不同剂量率60Co源与电子加速器对草鱼辐照保鲜效果影响

白 婵,耿胜荣,徐 晨,张小燕,熊光权,鉏晓艳,饶丹华,李 新,李海蓝,廖 涛

(湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所/湖北省农产品辐照工程技术研究中心,湖北武汉 430064)

不同剂量率60Co源与电子加速器对草鱼辐照保鲜效果影响

白 婵,耿胜荣,徐 晨,张小燕,熊光权,鉏晓艳,饶丹华,李 新,李海蓝,廖 涛*

(湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所/湖北省农产品辐照工程技术研究中心,湖北武汉 430064)

为研究相同剂量下不同辐照剂量率对草鱼贮藏品质的影响,用不同剂量率的60Co-γ射线和电子加速器产生的高能电子束分别对真空包装后的草鱼鲜鱼块进行辐照处理,置于(4±0.5) ℃条件下的冰箱中贮藏,每隔3 d对草鱼块进行理化指标(TVB-N值、pH、K值)、微生物指标(菌落总数)与感官评价等测定。结果表明:草鱼鱼块的pH随贮藏时间延长均表现为先下降后上升。随着辐照剂量率升高,鱼块的TVB-N值和菌落总数增长趋势减缓。在4 ℃下,电子束辐照结合真空包装处理的鱼块,分别在第27 d和21 d达到TVB-N值(20 mg/100 g)和菌落总数的限值(5 log10CFU/g),但其对于草鱼块的K值抑制效果较差,在第9 d时感官评价值为3.01;高剂量率Co源辐照分别在第21 d和20 d达到TVB-N值和菌落总数的限值,同时对K值有较好的抑制效果,在第9 d时,其感官评价值为3.51,高于其他处理方式。综合各项指标,高剂量率钴源辐照下草鱼鱼块表现出最佳的贮藏效果。

草鱼,辐照,保鲜,60Co-γ射线,电子加速器

草鱼(Ctenopharyngodon idellus)是中国四大家鱼之一,其特点是鲜嫩肥美、营养价值高、繁殖快及养殖成本低,深受广大消费者喜爱[1-2]。然而,草鱼肉中水分、蛋白质与脂类含量较高,极易腐败变质[3-4],造成食用价值降低,对其商业化发展也造成阻碍[5]。因此寻求一种有效的草鱼保鲜技术,延长其货架期现已成为亟待解决的关键问题。水产品的传统保鲜方式主要有食盐腌制[6]、烟熏与茶多酚浸渍[7]等,但可能会对其品质产生负面影响,如亚硝酸盐与肉类中的第二级胺结合生成亚硝胺,此物为致癌物质,所以其用量有限制[8],而茶多酚是一种结构复杂的混合物,自身会发生氧化而产生具有较强氧化性的物质和新的自由基,影响水产品的贮藏[9]。食品辐照技术作为一种新型灭菌保鲜技术,现已得到多个国家的认可[10]。辐照技术主要应用的辐照源包括X射线、γ射线和高能电子束等,通过高能射线来杀灭微生物并抑制水产品肌肉中本身的生化反应[11-12]。用60Coγ射线穿透性强,几乎适用于包括肉类、虾仁与大蒜等大部分食品的辐照处理,已进入商业化生产应用,取得明显效益[13-14]。近年来,电子束辐照技术的应用也备受关注,与传统加热处理方式相比,电子束辐照能显著降低蜡状芽孢杆菌的比生长速率,延长鱼肉的货架期[15],相关文献表明,电子束辐照能减少熏制三文鱼样品的初始嗜常温菌数[16]。电子束辐照处理加工时间短、效率高以及没有化学残留,更加可控,安全[17]。

目前,研究不同辐照源及辐照剂量率对草鱼生鲜鱼片的影响鲜见报道。本文主要利用60Co和电子束两种辐照源,按照不同剂量率(电子加速器、高剂量率钴源和低剂量率钴源)在(4±0.5) ℃冷藏条件下,结合真空包装对草鱼鲜鱼块进行辐照,每隔3 d为一个周期,通过理化指标(TVB-N值、pH、K值)、微生物指标(菌落总数)与感官评价等测定,以评价其对冷藏草鱼片品质变化的影响,由此得出最优、最有效的辐照处理方式,延长草鱼的冷藏货架期。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

草鱼 大小规格基本一致的鲜活鱼,每条鱼的质量为(2000±100) g,均购于武汉市马湖武商量贩商场,以保证实验所用原料处于相同的初始状态；高氯酸(分析纯),氢氧化钠(分析纯),氧化镁(分析纯),硼酸(分析纯),硫酸(98%),甲基红,次甲基蓝,盐酸等 上海国药集团化学试剂有限公司等。

