食品輻照是利用電離輻射源為60Co或137Cs放射性核素產(chǎn)生的γ射線、電子加速器產(chǎn)生的能量不高于5 MeV的X射線、電子加速器產(chǎn)生的能量不高于10 MeV的電子束，對目標(biāo)對象進(jìn)行輻照處理，以實(shí)現(xiàn)在食品中產(chǎn)生的輻射化學(xué)與輻射微生物學(xué)效應(yīng)而達(dá)到抑制發(fā)芽、延遲或促進(jìn)成熟、殺蟲、殺菌和防腐等目的的過程。在現(xiàn)代食品工業(yè)中，輻照技術(shù)作為一種非熱加工技術(shù)，應(yīng)用范圍越來越廣泛，食品輻照的市場價(jià)值也愈發(fā)顯現(xiàn)。
中國發(fā)現(xiàn)和利用茶葉的歷史悠久。在古代，制茶方式是簡單晾曬或蒸制后曬干，而后才發(fā)展出炒制、蒸烘結(jié)合、烘炒結(jié)合等多種制茶技術(shù)。目前使用的茶葉加工技術(shù)多為熱加工技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)殺青過程散發(fā)青氣、破壞酶的活性，干燥過程揮發(fā)水分、高溫提香等目的。但是，食品輻照等非熱加工技術(shù)在實(shí)際茶葉生產(chǎn)加工過程中并沒有廣泛應(yīng)用。有研究表明，茶樹育種中可以利用輻照技術(shù)選育新品種，改良茶樹品種特性，也可以在貯藏、保鮮上改善茶葉的某些品質(zhì)特征或延長成品茶保鮮時(shí)間。此外，在茶葉貯藏過程中還可以利用輻照殺滅微生物、降低農(nóng)藥殘留等。
文章對近年來輻照技術(shù)在茶樹育種、茶葉加工貯藏等方面的相關(guān)研究進(jìn)行梳理，為茶葉生產(chǎn)加工技術(shù)多元化發(fā)展提出建議和展望。
01
輻照技術(shù)在茶樹育種中的應(yīng)用
茶樹是多年生異花傳粉的植物，遺傳組成復(fù)雜。利用60Co-γ射線對茶樹進(jìn)行誘變育種，即把60Co-γ射線作為誘變劑，使茶樹的基因結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，引起植株性狀變化，然后通過比較、篩選可以獲得具有目標(biāo)性狀特征的新植株。
茶樹輻照育種始于20世紀(jì)60年代初日本和中國的部分高等農(nóng)業(yè)院校。研究初期發(fā)現(xiàn)，利用60Co-γ射線進(jìn)行茶樹育種的適宜照射劑量是休眠茶籽2~6 Kr、實(shí)生苗4~6 Kr、扦插苗0.5~1 Kr。20世紀(jì)70年代之后，國內(nèi)外的研究陸續(xù)實(shí)現(xiàn)茶樹的輻照育種實(shí)驗(yàn)，如利用60Co-γ射線培育出適制紅碎茶的“輻豐20號”和“輻高136號”，蘇聯(lián)與日本用輻照育種選育了多倍體茶樹品種，中國、蘇聯(lián)、日本也有輻照育成不育茶樹品種。
楊躍華等通過60Co-γ射線人工誘導(dǎo)茶樹和茶苗發(fā)生突變，并統(tǒng)計(jì)其各項(xiàng)生物學(xué)效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)我國南方喬木型大葉種茶樹的輻照敏感度大于一般地區(qū)的灌木型中、小葉種，而插穗的輻照敏感度則大于種子的輻照敏感度。在茶樹各器官的研究中發(fā)現(xiàn)，大部分經(jīng)輻照后的茶樹根部伸長、葉部擴(kuò)大、莖干增粗增高。茶樹經(jīng)輻照后，體內(nèi)自由基濃度的累積，引發(fā)自由基的產(chǎn)生與清除機(jī)制的失調(diào)，使細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化作用增強(qiáng)，最終導(dǎo)致細(xì)胞膜的損傷。此后的研究中，楊躍華等成功利用60Co-γ射線育成國家茶樹品種“中茶108”。該品種較對照品種提前兩天萌芽，茶樹的高幅度、分枝級數(shù)和常規(guī)品質(zhì)成分也有顯著差異。
