輻照技術在傳統發酵制品中的應用進展

李嬌，周志帥，申光輝，何利

(四川農業大學 食品學院，四川 雅安 625000)

輻照技術是核技術的發展之一，可應用于各類食品中，其殺菌原理是食品經過一定劑量的γ射線、β射線和X射線照射后，胞內DNA被破壞或小分子物質分解，產生-H、-OH等活性自由基，與核內物質作用，發生交聯反應，殺死食品中的微生物與害蟲[1-2]。在許多國家，為了抑制發芽、消滅昆蟲和寄生蟲、推遲生理成熟、延長保質期，允許進行食品輻照，提高食品的性能[3]，并且經過輻照后的產品對人類沒有危險，也不會造成輻照食品形成與輻照相關的污染，輻照不僅可以殺菌、消毒、降低食品的病原體污染、降低食物引起的發病率，還具有高效、安全、無污染、無殘留、保持食品原有色香味等優點。近年來，不少學者將輻照技術應用于各類食品中，探究對其品質的影響，然而，輻照技術處理食品這項技術被消費者所接受還需經過較長的發展歷程[4]。

1 輻照技術的發展歷程

20世紀40年代，美國軍方為了解決軍用食品供給，開始研究食品輻照技術[5]，在1958-1959年期間，前蘇聯開始批準在殺滅谷物害蟲和抑制馬鈴薯發芽方面使用60Co、γ射線進行輻照處理。英國、法國、荷蘭、加拿大及東歐的一些國家在20世紀50年代初期開始研究滅菌、殺蟲和輻照抑制發芽的相關技術，20世紀60年代后期，越來越多的發展中國家也開始研究食品的輻照加工技術[6]。在長達一個世紀以來，聯合國的專門機構，如糧食及農業組織(Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO)、國際原子能機構(International Atomic Energy Agency，IAEA)、能源機構(International Energy Agency，IEA)和世界衛生組織(World Health Organization，WHO)等參與輻照技術的理論研究和相應的設備研究，在各個年代，也出現了標志食物輻照研究及發展的若干歷史里程碑，見表1。

表1 食品輻照的歷史里程碑

續 表

目前，我國食品輻照技術發展迅速，輻照食品的吞吐量位居世界前列。中國在對幾種食品進行輻照方面取得了飛躍性的進展，其中輻照大蒜的用量超過50萬噸，出口到東南亞及其他地區。

蟲災是我國糧食儲存中最嚴重的問題，其次是霉菌和老鼠，造成了重大的經濟損失，使用輻照技術處理糧食，在一定程度上可以殺滅其中的幼蟲及一些微生物，國際范圍內的一些國家也制定了相應的標準和規范，對食品生產企業利用輻照技術處理食品進行管理，如GB 14891.8-1997《輻照豆類、谷類及其制品衛生標準》、SN/T 1887-2007《進出口輻照食品良好輻照規范》和《脈沖和谷物電子束處理的技術規定》等。目前寵物干食品、香菇干食品、脫水蔬菜、茶葉提取物、干蓮子、龍眼干食品、枸杞、葡萄干和紅棗干等都可以用輻照技術進行防蟲處理，在日本，為了防止發芽，確保合適的保質期，被允許輻照處理的食品僅有馬鈴薯一個品類，目前已經開展了商業化運作。南非原子能委員會的研究表明，香蕉的低劑量輻照對質量有顯著的積極影響[7]。

在發展初期，由于還沒有強大的輻射源，早期實驗必須在實驗室規模上進行，在實驗室范圍內及在實驗室能夠處理的樣品量范圍內用來觀察、分析和描述電離輻射對食品各方面的影響，并提出在更大范圍內使用的建議。這一狀況一直持續到1918年Gillet和1930年Wüst的發明出現，輻照技術處理食品才接近于更大規模的利用。在美國的影響和帶動下，各國開始組建輻照技術研究團隊并進行相關研究，在第二次世界大戰之后，國際合作也開始增長。隨后，德國研究出一艘載有X射線設備的漁船，能夠處理一定數量的魚類，這些設置證明了食品工業輻射的潛力，而后各國科學家、學者進行大量的工作，包括證明其毒性試驗等，時至今日，食品的輻射加工已成為一種公認的、成熟的技術，不會散失其營養物質，食用輻照食品也不會帶來任何風險[8]。越來越多的國家采用這種技術來消毒和控制農產品中的病蟲害，尤其是東南亞和歐盟的發展中國家，隨著政府對輻射食品的信心增強，該技術在食品加工中越來越受歡迎[9]。

