輻照對干辣椒殺菌效果及辣椒素和辣椒紅素的影響

彭 玲 徐遠芳 鄧鋼橋 毛青秀 張祺玲 李文革

(1.湖南省核農(nóng)學(xué)與航天育種研究所，湖南長沙 410125;2.湖南金農(nóng)生物資源股份有限公司，湖南長沙 410100)

辣椒(CapsicumannuumL.)屬于茄科(Solanaceae)辣椒屬(Capsicum)，分布廣泛，是世界各國普遍栽培和食用的蔬菜和香料之一［1］。辣椒的果實具有溫中散寒，開胃消食的功效，常用于治療寒滯腹痛、嘔吐、瀉痢、凍瘡［2］。辣椒中含有辣椒素、辣椒色素、維生素和礦物質(zhì)等多種營養(yǎng)物質(zhì)，主要生物活性成分辣椒素由辣椒素、二氫辣椒素、降二氫辣椒素、高辣椒素和高二氫辣椒素等組成，是辣椒呈辛辣感的主要成分，也是評估辣椒品質(zhì)的重要指標(biāo)［3，4］。辣椒素具有鎮(zhèn)痛、抗癌、抗炎、抗氧化、抗肥胖以及降血壓等生理作用［5，6］。辣椒紅素是一種天然色素，主要包括辣椒紅素、辣椒玉紅素、玉米黃質(zhì)以及β-胡蘿卜素等，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥及化妝品等領(lǐng)域［7，8］。

傳統(tǒng)的辣椒加工方式存在一系列衛(wèi)生問題。研究［9－11］表明，市售辣椒受微生物污染嚴重，其中主要的污染微生物種類是細菌、霉菌和大腸桿菌。El-Zawahary等［12］研究26種市售香料的衛(wèi)生情況，結(jié)果表明辣椒中污染細菌最嚴重，主要的污染細菌為芽孢桿菌;Iqbala等［13］研究發(fā)現(xiàn)從辣椒中分離的曲霉屬真菌主要為寄生真菌。因此，需對辣椒制品進行滅菌處理，通常的滅菌方法有高壓蒸汽滅菌法、加熱法和化學(xué)熏蒸法。由于辣椒的特殊性，高壓蒸汽滅菌和加熱會破壞其色、香、味;采用化學(xué)熏蒸又有化學(xué)物質(zhì)殘留，導(dǎo)致致癌危害和環(huán)境污染，而輻照滅菌則可以解決這些問題。1998年，中國批準(zhǔn)實施了輻照香辛料類衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) GB 14891.4—1997［14］，明確規(guī)定了辣椒等香辛料輻照的技術(shù)要求。本研究擬以市售干辣椒產(chǎn)品為研究對象，研究γ輻照對產(chǎn)品中污染微生物的殺菌效果以及對辣椒素和辣椒紅素含量的影響，旨在為干辣椒的輻照殺菌工藝提供技術(shù)支持和理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

6種干辣椒樣品(包括紅辣椒粉、碎和整椒以及野山椒粉、碎和整椒)，購于長沙市馬王堆大市場，采用透明聚乙烯(PE)塑料自封袋分裝，每袋約50 g，用于輻照后樣品中微生物、辣椒素以及辣椒紅素含量的測定。

1.2 試劑與儀器

平板計數(shù)營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基、孟加拉紅培養(yǎng)基:青島海博生物技術(shù)有限公司;

月桂基硫酸鹽胰蛋白胨(LST)肉湯、煌綠乳糖膽鹽(BGLB):杭州微生物試劑有限公司;

辣椒素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):純度95%，美國Sigma公司;

二氫辣椒素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):純度90%，美國Sigma公司;

甲醇、四氫呋喃:色譜純，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司;

丙酮:分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司;

生物凈化工作臺:BCM-1000型，蘇州凈化設(shè)備有限公司;

立式壓力蒸汽滅菌鍋:DZX-30KBS型，上海申安醫(yī)療器械廠;

紫外可見分光光度計:UV-2450型，日本島津公司;

電子天平:BL-220H型，日本Shimadzu公司;

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱:DGG-9140A型，蘇州江東精密儀器有限公司;

高速萬能粉碎機:FW-100型，天津市華鑫儀器廠;

