辐照对干辣椒杀菌效果及辣椒素和辣椒红素的影响

彭 玲 徐远芳 邓钢桥 毛青秀 张祺玲 李文革

(1.湖南省核农学与航天育种研究所，湖南长沙 410125;2.湖南金农生物资源股份有限公司，湖南长沙 410100)

辣椒(CapsicumannuumL.)属于茄科(Solanaceae)辣椒属(Capsicum)，分布广泛，是世界各国普遍栽培和食用的蔬菜和香料之一［1］。辣椒的果实具有温中散寒，开胃消食的功效，常用于治疗寒滞腹痛、呕吐、泻痢、冻疮［2］。辣椒中含有辣椒素、辣椒色素、维生素和矿物质等多种营养物质，主要生物活性成分辣椒素由辣椒素、二氢辣椒素、降二氢辣椒素、高辣椒素和高二氢辣椒素等组成，是辣椒呈辛辣感的主要成分，也是评估辣椒品质的重要指标［3，4］。辣椒素具有镇痛、抗癌、抗炎、抗氧化、抗肥胖以及降血压等生理作用［5，6］。辣椒红素是一种天然色素，主要包括辣椒红素、辣椒玉红素、玉米黄质以及β-胡萝卜素等，广泛应用于食品、医药及化妆品等领域［7，8］。

传统的辣椒加工方式存在一系列卫生问题。研究［9－11］表明，市售辣椒受微生物污染严重，其中主要的污染微生物种类是细菌、霉菌和大肠杆菌。El-Zawahary等［12］研究26种市售香料的卫生情况，结果表明辣椒中污染细菌最严重，主要的污染细菌为芽孢杆菌;Iqbala等［13］研究发现从辣椒中分离的曲霉属真菌主要为寄生真菌。因此，需对辣椒制品进行灭菌处理，通常的灭菌方法有高压蒸汽灭菌法、加热法和化学熏蒸法。由于辣椒的特殊性，高压蒸汽灭菌和加热会破坏其色、香、味;采用化学熏蒸又有化学物质残留，导致致癌危害和环境污染，而辐照灭菌则可以解决这些问题。1998年，中国批准实施了辐照香辛料类卫生标准 GB 14891.4—1997［14］，明确规定了辣椒等香辛料辐照的技术要求。本研究拟以市售干辣椒产品为研究对象，研究γ辐照对产品中污染微生物的杀菌效果以及对辣椒素和辣椒红素含量的影响，旨在为干辣椒的辐照杀菌工艺提供技术支持和理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

6种干辣椒样品(包括红辣椒粉、碎和整椒以及野山椒粉、碎和整椒)，购于长沙市马王堆大市场，采用透明聚乙烯(PE)塑料自封袋分装，每袋约50 g，用于辐照后样品中微生物、辣椒素以及辣椒红素含量的测定。

1.2 试剂与仪器

平板计数营养琼脂培养基、孟加拉红培养基:青岛海博生物技术有限公司;

月桂基硫酸盐胰蛋白胨(LST)肉汤、煌绿乳糖胆盐(BGLB):杭州微生物试剂有限公司;

辣椒素标准物质:纯度95%，美国Sigma公司;

二氢辣椒素标准物质:纯度90%，美国Sigma公司;

甲醇、四氢呋喃:色谱纯，天津市风船化学试剂科技有限公司;

丙酮:分析纯，国药集团化学试剂有限公司;

生物净化工作台:BCM-1000型，苏州净化设备有限公司;

立式压力蒸汽灭菌锅:DZX-30KBS型，上海申安医疗器械厂;

紫外可见分光光度计:UV-2450型，日本岛津公司;

电子天平:BL-220H型，日本Shimadzu公司;

电热恒温鼓风干燥箱:DGG-9140A型，苏州江东精密仪器有限公司;

高速万能粉碎机:FW-100型，天津市华鑫仪器厂;

超声波清洗器:KQ5200型，江苏省昆山市超声仪器有限公司;