低剂量率60Co-γ辐照源(活度:1.1×1016Bq,平均剂量率33 Gy/min) 湖北辐照实验中心;高剂量率60Co-γ辐照源(装源量5.92×1016Bq,平均剂量率600 Gy/min) 武汉中金辐照公司;高频高压电子加速器(射线能量10 MeV,功率20 kW,平均剂量率300 kGy/min) 武汉爱邦高能技术公司;LC-20AT型高效液相色谱 日本岛津公司;HITACHI CF-15R型高速冷冻离心机 天美中国科学仪器有限公司;GB-1000型全自动真空包装机 康贝特食品包装器械有限公司;FE20型pH计 武汉永盛科技有限公司;101-0ES101-0EBS型恒温培养箱 北京市永光明医疗仪器有限公司。

1.2 原料处理

活鱼急杀后去头、剥皮、去内脏、除刺,用去离子水清洗后得到新鲜无刺的草鱼胴体,用去离子无菌高纯水将草鱼胴体洗净,水沥干,进一步切块。取鱼背切成重25 g的鱼块,每3块一组用聚乙烯包装袋真空包装,然后贮藏于(4±0.5) ℃冰箱中待用。

1.3 样品辐照

将分组后的草鱼鱼块在恒温(4±0.5) ℃冰盒中保存,2 h内运往湖北辐照实验中心、武汉中金辐照公司与武汉爱邦高能技术公司进行不同剂量率的辐照加工处理。辐照过程中,草鱼样品置于敞口铁盘中,保持(4±0.5) ℃下由传送带运输进行6 kGy辐照。辐照前,分别在样品的顶部和底部放置两份剂量跟踪计以检测实际辐照剂量,测得辐照剂量分别为6.31、6.04、5.50 kGy。辐照完成后,样品在恒温(4±0.5) ℃冰盒冷藏下,2 h内运回实验室,放置于(4±0.5) ℃冰箱中贮藏,每隔3 d取样检测。所有样品均重复三次。

1.4 实验方法

1.4.1 总挥发性盐基总氮(TVB-N值) 依照GB/T5009.44-2003中的微量扩散法测定[18]。原料选取10 g的草鱼样品,最终用准确标定的0.01 mol/L的稀盐酸进行滴定。TVB-N(mg/100 g)的含量用消耗稀盐酸的体积(V)和稀盐酸的浓度(C)来计算:

TVB-N(mg/100 g)=(V×C×14×100)/10

式(1)

1.4.2 pH测定 称取2 g鱼肉与20 mL超纯水均质后离心,用校准后的pH计测定样品上清液的pH。

1.4.3 K值

1.4.3.1 腺苷三磷酸(ATP)关联物提取 实验采用万建荣提取法[19-20],称取2 g打碎的草鱼肉,加高氯酸匀浆混匀,离心后取上清液;沉淀物用高氯酸洗涤后,8000 r/min离心,合并上清液,调节pH至6.0～6.4,用高氯酸定容至50 mL,过滤,贮存于-20 ℃冰箱待测。

1.4.3.2 ATP关联物的高效液相色谱(HPLC)检测 HPLC条件为,色谱柱,C18柱(250 mm×4.6 mm),采用pH6.8的0.05 mol/L磷酸缓冲液平衡洗脱;样品进样量20 μL,流速1 mL/min,柱温30 ℃,检测波长254 nm。

K(%)=[(WHxR+WHx)/(WATP+WADP+WAMP+WIMP+WHxR+WHx)]×100

式(2)

其中:WHxr、WHx、WATP、WADP、WAMP、WIMP分别为次黄嘌呤核苷、次黄嘌呤、腺苷三磷酸、腺苷二磷酸、腺苷一磷酸和肌苷酸的质量分数,mg/g。

1.4.4 菌落总数 采用平板计数法进行测定[21]。无菌条件下,用无菌剪刀将25 g草鱼肉剪碎,与225 mL 0.85%无菌的生理盐水置于无菌锥形瓶中(内含玻璃珠),充分混匀进而混成1∶10的均匀溶液。然后,用9 mL无菌的生理盐水进行梯度稀释处理,最后从中选取合理的稀释梯度,测定其菌落总数[22]。微生物培养温度为37 ℃,培养时间为48 h。

