《食品科学》：西北农林科技大学马婷婷副教授等：不同剂量电子束辐照杀菌处理对黑果腺肋花楸果汁品质的影响

杀菌是果汁生产中的重要加工单元。辐照杀菌作为一种新型的非热、节能、无污染的食品杀菌技术，是通过将食品暴露于一定剂量的高能射线（如γ射线、电子束和X射线）杀灭食品表面或内部的病原微生物或其他腐败微生物，从而实现延长食品货架期的目的。

黑果腺肋花楸（Aronia melanocarpa），又称野樱莓、不老莓，被誉为第三代“未来水果”，在我国东北部、西北部等均有广泛种植，其鲜果中花青素含量高达686 mg/100 g，在所有已知植物中含量最高，抗氧化活性明显优于蓝莓等浆果，具有广泛的药用和保健作用。新鲜的、未经加工的黑果腺肋花楸果实因其酸涩口感而常被加工成黑果腺肋花楸果汁进行食用。

西北农林科技大学食品科学与工程学院的吕欣然、王淑娟、马婷婷*等以黑果腺肋花楸果汁为研究对象，探究低（3 kGy）、中（6 kGy）、高（9 kGy）3 组不同剂量辐照处理对黑果腺肋花楸果汁的理化特性和功能性物质的影响，并结合花青素靶向代谢组学深入分析不同剂量辐照处理对果汁中花青素类物质组成及含量的影响，进一步探究不同单体花色苷在不同剂量辐照处理下的稳定性。并对辐照处理后果汁的色泽和香气进行评价。以期为富含花青素类果汁食品的辐照杀菌提供理论依据与技术参考。

01

辐照处理对果汁微生物指标的影响

如表2所示，本实验中所有剂量辐照处理后果汁中菌落总数、大肠杆菌、霉菌和酵母均未检出，证明本实验中的杀菌处理能有效保证黑果腺肋花楸果汁的微生物安全性。

02

辐照处理对果汁理化特性的影响

如表3所示，在3～9 kGy的辐照范围内，果汁的pH值差异不显著（P＞0.05），表现出良好的稳定性，有利于果汁中花青素结构的保持，进而有助于果汁表现出良好的色泽稳定性。然而在6～9 kGy的辐照处理后，TA含量显著降低（P＜0.05）。

辐照处理使黑果腺肋花楸果汁的TSS含量显著降低（P＜0.05），这可能是由于辐照导致羟基醛酮氧化，糖类物质减少，进而降低了果汁的TSS含量。RTT是评价果汁甜酸适口性的重要指标，CK组黑果腺肋花楸果汁的RTT为1.45，其口感较为酸涩，经过6 kGy和9 kGy的辐照处理后，果汁的RTT显著提高（P＜0.05），这表明此剂量的辐照处理有助于黑果腺肋花楸果汁甜酸适宜性的改善，使其更容易被消费者接受。BI值测定结果表明，随着辐照剂量的增大，黑果腺肋花楸果汁的褐变加剧（P＜0.05）。

03

辐照处理对果汁功能性物质的影响

黑果腺肋花楸富含花青素、类黄酮等次生代谢物，这是其发挥功能活性的重要物质基础。如表4所示，CK组的TAC为736.33 mg/L，3～9 kGy的辐照处理后果汁中TAC分别显著下降了18.10%、32.82%、33.72%（P＜0.05），其中，6 kGy与9 kGy组间无显著差异（P＞0.05）。经3～9 kGy的辐照处理后，黑果腺肋花楸果汁中TPC也显著下降了2.47%～12.03%（P＜0.05），6 kGy与9 kGy组果汁样品的TPC也未表现出显著差异（P＞0.05）。辐照处理后果汁中TFC显著下降16.52%～32.11%（P＜0.05），不同的是，3 kGy和6 kGy组果汁的TFC无显著差异（P＞0.05），而9 kGy组果汁的TFC由6 kGy组的1 825.00 mg/L显著降至1 512.50 mg/L（P＜0.05）。