高效液相色谱仪:Agilent1100型，美国Agilent公司。

1.3 辐照处理

辐照在湖南省核农学与航天育种研究所浏阳辐照中心进行，辐照源为60Co单板源，放射性活度为1.85×1016Bq。辣椒样品辐照剂量分别设 0，2，4，6，8，10 kGy，剂量率 0.18～0.26 Gy/s。将包装好的样品置于辐照装置上，采用动态连续辐照，辐照剂量以剂量计跟踪实测值为准。所用剂量计为实验室自制重铬酸银剂量计，经中国剂量科学院丙氨酸剂量计(NDAS)比对，剂量测定误差小于±3%。

1.4 试验方法

辐照结束后，立即测定红辣椒粉和野山椒粉中菌落总数和霉菌、酵母菌、大肠菌群数;辣椒碎和整椒经60℃烘干1 h后粉碎，所有样品均过60目孔径标准筛，然后分别测定过筛样品中辣椒素和辣椒红素的含量。

1.5 测定方法

1.5.1 辐照剂量的测定 按JJG 1028—91《使用重铬酸银剂量计测量γ射线水吸收剂量标准方法》执行。

1.5.2 微生物学检验

(1)细菌总数测定方法:按GB 4789.2—2010《食品安全国家标准 食品微生物学检验菌落总数测定》执行;

(2)霉菌和酵母菌测定方法:按GB 4789.15—2010《食品安全国家标准 食品微生物学检验—霉菌和酵母计数》执行;

(3)大肠杆菌测定方法:按GB 4789.3—2010《食品安全国家标准 食品微生物学检验—大肠杆菌计数》执行。

1.5.3 辣椒素的测定

(1)干辣椒样品溶液提取:准确称量2.5 g过筛后的干辣椒样品(精确至0.001 g)，加入到50 mL容量瓶中，用25 mL甲醇—四氢呋喃(1+1)混合溶剂溶解，用带针孔的保鲜膜封口，60℃水浴条件下用超声波清洗器提取10 min，重复2次。将3次过滤收集的滤液合并，用旋转蒸发仪浓缩至10 m L，然后用甲醇—四氢呋喃(1+1)混合溶剂定容至50 mL，经0.45 μm滤膜过滤后得到辣椒素提取液并进行色谱分析。

(2)色谱条件:色谱柱:Zorbax SB-C18(4.6 mm×250 mm，5μm);流动相:甲醇+水(65+35);进样量:10μL;流速:1 mL/min;紫外检测波长:280nm;柱温箱温度:30℃。

(3)辣椒素总含量的计算:按式(1)进行。

式中:

W——试样中辣椒素的总含量，mg/g;

C1、C2——分别为由标准曲线上查到的辣椒素和二氢辣椒素含量，μg/mL;

V——样品定容体积，mL;

m——样品质量，g;

0.9——辣椒素与二氢辣椒素折算为辣椒素类物质总量的系数［15］。

1.5.4 辣椒红素的测定 准确称取0.1 g待测样品(精确至0.000 1 g)，用丙酮溶解于100 mL容量瓶中，过滤。以丙酮为参比液，用分光光度计测定滤液在460 nm波长处吸光度(1 cm比色皿)，结果以1%被测试样，于1 cm比色皿中在460 nm处的吸光值表示［16］。

