乌梅(Mume fructus),系蔷薇科植物梅的干燥近成熟果实,被列为川产道地药材。乌梅早在我国首部药学专著《神农本草经》当中就有所记载:乌梅味酸涩平,具有敛肺、涩肠、生津、安蛔等功效,在临床应用中较为广泛,常用于缓解肺气不足引发的长期咳嗽、慢性腹泻痢疾、虚热型口渴多饮,以及蛔虫引起的腹部绞痛、呕吐等症状[1]。现代药理学研究表明,乌梅富含有机酸、儿茶酸、钾等活性成分,具有改善肝脏机能、软化血管、推迟血管硬化、抗肿瘤等药理作用[2]。然而,由于活性物质丰富,乌梅在贮藏运输过程中易受微生物污染影响,导致内部有机物质分解,果肉逐渐软化,特有的酸甜风味流失,维生素等易降解营养成分大量流失,最终造成果实腐烂变质。现阶段,化学熏蒸法仍是中药材贮藏的主要技术手段,其虽能在一定程度上抑制微生物活性并延缓药材腐败,但实际应用过程中暴露出严重的化学残留及生态安全隐患。研究表明,由于操作规范缺失、剂量控制失当及滥用现象频发,熏蒸后药材中二氧化硫、重金属等有害物质的残留量普遍超标。此类污染物化学性质稳定,难以通过常规清洗或自然降解途径有效去除,不仅导致中药材药效成分受损、品质劣变,更可能对人体健康产生慢性毒害,此外,气调、真空冷冻以及超声波等物理技术因所需维护成本过高,在乌梅贮藏的应用中颇为受限[3]。因此,为了确保乌梅在贮藏过程中的品质,并满足消费者对健康产品的需求,需要探索和开发更加经济、环保且高效的贮藏技术。

高能电子束辐照是一种新型的物理非热加工技术,其原理主要是将电子加速器产生的电子束投射到食品表面,并借助物质间一系列的物理和化学反应,杀灭产品中的微生物,从而达到灭菌效果[4]。相较于传统灭菌方法,电子束辐照不会从外部引入有害物质,可在有效灭菌的同时较好保持产品的品质。此外,采用电子束辐照不会产生放射性废物,可以减少加工过程中的能源消耗,降低生产成本,有利于可持续发展。当前,电子束辐照已在多种药食同源中药材的保藏中有所应用。徐攀等[5]研究了不同剂量的电子束辐照对黄精微生物及品质的影响,发现2 kGy剂量能够在保持黄精质量的基础上达到灭菌的效果。唐艺文等[6]采用了同样的方法对杜仲叶进行了研究,结果与徐攀等[5]的研究相似。庄新慧等[7]研究发现,10 kGy剂量的电子束辐照对丹参的化学成分无显著影响。

目前,关于电子束辐照对乌梅品质影响的研究尚未见系统报道,缺乏整体性和系统性研究。本研究通过运用电子束对乌梅进行辐照处理,探究不同辐照剂量对乌梅微生物含量、理化特性、主要活性成分及HPLC指纹图谱的影响,并运用化学计量学方法筛选质量标志物,结合层次分析(analytic hierarchy process,AHP)-熵权法对辐照后乌梅品质进行综合评价,以确定乌梅的最佳辐照剂量,为电子束辐照技术在乌梅品质控制中的应用提供理论依据与数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

乌梅药材,成都荷花池药材市场,采用烟熏方式炮制;福林酚试剂(分析纯)、芦丁标准品(≥97%)、DNS试剂(NY-T法),上海源叶生物科技有限公司;枸橼酸标准品(≥97%),成都曼斯特生物科技有限公司;甲醇、乙腈、磷酸二氢铵(色谱纯),上海麦克林生化科技股份有限公司;胰蛋白胨大豆琼脂(tryptic soy agar,TSA)等其他琼脂基础,青岛海博生物技术有限公司;没食子酸等其他试剂(分析纯),成都市科隆化学品有限公司;无水三氯化铁(99%),上海吉至生化科技有限公司。

1.2 仪器与设备

AK0606-A超声清洗机,深圳市钰洁清洗设备有限公司;SI-234分析天平,美国Denver Instrument公司;5804r离心机,德国Eppendorf公司;LC-2030-PLUS HPLC,日本岛津公司;HZQ-2全温振荡器,江苏金怡科技有限公司;DHG-9123A电热恒温鼓风干燥箱,上海申贤恒温设备厂;LS173色差仪,深圳林上科技有限公司;SPECORD-200 PLUS紫外分光光度计,德国Analytikjena公司;GR60DA高压灭菌锅,厦门致微仪器有限公司;SW-CJ-2F超净工作台,苏净集团苏州安泰空气技术有限公司;高能电子加速器(20 kW、10 MeV),四川省原子能研究院。

