電子束輻照處理對生鮮豬肉的保鮮作用

雷英杰，陳尚戊，敬楹瑩，張崟，韓旭，劉文龍*

（1.成都大學食品與生物工程學院，四川成都 610106）（2.成都伍田食品有限公司，四川成都 611430）

冷鮮豬肉作為生鮮肉供應和消費的主要方向，正占據(jù)著越來越多的肉類市場，豬肉在生產(chǎn)、加工、運輸、貯藏及銷售的過程中，容易被微生物污染造成腐敗變質(zhì)，常溫下，鮮肉貨架期僅為4 d左右，貨架期短成為限制冷鮮肉快速發(fā)展的主要瓶頸[1]。傳統(tǒng)保鮮方法如低溫保鮮、真空包裝等方法，能夠在一定程度上延長生鮮肉的貨架期。其原理主要是抑制了微生物的生長繁殖。并沒有解決豬肉在屠宰運輸過程中，極易污染沙門氏菌、大腸桿菌、肉毒梭菌等致病菌這些問題。輻照技術(shù)作為一種保鮮手段，特點在于良好的殺菌性能，殺菌速度快，操作簡便，對食品中普遍存在的致病菌均有良好的殺菌效果。通過幾十年的研究表明，低于10 kGy劑量的輻照處理，不會有殘留問題，并且溫度變化小，不污染食品，相較于低溫冷凍保藏，能耗降低了幾倍到十幾倍[2]。因此推動輻照技術(shù)應用于生鮮豬肉的保鮮具有深遠的意義。

目前我國應用于食品上的輻照射線類型主要有兩種，一種是以60Co和137Cs作為輻照源產(chǎn)生的γ射線，另一種是由高能加速器產(chǎn)生的電子束。高能電子束輻照處理相比于γ射線處理時間更短，能較好控制溫度需要，且不存在放射性污染、核泄漏等一系列問題，更加方便的同時安全性更佳，因此電子束輻照處理在食品方面的應用更加廣泛[3,4]。Bouzarjomehri等[5]使用不同劑量電子束輻照香腸，結(jié)果表明電子束能有效減少細菌總數(shù)，且對沙門氏菌具有良好殺滅效果，2 kGy輻照劑量為最優(yōu)劑量。顧可飛等[6]對豬里脊肉進行電子束輻照處理后的感官特性變化進行了分析研究，結(jié)果表明不超過3 kGy的低劑量電子束輻照后會使里脊肉有輕度輻照味，貯存過程中“輻照味”可逐漸自行消失。能夠增加豬肉色度感官，起到一定程度的保鮮效果。Parviz等[7]對雞肉進行輻照處理后，在低溫4 ℃下貯藏，結(jié)果輻照組雞肉貨架期比對照組延長了7 d，感官特性也優(yōu)于對照組。程述震等[8]研究了電子束輻照對冷鮮豬里脊肉品質(zhì)及蛋白特性的影響，得出輻照處理能夠加劇冷鮮豬肉的脂肪氧化，并使其蛋白質(zhì)的溶解度和非蛋白氮含量增加。

為探究電子束輻照處理對生鮮豬肉保鮮效果及品質(zhì)特性的影響，本實驗以生鮮豬肉為樣品，測定了不同輻照劑量處理生鮮豬肉后的理化指標。食品法典委員會公布食品輻照標準，明確提出在10 kGy劑量以下輻照食品不存在毒理學、營養(yǎng)學、微生物學問題[9]。因此本實驗輻照劑量設置為1、3、5、7、9 kGy，并以0 kGy組作為空白對照。研究了輻照處理對生鮮豬肉揮發(fā)性風味物質(zhì)的影響情況，為輻照處理應用于生鮮肉保鮮，延長其貨架期，提升豬肉品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原材料：新鮮豬肉，采購于好樂購超市。

試劑：乙二胺四乙酸二鈉，成都市科龍化工試劑廠；三氯乙酸，天津市津東天正精細化學試劑廠；2-硫代巴比妥酸，上海源葉生物科技有限公司；平板計數(shù)瓊脂，北京三藥科技開發(fā)公司。

