电子束辐照对三种香辛料的杀菌效果及香气成分的影响

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(1.广东食品药品职业学院,广东广州 510520;2.华南农业大学食品学院,广东广州 510642)

电子束辐照对三种香辛料的杀菌效果及香气成分的影响

李燕杰1,黄佳佳1,东方1,苏新国1,杜冰2

(1.广东食品药品职业学院,广东广州 510520;2.华南农业大学食品学院,广东广州 510642)

研究了电子束辐照对八角、桂皮、花椒三种香辛料的杀菌效果及对其色泽、香气成分的影响,实验结果表明:0～15 kGy剂量的电子束辐照对三种香辛料均有良好的杀菌效果,能延长香辛料的保鲜期,且不影响香辛料的色泽及口感,综合顶空固相微萃取及气质联用技术测定其香气成分实验结果,确定八角、桂皮、花椒辐照杀菌的适宜剂量分别为6、6、9 kGy。

香辛料,电子束辐照,杀菌,香气成分

香辛料是指可用于各类食品加香调味,能赋予食物以香、辛、辣等风味,并有增进食欲作用的植物性物质总称[1-2]。中国是最早使用香辛料的国家之一,最古老的香辛料花椒在中国也有1500年以上的种植和使用史[3-4],它们不仅可以改善食品的品质而且还可以入药,但在其生产、加工、储藏、销售、食用等过程中,成品或半成品微生物超标是香辛料加工和应用中面临的主要问题[5-6],李姣等通过对孜然粉、麻花椒粉、辣椒粉、小茴香粉和姜粉的微生物污染情况调查结果表明是受大肠菌群污染严重,高达4.11×106MPN/100 g[7-8]。因此,研究香辛料灭菌技术,对提高香辛料安全性具有重要意义。

辐照技术是近年来发展很快的一种非热力加工新技术,它是利用电离辐射(主要是指Co-60γ射线加速器产生的电子束或射线)与物质的相互作用所产生的物理、化学和生物效应,对物质或食品进行加工处理,实现射线对食品分子的修饰以及降解食品中的有害物质目的的新型食品加工技术,且已被证明是一种能有效为提高食品安全性和延长食品货架期的绿色食品加工方法[9-10]。目前辐照作为保障食品安全和质量的高新技术,已得到广泛应用:全球已有40多个国家应用辐照技术处理200多种食品,其中最早应用辐照杀菌的是香辛料类产品,我国每年接受辐照处理的香辛料总量不少于7万吨[11]。虽然我国已经制定了辐照香辛料的卫生标准,提到了吸收剂量限制、照射要求以及微生物指标,但在辐照工艺、杀菌效果及其辐照对香辛料主要香气成分的影响等方面尚未见报道[12]。本文就电子束辐照对花椒、八角、桂皮三种香辛料的杀菌效果及其色泽、香气成分的影响进行研究,以期对香辛料辐照杀菌的工业化生产提供理论依据和指导意义。

表1 不同辐照剂量对香辛料的灭菌效果Table 1 Effects of different irradiation does on sterilization in the spice

1 材料与方法

1.1材料与仪器

香辛料 购于广州好当家超市;花椒粉(粉状,含水量9.54%)、八角(块状,含水量8.71%)、桂皮(块状,含水量9.15%) 将实验原料分别装入小包装袋(PE材质,每袋5 g)密封;营养琼脂、乳糖胆盐发酵培养基、乳糖发酵培养基、伊红美蓝琼脂(PQR) 均购自广东环凯生物科技有限公司;细菌革兰氏染液、生理盐水 实验室自制。

电子束辐照设备 德国,EBW1500/30-150CNC,电子束能10 MeV,功率12 kW;手动SPME进样器、75 μm聚丙烯酸酯(PA)萃取头 美国Supelco公司;Finnigan Trace MS气相色谱-质谱联用仪 美国Finnigan公司;CR-400色差仪 日本美能达公司。

1.2实验方法

1.2.1 辐照处理 将各样品的辐照剂量分别调整到3、6、9、12、15 kGy,每处理设3个平行样,各组设一空白样(每份5 g)。辐照处理后,各样品采用双层PE袋密封包装好并置于室温(18～25 ℃)下贮存,待检测。

1.2.2 菌落总数及大肠菌群含量的测定 按照GB 4789-2010进行检测[13-14]。

1.2.3 香辛料色泽测定 样品粉碎处理后,精确称取0.1 g,加入丙酮稀释至100 mL,避光静置10 h,超声处理30 min,静置10 min,取上清液10 mL,稀释至100 mL,取50 mL稀释液置于色差仪中,在可见光波长范围内测样品的L*、a*、b*值。

