電子束輻照對冷鮮豬里脊肉風味的影響

石夢琦，馮濤，孔秋蓮，戚文元，王亮*，宋詩清，姚凌云，孫敏，王化田

（1.新疆大學生命科學與技術學院，新疆 烏魯木齊 830046；2.上海應用技術大學香料香精技術與工程學院，上海 201418；3.上海束能輻照技術有限公司，上海 201403；4.上海市農業科學院作物研究所，上海 201403）

輻照技術是一種用來延長貨架期的新興綠色加工保鮮技術。目前大多數食品利用傳統熱殺菌技術控制引起腐敗的生理過程和消滅微生物，但熱殺菌的高溫條件會影響其外觀和口感[1-2]，而輻照技術屬于非熱力食品加工技術，為滿足人們對新鮮食品營養豐富、感官屬性、安全性和延長貨架期的需求，輻照技術可以對冷凍或冷鮮食品進行殺菌，并能保證更有效的儲存，提高消費者滿意度。特別是輻照處理肉品，不僅能減少肉品中大多數微生物，而且沒有放射性污染以及化學殘留[3-4]。輻照技術是利用鈷-60和銫-137等放射源產生電離輻射進行殺菌，例如用X射線、γ射線或電子束輻射與物質相互作用后產生物理、化學和生物反應。相關研究顯示，利用X射線輻照技術最好控制在5 MeV以下，高能電子束輻照最好控制在10 MeV以下[5]。

我國《輻射食品衛生管理辦法》僅允許使用γ射線或電子束射線，而電子束輻照具有輻照效率高、可操作性強、對食品品質影響小的優點[6-7]。這與李新等[8]研究結果一致，該研究選用γ射線和10 MeV電子束兩種輻照技術，對新鮮冷卻豬后腿肉進行3 kGy輻照處理，第30天時樣品中細菌總數小于10 cfu/g；γ射線輻照樣品中過氧化值、硫代巴比妥酸值與揮發性風味物質含量均高于電子束輻照，表明相同劑量下電子束輻照殺菌效果較好。電子束輻照技術是由電子加速器產生電子束射線，利用高能脈沖直接作用破壞活體生物細胞內DNA或間接作用使小分子與水發生輻解，形成-OH、-H等活性自由基與核內物質作用發生交聯反應[9]。研究表明，通過低劑量電子束輻照處理冷鮮豬肉能有效減少冷鮮肉中的微生物數量，1.25 kGy電子束輻照可以殺滅冷鮮豬肉中90%微生物，1.5 kGy及以上劑量輻照可以完全殺滅大腸菌群[10]。因此在肉類食品中微生物存活率與輻照劑量呈反比關系，并且輻照處理影響其脂肪和蛋白質的氧化。

目前市場上銷售的肉包括熱鮮肉、冷凍肉和冷鮮肉，冷鮮肉在營養、安全、口感等方面具有優勢，并且不易發生交叉污染、安全性高，被視為傳統熱鮮肉和冷凍肉的替代品，因此冷鮮肉是生鮮肉發展的必然趨勢[11]。雖然冷鮮肉已廣泛銷售，但也存在沙門氏菌等致病菌感染的安全隱患，而輻照處理能有效殺滅冷鮮肉中病原菌及寄生蟲，保證其在儲運和銷售中的衛生安全。李新等[12]研究表明，2.4 kGy輻照處理真空包裝的冷鮮肉察覺不到所產生的異味，能有效抑制脂肪氧化。

食品輻照作為一種冷殺菌技術，在影響肉類食品部分營養品質及色澤的同時，也會對風味產生影響。豬肉的風味由氣味和滋味組成，其中滋味主要由滋味活性物質與味蕾接觸產生，一般包括酸味、甜味、鮮味、咸味和苦味，氣味主要體現為揮發性風味物質，揮發性風味物質是一類小分子，它是食品中最重要的感官質量指標之一[13]。豬肉風味的來源是蛋白質、脂肪、微量礦物質、碳水化合物和維生素等風味前體物質，其中起關鍵作用的主要是蛋白質與脂肪[14]。

里脊肉也稱為背最長肌，與豬身其他部位相比，豬背最長肌中肌內脂肪含量低[15]，并且豬里脊肉作為肉食更美味，因此選用冷鮮豬里脊肉作為研究對象。食品輻照對易受到微生物攻擊的產品進行殺菌是有效的，特別是對未經熱處理銷售的食品，如生家禽、肉類和海鮮等。由于冷鮮豬里脊肉的保質期有限且容易受到微生物污染，所以選用電子束輻照技術進行保鮮處理，為了確定適宜的劑量保證風味能達到良好的水平，需要對其進行分析研究。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豬里脊肉：市售，用保溫袋及冰袋運至實驗室，于4℃冰箱中保存備用。