1.2 儀器與設備

設備：PHS-3C pH計，上海三信儀表廠；EPED-EZ-10TJ超純水制備儀，南京易普易達科技發(fā)展有限公司；CR-400便攜式色差儀，柯尼卡美能達投資有限公司；GHT-DDC超凈工作臺，濟南杰康凈化設備廠；GR60DA高壓蒸汽滅菌鍋，致徽儀器有限公司；THZ-92A水浴恒溫振蕩器，上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠；JA2003N電子天平，上海佑科儀器儀表有限公司；STC-9200冷藏冰凍柜，南京樂創(chuàng)廚房設備有限公司；LRH-250生化培養(yǎng)箱，上海一恒科學儀器有限公司；UV-1100紫外分光光度計，上海美譜達儀器有限公司；5977A-7890B氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（含PAL3自動進樣器），美國安捷倫公司；GY-ZB-6202真空包裝機，江西贛云食品機械有限公司；IKA T18 basic高速勻漿機，德國IKA公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

將新鮮豬肉剔除表面筋膜，切割成100 g左右的小份進行裝袋，隨后進行抽真空處理。這是因為豬肉經(jīng)輻照后，暴露在于空氣15 min后，其鮮紅色會褪變?yōu)闇\褐色，為了防止褐變的發(fā)生，目前采用真空包裝條件下輻照肉品[10]。本次真空處理參數(shù)為抽氣時間30 s，熱封時間1.5 s，放氣時間1.2 s，抽氣壓強0.1 MPa，真空后置于4 ℃冰箱中進行貯藏。

1.3.2 輻照處理

將真空包裝的肉樣，使用保溫箱加冰塊貯藏，送于四川潤祥輻照技術(shù)有限公司進行電子束輻照處理。設置不同輻照劑量處理，劑量分別為1、3、5、7、9 kGy，輻照能量為10 MeV，肉樣之間不重疊堆放以保證輻照均勻。輻照后立即置于4 ℃冰箱進行冷藏，并在貯藏第1、3、6、9、12 d進行采樣測定各項指標，以0 kGy不輻照組作為空白對照。

1.3.3 指標測定

1.3.3.1 pH值的測定

精確稱取5 g肉樣，加入50 mL蒸餾水，在3000 r/min條件下進行勻漿處理，每次30 s，結(jié)束后使用pH計進行測定，測定前進行校準，每個樣品進行3次測定。

1.3.3.2 色度

樣品色度的測定使用色差儀選取肉樣正反面3個不同部位點進行測定，記錄L*值、a*值和b*值，測定前需使用白板進行校準。

1.3.3.3 感官評定

參考付麗[11]的方法并略作修改，以8名食品專業(yè)人員組成感官評定小組，對肉樣的色澤、氣味、粘度以及汁液量進行評定打分，每項指標均采用10分制，具體的評分標準見表1。

表1 感官評分標準Table 1 Sensory scoring criteria

1.3.3.4 TBARS值的測定

TBARS值參照GB 5009.181-2016《食品安全國家標準食品中丙二醛的測定》進行測定。TBARS值以每千克樣品中所含丙二醛的質(zhì)量表示，單位為mg/kg。

1.3.3.5 菌落總數(shù)的測定

菌落總數(shù)按照GB 4789.2-2010《食品安全國家標準食品微生物學檢驗菌落總數(shù)測定》，結(jié)果以lg(CFU/g)表示。

1.3.3.6 揮發(fā)性風味物質(zhì)的測定

參考趙冰等[12]、張旭等[13]的方法并略作修改進行前處理，結(jié)合菌落總數(shù)、感官評價、TBARS值，選取貯藏第6 d的各組肉樣進行揮發(fā)性風味物質(zhì)的檢測，以新鮮肉作為對比，研究輻照處理對生鮮豬肉揮發(fā)性風味物質(zhì)含量的影響。將肉樣粉碎呈肉糜狀，準確稱取3 g置于頂空瓶中。對CTC自動進樣器以及前處理參數(shù)進行設置，其中加熱箱溫度和加熱時間為75 ℃下加熱45 min，樣品的抽取時間為20 min，解析時間5 min。

GC條件：HP-5MS UI色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；壓力32.0 kPa；流速1.0 mL/min；載氣為He氣，不分流進樣；進樣口溫度250 ℃；升溫程序：起始溫度40 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升至200 ℃，保存0 min，再以10 ℃/min的速率升至225 ℃，保持3 min。

MS條件：電子電離源；電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃；四級桿溫度150 ℃；檢測器電壓350 V；質(zhì)量掃描范圍（m/z）：40～500。

