宋業(yè)萍，王傳現(xiàn)*，楊振宇，仲維科，耿金培，陸 地，丁卓平,*

(1.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306；2.上海出入境檢驗(yàn)檢疫局，上海 200135；3.中國(guó)檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院，北京 100025；4.煙臺(tái)出入境檢驗(yàn)檢疫局，山東 煙臺(tái) 264000)

電子自旋共振波譜法對(duì)干果類輻照食品的鑒定

宋業(yè)萍1，王傳現(xiàn)2,*，楊振宇2，仲維科3，耿金培4，陸 地4，丁卓平1,*

(1.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306；2.上海出入境檢驗(yàn)檢疫局，上海 200135；3.中國(guó)檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院，北京 100025；4.煙臺(tái)出入境檢驗(yàn)檢疫局，山東 煙臺(tái) 264000)

研究電子自旋共振波譜法對(duì)干果類輻照食品的鑒定。分析開(kāi)心果、核桃、桂圓的電子自旋共振波譜特征和樣品干燥溫度對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明：電子自旋共振特征峰信號(hào)強(qiáng)度與吸收劑量呈正相關(guān)，檢測(cè)限為0.5kGy；進(jìn)一步干燥時(shí)，開(kāi)心果和核桃的最佳溫度為40℃，桂圓的最佳溫度為55℃；電子自旋共振特征峰的信號(hào)強(qiáng)度受微波功率影響，檢測(cè)開(kāi)心果、核桃、桂圓最佳的微波功率依次為0.59、0.37、0.24mW。通過(guò)電子自旋共振特征峰可判定干果是否經(jīng)過(guò)輻照處理。

電子自旋共振波譜；干果；輻照食品

食品輻照技術(shù)是20世紀(jì)發(fā)展起來(lái)的一種滅菌保鮮技術(shù)，是以輻照加工技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用γ射線或電子加速器產(chǎn)生的高能射線對(duì)食品進(jìn)行加工處理，在能量的傳遞和轉(zhuǎn)移過(guò)程中，產(chǎn)生物理效應(yīng)和生物效應(yīng)，達(dá)到殺蟲、殺菌、抑制生理過(guò)程、提高食品衛(wèi)生質(zhì)量、保持營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及風(fēng)味、延長(zhǎng)貨架期的目的[1]。

隨著新興工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)輻照保鮮技術(shù)被廣泛應(yīng)用于食品加工行業(yè)，該技術(shù)已經(jīng)解決了美國(guó)及其他地區(qū)的由致病菌引起的食源性疾病。由于人們對(duì)輻照食品安全知識(shí)了解不深，對(duì)輻照食品具有一定的恐懼心理，輻照食品的安全性在社會(huì)上還存在一些爭(zhēng)議[2]；在國(guó)際貿(mào)易方面，有些國(guó)家允許輸出本國(guó)輻照食品，卻禁止其他國(guó)家的輻照食品的輸入[3]。這些使得我國(guó)不得不對(duì)輻照食品的檢測(cè)投入大量的精力，制定出更有權(quán)威性的檢測(cè)輻照食品的方法。

為了延長(zhǎng)干果類的貯藏期、減少蟲害作用，輻照保鮮技術(shù)也被經(jīng)用于這類食品的生產(chǎn)加工過(guò)程中。干果類食品因果皮中含有大量的纖維素經(jīng)輻照后會(huì)生成穩(wěn)定的長(zhǎng)壽命自由基(含有未成對(duì)電子)，通過(guò)電子自旋共振(electron spin resonance，ESR)波譜可檢測(cè)其自由基順磁中心，由于每一種輻照食品有其特征電子自旋共振波譜，因此可對(duì)食品是否經(jīng)過(guò)輻照進(jìn)行定性判斷。電子自旋共振波譜已成為發(fā)達(dá)國(guó)家公認(rèn)的輻照食品檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法[4-5]，但我國(guó)在這方面的研究仍略顯單薄。為此，本實(shí)驗(yàn)對(duì)干果類食品的電子自旋共振波譜進(jìn)行探討。

1 材料與方法

1.1 材料

從當(dāng)?shù)刭?gòu)買新鮮的開(kāi)心果(水分含量30%～35%)、核桃(去青皮，水分含量30%～45%)、桂圓(水分含量80%～90%)。

1.2 儀器與設(shè)備

ESR儀(X波段)、ESR管(內(nèi)徑5.0mm) 德國(guó)Bruker公司；DKNC812送風(fēng)定溫恒溫器 雅馬拓科技貿(mào)易(上海)有限公司；真空干燥箱 上海道京儀器有限公司；SEY-20紅外線快速水分儀 濰坊中特電子儀器有限公司；電動(dòng)粉碎機(jī) 上海日暉微電機(jī)廠；電子天平(感量1mg) 蘇州中澤儀器有限公司；解剖刀。