楊躍華等在茶樹氮離子束誘變育種的研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)輻照處理后的M1代茶樹葉片中的酯酶同工酶數(shù)量發(fā)生了改變。這一發(fā)現(xiàn)對于物理誘變茶樹育種提供了一定的研究思路。物理誘變能夠改變茶樹葉片中的酯酶同工酶的數(shù)量，說明輻照處理可以影響茶葉中的酶的結(jié)構(gòu)和組成變化、基因的表達(dá)。
除茶樹以外的其他山茶屬植物中，也有利用輻照技術(shù)進(jìn)行育種的研究，證實(shí)輻照處理可以影響山茶屬植物的某些生理特征。查錢慧在研究60Co輻照對越南油茶(Camellia vietnamensis)生長影響的過程中發(fā)現(xiàn)，越南油茶種子經(jīng)60Co-γ單因素低劑量輻照處理后，對發(fā)芽率影響較小，但是種子的出苗率、苗高、地徑生長情況、葉片生長等會受到抑制。同時(shí)研究還發(fā)現(xiàn)，60Co-γ單因素低劑量輻照處理也會影響越南油茶葉片中的葉綠素含量、可溶性蛋白含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)的活性。
輻照育種對茶樹基因的誘變具有不可控性和難以預(yù)測性，對選育具備某個(gè)特定性狀的新植株有一定困難。隨著茶樹育種、栽培技術(shù)的發(fā)展，越來越多新的育種技術(shù)被引入。特別是分子育種的出現(xiàn)，可以就茶樹某一種或多種特定性狀針對性地選育新品種，使以往難以實(shí)現(xiàn)的品種選育有了重大的突破，實(shí)現(xiàn)茶葉新品種開發(fā)的技術(shù)升級。但是，茶樹分子育種也有一定的難度，必須要先了解茶樹基因的功能，才能實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步研究。而要搞清楚茶樹基因的功能絕非易事，需要很長時(shí)間才能逐步實(shí)現(xiàn)。因此，當(dāng)前輻照育種技術(shù)仍然有其特殊作用。
隨著航天科技的發(fā)展，太空育種也是培育茶樹新品種的一種方法。利用太空中特有的環(huán)境，通過飛船將茶樹種子運(yùn)送到外層空間，經(jīng)外層空間射線的輻射后產(chǎn)生變異，運(yùn)回地球后結(jié)合分子生物學(xué)、雜交等多種技術(shù)選育出新的茶樹品種。太空育種過程中，茶樹種子受到太空環(huán)境的影響，染色體斷裂的頻率會大大增加，非重建性愈合概率提高，進(jìn)而形成更強(qiáng)的誘導(dǎo)突變能力，使種子有更大機(jī)率發(fā)生遺傳變異。相較于普通的輻照育種研究，太空育種時(shí)種子所接受的輻照劑量會更小、更安全，但成本也更高。
02
輻照技術(shù)在茶葉加工中的應(yīng)用
茶葉的加工需要經(jīng)過很多步驟。以紅茶加工為例，加工過程大致分為鮮葉萎凋、揉捻(或揉切)、發(fā)酵、干燥等工序。在傳統(tǒng)紅茶加工中，通過調(diào)節(jié)溫度和熱風(fēng)促進(jìn)茶樹鮮葉的萎凋，控制溫濕度和含氧量來實(shí)現(xiàn)發(fā)酵，干燥過程則需要利用熱加工來實(shí)現(xiàn)。茶葉中的酶是一種生物催化劑，在茶葉加工時(shí)發(fā)揮催化、氧化、水解等一系列作用。目前，制茶過程中與化學(xué)變化有關(guān)的酶主要為氧化還原酶類和水解酶類，其中多酚氧化酶(PPO)、POD、淀粉酶和糖苷酶等是酶促反應(yīng)的重要參與者，關(guān)系六大茶類的產(chǎn)品質(zhì)量特征。
