輻照方式對南酸棗糕品質及貨架期的影響

毛青秀 徐遠芳 陳渠玲 張祺玲 李文革 楊 毅

南酸棗糕是以天然南酸棗[Choerospondiasaxillaris(Roxb.) Burtt et Hill]的果實為主要原料加工而成的果糕類食品,其富含果膠、維生素、氨基酸、鈣、鐵、鋅等多種營養成分[1]。但南酸棗糕在加工、貯運和銷售過程中易污染、滋生多種微生物或生蟲,目前關于南酸棗果實及其制品貯藏保鮮的研究較少。高陽等[2]研究表明,5 ℃低溫貯藏能有效延緩南酸棗果實貯藏期間果皮顏色和果實質地的劣變;王日思等[3]研究發現,0.05%山梨酸鉀或0.015%～0.050%焦亞硫酸鈉均可有效抑制南酸棗皮漿微生物生長;余洋洋等[4]研究發現,采用鋁箔袋真空包裝的南酸棗泥經500 MPa超高壓處理10 min或90 ℃熱處理3 min均能達到商業無菌的效果,但超高壓比熱處理能更好地保持其原有品質;黃志勇等[5]研究表明,采用8.0 kGy劑量輻照處理南酸棗糕的殺菌效果最佳,色、香、味基本保持不變,對總糖含量無顯著影響。

南酸棗糕屬于一種黏彈性果糕,其凝膠性能及質構特性是決定其品質的重要指標[1,6]。傳統的高溫高壓滅菌方法在很大程度上會影響南酸棗糕的質構特性,因而不適用于該產品滅菌。超高壓技術可能影響其凝膠性能,且加工成本高昂。輻照技術作為一種重要的食品冷殺菌技術,得到了眾多國家和國際食品組織及專業團體的認可和支持,現已被廣泛應用于多種食品的加工[7-9]。目前用于食品輻照的輻射源主要包括Co-γ射線和能量不超過10 MeV的電子束,Co-γ射線和電子束屬于不同類型的射線,兩者輻照食品所產生的輻射效應不盡相同[10-11]。Co-γ射線穿透能力強,電子束輻照效率高,兩種輻照方式各具優勢[12]。60Co-γ射線輻照技術在食品加工中的研究較廣泛,應用較成熟。近年來電子束輻照技術應用發展迅猛,但其加工食品的相關基礎研究及其與60Co-γ射線輻照效應的差異性尚有待進一步深入[13]。研究以南酸棗糕為對象,擬采用不同劑量60Co-γ射線和電子束對其進行輻照處理,研究不同輻照方式及輻照劑量對南酸棗糕品質(微生物限量、理化指標及感官品質)、產品貨架期(微生物限量、感官品質)的影響,以期為輻照技術在南酸棗糕中的應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

南酸棗糕:外觀呈棕黃色,長條形,薄片狀,用鍍鋁膜包裝袋包裝,每袋約(10.0±0.5) g,湖南瀏陽某南酸棗糕加工企業;

平板計數瓊脂、孟加拉紅瓊脂、結晶紫中性紅膽鹽瓊脂、煌綠乳糖膽鹽:廣東環凱微生物科技有限公司;

乳酸、蘋果酸、富馬酸、己二酸標準品:上海阿拉丁生化科技股份有限公司;

葡萄糖、L(+)-抗壞血酸標準品、酒石酸、檸檬酸、丁二酸標準品:國藥集團化學試劑有限公司;

甲醇、無水乙醇:色譜純,國藥集團化學試劑有限公司;

硫酸銅、硫酸鉀、硫酸、硼酸、鹽酸、磷酸、氫氧化鈉、無水乙醚等:國產分析純;

電子束輻照加工系統:IS1020型,10 MeV/20 kW,同方威視技術股份有限公司;

立式壓力蒸汽滅菌鍋:LDZX-50KBS型,上海申安醫療器械廠;

超凈工作臺:FW-CJ-2FD型,蘇州凈化設備有限公司;

生化培養箱:SPX-250B型,天津泰斯特儀器有限公司;

霉菌培養箱:MJ型,上海一恒科學儀器有限公司;

