辐照对冷冻肉类食品品质影响的研究现状

董娟聪，程 娇，党旭红，王 超，刘晓明

（中国辐射防护研究院太原030006）

2020年6月以来，我国发生多起进口冷冻肉类食品外包装及样品表面新冠状病毒核酸呈阳性案例，对国内“外防输入、内防反弹”疫情防控工作带来严峻挑战。为防止新冠状病毒经冷冻肉类食品传播，需要对冷冻肉类食品进行病毒消杀。针对目前常用的消毒方式：化学消毒容易导致食品中消毒化学试剂残留；紫外线消毒只局限于食品包装表面消毒，且容易受到包装整齐度及货物摆放方式的影响。自20世纪以来，国际社会就广泛利用辐照这一杀菌作用对食品进行杀菌，提高食品保藏期。与在食品中添加防腐剂、加热处理等传统食品保藏加工技术相比，辐照加工技术作为一种冷加工物理灭菌技术，可以彻底杀灭病原微生物，而且无化学残留，食品可装箱后再辐照，避免再次污染的风险［1］，可以最大限度地保持食品的营养及品质，从而达到食品抑芽、除虫、消毒、灭菌等目的。此外采用辐照处理食品不会引起显著的温度变化，因此在消杀冷冻肉类食品中具有独特的优势。本文主要就目前关于辐照对冷冻肉类品质影响的相关研究进行概述，为拓展核技术的应用及开展该方面的科研工作提供参考。

1 食品辐照加工技术

辐照加工技术是利用γ、X射线和电子束电离辐射与食品表面或内部微生物发生直接或间接作用起到杀菌效果［2］。由于冷冻食品的特殊性，其呈固体状态，因此辐照对于冷冻食品的主要表现为直接作用。食品辐照加工具有无残留、无污染、高效、节能等优点，在食品保藏中广泛应用。目前已在世界60多个国家使用［3］。食品加工的辐照源主要有放射性核素钴-60或铯-137产生的γ射线、加速器产生的≤5 MeV X射线及≤10 MeV的电子束。目前辐照加工中应用最多的是钴-60辐照源，因其穿透能力强，可直接用于包装好的食品。但由于钴源半衰期短（5.3 a），需要经常补充，维护费用较高［4］。与γ射线（0.01～1 Gy·s-1）相比，电子束可根据需求随时调节使用，在不需要时可以关闭［5］，且具有更高的剂量率（103～105Gy·s-1），在更短的时间内达到与γ射线同样的效果［6］，便于大规模生产。但其主要不足在于穿透能力弱，很难穿透厚度或密度较大的食品，只能对包装表面进行消杀。因此上述两种辐照源均有一定的局限性，而X射线除了具有电子束其他的优势之外，其穿透力较强，3 MeV电子束产生的X射线与钴-60 γ射线具有相似的穿透特性，可有效解决电子束辐照穿透力弱的劣势，因此适合于较厚物品以及大型食品包装物的辐射加工［7］。特别是电子加速器上装有X射线转化靶时，就可以根据产品的要求，既可以用电子束，也可以用X射线进行辐照，因此利用转靶X射线进行食品辐照加工是该领域发展的趋势。

2 辐照对新冠状病毒的消毒

判断灭活病毒的指标包括：相对指标和绝对指标。相对指标主要是指D10（灭活90%病毒的剂量）；绝对指标则侧重杀灭病毒数量（灭活值>4 Logs）或样本盲传3代无病变。不同的判断指标对结果会产生影响，但总体上仍可以得出不同种类病毒的辐射敏感性大小。大量研究已经证明电离辐射具有灭活病毒的能力，但病毒种类、宿主细胞种类等因素均会对灭活病毒的剂量产生影响。有的病毒灭活剂量仅为10 kGy，而有的病毒高达50 kGy都无法使其灭活［8］，因此不同类型病毒之间的辐射敏感性存在明显差异。目前国内外对辐照灭活新冠状病毒的研究较少，已有的研究结果主要是采用γ射线辐照灭活冠状病毒，用于疫苗的制备方面，据报道10 kGy剂量可灭活冠状病毒科病毒，如SARS-CoV（包括SARS-CoV-2）和中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV），但尚未对较低剂量进行广泛研究［8-11］。只有一项研究报告称，0.15 kGy的剂量不足以灭活SARS-CoV［12］。这些研究都是在常温下对新冠状病毒的消毒效应研究，而由于冷链食品表面温度较低，病毒在低温状态下辐射敏感性是否会产生变化也需要进一步研究。国内目前关于采用辐照消杀冷链食品新冠状病毒的相关研究，正处于研究阶段，如由中核集团联合军事科学院、清华大学等科研高校，共同开展的进口冷链食品新冠状病毒防控辐照消毒技术攻关，利用新冠状病毒、犬冠状病毒进行并肩实验，并利用犬冠病毒开展了模拟新冠状病毒的系列辐照灭活工艺实验［13］。但对于灭活新冠状病毒的有效剂量是否在该食品的耐受剂量内，还需要开展相关的研究。