1.3 实验方法

1.3.1 样品处理

选择颗粒大小均匀的乌梅,采用20 cm×15 cm的聚酰胺/聚乙烯复合材料包装,每袋50 g,平铺厚约2 cm。使用能量10 MeV的高能电子加速器辐照,设定辐照剂量为2、4、6、8、10、15 kGy,以未辐照样品作对照(CK)。通过重铬酸银剂量法测定,样品实际吸收剂量为2.1、4.2、6.2、8.3、10.2、14.7 kGy,下文统一以设定剂量表述。辐照后粉碎过40目筛。

1.3.2 微生物含量测定

需氧菌总数(total aerobic microbial count,TAMC)、霉菌及酵母菌总数(total combined yeasts and molds count,TYMC)测定参照2020年版四部《中华人民共和国药典》非无菌产品微生物限度检查法(通则1105)执行。控制菌检查分别参照GB 4789.38—2025《食品安全国家标准 食品微生物学检验 大肠埃希氏菌计数》、GB 4789.10—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 金黄色葡萄球菌检验》和GB 4789.4—2024《食品安全国家标准 食品微生物学检验 沙门氏菌检验》执行。

1.3.3 理化性质测定

水分、灰分及浸出物含量测定参照2020年版一部《中华人民共和国药典》执行。

1.3.4 色泽测定

乌梅色泽采用色差仪测定。将色差仪进行黑白校正,随机取乌梅样品测定其亮度值(L*),红绿值(a*),黄蓝值(b*),每个剂量重复测定3次。饱和度C值和总色差ΔE值计算分别如公式(1)和公式(2)所示:

(1)

(2)

1.3.5 总酚含量测定

参照CERVANTES等[8]的方法并稍作修改。称取1 g乌梅样品,按料液比1∶>50(g∶>mL)加入体积分数60%乙醇溶液,70 ℃超声波提取40 min,静置放冷,抽滤,定容于50 mL容量瓶,备用。采用福林酚法测定总酚含量。标准曲线:Y=0.048 4X-0.032。其中X为样品溶液质量浓度,Y为吸光度;线性范围为20～150 μg/mL,R2=0.999 3。

1.3.6 总黄酮含量测定

参照邓婉婷[9]的方法并稍作修改。样品提取方法同1.3.5节。采用亚硝酸钠-硝酸铝法测定总黄酮含量。标准曲线:Y=0.204 5X+0.014 6。其中X为样品溶液质量浓度,Y为吸光度;线性范围为20～100 μg/mL,R2=0.999 5。

1.3.7 总糖含量测定

参照YUE等[10]的方法并作修改。称取乌梅粉1 g 置于锥形瓶中,加入100 mL 80%乙醇溶液,80 ℃回流提取60 min,脱脂,趁热抽滤,样品用滤液反复冲洗3次,每次10 mL,抽滤后将样品置于100 mL锥形瓶中,加入60 mL水,沸水浴提取1 h,提取2次,静置放冷,加水定容至100 mL,得到乌梅总糖提取物,备用。采用苯酚-硫酸法测定总糖含量。标准曲线:Y=0.096 6X+0.041 8。其中X为样品溶液质量浓度,Y为吸光度;线性范围为20～100 μg/mL,R2=0.999 2。

1.3.8 还原糖含量测定

精密称取乌梅粉0.5 g,置于100 mL锥形瓶中,加入15 mL水,50 ℃回流提取1 h,冷却后抽滤,滤液用水定容于50 mL容量瓶,得到乌梅还原糖提取物,备用。精密吸取乌梅还原糖提取物1 mL,置于15 mL试管中,按照DNS法测定样品中的还原糖含量。标准曲线:Y=0.197 6X-0.186 1。其中X为样品溶液质量浓度,Y为吸光度;线性范围为13.3～66.7 μg/mL,R2=0.999 7。

1.3.9 抗氧化活性测定

1.3.9.1 总提取物的制备

参照1.3.5节方法提取。

1.3.9.2 DPPH自由基清除率

参照邓婉婷[9]的方法测定DPPH自由基清除率。将稀释后的乌梅提取液和0.1 mmol/L DPPH和(溶液为95%乙醇)按体积比1∶>1的比例混匀,避光反应30 min,517 nm测定吸光度。DPPH自由基清除率计算如公式(3)所示:

DPPH自由基清除率

(3)

式中:A1,处理组的吸光度;A2,对照组的吸光度;A0,空白组的吸光度

1.3.9.3 ABTS阳离子自由基清除率

参照林永杰等[11]的方法并作修改。精密量取0.6 mL稀释后的乌梅提取液加入装有1.6 mL ABTS溶液(吸光度=0.7±0.02)试管中,734 nm测定吸光度。ABTS阳离子自由基清除率计算如公式(4)所示:

ABTS阳离子自由基清除率

(4)

式中:A1,不加样品溶液的吸光度;A2,加样品溶液的吸光度。

1.3.9.4 羟自由基(·OH)清除率

参照WU等[12]的方法测定·OH清除率。精密量取2 mL稀释后的乌梅提取液,依次加入1 mL 9 mmol/L FeSO4溶液、1 mL水杨酸-乙醇溶液、1 mL 8.8 mmol/L H2O2溶液,37 ℃加热30 min,8 000 r/min离心10 min,于510 nm测定吸光度。·OH清除率计算如公式(5)所示:

·OH清除率

(5)

式中:A1,处理组吸光度;A2,对照组吸光度;A0,空白组的吸光度。

1.3.9.5 Fe3+还原能力

参照吕龙祥等[13]的方法并作修改。精密量取2 mL 稀释后的乌梅提取液,按体积比1∶>1∶>1依次加入0.2 mol/L磷酸盐缓冲液(调整pH值至6.6±0.02)、质量分数1%铁氰化钾溶液各2 mL,50 ℃加热20 min。加入2 mL质量分数10%三氯乙酸溶液,离心,取上清液,加入2 mL超纯水及0.4 mL 质量分数0.1%三氯化铁溶液,于700 nm测定吸光度。吸光度值Fe3+即还原能力。

1.3.10 HPLC法测定有机酸含量及指纹图谱

1.3.10.1 供试品溶液的制备

样品粉碎过40目筛,精密称取1 g乌梅粉末,加入10 mL体积分数20%甲醇溶液,称定质量,超声提取1 h(150 W,40 kHz),抽滤,滤液用0.45 μm的滤膜过滤,即得。

1.3.10.2 对照品溶液的制备

精确称取枸橼酸等标准品25 mg,加水定容至25 mL,得到1 mg/mL的标准品溶液。精密量取1.25、2.5、5、7.5 mL标准品溶液,各加水定容至10 mL,制成0.125、0.25、0.5、0.75 mg/mL的标准品溶液。各用0.45 μm的滤膜过滤,即得。

1.3.10.3 指纹图谱的建立

色谱柱为Titank C18柱(250 mm×4.6 mm,5 μm);保护柱为ACE C18柱(250 mm×4.6 mm,5 μm);流动相为乙腈(A)-0.1%(体积分数)磷酸(B),柱温:30 ℃;检测波长:220 nm;流速:1.0 mL/min;进样量:10 μL;梯度洗脱:0～10 min,2%～8%乙腈;10～15 min,8%～10%乙腈;15～25 min,10%～20%乙腈;25～35 min,20%～25%乙腈。

1.3.10.4 有机酸含量的测定

精密量取对照品溶液和供试品溶液200 μL,采用外标法计算乌梅有机酸含量。

1.4 数据处理

采用SPSS 27进行显著性、相关性及聚类分析;采用Origin 2024绘制图表;采用中药色谱指纹图谱相似度评价系统2012版进行指纹图谱分析;采用SIMCA 14.1进行化学计量学分析。

2 结果与分析

2.1 电子束辐照对乌梅微生物含量的影响

在电子束辐照处理前后,测定乌梅的需氧菌、霉菌及酵母菌和控制菌含量,探究辐照对微生物灭活效果的变化趋势。由表1可知,CK组需氧菌、霉菌和酵母菌总数分别为3.52×103、2.25×102 CFU/g,在经过2 kGy的辐照剂量处理后,需氧菌降至52 CFU/g,霉菌及酵母菌降至72 CFU/g,达到了2020版四部《中华人民共和国药典》所规定的非无菌药用原料及辅料标准(需氧菌总数<103,霉菌和酵母菌总数<102)。在4 kGy的辐照剂量处理后,需氧菌、霉菌及酵母菌总数降至10 CFU/g以下。结果表明,电子束辐照可以有效降低乌梅表面的微生物含量。当前已有研究表明,中低剂量的电子束辐照即可达到较好的灭菌效果。唐艺文等[14]研究发现,2 kGy剂量的电子束辐照可有效杀灭黄精中的微生物。同时,辐照剂量与灭菌效果间呈现一定的正相关。徐远芳等[15]报道,采用5.1 kGy电子束辐照处理葛根即可使微生物含量达到药典标准,而当剂量提高至7.7 kGy时,微生物载量进一步降至10 CFU/g以下。结果表明,采用中低剂量的电子束辐照可有效杀灭乌梅中的微生物,并且其灭菌效果随辐照剂量的增加而提升。