定性：對化合物進行分析時，將得到的數(shù)據(jù)在儀器的NIST 14.L譜庫中進行檢索和匹配，選擇匹配度高于80%的物質(zhì)。

定量：對總離子流量色譜圖用峰面積歸一化定量，得出各組分的相對含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實驗所得數(shù)據(jù)使用SPSS 23進行數(shù)據(jù)分析，使用Origin 9.0進行繪圖處理。利用Duncan多重比較進行顯著性分析，其中p<0.05表示差異顯著。所得數(shù)據(jù)及平行組用平均值±標準差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 輻照處理對生鮮肉pH值的影響

pH值是檢測肉品新鮮度的重要依據(jù)之一，肉中pH值受到多種因素的影響，如三磷酸腺苷（ATP）的分解、肌糖元的分解、肌肉細胞的呼吸作用、肌肉蛋白質(zhì)的降解以及產(chǎn)酸性微生物的生長等。如圖1所示，通過不同劑量輻照處理，對生鮮肉的pH值產(chǎn)生了不同影響，其中空白組在貯藏時間內(nèi)從5.6左右上升到6.0以上，這是因為蛋白質(zhì)和氨基酸在細菌和內(nèi)源酶的作用下被分解成氨和胺類等堿性物質(zhì)，使pH值逐漸增加。而輻照組生鮮肉pH值在前3 d有個下降趨勢，之后pH值上升，這可能是由于輻照處理使肉品蛋白質(zhì)的二硫鍵斷裂，含硫氨基酸的硫成分被氧化，產(chǎn)生的硫化氫等使肉的pH值朝酸性方向變化[14-16]。通過實驗發(fā)現(xiàn)生鮮肉pH值的變化與輻照劑量大小并不呈線性關(guān)系，但是在貯藏初期，輻照處理會減緩生鮮肉pH的上升，使其低于空白組，這對維持生鮮肉品質(zhì)起到了一定作用。

圖1 輻照處理對生鮮肉pH值的影響Fig.1 Effect of irradiation on pH value of fresh meat

2.2 輻照處理對生鮮肉色度的影響

色澤感官是消費者用來評價肉品新鮮度的重要指標，本實驗使用色差儀對肉樣的色度進行測定，通過測定肉樣L*值、a*值、b*值來反映樣品整體色澤變化，其中L*值代表樣品亮度值，a*值反映的是樣品紅度值的大小，紅度值高能給予人良好的感官，b*值反映樣品黃度值的大小，黃度值過高，說明肉樣可能存放時間過長，新鮮度低。通過表2可以看出，隨著保鮮時間的延長，輻照組的生鮮肉L*值明顯高于空白組。因為輻照能夠破壞肌肉蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，在一定程度上影響到肉的質(zhì)構(gòu)，肌肉組織的保水能力將受到影響，使得L*值更高[17,18]。但是L*值與輻照劑量沒有直接聯(lián)系，輻照處理后b*值變化沒有規(guī)律性。

表2 輻照處理對生鮮肉色度的影響Table 2 Effect of irradiation treatment on chromaticity of fresh meat

輻照處理后第1 d，輻照組生鮮肉的紅度值a*明顯高于空白組，5 kGy、7 kGy、9 kGy組與空白組數(shù)據(jù)存在顯著性差異（p<0.05）。輻照劑量越高，肉樣顏色變化越明顯，這是由于輻照促進了肉中一氧化氮肌紅蛋白的形成，該蛋白與肌紅蛋白相比更不易被氧化，從而改善肉樣的a*值，這與何立超等[19]的研究結(jié)論一致。馮曉琳等[20]認為在真空條件下，肉樣的a*值變化與輻照劑量成正相關(guān)的原因并非是形成氧合肌紅蛋白所致。而是輻照處理降低了氧化還原電位，產(chǎn)生的-CO基團，可作為肌紅蛋白第6配位基，從而形成比氧合肌紅蛋白更穩(wěn)定的碳氧肌紅蛋白。

通過色澤的測定可以得出低劑量的輻照處理對于增加生鮮豬肉紅度值，提升感官質(zhì)量有積極作用。超過5 kGy的輻照處理則會對生鮮肉色度感官帶來極大影響，本實驗中3 kGy的輻照處理最佳，能夠改善生鮮肉色澤，提升生鮮豬肉感官，而且隨著貯藏時間的延長，這種積極作用能較好的保持。

2.3 感官評價

在第1、6、12 d對樣品進行了感官評定，結(jié)果如表3所示。在第1 d時，由于輻照處理給肉樣色澤造成影響，輻照組與空白組相比色澤得分更低。高劑量的輻照還會使生鮮肉產(chǎn)生“輻照味”，從而降低肉的感官，且輻照劑量越大，這種不愉快的氣味越濃烈。受輻照影響，生鮮肉的粘度和汁液損失會加劇，因此隨著貯藏時間的延長，輻照組特別是高劑量（7、9 kGy）輻照組的粘度、汁液量的評分明顯低于空白組。

