電子束輻照對三種香辛料的殺菌效果及香氣成分的影響

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(1.廣東食品藥品職業(yè)學(xué)院,廣東廣州 510520;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,廣東廣州 510642)

電子束輻照對三種香辛料的殺菌效果及香氣成分的影響

李燕杰1,黃佳佳1,東方1,蘇新國1,杜冰2

(1.廣東食品藥品職業(yè)學(xué)院,廣東廣州 510520;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,廣東廣州 510642)

研究了電子束輻照對八角、桂皮、花椒三種香辛料的殺菌效果及對其色澤、香氣成分的影響,實驗結(jié)果表明:0～15 kGy劑量的電子束輻照對三種香辛料均有良好的殺菌效果,能延長香辛料的保鮮期,且不影響香辛料的色澤及口感,綜合頂空固相微萃取及氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)測定其香氣成分實驗結(jié)果,確定八角、桂皮、花椒輻照殺菌的適宜劑量分別為6、6、9 kGy。

香辛料,電子束輻照,殺菌,香氣成分

香辛料是指可用于各類食品加香調(diào)味,能賦予食物以香、辛、辣等風(fēng)味,并有增進食欲作用的植物性物質(zhì)總稱[1-2]。中國是最早使用香辛料的國家之一,最古老的香辛料花椒在中國也有1500年以上的種植和使用史[3-4],它們不僅可以改善食品的品質(zhì)而且還可以入藥,但在其生產(chǎn)、加工、儲藏、銷售、食用等過程中,成品或半成品微生物超標(biāo)是香辛料加工和應(yīng)用中面臨的主要問題[5-6],李姣等通過對孜然粉、麻花椒粉、辣椒粉、小茴香粉和姜粉的微生物污染情況調(diào)查結(jié)果表明是受大腸菌群污染嚴(yán)重,高達4.11×106MPN/100 g[7-8]。因此,研究香辛料滅菌技術(shù),對提高香辛料安全性具有重要意義。

輻照技術(shù)是近年來發(fā)展很快的一種非熱力加工新技術(shù),它是利用電離輻射(主要是指Co-60γ射線加速器產(chǎn)生的電子束或射線)與物質(zhì)的相互作用所產(chǎn)生的物理、化學(xué)和生物效應(yīng),對物質(zhì)或食品進行加工處理,實現(xiàn)射線對食品分子的修飾以及降解食品中的有害物質(zhì)目的的新型食品加工技術(shù),且已被證明是一種能有效為提高食品安全性和延長食品貨架期的綠色食品加工方法[9-10]。目前輻照作為保障食品安全和質(zhì)量的高新技術(shù),已得到廣泛應(yīng)用:全球已有40多個國家應(yīng)用輻照技術(shù)處理200多種食品,其中最早應(yīng)用輻照殺菌的是香辛料類產(chǎn)品,我國每年接受輻照處理的香辛料總量不少于7萬噸[11]。雖然我國已經(jīng)制定了輻照香辛料的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),提到了吸收劑量限制、照射要求以及微生物指標(biāo),但在輻照工藝、殺菌效果及其輻照對香辛料主要香氣成分的影響等方面尚未見報道[12]。本文就電子束輻照對花椒、八角、桂皮三種香辛料的殺菌效果及其色澤、香氣成分的影響進行研究,以期對香辛料輻照殺菌的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)和指導(dǎo)意義。

表1 不同輻照劑量對香辛料的滅菌效果Table 1 Effects of different irradiation does on sterilization in the spice

1 材料與方法

1.1材料與儀器

香辛料 購于廣州好當(dāng)家超市;花椒粉(粉狀,含水量9.54%)、八角(塊狀,含水量8.71%)、桂皮(塊狀,含水量9.15%) 將實驗原料分別裝入小包裝袋(PE材質(zhì),每袋5 g)密封;營養(yǎng)瓊脂、乳糖膽鹽發(fā)酵培養(yǎng)基、乳糖發(fā)酵培養(yǎng)基、伊紅美藍瓊脂(PQR) 均購自廣東環(huán)凱生物科技有限公司;細菌革蘭氏染液、生理鹽水 實驗室自制。