1.3 方法

1.3.1 干燥樣品的制備

開(kāi)心果和核桃都屬于脂肪含量較高、外殼堅(jiān)硬的堅(jiān)果，并且水分含量相似，所以可以采取同樣的干燥方法。目前，國(guó)外主要采用低溫?zé)犸L(fēng)干燥方法對(duì)核桃進(jìn)行干燥。熱風(fēng)干燥的速率比自然干燥快6倍，一般在24h內(nèi)就可以將堅(jiān)果干燥到安全水分含量(低于8%)[6]。實(shí)驗(yàn)中采用送風(fēng)定溫恒溫器對(duì)新鮮的開(kāi)心果、核桃進(jìn)行干燥，干燥溫度43℃、時(shí)間24h；若溫度過(guò)高會(huì)使核仁內(nèi)含的油脂敗壞，并破壞核仁種皮的天然化合物[6]。

新鮮桂圓水分含量達(dá)到80%～90%，且無(wú)油脂，因此采用送風(fēng)定溫恒溫器干燥時(shí)，溫度可高達(dá)60℃，時(shí)間為24h，最終水分含量低于10%，若溫度過(guò)高會(huì)引起果殼的褐變[7]。

1.3.2 樣品的輻照處理

將干燥樣品在正常的室溫條件下密封裝入聚乙烯袋中。用60Coγ射線在室溫、有氧環(huán)境條件下分別照射，輻照劑量為0.5、1、2、3、5、10、20kGy[8]，未經(jīng)輻照的樣品作為0kGy對(duì)照。

1.3.3 樣品前處理

用解剖刀將樣品的外殼與果肉分離，去肉留殼。將樣品殼置于真空干燥箱(開(kāi)心果、核桃為40℃，桂圓為55℃)3h，使樣品達(dá)到盡可能完全干燥的程度。3h后，取出樣品使其冷卻。最后用電動(dòng)粉碎機(jī)將樣品粉碎，使其內(nèi)徑約為3～3.5mm。

1.3.4 ESR測(cè)量

將0.3g樣品置于ESR管中，擦凈管外壁，置于諧振腔中。ESR工作參數(shù)如下，磁場(chǎng)：中心磁場(chǎng)3509.8G，掃場(chǎng)寬度200G；微波輻射：微波頻率9.5～10.0GHz，功率0.4～1.0mW；信號(hào)通道：時(shí)間常數(shù)40.960ms，掃描時(shí)間41.943s；信號(hào)接收：調(diào)制頻率100kHz，調(diào)制振幅0.2～1.0mT，增益103～105；溫度：室溫。

2 結(jié)果與分析

2.1 干果類輻照食品的ESR波譜特征

圖1 不同吸收劑量開(kāi)心果的ESR圖譜Fig.1 ESR spectrum of pistachio with different absorben doses

從圖1可明顯看出，未輻照的開(kāi)心果經(jīng)檢測(cè)后，ESR圖譜中間位置會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)明顯的峰；輻照后的開(kāi)心果經(jīng)檢測(cè)，圖譜中出現(xiàn)4個(gè)峰，包含上述中間的兩個(gè)大峰和左(低磁場(chǎng))右(高磁場(chǎng))兩側(cè)兩個(gè)相對(duì)較小的峰，這兩峰磁場(chǎng)寬度約為(60.5±0.5)G(圖2)。由此可見(jiàn)，兩個(gè)小峰是輻照樣品經(jīng)ESR儀檢測(cè)后形成的特征峰，這主要是由纖維素經(jīng)輻照后產(chǎn)生的長(zhǎng)壽命自由基引起的[9]。因此，可根據(jù)特征峰來(lái)定性的判斷干果類食品是否經(jīng)過(guò)輻照。

圖2 20kGy開(kāi)心果ESR圖譜Fig.2 ESR spectrum of 20 kGy pistachio

圖3 吸收劑量與ESR特征峰信號(hào)強(qiáng)度的關(guān)系Fig.3 Relationship between absorbent dose and ESR signal intensity of characteristic peak