3 辐照食品的耐受剂量

辐照剂量是影响食品辐照效果的主要因素。根据食品辐照的目的及所需的剂量不同，IAEA（International Atomic Energy Agency）481号技术报告《食品辐照规范手册》［14］中把食品辐照分为3类（表1）。其中0.1～1 kGy主要是达到辐照保鲜的目的；1～10 kGy主要用于改善食品卫生品质；大于10 kGy又称辐照灭菌，可将食品中的微生物数量减少到灭菌点。关于冷冻食品的辐照剂量，根据辐照目的不同，IAEA技术报告、各国的标准都给出了相应的规定。表2为IAEA 409号技术报告中推荐的不同种类食品的剂量限制，最高剂量为5.0 kGy［15］。表3为世界各国批准肉类辐照剂量限值，美国、加拿大、印尼等国批准的辐照冷冻肉类最大辐照剂量为7 kGy［16］。关于我国对于冷冻肉类的最大剂量规定，不同的标准给出的耐受剂量是不一样的。由国家质量监督检验检疫总局发布的SN/T 1890-2007标准《进出口冷冻肉类辐照规范》［17］中，规定冷冻肉类最大剂量不超过10 kGy；由卫生部发布的《冷冻包装畜禽肉》标准中规定，最大耐受剂量为2.5 kGy［18］；由农业部（现为农业农村部）发布的标准《冷冻水产品辐照杀菌工艺》中规定的最大耐受剂量为7 kGy［19］。对于我国现有的关于辐照冷冻肉类食品的最高耐受剂量值不同标准中规定值的不一致，可能与发布部门考虑的侧重点不同有关。此外，目前不论是IAEA推荐的，还是不同国家批准的耐受剂量都比较宽泛，没有针对某类食品的具体耐受剂量。因此，为了辐照冷冻肉类食品更好地推广应用，还需开展不同种类冷冻肉类食品耐受剂量的探索，进一步完善冷冻肉类食品辐照的相关标准。

表1 辐照在食品中应用的剂量范围Table 1 Applications of irradiation to food and indicative dose range