表1 草鱼片感官评定标准

1.4.5 感官分析 按杨文鸽等[23]法略作修改。评定人员由经过专门培训的8名人员组成。根据评分小组对其敏感程度,确定气味、色泽、外观和质地每项权重分别为0.4、0.3、0.2和0.1,计算加权平均分。对鱼肉的感官品质分5个等级(好、较好、一般、较差、差)依次打分,5分最高,1分最差,分值越低,表明其质量越差。当样品腥味浓重,外表黏液浑浊,肌肉组织质地疏松缺乏弹性时,评定为已发生腐败,不再继续评分,具体如表1所示。

1.5 数据分析

所有数据均以平均值±方差(Mean±SD)表示,数据采用SAS 8.0(SAS Institute Inc.,Cary,NC,USA)统计分析软件进行数据分析,并用Origin 8.0进行作图。

2 结果与分析

2.1 不同辐照剂量率对鱼肉TVB-N值的影响

挥发性盐基氮(TVB-N)是表征鱼类产品微生物腐败程度的一个重要指标,主要源于微生物的增长和内源酶的作用,使蛋白质降解,促使氨、刺激产物、胺类和非蛋白含氮化合物的产生[27-28]。TVB-N值与细菌繁殖及蛋白质分解密切相关,低温贮藏不能长期抑制细菌生长,随着贮藏时间的增长,鱼肉处于自溶后阶段。根据GB2733的规定,TVB-N的限量标准:淡水鱼、虾≤20 mg/100 g,海水鱼、虾≤30 mg/100 g。鱼类产品中,良好的产品品质TVB-N值一般在15～20 mg/100 g。TVB-N值超过50 mg/100 g时,鱼类产品会发臭,质构劣化,水分流失,丧失食用价值[29]。

由图1可知,贮藏初期,样品的TVB-N值为10.65～11.59 mg/100 g。然而,对照组样品随着贮藏时间的延长,其TVB-N值迅速升高,至第6 d时已接近20 mg/100 g,第9 d时更达21.24 mg/100 g,超过限值(20 mg/100 g),对照实验结束。而低剂量率钴源,高剂量率钴源和电子加速器辐照的样品在9 d时TVB-N值分别为16.74,15.18,14.64 mg/100 g,远低于限值。其中,低剂量率钴源辐照样品在第12 d时,TVB-N值接近限值,到15 d时达23.10 mg/100 g,超出限值,实验结束。高剂量率钴源辐照样品在第18 d时接近限值,第21 d时达21.32 mg/100 g,也超出规定值,实验结束。与对照相比,电子束辐照结合真空包装处理可以显著地(p<0.05)影响草鱼块的TVB-N值,其辐照剂量率更大,相对应的辐照样品TVB-N值增长缓慢,到第24 d时为18.99 mg/100 g,仍在限值以内,直到第27 d时,才超出了限值范围。

图1 不同辐照剂量率对草鱼总挥发性盐基氮(TVB-N)变化的影响Fig.1 Total volatile basic nitrogen(TVB-N)contents of grass carp fillets irradiated at different dosage rates

因此,60Coγ射线和电子束辐照均能抑制草鱼鲜鱼TVB-N值的增长。在相同的辐照剂量下,电子束辐照下样品的TVB-N值增长速率最小,强于60Coγ射线,而同是钴源辐照,高剂量率钴源辐照下,TVB-N值增长速率较小。这与辐照源的能量有关,能量越高,对TVB-N的抑制效果越明显。

2.2 不同辐照剂量率对鱼肉pH的影响

有学者研究表明,pH在初始时下降是由于样品吸收了CO2所导致的[21,24-25]。也有文献表明是鱼肉中的糖原因为无氧降解而产生乳酸,以及磷酸肌酸和ATP分解产生的磷酸,使pH下降[26];随着贮藏时间延长,pH不断升高可能归因于生物大分子尤其是蛋白质的分解,由于细菌使之腐败而产生碱性胺类[30]。

由图2可知,随着贮藏时间的延长,pH由6.62～6.87变至6.95～7.36。总体来看,pH在实验周期内,先有小幅度的降低,然后一直升高,直到实验结束。对照组的初始的pH为6.62,在第3 d降至6.39,然后开始上升,第9 d时达6.95,接近中性,而其他相关指标如TVB-N值在9 d时已超过限值,对照组实验结束。低剂量率钴源辐照组,高剂量率钴源辐照组及电子加速器辐照组的初始pH分别为6.75,6.87和6.71,分别在第3 d,第6 d和3 d降至最低值,第15 d时,pH分别达6.72,6.71和6.96。此外,60Coγ射线辐照的两组样品pH间无明显差别,电子束辐照能使样品的pH增长速度快于钴源辐照组样品,这可能与电子束的能量高于60Coγ射线,对鱼肉的蛋白质造成破坏有关。

