董娟聰，程 嬌，黨旭紅，王 超，劉曉明

（中國(guó)輻射防護(hù)研究院太原030006）

2020年6月以來(lái)，我國(guó)發(fā)生多起進(jìn)口冷凍肉類食品外包裝及樣品表面新冠狀病毒核酸呈陽(yáng)性案例，對(duì)國(guó)內(nèi)“外防輸入、內(nèi)防反彈”疫情防控工作帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為防止新冠狀病毒經(jīng)冷凍肉類食品傳播，需要對(duì)冷凍肉類食品進(jìn)行病毒消殺。針對(duì)目前常用的消毒方式：化學(xué)消毒容易導(dǎo)致食品中消毒化學(xué)試劑殘留；紫外線消毒只局限于食品包裝表面消毒，且容易受到包裝整齊度及貨物擺放方式的影響。自20世紀(jì)以來(lái)，國(guó)際社會(huì)就廣泛利用輻照這一殺菌作用對(duì)食品進(jìn)行殺菌，提高食品保藏期。與在食品中添加防腐劑、加熱處理等傳統(tǒng)食品保藏加工技術(shù)相比，輻照加工技術(shù)作為一種冷加工物理滅菌技術(shù)，可以徹底殺滅病原微生物，而且無(wú)化學(xué)殘留，食品可裝箱后再輻照，避免再次污染的風(fēng)險(xiǎn)［1］，可以最大限度地保持食品的營(yíng)養(yǎng)及品質(zhì)，從而達(dá)到食品抑芽、除蟲(chóng)、消毒、滅菌等目的。此外采用輻照處理食品不會(huì)引起顯著的溫度變化，因此在消殺冷凍肉類食品中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本文主要就目前關(guān)于輻照對(duì)冷凍肉類品質(zhì)影響的相關(guān)研究進(jìn)行概述，為拓展核技術(shù)的應(yīng)用及開(kāi)展該方面的科研工作提供參考。

1 食品輻照加工技術(shù)

輻照加工技術(shù)是利用γ、X射線和電子束電離輻射與食品表面或內(nèi)部微生物發(fā)生直接或間接作用起到殺菌效果［2］。由于冷凍食品的特殊性，其呈固體狀態(tài)，因此輻照對(duì)于冷凍食品的主要表現(xiàn)為直接作用。食品輻照加工具有無(wú)殘留、無(wú)污染、高效、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，在食品保藏中廣泛應(yīng)用。目前已在世界60多個(gè)國(guó)家使用［3］。食品加工的輻照源主要有放射性核素鈷-60或銫-137產(chǎn)生的γ射線、加速器產(chǎn)生的≤5 MeV X射線及≤10 MeV的電子束。目前輻照加工中應(yīng)用最多的是鈷-60輻照源，因其穿透能力強(qiáng)，可直接用于包裝好的食品。但由于鈷源半衰期短（5.3 a），需要經(jīng)常補(bǔ)充，維護(hù)費(fèi)用較高［4］。與γ射線（0.01～1 Gy·s-1）相比，電子束可根據(jù)需求隨時(shí)調(diào)節(jié)使用，在不需要時(shí)可以關(guān)閉［5］，且具有更高的劑量率（103～105Gy·s-1），在更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到與γ射線同樣的效果［6］，便于大規(guī)模生產(chǎn)。但其主要不足在于穿透能力弱，很難穿透厚度或密度較大的食品，只能對(duì)包裝表面進(jìn)行消殺。因此上述兩種輻照源均有一定的局限性，而X射線除了具有電子束其他的優(yōu)勢(shì)之外，其穿透力較強(qiáng)，3 MeV電子束產(chǎn)生的X射線與鈷-60 γ射線具有相似的穿透特性，可有效解決電子束輻照穿透力弱的劣勢(shì)，因此適合于較厚物品以及大型食品包裝物的輻射加工［7］。特別是電子加速器上裝有X射線轉(zhuǎn)化靶時(shí)，就可以根據(jù)產(chǎn)品的要求，既可以用電子束，也可以用X射線進(jìn)行輻照，因此利用轉(zhuǎn)靶X射線進(jìn)行食品輻照加工是該領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。

