γ射线辐照对香菇采后贮藏过程中水分特性及理化指标的影响

叶 爽，陈 璁，高 虹，范秀芝，殷朝敏，姚 芬，冯翠萍，史德芳,*

（1.湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所，国家食用菌加工技术研发分中心，湖北 武汉 430064；2.湖北工业大学生物工程与食品学院，湖北 武汉 430064；3.武汉轻工大学食品科学与工程学院，湖北 武汉 430023；4.山西农业大学食品科学与工程学院，山西 太谷 030801）

香菇（Lentinus edodes）作为产量第二大的食用菌品种，以其特有的菌菇风味深受消费者喜爱。香菇营养价值丰富，含有多糖、麦角甾醇和酚类等多种活性功能成分，具有抗病毒、肿瘤，增强人体免疫力的生理功能[1-2]。随着人们对生鲜食材的消费认知从“干净卫生”逐步提升至“高品质、高营养”，促进了生鲜香菇需求量的迅猛增长。由于香菇产出季节性比较强，不利于长距离运输，现有贮藏技术的不足造成鲜香菇旺盛的需求与贫乏的供应间的矛盾，各区域供求关系极其不平衡[3-4]。新鲜香菇含水率高达90%，采后仍进行活跃的代谢活动，采摘后易发生软化、褐变、失水、霉烂等腐败现象[2-6]。为维持香菇采后较好的贮藏品质，亟待探索一种适合长期贮藏香菇的规模化处理保鲜技术。

目前最常用的香菇贮藏技术有干制[7-9]、低温贮藏[10]、化学处理（柠檬酸、香精油熏蒸、黄蓍交）[11-14]和气调包装[15-17]，然而干燥处理难以保持香菇特有的形态和风味，还会引起木质化，从而影响香菇复水性和可食用性，其中的有效活性成分会随着贮藏时间延长而变化，最终会引起产品外观和品质劣变，不能达到预期的营养和保健效果[1,7]；冷藏过程中鲜香菇容易发生失水现象，还有可能出现组织结晶影响商品价值，特别是近年来新型食源性疾病对人类身体健康的威胁，使得消费者对冷藏食品的食用安全性提出了更为严格的要求；化学处理后的化学残留有危害人体健康的风险，易形成安全隐患；气调保鲜库常用于生鲜食品的贮藏，随着长距离、跨区域运输需求的增长及现代物流业的迅速发展，使得对贮运包装材料性能（透气性、透水性和机械力学等特性）和质量的要求进一步提高。

辐照处理是继巴氏热杀菌技术之后具有里程碑意义的一项冷杀菌保鲜技术，能够抑制发芽、推迟后熟、杀虫灭菌等[2]。与传统贮藏加工技术不同，辐照处理是通过具有较强穿透能力的射线深入香菇内部使组织发生物理、化学系列反应，拥有零残留、易于控制、适宜产业化加工生产等优点[3]，并且低于10.0 kGy剂量的辐照不会对食品产生安全问题[18]。国内外已有大量对树莓[19]、石榴[20]、蘑菇[21]等鲜销果蔬的辐照保鲜研究报道。Fernandes等[22]研究辐照对野生食用菌化学成分及抗氧化性影响，结果表明，1.0 kGy γ辐照可将蘑菇贮藏期间的品质变化降至最低。Yaqvob等[23]采用电子束辐照双孢菇，研究结果表明辐照提高了双孢菇抗氧化能力，抑制双孢菇亮度（L*值）降低，辐照组品质优于未辐照组，电子束辐照延长了双孢菇的贮藏期。

低场核磁共振（low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）技术是一种有效、快速、无损的检测方法[24]，从微观角度解释样品中水分状态随弛豫时间的变化规律[25]，能够实时考察新鲜组织中氢质子的流动及分布状态。本研究运用LF-NMR技术考察鲜香菇贮藏期间不同状态水分流动性，可为阐明保鲜过程中香菇的水分变化提供技术参考。