全自動凱氏定氮儀:FOSS2300型,丹麥福斯分析儀器公司;

熱風循環干燥箱:HF-3型,吳江華飛電熱設備有限公司;

氣相色譜儀:GC 2010型,日本島津公司;

液相色譜儀:LC 20AT型,日本島津公司;

液相色譜儀:e2695型,美國沃特世公司;

電子分析天平:AL204型,梅特勒—托利多儀器(上海)有限公司;

pH計:FE28型,梅特勒—托勒多儀器(上海)有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 南酸棗糕制作工藝

新鮮的南酸棗果實→選果→洗果→蒸煮→去皮去核→配料(紫蘇粉、辣椒粉等)→攪拌→成形→烘烤→冷卻→分切→包裝→南酸棗糕產品

1.2.2 試驗設計 選取南酸棗糕包裝產品進行分裝,每份約500 g,每個劑量處理設置3個平行,共計33份。試驗樣品分別采用60Co-γ射線和電子束進行輻照處理,輻照劑量分別設定為0,2,4,6,8,10 kGy。輻照完成后,試驗樣品置于4 ℃下冷藏并立即進行各項指標檢測。采用4～10 kGy范圍工藝劑量輻照處理南酸棗糕批量產品,以南酸棗糕生產企業各批次常溫貯存下留樣產品為試驗材料,考察采用工藝劑量輻照處理南酸棗糕產品的貨架期。

60Co-γ射線輻照在湖南省農業科學院核農學與航天育種研究所湖南輻照中心進行,放射源為60Co,放射性活度為2.44×1016Bq,單板源,采用動態步進方式輻照。輻照過程采用重鉻酸銀和重鉻酸鉀(銀)劑量計進行劑量跟蹤,劑量計經中國計量科學研究院國家劑量保證服務(NDAS)比對標定。電子束輻照在湖南湘華華大生物科技有限公司進行,功率為15 kW,電子束能量為10 MeV。輻照過程用劑量片(FWT-60)進行劑量跟蹤,劑量片經中國計量科學研究院國家劑量保證服務(NDAS)比對標定。

1.2.3 微生物檢測

(1) 菌落總數:按GB 4789.2—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數測定》執行。

(2) 大腸菌群:按GB 4789.3—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 大腸菌群計數測定》執行。

(3) 霉菌:按GB 4789.15—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 霉菌和酵母計數測定》執行。

(4) 沙門氏菌:按GB 4789.4—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 沙門氏菌檢驗》執行。

(5) 金黃色葡萄球菌:按GB 4789.10—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 金黃色葡萄球菌檢驗》中的第二法執行。

1.2.4 理化指標檢測

(1) 蛋白質含量:按GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》中的第一法(凱式定氮法)執行。

(2) 脂肪含量:按GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》中的第二法(酸水解法)執行。

(3) 總糖含量:按GB/T 10782—2021《蜜餞質量通則》執行。

(4)L(+)-抗壞血酸含量:按GB 5009.86—2016《食品安全國家標準 食品中抗壞血酸的測定》中的第一法(高效液相色譜法)執行。

(5) 有機酸含量:按GB 5009.157—2016《食品安全國家標準 食品中有機酸的測定》執行。

(6) pH值測定:按GB/T 10468—1989《水果和蔬菜產品pH值的測定方法》執行。

1.2.5 感官評價 參照GB/T 10782—2021《蜜餞質量通則》的檢驗方法,取適量南酸棗糕置于潔凈的白色盤中,在自然光下觀察其色澤,聞其氣味,用溫開水漱口,品嘗其滋味,用不銹鋼刀將其切開,用目測、手感檢驗其組織狀態。