ESR 譜圖上下峰值高度為 ESR信號(hào)強(qiáng)度，特征峰上下高度則為ESR輻照特征峰信號(hào)強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)中選用左側(cè)特征峰進(jìn)行定量分析。從圖1還可以看出，隨著輻照吸收劑量的增加，ESR特征峰信號(hào)強(qiáng)度顯著增加，特征峰也變得越來(lái)越明顯，這正說(shuō)明了ESR特征峰信號(hào)強(qiáng)度與吸收劑量正相關(guān)。圖3顯示，室溫貯存30d、0.5～10kGy的開(kāi)心果、核桃、桂圓輻照吸收劑量與ESR特征峰信號(hào)強(qiáng)度的關(guān)系曲線，可以看出在同一吸收劑量下，開(kāi)心果、核桃的ESR特征峰信號(hào)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于桂圓，這是由它們外殼中的纖維素含量高于桂圓的纖維素含量引起的[10]，纖維素的含量越高，輻照產(chǎn)生的纖維素自由基越多，檢測(cè)到的特征峰信號(hào)強(qiáng)度越大[11]。輻照吸收劑量為0.5～10kGy的3種干果其吸收劑量與ESR特征峰信號(hào)強(qiáng)度滿足以下關(guān)系式：

式中：X為吸收劑量kGy；Y為ESR特征峰信號(hào)強(qiáng)度。

可以看出，在0.5～10kGy的劑量范圍內(nèi)，吸收劑量與ESR特征峰的信號(hào)強(qiáng)度有良好的線性相關(guān)性。利用ESR掃描檢測(cè)，這3種干果類的檢出限都可以低達(dá)0.5kGy(輻照貯藏期為30d)。0.5kGy開(kāi)心果的ESR特征峰信號(hào)強(qiáng)度為6560±100，0.5kGy核桃的ESR特征峰信號(hào)強(qiáng)度為2013±100，0.5kGy桂圓的ESR特征峰信號(hào)強(qiáng)度為1297±100。由此可見(jiàn)，ESR法在鑒別干果類輻照食品上有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.2 樣品干燥溫度對(duì)ESR特征峰信號(hào)強(qiáng)度的影響

干果類的干燥程度會(huì)影響輻照保鮮效果，水分含量越大，保鮮時(shí)間越短。雖然樣品前處理過(guò)程中已經(jīng)將樣品進(jìn)行了初步的干燥，但是果殼中還存有部分的水分，若水分含量過(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致樣品檢測(cè)前儀器的調(diào)諧失敗而停止檢測(cè)。因此需要進(jìn)一步的真空干燥處理。研究發(fā)現(xiàn)，干果類的干燥溫度對(duì)其ESR特征峰信號(hào)強(qiáng)度有一定的影響。從圖4可以看到，在相同的貯藏條件下(30d，室溫)，輻照吸收劑量為10kGy的核桃經(jīng)真空干燥3h，當(dāng)干燥溫度低于40℃時(shí)，隨著溫度的升高，ESR特征峰信號(hào)強(qiáng)度增大，干燥溫度高于40℃時(shí)，隨著溫度的升高，ESR特征峰信號(hào)強(qiáng)度減小。其原因是，低溫干燥未能使核桃達(dá)到盡干的狀態(tài)，且在檢測(cè)過(guò)程中水分的存在會(huì)導(dǎo)致噪音信號(hào)較大；而過(guò)高的溫度會(huì)加速纖維素自由基的衰減，影響到檢測(cè)的準(zhǔn)確性[12]。因此，實(shí)驗(yàn)選擇核桃進(jìn)一步的干燥溫度為40℃，同樣得到開(kāi)心果的干燥溫度為40℃，桂圓的干燥溫度為55℃。

圖4 10kGy的核桃干燥溫度與ESR特征峰信號(hào)強(qiáng)度的關(guān)系Fig.4 Relationship between drying temperature of 10 kGy walnut and ESR signal intensity of characteristic peak

2.3 ESR測(cè)定參數(shù)的優(yōu)化確定

2.3.1 微波功率的選擇

為了能夠檢測(cè)到低輻照劑量樣品的特征峰，需要在檢測(cè)的過(guò)程中不停的進(jìn)行著參數(shù)的優(yōu)化。經(jīng)過(guò)多次的摸索發(fā)現(xiàn)，微波功率對(duì)特征峰強(qiáng)度的影響很大，并且不同樣品檢測(cè)時(shí)所需的最佳微波功率有所不同。圖5是輻照貯藏期為30d、吸收劑量為20kGy的開(kāi)心果經(jīng)過(guò)12次ESR衰減掃描所形成的圖譜。比較得知，當(dāng)微波功率為0.37mW時(shí)，核桃的輻照特征峰更為明顯；同樣優(yōu)化參數(shù)得到微波功率為0.59mW時(shí)，開(kāi)心果的輻照特征峰更為顯著；微波功率為0.24mW時(shí)，桂圓的輻照特征峰更為突出。

圖5 20kGy的開(kāi)心果微波功率與ESR特征峰信號(hào)強(qiáng)度的關(guān)系Fig.5 Relationship between microwave power for 20 kGy pistachio and ESR signal intensity of characteristic peak