2 輻照對(duì)新冠狀病毒的消毒

判斷滅活病毒的指標(biāo)包括：相對(duì)指標(biāo)和絕對(duì)指標(biāo)。相對(duì)指標(biāo)主要是指D10（滅活90%病毒的劑量）；絕對(duì)指標(biāo)則側(cè)重殺滅病毒數(shù)量（滅活值>4 Logs）或樣本盲傳3代無(wú)病變。不同的判斷指標(biāo)對(duì)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響，但總體上仍可以得出不同種類病毒的輻射敏感性大小。大量研究已經(jīng)證明電離輻射具有滅活病毒的能力，但病毒種類、宿主細(xì)胞種類等因素均會(huì)對(duì)滅活病毒的劑量產(chǎn)生影響。有的病毒滅活劑量?jī)H為10 kGy，而有的病毒高達(dá)50 kGy都無(wú)法使其滅活［8］，因此不同類型病毒之間的輻射敏感性存在明顯差異。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)輻照滅活新冠狀病毒的研究較少，已有的研究結(jié)果主要是采用γ射線輻照滅活冠狀病毒，用于疫苗的制備方面，據(jù)報(bào)道10 kGy劑量可滅活冠狀病毒科病毒，如SARS-CoV（包括SARS-CoV-2）和中東呼吸綜合征冠狀病毒（MERS-CoV），但尚未對(duì)較低劑量進(jìn)行廣泛研究［8-11］。只有一項(xiàng)研究報(bào)告稱，0.15 kGy的劑量不足以滅活SARS-CoV［12］。這些研究都是在常溫下對(duì)新冠狀病毒的消毒效應(yīng)研究，而由于冷鏈?zhǔn)称繁砻鏈囟容^低，病毒在低溫狀態(tài)下輻射敏感性是否會(huì)產(chǎn)生變化也需要進(jìn)一步研究。國(guó)內(nèi)目前關(guān)于采用輻照消殺冷鏈?zhǔn)称沸鹿跔畈《镜南嚓P(guān)研究，正處于研究階段，如由中核集團(tuán)聯(lián)合軍事科學(xué)院、清華大學(xué)等科研高校，共同開(kāi)展的進(jìn)口冷鏈?zhǔn)称沸鹿跔畈《痉揽剌椪障炯夹g(shù)攻關(guān)，利用新冠狀病毒、犬冠狀病毒進(jìn)行并肩實(shí)驗(yàn)，并利用犬冠病毒開(kāi)展了模擬新冠狀病毒的系列輻照滅活工藝實(shí)驗(yàn)［13］。但對(duì)于滅活新冠狀病毒的有效劑量是否在該食品的耐受劑量?jī)?nèi)，還需要開(kāi)展相關(guān)的研究。

3 輻照食品的耐受劑量

輻照劑量是影響食品輻照效果的主要因素。根據(jù)食品輻照的目的及所需的劑量不同，IAEA（International Atomic Energy Agency）481號(hào)技術(shù)報(bào)告《食品輻照規(guī)范手冊(cè)》［14］中把食品輻照分為3類（表1）。其中0.1～1 kGy主要是達(dá)到輻照保鮮的目的；1～10 kGy主要用于改善食品衛(wèi)生品質(zhì)；大于10 kGy又稱輻照滅菌，可將食品中的微生物數(shù)量減少到滅菌點(diǎn)。關(guān)于冷凍食品的輻照劑量，根據(jù)輻照目的不同，IAEA技術(shù)報(bào)告、各國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)都給出了相應(yīng)的規(guī)定。表2為IAEA 409號(hào)技術(shù)報(bào)告中推薦的不同種類食品的劑量限制，最高劑量為5.0 kGy［15］。表3為世界各國(guó)批準(zhǔn)肉類輻照劑量限值，美國(guó)、加拿大、印尼等國(guó)批準(zhǔn)的輻照冷凍肉類最大輻照劑量為7 kGy［16］。關(guān)于我國(guó)對(duì)于冷凍肉類的最大劑量規(guī)定，不同的標(biāo)準(zhǔn)給出的耐受劑量是不一樣的。由國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布的SN/T 1890-2007標(biāo)準(zhǔn)《進(jìn)出口冷凍肉類輻照規(guī)范》［17］中，規(guī)定冷凍肉類最大劑量不超過(guò)10 kGy；由衛(wèi)生部發(fā)布的《冷凍包裝畜禽肉》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，最大耐受劑量為2.5 kGy［18］；由農(nóng)業(yè)部（現(xiàn)為農(nóng)業(yè)農(nóng)村部）發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)《冷凍水產(chǎn)品輻照殺菌工藝》中規(guī)定的最大耐受劑量為7 kGy［19］。對(duì)于我國(guó)現(xiàn)有的關(guān)于輻照冷凍肉類食品的最高耐受劑量值不同標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定值的不一致，可能與發(fā)布部門考慮的側(cè)重點(diǎn)不同有關(guān)。此外，目前不論是IAEA推薦的，還是不同國(guó)家批準(zhǔn)的耐受劑量都比較寬泛，沒(méi)有針對(duì)某類食品的具體耐受劑量。因此，為了輻照冷凍肉類食品更好地推廣應(yīng)用，還需開(kāi)展不同種類冷凍肉類食品耐受劑量的探索，進(jìn)一步完善冷凍肉類食品輻照的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 輻照在食品中應(yīng)用的劑量范圍Table 1 Applications of irradiation to food and indicative dose range