1.3 數據處理

2 結果與分析

2.1 輻照對南酸棗糕品質的影響

2.1.1 輻照對南酸棗糕微生物限量的影響 南酸棗糕屬于果糕類蜜餞,產品致病菌限量應符合GB 29921—2021《食品安全國家標準 食品中致病菌限量》中即食果蔬制品類的規定,微生物限量還應符合GB 14884—2016《食品安全國家標準 蜜餞》的規定。由表1可知,對照組南酸棗糕中菌落總數為4.1×102CFU/g,霉菌為1.3×102CFU/g,大腸菌群<10 CFU/g,沙門氏菌和金黃色葡萄球菌未檢出。采用2～10 kGy梯度劑量60Co-γ射線和電子束輻照處理南酸棗糕,結果表明兩種射線輻照對南酸棗糕微生物均有明顯的殺菌效果,4 kGy輻照后,樣品中各微生物指標均未檢出。關于兩種射線殺菌能力的差異,張祺玲等[13]研究發現,60Co-γ射線對紅碎茶的殺菌能力強于電子束輻照,與試驗結果不一致,可能與輻照過程中實際吸收劑量的大小有關。通常情況下,輻照殺滅微生物的有效性受微生物輻射耐受性及其數量的影響,微生物的耐受性越強、數量越多,殺滅微生物所需要的輻照劑量越高[14]。試驗結果表明,采用4 kGy劑量的60Co-γ射線和電子束輻照處理南酸棗糕,產品微生物限量符合相關國家標準的規定。

表1 60Co-γ射線和電子束輻照對南酸棗糕微生物指標的影響

2.1.2 輻照對南酸棗糕一般營養成分的影響 由圖1可知,南酸棗糕中營養成分以總糖為主,其含量高達65.11 g/100 g,L(+)-抗壞血酸含量為433.00 mg/kg,蛋白質、脂肪含量相對較低。與對照組相比,不同劑量60Co-γ射線輻照后南酸棗糕中蛋白質含量顯著降低(P<0.05),電子束輻照后其含量先升高后降低;60Co-γ射線和電子束輻照后南酸棗糕中脂肪和總糖含量總體變化幅度較小。分別以南酸棗糕中蛋白質、脂肪和總糖含量與輻照劑量進行相關性分析,3種營養成分的Pearson相關系數介于-0.6與0.6之間,表明南酸棗糕中各營養成分含量的變化與輻照劑量均無明顯的相關性。南酸棗糕中蛋白質和脂肪含量較低,且輻照對其含量的影響十分有限,不會對南酸棗糕營養品質產生很大影響。因此,采用10 kGy以內60Co-γ射線和電子束輻照處理對南酸棗糕蛋白質、脂肪和總糖含量影響不大。

字母不同表示不同劑量輻照后樣品差異顯著(P<0.05)

抗壞血酸又名維生素C,是果蔬中重要的營養成分和生物活性物質,其穩定性較差,在食品加工及貯藏過程中易受到破壞而降低其含量[15]。輻照劑量為2 kGy時,60Co-γ射線和電子束輻照后南酸棗糕中L(+)-抗壞血酸的含量均減少10%以上,4～10 kGy劑量范圍內,隨著輻照劑量增大其含量逐漸降低,且60Co-γ射線輻照樣品降低幅度大于電子束輻照。60Co-γ射線和電子束輻照處理南酸棗糕中L(+)-抗壞血酸含量的Pearson相關系數分別為-0.967和-0.840,且L(+)-抗壞血酸含量與輻照劑量之間極顯著相關(P<0.01)。結果表明,2～10 kGy的60Co-γ射線和電子束輻照能顯著降低南酸棗糕中L(+)-抗壞血酸含量。

目前,輻照對食品中抗壞血酸影響的研究較多,但大多數研究結果都表明輻照能降低食品中抗壞血酸含量[15]。如張娟琴等[16]研究表明,經4.0 kGy劑量電子束輻照后雙孢菇中維生素C含量較對照組降低了31.1%,與試驗結論相似。羅夢等[17]研究發現,0.5 kGy劑量的γ射線輻照可以有效延緩柑橘果實壞血酸在貯藏期間的降解,而當劑量達到1 kGy時輻照組果實抗壞血酸含量在貯藏后期則低于對照組。維生素C是對輻射最敏感的水溶性維生素之一,但輻照可使抗壞血酸轉變為脫氫抗壞血酸,后者也有一定的生物活性,并且人體吸收后可以轉化為抗壞血酸,故實際維生素C破壞很少[15]。在西方國家,經批準食品輻照所導致的維生素損失被認為在營養上并不重要[18]。Ramirez-Cahero等[19]研究了維生素C的輻解途徑,發現輻照后維生素C溶液中鑒定出羧酸類、2-呋喃醛、5-羥甲基-2-呋喃醛、糠醇、2-呋喃酸和2(5H)-呋喃酮。

