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(duì)目標(biāo)對(duì)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(chóng)、殺菌和防腐等目的的過(guò)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(lái)越廣泛，食品輻照的市場(chǎng)價(jià)值也愈發(fā)顯現(xiàn)。
中國(guó)發(fā)現(xiàn)和利用茶葉的歷史悠久。在古代，制茶方式是簡(jiǎn)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(guò)程散發(fā)青氣、破壞酶的活性，干燥過(guò)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(guò)程中并沒(méi)有廣泛應(yīng)用。有研究表明，茶樹(shù)育種中可以利用輻照技術(shù)選育新品種，改良茶樹(shù)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(zhǎng)成品茶保鮮時(shí)間。此外，在茶葉貯藏過(guò)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(duì)近年來(lái)輻照技術(shù)在茶樹(shù)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(shù)育種中的應(yīng)用
茶樹(shù)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(duì)茶樹(shù)進(jìn)行誘變育種，即把60Co-γ射線作為誘變劑，使茶樹(shù)的基因結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，引起植株性狀變化，然后通過(guò)比較、篩選可以獲得具有目標(biāo)性狀特征的新植株。
茶樹(shù)輻照育種始于20世紀(jì)60年代初日本和中國(guó)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(shù)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(guó)內(nèi)外的研究陸續(xù)實(shí)現(xiàn)茶樹(shù)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(hào)”和“輻高136號(hào)”，蘇聯(lián)與日本用輻照育種選育了多倍體茶樹(shù)品種，中國(guó)、蘇聯(lián)、日本也有輻照育成不育茶樹(shù)品種。
楊躍華等通過(guò)60Co-γ射線人工誘導(dǎo)茶樹(shù)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(guó)南方喬木型大葉種茶樹(shù)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(shù)各器官的研究中發(fā)現(xiàn)，大部分經(jīng)輻照后的茶樹(shù)根部伸長(zhǎng)、葉部擴(kuò)大、莖干增粗增高。茶樹(shù)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(guò)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(guó)家茶樹(shù)品種“中茶108”。該品種較對(duì)照品種提前兩天萌芽，茶樹(shù)的高幅度、分枝級(jí)數(shù)和常規(guī)品質(zhì)成分也有顯著差異。
楊躍華等在茶樹(shù)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(shù)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(duì)于物理誘變茶樹(shù)育種提供了一定的研究思路。物理誘變能夠改變茶樹(shù)葉片中的酯酶同工酶的數(shù)量，說(shuō)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(shù)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(qián)慧在研究60Co輻照對(duì)越南油茶(Camellia vietnamensis)生長(zhǎng)影響的過(guò)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(duì)發(fā)芽率影響較小，但是種子的出苗率、苗高、地徑生長(zhǎng)情況、葉片生長(zhǎng)等會(huì)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(huì)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(guò)氧化物酶(POD)的活性。
輻照育種對(duì)茶樹(shù)基因的誘變具有不可控性和難以預(yù)測(cè)性，對(duì)選育具備某個(gè)特定性狀的新植株有一定困難。隨著茶樹(shù)育種、栽培技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)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(shù)某一種或多種特定性狀針對(duì)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(kāi)發(fā)的技術(shù)升級(jí)。但是，茶樹(shù)分子育種也有一定的難度，必須要先了解茶樹(shù)基因的功能，才能實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步研究。而要搞清楚茶樹(shù)基因的功能絕非易事，需要很長(zhǎng)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(shù)新品種的一種方法。利用太空中特有的環(huán)境，通過(guò)飛船將茶樹(shù)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(shù)品種。太空育種過(guò)程中，茶樹(shù)種子受到太空環(huán)境的影響，染色體斷裂的頻率會(huì)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(huì)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(guò)很多步驟。以紅茶加工為例，加工過(guò)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(guò)調(diào)節(jié)溫度和熱風(fēng)促進(jìn)茶樹(shù)鮮葉的萎凋，控制溫濕度和含氧量來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)酵，干燥過(guò)程則需要利用熱加工來(lái)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(guò)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(jiàn)于黑茶陳化處理中。周樹(shù)紅研究表明，利用60Co輻照對(duì)普洱茶進(jìn)行陳化處理，會(huì)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(guò)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(duì)采后鮮葉中酶活性影響的研究暫無(wú)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(lái)看，超聲波、紫外線或特定光源等對(duì)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(guò)氧化氫酶(CAT)、PPO、脂肪酶、淀粉酶等活力，也對(duì)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(huì)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(huì)受影響，并呈下降趨勢(shì)。使用不同波長(zhǎng)(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(shù)采后鮮葉，理論上可以改變茶樹(shù)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(guò)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(guò)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(jiàn)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(guò)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(duì)茶葉感官指標(biāo)無(wú)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(duì)茶葉品質(zhì)無(wú)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(qián)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(duì)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(guò)程中，包裝良好但未經(jīng)處理的對(duì)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(zhǎng)紅茶的保質(zhì)期。MISHRA等在γ輻射對(duì)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(guò)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(huì)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(guò)程中的微生物污染程度，可以延長(zhǎng)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(chóng)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(duì)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(lái)看，輻照的劑量高于食品輻照的安全劑量范圍(不超過(guò)10 kGy)。過(guò)高劑量的輻照處理是否會(huì)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(xiāo)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(lái)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(duì)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(guò)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(huì)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(guò)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(duì)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(guò)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(duì)照組更純，隨著輻照劑量的提高，茶湯顏色也會(huì)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(guò)高的劑量反而又會(huì)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(shù)的育種，茶葉的加工和貯藏，但主要研究的是茶葉貯藏過(guò)程中殺菌、保鮮和品質(zhì)改善。在茶樹(shù)育種領(lǐng)域，輻照作為物理誘變育種的一種方式，為茶樹(shù)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(zhǎng)茶葉的貯存保鮮時(shí)長(zhǎng)，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(duì)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(zhǎng)。在制茶過(guò)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(guò)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(chǎng)需求，從而擴(kuò)大茶葉的銷(xiāo)售規(guī)模，提高銷(xiāo)售價(jià)格，為茶產(chǎn)業(yè)帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)效益，還有待研究。對(duì)于上述過(guò)程涉及的輻照劑量和輻照時(shí)長(zhǎng)，以及與之對(duì)應(yīng)的輻照方法和檢測(cè)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(duì)待，過(guò)高的劑量會(huì)誘發(fā)有害物質(zhì)產(chǎn)生。輻照茶鮮葉的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量自由基，這部分自由基可能會(huì)與茶葉中的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，這一過(guò)程是否會(huì)生成新的物質(zhì)，這些物質(zhì)是否又會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害，也需要進(jìn)一步研究。
來(lái)源：中國(guó)茶葉加工
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