輻照技術與微波、歐姆加熱和射頻技術一樣，都是新興的食品保藏技術。近年來，國內外的專家學者對該項技術做了不少研究，如Li等[10]利用輻照技術對水稻酶解液進行處理，發現其中的氨基酸含量有所降低，抗氧化活性有所提高；Mohammad等[11]利用輻照技術處理真空包裝和非真空包裝的杏仁，發現在相同輻照劑量的條件下，真空包裝組的細菌減少值大于非真空組，說明輻照技術的處理效果也會受真空度的影響；此外，關于糧食、草莓和水等利用輻照技術進行處理的研究也有報道。經過長期實驗也證明，輻照效果受介質、水分、溫度、氧氣、包裝形式和營養細胞的影響，因此，實驗室和食品加工產業常常與其他因素共同考慮，同時進行食品的殺菌和保藏，提高食品的保藏性能[12-15]。

發酵制品種類繁多，如發酵饅頭[16]、果酒、泡菜、寡聚半乳糖醛酸酯[17]、醬油、食醋和豆瓣等，而應用于其中的殺菌技術也多種多樣，如巴氏殺菌、超高壓瞬時滅菌、超高溫滅菌、高壓脈沖電場和輻照技術等。

2 輻照技術在醬油中的應用

醬油是一種很受歡迎的液體調味品，在世界各地被廣泛食用，經過多年的發展和使用，醬油受到越來越多消費者的關注，同時也產生了許多醬油的生產大國，如日本、韓國、泰國等[18]，目前，醬油主要包括低鹽固體發酵醬油和高鹽液體發酵醬油兩種類型。

醬油的主要原料為蛋白質(如大豆、脫脂大豆等)，加入淀粉質輔料(如小麥、麩皮等)，同時輔以相應的純種微生物或利用環境中的自然微生物進行發酵。在醬油的釀造過程中，復合微生物會在生命活動中產生各種酶類，而原輔料中各種有機物經由這些酶類催化、水解、發酵等一系列反應后生成各種小分子物質，這些小分子物質之間再經過復雜的相互反應、多級轉化以及微生物的自溶等作用進而形成液體狀調味品[19]。歷年來，不少學者利用輻照技術對醬油進行處理，來探究輻照技術對醬油的影響，如1974年四川省輻照食品研究所利用60Co-γ射線輻照醬油，1984年清華大學核能技術研究所、南京輻照中心對醬油進行60Co-γ射線輻照滅菌，研究輻照技術對醬油品質改良的影響，江蘇省農科院原子能所謝宗傳、馬力、師雙平對南京機輪牌醬油和醋進行60Co-γ射線輻照，認為醬油的峰值劑量為2.3 kGy[20]。

姚遠等[21]利用60Co-γ射線處理醬油，結果顯示其中的無鹽固形物含量、全氮含量、氨基酸態氮含量、鹽分含量、水分含量及口感均無明顯改變，經4 kGy劑量照射后細菌總數和大腸桿菌數均達到國家衛生標準，處理后的樣品在15～25 ℃條件下貯藏6個月后，菌落總數從104降低至300 CFU/mL，而未處理組，菌落總數從2×105升高至多不可計，可見，經輻照技術處理的醬油中微生物變化十分顯著。Park等[22]利用γ射線對以醬油為主要原料的調味醬(食用鹽濃度約為4%)進行處理，結果顯示：用10 kGy劑量處理后的調味醬在35 ℃條件下存放90 d，其微生物指標沒有明顯變化，其黏度和感官特性也較未輻照組好。當然，輻照技術不僅對醬油自身有作用，同時也會協同醬油一起減緩某類食物的氧化速率，Kim等[23-24]的研究發現，在醬油存在的條件下，經輻照后的豬肉餅在貯藏結束時的過氧化值和2-硫代巴比妥酸值均低于不添加醬油的對照組豬肉餅，同時也發現醬油與抗壞血酸之間具有一定的協同作用；在煮熟和輻照牛肉中使用醬油可以減少輻照引起的脫味和脂質氧化有關的揮發性成分的產生。Jo等[25]利用熱處理和輻照對韓國醬油樣品進行處理，發現輻照處理可以保存其中的中性蛋白酶活性，經輻照技術處理后的韓國醬油樣品在感官以及微生物指標上均優于加熱處理。Yang等[26]利用γ射線處理12種醬油，所有醬油中的大腸桿菌均未檢出，在5 kGy劑量醬油中的細菌總數低于傳統標準，其中的還原糖、游離氨基酸總量和低沸點的甜味物質增加，其風味和質量都比沒有經過輻照處理的醬油好。而作為與醬油有異曲同工之妙的食醋在輻照劑量大于3 kGy時，其中的微生物殺滅效果較好，平板計數瓊脂(plate count agar， PCA)培養基中無菌落生長，當輻照劑量在1～3 kGy時，食醋輻照前后的風味差異較小，但是經輻照后的食醋產生了新的酯類物質[27]。