在辐照处理下，水的辐解导致羟自由基、水合电子和氢原子等自由基产生，这些自由基可能会裂解花色苷等酚类物质中的糖苷键，最终导致果汁中酚类物质发生降解，含量显著降低，但当辐照剂量超过一定值时，细胞壁破坏程度加剧，酚类物质大量溶出，进而使花色苷等酚类物质含量达到动态平衡，呈现相对稳定的状态。也有报道提出，自由基破坏了果汁中原花青素多聚体中的糖苷键，导致原花青素单体的形成，在一定程度上有助于果汁中酚类物质的溶出。9 kGy组果汁的TFC相较6 kGy组显著降低的原因仍需进一步研究，可能是黄酮类物质在辐照下的动态平衡被破坏导致。

04

花青素靶向代谢组学分析

黑果腺肋花楸果汁中花青素含量丰富，是其功能活性的主要来源之一，然而，花青素类物质不稳定，对pH值、光和热高度敏感。辐照处理后果汁中TAC显著下降（表4），说明辐照处理较大程度上影响了果汁中花青素类物质的含量与组成，有必要进一步采用花青素靶向代谢组学探究辐照处理对黑果腺肋花楸果汁中单体花青素的具体影响。主成分分析（PCA）结果表明，PC1和PC2共能解释总方差的89.14%（图1A），这表明4 组样品的组内数据集分布紧凑，平行性良好，检测结果可靠。CK组与辐照处理组在PCA图中明显分开，表明辐照处理后果汁中的花青素类代谢物组成发生显著变化，其中6 kGy和9 kGy组果汁样品的95%置信区间重叠度更高，表明其花青素组成更为相似。如图1B所示，花青素靶向代谢组学共检出29 种花青素代谢物，再次证明了辐照后花青素含量与组成发生较大变化，且不同辐照剂量对花青素影响不同。

由图2A可知，CK组中总花青素代谢物含量（TAMC）为991.52 mg/L，3、6、9 kGy辐照处理后果汁中TAMC分别显著降至841.44、680.67 mg/L和708.46 mg/L（P＜0.05）。黑果腺肋花楸果汁中主要存在（＞20 mg/L）的单体花色苷为矢车菊素-3-O-半乳糖苷、矢车菊素-3-O-阿拉伯糖苷、矢车菊素-3-O-木糖苷和矢车菊素-3-O-葡萄糖苷，其在CK组TAMC中占比分别高达77.41%、11.54%、3.54%和2.87%（图2B～E）。除此之外，CK组中芦丁和槲皮素-3-O-葡萄糖苷（异槲皮苷）的含量分别为24.49 mg/L和8.39 mg/L（图2F、G）。

矢车菊素-3-O-半乳糖苷是黑果腺肋花楸果汁中含量最高的花青素类代谢物，在CK组中高达767.50 mg/L（图2B）。矢车菊素-3-O-半乳糖苷对辐照较为敏感，经3、6 kGy和9 kGy剂量辐照处理后其在果汁中的含量分别显著降低了15.74%、32.57%和28.99%（P＜0.05）。当辐照剂量≤6 kGy时，其含量随辐照剂量的提升而呈现递减趋势。但当辐照剂量由6 kGy提升至9 kGy时，其含量未发生显著变化。矢车菊素-3-O-木糖苷也表现出与此相同的变化趋势（图2D）。矢车菊素-3-O-阿拉伯糖苷质量浓度在CK中高达114.38 mg/L（图2C），6 kGy剂量辐照处理后其含量下降至最低，降低了25.57%（P＜0.05），这表明6 kGy剂量的辐照对果汁中的矢车菊素-3-O-阿拉伯糖苷影响最大。然而相较于6 kGy，9 kGy剂量辐照后反而使果汁中的矢车菊素-3-O-阿拉伯糖苷含量发生了显著提升。由图2E可知，3 kGy剂量辐照后果汁中矢车菊素-3-O-葡萄糖苷含量无显著变化（P＞0.05），当辐照剂量≥6 kGy时果汁中矢车菊素-3-O-葡萄糖苷含量显著降低，且辐照剂量由6 kGy增至9 kGy后，其含量不再发生显著下降（P＞0.05），表面矢车菊素-3-O-葡萄糖苷在辐照下的稳定性较高。因此，辐照对黑果腺肋花楸果汁中单体花色苷含量的影响整体上与单体花色苷结构的稳定性有关，稳定性更强的花色苷单体在辐照处理下更稳定。