表2 IAEA推荐的食品辐照剂量Table 2 Dosimetry for food irradiation by IAEA

表3 世界各国批准的辐照剂量限值Table 3 Approval of radiation dose limits in the world

4 电离辐射对冷冻肉类食品品质的影响

辐照可使肉类食品发生理化性质和生物学变化，产生少量的所谓“辐解产物”，导致感官品质和营

养成分的改变。变化的程度取决于辐照食品的种类、状态及辐照剂量等。目前对辐照影响肉类食品品质的相关研究主要侧重于冷藏/冷鲜食品，对于冷冻肉类食品的研究相对较少。

4.1 电离辐射对冷冻肉类食品感官的影响

感官形态是评判冷冻肉新鲜程度最直观的方式，直接影响着食品的商品价值，是衡量肉品品质的一个重要指标。肉品中蛋白质和氨基酸等含氮物质经照射后会产生NH3、CO2、H2S、酰胺等有异味的分解物，脂类物质在辐照条件下也会发生氧化，产生羰基化合物和过氧化物等，从而导致肉品酸败，产生不良刺激性“辐照味”［20］。美国陆军纳蒂克研究所报道，将肉类置于-30℃的干冰中进行辐照，无明显的异味产生［21］。戚文元等［22］研究发现，4 kGy电子束辐照不仅对冷冻牛腩风味无不良影响，还可提高冷冻牛腩的风味，但能使牛腩红色消退。Rodrigues等［23］研究表明，9 kGy γ射线可使冷冻牛肉颜色发生明显改变，二者研究结果一致，这一现象可能与电离辐射使肉品中肌红蛋白和脂肪发生氧化有关。牛肉的嫩度也是影响消费者接受程度的感官特征之一，研究发现，与低剂量（3 kGy和6 kGy）辐照相比，冷冻牛肉在9 kGy剂量辐照下剪切力值降低［23］，从而增加牛肉的嫩度，这可能与较高剂量辐照诱导肌原纤维的物理破坏或胶原分子溶解有关，确有研究表明，冻牛肉的可溶性胶原蛋白随着辐照剂量而增加，且在9 kGy γ射线处理后增加明显［24-25］。此外，7 kGy电子束并不能引起冷冻鸭肉的感官（外观、质地、味道、风味、整体接受度）发生显著变化［26］。10 kGy剂量的电子束处理冻虾仁，虾仁的体表、眼球与照射前无差异，照射后也无异味产生［27］。赖宏刚等［28］研究表明，冷鲜鸡肉经8 kGy γ射线处理后咀嚼性有所增加。因此，目前的研究结果显示，冷冻牛肉、鸭肉、冻虾在稍高于目前国际推荐的7 kGy剂量照射下，冷冻肉类的感官并不能产生明显的不良影响，甚至会提高其风味。

4.2 电离辐射对冷冻肉类食品蛋白质含量的影响

蛋白质是机体重要的结构成分，也是参与新陈代谢的关键成分之一，其营养价值在很大程度上与氨基酸组成有关。研究辐照对肉类食品蛋白质、氨基酸的影响有助于深入了解辐照加工对食品品质的影响。研究报道，10 kGy γ射线作用后冷冻海虾仁的蛋白质含量为87.4%（对照组为87.13%）、冷冻河虾仁的蛋白质含量为80.81%（对照组为80.65%），提示辐照处理后同一品种食品的蛋白质含量未发生明显变化［29］。冷冻鱿鱼经10 kGy γ射线作用后蛋白质含量也无显著变化［30］。而作为构成人体所需蛋白质的基本物质——氨基酸，在相同辐照剂量照射后，其变化程度不一。如10 kGy辐照后冷冻鱿鱼氨基酸比对照组增加了1.5%［31］，但冷冻海虾仁却下降了1.7%，冷冻河虾则无显著变化［29］，4 kGy辐照处理的冻干牛肉片中各种氨基酸含量也未发生显著变化。

挥发性盐基氮是食品中蛋白质在细菌和内源酶作用下分解而产生氨以及胺类等碱性含氮物质，可反映肉中碱性挥发性含氮物的含量，是目前国标上公认的用于评价肉质新鲜程度的一个重要指标［32］。国家食品安全标准中［12］规定，挥发性盐基氮限量值为≤30 mg·kg-1。研究发现，冷冻鸭肉经3 kGy和7 kGy电子束处理，可使其挥发性盐基氮值随剂量的增加而增高，分别为9.3 mg·kg-1、13.1 mg·kg-1［26］，但均在国家规定的限值内。也有研究显示，辐照可使冷冻虾仁挥发性盐基氮含量降低，从而提高食品鲜度［33］。

总之，冷冻肉类食品经适当剂量辐照处理后，并不能诱导食品在蛋白质相关的营养品质方面发生显著变化，而氨基酸含量的改变情况与辐照食品种类相关，因此为了进一步推广辐照加工技术的应用，需要开展辐照对不同种类食品氨基酸含量的进一步研究。