1.2.4 香辛料香气成分分析与测定 先采用顶空固相微萃取技术对各样品风味物质进行提取:将萃取头在气相色谱的进样口老化,老化温度为250 ℃,载气体积流量为0.8 mL/min,分流比50∶1,老化时间2 h。取2 g样品(每种香辛料均采用空白样和15 kGy高剂量组作比较)在室温条件下吸附15 min,240 ℃解吸3 min,同时启动仪器采集数据。

气相色谱条件:石英毛细管柱HP-1,30 m×0.25 mm程序升温,柱温45 ℃维持3 min,以5 ℃/min升温至100 ℃维持1 min,以10 ℃/min升温至230 ℃维持5 min;载气为高纯He,流量1 mL·min-1;进样口温度为240 ℃,分流比10∶1,接口温度280 ℃。质谱条件:EI离子源;电子能量70 ev;离子源温度250 ℃;扫描质量范围35～395 AMU;溶剂延迟3 min;标准图库WILEY。

样品中香气成分的定性定量分析方法如下,定性:化合物经计算机检索同时与NIST library(107 k compounds)和Wiley Library(320 k compound,version 6.0)相匹配。仅报道匹配度和纯度大于700(最大值1000)的主要成分的鉴定结果。定量:相对百分含量按峰面积归一化法计算。

1.3数据处理

采用SAS数据处理系统对实验数据进行统计及相关分析,实验数据均为3次测定结果的平均值。

2 结果与分析

2.1辐照对香辛料的灭菌效果

以常见的八角、桂皮、花椒三种香辛料为研究对象,测定其携带的微生物数量及不同剂量辐照处理后的带菌数量,结果如表1所示。由表1可知,这三种香辛料的带菌状况均超标(细菌总数<104CFU/g,大肠菌群≤30 MPN/100 g,GB/T 15691-2007),辐照处理对三种香辛料的灭菌效果极为显著,3 kGy的辐照处理可使八角和花椒的菌落总数达标,6 kGy的辐照处理可使八角的大肠菌群数量、桂皮的菌落数及大肠菌群数量达标,9 kGy的辐照处理可使花椒的大肠菌群数量达标。

2.2辐照对香辛料色泽的影响

颜色是香辛料的重要质量指标,也是影响消费者接受性的主要指标之一,采用色差计在可见光波长范围内测得三种香辛料的L*、a*、b*值如表2所示,香辛料色素提取液的明度变量(L*)、红度变量(a*)、黄度变量(b*)辐照后均略有下降,但变化不显著(p>0.05),说明八角、桂皮、花椒三种香辛料中的呈红、呈黄色素均相对稳定,在15 kGy的辐照剂量处理下,均无显著变化。

表2 不同辐照剂量对香辛料色泽的影响Table 2 Effects of different irradiation does on color in the spices

表3 对照组与辐照组八角挥发性物质的主要成分及相对含量Table 3 The main components and relative contents of volatile compounds for aniseed in control group and irradiation group

2.3辐照对香辛料香气成分的影响

2.3.1 辐照对八角香气成分的影响 八角的香气成分以烃类、醚类、酚类为主,采用HS-SPME-GC-MS法分析八角挥发性成分的总离子流图见图1、图2,经谱库分析,共检出21种挥发性风味物质,其中主要挥发性组分有10种(见表4),占总量的94.63%,对照图1、图2及表3可知,经辐照处理前后八角主要香气成分的种类并没有发生变化,以茴香醚(48.69%)、萜烯(15.23%)和甲基胡椒酚(12.87%)类化合物为主,且经15 kGy辐照处理后各挥发性组份相对含量略有下降。

图1 未辐照的八角HS-SPME法的气相色谱图Fig.1 Gas chromatogram of HS-SPME method for aniseed

图2 15 kGy辐照处理的八角HS-SPME法的气相色谱图Fig.2 Gas chromatogram of HS-SPME method for aniseed of 15kGy by irradiation

2.3.2 辐照对桂皮香气成分的影响 桂皮的香气成分以烃类、醛类为主,采用HS-SPME-GC-MS法分析桂皮挥发性成分的总离子流图见图3,经谱库分析,桂皮的萃取液中共检出肉桂醛、茴香脑、环苜蓿烯、α-古巴烯等19种挥发性风味物质,其中主要挥发性组分有10种(见表4),占总量的91.16%,对照空白组及15 kGy高剂量组的实验结果可知,辐照处理前后桂皮主要香气成分的种类并没有发生显著变化,均以肉桂醛(24.06%、19.78%)、α-古巴烯(30.86%、28.05%)和依兰油烯(11.38%、11.30%)类化合物为主,经15 kGy辐照处理后相对含量略有下降。