鄰二氯苯（分析純）：上海泰坦科技股份有限公司；三氯乙酸、二氯甲烷（均為分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；C6～C30正構烷烴、17種氨基酸標準品（均為色譜純）：美國Sigma公司。

1.2 儀器與設備

Heracles II快速氣相電子鼻系統（MXT-5弱極性柱和MXT-1701中等極性柱、2個氫火焰離子化檢測器）：法國阿爾法莫斯儀器公司；7890A-5975C氣相色譜-質譜聯用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）儀、1260型高效液相色譜儀：安捷倫科技（中國）有限公司；ASTREE電子舌、電子舌系統：法國Alpha M.O.S公司；SPME手動進樣手柄（50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭）：美國Supelco公司；IS1020電子加速器：同方威視技術股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

將冷鮮豬里脊肉分裝于聚乙烯自封袋中，每份肉樣約50 g，每片肉厚度不超過1 cm，以備輻照處理。

1.3.2 輻照處理

將前處理后的肉樣進行輻照處理，輻照能量為10 MeV，輻照劑量為 0、1、2、3、4 kGy，其中 0 kGy 為對照組。每一組輻照樣品單包排列不重疊放置，保證輻照均勻，輻照完畢后立即置于4℃冰箱中貯藏備用。

1.3.3 氣相色譜電子鼻分析

取適量的不同輻照劑量處理的肉樣絞碎為肉糜，準確稱取（2.00±0.02）g樣品于20 mL頂空瓶中，加緊蓋子密封待測，每個樣品設置4個平行樣。每4個平行樣后放置一個空瓶，以降低樣品間的誤差。Heracles II系統內置兩根不同的色譜柱，MXT-5為非極性色譜柱，MXT-1701為弱極性色譜柱，氫火焰離子化檢測器為分析檢測器。

1.3.4 電子舌分析

分別稱取不同輻照劑量處理的豬肉樣品（2.00±0.02）g，置于離心管中，加入25 mL蒸餾水，均質后超聲5 min置于室溫20℃中靜置15 min，4℃條件下10 000 r/min離心10 min，取上清液過濾后用100 mL容量瓶收集濾液定容，每個樣品取80 mL樣液用電子舌檢測，每個樣品均做3次重復試驗。

測量程序：依次用清洗液清洗90 s、兩種參比液各清洗120 s，傳感器位于平衡位置歸零30 s，平衡后開始測試30 s；再次于兩種參比液中清洗3 s后，傳感器再放入新參比液中測試回味30 s。以此循環測試4次，除去第1次循環，以后面3次測試的平均數據作為結果。每次清洗、平衡和測試回味的液體均在不同樣品杯中[16]。

1.3.5 游離氨基酸測定

分別稱取輻照處理好的肉樣（1.500±0.010）g，加入5%三氯乙酸溶液，均質后超聲15 min于4℃冰箱中靜置2 h，靜置后在4℃條件下10 000 r/min離心10 min，取上清液5 mL并且調節pH值為2.0，然后定容至10 mL，搖勻后用0.22 μm水相濾膜過濾后待測。

色譜條件：色譜柱ODS Hypersil（250 mm×4.6 mm×5μm）、柱溫40℃、進樣量10μL、紫外檢測波長338nm，脯氨酸為262 nm；流動相A：7.35 mmol/L乙酸鈉∶三乙胺 ∶四氫呋喃=500∶0.12∶2.5（體積比），流動相 B：5 mmol/L乙酸鈉 ∶甲醇 ∶乙腈（1∶2∶2，體積比），通過滴加5%醋酸溶液，將流動相的pH值調至7.2。通過17種氨基酸標準品的標準曲線，采用外標法對肉樣游離氨基酸進行定量分析。

1.3.6 頂空-固相微萃取

將萃取頭老化20 min后備用，稱取輻照處理好的肉樣（4.00±0.04）g（精確到 0.01 g）置于 20 mL 頂空瓶中并加入4 mL飽和氯化鈉以及4 μm內標（100 mg/L鄰二氯苯），用聚四氟乙烯隔墊蓋密封置于40℃水浴鍋中平衡10 min，再用萃取好的萃取頭插入頂空瓶中萃取30 min，最后將萃取頭拔出置于250℃的進樣口解吸5 min。

經頂空-固相微萃取（headspace solid-phase microextraction，HS-SPME）提取的揮發性風味物質通過GCMS進行分析。

色譜條件：DB-Wax分析型熔融石英毛細管色譜柱和DB-5分析型熔融石英毛細管色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；高純氦氣作為載氣，恒定流速為1.0 mL/min，采用無分流模式進樣，起始溫度為40℃，保持3 min，以3℃/min速度升溫至140℃保持6 min，以5℃/min速度升溫至230℃保持8 min。