2.2 电子束辐照对乌梅理化性质的影响

理化性质是评价乌梅品质的重要因素之一。由表2可知,在2～8 kGy的辐照处理下,水分含量为9.59%～11.07%,但随着辐照剂量升高至10 kGy和15 kGy,水分含量降低至不足10%,表明高剂量电子束辐照处理可能会降低乌梅的水分含量。总灰分含量及水溶性浸出物含量在不同辐照处理组均保持在4.18%～4.66%和28.51%～29.54%,表明电子束辐照处理不会对乌梅的总灰分含量和水溶性浸出物含量产生显著影响(P>0.05)。李乐等[16]采用电子束辐照处理葡萄干,得到了与本研究一致的结果。值得注意的是,辐照处理组水溶性浸出物含量整体高于未辐照对照组,其中4 kGy辐照组相较于对照组呈现小幅提升倾向,但差异未表现显著。这一现象与胡云霞等[17]的研究相似,其发现4 kGy和8 kGy辐照对水溶性浸出物含量的释放具有一定的促进作用。徐攀等[5]进一步研究发现,电子束辐照可显著提高黄精水溶性浸出物含量(P<0.05),且该提升效果与辐照剂量间呈正相关。因此,电子束辐照可能有助于促进水溶性浸出物含量的提取。

2.3 电子束辐照对乌梅色泽的影响

色泽参数(L*、a*、b*、C、ΔE)是表征中药材外观品质的关键指标。如表3所示,随着辐照剂量的增加,乌梅的L*值呈现先升高后降低的趋势。4 kGy组的L*值由CK对照组的15.77提高至20.43,较CK对照组显著提高4.66(P<0.05)。当辐照剂量进一步增大至15 kGy时,L*值较CK对照组显著降低了2.67(P<0.05)。表明中低剂量辐照可提高乌梅亮度,高剂量使其变暗。a*值在4 kGy时达到峰值,之后随剂量增加而下降。b*值在经2 kGy与6 kGy辐照处理下较CK组分别显著提高0.33和0.38,但当辐照剂量提高至8 kGy及以上时,b*值出现明显降低。C值在CK组6 kGy处理组范围内保持相对稳定增长,但8～15 kGy均低于CK对照组。一般而言,ΔE值在0～1为不可分辨,1～2为不明显,2～3为轻微差异,3.5～5为明显差异[18]。表3中,4、6、15 kGy的ΔE值均高于3.5,其余辐照处理组小于3,表明中等剂量及高剂量电子束辐照处理乌梅会使乌梅的色泽产生明显变化。结果表明,中低剂量电子束辐照可提高乌梅亮度并增强红黄色调,而高剂量辐照则导致色泽变暗和蓝绿偏向。这与前人研究结果部分一致:于明等[19]研究发现高剂量电子束辐照可降低天麻的L*值并增强红色调;PAN等[20]报道稻米在2 kGy辐照处理时ΔE<3.0,当剂量增至4 kGy时ΔE提高至6.0。因此,高剂量辐照可能会使样品色泽产生明显变化。辐照过程中,乌梅的鞣酸结构被破坏,释放铁、铜等金属离子,改变其收敛特性。同时,辐解产生活性氧攻击不饱和脂肪酸形成过氧化物,并与多酚结合破坏色素结构。另一方面,辐照能量可能引发细胞壁纤维素结构重排,孔隙率增加而加速氧气渗透。这种结构变化激活了酶促褐变反应,促使脂氧合酶活性提升,形成类黑精物质,最终导致乌梅在高剂量电子束辐照处理后颜色变暗[21]。

