芝麻酱是一种富含蛋白质、脂质、维生素E等营养物质的调味品,广泛应用于火锅蘸料、面条、凉拌菜中[1-3]。近年来,随着人们生活节奏的加快,以芝麻酱为基底的复合调味酱料发展迅速,给消费者带来了极大的便利。芝麻酱基复合调味酱料由于营养丰富,水分活度高,易造成微生物污染,目前工业生产通常选用化学防腐剂作为管控微生物的主要手段[4-5]。
随着消费者食品安全意识普遍增强,以物理手段杀菌或添加天然防腐剂的食品市场接受度更高。辐照技术是一种国际公认的非热物理杀菌技术,既能有效杀灭食品中的微生物,又具有杀虫、降解真菌毒素和农药残留等作用,具有“一技多效”的特点,在酱料杀菌方面具有良好的应用前景[6-7]。李俊杰等[8]采用3.68 kGy电子束辐照昭通酱,其菌落总数和霉菌由初始的6.56、4.72 lg CFU/g分别降至3.05、<1 lg CFU/g,达到了卫生标准。刘雪妮等[9]研究发现,初始菌含量超过5 lg CFU/g的甜面酱、黄豆酱、红腐乳和郫县豆瓣酱经γ射线7 kGy辐照后,杀菌率可达98%以上。
虽然现有研究证实了辐照技术在昭通酱、甜面酱等发酵酱料中具有显著的杀菌效果,但针对芝麻酱及其复合调味酱的辐照应用研究相对匮乏。本研究聚焦基础原料芝麻酱,采用γ射线对其进行不同剂量辐照处理,考察辐照后产品在不同贮藏温度下营养成分、安全指标和感官品质的变化规律,为优化芝麻酱的辐照工艺,同时也为辐照技术在复合调味酱中的应用奠定理论基础。
新磨制的芝麻酱(油脂含量50.47 g/100 g,蛋白含量24.10 g/100 g),驻马店市古味小磨香油开发有限公司;其他试剂均为分析纯。
60Co-γ辐射源,河南省科学院同位素研究所有限责任公司;SER 148/6索式提取器,意大利VELP公司;KJELTEC2300全自动凯氏定氮仪,瑞典FOSS公司;TG16离心机,上海卢湘仪离心机仪器有限公司;PEN3电子鼻,德国Airsense公司;SA402B型电子舌,日本Insent公司;AL204分析天平,瑞士METTLER TOLEDO公司;HWS-250恒温恒湿箱、DHG型电热恒温鼓风干燥箱,上海精宏实验设备有限公司;RE-52AA旋转蒸发仪,上海亚荣生化仪器厂。
芝麻酱(瓶装,240 g)的辐照剂量分别为0、1、3、5 kGy,每个剂量设置3个平行(采用重铬酸银和重铬酸钾银剂量计测定样品的实际吸收剂量分别为0、0.98、3.21、5.08 kGy),分别置于常温(25 ℃)和高温(45 ℃)贮藏,于第0天和第35天测定芝麻酱的品质。
芝麻酱中脂肪的测定参照GB 5009.6—2025《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》;
蛋白质的测定参照GB 5009.5—2025《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》;
维生素E的测定参照GB 5009.82—2016《食品安全国家标准 食品中维生素A、D、E的测定》。
酸价的测定参照GB 5009.229—2025《食品安全国家标准 食品中酸价的测定》;
过氧化值的测定参照GB 5009.227—2023《食品安全国家标准 食品中过氧化值的测定》;
菌落总数的测定参照GB 4789.2—2022《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》;
霉菌的测定参照GB 4789.15—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 霉菌和酵母计数》。
气味:取5 g芝麻酱置于50 mL顶空瓶中,室温富集30 min后,采用电子鼻进行测定。采样时间1 s/组;传感器自清洗时间80 s;样品进样时间5 s;采样时间100 s。选取50~52 s数据进行分析,每个样品重复测定3次。