3 輻照技術在泡菜中的應用

泡菜加工是中國傳統蔬菜發酵藝術的典型代表，在中國的許多地區，四川泡菜通常被用作川菜的關鍵調味品之一或作為一個開胃菜消費數千年，與此相類似的，另一個泡菜大國韓國，它的泡菜種類繁多，有200多種，主要是大白菜或蘿卜經發酵而成，是韓國人飲食和營養的重要組成部分，其發酵品質和接種中的發酵微生物息息相關，同時和發酵容器也有密不可分的關系，被評為世界上較健康的食品之一[28-31]。

Kim等[32]利用2～3 kGy的γ射線處理韓國泡菜，結果顯示：被處理后的泡菜樣品中，腸道細菌減少至零，而作為發酵有益菌的乳酸菌被保留下來，可以有效控制泡菜發酵的早期過程，說明通過輻照劑量的調節在一定程度上可以進行有益微生物的篩選。Kim等[33]利用輻照技術和N2結合處理泡菜樣品，結果顯示充氮包裝、加熱處理和輻照處理三者之間具有一定的協同效應，具體為在同等輻照劑量下的泡菜，有N2組的質地更好，而無N2的泡菜軟化現象十分嚴重，由此可見，在N2存在的條件下，會對泡菜制品的質構有積極影響。Song等[34]研究發現，經過輻照處理的泡菜中乳酸脫氫酶活性降低，酸化速度減慢，而經過10 kGy輻照劑量處理會降低泡菜的外觀性狀，降低它的可接受程度，在泡菜的早期發酵階段，利用5 kGy劑量進行輻照處理可以控制老化和提高泡菜的保質期，當輻照強度大于5.75 kGy劑量的γ射線可以非常有效地將諾如病毒減少一個對數[35]，不僅如此，也有不少研究顯示經過輻照處理的泡菜樣品中，亞硝酸鹽的含量較未經輻照處理的樣品有所減少，輻照處理后的樣品狀態及其他相關指標也會受到溫度的影響。

4 輻照技術在果酒中的應用

果酒是采用新鮮的果實或果汁作為原材料，通過搗碎、發酵、壓榨和浸泡等方式釀制而成的飲料酒，含有大量的營養物質，適量飲用有益身心健康，當然，不同品牌、產地的果酒，其品質有著產品配方、生產環境和加工工藝方面的差異，同時受不同國家和地區間文化、健康品質等因素的影響，果酒的受歡迎程度也略有差異[36-40]，不少專家學者利用輻照技術來處理果酒，來提高它的安全性、營養物質和風味物質等。