1.6 数据处理

采用Excel 2003和SPSS 19.0软件对数据进行分析处理，所有试验均重复3次。

2 结果与讨论

2.1 γ辐照对干辣椒粉的杀菌效果

红辣椒粉和野山椒粉分别经不同剂量γ辐照处理后，样品中菌落总数、霉菌数、酵母菌数以及大肠菌群数的检测结果见表1。由表1可知:γ辐照对两种干辣椒粉具有明显的杀菌效果，且随着辐照剂量的增加，辐照杀菌效果显著增强。当辐照剂量为3.89 kGy时，两种干辣椒粉中的菌落总数和霉菌数均降至初始含量的10%;当辐照剂量大于7.91 kGy时，即可分别使红辣椒粉和野山椒粉中污染微生物的菌落总数和霉菌数低于10 CFU/g。Alam等［10］研究发现采用5 kGy剂量辐照处理可完全杀灭市售干辣椒等香料中污染的霉菌和大肠菌群，10 kGy可使菌落总数低于检测水平，且经辐照处理后的香料在6个月内仍保持良好的卫生质量。Onyenekwe等［17］研究的结果表明，7.5 kGyγ辐照即可满足干红辣椒末和整椒真菌灭菌要求，10 kGy可达到完全灭菌效果。因此，10 kGy剂量γ辐照处理能有效杀灭干辣椒粉中的污染微生物，保证产品的卫生质量。此外，Iqbala等［13］通过研究发现6 kGyγ辐照处理能使辣椒中黄曲霉素的毒性降低1～2个对数值(α ＜0.05)。

表1 干辣椒粉辐照杀菌试验效果Table 1 The results of irradiation sterilization on dried powered chillies

2.2 微生物辐照杀菌D10值及理论辐照剂量

可以采用杀死一定份额初始菌含量的辐照剂量来评价微生物对辐照的敏感性，在实际操作中一般采用90%的致死率所需要的剂量来表示。通常采用D10值，即在特定条件下使微生物群体降低至10%所需的剂量。它是辐照杀菌中的一个重要指标，可以确定样品所需的理论辐照剂量。通常，微生物含量与辐照剂量之间遵循公式:

式中:

N0——初始菌落总数，CFU/g;

D——辐照剂量，kGy;

N——辐照后存活的微生物数，CFU/g［13］。

对表1中两种辣椒粉辐照杀菌的试验结果作lgN－D的线性拟合分析，得到拟合方程lgN=lgN0+kD的各项参数见表2。由表2可知，γ辐照对干红辣椒粉和野山椒粉中菌落总数的D10值分别为2.04，1.85 kGy，霉菌的D10值分别为2.84，1.96 kGy。分别使红辣椒粉和野山椒粉中菌落总数降低至10 CFU/g的理论辐照剂量分别为8.60，7.94 kGy，使其中霉菌数降低至10 CFU/g的理论辐照剂量分别为8.46，6.21 kGy。

2.3 γ辐照对干辣椒中辣椒素含量的影响

表2 γ辐照杀菌微生物的D10值Table 2 The D10 value of themicrobes by γirradiation sterilization

由表3可知，γ辐照对不同干辣椒样品中辣椒素含量的影响不同，γ辐照对红辣椒碎和野山椒碎中辣椒素的含量影响不显著(P＞0.05)，但会引起样品中辣椒素总含量增加。董丹等［18］研究了辐照杀菌对辣椒粉辣度的影响，结果表明辐照后样品中辣椒素类物质的含量出现了0.30%～9.06%的升高。Topuz等［19］通过辐照聚乙烯塑料袋包装的晒干和脱水红辣椒，研究发现样品中主要的辛辣成分辣椒素和二氢辣椒素含量随着辐照剂量的增大显著增加。γ辐照引起干辣椒中辣椒素含量增加的原因可能是γ射线作用于其中某些化学成分形成结构与辣椒素相似的辣椒素类物质，使辣椒素的总含量增加。0～3.89 kGy时，红辣椒粉和红辣椒整椒中辣椒素的含量随着辐照剂量的增大明显增加(P＜0.01)，但大于3.89 kGy时，随着辐照剂量增大则呈下降的趋势，10.08 kGy时显著低于对照样(P＜0.05);野山椒粉和野山椒整椒中辣椒素含量随着辐照剂量的增大呈先升后降的趋势，0～7.91 kGy时，γ辐照对两者中辣椒素含量影响不显著(P＞0.05)，当辐照剂量达到10.08 kGy时，对两者均有明显的影响(P＜0.05)，这与Farag等［20］研究发现辐照对辣椒中辣椒素含量有少量但显著性影响的结论相似。此外，Topuz等［19］研究还发现，辐照后的干红辣椒中辣椒素、二氢辣椒素和高二氢辣椒素的含量在贮藏期间会显著降低。引起辣椒素含量降低可能是由于辐射后效应，辐照过程中产生的不稳定辣椒素类物质发生分解，样品中辣椒素总含量减少。辐照前后干野山椒样品中辣椒素的含量均显著地高于干红辣椒样品。