表3 輻照處理對生鮮肉感官評分的影響Table 3 Effect of irradiation treatment on sensory score of fresh meat

在貯藏第6 d時，只有空白組、1 kGy組、3 kGy組評分在6分以上，維持一個較好的感官。而其他組，受輻照處理影響，色澤感官較差，汁液流失嚴重，輻照味強烈。超過6 d貯藏期，肉樣的感官評分過低，商業(yè)價值急劇下降。實驗證明超過3 kGy的輻照處理，會加快肉樣變質(zhì)速度，對生鮮肉的感官影響較大，低劑量的輻照，對維持肉樣感官能起到一定積極作用，綜合考慮使用3 kGy輻照處理生鮮肉效果最佳。對于輻照“異味”，有眾多學者對此展開研究，大部分研究人員認為輻照味和異臭來源是肉制品中含硫氨基酸降解和脂肪輻照氧化的結(jié)果[21]。當輻照劑量低時由于氨基酸產(chǎn)生的輻照氣味量少，不易察覺，但當劑量高時，氣味會十分明顯，高劑量的輻照會促進脂肪自動和非自動氧化形成過氧化物，這些物質(zhì)分解產(chǎn)生的醛、酸、酮、酯等又使輻照肉產(chǎn)生了異臭[22,23]。因此應盡量避免高劑量的輻照處理生鮮肉。

2.4 TBARS的測定

食品中不飽和脂肪酸氧化分解所產(chǎn)生的衍生物通常采用TBARS值法來進行評價，肉類食品脂肪氧化程度會隨著貯藏時間的延長而加深，氧化次級產(chǎn)物不斷增多，TBARS值會升高。如圖2所示，隨著貯藏時間的延長，各組肉樣的TBARS值均呈現(xiàn)上升趨勢，在第12 d時空白組數(shù)值最低，僅為0.446 mg/kg，9 kGy組數(shù)值最高，達到了0.650 mg/kg，輻照組數(shù)值均高于空白組。這說明了輻照處理能加速生鮮肉中脂肪氧化的速率，因為電子束輻照能夠增加生鮮肉脂肪中自由基含量，這與蔣惠亮[24]的研究結(jié)果一致。由于生鮮肉TBARS值在0.202～0.664 mg/kg之間時為良質(zhì)肉，因此盡管輻照處理促進了脂肪氧化水解，加速其變質(zhì)速度，但是在12 d貯藏時間內(nèi)仍能使其維持較好的品質(zhì)[25]。

圖2 輻照處理對生鮮肉TBARS值的影響Fig.2 Effect of irradiation on TBARS value of fresh meat

但是貯藏第3 d左右，出現(xiàn)了輻照組TBARS值低于空白組的情況，這可能是因為電子束是負電荷的高能電子流具有一定還原性，其自身的還原作用抑制了脂肪氧化[26]。根據(jù)本次實驗結(jié)果表明輻照處理會加劇生鮮肉中脂肪氧化程度，使其在貯藏時更容易腐敗變質(zhì)，且劑量越高，對其促進效果越大，因此不宜采用高劑量的輻照處理生鮮肉。

2.5 菌落總數(shù)的測定

通過對各組貯藏期間菌落總數(shù)的測定，發(fā)現(xiàn)輻照處理過后菌落總數(shù)顯著下降，貯藏期間輻照組菌落總數(shù)始終低于空白組，且輻照劑量越大，菌落值越低，殺菌效果越明顯。根據(jù)研究資料顯示，未經(jīng)處理的生鮮豬肉在4 ℃下僅能貯藏4 d左右，而本次實驗中空白組為真空包裝下4 ℃貯藏，能延長生鮮肉貨架期到6～9 d[27]?？瞻捉M的豬肉在第9 d時達到了6.39，而1 kGy組菌落值為5.92，說明未輻照的生鮮肉已經(jīng)變質(zhì)，而輻照組均維持在鮮肉水平，這說明輻照處理對微生物的影響顯著（p<0.05）。在第12 d時，其余組鮮肉均已變質(zhì)，只有7 kGy組和9 kGy組的滿足合格肉標準，菌落值分別為5.93和5.84。這說明了輻照處理具有良好的殺菌效果，能夠延長肉品貨架期，減緩微生物生長速度，且殺菌效果與輻照劑量成正比。這是因為輻照劑量越大，食品中微生物細胞內(nèi)部DNA損傷越大，導致無法修復而影響微生物的正常生長和繁殖，此外，輻照可產(chǎn)生羥自由基等物質(zhì)，抑制微生物的生長繁殖，從而達到延長食品貨架期的效果[28]。

