輻照處理在動物源食品加工中的應(yīng)用

李國林，林平，李詠富，何揚波

（1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展研究所，貴州 貴陽 550006；2.貴州金農(nóng)輻照科技有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550006）

動物源食品，富含蛋白質(zhì)、必需氨基酸、維生素、礦物質(zhì)等多種營養(yǎng)成分，但是，豐富的營養(yǎng)為多種病原微生物提供了良好的生長條件，導(dǎo)致肉制品在加工、貯運過程中易受沙門氏菌、大腸桿菌、李斯特氏菌、鏈球菌屬等多種微生物的侵染[1]。有報道顯示由禽類及其肉制品引起的食源性疾病在全球時有發(fā)生[2]。加熱滅菌是動物源食品常用的控制微生物的措施，但加熱產(chǎn)生的高溫會對有些即食肉制品的食用品質(zhì)產(chǎn)生不良影響，例如高溫使肉制品中生成雜環(huán)胺等有害物質(zhì)[3]。

輻照保鮮技術(shù)是利用高能光子或帶電粒子殺滅食品中的病原微生物和害蟲，是一種典型的非熱殺菌技術(shù)[4]，在解決食品安全和食品保鮮貯藏等問題中發(fā)揮著越來越重要的作用。聯(lián)合國糧農(nóng)組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，F(xiàn)AO）、世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）和國際原子能機構(gòu)（International Atomic Energy Agency，IAEA）于1980年在大量毒理學(xué)實驗研究基礎(chǔ)上證實10 kGy以下輻照處理的任何食品均不會產(chǎn)生毒理學(xué)上的危害[5]，我國也通過大量輻照食品安全性的動物和人體實驗，證明了輻照食品對人體無害[6]。輻照技術(shù)在食品中的應(yīng)用已比較普遍，根據(jù)FAO和IAEA的統(tǒng)計，全世界超過55個國家批準(zhǔn)上市的輻照食品每年超50萬t，品類已達(dá)200多種[7-8]。輻照技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用范圍不斷擴大，越來越多的食品采取輻照方法進(jìn)行滅菌保鮮[9]。國際食品輻照咨詢小組推薦了七大類食品的輻照應(yīng)用，包括豆類、谷物及其制品，干果果脯類，熟畜禽肉類，冷凍包裝畜禽肉類，香辛料類，新鮮水果、蔬菜類以及水產(chǎn)品類[10]。

輻照加工方法主要有電離輻照技術(shù)，如紫外線照射、γ-射線、電子束輻照以及非電離的微波輻照技術(shù)[9]。γ-射線和電子加速器產(chǎn)生的電子束因具有較高的能量，可以有效殺死食品中的微生物。因此，γ-射線和電子束輻照被廣泛用于動物源食品加工中[11]。電子加速器產(chǎn)生的電子束的能量通常高于γ-射線，但穿透性弱于γ-射線[12]。輻照可以殺滅肉中的微生物，寄生蟲，其原理是電離能量被DNA分子吸收后造成DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中磷酸二酯鍵的斷裂，從而造成細(xì)胞不能自我復(fù)制[13]。與進(jìn)行食品保鮮的傳統(tǒng)物理方法（如加熱蒸煮、干燥、冷凍等處理方法）和化學(xué)方法（環(huán)氧乙烷、溴甲烷等化學(xué)消毒法或添加化學(xué)防腐劑法）相比，電離輻照技術(shù)具有安全、高效、“冷加工”等特點，能夠最大限度地保留食品的原有性狀和口感[14]。輻照技術(shù)應(yīng)用在動物源食品加工中不僅可以提高衛(wèi)生質(zhì)量，延長產(chǎn)品貨架期，而且可以減少亞硝酸鹽等化學(xué)防腐劑的添加量[1]。本文主要探討γ-射線輻照和電子束輻照以及與其保鮮措施復(fù)合使用在動物源食品中的應(yīng)用研究進(jìn)展，為輻照技術(shù)在動物源食品加工工業(yè)提供參考。

