电子束辐照对冷鲜猪里脊肉风味的影响

石梦琦，冯涛，孔秋莲，戚文元，王亮*，宋诗清，姚凌云，孙敏，王化田

（1.新疆大学生命科学与技术学院，新疆 乌鲁木齐 830046；2.上海应用技术大学香料香精技术与工程学院，上海 201418；3.上海束能辐照技术有限公司，上海 201403；4.上海市农业科学院作物研究所，上海 201403）

辐照技术是一种用来延长货架期的新兴绿色加工保鲜技术。目前大多数食品利用传统热杀菌技术控制引起腐败的生理过程和消灭微生物，但热杀菌的高温条件会影响其外观和口感[1-2]，而辐照技术属于非热力食品加工技术，为满足人们对新鲜食品营养丰富、感官属性、安全性和延长货架期的需求，辐照技术可以对冷冻或冷鲜食品进行杀菌，并能保证更有效的储存，提高消费者满意度。特别是辐照处理肉品，不仅能减少肉品中大多数微生物，而且没有放射性污染以及化学残留[3-4]。辐照技术是利用钴-60和铯-137等放射源产生电离辐射进行杀菌，例如用X射线、γ射线或电子束辐射与物质相互作用后产生物理、化学和生物反应。相关研究显示，利用X射线辐照技术最好控制在5 MeV以下，高能电子束辐照最好控制在10 MeV以下[5]。

我国《辐射食品卫生管理办法》仅允许使用γ射线或电子束射线，而电子束辐照具有辐照效率高、可操作性强、对食品品质影响小的优点[6-7]。这与李新等[8]研究结果一致，该研究选用γ射线和10 MeV电子束两种辐照技术，对新鲜冷却猪后腿肉进行3 kGy辐照处理，第30天时样品中细菌总数小于10 cfu/g；γ射线辐照样品中过氧化值、硫代巴比妥酸值与挥发性风味物质含量均高于电子束辐照，表明相同剂量下电子束辐照杀菌效果较好。电子束辐照技术是由电子加速器产生电子束射线，利用高能脉冲直接作用破坏活体生物细胞内DNA或间接作用使小分子与水发生辐解，形成-OH、-H等活性自由基与核内物质作用发生交联反应[9]。研究表明，通过低剂量电子束辐照处理冷鲜猪肉能有效减少冷鲜肉中的微生物数量，1.25 kGy电子束辐照可以杀灭冷鲜猪肉中90%微生物，1.5 kGy及以上剂量辐照可以完全杀灭大肠菌群[10]。因此在肉类食品中微生物存活率与辐照剂量呈反比关系，并且辐照处理影响其脂肪和蛋白质的氧化。

目前市场上销售的肉包括热鲜肉、冷冻肉和冷鲜肉，冷鲜肉在营养、安全、口感等方面具有优势，并且不易发生交叉污染、安全性高，被视为传统热鲜肉和冷冻肉的替代品，因此冷鲜肉是生鲜肉发展的必然趋势[11]。虽然冷鲜肉已广泛销售，但也存在沙门氏菌等致病菌感染的安全隐患，而辐照处理能有效杀灭冷鲜肉中病原菌及寄生虫，保证其在储运和销售中的卫生安全。李新等[12]研究表明，2.4 kGy辐照处理真空包装的冷鲜肉察觉不到所产生的异味，能有效抑制脂肪氧化。

食品辐照作为一种冷杀菌技术，在影响肉类食品部分营养品质及色泽的同时，也会对风味产生影响。猪肉的风味由气味和滋味组成，其中滋味主要由滋味活性物质与味蕾接触产生，一般包括酸味、甜味、鲜味、咸味和苦味，气味主要体现为挥发性风味物质，挥发性风味物质是一类小分子，它是食品中最重要的感官质量指标之一[13]。猪肉风味的来源是蛋白质、脂肪、微量矿物质、碳水化合物和维生素等风味前体物质，其中起关键作用的主要是蛋白质与脂肪[14]。

里脊肉也称为背最长肌，与猪身其他部位相比，猪背最长肌中肌内脂肪含量低[15]，并且猪里脊肉作为肉食更美味，因此选用冷鲜猪里脊肉作为研究对象。食品辐照对易受到微生物攻击的产品进行杀菌是有效的，特别是对未经热处理销售的食品，如生家禽、肉类和海鲜等。由于冷鲜猪里脊肉的保质期有限且容易受到微生物污染，所以选用电子束辐照技术进行保鲜处理，为了确定适宜的剂量保证风味能达到良好的水平，需要对其进行分析研究。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