图2 不同辐照剂量率对草鱼pH变化的影响Fig.2 pH of grass carp fillets irradiated at different dosage rates

2.3 不同辐照剂量率对鱼肉K值的影响

ATP分解过程中,产物HxR和Hx量的和与ATP关联总量的比值,即为鲜度指标K,K值越小表示鲜度越好。

如图3所示为6种标准化合物ATP、IMP、ADP、Hx、AMP、HxR的高效液相色谱图。ATP及其关联物在本色谱条件下40 min内得到有效分离,且重现性好。

图3 6种标准化合物标准样品色谱图Fig.3 The chromatogram figure of six standard samples注:ATP,腺苷三磷酸;IMP,肌苷酸;ADP,腺苷二磷酸;Hx,次黄嘌呤;AMP,腺苷一磷酸;HxR,次黄嘌呤核苷。

由图4可知,不同辐照源处理样品的K值均随时间的延长而增加。对照组的K值由初始的10.32%迅速增至第6 d的96.40%,已经完全腐败,对照实验结束。高剂量率钴源辐照组K值初始值为4.88%,第6 d时达71.01%,其后K值缓慢增加,第21 d时达81.55%。低剂量率钴源辐照组K值初始值为6.49%,第9 d时达90.60%,之后K值变化不大。电子束辐照K值初始值为7.58%,6 d时达到85.30%,之后缓慢增加,到12 d时达到最大94.01%,之后略有下降,整体趋势趋于平缓。因此,辐照处理可显著抑制鲜度指标K值的增长,尤其是高剂量率钴源辐照下,可明显延长鱼肉的贮藏期。贮藏前期,对K值抑制效果由高到低分别为高剂量率钴源>低剂量率钴源>电子加速器,而在后期,三者的影响无明显差异,且后期K值表明鱼肉样品已腐败。因此,高剂量率钴源辐照对草鱼保鲜更有益。

图4 不同辐照剂量率对草鱼鲜度K值的影响Fig.4 Changes of K value of grass carp fillets irradiated at different dosage rates

2.4 不同辐照剂量率对鱼肉菌落总数的影响

鱼肉中的细菌总数是评价其肉质好坏与货架期长短的重要鲜度指标之一。现有研究指出,生鱼肉中细菌总数达到5 log10CFU/g以上时,即达到其可食用的上限[31]。

由图5可知,辐照组样品的菌落总数(log10CFU/g)受辐照剂量率影响明显,对照组样品中的TVC明显高于辐照处理组样品。其中,对照组样品中,其TVC由2.5 log10CFU/g快速增至第6 d时的5.1 log10CFU/g,至第9 d,其细菌总数已不可计数,鱼肉严重腐败,对照实验结束。在低剂量率钴源辐照组样品中,其TVC由第0 d的1.65 log10CFU/g增至第18 d 4.9 log10CFU/g,其在第21 d 时达到6.0 log10CFU/g,超过限值,实验结束。高剂量率钴源辐照组由第0 d的1.2 log10CFU/g增至第18 d的4.7 log10CFU/g,其在第21 d时达6.3 log10CFU/g,超过限值。对于电子加速器辐照组样品,第0 d时,检测到其TVC为1.0 log10CFU/g,其在第21 d时达4.9 log10CFU/g,第24 d时,达5.45 log10CFU/g,超过限值,实验结束。

图5 不同辐照剂量率对草鱼菌落总数变化的影响Fig.5 Total viable count(TVC)of grass carp fillets irradiated at different dosage rates

因此,辐照可明显抑制鱼肉中微生物的生长,对于钴源辐照,相同剂量下,低剂量率与高剂量率钴源对TVC的影响没有显著差异。与对照组相比,其都对细菌有较好的抑制效果。对于电子束辐照,其对细菌的抑制效果明显优于钴源辐照,对鱼肉的保鲜期有显著延长作用,说明电子束辐照能够有效抑制细菌的增长,且延长其货架期。文献报道电子束辐照结合真空包装对鲤鱼、武昌鱼等产品有很好的微生物抑制效果[32-33],对美国红鱼进行辐照处理也可有效减缓菌落增长的速度[34]。