1 γ-射線

1.1 γ-射線在禽畜肉中的應(yīng)用

γ-射線輻照是最早應(yīng)用于肉制品加工中的輻照方法，適宜劑量的γ-射線照射不僅可以控制食源性微生物的生長，而且可以起到改善肉類品質(zhì)的作用。Hassanzadeh 等[15]研究表明，低劑量（約 2.5kGy）γ-射線輻照雞肉可以使雞肉的保質(zhì)期延長2周以上。0～10 kGy γ-射線輻照醬驢肉，對肉品色澤參數(shù)（L*值、a*值和b*值）以及硬度、膠著度、咀嚼度、彈性、黏聚性和回復(fù)性等質(zhì)構(gòu)指標(biāo)的影響沒有規(guī)律性，這說明在10 kGy以下沒有引起醬驢肉色澤和質(zhì)構(gòu)特性的顯著變化[16]。王守經(jīng)等[17]采用2.0 kGy～10.0 kGy輻照處理真空包裝醬驢肉，可以有效殺滅肉品表面的微生物，延緩貯藏期間微生物的繁殖，并且存在顯著的劑量效應(yīng)，2.0 kGy～10.0 kGy的輻照劑量能夠有效抑制醬驢肉的pH值上升和揮發(fā)性鹽基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）含量增加，但劑量超過8 kGy時能夠誘發(fā)形成明顯的輻照味，影響產(chǎn)品的可接受性。朱佳延等[18]用高劑量γ-射線輻照雞肉脯后發(fā)現(xiàn)，50 kGy以下劑量輻照處理后，雞肉脯的色澤、風(fēng)味與滋味、口感無明顯變化，可接受性好，當(dāng)劑量達(dá)到100 kGy～200 kGy顏色輕微變淺，呈棕色或棕褐色，但不影響品質(zhì)，風(fēng)味與滋味沒有顯著變化，可接受性良好。

1.2 γ-射線在水產(chǎn)品中的應(yīng)用

γ-射線在水產(chǎn)品中還具有脫敏的作用。研究發(fā)現(xiàn)，γ-射線輻照可以使蟹肉中過敏蛋白的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使過敏蛋白溶液的濃度下降，濁度增加，疏水性提高，過敏蛋白條帶消失，硝酸纖維素膜上無過敏條帶產(chǎn)生，并且隨輻照劑量增加，過敏蛋白與抗體的結(jié)合能力減弱，說明輻照有效降低了蟹過敏蛋白的致敏性[19]。顧可飛等[20]用γ-射線對蝦過敏蛋白進(jìn)行輻照后發(fā)現(xiàn)蝦過敏蛋白的結(jié)構(gòu)、濁度和疏水性均發(fā)生改變，并分析了不同存在狀態(tài)下過敏原輻照免疫學(xué)效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)輻照同樣可有效降低蝦過敏原的致敏性。廖濤等[21]用大劑量（10 kGy～70 kGy）γ-射線輻照克氏原螯蝦顯示，輻照能夠破壞致敏蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)，使多肽鏈斷裂或者相互交聯(lián)，從而使抗原決定簇被掩蓋或破壞，降低致敏性，但在70 kGy未能使所有致敏蛋白質(zhì)條帶完全降解。

由此可見，不同劑量的γ-射線輻照不同種類的動物源食品會產(chǎn)生不同的效果，在禽、畜產(chǎn)肉產(chǎn)品中多以滅菌為主要用途，在水產(chǎn)品中主要以降低致敏性為主要目的，因此在選擇輻照劑量時應(yīng)根據(jù)不同的要求或目的和產(chǎn)品自身的特性選擇適宜的殺菌劑量。

2 電子束

2.1 電子束在禽畜肉中的應(yīng)用

電子束相對于γ-射線具有輻照時間短的特點，但射線穿透性較弱，適宜于密度低、包裝體積小的產(chǎn)品。肖歡等[22]對比γ-射線和電子束輻照對冷鮮雞肉中菌群的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2.5 kGy的γ-射線和電子束輻照能夠顯著降低菌落總數(shù)，且電子束處理組比γ-射線輻照處理組滅菌效果更好。Jo等[23]使用電子束處理熏鴨肉的原料肉，結(jié)果表明鴨肉中的亮氨酸、異亮氨酸、組氨酸、絲氨酸等含量增加，不飽和脂肪酸含量下降，在3 kGy劑量下，熏鴨產(chǎn)品在保持原有品質(zhì)的前提下，貨架期得到顯著延長。Feng等[24]探討不同電子束輻照劑量（0～4.5 kGy）對生牛肉品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，小于4.5 kGy電子束輻照是真空包裝生牛肉的最佳劑量，能夠有限延長貨架期且不影響其理化特性。