2.4 电子束辐照对乌梅活性物质的影响

总黄酮和总酚是乌梅的主要活性成分,目前已被证实具有抗氧化、抗肿瘤等功效,研究乌梅中的总黄酮和总酚含量具有重要意义[22]。由表4可知,乌梅总黄酮含量在4 kGy辐照时达到峰值,较CK对照组显著提高2.88%(P<0.05),并高于其他剂量组。但随着剂量的增加,含量呈现下降趋势。表明高剂量辐照可能导致黄酮降解。杨苗等[23]研究了电子束辐照对糯性糜子总黄酮含量的影响,与本研究结果一致。总酚含量呈现先降后升的趋势,未辐照对照组总酚含量最高,4 kGy时较对照组显著降低了1.29%(P<0.05),剂量升至6～10 kGy时又出现回升。这一现象与吕欣然等[24]在黑果腺肋花楸果汁中观察到的持续下降不同,可能源于物种间化学成分和细胞结构的差异。类似地,龙明秀等[25]发现蓝莓在2 kGy辐照下总酚降解率达61.43%,与本研究中4 kGy时总酚最低的结果具有一定相似性,均反映中等剂量对酚类的降解效应。辐照对多酚氧化酶的活性具有一定的抑制作用。乌梅中富含多种有机酸成分,其弱酸性环境可能会影响酶的活性。此外,低剂量辐照在抑制酶活性的同时轻微破坏细胞结构,促使酚类渗出并发生氧化,导致总酚暂时下降;而高剂量辐照则彻底破坏酶结构,并激活植物的代谢防御,促进酚类合成,从而实现含量回升[26]。

总糖及还原糖含量是评价乌梅质量的重要控制指标。由表4可知,辐照显著提高了乌梅总糖含量,其中6 kGy组总糖最高,较对照组显著提升5.47%(P<0.05),但超过该剂量后略有下降。在10 kGy范围内,各辐照组还原糖含量均高于对照,4 kGy时达到峰值,显著提高0.54%(P<0.05)。该趋势与董婷等[27]在辐照芒果中观察到的结果一致。辐照处理乌梅时,其中的多糖结构会逐渐分解,辐射能量越强,多糖分子间的连接越松,分子链在此过程中逐渐断裂,形成较短的片段,原本包裹的化学部分露出,与水接触后加速分子链碎裂,最终提高乌梅还原糖含量[28]。

有机酸是乌梅风味品质的核心指标之一。由表4可知,对照组有机酸含量为32.81%,2～4 kGy辐照组含量为32.59%～33.37%,与对照组无显著差异(P>0.05)。当辐照剂量增至6 kGy时,有机酸含量较对照组显著降低3.35%(P<0.05),而8～10 kGy组恢复至对照组水平,15 kGy组再次显著下降(P<0.05)。这一变化趋势在相关研究中亦得到印证,如毛青秀等[29]研究发现,高剂量辐照可能会导致南酸枣膏有机酸含量下降,与本研究6 kGy和15 kGy剂量下的变化趋势一致。杨俊丽等[30]同样发现,5 kGy辐照处理会导致草莓有机酸含量下降,进一步支持了中等辐照剂量对有机酸可能存在普遍抑制效应的结论。这一变化可能和辐照对有机酸结构的不同影响有关。中低剂量(≤4 kGy)辐照可能通过破坏细胞壁释放结合态有机酸,引起少量结构变化;高剂量辐照则可能氧化断裂碳链,导致小分子酸挥发。8～10 kGy 时的含量回升可能与多糖辐解产生羧酸有关,但15 kGy的超高剂量会因过度分解而抵消该效应。

2.5 电子束辐照对乌梅抗氧化活性的影响

现代医学认为,自由基代谢失衡是多种疾病的重要诱因[31]。在这一背景下,开发低毒、高效的天然抗氧化剂成为当前的研究热点[32]。乌梅富含有机酸和黄酮类等抗氧化成分,具备开发为天然抗氧化剂的潜力。本研究通过DPPH自由基、ABTS阳离子自由基、·OH清除实验和Fe3+还原能力评估了不同辐照剂量下乌梅的抗氧化活性。如表5所示,各辐照组DPPH自由基清除率均显著高于对照组(P<0.05),4 kGy 时清除率最高,较对照组提高7.46%。ABTS阳离子自由基清除率和Fe3+还原能力均呈先升后降趋势,4 kGy时达到峰值,分别较对照组显著提高7.28%和8.75%(P<0.05),而·OH清除率在各组间无显著差异(P>0.05)。上述抗氧化指标的变化趋势与总黄酮含量一致,表明电子束辐照可能通过促进黄酮类物质的释放或转化,从而增强乌梅的抗氧化活性。这一机制也在部分研究中得到了进一步验证。李思斯等[33]研究指出,黄酮类物质浓度与抗氧化活性呈正相关,且辐照(≥4 kGy)可显著提升黄精等材料的总黄酮含量及相应提取物的抗氧化活性。类似地,章丹丹等[34]的研究也得出了相似的结论。