表3 干辣椒辐照杀菌辣椒素分析结果Table 3 The analysis of capsaicin on dried chillies by irradiation sterilization /(mg·g－1)

表3 干辣椒辐照杀菌辣椒素分析结果Table 3 The analysis of capsaicin on dried chillies by irradiation sterilization /(mg·g－1)

用LSD和Duncan法进行多重比较分析，同一行不同小写字母表示组间差异极显著(P＜0.05)，不同大写字母表示组间差异显著(P＜0.01);同一列中试验组与对照组(CK)相比，*表示差异显著(P＜0.05)，＊＊表示差异极显著(P＜0.01)。

辐照剂量/kGy品名红辣椒粉 红辣椒碎 红辣椒整椒 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辐照对干辣椒中辣椒红素含量的影响

辣椒红素是成熟红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辐照对样品中辣椒红素的吸光度有明显的影响，且随着辐照剂量的增加，影响有增大的趋势。与对照组相比，红辣椒粉等5种样品中辣椒红素的吸光度随着辐照剂量的增大有下降的趋势(P＜0.05)。当辐照剂量为2.07 kGy时，6种样品中辣椒红的吸光度与对照组相比差异显著(P＜0.05)，且红辣椒整椒、野山椒粉、野山椒碎以及整椒达到极显著水平(P＜0.01)。Rico等［21］通过比较蒸气处理与γ射线辐照对干红辣椒理化性质的影响，结果发现γ射线辐照会引起样品中辣椒红素含量下降。Chatterjee等［22］通过研究发现10 kGy剂量γ辐照不会引起干红辣椒色彩强度明显的变化，但在贮藏期间，辐照后的红辣椒色彩强度值会显著(P≤0.05)的下降。γ辐照引起干辣椒中辣椒红素的含量下降，可能是由于γ射线的直接作用及其后效应破坏了干辣椒中部分敏感辣椒红素的化学结构，辣椒红素含量降低。γ辐照处理后红辣椒碎中辣椒红素的吸光度显著高于对照组，且与辐照剂量呈正相关关系。γ射线辐照引起红辣椒碎中辣椒红的含量显著增加，其机理还有待于进一步研究。因此，γ辐照对干辣椒中辣椒红素具有明显的影响。此外，辐照前后干红辣椒中辣椒红素的吸光值均显著地高于干野山椒(P＜0.01)。

表4 干辣椒辐照杀菌辣椒红分析结果Table 4 The analysis of capsanthin on dried chillies by irradiation sterilization

表4 干辣椒辐照杀菌辣椒红分析结果Table 4 The analysis of capsanthin on dried chillies by irradiation sterilization

用LSD和Duncan法进行多重比较分析，同行不同小写字母表示组间差异极显著(P＜0.05)，不同大写字母表示组间差异显著(P＜0.01);同一列中试验组与对照组(CK)相比，*表示差异显著(P＜0.05)，＊＊表示差异极显著(P＜0.01)。

辐照剂量/kGy品名红辣椒粉 红辣椒碎 红辣椒整椒 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 结论

食品辐照技术能有效控制干辣椒产品中污染微生物的含量，提高产品的卫生质量，控制食源性疾病的发生;同时，采用适宜的辐照工艺剂量不会对干辣椒的食用品质和商业价值产生明显的影响。1980年FAO/IAEA/WHO辐照食品卫生安全性联合专家委员会(JECFI)会议得出结论:“任何食品当其总体平均吸收剂量不超过10 kGy时没有毒理学危险，不要求做毒理学试验，同时在营养学和微生物学上也是安全的”。因此，可将食品辐照技术作为干辣椒产品卫生质量的关键控制点(CCP)，建议采用10 kGy以内剂量γ射线辐照干辣椒产品。

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