猪里脊肉：市售，用保温袋及冰袋运至实验室，于4℃冰箱中保存备用。

邻二氯苯（分析纯）：上海泰坦科技股份有限公司；三氯乙酸、二氯甲烷（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；C6～C30正构烷烃、17种氨基酸标准品（均为色谱纯）：美国Sigma公司。

1.2 仪器与设备

Heracles II快速气相电子鼻系统（MXT-5弱极性柱和MXT-1701中等极性柱、2个氢火焰离子化检测器）：法国阿尔法莫斯仪器公司；7890A-5975C气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）仪、1260型高效液相色谱仪：安捷伦科技（中国）有限公司；ASTREE电子舌、电子舌系统：法国Alpha M.O.S公司；SPME手动进样手柄（50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头）：美国Supelco公司；IS1020电子加速器：同方威视技术股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

将冷鲜猪里脊肉分装于聚乙烯自封袋中，每份肉样约50 g，每片肉厚度不超过1 cm，以备辐照处理。

1.3.2 辐照处理

将前处理后的肉样进行辐照处理，辐照能量为10 MeV，辐照剂量为 0、1、2、3、4 kGy，其中 0 kGy 为对照组。每一组辐照样品单包排列不重叠放置，保证辐照均匀，辐照完毕后立即置于4℃冰箱中贮藏备用。

1.3.3 气相色谱电子鼻分析

取适量的不同辐照剂量处理的肉样绞碎为肉糜，准确称取（2.00±0.02）g样品于20 mL顶空瓶中，加紧盖子密封待测，每个样品设置4个平行样。每4个平行样后放置一个空瓶，以降低样品间的误差。Heracles II系统内置两根不同的色谱柱，MXT-5为非极性色谱柱，MXT-1701为弱极性色谱柱，氢火焰离子化检测器为分析检测器。

1.3.4 电子舌分析

分别称取不同辐照剂量处理的猪肉样品（2.00±0.02）g，置于离心管中，加入25 mL蒸馏水，均质后超声5 min置于室温20℃中静置15 min，4℃条件下10 000 r/min离心10 min，取上清液过滤后用100 mL容量瓶收集滤液定容，每个样品取80 mL样液用电子舌检测，每个样品均做3次重复试验。

测量程序：依次用清洗液清洗90 s、两种参比液各清洗120 s，传感器位于平衡位置归零30 s，平衡后开始测试30 s；再次于两种参比液中清洗3 s后，传感器再放入新参比液中测试回味30 s。以此循环测试4次，除去第1次循环，以后面3次测试的平均数据作为结果。每次清洗、平衡和测试回味的液体均在不同样品杯中[16]。

1.3.5 游离氨基酸测定

分别称取辐照处理好的肉样（1.500±0.010）g，加入5%三氯乙酸溶液，均质后超声15 min于4℃冰箱中静置2 h，静置后在4℃条件下10 000 r/min离心10 min，取上清液5 mL并且调节pH值为2.0，然后定容至10 mL，摇匀后用0.22 μm水相滤膜过滤后待测。

色谱条件：色谱柱ODS Hypersil（250 mm×4.6 mm×5μm）、柱温40℃、进样量10μL、紫外检测波长338nm，脯氨酸为262 nm；流动相A：7.35 mmol/L乙酸钠∶三乙胺 ∶四氢呋喃=500∶0.12∶2.5（体积比），流动相 B：5 mmol/L乙酸钠 ∶甲醇 ∶乙腈（1∶2∶2，体积比），通过滴加5%醋酸溶液，将流动相的pH值调至7.2。通过17种氨基酸标准品的标准曲线，采用外标法对肉样游离氨基酸进行定量分析。

1.3.6 顶空-固相微萃取

将萃取头老化20 min后备用，称取辐照处理好的肉样（4.00±0.04）g（精确到 0.01 g）置于 20 mL 顶空瓶中并加入4 mL饱和氯化钠以及4 μm内标（100 mg/L邻二氯苯），用聚四氟乙烯隔垫盖密封置于40℃水浴锅中平衡10 min，再用萃取好的萃取头插入顶空瓶中萃取30 min，最后将萃取头拔出置于250℃的进样口解吸5 min。

经顶空-固相微萃取（headspace solid-phase microextraction，HS-SPME）提取的挥发性风味物质通过GCMS进行分析。

色谱条件：DB-Wax分析型熔融石英毛细管色谱柱和DB-5分析型熔融石英毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；高纯氦气作为载气，恒定流速为1.0 mL/min，采用无分流模式进样，起始温度为40℃，保持3 min，以3℃/min速度升温至140℃保持6 min，以5℃/min速度升温至230℃保持8 min。

