇自身生理生化代謝。本實驗中，輻照處理鮮香菇可能通過抑制酶促褐變保持其亮度，通過延緩硬度降低保持相對光滑、飽滿的外形特征。Koorapati等[35]的研究也表明輻照果實的硬度比未處理組果實硬度高，這與本實驗結果一致；此外，可能也與輻照抑制了微生物對香菇組織的侵染作用有關。

輻照處理在一定程度上抑制了鮮香菇內部水分的遷移。水分是影響食品質量、貨架期的主要因素之一，水分散失是造成香菇采后質量損失最主要的生理過程[8]。自由水作為香菇組織中含量最高的水組分，與細菌的生長繁殖、香菇組織內源酶反應聯系緊密，是關系著香菇新鮮度及貯藏穩定性的主要因素。自由水含量的減少很大程度上與香菇采后高強度的蒸騰和呼吸作用有關[18]。香菇內部有自由水、結合水和不易流動水3 種狀態的水分。本研究結果表明，由于碳水化合物等細胞組成物質的降解作用，結合水損失，向不易流動水轉變，進而使不易流動水與自由水融合，而流動性較高的自由水從液泡和細胞間隙中遷移并大量流失。

本實驗采用1.0 kGy60Co γ射線輻照處理鮮香菇，能夠延緩子實體L*值的降低，貯藏21 d期間，輻照組香菇子實體表面色澤優于對照組；輻照處理抑制鮮香菇軟化進程，使其在貯藏過程中仍能保持較好的硬度；微觀結構觀察結果表明，輻照處理能夠降低菌絲分解，延緩細胞自溶現象，使香菇保持相對完整的組織結構；LF-NMR分析可知，輻照處理能夠抑制鮮香菇不同狀態水分的遷移變化，特別是降低了自由水（T23）損失。感官評價結果表明，輻照處理能較好地保持香菇的色澤和形態?？傊?，1.0 kGy γ射線輻照處理通過影響鮮香菇自身代謝變化使其保持較好的理化特性，延緩了水分損失，實驗結果對開展規?；?、大批量鮮香菇貯運保鮮有一定的指導作用。