电子束辐照技术对甜高粱鲜品营养品质的影响

顾可飞，秦秋伟，张栩

1.上海市农业科学院农产品质量标准与检测技术研究所（上海 201403）；2.上海市崇明区城桥镇聚训村村民委员会（上海 202155）

甜高粱[Sorghun bicolor（L.）Moench；sweet sorghum]又称甜芦粟、芦穄、芦黍等，属禾本科高粱属，是普通粒用高粱的一个变种[1]。其生物产量和糖产量均较高，抗逆性强，在贫瘠的盐碱地、滩涂地等可种植，因此被认为是极具开发潜力的饲料、能源作物[2-4]。甜高粱用途十分广泛，其茎秆富含碳水化合物，功能性成分黄酮类物质含量可达5 mg/100 g，具有清热、解毒、抗炎等功效，适于生吃（食用方法类同甘蔗）、榨汁、制糖、酿酒、制酒精燃料等。上海崇明区种植甜高粱（民间称甜芦粟）的传统历史悠久，早在明正德年间《崇明县志》已有记载，被誉为中国的“芦粟之乡”，是崇明特产之一。据统计，崇明区拥有糖穄、甘蔗芦穄、青壳等近10个优良甜高粱农家品种。地方品种甘蔗芦穄茎青节长、汁多味甜、肉质松脆可口，生食或榨汁口感清爽，可解热消署，成为当地特色零食。但由于受保鲜期影响，上市时间短，严重影响鲜品市场效益。

根据上海市都市农业模式的发展需求，在崇明区都市绿色生态农业发展的大背景下，开展生鲜甜高粱保鲜及加工技术研究，推进甜高粱产业化，对于发展崇明地区甜高粱这一区域特色农产品具有重要的意义。综上，以上海市崇明区优质甜高粱品种甘蔗芦穄为对象，研究电子束辐照技术对其新鲜茎杆及鲜榨果汁营养功能成分及保鲜期的影响，为崇明甜高粱保鲜技术开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

甜高粱，采自上海市崇明区城桥镇聚训村，甜高粱农家品种甘蔗芦穄样品5个，每个样品取5根长势成熟甜高粱，去头尾取直径均匀中间部分；氨基酸标准品，日本Wako公司；氨基酸自动分析仪所用缓冲液，日本Mitsubishi公司；盐酸（优级醇），国药集团化学试剂有限公司；重铬酸银、重铬酸钾（AR），上海农科院束能辐照有限公司。

ESS-010-03型电子直线加速器（射线能量10 MeV，功率10 kW，清华同方），日本IHI公司；Kjeltec-2300凯氏定氮仪，瑞典Foss Analystical公司；Agilent 7500cx Series电感耦合等离子体质谱仪，美国安捷伦公司；L-8900氨基酸自动分析仪，日本Hitachi公司；Agilent 6890气相色谱仪，美国安捷伦公司。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

将当天所采新鲜、长势良好的成熟甜高粱茎杆清洗后按生物节切断成节并去掉节结，部分去皮用无孔自封袋包装，部分榨汁，按1.2.2做辐照处理，于冰箱4 ℃冷藏备用。试验设置2个处理组：A组，自封袋包装去皮鲜切茎杆；B组，去皮鲜榨汁。

1.2.2 辐照处理

甜高粱A、B组，均以重铬酸银（＜4 kGy）和重铬酸钾（≥4 kGy）做化学剂量计量跟踪剂处理，剂量率为5.6 kGy/h（≤1 kGy）和16.8 kGy/h（＞1 kGy），以0（CK），1，2，4，8和10 kGy辐照剂量进行辐照处理，重复3次。

1.2.3 感观评价

甜高粱A、B组经辐照处理后，于冰箱4 ℃冷藏，分别于辐照处理后第1，第3，第6，第9，第12，第16，第20，第24和第32天对鲜榨汁、茎杆持水性及霉菌生长情况进行观察并拍照。

