60Co-γ射线辐照对辣椒粉杀菌效果及营养品质的影响

李志坚，谭 欢，林树花，尚雪波，潘兆平，何 双，何 翊，肖 轲

（湖南省农产品加工研究所，湖南 长沙 410125）

辣椒（Capsicum annuumL.）是人们日常生活中极为常见的药食同源的蔬菜，具有驱寒、止痢、杀虫、增强食欲、促进消化等功能[1]。辣椒粉是以干辣椒为原料，经烘焙粉碎制粉而成的纯辣椒制品。由于含有辣椒碱和辣椒红色素，辣椒粉具有调味和调色的双重作用，成为辣味食品尤其是湘味熟食加工过程中一种必备的辅料。在采收、加工和贮运过程中，辣椒极易受到细菌、霉菌、虫卵等污染发生霉变或生虫。国家推荐标准GB/T 23183—2009未对辣椒粉菌落总数作出限量要求，农业行业标准NY/T 1711—2020也仅对大肠菌群作出限量规定。有调查显示，市场销售的辣椒粉受微生物污染现象普遍，整体卫生状况较差。经分析，确定辣椒粉加工过程中的细菌总数是影响其食品安全的主要危害[2]。如果将受微生物污染严重的辣椒粉用于食品生产，会导致杀菌前食品中微生物本底值较高，采用一般的杀菌条件可能无法达到理想的杀菌效果，而采用更高杀菌温度或更长杀菌时间可能会导致食品风味发生变化，同时也不利于原材料的贮藏。辐照技术已被证明是一种有效的非热杀菌手段。其原理是利用高能射线（X射线、γ射线等）与物质相互作用产生物理、化学和生物效应从而达到杀灭样品中微生物和昆虫虫卵等的目的[3]。该技术可在常温下进行、穿透性强、杀菌均匀、彻底且高效，具有传统方法无可比拟的优势[4]。该研究就60Co-γ射线不同剂量辐照辣椒粉的杀菌效果以及对辣椒粉色泽、主要营养成分和风味的影响进行了探索，旨在为辣椒粉的贮藏保鲜以及食品工业原料生产前减菌工艺研究提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

主要材料包括辣椒粉[购于湖南省农业科学院生鲜市场，用聚乙烯袋分装并封口，（100±5）g/袋]，甲醇（色谱纯），蒸馏水（去离子水，18.2 MΩ·cm，25℃），四氢呋喃（色谱纯，国药集团），辣椒碱（CAS号404-86-4，北京中兴嘉仁生物技术有限公司）、二氢辣椒碱（CAS号19408-84-5北京中兴嘉仁生物技术有限公司）。

主要仪器包括60Co-γ射线辐照装置（湖南省核农学与航天育种研究所生产线），液相色谱仪（Shimadzu LC-20A，配备SPD-M20A二极管阵列检测器，日本岛津公司），分析天平AL204[梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司]，Milli-Q超纯水机（美国密理博公司），L-8900全自动氨基酸分析仪（日本Hitachi公司），7890A-5975C型安捷伦气质联用仪（美国Agilent公司），固相微萃取装置及PDMS30/50µm的萃取头（美国SUPELCO公司），FOSS Kjeltec 2300全自动凯氏定氮仪（丹麦FOSS公司），LC-20A液相色谱仪（日本Shimadzu公司），CM-5色差仪（上海精宏实验设备有限公司），YXQ-100A高压灭菌锅（上海博迅医疗生物仪器股份有限公司），无菌工作台（苏州净化设备有限公司），KQ-500DE超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 辐照处理60Co-γ射线辐照在湖南省农业科学院核农学与航天育种研究所辐照中心进行，放射源为单板源60Co，采用动态步进方式对真空包装的辣椒粉进行不同剂量（0、2.07、4.90、6.67、9.08、10.11和11.42 kGy）的辐照，以未经辐照的辣椒粉作为空白对照。采用重铬酸银和重铬酸钾剂量计进行辐照过程的剂量跟踪，所使用的剂量计经中国计量科学研究院比对标定。

1.2.2 微生物检测 菌落总数参照GB 4789.2—2016中的方法测定，大肠菌群参照GB 4789.3—2016中的方法测定，酵母、霉菌参照GB 4789.15—2016中的方法测定，试验结果为5次平行测定的平均值。