滋味:取40 g样品与160 g超纯水混匀,超声20 min后离心(6 000 r/min,10 min),上层液体采用滤纸过滤后取滤液待测。
结果表示为“平均值±标准差”,每组实验均设置3个平行样本。采用SPSS 20.0软件进行数据的分析处理,采用Origin 2018软件作图。
油脂对芝麻酱的流变学特性具有重要影响,适宜的脂肪含量可赋予芝麻酱顺滑的口感[10]。由表1可知,刚辐照完(0 d)的芝麻酱样品其脂肪含量不存在显著性差异(P>0.05),脂肪含量在48.87~50.93 g/100 g,基本符合NY/T 1509—2017《绿色食品 芝麻及其制品》(≥45.0 g/100 g)和LS/T 3220—2017《芝麻酱》(≥50.0 g/100 g)中对芝麻酱脂肪的限量要求。芝麻酱在25 ℃或45 ℃条件下贮藏35 d后,5 kGy剂量辐照的样品其脂肪含量相对空白对照均出现了显著的增加(P<0.05),这可能是由于辐照剂量较大时,其对细胞壁的破坏作用较强,使得更多的油脂在贮藏过程中游离出来[11]。
表1 芝麻酱的脂肪含量 单位:g/100 g
Table 1 Fat content in sesame paste
辐照剂量/kGy0 d35 d 25 ℃35 d 45 ℃050.47±1.20aC54.65±0.21cB56.95±0.21bA150.93±1.65aB56.15±0.35abA57.55±0.35bA350.40±0.26aB55.40±0.57bcA57.15±0.35bA548.87±0.29aB56.55±0.07aA58.45±0.21aA
注:不同小写字母上标表示同一贮藏时间不同辐照剂量存在显著差异(P<0.05);不同大写字母上标表示同一辐照剂量不同贮藏温度存在显著差异(P<0.05)(下同)。
同一辐照剂量下,贮藏时间的延长造成了脂肪含量的显著增加(P<0.05),这主要是由于芝麻酱是固液多相的热力学不稳定体系,油脂随贮藏时间的延长发生层析,造成取样测定的芝麻酱油脂含量增加[12-13]。0 kGy时,45 ℃贮藏的芝麻酱油脂含量(56.95 g/100 g)显著高于25 ℃贮藏的样品(54.65 g/100 g)(P<0.05),这是由于温度的升高加速了分子的热运动,促进了固液两相的分离,油脂的析出增加[14];但1~5 kGy剂量的γ射线辐照消除了贮藏温度对油脂含量的影响,同一剂量下,25 ℃和45 ℃贮藏的样品,油脂含量不存在显著差异(P>0.05)。
蛋白质是芝麻酱中含量仅次于脂肪的营养物质,是植物蛋白的良好来源;同时,蛋白质在芝麻焙烤过程中通过与糖类发生美拉德反应,赋予了芝麻酱独特的风味[15-16]。由表2可以看出,辐照剂量和贮藏温度对芝麻酱中蛋白质的含量总体无显著影响。0 d时,经不同辐照剂量处理的芝麻酱蛋白质含量在23.83~24.57 g/100 g;25 ℃或45 ℃贮藏35 d时,芝麻酱的蛋白质含量分别在24.50、23.50 g/100 g左右。通常情况下,辐照不会显著改变食品中的蛋白质含量,但会使蛋白质的结构发生变化,进而改变蛋白质的溶解度、乳化稳定性等特性[17]。
表2 芝麻酱的蛋白质含量 单位:g/100 g
Table 2 Protein content in sesame paste
辐照剂量/kGy0 d35 d 25 ℃35 d 45 ℃024.10±0.35aAB24.40±0.00aA23.75±0.21aB124.00±0.10aA24.10±0.42aA22.40±0.42bB323.83±0.23aA24.70±0.14aA23.60±0.14aA524.57±0.93aA24.35±0.21aA24.10±0.28aA