质谱条件：电离方式为电子轰击电离（electron impact，EI），电子轰击能量为 70 eV，采用全扫描模式采集信号，扫描范围为35 amu～350 amu，离子源温度为230℃。

1.3.7 挥发性物质定性方法

根据标准正构烷烃（C6～C20）在相同GC-MS检测条件下的保留时间，采用Kovats法计算挥发性物质保留指数（retention index，RI），计算公式如下。

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

式中：RIx、tx分别为待测化合物的保留指数和保留时间，min；tn、tn+1分别为碳原子数为n和n+1正构烷烃的保留时间，min；Z为未知化合物的正构烷烃的碳原子数。

1.3.8 挥发性物质的定量方法

用内标法进行定量，内标物为邻二氯苯，计算公式如下。

1.4 数据处理

采用软件AlphaSoft进行主成分分析，其他数据采用软件SPSS 19.0分析。

定性方法通过NIST 11谱库比对不同出峰时间化合物的质谱图，选择匹配度大于80（最大匹配度为100），并结合人工解谱，确定该化合物的鉴定结果。

2 结果与分析

2.1 电子鼻分析结果

不同辐照剂量的猪里脊肉电子鼻主成分分析（principal component analysis，PCA）见图1。不同辐照剂量的猪里脊肉进行电子鼻判别因子分析（discriminant factor analysis，DFA）见图 2。

图1 不同剂量辐照处理的猪里脊肉电子鼻主成分分析Fig.1 Principal component analysis diagram of electronic nose of pork tenderloin irradiated at different doses

图2 不同剂量辐照处理的猪里脊肉电子鼻判别因子分析Fig.2 Discriminant factors of the electronic nose of pork tenderloin irradiated at different doses

由图1可知，PC1方差贡献率为59.393%，PC2方差贡献率为27.866%，累计方差贡献率为87.259%，即主成分可以代表所测样品中气味数据中的绝大部分信息。在PCA图中，横坐标距离越近，代表两样品间挥发性物质差异越小，因PC2贡献率较小，即使纵坐标距离相差较远，也可视为两样品间不存在明显差异。识别指数（discrimination index，DI）值能体现不同样品挥发性风味物质轮廓的区分度，绝对值越大则样品间重叠程度越大，表明样品信息越接近，图1中DI值为70，3 kGy和4 kGy样品有重叠部分，有聚类趋势，说明两种剂量辐照处理的猪里脊肉挥发性风味物质成分较接近；未辐照（0 kGy）样品与2、1 kGy样品有距离，说明电子鼻很好地区分了不同剂量辐照的猪里脊肉样品，它们在嗅感上存在明显差别，同时2 kGy样品距离未辐照样品（0 kGy）最近，说明其挥发性风味物质最接近未辐照样品。

由图2可知，横、纵坐标分别对应第1、2线性判别函数的判别效率DF1和DF2。两线性判别函数的累计判别效率为97.312%，表明使用DFA可以区分不同辐照剂量处理的猪里脊肉样品。图2中不同剂量辐照的样品横坐标存在明显差异，说明电子束辐照处理后猪里脊肉风味发生变化，不同辐照剂量对猪里脊肉挥发性风味物质产生影响，经过2 kGy辐照处理的肉样挥发性风味物质成分能够更好地维持其原有的挥发性风味，与PCA分析结果相同。

2.2 电子舌分析结果

以参比溶液为基准的不同剂量辐照的猪里脊肉电子舌味觉雷达图见图3。

图3 以参比溶液为基准的不同剂量辐照的猪里脊肉电子舌味觉雷达Fig.3 Taste radar map of electronic tongue of pork tenderloin irradiated at different doses based on the reference solution

电子舌所用的TS5000Z味觉分析系统将传感器输出的电势值转换为味觉信息，电子舌分析显示的雷达图能客观具体表明各样品之间的味觉差异，若低于一个单位则感知不到其味觉变化[17-19]。由图3可知，除了丰富度、鲜味、涩味回味，其他味觉指标均呈现不同程度的差异。其中酸味最大的为0 kGy肉样；甜味最大的是样品1 kGy肉样，其与未辐照处理的样品0 kGy肉样有一定差异；苦味中1kGy肉样最苦，而未辐照0 kGy肉样苦味最小；2 kGy有较大的苦味回味。

2.3 游离氨基酸分析

不同剂量辐照处理的猪里脊肉游离氨基酸组成见表1。

表1 不同剂量辐照处理的猪里脊肉游离氨基酸组成Table 1 Free amino acid composition of pork tenderloin irradiated at different doses