60Co輻照在茶葉加工領(lǐng)域的研究，見于黑茶陳化處理中。周樹紅研究表明，利用60Co輻照對普洱茶進(jìn)行陳化處理，會增加普洱茶中的氨基酸、可溶性糖、茶多酚總量和多酚氧化產(chǎn)物，而咖啡堿、酯型兒茶素則有所下降。經(jīng)輻照的茶葉存放45天后，能在一定程度上增加普洱茶的內(nèi)含物，香氣則與自然陳化的品質(zhì)較為類似，以陳香型為主。相同茶葉存放135天后，以3.5 kGy輻照處理的品質(zhì)最佳。吳菁箐、何英姿等研究中證實(shí)，經(jīng)過充氧輻照工藝處理的六堡茶，茶湯中水浸出物、可溶性糖、氨基酸、茶多糖、茶紅素的含量得到提高，而茶黃素、茶多酚、粗纖維、水分的含量則有所降低。輻照劑量在12 kGy、充氧量為100%處理的六堡茶品質(zhì)改善明顯。
60Co-γ射線對采后鮮葉中酶活性影響的研究暫無發(fā)現(xiàn)。根據(jù)其他領(lǐng)域的研究發(fā)現(xiàn)(如表1所示)，60Co照射食物的確可以影響生物體的內(nèi)源酶活性，并影響食物的貯存和保鮮效果。0.5 kGy的低劑量輻照α-淀粉酶和葡萄糖苷酶酶液，有利于二者活性的提高。而從其他處理方式來看，超聲波、紫外線或特定光源等對食物進(jìn)行處理后，也能刺激或抑制某些酶的活性。不同的超聲功率和頻率可以改變過氧化氫酶(CAT)、PPO、脂肪酶、淀粉酶等活力，也對酶促反應(yīng)有不同的影響，適當(dāng)?shù)某暪β士梢约铀倜复呋磻?yīng)速率。經(jīng)一定程度的紫外照射后，金銀花體內(nèi)的CAT活性出現(xiàn)變動(dòng)，SOD活性會有所增加。黃瓜子葉經(jīng)紫外線處理后，其抗氧化酶活性也發(fā)生變化。劉振等研究則證明，紫外光輻照后，芥藍(lán)體內(nèi)的脫鎂葉綠素酶(PPH)活性會受影響，并呈下降趨勢。使用不同波長(2.4~6.0 μm)紅外線照射處理碧螺春鮮葉時(shí)，隨著處理時(shí)間及溫度的增加，酶活逐漸降低。
綜上，輻照技術(shù)處理、超聲波處理、紫外線照射等方式可以改變食物的內(nèi)源酶活性。因此，若用60Co輻照處理茶樹采后鮮葉，理論上可以改變茶樹采后鮮葉內(nèi)源酶的活性，如PPO、POD、PPH、糖苷酶等，而這些酶的活性變化必將影響茶葉加工過程中化學(xué)變化的速度和程度，最終影響茶葉品質(zhì)。
03
輻照技術(shù)在成品茶質(zhì)量安全控制方面的應(yīng)用
茶葉在貯藏、保鮮過程中，易受到環(huán)境的影響而使茶葉的水分含量、色素物質(zhì)、香氣物質(zhì)、滋味物質(zhì)等發(fā)生改變，通常表現(xiàn)為茶葉色澤變暗、香氣降低、滋味變差或產(chǎn)生異味等，甚至還可能受到微生物、細(xì)菌的污染。常見茶葉貯藏保鮮的方法有低溫保鮮貯存、真空保鮮貯存、抽氧或充氮保鮮貯藏、化學(xué)保鮮貯藏、微生物保鮮貯藏等。
輻照技術(shù)可以應(yīng)用于茶葉產(chǎn)品的貯藏和保鮮中。如表2所示，茶葉輻照殺菌工藝的農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NY/T 1206—2006)中規(guī)定，紅茶、黃茶、黑茶、青茶和白茶輻照殺菌的有效劑量為4~9 kGy，綠茶輻照保鮮的有效劑量為3~5 kGy，花茶、速溶茶和保健茶輻照殺菌的最低有效劑量為4 kGy，最高耐受劑量為8 kGy。
在茶葉輻照殺菌領(lǐng)域，適當(dāng)劑量處理的茶葉能夠降低茶葉貯藏過程中的微生物含量。綠茶經(jīng)4~6 kGy輻照處理可以將細(xì)菌和霉菌控制在一定范圍內(nèi)，且對茶葉感官指標(biāo)無明顯影響。彭玲等研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)4.11~5.93 kGy劑量輻照后，能有效降低安化紅茶中微生物的污染程度，使衛(wèi)生質(zhì)量達(dá)到商檢標(biāo)準(zhǔn)，且對茶葉品質(zhì)無明顯影響。研究還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)3.6~5 kGy劑量輻照能使普洱茶中微生物的含量降低，且不明顯改變普洱茶的主要品質(zhì)成分。胡蝶研究中，4 kGy輻照劑量處理殺滅了茯磚茶中97.76%的細(xì)菌和99.7%的霉菌，2 kGy劑量殺滅了湘尖茶中93.00%的細(xì)菌和84.38%霉菌，同時(shí)也可以控制千兩茶中的細(xì)菌和霉菌。錢之江等研究發(fā)現(xiàn)，隨輻照劑量的增加，殺菌效果越顯著，輻照劑量對高檔茶色澤變化的影響較顯著。