電子束輻照設(shè)備 德國,EBW1500/30-150CNC,電子束能10 MeV,功率12 kW;手動SPME進樣器、75 μm聚丙烯酸酯(PA)萃取頭 美國Supelco公司;Finnigan Trace MS氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國Finnigan公司;CR-400色差儀 日本美能達公司。

1.2實驗方法

1.2.1 輻照處理 將各樣品的輻照劑量分別調(diào)整到3、6、9、12、15 kGy,每處理設(shè)3個平行樣,各組設(shè)一空白樣(每份5 g)。輻照處理后,各樣品采用雙層PE袋密封包裝好并置于室溫(18～25 ℃)下貯存,待檢測。

1.2.2 菌落總數(shù)及大腸菌群含量的測定 按照GB 4789-2010進行檢測[13-14]。

1.2.3 香辛料色澤測定 樣品粉碎處理后,精確稱取0.1 g,加入丙酮稀釋至100 mL,避光靜置10 h,超聲處理30 min,靜置10 min,取上清液10 mL,稀釋至100 mL,取50 mL稀釋液置于色差儀中,在可見光波長范圍內(nèi)測樣品的L*、a*、b*值。

1.2.4 香辛料香氣成分分析與測定 先采用頂空固相微萃取技術(shù)對各樣品風(fēng)味物質(zhì)進行提取:將萃取頭在氣相色譜的進樣口老化,老化溫度為250 ℃,載氣體積流量為0.8 mL/min,分流比50∶1,老化時間2 h。取2 g樣品(每種香辛料均采用空白樣和15 kGy高劑量組作比較)在室溫條件下吸附15 min,240 ℃解吸3 min,同時啟動儀器采集數(shù)據(jù)。

氣相色譜條件:石英毛細管柱HP-1,30 m×0.25 mm程序升溫,柱溫45 ℃維持3 min,以5 ℃/min升溫至100 ℃維持1 min,以10 ℃/min升溫至230 ℃維持5 min;載氣為高純He,流量1 mL·min-1;進樣口溫度為240 ℃,分流比10∶1,接口溫度280 ℃。質(zhì)譜條件:EI離子源;電子能量70 ev;離子源溫度250 ℃;掃描質(zhì)量范圍35～395 AMU;溶劑延遲3 min;標(biāo)準(zhǔn)圖庫WILEY。

樣品中香氣成分的定性定量分析方法如下,定性:化合物經(jīng)計算機檢索同時與NIST library(107 k compounds)和Wiley Library(320 k compound,version 6.0)相匹配。僅報道匹配度和純度大于700(最大值1000)的主要成分的鑒定結(jié)果。定量:相對百分含量按峰面積歸一化法計算。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用SAS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計及相關(guān)分析,實驗數(shù)據(jù)均為3次測定結(jié)果的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1輻照對香辛料的滅菌效果

以常見的八角、桂皮、花椒三種香辛料為研究對象,測定其攜帶的微生物數(shù)量及不同劑量輻照處理后的帶菌數(shù)量,結(jié)果如表1所示。由表1可知,這三種香辛料的帶菌狀況均超標(biāo)(細菌總數(shù)<104CFU/g,大腸菌群≤30 MPN/100 g,GB/T 15691-2007),輻照處理對三種香辛料的滅菌效果極為顯著,3 kGy的輻照處理可使八角和花椒的菌落總數(shù)達標(biāo),6 kGy的輻照處理可使八角的大腸菌群數(shù)量、桂皮的菌落數(shù)及大腸菌群數(shù)量達標(biāo),9 kGy的輻照處理可使花椒的大腸菌群數(shù)量達標(biāo)。