超聲波清洗器:KQ5200型，江蘇省昆山市超聲儀器有限公司;

高效液相色譜儀:Agilent1100型，美國Agilent公司。

1.3 輻照處理

輻照在湖南省核農(nóng)學(xué)與航天育種研究所瀏陽輻照中心進行，輻照源為60Co單板源，放射性活度為1.85×1016Bq。辣椒樣品輻照劑量分別設(shè) 0，2，4，6，8，10 kGy，劑量率 0.18～0.26 Gy/s。將包裝好的樣品置于輻照裝置上，采用動態(tài)連續(xù)輻照，輻照劑量以劑量計跟蹤實測值為準(zhǔn)。所用劑量計為實驗室自制重鉻酸銀劑量計，經(jīng)中國劑量科學(xué)院丙氨酸劑量計(NDAS)比對，劑量測定誤差小于±3%。

1.4 試驗方法

輻照結(jié)束后，立即測定紅辣椒粉和野山椒粉中菌落總數(shù)和霉菌、酵母菌、大腸菌群數(shù);辣椒碎和整椒經(jīng)60℃烘干1 h后粉碎，所有樣品均過60目孔徑標(biāo)準(zhǔn)篩，然后分別測定過篩樣品中辣椒素和辣椒紅素的含量。

1.5 測定方法

1.5.1 輻照劑量的測定 按JJG 1028—91《使用重鉻酸銀劑量計測量γ射線水吸收劑量標(biāo)準(zhǔn)方法》執(zhí)行。

1.5.2 微生物學(xué)檢驗

(1)細菌總數(shù)測定方法:按GB 4789.2—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗菌落總數(shù)測定》執(zhí)行;

(2)霉菌和酵母菌測定方法:按GB 4789.15—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗—霉菌和酵母計數(shù)》執(zhí)行;

(3)大腸桿菌測定方法:按GB 4789.3—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗—大腸桿菌計數(shù)》執(zhí)行。

1.5.3 辣椒素的測定

(1)干辣椒樣品溶液提取:準(zhǔn)確稱量2.5 g過篩后的干辣椒樣品(精確至0.001 g)，加入到50 mL容量瓶中，用25 mL甲醇—四氫呋喃(1+1)混合溶劑溶解，用帶針孔的保鮮膜封口，60℃水浴條件下用超聲波清洗器提取10 min，重復(fù)2次。將3次過濾收集的濾液合并，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮至10 m L，然后用甲醇—四氫呋喃(1+1)混合溶劑定容至50 mL，經(jīng)0.45 μm濾膜過濾后得到辣椒素提取液并進行色譜分析。

(2)色譜條件:色譜柱:Zorbax SB-C18(4.6 mm×250 mm，5μm);流動相:甲醇+水(65+35);進樣量:10μL;流速:1 mL/min;紫外檢測波長:280nm;柱溫箱溫度:30℃。

(3)辣椒素總含量的計算:按式(1)進行。

式中:

W——試樣中辣椒素的總含量，mg/g;

C1、C2——分別為由標(biāo)準(zhǔn)曲線上查到的辣椒素和二氫辣椒素含量，μg/mL;

V——樣品定容體積，mL;

m——樣品質(zhì)量，g;

0.9——辣椒素與二氫辣椒素折算為辣椒素類物質(zhì)總量的系數(shù)［15］。

1.5.4 辣椒紅素的測定 準(zhǔn)確稱取0.1 g待測樣品(精確至0.000 1 g)，用丙酮溶解于100 mL容量瓶中，過濾。以丙酮為參比液，用分光光度計測定濾液在460 nm波長處吸光度(1 cm比色皿)，結(jié)果以1%被測試樣，于1 cm比色皿中在460 nm處的吸光值表示［16］。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003和SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進行分析處理，所有試驗均重復(fù)3次。