THOMAS等研究發(fā)現(xiàn)，在貯存過程中，包裝良好但未經(jīng)處理的對照樣品的質(zhì)量下降，而輻照則可以去除微生物并適當(dāng)延長紅茶的保質(zhì)期。MISHRA等在γ輻射對茶的微生物凈化的研究中證實(shí)，γ輻射處理作為一種微生物去除方法在茶葉滅菌中是有效的。在FANARO等的研究中，不同的水活性狀態(tài)下的紅茶和綠茶，經(jīng)過劑量為0~10 kGy的輻照處理后，可以降低茶葉中微生物的含量且不會顯著降低茶葉的總酚含量和抗氧化活性。同時(shí)，研究還發(fā)現(xiàn)水活性越高，減少微生物污染所需的輻射劑量就越低。輻照處理有效降低茶葉貯存過程中的微生物污染程度，可以延長茶葉的貯存時(shí)間和提高茶葉的利用率，提高茶葉的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，降低茶葉的微生物污染程度，可以在一定程度上控制茶葉變質(zhì)，減少霉變，提高茶葉的質(zhì)量安全。
輻照技術(shù)可以在一定程度降低茶葉中的農(nóng)藥殘留。紅茶經(jīng)30 kGy輻照能降解紅茶中擬除蟲菊酯類、氰戊菊酯、氯氰菊酯、甲氰菊酯的殘留量，但感官指標(biāo)略有降低。伍玲等研究表明，在10 kGy吸收劑量下輻照，菊酯類農(nóng)藥含量基本不變。50 kGy吸收劑量處理后，限量標(biāo)準(zhǔn)1.4~1.7倍的農(nóng)藥殘留量可以降解至接近歐盟農(nóng)殘限量標(biāo)準(zhǔn)。李焱在研究中也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)間斷時(shí)間達(dá)到20 min時(shí)，γ射線對茶葉中溴氰菊酯的降解率可以達(dá)到25%左右，間隔120 min時(shí)，降解率能達(dá)50%以上。同時(shí)，茶葉中含水量增加，也有利于溴氰菊酯的輻照降解。胡祎芳研究表明，在同一濃度下，甲氰菊酯和溴氰菊酯的降解率隨輻照劑量的增大而增高，而同一輻照劑量下，二者的降解率隨濃度的增加而降低。同時(shí)，不同農(nóng)藥的輻照降解率受茶葉中的水分含量影響，但經(jīng)輻照處理后茶鮮葉中，甲氰菊酯和溴氰菊酯的平均降解率都不高。盡管目前的研究發(fā)現(xiàn)輻照處理的確可以降低茶葉中的農(nóng)藥殘留，但從大量研究結(jié)果來看，輻照的劑量高于食品輻照的安全劑量范圍(不超過10 kGy)。過高劑量的輻照處理是否會引起茶葉中某些物質(zhì)發(fā)生變化，產(chǎn)生有害物質(zhì)，研究中并未明確提及。
茶葉品質(zhì)在銷售之前保持在正常的范圍內(nèi)，是茶葉進(jìn)行貿(mào)易的必要前提之一。輻照技術(shù)在食品中可以用來改善和提高食品的品質(zhì)，如改變谷類某些特定物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和特性、提升食品的香氣等。利用輻照技術(shù)改善茶葉品質(zhì)，可以提高對茶葉價(jià)值的利用，增加一定的經(jīng)濟(jì)效益。如表3，有研究表明，經(jīng)過一定劑量的輻照處理，茶葉中的部分化學(xué)成分和感官品質(zhì)會有所影響。同時(shí)，研究還發(fā)現(xiàn)同一茶葉中的不同組分耐受劑量不同，不同茶葉中的同一組分受影響的劑量程度也不同。