由图2F可知，本实验中所有的辐照剂量都会显著降低果汁中芦丁含量（P＜0.05），且3、6 kGy和9 kGy组间无显著差异（P＞0.05），即辐照后果汁中的芦丁相对稳定，增大剂量并不会使芦丁含量继续降低。异槲皮苷对中低剂量（3 kGy和6 kGy）的辐照不敏感，仅在高剂量辐照（9 kGy）条件下其含量显著降低（P＜0.05），再次证明了葡萄糖苷结构的稳定性。

黑果腺肋花楸果汁中花青素主要由矢车菊素类花青素组成，其羟基化程度较高，稳定性不佳，因此在保证微生物安全的基础上应尽量选择更小剂量的辐照处理，即3 kGy组。在此辐照剂量下，黑果腺肋花楸果汁中的主要单体花色苷均能够较大程度上得到保留。因此，黑果腺肋花楸果汁可选择低剂量的辐照工艺进行杀菌等处理，实现辐照这一新型节能非热加工技术在果汁生产中的应用。

05

辐照处理对果汁感官品质的影响

5.1 颜色

对于花青素含量丰富且主要由花青素呈色的黑果腺肋花楸果汁而言，花青素易受到辐照处理的影响而发生氧化或分解，从而显著影响果汁的颜色特征，因此研究不同剂量的辐照处理后黑果腺肋花楸果汁颜色的变化具有重要意义。如图3所示，由ΔE值可知，相较于CK组，辐照处理后果汁会产生人眼可以明显分辨的变化（ΔE＞3）。随着辐照剂量的增加，果汁颜色向更饱满更明亮的方向变化，C*值由25.85提高至43.71，L*值由5.11增长至11.64，色相角h逐渐增大，在辐照处理的葡萄汁中也发现了这一规律。同时辐照剂量提升后，a*值由24.61提高至39.24，b*值由7.92提高至19.26，这表明辐照使黑果腺肋花楸果汁由红紫色向更红更黄的颜色方向改变。黑果腺肋花楸果汁的红紫色主要来源于其高含量的花青素，辐照处理降低了其花青素浓度，从而提高了其亮度和黄度。花青素的降解可能产生了不良的褐色化合物，同时由于辐照后果汁褐变，使果汁红度提升。3 kGy剂量辐照后的黑果腺肋花楸果汁更能保持其原有红紫色，对果汁颜色的保持效果最好。

5.2 电子鼻

果汁的气味也是影响果汁感官品质的重要指标之一。对辐照前后的黑果腺肋花楸果汁进行电子鼻测定。如图4A所示，黑果腺肋花楸果汁样品对W1S、W2S、W1W和W5S传感器响应更强烈，即甲基化合物、醇类物质与醛酮类物质、硫化物与萜烯类物质和氮氧化物对果汁气味的形成贡献较大。

进一步对测定结果绘制雷达图进行线性判别分析（LDA），结果如图4B所示，LD1和LD2分别解释了83.2%和15.9%，即LDA模型能够可靠地解释电子鼻的测定结果。CK组在LD1上的得分小于-5，与其他3 组表现出明显差异，即辐照杀菌后果汁气味产生了较为显著的变化。3 kGy组与6、9 kGy组能够较好地分开，这表明3 kGy剂量的辐照对果汁气味的影响相较于其他剂量组存在较大不同，结合图4A可知，这可能是由于3 kGy剂量辐照处理对果汁挥发物中的甲基化合物（W1S）、醇类物质和醛酮类物质（W2S）影响相对较小，而6、9 kGy的辐照剂量导致这两个传感器响应值明显降低。

5.3 感官品评

为更直观地探究不同剂量辐照处理对黑果腺肋花楸果汁感官品质的影响，对辐照前后的黑果腺肋花楸果汁进行感官品评。如图5所示，辐照处理后黑果腺肋花楸果汁的香气评分均在10 分以上，结合2.5.2节的结果表明，辐照后果汁的挥发性成分虽然发生改变，但无达到人体嗅觉阈值的异味产生。然而，辐照后果汁颜色评分呈剂量依赖性下降，结合2.5.1节中的结果表明，果汁辐照后颜色过深，相较于CK组在颜色方面存在一定劣势。但从感官总分上分析，3～9 kGy的辐照处理并未使黑果腺肋花楸果汁发生显著的感官变化（P＞0.05）。