4.3 电离辐射对冷冻肉脂肪氧化的影响

脂肪是最不稳定的食物成分之一，极易受到电离辐射的影响。辐照处理会增加食品自由基的产生，引起自由基的链式反应，加速食品的脂肪氧化［34］。硫代巴比妥酸（Thiobarbituric Acid Reactive Substances，TBARS）是指动物性油脂中不饱和脂肪酸氧化分解产物，脂肪氧化程度与其TBARS值呈正相关［35］。研究表明：冷冻羔羊肉经7 kGy γ射线辐照后，其总脂肪含量、脂肪酸组成及亚油酸含量均无明显变化［36］。10 kGy γ射线处理的冷冻虾仁脂肪酸含量也未见显著变化［29］。这可能与冷冻和辐照联合作用，可使辐照诱导的自由基产生量明显减少，从而引起的脂质氧化显著降低［37］。但3 kGy和7 kGy电子束辐照冷冻鸭肉，可使TBARS值随剂量的增加而增高，饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸含量降低［26］。这可能与鸭肉脂肪含量较高更易发生脂肪氧化有关。对于冷冻牛肉，电子束（3.0 kGy）或X射线（3.5 kGy）并不能诱发明显的脂质氧化［38］，但当剂量达到6 kGy、9 kGy均可使冻牛肉发生明显的脂质氧化［24］，提示随着照射剂量的增加，可能诱导更多自由基产生，从而发生明显的脂肪氧化。以上结果表明，在7 kGy作用后冷冻羊肉、虾肉脂肪氧化不显著，但对于脂肪含量较高的肉类，需要重点研究，并给出确切的耐受剂量。

4.4 电离辐射对冷冻肉类维生素、pH的影响

冷冻肉类食品除了蛋白质、脂肪主要成分外，食品中的维生素含量、pH水平也会对食品品质造成一定程度的影响。研究发现，辐照处理后的冷冻肉类食品中维生素A、E对辐射比较敏感。傅俊杰等［29］报道，10 kGy γ射线处理的冷冻海虾仁维生素A和维生素E含量分别下降了50%左右。另有研究发现，7 kGy电子束可使冷冻鸭肉的维生素A含量下降约30%，维生素E含量下降50%左右［26］；冷冻鱿鱼在10 kGy处理后维生素A和E的含量下降约35%。以上结果提示，冷冻肉类食品中维生素对辐射是很敏感的。

pH是判断肉品是否新鲜的一个重要指标，它与微生物和化学反应的情况息息相关，肉类食品中pH受到多种因素的影响：三磷酸腺苷的分解、肌糖元的分解、肌肉细胞的呼吸作用、肌肉蛋白质的降解以及产酸性微生物的生长等。多项研究表明，辐照加工对冷冻肉类pH无明显影响，9 kGy γ射线辐照对冷冻牛肉的pH没有显著影响［23］，冷冻鸭肉经7 kGy电子束作用后，pH也未发生显著变化［27］，这可能与低温降低了食品中微生物及代谢反应有关。

综上所述，采用不高于7 kGy的辐照剂量进行肉类消毒，并不会对大多数肉类品质产生显著的影响。但对于高于该剂量的辐照是否会引起食品品质发生显著变化，还需要针对不同类别的食品开展进一步的研究。

5 结语

辐照技术属于冷加工技术，不会引起冷冻肉类食品温度升高。冷冻肉类食品由于水分含量较低，可以通过减少辐照诱发的水分解所引起的潜在化学变化，最大限度地减少辐照对肉类食品的不良影响。因此，辐照加工冷冻肉类食品具有很好的应用前景。关于辐照对冷冻肉类食品品质的影响方面，已有的研究结果表明，一定剂量的辐照处理对冷冻肉类食品的品质影响较小。但各国批准的耐受剂量过于宽泛，需进一步细化明确不同种类冷冻肉类食品品质不受影响的剂量，使现有的冷冻肉类食品相关辐照标准进一步完善，为冷冻肉类食品辐照加工工艺制定提供参考。此外，随着近些年分子生物学的飞速发展，采用分子检测技术进行冷冻肉类食品品质变化方面的深入研究，将会使冷冻肉类食品辐照技术得到长远的发展。

作者贡献声明董娟聪负责起草论文、修订论文、审核论文；程娇负责文献调研与整理；党旭红负责文献调研与整王超理；王超负责参与论文修订；刘晓明负责参与论文修订、审核。