鲜榨汁口感评定试验设计：评价小组由10名实验室成员组成，男女各5人，身体健康，无抽烟、喝酒等不良嗜好，对味觉有较强的分辨力和敏感度。所有样品均采用3位随机数编码，室温下进行品尝。感观评价前以温水漱口，保持口腔清爽。实验室确定甜度、苦味2个指标进行甜芦粟鲜榨汁感观评价，取10人平均值进行感观评价。

1.2.4 主要营养成分及氨基酸组成的测定

总黄酮测定参考SN/T 4592—2016《出口食品中总黄酮的测定》[6]；果糖、葡萄糖、蔗糖的测定参考GB 5009.8—2016《食品安全国家标准 食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖的测定》[7]；矿质元素的测定参考GB 5009.268—2016《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》[8]、GB 5009.91—2017《食品安全国家标准 食品中钾、钠的测定》[9]；氨基酸测定参考GB 5009.124—2016《食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》[10]。

1.2.5 氨基酸营养价值评价

必需氨基酸占比、氨基酸评分（amino acid score，AAS）的评价方法参考Bano等[11]和FAO[12]的方法；氨基酸比值系数分（amino acid ratio coefficient score，SRCAA）的评价方法参考顾可飞等[13]研究，以FAO/WHO蛋白为标准蛋白。

1.2.6 数据分析

所有营养成分数据均换算为干基质量分数。所得数据由SAS 8.2软件通过一般线性模型（general linear model，GLM）进行显著性分析（p＜0.05），分析方法为邓肯多重范围检验（Duncan’smultiple range tests）。

2 结果与分析

2.1 辐照对甜高粱汁主要营养成分影响

电子束辐照处理甜高粱糖类成分测定结果见表1。从表1可见，甜高粱中总黄酮、蔗糖、果糖和葡萄糖的质量分数分别为4.90 mg/100 g，5.54%，1.26%和2.26%。电子束辐照剂量（吸收剂量）为0～10 kGy时甜高粱汁的总黄酮、蔗糖、果糖、葡萄糖等糖类成分与对照相比均无显著性差异。

表1 甜高粱汁主要糖类成分及总黄酮含量

2.2 辐照对甜高粱汁营养元素的影响

甜高粱富含营养元素钾（K）、镁（Mg）、钠（Na）、钙（Ca），经辐照处理其营养元素结果见表2。在0～10 kGy的辐照吸收剂量范围内，各处理组甜高粱汁的营养元素含量未见显著性差异。

表2 甜高粱汁营养元素

2.3 辐照对甜高粱鲜切茎杆霉变及出汁率影响

甜高粱鲜切茎杆辐照处理结果见图1。从图1可见：去皮鲜切茎杆CK组在冷藏24 d发生霉变，而辐照处理剂量组1～10 kGy在32 d之内均未发生霉变，表明辐照对鲜切茎杆霉菌生长抑制效果明显。

图1 辐照处理甜高粱鲜切茎杆霉变情况

鲜切茎杆出汁率结果见表3。从表3可见：CK在冷藏的第16天，出汁率从58.37%下降至50.01%，具有显著性差异；在冷藏24 d之内，在0～8 kGy吸收剂量下鲜切茎杆与CK相比随辐照吸收剂量增加出汁率减少不明显，不具有显著性差异，分析以上出汁率变化可能是辐照在一定程度上增加了鲜切茎杆的持水性。多项研究报道电子束辐照可降解或改变食物中化学成分，例如降解纤维素、改变多糖等化学性质[14-15]，而这一系列反应可能增强了其水溶性，从而增强甜高粱鲜切茎杆的持水性。