2.5 不同辐照剂量率对感官品质分析

感官分值对所有食品来说,都是极其重要的一项指标,因为感官评价很大程度上直接决定了消费者的消费行为[35]。

由图6可知,对照组和辐照组在实验初始的0 d时,都有较高的感官评价值,介于4.72～5.00。随着贮藏时间推移,对照组和辐照组鱼块样品感官评分值均在下降,但对照组下降的速率更快,其在第9 d时即降至1.22,表现为有较强的腥臭味,肌肉切面无光泽,表面发黏,有明显塌陷,肌肉组织松散无弹性,空白对照实验结束。而第9 d时低剂量率钴源,高剂量率钴源和电子加速器三种辐照源辐照下的样品,其感官评价值分别为2.78,3.51和3.01,感官评价下降速率由高至低分别为,对照组>低剂量率钴源>电子加速器>高剂量率钴源。电子加速器辐照下的样品,24 d时感官值达1.11,此时其他指标如细菌总数已超出限值,实验结束。不同辐照剂量率下,样品的感官分值均随时间延长而降低,而对照组鱼肉的感官得分下降更快。贮藏过程中感官分值下降主要是由于微生物总数的上升、脂肪酸破坏以及蛋白质的降解引起的鱼肉表面发黏,肌肉组织松散以及氨臭味产生[36]。一定程度的高剂量率有助于延缓感官评分值的降低,然而剂量率过高,会造成严重“辐照味”或者“金属味”的产生,对感官评价造成影响,使感官评分值大打折扣。电子加速器辐照可能由于能量太大,草鱼肉会有一定的“辐照味”产生,感官得分要低于高剂量率钴源辐照的样品[37]。

图6 不同辐照剂量率对草鱼感官评价的影响Fig.6 Sensory attributes of grass carp fillets irradiated at different dosage rates

3 结论

60Coγ射线与电子束辐照处理都能有效阻止鱼片中TVB-N值的增长,而辐照源剂量率越大,抑制腐败的效果越明显,电子束辐照对TVB-N值的抑制效果强于钴源辐照。辐照可显著抑制鱼肉中微生物的生长,辐照剂量率越高,抑制效果越明显,电子加速器辐照能有效抑制细菌的增长而延长草鱼的货架期。鱼肉的鲜度指标K值和感官评价方面,高剂量率钴源辐照优于电子加速器。从鱼肉的贮藏品质考虑,电子束辐照对于抑制微生物,防止鱼肉腐败方面有优势;从生理生化品质和消费者感官评价等角度考虑,高剂量率钴源有较高优越性。

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Effects of60Coγ-ray with different dosage rates and high energy beam on the fresh-keeping of grass carp

BAI Chan,GENG Sheng-rong,XU Chen,ZHANG Xiao-yan,XIONG Guang-quan, ZU Xiao-yan,RAO Dan-hua,LI Xin,LI Hai-lan,LIAO Tao*

(Institute of Agro-Products Processing and Nuclear-Agricultural Technology,Hubei Academy of Agricultural Sciences/Hubei Engineering Research Center for Farm Products Irradiation,Wuhan 430064,China)

The effects of irradiation dosage rate(the electron beam,high-dose-rate60Coγ-ray irradiation,low-dose-rate60Coγ-ray irradiation and the control,rating in descending order)and vacuum packaging on fresh-keeping of grass carp fillets stored at(4±0.5) ℃ were evaluated basing on physicochemical indexes including Total volatile base nitrogen(TVB-N),pH and K value,microbiological indicator(Total viable counts(TVC))and sensory evaluation. The results showed that the pH increased at first,then decreased with the storage time. The growth trend of TVB-N and TVC were slowed down as the increase of the irradiation dosage rate. The samples irradiated by electron beam exceeded the TVB-N(20 mg/100 g)and TVC limits(5 log10CFU/g)in 27 d and 21 d,respectively,and the sensory evaluation value was 3.01 in 9 d. However,electron beam irradiation had little inhibiting effect on the increase of K value. The grass carp fillets irradiated by high-dose-rate60Coγ-ray reached the limits of TVB-N and TVC in 21 d and 20 d,respectively,and the sensory evaluation value was 3.51 in 9 d. The K value could be well repressed by the irradiation of60Coγ-ray. The study showed that high-dose-rate60Coγ-ray irradiation was the best choice for fresh-keeping of grass carp fillets after comprehensive evaluation.

grass carp;irradiation;fresh-keeping;60Coγ-ray;electron accelerator

2016-10-01

白婵(1990-),女，硕士，研究实习员，研究方向：水产品贮藏与加工及副产物综合利用，E-mail:baichan09@163.com。

*通讯作者:廖涛(1979-),男，博士，副研究员，研究方向：水产品加工与安全，E-mail：17418431@qq.com。

湖北省重大科技创新计划项目(2015ABA038)；湖北省农业科技创新中心项目(2016-620-000-001-036)资助。

TS254.1

A

1002-0306(2017)09-0333-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.09.056