2.2輻照對香辛料色澤的影響

顏色是香辛料的重要質(zhì)量指標(biāo),也是影響消費者接受性的主要指標(biāo)之一,采用色差計在可見光波長范圍內(nèi)測得三種香辛料的L*、a*、b*值如表2所示,香辛料色素提取液的明度變量(L*)、紅度變量(a*)、黃度變量(b*)輻照后均略有下降,但變化不顯著(p>0.05),說明八角、桂皮、花椒三種香辛料中的呈紅、呈黃色素均相對穩(wěn)定,在15 kGy的輻照劑量處理下,均無顯著變化。

表2 不同輻照劑量對香辛料色澤的影響Table 2 Effects of different irradiation does on color in the spices

表3 對照組與輻照組八角揮發(fā)性物質(zhì)的主要成分及相對含量Table 3 The main components and relative contents of volatile compounds for aniseed in control group and irradiation group

2.3輻照對香辛料香氣成分的影響

2.3.1 輻照對八角香氣成分的影響 八角的香氣成分以烴類、醚類、酚類為主,采用HS-SPME-GC-MS法分析八角揮發(fā)性成分的總離子流圖見圖1、圖2,經(jīng)譜庫分析,共檢出21種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),其中主要揮發(fā)性組分有10種(見表4),占總量的94.63%,對照圖1、圖2及表3可知,經(jīng)輻照處理前后八角主要香氣成分的種類并沒有發(fā)生變化,以茴香醚(48.69%)、萜烯(15.23%)和甲基胡椒酚(12.87%)類化合物為主,且經(jīng)15 kGy輻照處理后各揮發(fā)性組份相對含量略有下降。

圖1 未輻照的八角HS-SPME法的氣相色譜圖Fig.1 Gas chromatogram of HS-SPME method for aniseed

圖2 15 kGy輻照處理的八角HS-SPME法的氣相色譜圖Fig.2 Gas chromatogram of HS-SPME method for aniseed of 15kGy by irradiation

2.3.2 輻照對桂皮香氣成分的影響 桂皮的香氣成分以烴類、醛類為主,采用HS-SPME-GC-MS法分析桂皮揮發(fā)性成分的總離子流圖見圖3,經(jīng)譜庫分析,桂皮的萃取液中共檢出肉桂醛、茴香腦、環(huán)苜蓿烯、α-古巴烯等19種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),其中主要揮發(fā)性組分有10種(見表4),占總量的91.16%,對照空白組及15 kGy高劑量組的實驗結(jié)果可知,輻照處理前后桂皮主要香氣成分的種類并沒有發(fā)生顯著變化,均以肉桂醛(24.06%、19.78%)、α-古巴烯(30.86%、28.05%)和依蘭油烯(11.38%、11.30%)類化合物為主,經(jīng)15 kGy輻照處理后相對含量略有下降。

表4 對照組與輻照組桂皮中揮發(fā)性物質(zhì)的主要成分及相對含量Table 4 The main components and relative contents of volatile compounds for cinnamon in control group and irradiation group

表5 對照組與輻照組花椒中揮發(fā)性物質(zhì)的主要成分及相對含量Table 5 The main components and relative contents of volatile compounds for zanthoxylum in control group and irradiation group

圖3 未輻照的桂皮HS-SPME法的氣相色譜圖Fig.3 Gas chromatogram of HS-SPME method for cinnamon

圖4 15 kGy輻照處理的桂皮HS-SPME法的氣相色譜圖Fig.4 Gas chromatogram of HS-SPME method for cinnamon of 15 kGy by irradiation