1.2.3 色泽检测 参照QB/T 2789—2006中的方法进行色泽三刺激值和色差ΔE的测定。

1.2.4 营养指标检测 辣椒素、二氢辣椒素含量参照GB/T 21266—2007中的方法测定，蛋白质含量参照GB 5009.5—2016中的方法测定；氨基酸含量参照GB 5009.124—2016中的方法测定。

1.2.5 挥发性风味物质检测 （1）挥发性风味物质提取。采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（SPME-GC-MS）法检测。称取1.0 g辣椒粉样品于20 mL顶空瓶中，放入磁力转子，用四氟乙烯隔热密封，在70℃水浴恒温15 min，将SPME进样器插入顶空吸附40 min后，再将萃取头置于GC-MS进样口中，解析10 min，用气质联用仪对萃取头所收集的组分进行分析。（2）GC-MS分析色谱条件。分离柱为DB-5ms；进样口温度250℃；载气为He；载气流速1.0 mL/min；采用程序升温法，先40℃ 2 min，再以3℃/min的速度升温至160℃，保持2 min，再以10℃/min的速度升温至250℃，保持4 min。（3）质谱条件。质量分离器为离子阱；离子源为EI；电离能量70eV；离子阱温度220℃；传输线温度280℃；采用全扫描方式，扫描范围35～550 m/L；检索谱库为NIST08.L。

2 结果与分析

2.1 辐照对辣椒粉杀菌效果的影响

从表1可知，随着60Co-γ射线辐照计量的增加，样品辣椒粉中的各种微生物数量均随之降低，表明在试验设计的剂量范围内，辐照剂量越大，对样品中微生物的杀灭效果越好。辐射剂量达到6.67 kGy时，样品辣椒粉中的菌落总数从1.9×106CFU/g下降至1.1×103CFU/g，霉菌数量从5.1×104 CFU/g下降至3.0×102CFU/g，酵母从4.1×104CFU/g下降至3.4×102CFU/g；当辐射剂量达到10.11 kGy时，样品中的菌落总数、霉菌和酵母均低于100 CFU/g，达到了较好的减菌效果。由此可以看出，60Co-γ射线辐照对辣椒粉中微生物具有良好的杀灭效果。

表1 不同剂量辐照处理后辣椒粉中微生物含量的变化

2.2 辐照对辣椒粉色泽的影响

辣椒粉自然的颜色为红偏黄色，油润而均匀。辣椒色素是由多种色素成分组成的混合色素，主要包括辣椒红素、玉米黄质、辣椒玉红素、隐黄素等，属类胡萝卜素。辣椒粉经不同剂量（0～11.42 kGy）60Co-γ射线辐照后，其L值（亮度变量）、a值（红度变量）和b值（黄度变量）均无明显变化（见表2）。有报道称，辣椒粉中呈现黄色的色素对高剂量的辐照较为敏感，经18 kGy辐照后黄度值出现明显下降，而呈现红色的色素在不同剂量辐照下均较稳定[5]。试验中，当剂量达到6.67 kGy时已经能够达到较好的减菌效果，在此剂量下辣椒粉的色泽未出现明显变化。随着剂量的继续增加，其色泽与空白对照仍无明显变化。因此，适当剂量60Co-γ射线辐照不会对辣椒粉的色泽产生显著影响。

表2 不同剂量辐照处理后辣椒粉色泽指标的变化

2.3 辐照对辣椒粉辣度的影响

辣椒粉中辣味物质主要为辣椒碱类物质，以辣椒素、二氢辣椒素为主（占90%），还有极少量的降二氢辣椒碱、高辣椒碱等。从图1可以看出，在0～11.42 kGy的剂量范围内，随着辐照剂量的增加，辣椒素、二氢辣椒素含量有小辐度的上升，辣度也有所提高，排除水分挥发导致的含量上升因素，可能与辐照提高了辣椒碱的提取效率有关[6]。

图1 不同剂量辐照处理后辣椒粉中辣椒素、二氢辣椒素含量及辣度的变化

2.4 辐照对辣椒粉风味成分的影响

辣椒粉作为一种常见的调味料，自然的风味为辣香味，其挥发性风味物质的含量是其重要的商品特性之一。不同剂量60Co-γ射线辐照辣椒粉后，其挥发性成分的GC-MS总离子流图见图2、图3。挥发性组分名称、保留时间及相对含量见表3。