質譜條件：電離方式為電子轟擊電離（electron impact，EI），電子轟擊能量為 70 eV，采用全掃描模式采集信號，掃描范圍為35 amu～350 amu，離子源溫度為230℃。

1.3.7 揮發性物質定性方法

根據標準正構烷烴（C6～C20）在相同GC-MS檢測條件下的保留時間，采用Kovats法計算揮發性物質保留指數（retention index，RI），計算公式如下。

RIx=（lg tx-lg tn）/（lg tn+1-lg tn+Z）×100

式中：RIx、tx分別為待測化合物的保留指數和保留時間，min；tn、tn+1分別為碳原子數為n和n+1正構烷烴的保留時間，min；Z為未知化合物的正構烷烴的碳原子數。

1.3.8 揮發性物質的定量方法

用內標法進行定量，內標物為鄰二氯苯，計算公式如下。

1.4 數據處理

采用軟件AlphaSoft進行主成分分析，其他數據采用軟件SPSS 19.0分析。

定性方法通過NIST 11譜庫比對不同出峰時間化合物的質譜圖，選擇匹配度大于80（最大匹配度為100），并結合人工解譜，確定該化合物的鑒定結果。

2 結果與分析

2.1 電子鼻分析結果

不同輻照劑量的豬里脊肉電子鼻主成分分析（principal component analysis，PCA）見圖1。不同輻照劑量的豬里脊肉進行電子鼻判別因子分析（discriminant factor analysis，DFA）見圖 2。

圖1 不同劑量輻照處理的豬里脊肉電子鼻主成分分析Fig.1 Principal component analysis diagram of electronic nose of pork tenderloin irradiated at different doses

圖2 不同劑量輻照處理的豬里脊肉電子鼻判別因子分析Fig.2 Discriminant factors of the electronic nose of pork tenderloin irradiated at different doses

由圖1可知，PC1方差貢獻率為59.393%，PC2方差貢獻率為27.866%，累計方差貢獻率為87.259%，即主成分可以代表所測樣品中氣味數據中的絕大部分信息。在PCA圖中，橫坐標距離越近，代表兩樣品間揮發性物質差異越小，因PC2貢獻率較小，即使縱坐標距離相差較遠，也可視為兩樣品間不存在明顯差異。識別指數（discrimination index，DI）值能體現不同樣品揮發性風味物質輪廓的區分度，絕對值越大則樣品間重疊程度越大，表明樣品信息越接近，圖1中DI值為70，3 kGy和4 kGy樣品有重疊部分，有聚類趨勢，說明兩種劑量輻照處理的豬里脊肉揮發性風味物質成分較接近；未輻照（0 kGy）樣品與2、1 kGy樣品有距離，說明電子鼻很好地區分了不同劑量輻照的豬里脊肉樣品，它們在嗅感上存在明顯差別，同時2 kGy樣品距離未輻照樣品（0 kGy）最近，說明其揮發性風味物質最接近未輻照樣品。

由圖2可知，橫、縱坐標分別對應第1、2線性判別函數的判別效率DF1和DF2。兩線性判別函數的累計判別效率為97.312%，表明使用DFA可以區分不同輻照劑量處理的豬里脊肉樣品。圖2中不同劑量輻照的樣品橫坐標存在明顯差異，說明電子束輻照處理后豬里脊肉風味發生變化，不同輻照劑量對豬里脊肉揮發性風味物質產生影響，經過2 kGy輻照處理的肉樣揮發性風味物質成分能夠更好地維持其原有的揮發性風味，與PCA分析結果相同。

2.2 電子舌分析結果

以參比溶液為基準的不同劑量輻照的豬里脊肉電子舌味覺雷達圖見圖3。

圖3 以參比溶液為基準的不同劑量輻照的豬里脊肉電子舌味覺雷達Fig.3 Taste radar map of electronic tongue of pork tenderloin irradiated at different doses based on the reference solution

電子舌所用的TS5000Z味覺分析系統將傳感器輸出的電勢值轉換為味覺信息，電子舌分析顯示的雷達圖能客觀具體表明各樣品之間的味覺差異，若低于一個單位則感知不到其味覺變化[17-19]。由圖3可知，除了豐富度、鮮味、澀味回味，其他味覺指標均呈現不同程度的差異。其中酸味最大的為0 kGy肉樣；甜味最大的是樣品1 kGy肉樣，其與未輻照處理的樣品0 kGy肉樣有一定差異；苦味中1kGy肉樣最苦，而未輻照0 kGy肉樣苦味最小；2 kGy有較大的苦味回味。