维生素E是α、β、γ、δ生育酚及其相应的三烯生育酚的统称,是人体必需脂溶性维生素,在维持人体正常生理机能、预防阿尔茨海默病和抗氧化等方面具有重要作用[18-19]。由图1~图3可知,芝麻酱中维生素E主要以α、γ和δ生育酚的形式存在,其中γ生育酚含量最高,α生育酚的含量相对较少(由于α生育酚的含量接近或低于方法的检测限,仅具有定性意义)。
图1 辐照对芝麻酱中维生素E含量的影响(0 d)
Fig.1 Effect of irradiation on vitamin E content in sesame paste (0 d)
注:图中不同小写字母表示组内存在显著性差异(P<0.05)(下同)。
0 d时,3 kGy的辐照剂量使γ生育酚含量从17.47 mg/100 g增加至19.93 mg/100 g(P<0.05);5 kGy时,δ生育酚含量相对空白对照增加了72.73%(图1)。整体上,辐照对维生素E含量的影响较小,仅在3 kGy时,维生素E含量出现了明显的提升。当25 ℃贮藏35 d后,γ生育酚含量出现了较大的波动,1、5 kGy时,γ生育酚的含量均低于空白对照(22.05 mg/100 g),3 kGy时γ生育酚的含量增加了35.37%;δ生育酚含量随着辐照剂量从0.26 mg/100 g(0 kGy)增加至1.09 mg/100 g(3 kGy),随后又减少至0.34 mg/100 g(5 kGy);3 kGy时,维生素E含量仍然最高,达到3.19 mg α-TE/100 g(图2)。45 ℃贮藏35 d后,γ生育酚含量变化与25 ℃贮藏条件下的规律相同,依然是3 kGy时γ生育酚含量最高(28.05 mg/100 g);此时,δ生育酚含量最高(1.06 mg/100 g),维生素E含量达到2.98 mg α-TE/100 g(图3)。
图2 辐照对芝麻酱中维生素E含量的影响(35 d 25 ℃)
Fig.2 Effect of irradiation on vitamin E content in sesame paste (35 d at 25 ℃)
图3 辐照对芝麻酱中维生素E含量的影响(35 d 45 ℃)
Fig.3 Effect of irradiation on vitamin E content in sesame paste (35 d at 45 ℃)
辐照通常会导致食品中的水分子、脂质等产生自由基,破坏生育酚结构,导致维生素E含量下降[17,20]。本研究中,3 kGy辐照条件下,芝麻酱中δ和γ生育酚的含量出现了反常现象。这可能是由于辐照破坏了细胞壁结构,促进了芝麻酚和芝麻素等抗氧化物质的溶出,消除了部分自由基,减少了维生素E的损失;但辐照剂量过低(1 kGy)时,芝麻酚和芝麻素溶出不足,而剂量过高时(5 kGy),体系自由基含量的增幅可能超出了芝麻酚和芝麻素的抗氧化能力[21]。
油脂氧化酸败产生的有害物质对大脑、肝脏、胰腺等器官造成潜在损害,长期摄入会威胁人体健康[22]。酸价和过氧化值作为脂质氧化的特征性参数,是评估芝麻酱品质稳定性和食用安全风险的重要指标。如图4所示,0 d时,辐照剂量对芝麻酱的酸价没有显著影响(P>0.05),各个样品的酸价均低于0.40 mg/g。贮藏35 d后,所有样品的酸价迅速增加,介于3.14~3.52 mg/g,高于LS/T 3220—2017《芝麻酱》中酸价的限量标准(≤3.0 mg/g)。这说明,芝麻酱开封后无论是在25 ℃还是在45 ℃条件下贮藏,其酸价都会大幅度上升,存在食用风险;但是,除了5 kGy处理外,1~3 kGy的剂量处理均不会导致芝麻酱的酸价高于空白对照。
图4 辐照对芝麻酱的酸价的影响
Fig.4 Effect of irradiation on acid value of sesame paste