菌菇辐照保鲜处理要根据菌菇物性特点采用合适的辐照剂量，不恰当的辐照剂量会使菌菇组织内产生过量自由基，从而引发细胞破裂、加快氧化等一系列劣变反应[2,4]。前期研究表明1.0 kGy是能维持香菇贮藏品质、延长货架期的最佳辐照剂量[2,18]。故本研究采用1.0 kGy60Co γ射线辐照处理鲜香菇，并用食用菌保鲜袋密封，在（4±1）℃、相对湿度（80±5）%的环境下贮藏[3]，通过分析贮藏过程中理化指标（色度、硬度、显微结构）及水分特性变化，考察辐照处理对鲜香菇贮藏品质的影响，为降低鲜香菇在贮藏过程的失水失重、品质劣变和延长货架期提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鲜香菇‘808’于2019年8月购于湖北千年缘生态农业开发有限公司，同批采收，挑选成熟度、大小均匀一致且无机械损伤的香菇。

所有试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

恒温恒湿箱BSC-250 上海博迅实业有限公司医疗设备厂；CR-400色彩色差计 日本Konica Minolta公司；TA.XT 2i/20型质构仪 英国Stable Micro Systems公司；NMI20-025V-I LF-NMR仪 苏州纽迈分析仪器股份有限公司；CLIPSE CI正置光学显微镜 尼康仪器（上海）有限公司；E300-2精密电子天平 常熟双杰测试仪器厂；γ射线辐照60Co源（装源量25.5万 Ci）湖北省辐照实验中心。

1.3 方法

1.3.1 样品分组及预处理

香菇运输至实验室后，采用专用的食用菌保鲜袋包装后将其分为1.0 kGy60Co γ射线辐照组（以下简称辐照组）和未辐照对照组，采用γ射线辐照60Co源以1.0 kGy剂量对辐照组香菇进行2.5 h辐照处理，未辐照组香菇静置相同时间。在香菇贮藏0、7、14、21 d时取出，除去菌柄，对菌盖进行各项指标测定。

1.3.2 香菇颜色测定

参照周冉冉等[2]的方法稍作修改，用色差仪检测香菇盖纵切面正中点颜色，用CIELab表色系表示，L*值表示亮度，其值越大表示越亮；a*值表示红绿度，正值为红，负值为绿；b*值表示黄蓝度，正值为黄，负值为蓝。测定时光线充足，每组测定条件相同，做3 次平行。

1.3.3 硬度测定

参考金玮玲等[26]的方法稍作修改，用质构仪测定香菇硬度。采用P/36 R圆柱型探头，测前速率1.0 mm/s、测试速率5.0 mm/s、测后速率5.0 mm/s，测试距离10 mm，返回距离15 mm。每组样品测定9 次，结果取平均值。硬度表示断裂样品所需的最大力，其值越大表明产品越硬，单位为g。

1.3.4 显微结构观察

参考周冉冉等[4]的方法稍作修改，用福尔马林-体积分数70%乙醇-冰醋酸（5∶5∶9，V/V）固定液固定、不同体积分数乙醇溶液梯度脱水、二甲苯透明、石蜡包埋。切片厚度8 μm，并依次用二甲苯脱蜡、番红-固绿染色、不同体积分数乙醇溶液梯度脱水、中性树交封片后，在显微镜下观察样品微观结构并采集结果。

1.3.5 LF-NMR分析水分状态变化

参考Cheng Shasha等[8]稍作修改，将样品称质量后置于40 mm线圈中央进行LF-NMR分析，利用CPMG脉冲序列测定样品横向弛豫时间（T2）。主要测试参数设置：主频20 MHz，偏移频率629 614.23 kHz，90°脉冲时间9.00 μs，180°脉冲时间16.48 μs，累加采样次数9，回波时间0.300 ms，回波个数13 000，信号接收带宽100 kHz。连续测定9 次，结果取平均值。

1.3.6 感官评价

由10 名具有相关专业知识并进行培训的感官评价员从香菇的形态、色泽、气味这3 个指标进行综合评价，当任一指标评分低于4 分，则判定香菇已失去市场价值，具体评价标准见表1。

表1 香菇感官评价标准[27-28]Table 1 Criteria for sensory evaluation of shiitake mushrooms[27-28]