表2 IAEA推薦的食品輻照劑量Table 2 Dosimetry for food irradiation by IAEA

表3 世界各國(guó)批準(zhǔn)的輻照劑量限值Table 3 Approval of radiation dose limits in the world

4 電離輻射對(duì)冷凍肉類食品品質(zhì)的影響

輻照可使肉類食品發(fā)生理化性質(zhì)和生物學(xué)變化，產(chǎn)生少量的所謂“輻解產(chǎn)物”，導(dǎo)致感官品質(zhì)和營(yíng)

養(yǎng)成分的改變。變化的程度取決于輻照食品的種類、狀態(tài)及輻照劑量等。目前對(duì)輻照影響肉類食品品質(zhì)的相關(guān)研究主要側(cè)重于冷藏/冷鮮食品，對(duì)于冷凍肉類食品的研究相對(duì)較少。

4.1 電離輻射對(duì)冷凍肉類食品感官的影響

感官形態(tài)是評(píng)判冷凍肉新鮮程度最直觀的方式，直接影響著食品的商品價(jià)值，是衡量肉品品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。肉品中蛋白質(zhì)和氨基酸等含氮物質(zhì)經(jīng)照射后會(huì)產(chǎn)生NH3、CO2、H2S、酰胺等有異味的分解物，脂類物質(zhì)在輻照條件下也會(huì)發(fā)生氧化，產(chǎn)生羰基化合物和過(guò)氧化物等，從而導(dǎo)致肉品酸敗，產(chǎn)生不良刺激性“輻照味”［20］。美國(guó)陸軍納蒂克研究所報(bào)道，將肉類置于-30℃的干冰中進(jìn)行輻照，無(wú)明顯的異味產(chǎn)生［21］。戚文元等［22］研究發(fā)現(xiàn)，4 kGy電子束輻照不僅對(duì)冷凍牛腩風(fēng)味無(wú)不良影響，還可提高冷凍牛腩的風(fēng)味，但能使牛腩紅色消退。Rodrigues等［23］研究表明，9 kGy γ射線可使冷凍牛肉顏色發(fā)生明顯改變，二者研究結(jié)果一致，這一現(xiàn)象可能與電離輻射使肉品中肌紅蛋白和脂肪發(fā)生氧化有關(guān)。牛肉的嫩度也是影響消費(fèi)者接受程度的感官特征之一，研究發(fā)現(xiàn)，與低劑量（3 kGy和6 kGy）輻照相比，冷凍牛肉在9 kGy劑量輻照下剪切力值降低［23］，從而增加牛肉的嫩度，這可能與較高劑量輻照誘導(dǎo)肌原纖維的物理破壞或膠原分子溶解有關(guān)，確有研究表明，凍牛肉的可溶性膠原蛋白隨著輻照劑量而增加，且在9 kGy γ射線處理后增加明顯［24-25］。此外，7 kGy電子束并不能引起冷凍鴨肉的感官（外觀、質(zhì)地、味道、風(fēng)味、整體接受度）發(fā)生顯著變化［26］。10 kGy劑量的電子束處理凍蝦仁，蝦仁的體表、眼球與照射前無(wú)差異，照射后也無(wú)異味產(chǎn)生［27］。賴宏剛等［28］研究表明，冷鮮雞肉經(jīng)8 kGy γ射線處理后咀嚼性有所增加。因此，目前的研究結(jié)果顯示，冷凍牛肉、鴨肉、凍蝦在稍高于目前國(guó)際推薦的7 kGy劑量照射下，冷凍肉類的感官并不能產(chǎn)生明顯的不良影響，甚至?xí)岣咂滹L(fēng)味。