2.1.3 輻照對南酸棗糕有機酸的影響 南酸棗果實中含有極為豐富的有機酸,含量高達5.22%～8.13%[20]。南酸棗果肉中有機酸的含量和相對比例可能是南酸棗糕酸味獨特的主要原因之一,李俶等[21]研究表明南酸棗及南酸棗糕中含有7種有機酸,檸檬酸和蘋果酸為主要成分。試驗發現,經不同劑量60Co-γ射線和電子束輻照后南酸棗糕有機酸以檸檬酸為主,含量為16.15 g/kg,此外還含少量富馬酸(見圖2),蘋果酸、酒石酸、乳酸、己二酸和丁二酸均未檢出。由于有機酸易溶于水,南酸棗糕制作過程中漂燙處理會造成有機酸大量損失,導致南酸棗糕中有機酸含量減少[20]。劉成梅等[22]研究發現,南酸棗皮經過水浴脫澀處理后總酸含量(以檸檬酸計)由3.31%下降至0.69%,表明水浴脫澀對南酸棗皮的酸度有顯著影響,造成一定的酸損失。與對照組相比,60Co-γ射線和電子束輻照后南酸棗糕中檸檬酸和富馬酸含量均無顯著差異(P>0.05)。這與Carocho等[23]的研究結果一致。因此,采用10 kGy以內60Co-γ射線和電子束輻照對南酸棗糕有機酸含量無明顯影響。

圖2 60Co-γ射線和電子束輻照對南酸棗糕有機酸的影響

2.1.4 輻照對南酸棗糕pH值的影響 由圖3可知,輻照前南酸棗糕的pH值為3.21,呈酸性,經2～10 kGy梯度劑量的60Co-γ射線和電子束輻照后,不同劑量輻照處理南酸棗糕的pH值與對照組相比均無顯著差異(P>0.05)。pH值主要取決于南酸棗糕中有機酸含量,輻照對南酸棗糕pH值無明顯影響,這與前述研究中關于輻照對有機酸含量無明顯影響的結論一致。結果表明,10 kGy以內劑量60Co-γ射線和電子束輻照對南酸棗糕pH值無明顯影響。有機酸含量是影響南酸棗糕風味口感的主要因素之一,在南酸棗糕實際加工中,生產企業通常會添加外源檸檬酸調整南酸棗糕的甜酸比來保持其口味協調[20]。

圖3 60Co-γ射線和電子束輻照對南酸棗糕pH值的影響

2.1.5 輻照對南酸棗糕感官品質的影響 未經輻照處理的南酸棗糕外觀呈棕黃色,具有清淡香味、無異嗅,口感綿軟酸甜、無異味,柔軟緊密有黏性。經不同劑量60Co-γ射線和電子束輻照后,南酸棗糕仍具有該產品固有的色澤、滋味、氣味和組織狀態,不會產生異嗅或異味,僅當輻照劑量達到10 kGy時,南酸棗糕的色澤略微變淡,但這種感官上色澤的細微變化對南酸棗糕感官品質無明顯影響(見表2)。黃志勇等[5]研究發現,6,8 kGy劑量60Co-γ射線輻照后南酸棗糕色澤稍有變淡,由深褐色變為灰褐色,但不明顯,與試驗結果相似。因此,10 kGy以內劑量60Co-γ射線和電子束輻照對南酸棗糕感官品質無明顯影響。

表2 60Co-γ射線和電子束輻照對南酸棗糕感官品質的影響

2.2 輻照對南酸棗糕貨架期品質的影響

2.2.1 輻照對南酸棗糕貨架期微生物限量的影響 根據前述60Co-γ射線和電子束輻照處理南酸棗糕的梯度劑量試驗結果,將4～10 kGy設定為南酸棗糕輻照殺菌的工藝劑量,采用該工藝劑量輻照處理南酸棗糕批量產品,以微生物限量和感官品質為評價指標,考察在常溫下貯藏0～360 d產品的貨架期品質。由表3可知,經兩種射線輻照處理的南酸棗糕在常溫下貯藏360 d內的菌落總數、大腸菌群及霉菌均<10 CFU/g。因此,采用4～10 kGy工藝劑量60Co-γ射線和電子束輻照處理南酸棗糕批量產品,在常溫下貯藏360 d,產品微生物限量符合GB 14884—2016《食品安全國家標準 蜜餞》的規定。