研究發(fā)現(xiàn)，輻照過程可以產(chǎn)生一定量的自由基，直接或間接地使茶葉中某些成分產(chǎn)生氧化反應(yīng)，對茶葉的品質(zhì)特征產(chǎn)生影響。陳亮等在輻照處理茯磚茶的過程中發(fā)現(xiàn)，4 kGy輻照處理的茯磚茶，90%以上的霉菌能被殺滅，同時(shí)，茯磚茶中香氣和滋味較對照組更純，隨著輻照劑量的提高，茶湯顏色也會變深。ZHANG等在電子束輻照處理茯磚茶時(shí)，發(fā)現(xiàn)4 kGy或7 kGy輻照后，茯磚茶的綜合感官質(zhì)量均得到改善，但與老茶不同的是，輻照后茯磚茶中的咖啡堿和總黃酮類化合物含量下降。同時(shí)該研究發(fā)現(xiàn)，茶湯的色度與輻射劑量呈正相關(guān)，即輻照處理的茯磚茶和未處理的樣品相比，顏色更深，從橙黃色變?yōu)槌燃t色。另有研究表明，γ射線輻照處理綠茶時(shí)，適當(dāng)?shù)膭┝靠梢允咕G茶產(chǎn)生新的揮發(fā)性物質(zhì)，但過高的劑量反而又會使茶葉產(chǎn)生不愉悅的味道。
04
總結(jié)和展望
輻照技術(shù)在茶葉中的應(yīng)用涉及茶樹的育種，茶葉的加工和貯藏，但主要研究的是茶葉貯藏過程中殺菌、保鮮和品質(zhì)改善。在茶樹育種領(lǐng)域，輻照作為物理誘變育種的一種方式，為茶樹育種做出貢獻(xiàn)。而在加工領(lǐng)域，輻照可以改進(jìn)黑茶的陳化工藝，縮短陳化時(shí)間或改善黑茶感官品質(zhì)特征。同時(shí)，輻照還可以延長茶葉的貯存保鮮時(shí)長，并能抑制細(xì)菌、霉菌或真菌感染以及降解一定量的農(nóng)藥殘留，提高茶葉品質(zhì)。輻照技術(shù)能夠改善茶葉的感官品質(zhì)特征，使茶湯顏色加深、滋味更純，甚至能夠增加新的香氣物質(zhì)。部分研究中提到，經(jīng)輻照后的茶葉，咖啡堿、總酚類物質(zhì)等的含量下降，則是否可以利用輻照處理研發(fā)低咖啡堿或低多酚物質(zhì)的飲品，使對咖啡堿敏感或者不喜歡茶葉苦澀味的人群也能更好地飲用茶飲品。
已有研究證實(shí)，低劑量的輻照能夠改變POD、SOD、CAT、PPO等酶的活性，并能利用酶活性的變化改變食物的保鮮時(shí)長。在制茶過程中，PPO、POD、糖苷酶、淀粉酶等酶的活性關(guān)系到茶葉的色香味品質(zhì)。因此，如何利用低劑量輻照處理增強(qiáng)或抑制茶鮮葉的內(nèi)源酶活性，調(diào)節(jié)茶葉加工過程中的生物化學(xué)反應(yīng)方向和程度，使茶葉品質(zhì)符合市場需求，從而擴(kuò)大茶葉的銷售規(guī)模，提高銷售價(jià)格，為茶產(chǎn)業(yè)帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益，還有待研究。對于上述過程涉及的輻照劑量和輻照時(shí)長，以及與之對應(yīng)的輻照方法和檢測技術(shù)，也值得進(jìn)一步研究和應(yīng)用。另一方面，利用輻照及其他非熱加工技術(shù)，是否能夠提高夏、秋茶的利用率，以實(shí)現(xiàn)茶農(nóng)和茶葉企業(yè)經(jīng)濟(jì)收入的提高，也需要在研究中進(jìn)行證明。
輻照技術(shù)的一大特點(diǎn)是被輻照樣品的變化具有不確定性，用于食品加工領(lǐng)域需要謹(jǐn)慎對待，過高的劑量會誘發(fā)有害物質(zhì)產(chǎn)生。輻照茶鮮葉的過程中，會產(chǎn)生大量自由基，這部分自由基可能會與茶葉中的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，這一過程是否會生成新的物質(zhì)，這些物質(zhì)是否又會對人體產(chǎn)生危害，也需要進(jìn)一步研究。
來源：中國茶葉加工
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