2.2 電子束在水產(chǎn)品中的應(yīng)用

近年來，電子束輻照在水產(chǎn)品的應(yīng)用研究逐漸增多。鉏曉艷等[25]發(fā)現(xiàn)4 kGy電子束輻照鱸魚半成品，可達(dá)到滅菌目的，并有效控制魚肉色度、pH值和持水性，最大限度地保持產(chǎn)品原有風(fēng)味和品質(zhì)。郭紅霞等[26]發(fā)現(xiàn)，三文魚經(jīng)1.0 kGy電子束輻照后，其貨架期由6 d延長至12 d，并且樣品的感官品質(zhì)變化較小，貯藏期內(nèi)魚肉的K值、TVB-N值增加的速度均低于對照組，但2 kGy處理組和4 kGy處理組的樣品色澤變淡，產(chǎn)生輕微輻照味。Yang等[27]推薦0.5 kGy電子束輻照鮭魚結(jié)合真空包裝能夠?qū)Ⅴq魚貨架期從6 d延長到12 d，理化指標(biāo)（TVB-N，pH值，水溶蛋白）沒有發(fā)生明顯變化。當(dāng)電子束劑量為6 kGy時，即食小龍蝦的總氨基酸、必需氨基酸和呈味氨基酸含量顯著增加，含硫化合物含量較低，無輻照味，質(zhì)構(gòu)影響不明顯，6 kGy電子束輻照提升了即食小龍蝦的營養(yǎng)價值及風(fēng)味，顯著延長其常溫下的貯藏時間[28]。

電子束輻照對水產(chǎn)品不僅能夠延長貯藏期，而且可以改變魚糜內(nèi)源性轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶（transglutaminase，TGase）的結(jié)構(gòu)及其活性，從而影響魚糜凝膠的形成[29-30]。Deng等[31]利用電子束輻照處理梅魚魚糜，發(fā)現(xiàn)5 kGy劑量可以顯著提高魚糜凝膠強度，這可能與輻照引起魚肉肌原纖維蛋白α-螺旋含量的下降有關(guān)；Malik等[32]研究發(fā)現(xiàn)輻照作用于向日葵蛋白，引起蛋白α-螺旋含量降低和β-折疊含量增加；顧可飛[33]發(fā)現(xiàn)電子束輻照能抑制液態(tài)多酚氧化酶的活性；羅華彬等[34]認(rèn)為電子束輻照通過影響帶魚魚糜肌原纖維結(jié)合型絲氨酸蛋白酶和組織蛋白酶L的二級結(jié)構(gòu)，抑制這兩種內(nèi)源性蛋白酶活性，減輕對肌原纖維蛋白的降解作用，從而起到防止凝膠劣化，有利于形成高品質(zhì)帶魚魚糜凝膠的作用。輻照引起魚糜TGase分子中的二級結(jié)構(gòu)單元轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致其構(gòu)象變化，適宜劑量電子束輻照能使TGase酶蛋白分子中結(jié)構(gòu)相對緊密的α-螺旋和β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為較松散的β-折疊及無規(guī)卷曲，有利于TGase活性基團(tuán)的暴露，有效提高魚糜TGase活性，促進(jìn)帶魚魚糜凝膠的形成，提高帶魚的食用品質(zhì)[35]。

與γ-射線相比，電子束輻照同樣可以達(dá)到殺菌的效果，對一些水產(chǎn)品也能夠起到改善食用品質(zhì)的作用，但有研究指出，電子束輻照照引起的脂肪氧化效應(yīng)小于同等劑量γ-射線輻照引起的氧化效應(yīng)，這可能是由于電子束存在還原效應(yīng)[36-37]。

3 輻照聯(lián)合其它方法復(fù)合應(yīng)用

食品在適當(dāng)?shù)膭┝肯逻M(jìn)行輻照處理，不會引起食品中原子核的變化，但會產(chǎn)生一些其他的化學(xué)反應(yīng)，比如食品中的核酸、蛋白質(zhì)、脂類等生物大分子經(jīng)輻照后易發(fā)生電離、激發(fā)和化學(xué)鍵斷裂，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞和功能喪失，其次食物中的水分子發(fā)生輻解，形成羥基自由基、水合電子、過氧化氫等強氧化或強還原的帶電物質(zhì)，再作用于生物大分子，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)破壞，從而使生物體活性受到損傷[11，38]。

脂肪是食物成分中最不穩(wěn)定的物質(zhì)，對輻照非常敏感。關(guān)于輻照促進(jìn)食品中脂類氧化的報道較多，Xiao等[39]研究指出在3 kGy輻照雞大腿肉會加速脂肪的氧化，并與劑量存在正相關(guān)關(guān)系。Badr等[40]發(fā)現(xiàn)經(jīng)過輻照加工的牛肉，其過氧化值、硫代巴比妥酸反應(yīng)物（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）值及羰基化程度都有顯著增高。輻照處理后的肉品在有氧條件下貯藏，很快產(chǎn)生特征輻照味，輻照加速了脂肪中不飽和脂肪酸的自動氧化過程，產(chǎn)生大量的氫過氧化物和羰基化合物等含氧產(chǎn)物[13]。