2.6 相关性分析

为探究乌梅样品中活性成分与抗氧化活性的关系,本研究采用Pearson相关性分析对二者进行关联性评估。由图1可知,DPPH自由基与ABTS阳离子自由基清除能力表现出高度协同性(r=0.83,P<0.05),表明二者在辐照处理后存在相似变化。值得注意的是,DPPH自由基清除能力、ABTS阳离子自由基清除能力及Fe3+还原能力与黄酮类物质含量呈显著正相关关系(DPPH自由基:r=0.65;ABTS阳离子自由基:r=0.66;Fe3+还原能力:r=0.76;P<0.05),证实该成分在抗氧化活性中发挥关键作用。然而总酚含量与3种抗氧化指标均呈现负相关关系(DPPH自由基:r=-0.70;ABTS阳离子自由基:r=-0.66;Fe3+还原能力:r=-0.49;P<0.05),表明该物质可能影响整体抗氧化表现。·OH清除能力未显现物质性关联,表明其作用机制可能相对独立。研究结果表明,乌梅的抗氧化体系主要依赖于黄酮类物质的积极作用。

2.7 电子束辐照对乌梅指纹图谱的影响

指纹图谱是分析复杂物质成分特征的重要可视化工具,通过保留样品中多种成分的整体信息,能直观反映物质的内在质量特征[35]。将指纹图谱应用到乌梅的研究中,有助于系统了解辐照处理对其复杂成分的影响规律。如图2和图3所示,以未经辐照的原始乌梅样品作为参照图谱,通过对比分析发现,其指纹图谱共识别出15个主要特征峰,其中峰2为草酸,峰3为枸橼酸,峰4为富马酸,峰7为新绿原酸,峰9为绿原酸。根据表6数据,不同电子束辐照剂量处理组(0～15 kGy)的指纹图谱与CK组对照图谱的相似度均不低于0.998。这一结果表明,在15 kGy以内的辐照处理条件下,乌梅中各成分的种类、比例及整体组成未发生显著改变,化学信息的稳定性得到了较好保持。类似地,聂晓兵等[36]在研究辐照对天麻的影响时,发现不同剂量辐照处理后的指纹图谱相似度均高于0.98,证实辐照不会显著改变药材的成分组成;QIU等[37]的研究也得出相近结论。

2.8 化学计量学分析

2.8.1 聚类分析

聚类分析是一种通过相似性度量自主划分样本集合的分析方法,可将内在属性相近的样本归为同一簇群,同时最大化不同簇群间的差异性,并通过树状图直观展示[38]。本研究中,将不同辐照剂量乌梅的峰面积进行标准化处理,并导入SPSS 27进行聚类分析。如图4所示,样品聚类分析结果呈现出良好的剂量-效应关系。值得注意的是,相同辐照剂量的样品均稳定聚集在同一分组内,表明实验具有良好的重复性和可靠性。当设定欧式距离阈值为15时,所有样品可划分为3个特征性类群:第一类群由对照组(S1～S3)组成;第二类群包含2 kGy辐照组(S4～S6)、4 kGy(S7～S9)、6 kGy(S10～S12)和8 kGy(S13～S15)辐照组;第三类群则为10 kGy(S16～S18)和15 kGy(S19～S21)辐照组。参照相关标准,建议将辐照处理划分为3个剂量区间:低剂量区间(0～2 kGy)可基本保持原料特性;中等剂量区间(4～8 kGy)适用于常规灭菌处理;高剂量区间(≥10 kGy)则会导致化学成分的明显变化。

2.8.2 正交偏最小二乘法分析

本研究通过正交偏最小二乘判别分析对电子束辐照处理的乌梅指纹图谱进行了系统分析(图5)。

模型验证方面,各参数值均满足基本要求,其中R2X为0.913,R2Y为0.987,Q2为0.971,均超过0.5的阈值,表明模型具有良好的解释能力和预测可靠性。置换检验结果进一步证实模型不存在过拟合风险,具有可靠的判别性能。图5-A得分图显示,样品按辐照剂量分为两类:未辐照组与2～4 kGy组聚集,6～15 kGy组另成一类,说明4 kGy及以下剂量对乌梅化学成分影响较小,而高于6 kGy则影响显著。样品点随剂量增加呈规律偏移,表明辐照效应与剂量密切相关。变量重要性投影(variable importance in projection,VIP)分析(图5-D)识别出6种VIP>1.0的关键差异标志物,包括峰5(VIP=1.51)、枸橼酸(VIP=1.46)、峰6(VIP=1.37)、富马酸(VIP=1.24)、峰11(VIP=1.24)和草酸(VIP=1.11)。载荷图(图5-C)显示这些化合物明显偏离原点,进一步证实其判别价值。综上,电子束辐照对乌梅化学成分的影响呈现明显剂量-效应关系。中低剂量对化学特征影响小,高剂量则引起显著变化。建议实际灭菌中将剂量控制在6 kGy以下,并将上述6种成分作为潜在质量标志物,以兼顾灭菌效果与质量稳定。