表4 对照组与辐照组桂皮中挥发性物质的主要成分及相对含量Table 4 The main components and relative contents of volatile compounds for cinnamon in control group and irradiation group

表5 对照组与辐照组花椒中挥发性物质的主要成分及相对含量Table 5 The main components and relative contents of volatile compounds for zanthoxylum in control group and irradiation group

图3 未辐照的桂皮HS-SPME法的气相色谱图Fig.3 Gas chromatogram of HS-SPME method for cinnamon

图4 15 kGy辐照处理的桂皮HS-SPME法的气相色谱图Fig.4 Gas chromatogram of HS-SPME method for cinnamon of 15 kGy by irradiation

2.3.3 辐照对花椒香气成分的影响 花椒的香气成分以烃类、醇类为主,采用HS-SPME-GC-MS法分析空白组及15 kGy高剂量组花椒挥发性成分的总离子流图见图5、图6,经谱库分析,花椒萃取液中共检出δ3-蒈烯、蒈烯、松油醇等21种挥发性风味物质,其中主要挥发性组分有10种(见表5),占总量的96.16%。空白组及15 kGy高剂量组花椒主要香气成分的种类并没有发生变化,均以蒈烯(22.28%、20.79)、2,7-二甲基3-辛烯-5-炔(10.59%、9.99%)和松油醇(35.03%、34.73%)类化合物为主,且15 kGy辐照处理后各组分含量略有下降。

图5 未辐照的花椒HS-SPME法的气相色谱图Fig.5 Gas chromatogram of HS-SPME method for zanthoxylum

图6 15 kGy辐照处理的花椒HS-SPME法的气相色谱图Fig.6 Gas chromatogram of HS-SPME method for zanthoxylum of 15kGy by irradiation

由实验结果可知,辐照处理对于三种香辛料的主要挥发性组份含量均无显著影响,这些烃类、醚类、醇类、醛类物质也是各种香辛料香气成分的主要指标,说明香辛料中的烃类、醚类、醇类、醛类呈香物质在15 kGy辐照处理下均较为稳定。

3 结论

辐照对八角、桂皮、花椒这三种的香辛料杀菌效果显著,八角、桂皮、花椒分别经6、6、9 kGy剂量辐照处理后,其卫生质量可达到食品卫生国家标准;经过0～15 kGy辐照处理后,八角、桂皮、花椒的色泽无显著影响;通过对八角、桂皮、花椒辐照前后香气成分的研究发现:15 kGy剂量以下的辐照处理对其香气成分的组成与含量影响不显著。

总而言之,采用电子束辐照技术对香辛料进行辐照杀菌,能够保证香辛料的卫生营养品质和食用价值,延长保质期和提高耐贮性。且辐照具有高温处理、化学法、微波和紫外线等杀菌方法处理香辛料所无法比拟的优势,如能耗低、应用面广、无残留、杀菌彻底和附加值高等。本研究结果提供了香辛料在工业化辐照杀菌过程中,辐照工艺的合理性和杀菌剂量的适宜性等关键数据。这对香辛料工业化辐照杀菌有着重要的指导意义,将有力地推动辐照香辛料产业化进程。

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[13]GB/T 4789. 2—2010,食品卫生微生物学检验——菌落总数测定[S].

[14]GB/T 4789. 3—2010,食品卫生微生物学检验——大肠菌群测定[S].

Effectsofelectronbeamirradiationonsterilizationandaromacomponentsofthreespices

LIYan-jie1,HUANGJia-jia1,DONGFang1,SUXin-guo1,DUBing2

(1.Guangdong Food and Drug Vocational College,Guangzhou 510520,China;2.College of Food Science,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China)

The effects of electron beam irradiation on the germicidal effects of aniseed,cinnamon and zanthoxylum and their aroma components were investigated. The results showed that electron beam irradiation of 0～15 kGy dose had good bactericidal effects and prolonged the storage time,and had no negative effect on aroma and taste on the three spices. The optimum dosages for Chinese anise,cinnamon and zanthoxylum were 6,6,9 kGy,respectively,based on the test results from head space solid phase micro-extraction-gas chromatography-mass spectrometry.

spices;electron beam irradiation;sterilization;aroma components

2017-01-03

李燕杰(1983-)，女，博士，研究方向：食品安全，E-mail：yanzi0713@163.com。

TS201.3

:A

:1002-0306(2017)16-0019-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.16.005