Marin等[41]利用γ射線對葡萄酒樣品進行處理，結果顯示：輻照處理有利于葡萄酒中苯酚和香氣前體物質的溶出，對葡萄酒的色澤改善具有積極作用，處理后的樣品中烯類和萜類物質含量增加，該類化學物質具有較濃郁的葡萄酒香氣，在輻照劑量為2.7 kGy時會出現焦糖氣味，該類物質對葡萄酒的香氣幾乎沒有貢獻。Thalita[42]利用輻照技術處理葡萄酒，發現經輻照技術處理后的葡萄酒樣品中的酚類成分有所增加，在劑量為1.5 kGy時，葡萄酒樣品具有較高的果味和漿果味，而其他輻照劑量或未經輻照處理的葡萄酒樣品中，果味和漿果味不突出，經輻照技術處理后的葡萄酒品質在一定程度上有所提高，而經輻照技術處理后的葡萄酒中，乙醇含量和SO2含量也會有所降低[43-44]。Katie[45]研究顯示：用γ射線對果酒進行輻照處理時，發現輻照劑量≥2.5 kGy時，赭曲霉毒素A的致死率可達90%以上，但是在果酒中的殺滅效果不是十分明顯。Victor[46]利用γ射線對芒果酒進行輻照處理，發現經輻照技術處理后的芒果酒樣品中，多酚化合物的濃度顯著增加，微生物致死效率明顯，其中DPPH自由基的清除活性、DMPD的清除能力、FRAP活性和NO清除能力都有一定的變化。輻照技術不僅對酒的品質有影響，也可以和酒產生協同作用，來提高某些食物的品質[47]。在國內外，除研究γ射線進行輻照處理外，還有利用其他輻射源進行輻照處理的相關研究，如利用60Co產生的射線輻照酒后發現有益成分明顯提高，味道醇和，苦澀辛辣味減少，對酒的質量有提高作用，經過輻照的酒再調香，調味效果更佳，更易被消費者接受[48]。

5 輻照技術在其他發酵制品中的應用

輻照技術除了在醬油、泡菜和果酒中有相關應用外，在其他發酵制品中也有相應的研究和應用。

紅酸湯是貴州的傳統發酵調味品之一，至今已有上千年歷史，是以西紅柿、鮮紅辣椒為主要原料，經破碎后加入食鹽、白酒等輔料，裝壇發酵2～3個月而成。何揚波等[49]利用0，2，4，6，8 kGy的60Co-γ射線對紅酸湯進行輻照處理，結果顯示：經8 kGy輻照劑量輻照后的紅酸湯微觀結構變得較為松散，宏觀結構上表現為黏稠度降低，長時間放置容易出現分層現象；經2 kGy輻照劑量輻照后的紅酸湯菌落總數從2.45×105CFU/25 g下降到3.66×104CFU/25 g，在輻照劑量為8 kGy時，產品接近無菌狀態，菌落總數為5 CFU/25 g；此外，經過輻照處理的紅酸湯各種營養成分變化均不顯著。陳曦等[50]用60Co-γ輻照對藍莓果醋進行處理，結果顯示：經輻照處理的藍莓果醋陳化積累總酯速率顯著高于對照組，輻照后的果醋存放30 d后的總酯含量和自然陳釀60 d后的總酯含量已經十分相似，同時經0.75 kGy輻照處理陳化30 d的藍莓果醋有機酸總量最高，多種有機酸協調性最好，口感最佳，感官評價最好，說明輻照技術在一定程度上可以提高產品品質和對加速陳化具有一定作用。梁煥秋等[51]將糖醋蘿卜在微波功率320 W下進行輻照處理90 s，結果顯示：經輻照處理后的糖醋蘿卜樣品經密封后的保藏性能較傳統的巴氏殺菌更佳，尤其是感官品質和細菌生長情況兩個指標上，且經處理后的樣品在室溫下保藏期為100 d以上。

6 結語

輻照技術是新興的非熱殺菌技術，具有良好的效果，同時經過輻照后的產品不會留下任何有害物質，在國內外廣泛應用于食品行業。輻照技術在發酵制品中的應用繁多，但目前來看，該項技術還主要停留在實驗室研究階段，將之運用在食品工業上仍有一些方面需要克服。

雖然市面上的輻照食品已經流通了20多年，但是消費者對其的認知和關注程度不高，大部分人在日常生活中沒有認識到輻照食品有專門的Logo和文字標識；同時消費者對輻照食品的信任度較低，在安全性、合法性、放射性殘留危害方面存在質疑；我國共有6大類(共18種)輻照食品已獲得生產批準，但其中實現了大規模產業化生產的種類偏少，市場超市為保證銷量，從而不愿意銷售輻照食品，進一步限制了輻照食品的發展和進步。

本文簡述了輻照技術在發酵食品中的應用，對已有的研究進行總結，同時，輻照技術在食品乃至其他行業也有十分重要的作用，并且也有許多成熟的案例。但是輻照技術在具有一定優勢的同時，也有一定的缺陷，如投資大，危險系數較普通殺菌高等短期的不足，值得未來去逐一克服，相關部門還需要加強相關法規的制定和正確的引導，促進輻照技術在更大范圍應用。