0 d时,芝麻酱的过氧化值随着辐照剂量的增加从0.25 mg/100 g逐渐降低至0.11 mg/100 g(图5),这与前文提到的芝麻酚和芝麻素等抗氧化物质的溶出有关[21]。35 d时,25 ℃贮藏的样品过氧化值在0.22~0.26 mg/100 g,45 ℃贮藏的芝麻酱,其过氧化值在0.50 mg/100 g左右,均远低于LS/T 3220—2017《芝麻酱》中的限量标准(≤0.25 g/100 g)。
图5 辐照对芝麻酱过氧化价的影响
Fig.5 Effect of irradiation on peroxide value of sesame paste
综合来看,贮藏温度对芝麻酱酸价和过氧化值的负面影响较大,而3 kGy以内的辐照剂量对酸价和过氧化值负面影响较小。因此,芝麻酱开封后应避免在高温环境下贮藏(如夏季的厨房),并且尽快食用,否则易导致酸价超标,这是日常家庭食用过程中容易忽略的问题。
由表3可以看出,虽然本研究所用标准化生产的芝麻酱在贮藏期内无论辐照与否,其菌落总数和霉菌含量基本上都不高于10 CFU/g,但5 kGy辐照处理仍展现出一定的贮藏稳定性优势(45 ℃贮藏35 d细菌和霉菌均未检出)。当前结果受限于样品的初始低微生物负荷,但芝麻酱及其复合调味酱在实际生产中仍然面临微生物超标的问题:一方面,市售散装芝麻酱,特别是农贸市场作坊式生产产品,由于缺乏原料和生产过程管控,普遍存在较高的微生物污染风险[23];另一方面,芝麻酱复合调味品因水分活度较高,冷藏保质期仅能维持4 d左右,而常规热杀菌技术难以有效控制微生物的大量繁殖[4]。因此,辐照技术在芝麻酱及其复合调味酱杀菌方面仍具有重要的应用价值。
表3 芝麻酱的菌落总数和霉菌含量 单位:CFU/g
Table 3 Total plate count and mold content in sesame paste
辐照剂量/kGy菌落总数霉菌含量0 d35 d 25 ℃35 d 45 ℃0 d35 d 25 ℃35 d 45 ℃0101010———1—1025———3—1010———5——————
注:“—”表示未检出。
电子鼻通过气敏传感器阵列捕捉食品的气味特征,并结合模式识别算法进行信号分析处理,可以快速对酱料、白酒等食品的气味信息进行全面评估[24]。由芝麻酱气味的主成分分析(principal component analysis,PCA)结果(图6~图8)可知,刚辐照完(0 d)、25 ℃贮藏35 d和45 ℃贮藏35 d的芝麻酱样品第1主成分的贡献率分别为76.7%、68.1%和68.9%,第2主成分的贡献率分别为22.5%、20.7%和20.9%,2个主成分的累积贡献率分别为99.2%、88.8%和89.8%,均高于70%,说明主成分分析能有效地反映样品信息。
a-得分图;b-载荷图
图6 贮藏0 d的芝麻酱气味PCA
Fig.6 PCA of odor in sesame paste stored for 0 d
a-得分图;b-载荷图
图7 25 ℃贮藏35 d的芝麻酱气味PCA
Fig.7 PCA of odor in sesame paste stored at 25 ℃ for 35 d
a-得分图;b-载荷图
图8 45 ℃贮藏35 d的芝麻酱气味PCA
Fig.8 PCA of odor in sesame paste stored at 45 ℃ for 35 d
0 d时,芝麻酱辐照后气味发生了一定程度的变化,但3、5 kGy剂量辐照的样品与空白对照的差异不显著。根据载荷图分析结果,在第1主成分上,对气味贡献最大的传感器为W3C(氨、芳香分子)、W1C(芳烃化合物)和W5C(烯烃、芳族、极性分子),即氨、芳香分子、芳烃化合物、烯烃、芳族和极性分子这些物质对芝麻酱的气味影响最大;在第2主成分上,对气味贡献最大的传感器为W3S(烷类和脂肪族),即烷类和脂肪族对芝麻酱的气味影响最大。