此外，肉制品中的水溶性維生素與水的輻解產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，脂溶性維生素與脂質(zhì)的輻解產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)。維生素B1是對輻照最敏感的維生素，而其他的B族維生素卻對輻照不敏感。維生素C在肉中起到抗氧化劑的作用，經(jīng)輻照后轉(zhuǎn)變?yōu)槊摎淇箟难?，維生素A和維生素E是所有脂溶性維生素中對輻照較為敏感的兩種維生素[11]?；谝陨显?，輻照肉制品在實際生產(chǎn)中存在一些瓶頸，比如脂肪的輻射氧化、蛋白質(zhì)輻射裂解、輻照味的產(chǎn)生等，因此常常需要其他輔助措施完成輻照工藝，降低因輻照工藝帶來的負(fù)面影響。

生鮮雞肉添加3%姜黃粉在1kGy～2kGyγ-射線輻照后，細(xì)菌總數(shù)顯著降低，在2kGy時，細(xì)菌全部殺滅，雞肉中血紅素各項指標(biāo)均優(yōu)于對照組處理，過氧化值、TVB-N值均低于未添加姜黃粉的處理組[2]。2.5 kGy γ-射線復(fù)合殼聚糖（含0.1%葡萄籽提取物）涂膜輻照雞肉，結(jié)果表明，殼聚糖涂膜組能夠延緩由輻照引起的脂質(zhì)過氧化，TBARS和pH值均低于未涂膜的對照組，且雞肉的風(fēng)味，外觀和整體的可接受度均優(yōu)于對照組[15]。Abdeldaiem等[41]研究γ-射線輻照雞腿肉，發(fā)現(xiàn)由2%木瓜乙醇提取物和果膠制成的可食性涂膜對輻照雞腿肉具有保護(hù)作用，在6 kGy輻照后，TBARS僅有輕微的增加，TVB-N沒有變化，在感官品質(zhì)方面，涂膜后的雞腿肉并沒有不良?xì)馕懂a(chǎn)生。龍明秀等[42]對7種抗氧化劑進(jìn)行復(fù)配研究來提高在4 kGy劑量下輻照鹵雞翅貯藏過程中的氧化穩(wěn)定性，植酸和茶多酚按1∶1（0.01 g/100 mL 植酸+0.01 g/100 mL 茶多酚） 復(fù)配時，樣品pH值、過氧化值、酸價和TBARS變化最小，協(xié)同抗氧化效果最佳，且樣品的感官品質(zhì)和色澤保持較好，其能較好地保持輻照鹵制雞翅的品質(zhì)和風(fēng)味。Nisar等[43]研究指出辣木根葉也具有提高輻照雞肉貯藏品質(zhì)的作用，在辣木根葉粉末添加量為2%的條件下雞肉輻照1.5 kGy和3.0 kGy，結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加辣木根葉粉的處理組在輻照后需氧細(xì)菌總數(shù)和大腸菌群被有效控制，同時品質(zhì)指標(biāo)也未出現(xiàn)明顯改變，并得出結(jié)論1.5 kGy輻照和2%辣木根葉復(fù)合是最佳的輻照條件。包裝方式同樣對維持輻照肉制品的品質(zhì)有關(guān)鍵的作用。研究發(fā)現(xiàn)，真空包裝能夠很好的提升肉制品輻照后的貯藏品質(zhì)，減緩輻照帶來的負(fù)面效應(yīng)[1，44]，周亞軍等[45]比較了真空包裝與氣調(diào)包裝（75% CO2+25% N2）醬牛肉，發(fā)現(xiàn)真空包裝的醬牛肉能更好地抑制輻照引起的品質(zhì)改變，且貨架期更長。綜上所述，輻照作為一種殺菌方法也有其局限性，單一采用某一種殺菌方法很難達(dá)到預(yù)期的保鮮效果，因此輻照與其他保鮮方法聯(lián)合施用是未來食品輻照保鮮的一個重要方向。

4 展望

輻照加工，無論是γ-射線還是電子束都對動物源食品中的微生物起到良好控制作用，提高食用安全性和貯藏品質(zhì)不僅如此，輻照在抑制發(fā)芽、殺蟲、脫敏、降農(nóng)殘和脫除真菌毒素方面均有作用[46-48]。

目前，輻照技術(shù)在多種肉制品的保鮮中均有不同程度的嘗試和應(yīng)用，但多集中在試驗研究階段，還未大范圍的應(yīng)用在實際生產(chǎn)中，這可能是因為肉制品中脂肪含量較多，而脂肪對輻照劑量較敏感。因此，選擇適當(dāng)?shù)妮椪談┝渴侨庵破份椪展に囍兄匾目刂茀?shù)。多種研究表明，肉制品輻照時結(jié)合少量的抗氧化劑、防腐劑及其其他一些天然的食品添加劑的復(fù)合保鮮方法能夠降低由輻照引起的對肉制品品質(zhì)的負(fù)面影響。