1.4 数据处理与分析

每组处理均进行3 次或以上，采用Excel 2018软件进行数据处理，结果以平均值±标准差表示，采用SPSS Statistics 21软件进行单因素方差分析，P＜0.05为差异显著，采用Origin 2018软件绘图。

2 结果与分析

2.1 γ射线辐照对贮藏过程中香菇色度的影响

色度作为食品最重要的外观指标，其深浅与品质有直接关系，因此可以通过测定香菇的色度判别色泽劣变。如表2所示，对照组和辐照组香菇在贮藏过程中L*、a*、b*值均存在显著差异（P＜0.05），但辐照处理未对香菇的色度造成明显影响（贮藏0 d时两组样品色度相近）。在整个贮藏过程中，辐照组L*值由90.06下降至87.77，而对照组L*由90.54下降至80.71，两组香菇L*值均呈下降趋势，这可能与香菇采后代谢活跃，发生酶促褐变有关[2-5]。但贮藏期间辐照组香菇L*值始终大于对照组，辐照组L*值贮藏至第14天L*值显著降低，而对照组L*值在贮藏至第7天时显著下降。辐照组和对照组香菇a*值在贮藏期间均呈先增大后减小的趋势，整体偏红，且贮藏末期辐照组香菇a*值下降较快，贮藏14～21 d时辐照组香菇a*值低于对照组。贮藏期间辐照组香菇b*值先下降再上升，而对照组b*值先上升再下降，并且贮藏21 d时两组b*值相差较大。综上，辐照处理在一定程度上抑制了鲜香菇颜色劣变，特别是对L*值影响明显，较好地维持了香菇的亮度。

表2 香菇在贮藏过程中的色度变化Table 2 Changes in Lentinus edodes color during storage

此外，辐照处理鲜香菇不仅抑制了附着微生物的生长繁殖，还能够通过调节酶代谢活动，影响抗逆性反应，从而抑制褐变进程。Aparajita等[29]研究辐照处理对卷心菜褐变进程的影响发现，辐射处理主要通过抑制苯丙氨酸解氨酶活性降低酚类物质合成代谢，从而抑制褐变现象。本研究中对照组香菇在贮藏期间由于呼吸作用导致细胞降解代谢发生褐变等反应[30]，且香菇丰富的营养资源利于菌盖附着的微生物生长繁殖，造成色素沉淀物大量积累，导致出现组织塌陷、黑斑等现象。

2.2 γ射线辐照对贮藏过程中香菇硬度的影响

硬度是香菇质构属性中最重要的指标[26]，易受到水分流失、机械损伤的影响，子实体的软化是影响鲜香菇商品性和货架期的一个突出问题[3]。如图1所示，对照组和辐照组香菇在贮藏期间硬度均不断下降，但对照组香菇硬度下降幅度大于辐照组，对照组香菇硬度始终小于辐照组。这可能是因为香菇在贮藏过程中细胞降解活性增加导致细胞壁降解[2]，维持蛋白质空间结构的氢键、疏水键断裂，菌丝组织解构，细胞间隙加大，香菇组织细胞失水，软塌，失去弹性。

图1 过程贮藏中香菇硬度变化Fig.1 Changes in Lentinus edodes hardness during storage

香菇的软化与细胞膜完整性、蛋白质和多糖的降解、细胞器破裂以及组织间隙增大有关，此外硬度的降低可能还与微生物侵染有关[4]。Jiang Tianjia等[31]研究了γ射线辐照对香菇理化和微生物特性的影响，结果表明1.0 kGy辐照维持了组织的坚韧度和感官品质，延长了香菇货架期。