35 d后,25 ℃贮藏的空白对照样品与辐照后的芝麻酱气味仍然存在差异,但这种差异相对0 d时明显减小(图7),45 ℃贮藏则显著加剧了空白对照与辐照组之间的气味差异(图8)。载荷图结果显示,无论是25 ℃还是45 ℃贮藏,在主成分1上,仍然是W3C、W1C和W5C贡献最大,在主成分2上,W3S贡献最大,这说明无论是否经过贮藏,芝麻酱的主要气味成分均为氨类物质、芳香族化合物、烯烃类、芳烃类及极性分子。
辐照处理可能促使蛋白质变性和脂肪氧化,导致食品产生一定量的“辐照味”,但相对其他处理技术(如热处理),辐照对食品气滋味的影响相对较小,在适宜的剂量范围内,食品的风味仍然是可接受的[17,25]。JO等[26]研究发现,0.5~2 kGy剂量γ射线辐照处理虽然会影响脐橙的电子鼻检测结果,但脐橙在6周内的感官评分与空白对照没有显著差异。鲁怡婷等[27]对比了电子束辐照(6 kGy)和高温高压杀菌(116 ℃、15 min)对即食调味克氏原螯虾尾品质的影响,结果表明2种杀菌方式均可延缓虾肉的风味劣变,但在贮藏期内,辐照组的感官评分均显著高于高温高压组。
电子舌通过模仿人类味觉感受可快速、灵敏地对食品的滋味进行分析,与电子鼻联合使用,可以更全面地了解食品的风味特征[24]。由图9~图11的雷达图可知,无论是第0天还是贮藏35 d后,辐照均对芝麻酱的咸味和甜味产生了轻微的影响,但对其苦味、涩味回味、鲜味和丰富度影响不明显(酸味、涩味、苦味回味均低于无味点,不再讨论)。
a-雷达图;b-载荷图
图9 贮藏0 d的芝麻酱滋味分析
Fig.9 Taste analysis of sesame paste stored for 0 d
a-雷达图;b-载荷图
图10 25 ℃贮藏35 d的芝麻酱滋味分析
Fig.10 Taste analysis of sesame paste stored at 25 ℃ for 35 d
a-雷达图;b-载荷图
图11 45 ℃贮藏35 d的芝麻酱滋味分析
Fig.11 Taste analysis of sesame paste stored at 45 ℃ for 35 d
采用PCA对芝麻酱的滋味分析,载荷图结果显示,0 d时,第1主成分占比54.9%,第2主成分占比19.9%,2个主成分占比超过70%,可以反映样品的主要信息。从第1主成分来看,咸味和丰富度对样品的滋味影响相对较大;从第2主成分来看,酸味对样品的滋味影响相对较大。25 ℃贮藏35 d后,2个主成分占比达到了88.9%;第1主成分上仍然是丰富度和咸味的影响较大,但第2主成分上涩味影响较大;45 ℃贮藏条件下,第1主成分鲜味影响变大,咸味次之,第2主成分上仍然是涩味回味影响较大。
从整体看,5 kGy以内的辐照剂量对芝麻酱的滋味影响相对较小。虽然辐照对食品的气滋味会产生一定的影响,但在适宜剂量范围内,食品的风味仍然是可接受的,甚至优于其他灭菌技术[17,27-28]。
本文研究了不同剂量γ射线处理及不同贮藏温度对芝麻酱的营养价值、食用安全和感官风味品质的影响。从整体看,3 kGy以内的辐照对芝麻酱的脂肪含量、蛋白质含量、维生素E含量、过氧化值、气味、滋味中的苦味、涩味回味、鲜味和丰富度等指标没有显著的负面影响,但较高的贮藏温度(45 ℃)会导致芝麻酱的酸价大幅超标,增大辐照组与空白对照组间的风味差异。本文研究结果可为辐照技术在芝麻酱及其复合调味酱加工中的应用提供理论参考。
另外,基于食用安全和感官品质考量,芝麻酱开封后应在相对较低的温度下贮藏并且尽快食用完毕,避免酸价超标和风味改变,这是日常家庭食用过程中容易忽略的问题;此外,芝麻酱生产商或许可以从商品规格或包装材质入手,解决开封后的芝麻酱在贮藏过程中可能面临的食用安全和风味变化问题。
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