2.9 AHP-熵权法组合赋权

2.9.1 AHP法确定主观权重系数

AHP法是一种结构化决策分析工具,通过构建层次化模型和多准则比较实现复杂问题的系统化评价[39]。该方法可建立基于主观数据的决策框架,为辐照后乌梅品质的主客观融合评价提供数据基础。如图6所示,本研究构建的3层次评价模型包含目标层(乌梅品质指标A)、准则层(活性成分B1、色差B2、抗氧化活性B3)及指标层(11项参数)。表7提供的判断矩阵标准参考值定义了1～9标度体系,其中标度值1、3、5、7、9分别对应同等重要、稍微重要、明显重要、强烈重要和绝对重要的梯度关系,为指标间相对重要性比较提供量化基准。总准则层判断矩阵如表8所示,其中,建立的层次顺序为:有机酸>总黄酮=总酚=总糖=还原糖>DPPH自由基清除率=ABTS阳离子自由基清除率=Fe3+还原能力>L*=a*=b*。

2.9.2 熵权法确定客观权重系数

研究采用基于信息熵理论的熵权法对辐照乌梅品质指标进行客观赋权。该方法通过计算各评价指标的信息熵值量化其离散程度,并确定权重分配。具体而言,变异程度越大,其对应的熵值越小,所分配的权重则越高;反之熵值增大,权重相应降低。这种基于数据内在变异特征的赋权方式,可减少传统评价方法中主观因素带来的偏差[40]。研究首先对辐照处理后乌梅样品的11项关键品质指标进行标准化和归一化处理,消除量纲影响。随后通过熵值计算得到各指标的信息熵,最终确定其权重系数。各指标权重系数分别为:DPPH自由基清除率0.063、ABTS阳离子自由基清除率0.050、Fe3+还原能力0.107、总黄酮0.106、总酚0.101、总糖0.093、还原糖0.130、有机酸0.102、L*值0.097、a*值0.073、b*值0.077。具体计算如公式(6)～公式(8)所示。

a)数据标准化处理:

(6)

式中:pij,标准化数据;xij,第i行j列的标准化数值;max(xj),最大值;min(xj),最小值。

b)信息熵计算:

(7)

式中:ej,信息熵。

c)权重计算:

(8)

式中:wj,权重;ek,第k个评价指标的熵值。

2.9.3 计算综合评分

研究基于AHP-熵权法构建高能电子束辐照乌梅品质的综合评价体系,通过综合权重计算公式实现主客观权重的有机融合,并将多维度的品质指标转化为具有可比性的单一评价值,实现对复杂品质特征的量化表征。综合得分结果如表9所示,不同辐照剂量处理组的乌梅品质存在差异。4 kGy辐照剂量组的综合得分最高,排序居首;其次是2 kGy组和6 kGy组;而未经辐照的对照组和15 kGy高剂量组得分较低,分别位列第6和第7。结果表明,4 kGy的电子束辐照能够提高乌梅的综合品质,而过低或过高的辐照剂量均难以达到最佳效果。

综合权重计算公式及综合评分计算如公式(9)和公式(10)所示:

(9)

式中:Zj,综合权重;Rj,第j个指标的主观权重系数;wj,第j个指标的客观权重系数。

综合评分

(10)