4.2 電離輻射對(duì)冷凍肉類食品蛋白質(zhì)含量的影響

蛋白質(zhì)是機(jī)體重要的結(jié)構(gòu)成分，也是參與新陳代謝的關(guān)鍵成分之一，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值在很大程度上與氨基酸組成有關(guān)。研究輻照對(duì)肉類食品蛋白質(zhì)、氨基酸的影響有助于深入了解輻照加工對(duì)食品品質(zhì)的影響。研究報(bào)道，10 kGy γ射線作用后冷凍海蝦仁的蛋白質(zhì)含量為87.4%（對(duì)照組為87.13%）、冷凍河蝦仁的蛋白質(zhì)含量為80.81%（對(duì)照組為80.65%），提示輻照處理后同一品種食品的蛋白質(zhì)含量未發(fā)生明顯變化［29］。冷凍魷魚經(jīng)10 kGy γ射線作用后蛋白質(zhì)含量也無(wú)顯著變化［30］。而作為構(gòu)成人體所需蛋白質(zhì)的基本物質(zhì)——氨基酸，在相同輻照劑量照射后，其變化程度不一。如10 kGy輻照后冷凍魷魚氨基酸比對(duì)照組增加了1.5%［31］，但冷凍海蝦仁卻下降了1.7%，冷凍河蝦則無(wú)顯著變化［29］，4 kGy輻照處理的凍干牛肉片中各種氨基酸含量也未發(fā)生顯著變化。

揮發(fā)性鹽基氮是食品中蛋白質(zhì)在細(xì)菌和內(nèi)源酶作用下分解而產(chǎn)生氨以及胺類等堿性含氮物質(zhì)，可反映肉中堿性揮發(fā)性含氮物的含量，是目前國(guó)標(biāo)上公認(rèn)的用于評(píng)價(jià)肉質(zhì)新鮮程度的一個(gè)重要指標(biāo)［32］。國(guó)家食品安全標(biāo)準(zhǔn)中［12］規(guī)定，揮發(fā)性鹽基氮限量值為≤30 mg·kg-1。研究發(fā)現(xiàn)，冷凍鴨肉經(jīng)3 kGy和7 kGy電子束處理，可使其揮發(fā)性鹽基氮值隨劑量的增加而增高，分別為9.3 mg·kg-1、13.1 mg·kg-1［26］，但均在國(guó)家規(guī)定的限值內(nèi)。也有研究顯示，輻照可使冷凍蝦仁揮發(fā)性鹽基氮含量降低，從而提高食品鮮度［33］。

總之，冷凍肉類食品經(jīng)適當(dāng)劑量輻照處理后，并不能誘導(dǎo)食品在蛋白質(zhì)相關(guān)的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)方面發(fā)生顯著變化，而氨基酸含量的改變情況與輻照食品種類相關(guān)，因此為了進(jìn)一步推廣輻照加工技術(shù)的應(yīng)用，需要開(kāi)展輻照對(duì)不同種類食品氨基酸含量的進(jìn)一步研究。

4.3 電離輻射對(duì)冷凍肉脂肪氧化的影響

脂肪是最不穩(wěn)定的食物成分之一，極易受到電離輻射的影響。輻照處理會(huì)增加食品自由基的產(chǎn)生，引起自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，加速食品的脂肪氧化［34］。硫代巴比妥酸（Thiobarbituric Acid Reactive Substances，TBARS）是指動(dòng)物性油脂中不飽和脂肪酸氧化分解產(chǎn)物，脂肪氧化程度與其TBARS值呈正相關(guān)［35］。研究表明：冷凍羔羊肉經(jīng)7 kGy γ射線輻照后，其總脂肪含量、脂肪酸組成及亞油酸含量均無(wú)明顯變化［36］。10 kGy γ射線處理的冷凍蝦仁脂肪酸含量也未見(jiàn)顯著變化［29］。這可能與冷凍和輻照聯(lián)合作用，可使輻照誘導(dǎo)的自由基產(chǎn)生量明顯減少，從而引起的脂質(zhì)氧化顯著降低［37］。但3 kGy和7 kGy電子束輻照冷凍鴨肉，可使TBARS值隨劑量的增加而增高，飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸含量降低［26］。這可能與鴨肉脂肪含量較高更易發(fā)生脂肪氧化有關(guān)。對(duì)于冷凍牛肉，電子束（3.0 kGy）或X射線（3.5 kGy）并不能誘發(fā)明顯的脂質(zhì)氧化［38］，但當(dāng)劑量達(dá)到6 kGy、9 kGy均可使凍牛肉發(fā)生明顯的脂質(zhì)氧化［24］，提示隨著照射劑量的增加，可能誘導(dǎo)更多自由基產(chǎn)生，從而發(fā)生明顯的脂肪氧化。以上結(jié)果表明，在7 kGy作用后冷凍羊肉、蝦肉脂肪氧化不顯著，但對(duì)于脂肪含量較高的肉類，需要重點(diǎn)研究，并給出確切的耐受劑量。