2 結(jié)果與討論

2.1 γ輻照對干辣椒粉的殺菌效果

紅辣椒粉和野山椒粉分別經(jīng)不同劑量γ輻照處理后，樣品中菌落總數(shù)、霉菌數(shù)、酵母菌數(shù)以及大腸菌群數(shù)的檢測結(jié)果見表1。由表1可知:γ輻照對兩種干辣椒粉具有明顯的殺菌效果，且隨著輻照劑量的增加，輻照殺菌效果顯著增強。當(dāng)輻照劑量為3.89 kGy時，兩種干辣椒粉中的菌落總數(shù)和霉菌數(shù)均降至初始含量的10%;當(dāng)輻照劑量大于7.91 kGy時，即可分別使紅辣椒粉和野山椒粉中污染微生物的菌落總數(shù)和霉菌數(shù)低于10 CFU/g。Alam等［10］研究發(fā)現(xiàn)采用5 kGy劑量輻照處理可完全殺滅市售干辣椒等香料中污染的霉菌和大腸菌群，10 kGy可使菌落總數(shù)低于檢測水平，且經(jīng)輻照處理后的香料在6個月內(nèi)仍保持良好的衛(wèi)生質(zhì)量。Onyenekwe等［17］研究的結(jié)果表明，7.5 kGyγ輻照即可滿足干紅辣椒末和整椒真菌滅菌要求，10 kGy可達到完全滅菌效果。因此，10 kGy劑量γ輻照處理能有效殺滅干辣椒粉中的污染微生物，保證產(chǎn)品的衛(wèi)生質(zhì)量。此外，Iqbala等［13］通過研究發(fā)現(xiàn)6 kGyγ輻照處理能使辣椒中黃曲霉素的毒性降低1～2個對數(shù)值(α ＜0.05)。

表1 干辣椒粉輻照殺菌試驗效果Table 1 The results of irradiation sterilization on dried powered chillies

2.2 微生物輻照殺菌D10值及理論輻照劑量

可以采用殺死一定份額初始菌含量的輻照劑量來評價微生物對輻照的敏感性，在實際操作中一般采用90%的致死率所需要的劑量來表示。通常采用D10值，即在特定條件下使微生物群體降低至10%所需的劑量。它是輻照殺菌中的一個重要指標(biāo)，可以確定樣品所需的理論輻照劑量。通常，微生物含量與輻照劑量之間遵循公式:

式中:

N0——初始菌落總數(shù)，CFU/g;

D——輻照劑量，kGy;

N——輻照后存活的微生物數(shù)，CFU/g［13］。

對表1中兩種辣椒粉輻照殺菌的試驗結(jié)果作lgN－D的線性擬合分析，得到擬合方程lgN=lgN0+kD的各項參數(shù)見表2。由表2可知，γ輻照對干紅辣椒粉和野山椒粉中菌落總數(shù)的D10值分別為2.04，1.85 kGy，霉菌的D10值分別為2.84，1.96 kGy。分別使紅辣椒粉和野山椒粉中菌落總數(shù)降低至10 CFU/g的理論輻照劑量分別為8.60，7.94 kGy，使其中霉菌數(shù)降低至10 CFU/g的理論輻照劑量分別為8.46，6.21 kGy。

2.3 γ輻照對干辣椒中辣椒素含量的影響

表2 γ輻照殺菌微生物的D10值Table 2 The D10 value of themicrobes by γirradiation sterilization

由表3可知，γ輻照對不同干辣椒樣品中辣椒素含量的影響不同，γ輻照對紅辣椒碎和野山椒碎中辣椒素的含量影響不顯著(P＞0.05)，但會引起樣品中辣椒素總含量增加。董丹等［18］研究了輻照殺菌對辣椒粉辣度的影響，結(jié)果表明輻照后樣品中辣椒素類物質(zhì)的含量出現(xiàn)了0.30%～9.06%的升高。Topuz等［19］通過輻照聚乙烯塑料袋包裝的曬干和脫水紅辣椒，研究發(fā)現(xiàn)樣品中主要的辛辣成分辣椒素和二氫辣椒素含量隨著輻照劑量的增大顯著增加。γ輻照引起干辣椒中辣椒素含量增加的原因可能是γ射線作用于其中某些化學(xué)成分形成結(jié)構(gòu)與辣椒素相似的辣椒素類物質(zhì)，使辣椒素的總含量增加。0～3.89 kGy時，紅辣椒粉和紅辣椒整椒中辣椒素的含量隨著輻照劑量的增大明顯增加(P＜0.01)，但大于3.89 kGy時，隨著輻照劑量增大則呈下降的趨勢，10.08 kGy時顯著低于對照樣(P＜0.05);野山椒粉和野山椒整椒中辣椒素含量隨著輻照劑量的增大呈先升后降的趨勢，0～7.91 kGy時，γ輻照對兩者中辣椒素含量影響不顯著(P＞0.05)，當(dāng)輻照劑量達到10.08 kGy時，對兩者均有明顯的影響(P＜0.05)，這與Farag等［20］研究發(fā)現(xiàn)輻照對辣椒中辣椒素含量有少量但顯著性影響的結(jié)論相似。此外，Topuz等［19］研究還發(fā)現(xiàn)，輻照后的干紅辣椒中辣椒素、二氫辣椒素和高二氫辣椒素的含量在貯藏期間會顯著降低。引起辣椒素含量降低可能是由于輻射后效應(yīng)，輻照過程中產(chǎn)生的不穩(wěn)定辣椒素類物質(zhì)發(fā)生分解，樣品中辣椒素總含量減少。輻照前后干野山椒樣品中辣椒素的含量均顯著地高于干紅辣椒樣品。