2.3 游離氨基酸分析

不同劑量輻照處理的豬里脊肉游離氨基酸組成見表1。

表1 不同劑量輻照處理的豬里脊肉游離氨基酸組成Table 1 Free amino acid composition of pork tenderloin irradiated at different doses

由表1可知，游離氨基酸含量不同可以體現出不同劑量電子束輻照豬里脊肉的呈味差異。1、2、3、4 kGy輻照樣品游離氨基酸總含量均低于對照組0 kGy樣品（408.61 mg/100 g）。輻照處理后的樣品中亮氨酸、異亮氨酸、酪氨酸、蛋氨酸、絲氨酸含量下降，表明帶有支鏈的氨基酸（亮氨酸、異亮氨酸）、含硫氨基酸（蛋氨酸）以及含有醇羥基的氨基酸（絲氨酸、酪氨酸），輻照處理對其均產生影響。基于此結果，可能輻照后游離氨基酸減少與氨基酸結構有關，輻照對含硫氨基酸分子中的硫原子、絲氨酸分子中的羥基有影響。研究證明，輻照可以使肉類食品中含硫氨基酸發生降解反應，因此有含硫水溶性化合物產生，被視為“輻照異味”[20]。

Ahn等[21]對氨基酸進行輻照處理，結果表明輻照使脂肪中的含硫氨基酸亮氨酸、異亮氨酸等進行Strecker降解反應，產生2-甲基-丁醛、3-甲基-丁醛以及2-甲基丙醛；其次，輻照處理使絲氨酸和蘇氨酸這兩種羥基氨基酸產生大量乙醛和丙醛。同時，表1的輻照樣品中氨基酸含量變化與蛋白質水解也有關，不同劑量電子束輻照處理冷鮮豬里脊肉后，雖有小部分氨基酸含量增加，但輻照后大多數游離氨基酸含量產生不同程度的下降，這是由于輻照處理使電離水溶液產生自由基，進而攻擊蛋白質中的多肽鏈使之斷裂，導致各類氨基酸含量發生改變，但由于不同氨基酸的結構及其對電子束敏感程度不同，所以輻照對不同氨基酸的影響程度不同，氨基酸含量下降程度也不同[22-23]。同時4 kGy劑量樣品中游離氨基酸的含量與未輻照樣品相比也在減少，表明4 kGy輻照劑量不足以使豬里脊肉中的蛋白質徹底水解形成氨基酸。

2.4 不同輻照劑量處理的豬里脊肉揮發性成分分析

不同輻照劑量處理的豬里脊肉揮發性成分分析見表2。

表2 不同劑量輻照處理的豬里脊肉揮發性成分分析Table 2 Volatile components of pork tenderloin irradiated at different doses

采用SPME方法提取豬肉樣品中揮發性風味物質，借助GC分離技術、MS和保留指數方法，結合內標半定量分析法對待測樣品進行分析。如表2所示，SPME提取的揮發性風味物質中未輻照樣品中只有5種化合物，而電子束輻照樣品中揮發性風味化合物種類達到16種，相比未輻照樣品，經輻照處理的豬里脊肉揮發性風味化合物呈現不同程度的變化，特別是1、2、3 kGy樣品中揮發性風味物質較多，這可能是輻照處理誘導脂肪氧化和蛋白質降解。其中醛類、酮類、醇類物質增加，可能是輻照誘發自由基鏈式反應，脂肪酸經輻照處理后碳原子間的單鍵容易斷裂產生烷烴化合物，經過次級反應后轉化為烯烴化合物，同時生成自由基和過氧化物、氫過氧化物分解而生成醛、酮等化合物[23-24]。其中有2個含氮、硫化合物，可能是輻照處理豬里脊肉后部分蛋白質中氨基酸分解形成的含硫化合物。

3 結論

通過1、2、3、4 kGy不同劑量電子束輻照處理冷鮮豬里脊肉，采用不同方法對其風味進行研究，結果顯示電子束輻照對冷鮮豬里脊肉風味產生影響。電子鼻結果顯示2 kGy樣品揮發性風味物質成分能夠更好地維持其原有的風味；輻照處理使豬里脊肉在電子舌味感上的酸味、甜味、苦味和苦味回味有變化，說明對其非揮發性風味物質有影響；輻照處理后游離氨基酸總量下降，但輻照劑量增加不同味感的氨基酸含量變化不同，同時也受氨基酸結構的影響，因此天冬氨酸含量隨輻照劑量的增加而下降，呈甜味的丙氨酸含量隨輻照劑量增加變化不明顯；GC-MS結果顯示輻照處理后豬里脊肉揮發性風味物質增加，這是由脂肪氧化和蛋白質降解所產生；而輻照異味的產生是由于蛋白質中部分氨基酸的氧化分解以及自由基反應。