表3 60Co-γ射線和電子束輻照對南酸棗糕貨架期微生物指標的影響

2.2.2 輻照對南酸棗糕貨架期感官品質的影響 由表4可知,在常溫下貯藏360 d,經4～10 kGy工藝劑量60Co-γ射線和電子束輻照后南酸棗糕氣味和滋味無明顯差別,但產品色澤和狀態隨著貯藏時間增加發生明顯變化。貯存90 d后,樣品保持固有的棕黃色不變,180 d后樣品顏色稍微加深,呈棕色,360 d后顏色變為深棕色,但無霉變或生蟲。余雯等[24]研究表明,南酸棗糕在貯藏過程中的褐變主要由美拉德反應和還原型抗壞血酸氧化引起,褐變速率和程度取決于貯藏時間和溫度。劉成梅等[22]研究認為,可能是由于水浴加熱處理破壞了南酸棗皮中過氧化物酶和多酚氧化酶等氧化酶的活性,使酶鈍化。徐鵬程等[25]研究表明,輻照能通過破壞酶的空間結構,導致酶的三級結構改變、功能活性喪失,從而起到滅酶的作用。南酸棗糕中的抗壞血酸可能由于非酶促褐變氧化形成脫氫抗壞血酸,再經一系列反應形成褐色素,從而導致產品顏色變深[26]。0～270 d貯藏期內,南酸棗糕的組織狀態變化不大,貯藏360 d后,樣品柔軟度和黏性降低。因此,

表4 60Co-γ射線和電子束輻照對南酸棗糕貨架期感官品質的影響

采用4～10 kGy工藝劑量60Co-γ射線和電子束輻照南酸棗糕,在0～360 d貯藏期內,產品顏色和組織狀態的變化是由于產品自身的褐變,與輻照無直接關系。

3 結論

采用0～10 kGy梯度劑量的60Co-γ射線和電子束輻照處理南酸棗糕,結果表明,兩種射線輻照對南酸棗糕均具有明顯的殺菌作用,經4 kGy劑量輻照后樣品中微生物限量指標菌(菌落總數、大腸菌群、霉菌)和致病菌限量指標菌(沙門氏菌、金黃色葡萄球菌)均未檢出。由于南酸棗糕含水量高,易于微生物的生長、繁殖或生蟲,在實際生產應用中,建議采用不低于4 kGy劑量進行輻照,以確保貨架期產品的衛生質量。60Co-γ射線和電子束輻照對南酸棗糕中蛋白質、脂肪、總糖、有機酸(以檸檬酸為主)、pH值及感官品質均無明顯影響,但兩種射線輻照后南酸棗糕中L(+)-抗壞血酸含量顯著降低(P<0.05),與輻照劑量呈負相關,且60Co-γ射線輻照對其影響效應大于電子束輻照。因此,不超過10 kGy劑量的60Co-γ射線和電子束輻照對南酸棗糕的營養成分及感官品質總體影響很小。設定4～10 kGy劑量范圍的60Co-γ射線和電子束輻照處理的南酸棗糕在常溫條件下貯存360 d,微生物限量指標菌(菌落總數、大腸菌群、霉菌)均<10 CFU/g。南酸棗糕的氣味、滋味和組織狀態無明顯變化,但其色澤會隨著貯藏時間延長發生褐變,從而影響產品的外觀。綜上所述,60Co-γ射線和電子束輻照是南酸棗糕殺菌貯存的有效方法,推薦南酸棗糕輻照殺菌的工藝劑量為4～10 kGy,但考慮兩種輻照方式處理后南酸棗糕中L(+)-抗壞血酸含量顯著降低的影響,實踐中在保證最低有效殺菌劑量的基礎上應盡量采用低劑量進行輻照,以最大限度保持產品的原有品質。