表3 干辣椒輻照殺菌辣椒素分析結(jié)果Table 3 The analysis of capsaicin on dried chillies by irradiation sterilization /(mg·g－1)

表3 干辣椒輻照殺菌辣椒素分析結(jié)果Table 3 The analysis of capsaicin on dried chillies by irradiation sterilization /(mg·g－1)

用LSD和Duncan法進行多重比較分析，同一行不同小寫字母表示組間差異極顯著(P＜0.05)，不同大寫字母表示組間差異顯著(P＜0.01);同一列中試驗組與對照組(CK)相比，*表示差異顯著(P＜0.05)，＊＊表示差異極顯著(P＜0.01)。

輻照劑量/kGy品名紅辣椒粉 紅辣椒碎 紅辣椒整椒 野山椒粉 野山椒碎 野山椒整椒0.00 1.20 ±0.03Cd 0.94 ±0.04De 0.85 ±0.03De 2.43 ±0.06Aa 2.12 ±0.08Bb 2.12 ±0.08Bc 2.07 1.29 ±0.05Cc 0.96 ±0.04Dd 0.95 ±0.03Dd＊＊ 2.45 ±0.08Aa 2.18 ±0.06Bb 2.12 ±0.06Bb 3.89 1.39 ±0.05Cc＊＊ 0.92 ±0.03Dd 1.08 ±0.03Dd＊＊ 2.43 ±0.09Aa 2.20 ±0.06Bb 2.26 ±0.08Aa 5.90 1.24 ±0.04Bc 0.94 ±0.05BCd 0.82 ±0.03Ce 2.49 ±0.14Aa 2.29 ±0.08Aab 2.20 ±0.03Ab 7.91 1.18 ±0.05Bb 1.03 ±0.02Cc 0.83 ±0.01Cd 2.21 ±0.07Aa 2.27 ±0.10Aa 2.18 ±0.05Aa 10.08 1.06 ±0.04Cc* 1.00 ±0.04Cd 0.62 ±0.03De＊＊ 2.07 ±0.09ABa＊＊ 2.24 ±0.09Aa 1.94 ±0.08Bb*

2.4 γ輻照對干辣椒中辣椒紅素含量的影響

辣椒紅素是成熟紅辣椒中主要的呈色色素，含量越高，吸光度越大。由表4可知，γ輻照對樣品中辣椒紅素的吸光度有明顯的影響，且隨著輻照劑量的增加，影響有增大的趨勢。與對照組相比，紅辣椒粉等5種樣品中辣椒紅素的吸光度隨著輻照劑量的增大有下降的趨勢(P＜0.05)。當(dāng)輻照劑量為2.07 kGy時，6種樣品中辣椒紅的吸光度與對照組相比差異顯著(P＜0.05)，且紅辣椒整椒、野山椒粉、野山椒碎以及整椒達到極顯著水平(P＜0.01)。Rico等［21］通過比較蒸氣處理與γ射線輻照對干紅辣椒理化性質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)γ射線輻照會引起樣品中辣椒紅素含量下降。Chatterjee等［22］通過研究發(fā)現(xiàn)10 kGy劑量γ輻照不會引起干紅辣椒色彩強度明顯的變化，但在貯藏期間，輻照后的紅辣椒色彩強度值會顯著(P≤0.05)的下降。γ輻照引起干辣椒中辣椒紅素的含量下降，可能是由于γ射線的直接作用及其后效應(yīng)破壞了干辣椒中部分敏感辣椒紅素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，辣椒紅素含量降低。γ輻照處理后紅辣椒碎中辣椒紅素的吸光度顯著高于對照組，且與輻照劑量呈正相關(guān)關(guān)系。γ射線輻照引起紅辣椒碎中辣椒紅的含量顯著增加，其機理還有待于進一步研究。因此，γ輻照對干辣椒中辣椒紅素具有明顯的影響。此外，輻照前后干紅辣椒中辣椒紅素的吸光值均顯著地高于干野山椒(P＜0.01)。