4.4 電離輻射對(duì)冷凍肉類維生素、pH的影響

冷凍肉類食品除了蛋白質(zhì)、脂肪主要成分外，食品中的維生素含量、pH水平也會(huì)對(duì)食品品質(zhì)造成一定程度的影響。研究發(fā)現(xiàn)，輻照處理后的冷凍肉類食品中維生素A、E對(duì)輻射比較敏感。傅俊杰等［29］報(bào)道，10 kGy γ射線處理的冷凍海蝦仁維生素A和維生素E含量分別下降了50%左右。另有研究發(fā)現(xiàn)，7 kGy電子束可使冷凍鴨肉的維生素A含量下降約30%，維生素E含量下降50%左右［26］；冷凍魷魚在10 kGy處理后維生素A和E的含量下降約35%。以上結(jié)果提示，冷凍肉類食品中維生素對(duì)輻射是很敏感的。

pH是判斷肉品是否新鮮的一個(gè)重要指標(biāo)，它與微生物和化學(xué)反應(yīng)的情況息息相關(guān)，肉類食品中pH受到多種因素的影響：三磷酸腺苷的分解、肌糖元的分解、肌肉細(xì)胞的呼吸作用、肌肉蛋白質(zhì)的降解以及產(chǎn)酸性微生物的生長(zhǎng)等。多項(xiàng)研究表明，輻照加工對(duì)冷凍肉類pH無(wú)明顯影響，9 kGy γ射線輻照對(duì)冷凍牛肉的pH沒(méi)有顯著影響［23］，冷凍鴨肉經(jīng)7 kGy電子束作用后，pH也未發(fā)生顯著變化［27］，這可能與低溫降低了食品中微生物及代謝反應(yīng)有關(guān)。

綜上所述，采用不高于7 kGy的輻照劑量進(jìn)行肉類消毒，并不會(huì)對(duì)大多數(shù)肉類品質(zhì)產(chǎn)生顯著的影響。但對(duì)于高于該劑量的輻照是否會(huì)引起食品品質(zhì)發(fā)生顯著變化，還需要針對(duì)不同類別的食品開(kāi)展進(jìn)一步的研究。

5 結(jié)語(yǔ)

輻照技術(shù)屬于冷加工技術(shù)，不會(huì)引起冷凍肉類食品溫度升高。冷凍肉類食品由于水分含量較低，可以通過(guò)減少輻照誘發(fā)的水分解所引起的潛在化學(xué)變化，最大限度地減少輻照對(duì)肉類食品的不良影響。因此，輻照加工冷凍肉類食品具有很好的應(yīng)用前景。關(guān)于輻照對(duì)冷凍肉類食品品質(zhì)的影響方面，已有的研究結(jié)果表明，一定劑量的輻照處理對(duì)冷凍肉類食品的品質(zhì)影響較小。但各國(guó)批準(zhǔn)的耐受劑量過(guò)于寬泛，需進(jìn)一步細(xì)化明確不同種類冷凍肉類食品品質(zhì)不受影響的劑量，使現(xiàn)有的冷凍肉類食品相關(guān)輻照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步完善，為冷凍肉類食品輻照加工工藝制定提供參考。此外，隨著近些年分子生物學(xué)的飛速發(fā)展，采用分子檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行冷凍肉類食品品質(zhì)變化方面的深入研究，將會(huì)使冷凍肉類食品輻照技術(shù)得到長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。

作者貢獻(xiàn)聲明董娟聰負(fù)責(zé)起草論文、修訂論文、審核論文；程嬌負(fù)責(zé)文獻(xiàn)調(diào)研與整理；黨旭紅負(fù)責(zé)文獻(xiàn)調(diào)研與整王超理；王超負(fù)責(zé)參與論文修訂；劉曉明負(fù)責(zé)參與論文修訂、審核。