2.3.2 掃描次數(shù)的確定

隨著樣品貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，輻照產(chǎn)生的纖維素自由基會(huì)慢慢地衰減，ESR特征峰信號(hào)強(qiáng)度也會(huì)隨之變?nèi)鮗13-15]，這使得低輻照劑量樣品的ESR特征峰難以檢出，即使通過(guò)增加增益放大信號(hào)強(qiáng)度也難以判斷特征峰是否存在。這就需要采取多次累加掃描方式來(lái)解決這一難題。實(shí)驗(yàn)規(guī)定只要在滿足3倍信噪比、累加次數(shù)n≤30的情況下出現(xiàn)ESR特征峰，均可定性判斷樣品經(jīng)過(guò)輻照。雖然也可通過(guò)無(wú)限制地加大累加次數(shù)對(duì)低輻照劑量樣品進(jìn)行掃描，但這需要消耗大量的時(shí)間，而且較低的輻照劑量對(duì)食品的保鮮效果并不明顯，所以把最大的累加掃描次數(shù)定為30次。圖6顯示了輻照貯藏期為30d、吸收劑量為1kGy的桂圓經(jīng)過(guò)1次掃描和30次累加掃描的區(qū)別，1次掃描圖譜中難以辨別輻照特征峰，而30次累加掃描曲線中輻照特征峰則較為清晰。所以，對(duì)于這種低輻照劑量的樣品，多次累加掃描則顯得十分必要。

圖6 1kGy的桂圓不同次數(shù)掃描的ESR圖譜Fig.6 ESR spectrum of 1 kGy longan with different sweep numbers

3 結(jié) 論

干果經(jīng)輻照處理，通過(guò)ESR儀掃描檢測(cè)，根據(jù)劑量不同出現(xiàn)不同信號(hào)強(qiáng)度的特征峰，依據(jù)這些特征峰可以定性判斷食品是否經(jīng)過(guò)輻照。ESR特征峰信號(hào)強(qiáng)度與輻照劑量呈正相關(guān)，且滿足一定的關(guān)系方程。ESR特征峰信號(hào)強(qiáng)度受樣品的干燥溫度影響很大，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)盡可能使樣品達(dá)到盡干的狀態(tài)。檢測(cè)不同樣品所需的最佳微波功率不同，且微波功率會(huì)影響特征峰的信號(hào)強(qiáng)度?？梢酝ㄟ^(guò)多次累加掃描來(lái)檢測(cè)低輻照吸收劑量的樣品，掃描次數(shù)最多為30次。ESR特征峰信號(hào)強(qiáng)度受樣品的種類、產(chǎn)地、貯藏時(shí)間、濕度等影響很大[16-17]，這給ESR檢測(cè)方法確定食品的輻照吸收劑量帶來(lái)較大困難，這也是今后研究工作的重點(diǎn)。

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Identification of Irradiated Dried Nuts by ESR Spectroscopy

SONG Ye-ping1，WANG Chuan-xian2,*，YANG Zhen-yu2，ZHONG Wei-ke3，GENG Jin-pei4，LU Di4，DING Zhuo-ping1,*
(1. College of Food Science and Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China；2. Shanghai Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Shanghai 200135, China；3. Chinese Academy of Inspection and Quarantine,Beijing 100025, China；4. Yantai Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Yantai 264000, China)

Electron spin resonance (ESR) spectroscopy is an effective method to identify irradiated dried nuts. In this experiment, ESR spectral characteristics of pistachio, walnut and longan were determined and the effect of drying temperature of samples on ESR signal intensity was also explored. The results showed that ESR signal intensity of characteristic peak was positively correlated with irradiation dose, and the detection limit of irradiation was 0.5 kGy. However, during further drying,the optimal temperature was 40 ℃ for pistachio and walnut, and 55 ℃ for longan. ESR signal intensity of characteristic peak was also affected by microwave power. The optimal microwave power were 0.59, 0.37 mW and 0.24 mW for pistachio, walnut and longan, respectively. Therefore, ESR characteristic peak can qualitatively determine the irradiation of dried nuts, which can provide a theoretical basis for detecting the dried nuts by ESR.

electron spin resonance；dried nuts；irradiated food

TS297.3

A

1002-6630(2012)10-0260-04

2011-05-19

國(guó)家質(zhì)檢公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(200910142)；上海市教育委員會(huì)學(xué)科建設(shè)資助項(xiàng)目(J50704)

宋業(yè)萍(1986—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称窓z測(cè)。E-mail：songyeping86@163.com

*通信作者：王傳現(xiàn)(1975—)，男，高級(jí)工程師，博士，研究方向?yàn)槭称窓z測(cè)。E-mail：chuanxian.wang@163.com

丁卓平(1957—)，女，教授，研究方向?yàn)槭称窓z測(cè)。E-mail：zpding@shou.edu.com