表4 干辣椒輻照殺菌辣椒紅分析結(jié)果Table 4 The analysis of capsanthin on dried chillies by irradiation sterilization

表4 干辣椒輻照殺菌辣椒紅分析結(jié)果Table 4 The analysis of capsanthin on dried chillies by irradiation sterilization

用LSD和Duncan法進行多重比較分析，同行不同小寫字母表示組間差異極顯著(P＜0.05)，不同大寫字母表示組間差異顯著(P＜0.01);同一列中試驗組與對照組(CK)相比，*表示差異顯著(P＜0.05)，＊＊表示差異極顯著(P＜0.01)。

輻照劑量/kGy品名紅辣椒粉 紅辣椒碎 紅辣椒整椒 野山椒粉 野山椒碎 野山椒整椒0.00 52.84 ±0.91Bb 53.45 ±0.42Bb 75.10 ±0.01Aa 16.03 ±0.18Cc 13.10 ±0.02Dd 9.76 ±0.00Ee 2.07 50.40 ±0.42Cc* 55.14 ±0.64Bb* 67.98 ±0.02Aa＊＊ 15.27 ±0.15Dd＊＊ 10.07 ±0.28Ee＊＊ 11.11 ±0.34Ee＊＊3.89 46.38 ±1.03Cc＊＊ 57.36 ±0.14Bb＊＊ 64.57 ±0.06Aa＊＊ 15.07 ±0.33Dd＊＊ 9.96 ±0.04Ee＊＊ 9.32 ±0.08Ee 5.90 47.98 ±0.53Cc＊＊ 55.04 ±0.08Bb* 68.48 ±1.11Aa＊＊ 14.75 ±0.01Dd＊＊ 7.88 ±0.00Ee＊＊ 7.86 ±0.50Ee＊＊7.91 44.13 ±0.31Cc＊＊ 57.78 ±0.62Bb＊＊ 67.85 ±1.72Aa＊＊ 13.99 ±0.10Dd＊＊ 8.30 ±0.12Ef＊＊ 10.19 ±0.27Ee 10.08 46.83 ±1.45Cc＊＊ 59.20 ±0.82Bb＊＊ 66.92 ±0.17Aa＊＊ 14.11 ±0.02Dd＊＊ 8.06 ±0.09Ee＊＊ 8.93 ±0.08Ee*

3 結(jié)論

食品輻照技術(shù)能有效控制干辣椒產(chǎn)品中污染微生物的含量，提高產(chǎn)品的衛(wèi)生質(zhì)量，控制食源性疾病的發(fā)生;同時，采用適宜的輻照工藝劑量不會對干辣椒的食用品質(zhì)和商業(yè)價值產(chǎn)生明顯的影響。1980年FAO/IAEA/WHO輻照食品衛(wèi)生安全性聯(lián)合專家委員會(JECFI)會議得出結(jié)論:“任何食品當(dāng)其總體平均吸收劑量不超過10 kGy時沒有毒理學(xué)危險，不要求做毒理學(xué)試驗，同時在營養(yǎng)學(xué)和微生物學(xué)上也是安全的”。因此，可將食品輻照技術(shù)作為干辣椒產(chǎn)品衛(wèi)生質(zhì)量的關(guān)鍵控制點(CCP)，建議采用10 kGy以內(nèi)劑量γ射線輻照干辣椒產(chǎn)品。

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