表3 不同剂量60Co-γ射线辐照处理后辣椒粉中挥发性成分及含量的变化

续表3

图2 对照样品辣椒粉中挥发性成分的总离子流图

图3 6.67 kGy 60Co-γ射线辐照处理样品辣椒粉中挥发性成分的总离子流图

由表3可知，从各处理辣椒粉中共鉴定出56种主要成分，其中以烷烃、烯烃为主，还有相当数量的醛、酮、酯、哌嗪、苯、萘等。从各剂量辐照的辣椒粉中均鉴定出丁二醇、苯甲醛、β-水芹烯、3-蒈烯、D-柠檬烯、苯乙醛、柠檬醛、甘菊环、水杨酸甲酯、2-甲基十三烷等成分，说明该品种辣椒粉中挥发性成分主要由这些物质组成。经过不同剂量的60Co-γ射线辐照后，生成了苯丙醛、1,3-环己二烯-1-甲醛、9,10-脱氢异长叶烯、9-十八炔等新风味物质；而2-异丙烯基-4a,8-二甲基-1,2,3,4,4a,5,6,8a-八氢-萘经辐照后被分解，相对含量从0.92%变成0；10s,11s-Himachala-3(12),4-diene属轮烯类[7]，经11.42 kGy的60Co-γ射线辐照后，相对含量减少了27.4%；1,2,3,5,6,7,8,8a-八氢-1,8a-二甲基-7-异丙烯基-萘经11.42 kGy辐照后相对含量减少了46.3%。其他挥发性成分在辐照下相对较稳定，其相对含量未发生明显变化。

2.5 辐照对辣椒粉氨基酸组成的影响

氨基酸是构成生物蛋白质的基本单位，与生命活动存在密切的关系，是生物体不可缺少的营养成分之一。从表4可以看出，在不同辐照剂量（0～11.42kGy）条件下，除胱胺酸和蛋氨酸含量有小幅减少外，其余各氨基酸组分和氨基酸总量没有呈现显著的差异，表明使用辐照工艺对辣椒粉进行减菌处理不会对辣椒粉中氨基酸组分产生明显的影响。由于蛋白质具有多级结构的特征，对低剂量的辐照表现为不敏感[8]，因此产生的影响也较小。另外，氨基酸含量的微量变化也有可能是由于辐照所产生的自由基导致氨基酸发生脱氨基或转氨基作用，使氨基酸发生转化[9]。

表4 不同剂量辐照处理后辣椒粉中氨基酸组成及含量的变化 （g/100g）

2.6 辐照对辣椒粉蛋白质含量的影响

从图4可以看出，经过不同剂量60Co-γ射线辐照之后，辣椒粉中蛋白质含量没有明显变化。这是因为γ-射线辐照对蛋白质的影响可能主要发生在蛋白质的物理性状方面，对物质整体的营养价值没有很大程度的影响[10]。目前，也没有相关研究证实辐照会影响蛋白质的营养价值。

图4 不同剂量辐照处理后辣椒粉中蛋白质含量的变化

3 结论与讨论

60Co-γ射线辐照对辣椒粉具有显著的杀菌效果。在辐照食品的过程中，控制食品辐照的剂量是一个非常重要的步骤，剂量低不能达到保鲜杀菌的最好效果，剂量高会增加能耗，影响食品的感官品质，因此合适的剂量是食品辐照技术应用于产品杀菌的关键参数。随着辐照剂量增加，辣椒粉中各微生物指标呈明显下降趋势。当辐照剂量达到6.67 kGy时，对辣椒粉起到的杀菌效果较理想。经辐照后，菌落总数、霉菌及大肠菌群数均可得到有效控制。

有文献报道，辣椒粉的挥发性物质种类可达200多种[11]。辣椒本身的香气与其辣度存在一定相关性[12]。一般来讲，辣度越大，酯类物质含量越高，刺激性气味越明显；辣度较小，则烯烃类物质含量较高，芳香性气味较明显[13]。辐照对辣椒粉风味成分的影响主要表现在以下几个方面。（1）对脂类的过氧化作用。有报道称，在有氧存在和较高的辐照剂量条件下，脂类一般会发生过氧化作用而酸败并产生异味。（2）对氨基酸的作用。有报道称，蛋白质中含硫氨基酸如蛋氨酸、胱氨酸等对辐照较敏感，在辐照过程中会有部分裂解为苯、苯酚及一些含硫化合物，从而产生难闻的气味[14]。但是，在试验设计的辐照剂量范围内，未发现60Co-γ射线辐照对辣椒粉的色泽、辣度、风味、氨基酸、蛋白质等有明显的影响。因此，笔者认为辐照可以作为一种较理想的减菌手段，在不影响辣椒粉营养、品质、风味的前提下大大提高其贮藏性能。