2.3 γ射线辐照对贮藏过程中香菇微观结构的影响

食用菌的衰老劣变与细胞结构变化紧密相关，细胞完整性的丧失是鲜香菇组织衰老的内在表现[6]。如图2所示，贮藏初期香菇的菌丝组织结构紧密，细胞分布均匀、孔隙小、界限清晰。随着贮藏时间的延长，两组香菇组织结构都变得疏松多孔，菇体变软。对照组香菇在贮藏14 d时大部分菌丝解体，失去网络结构，而辐照组仍维持着基本网络结构。这可能与对照组香菇劣变进程较快有关，对照组香菇采后仍有较高的呼吸强度和降解速率，各类反应消耗了大量的蛋白质与多糖，细胞发生自溶，组织结构解体，菌丝数目明显减少，纤维素等高分子物质降解，细胞结构趋于崩塌。王博等[32]对双孢蘑菇营养菌丝老化现象的研究结果表明，随着细胞的衰老，菌丝体积减小、细胞壁降解，色素沉积明显，最后失去正常的细胞形态。而本研究结果表明，辐照处理能很好地抑制香菇纤维素和半纤维素晶体结构的破坏，抑制膜脂过氧化反应，维持香菇细胞膜结构完整性，延长了香菇货架期。

图2 贮藏过程中香菇微观结构变化Fig.2 Changes in Lentinus edodes microstructure during storage

2.4 γ射线辐照对贮藏过程中香菇水分状态变化的影响

物料的水分含量及水分存在状态是表征生鲜食品新鲜程度的重要物性指标。香菇在贮藏期间容易失水引起表皮皱缩、组织萎蔫、菌盖开伞和菌柄伸长等现象，导致子实体质量损失、失鲜、品质下降和营养损耗。横向弛豫时间T2越长，氢质子的自由度越大，所受束缚力越小，与自身纤维组织的结合程度越弱，其水分越容易被脱除；反之，T2越短则水分越难脱除[24-25,33]。如图3所示，对照组和辐照组香菇的T2图谱拟合后均呈现3 种水分状态，分别为结合水T21（0.1～1 ms）、不易流动水T22（1～100 ms）和存在于液泡中的自由水T23（＞100 ms）[5,8,33]。

图3 贮藏过程中香菇水分横向弛豫时间T2变化Fig.3 T2 relaxation time spectrum of fresh Lentinus edodes during storage

T2图谱中峰面积可反映相应状态水分的相对含量，根据T2图谱峰面积变化（图3A）可知，随贮藏时间的延长，对照组香菇结合水相对含量呈现先增加后减少的趋势，这可能是自由水和不易流动水分子与多糖、蛋白质等物质结合成簇，转化成为结合水，随后香菇表面大量水分汽化，自由水扩散到表面被脱除，随贮藏时间的延长内部组织逐渐失水，结合水也逐渐损失。对照组香菇贮藏期间不易流动水相对含量呈波动变化。可能原因是香菇内部物质在酶作用下被分解，细胞内溶质成分及细胞体积的变化导致局部黏性发生改变，不易流动水的流动性呈波动变化。此外，不易流动水与结合水、自由水互相转化[24-25,33-34]也是导致其含量波动变化的重要原因。而贮藏后期呈现向流动性增大的变化趋势。贮藏初期对照组香菇自由水相对含量较高，随着贮藏时间延长，自由水相对含量先升高后降低，T2图谱中不易流动水T22峰向自由水T23峰靠拢，至贮藏21 d时两峰融合，此时细胞破损严重，不易流动水与自由水融合无法分离，水分流动性降低。在其他研究[5]中也观察到类似现象，这可能是胞内细胞器降解和固形物含量发生变化，水分从液泡迁移到细胞质，导致水分扩散效应增大[33-34]。Cheng Shasha等[5]研究香菇在贮藏过程中水分迁移特性及其与品质劣变的相关性时发现，随着贮藏时间的延长结合水T21峰右移、自由水T23峰左移，在贮藏末期不易流动水与自由水两峰出现融合现象，细胞质中水分增加和液泡中水分减少。