由表1可知，游离氨基酸含量不同可以体现出不同剂量电子束辐照猪里脊肉的呈味差异。1、2、3、4 kGy辐照样品游离氨基酸总含量均低于对照组0 kGy样品（408.61 mg/100 g）。辐照处理后的样品中亮氨酸、异亮氨酸、酪氨酸、蛋氨酸、丝氨酸含量下降，表明带有支链的氨基酸（亮氨酸、异亮氨酸）、含硫氨基酸（蛋氨酸）以及含有醇羟基的氨基酸（丝氨酸、酪氨酸），辐照处理对其均产生影响。基于此结果，可能辐照后游离氨基酸减少与氨基酸结构有关，辐照对含硫氨基酸分子中的硫原子、丝氨酸分子中的羟基有影响。研究证明，辐照可以使肉类食品中含硫氨基酸发生降解反应，因此有含硫水溶性化合物产生，被视为“辐照异味”[20]。

Ahn等[21]对氨基酸进行辐照处理，结果表明辐照使脂肪中的含硫氨基酸亮氨酸、异亮氨酸等进行Strecker降解反应，产生2-甲基-丁醛、3-甲基-丁醛以及2-甲基丙醛；其次，辐照处理使丝氨酸和苏氨酸这两种羟基氨基酸产生大量乙醛和丙醛。同时，表1的辐照样品中氨基酸含量变化与蛋白质水解也有关，不同剂量电子束辐照处理冷鲜猪里脊肉后，虽有小部分氨基酸含量增加，但辐照后大多数游离氨基酸含量产生不同程度的下降，这是由于辐照处理使电离水溶液产生自由基，进而攻击蛋白质中的多肽链使之断裂，导致各类氨基酸含量发生改变，但由于不同氨基酸的结构及其对电子束敏感程度不同，所以辐照对不同氨基酸的影响程度不同，氨基酸含量下降程度也不同[22-23]。同时4 kGy剂量样品中游离氨基酸的含量与未辐照样品相比也在减少，表明4 kGy辐照剂量不足以使猪里脊肉中的蛋白质彻底水解形成氨基酸。

2.4 不同辐照剂量处理的猪里脊肉挥发性成分分析

不同辐照剂量处理的猪里脊肉挥发性成分分析见表2。

表2 不同剂量辐照处理的猪里脊肉挥发性成分分析Table 2 Volatile components of pork tenderloin irradiated at different doses

采用SPME方法提取猪肉样品中挥发性风味物质，借助GC分离技术、MS和保留指数方法，结合内标半定量分析法对待测样品进行分析。如表2所示，SPME提取的挥发性风味物质中未辐照样品中只有5种化合物，而电子束辐照样品中挥发性风味化合物种类达到16种，相比未辐照样品，经辐照处理的猪里脊肉挥发性风味化合物呈现不同程度的变化，特别是1、2、3 kGy样品中挥发性风味物质较多，这可能是辐照处理诱导脂肪氧化和蛋白质降解。其中醛类、酮类、醇类物质增加，可能是辐照诱发自由基链式反应，脂肪酸经辐照处理后碳原子间的单键容易断裂产生烷烃化合物，经过次级反应后转化为烯烃化合物，同时生成自由基和过氧化物、氢过氧化物分解而生成醛、酮等化合物[23-24]。其中有2个含氮、硫化合物，可能是辐照处理猪里脊肉后部分蛋白质中氨基酸分解形成的含硫化合物。

3 结论

通过1、2、3、4 kGy不同剂量电子束辐照处理冷鲜猪里脊肉，采用不同方法对其风味进行研究，结果显示电子束辐照对冷鲜猪里脊肉风味产生影响。电子鼻结果显示2 kGy样品挥发性风味物质成分能够更好地维持其原有的风味；辐照处理使猪里脊肉在电子舌味感上的酸味、甜味、苦味和苦味回味有变化，说明对其非挥发性风味物质有影响；辐照处理后游离氨基酸总量下降，但辐照剂量增加不同味感的氨基酸含量变化不同，同时也受氨基酸结构的影响，因此天冬氨酸含量随辐照剂量的增加而下降，呈甜味的丙氨酸含量随辐照剂量增加变化不明显；GC-MS结果显示辐照处理后猪里脊肉挥发性风味物质增加，这是由脂肪氧化和蛋白质降解所产生；而辐照异味的产生是由于蛋白质中部分氨基酸的氧化分解以及自由基反应。