圖3 輻照處理對生鮮肉菌落總數(shù)的影響Fig.3 Effect of irradiation treatment on total colony of fresh meat

2.6 揮發(fā)性風味物質(zhì)的測定

為研究不同輻照劑量對生鮮豬肉進行處理后，對其風味化合物種類含量的影響，選取輻照處理后貯藏3 d內(nèi)，品質(zhì)良好的肉樣進行測定，揮發(fā)性風味物質(zhì)檢測后匯總數(shù)據(jù)見表4。0 kGy組、1 kGy組均檢測出13種化合物，3 kGy組檢測出了10種，5 kGy組檢測出了16種，7 kGy組檢測出了15種，9 kGy組檢測出了14種化合物。由表可見輻照劑量會對生鮮肉中風味物質(zhì)的種類及含量造成不同的影響。

表4 輻照劑量對生鮮肉揮發(fā)性風味物質(zhì)的影響Table 4 Effect of irradiation dose on volatile flavor compounds in fresh meat

其中烯烴類化合物0 kGy、1 kGy、3 kGy組種類最低只有一種，而5 kGy、7 kGy、9 kGy組種類和含量均更多。醇類化合物，各組種類均不多，但是3 kGy組醇類化合物含量達到了72.42%，遠高于其他幾組。揮發(fā)性風味物質(zhì)中，烴類物質(zhì)是一些風味化合物的重要中間體，呈味閾值相對較低，主要來自脂肪酸烷氧自由基的均裂[29]。醇類對肉類風味的形成也起著重要作用，尤其是不飽和醇閾值較低，對風味影響較大。豬肉中醇類化合物1-辛烯-3-醇具有熟蘑菇香氣，1 kGy組的含量最高為2.55%，9 kGy組最低，為0.87%。因此可以得出輻照處理會增加生鮮肉烯烴類化合物、醇類化合物的種類和含量。這是因為輻照處理促進了脂肪氧化、氫過氧化物的分解，在貯藏過程中這些分解產(chǎn)物又會轉(zhuǎn)化成不同風味化合物，使得輻照后的生鮮肉風味化合物種類更加豐富。

醛類化合物氣味閾值低，是肉制品的揮發(fā)性化合物的主要成分，它們多數(shù)來自不飽和脂肪酸的氧化降解。酯類化合物可為食品提供水果香、花香和蜂蜜香，而酸類化合物對豬肉的風味直接貢獻作用較小[30,31]。通過表4可以得出，醛類化合物含量最高的是0 kGy組，占到了57.66%，含量最低的是3 kGy組，僅占7.7%。酸類、酯類含量最高的均是0 kGy組。5 kGy組、7 kGy組、9 kGy組中還檢測到了3-甲硫基丙醛的存在，并且含量與輻照劑量成正相關(guān)。這類含硫化合物是輻照異味的主要成分，通過實驗發(fā)現(xiàn)輻照劑量越大，肉樣中含硫化合物的含量越高，使得樣品“輻照味”越大，這與之前感官實驗中的結(jié)論一致。通過揮發(fā)性風味物質(zhì)含量的測定發(fā)現(xiàn)輻照處理會降低醛類、酯類、酸類化合物的種類和含量，對豬肉風味造成一定損失，高劑量的輻照會增加生鮮肉烯烴類、醇類化合物的含量，但是會使得含硫化合物含量增加，降低生鮮肉的感官體驗，這與瞿桂香等[32]的研究結(jié)論一致。

3 結(jié)論

通過不同劑量電子束輻照對生鮮豬肉的處理，研究對其保鮮效果及風味影響情況后得出以下結(jié)論：輻照處理會減緩生鮮肉pH值的上升，對微生物具有良好的殺菌作用，能夠延長生鮮肉貨架期5～8 d。但是高劑量的輻照（7 kGy、9 kGy）處理不僅會降低生鮮豬肉的感官評分，還會加速其脂肪氧化速率，因此低劑量的輻照處理，更適合應用于生鮮豬肉的保鮮當中。揮發(fā)性風味物質(zhì)方面，輻照處理后的生鮮肉醛類、酯類、酸類化合物含量會降低，從而對風味造成一定損失。通過本次實驗綜合考慮3 kGy的輻照劑量最優(yōu)，不僅具有較好的殺菌效果能延長生鮮肉貨架期，而且對維持生鮮肉感官能起到一定積極作用。