06

结 论

本研究对比了3 组不同剂量辐照处理对黑果腺肋花楸果汁理化特性、功能性物质和感官品质的影响，并结合花青素靶向代谢组学深入探究了在不同剂量辐照处理下果汁中不同单体花色苷含量的变化。结果表明，所有剂量辐照处理均能有效保证黑果腺肋花楸果汁的微生物安全性，但导致了果汁的褐变加剧（P＜0.05）。辐照处理后果汁中总花色苷、总酚、总黄酮等功能性物质含量分别显著降低了18.10%～33.72%、2.47%～12.03%和16.52%～32.11%（P＜0.05），这与黑果腺肋花楸果汁中单体花色苷组成有关。矢车菊素-3-O-半乳糖苷、矢车菊素-3-O-阿拉伯糖苷、矢车菊素-3-O-木糖苷和矢车菊素-3-O-葡萄糖苷是黑果腺肋花楸果汁中主要存在的单体花青素，矢车菊素-3-O-葡萄糖苷在辐照下表现出较高的稳定性，3 kGy剂量辐照后其含量无显著变化（P＞0.05），而其余三者辐照后含量均显著降低（P＜0.05）。在感官品质上，辐照处理提高了果汁的红度和黄度（P＜0.05），影响了果汁挥发物中甲基化合物、醇类物质、醛酮类物质、硫化物与萜烯类物质含量或组成。对于富含花青素的黑果腺肋花楸果汁，研究发现当辐照剂量为3 kGy时果汁中功能性成分含量保留更高，更能保持黑果腺肋花楸果汁颜色和气味。因此，对于富含花色苷的果汁产品，可选择低剂量的辐照工艺进行杀菌处理，或根据其中单体花色苷的组成选择更适合的辐照剂量进行处理，从而实现果汁中功能性成分的高保留。值得注意的是，黑果腺肋花楸果汁中的花青素主要由矢车菊素类组成，而对于矮牵牛素、锦葵色素等其他类型的花青素而言，其在果汁基质中的辐照敏感性尚不能确定，仍需继续深入研究。

作者介绍

通信作者：

马婷婷副教授

西北农林科技大学食品科学与工程学院

马婷婷，博士（后），副教授，博士研究生导师。主要从事果蔬食品营养健康评价与品质调控，包括果蔬营养高值化加工技术、果蔬加工过程风味形成机制、果蔬功能食品创新开发等研究。获陕西省教学成果特等奖、宁夏科技进步奖等奖项。以第一/通讯作者在高水平杂志发表SCI论文50篇，其中封面论文5篇，ESI热点论文1篇，ESI高被引论文4篇。主持国家自然科学基金面上、青年基金，陕西省重点研发、企业横向等科研项目20余项。入选陕西省科协青年人才托举计划，中国果酒科创青年高层次人才，国家自然科学基金函评专家，陕西省猕猴桃体系岗位科学家，陕西省科技特派员，周至县猕猴桃深加工特聘专家。担任《食品工业科技》、《Food Innovation and Advances》、《Food Materials Research》青年编委，《Foods》客座编辑，《Frontiers in Horticulture》编辑，《Frontiers in Nutrition》编辑，《Molecules》客座编辑，《Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety》，《Critical Reviews in Food Science and Nutrition》，《The FASEB Journal》，《Industrial Crops and Products》，《Plant Foods for Human Nutrition》，《Food Bioscience》，《Molecular Biomedicine》，《Horticulturae》，《Food Science and Human Wellness》，《中国农业科学》，《食品科学》，《食品工业科技》，《食品与发酵工业》，《现代食品科技》等41本SCI期刊、12本中文期刊审阅人。

第一作者：

吕欣然 硕士研究生

西北农林科技大学食品科学与工程学院

吕欣然，西北农林科技大学食品科学与工程学院在读硕士生，研究方向为果蔬营养高值化加工与功能活性成分提取。

本文《 不同剂量电子束辐照杀菌处理对黑果腺肋花楸果汁品质的影响 》来源于《食品科学》2024年46卷第5期272-280页，作者：吕欣然，王淑娟，张丹，朱婷婷，孙翔宇，马婷婷。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240608-049。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：李雄；责任编辑：张睿梅。点击下方 阅读原文 即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心（动物替代蛋白）及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、四川轻化工大学食品与酿酒工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所（四川省农业科学院食物与营养健康研究所）、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。

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