式中:zj,第j个指标的综合权重;cj,第j个指标的测定结果。

3 结论

本研究结果表明,电子束辐照可以有效杀灭乌梅中的微生物,且与辐照剂量呈正相关。其中,2 kGy 处理可使需氧菌和霉菌酵母菌总数分别降至5.2×10 CFU/g和7.2×10 CFU/g,符合药典标准;4 kGy 时微生物总数进一步降至小于10 CFU/g。电子束辐照在一定程度上影响了乌梅色泽。中低剂量可提高亮度并增强红黄色调,而高剂量则导致变暗和蓝绿偏向。活性成分方面,4 kGy处理使总黄酮含量较对照组显著提高3.11%(P<0.05),有机酸含量保持稳定,仅引起总酚含量轻微下降。该剂量下,DPPH自由基与ABTS阳离子自由基清除率及Fe3+还原能力分别较对照组显著提升7.46%、7.28%和8.75%(P<0.05),且与黄酮含量显著正相关(r=0.76)。指纹图谱相似度均≥0.998,表明15 kGy内未对乌梅特征成分结构产生明显影响。聚类分析显示样品按剂量聚为三类,正交偏最小二乘判别分析识别出枸橼酸、新绿原酸等6种关键差异标志物。AHP-熵权法综合评价确定4 kGy为最优剂量。综上,4 kGy辐照剂量为乌梅最佳辐照剂量,可在有效灭菌的同时提升活性成分与抗氧化活性。本研究为乌梅及类似药食同源材料的绿色保鲜提供了理论依据与数据支持。

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Research on quality evaluation of electron beam irradiated Mume fructus based on chemometrics and analytic hierarchy process-entropy weight method

XIE Hai1, HU Guixuan1, WU Di1, LIU Ying2,3, MENG Ailian2,3, YAO Bo2,3, CHEN Xiaoming1, GAO Peng2,3*

1(College of Life Sciences and Agri-forestry, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, China)

2(Sichuan Institute of Atomic Energy Research, Chengdu 610100, China)

3(Sichuan Provincial Key Laboratory of Irradiation Preservation and Effects, Chengdu 610101, China)

ABSTRACT This study established a comprehensive quality evaluation system for electron beam irradiated Mume fructus.This study investigated effects of irradiation doses (0-15 kGy) on microbial safety, physicochemical properties, bioactive components, and antioxidant activity.Microbial loads, physicochemical indices (moisture, ash, color parameters), active compounds (flavonoids, organic acids, phenols, sugars), and antioxidant capacity (DPPH free radical/ABTS cationic radical/·OH scavenging, Fe3+ reduction) were systematically analyzed.An analytic hierarchy process-entropy weighting model identified optimal irradiation conditions.Key findings demonstrated that 2 kGy reduced microbial loads to pharmacopoeia standards, while 4 kGy achieved microbial levels below 10 CFU/g.Moisture, ash, and water-soluble extracts remained stable (P>0.05).Irradiation at 2-6 kGy significantly increased color brightness (L*), red-green value (a*), and yellow-blue value (b*) (P<0.05).Flavonoid content peaked at 4 kGy, whereas organic acids were preserved at low-to-medium doses (0-8 kGy).Phenols and sugars showed no significant changes.At 4 kGy, DPPH free radical/ABTS cationic radical scavenging rates and Fe3+ reduction capacity increased significantly (P<0.05), though ·OH scavenging remained unchanged.Correlation analysis confirmed strong positive relationships between flavonoid content and antioxidant activities (DPPH free radical:r=0.65;ABTS cationic radical:r=0.66;Fe3+ reduction:r=0.76;P<0.05).Similarity analysis of fingerprint profiles demonstrated that all irradiated groups shared a similarity exceeding 0.998 with the control group, indicating that irradiation did not cause substantial changes in the primary chemical composition of Mume fructus.Hierarchical clustering analysis categorized samples into low (0-2 kGy), medium (4-8 kGy), and high (≥10 kGy) dose clusters.Orthogonal partial least squares-discriminant analysis identified citric acid among six key differential markers.The analytic hierarchy process-entropy model assigned the highest comprehensive score to the 4 kGy group.In summary, electron beam irradiation at 4 kGy not only achieves efficient sterilization but also enhances the overall quality of Mume fructus, thereby providing a theoretical foundation for its practical application.

Key words chemometrics; entropy weight method; analytic hierarchy process; electron beam irradiation; Mume fructus; quality evaluation

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.044242

引用格式：解海,胡贵宣,吴迪,等.基于化学计量学与层次分析-熵权法的电子束辐照乌梅质量评价研究[J].食品与发酵工业,2026,52(12):253-264.XIE Hai,HU Guixuan,WU Di, et al.Research on quality evaluation of electron beam irradiated Mume fructus based on chemometrics and analytic hierarchy process-entropy weight method[J].Food and Fermentation Industries,2026,52(12):253-264.

第一作者：硕士研究生(高鹏研究员为通信作者,E-mail:ppenggao@163.com)

基金项目：西南科技大学研究生创新基金项目(24ycx1164);四川省科技创新平台项目(2025JDKY0003)

收稿日期：2025-08-16,改回日期:2025-11-19