2.3.3 輻照對花椒香氣成分的影響 花椒的香氣成分以烴類、醇類為主,采用HS-SPME-GC-MS法分析空白組及15 kGy高劑量組花椒揮發(fā)性成分的總離子流圖見圖5、圖6,經(jīng)譜庫分析,花椒萃取液中共檢出δ3-蒈烯、蒈烯、松油醇等21種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),其中主要揮發(fā)性組分有10種(見表5),占總量的96.16%。空白組及15 kGy高劑量組花椒主要香氣成分的種類并沒有發(fā)生變化,均以蒈烯(22.28%、20.79)、2,7-二甲基3-辛烯-5-炔(10.59%、9.99%)和松油醇(35.03%、34.73%)類化合物為主,且15 kGy輻照處理后各組分含量略有下降。

圖5 未輻照的花椒HS-SPME法的氣相色譜圖Fig.5 Gas chromatogram of HS-SPME method for zanthoxylum

圖6 15 kGy輻照處理的花椒HS-SPME法的氣相色譜圖Fig.6 Gas chromatogram of HS-SPME method for zanthoxylum of 15kGy by irradiation

由實驗結(jié)果可知,輻照處理對于三種香辛料的主要揮發(fā)性組份含量均無顯著影響,這些烴類、醚類、醇類、醛類物質(zhì)也是各種香辛料香氣成分的主要指標(biāo),說明香辛料中的烴類、醚類、醇類、醛類呈香物質(zhì)在15 kGy輻照處理下均較為穩(wěn)定。

3 結(jié)論

輻照對八角、桂皮、花椒這三種的香辛料殺菌效果顯著,八角、桂皮、花椒分別經(jīng)6、6、9 kGy劑量輻照處理后,其衛(wèi)生質(zhì)量可達到食品衛(wèi)生國家標(biāo)準(zhǔn);經(jīng)過0～15 kGy輻照處理后,八角、桂皮、花椒的色澤無顯著影響;通過對八角、桂皮、花椒輻照前后香氣成分的研究發(fā)現(xiàn):15 kGy劑量以下的輻照處理對其香氣成分的組成與含量影響不顯著。

總而言之,采用電子束輻照技術(shù)對香辛料進行輻照殺菌,能夠保證香辛料的衛(wèi)生營養(yǎng)品質(zhì)和食用價值,延長保質(zhì)期和提高耐貯性。且輻照具有高溫處理、化學(xué)法、微波和紫外線等殺菌方法處理香辛料所無法比擬的優(yōu)勢,如能耗低、應(yīng)用面廣、無殘留、殺菌徹底和附加值高等。本研究結(jié)果提供了香辛料在工業(yè)化輻照殺菌過程中,輻照工藝的合理性和殺菌劑量的適宜性等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。這對香辛料工業(yè)化輻照殺菌有著重要的指導(dǎo)意義,將有力地推動輻照香辛料產(chǎn)業(yè)化進程。

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[13]GB/T 4789. 2—2010,食品衛(wèi)生微生物學(xué)檢驗——菌落總數(shù)測定[S].

[14]GB/T 4789. 3—2010,食品衛(wèi)生微生物學(xué)檢驗——大腸菌群測定[S].

Effectsofelectronbeamirradiationonsterilizationandaromacomponentsofthreespices

LIYan-jie1,HUANGJia-jia1,DONGFang1,SUXin-guo1,DUBing2

(1.Guangdong Food and Drug Vocational College,Guangzhou 510520,China;2.College of Food Science,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China)

The effects of electron beam irradiation on the germicidal effects of aniseed,cinnamon and zanthoxylum and their aroma components were investigated. The results showed that electron beam irradiation of 0～15 kGy dose had good bactericidal effects and prolonged the storage time,and had no negative effect on aroma and taste on the three spices. The optimum dosages for Chinese anise,cinnamon and zanthoxylum were 6,6,9 kGy,respectively,based on the test results from head space solid phase micro-extraction-gas chromatography-mass spectrometry.

spices;electron beam irradiation;sterilization;aroma components

2017-01-03

李燕杰(1983-)，女，博士，研究方向：食品安全，E-mail：yanzi0713@163.com。

TS201.3

:A

:1002-0306(2017)16-0019-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.16.005