如图3B所示，贮藏期间辐照组香菇结合水相对含量变化幅度较小，不易流动水相对含量在贮藏前期有一定幅度升高，然后逐渐降低。不易流动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）浓度升高，导致自由水向不易流动水转变，转变为与细胞壁多糖（如果交）结合更紧密的形式[33-34]；随着贮藏时间延长，香菇内部由于酶解作用、腐败变质，水分子所受束缚力变小，水分被逐渐脱除，不易流动水含量减少。辐照组香菇自由水相对含量随着贮藏时间下降较为缓慢，与对照组相比，不仅下降幅度小且没有明显波动。辐照处理能够降低酶和微生物作用对胞内液泡的破坏，延缓细胞降解程度，有利于保持细胞结构完整性[18]。因此，1.0 kGy辐照处理能够抑制鲜香菇水分迁移和散失。

2.5 γ射线辐照对贮藏过程中香菇感官品质的影响

本研究分别从形态、色泽、气味3 个方面对贮藏过程中对照组和辐照组香菇进行感官评价，结果如表3所示。随着贮藏时间延长，两组香菇感官品质均不断下降，但辐照组香菇感官评分始终高于对照组。由图4可知，贮藏7 d时两组香菇的外观形态均无明显变化，至21 d时对照组香菇褐变严重，且菌盖表面观察到明显水渍，菌盖完全开伞，菌褶颜色变深，香菇内部失水严重且孔隙增大，菌柄皱缩，形态感官评分低至2.9 分，丧失食用品质，这与组织微观结构分析结果一致；而辐照组香菇到贮藏21 d仍保持较好的感官品质，开伞不明显，菌褶颜色与贮藏初期没有明显差别，内部结构仍然保持完整，说明1.0 kGy辐照处理能够较好地保持鲜香菇的感官品质，延缓劣变进程。

表3 贮藏期间香菇的感官评分Table 3 Sensory evaluation scores of Lentinus edodes during storage

图4 贮藏期间香菇外观形态变化Fig.4 Changes in the appearance of Lentinus edodes during storage

3 讨 论

香菇采后发生感官品质变化等劣变现象，不仅与香菇自身的生理生化特性、微生物污染和繁殖有关，而且很大程度上受到保鲜处理、贮藏条件的影响和制约。辐照保鲜不仅能够降低食源性微生物和虫害的侵染风险[19-20,35-36]，而且能够调节鲜香菇自身生理生化代谢。本实验中，辐照处理鲜香菇可能通过抑制酶促褐变保持其亮度，通过延缓硬度降低保持相对光滑、饱满的外形特征。Koorapati等[35]的研究也表明辐照果实的硬度比未处理组果实硬度高，这与本实验结果一致；此外，可能也与辐照抑制了微生物对香菇组织的侵染作用有关。

辐照处理在一定程度上抑制了鲜香菇内部水分的迁移。水分是影响食品质量、货架期的主要因素之一，水分散失是造成香菇采后质量损失最主要的生理过程[8]。自由水作为香菇组织中含量最高的水组分，与细菌的生长繁殖、香菇组织内源酶反应联系紧密，是关系着香菇新鲜度及贮藏稳定性的主要因素。自由水含量的减少很大程度上与香菇采后高强度的蒸腾和呼吸作用有关[18]。香菇内部有自由水、结合水和不易流动水3 种状态的水分。本研究结果表明，由于碳水化合物等细胞组成物质的降解作用，结合水损失，向不易流动水转变，进而使不易流动水与自由水融合，而流动性较高的自由水从液泡和细胞间隙中迁移并大量流失。

本实验采用1.0 kGy60Co γ射线辐照处理鲜香菇，能够延缓子实体L*值的降低，贮藏21 d期间，辐照组香菇子实体表面色泽优于对照组；辐照处理抑制鲜香菇软化进程，使其在贮藏过程中仍能保持较好的硬度；微观结构观察结果表明，辐照处理能够降低菌丝分解，延缓细胞自溶现象，使香菇保持相对完整的组织结构；LF-NMR分析可知，辐照处理能够抑制鲜香菇不同状态水分的迁移变化，特别是降低了自由水（T23）损失。感官评价结果表明，辐照处理能较好地保持香菇的色泽和形态。总之，1.0 kGy γ射线辐照处理通过影响鲜香菇自身代谢变化使其保持较好的理化特性，延缓了水分损失，实验结果对开展规模化、大批量鲜香菇贮运保鲜有一定的指导作用。