表3 电子束辐照处理对鲜切茎出汁率影响

2.4 辐照处理对甜高粱鲜榨汁感观的影响

鲜榨汁感观评价标准见表4，鲜榨汁辐照处理感观评价结果见图2。从图2可见：随着辐照吸收剂量的增加，但当辐照吸收剂量＞2 kGy时，甜高粱汁有苦味产生，影响鲜榨汁的口感，并随着辐照吸收剂量增加苦味变浓，其原因有待进一步研究。结合2.1结果中辐照后甜高粱各处理组糖分含量未发生明显变化，分析口感差别可能是汁液中糖类等成分发生化学反应或少量蛋白质变性所致。

表4 感观评价表

图2 辐照处理对鲜榨汁感观影响

2.5 辐照对甜高粱汁氨基酸的影响

试验检测发现甜高粱含有21种氨基酸，其中人体必需氨基酸7种（色氨酸未检出），天冬氨酸和谷氨酸质量分数较高，分别为1010.00 mg/kg和254.13 mg/kg。但除天冬氨酸和谷氨酸外，其他氨基酸质量分数均不高。其中蛋氨酸、胱氨酸和组氨酸质量分数最低，分别为8.73，1.92和6.64 mg/kg。

甜高粱经辐照处理后结果见图3。从图3可见：17种蛋白质氨基酸经辐照处理质量分数均未发生显著性变化，其中包括对辐照敏感的蛋氨酸、胱氨酸[13,16]，分析可能是这两种氨基酸含量少或受汁液中高含量的糖类等成分抗辐照效应保护所致。

图3 甜高粱汁氨基酸含量

2.6 辐照对甜高粱汁氨基酸营养评价的影响

食物氨基酸营养价值除了受其质量分数高低影响，同时也取决于其必需氨基酸组成和比例，如果必需氨基酸组成接近于人体必需氨基酸模式，可有效提高其吸收利用率。辐照处理甜高粱汁氨基酸检测结果见表5。甜高粱汁中必需氨基酸在总氨基酸中的占比约20%。从表3可见，辐照处理各剂量组必需氨基酸占比未见显著性差异。分析可能是甜高粱汁中对辐照敏感的氨基酸，蛋氨酸、胱氨酸质量分数较低。此外，相关研究表明多糖、黄酮类等成分具有抗辐射功效，这些成分可能对甜高粱汁营养成分发挥了一定程度保护作用[17-18]。

表5 必需氨基酸占比 单位：%

甜高粱汁氨基酸评分及氨基酸比值系数分（SRCAA）分析结果见表6和表7。

表6 氨基酸评分

表7 氨基酸比值系数分（SRCAA）

从分析结果可见，甜高粱汁必需氨基酸评分及SRCAA值均较低，表明其氨基酸营养价值较低。由于甜高粱汁必需氨基酸胱氨酸、蛋氨酸质量分数很低，缺乏色氨酸，因此其氨基酸的营养价值较低。经分析，辐照处理对甜高粱汁的氨基酸评分和SRCAA的影响均未见显著性差异，表明辐照处理对甜高粱汁氨基酸营养价值影响不大。

3 结论

试验发现，崇明区地方特色甜高粱品种甘蔗芦穄富含营养元素Mg、K、Ca，谷氨酸、天冬氨酸、γ-氨基丁酸，黄酮类等物质，在地方特色农产品发展中具有一定的潜力。针对其受保鲜期影响，严重影响其市场推广情况下，试验研究了电子束辐照对甜高粱感观品质及营养成分含量的影响，探索甜高粱保鲜技术可行性。结果表明，0～10 kGy吸收剂量的电子束辐照对糖类成分、营养元素、必需氨基酸质量分数、营养价值以及黄酮类等物质均影响不大。当辐照吸收剂量＞2 kGy时，辐照促进了鲜榨汁苦味生成，对感观、口感有一定影响。综上，电子束辐照在0～10 kGy吸收剂量下对甜高粱的主要营养成分影响不大，在≤8 kGy的吸收剂量下可有效抑制鲜切茎杆霉菌生长，增加其持水性；剂量≤2 kGy时在鲜榨汁保鲜方面电子束辐照技术具有开发的潜力。