《Frontiers in Sustainable Food Systems》:Assessing the efficacy of electron beam irradiation for microbiological safety and quality preservation of regionally significant fermented dairy products (suzbe and kurt)
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本研究评估了电子束辐照(EBI)对suzbe(一种高水分凝乳半成品)和kurt(一种干燥凝乳制品)的品质、安全性及贮藏稳定性的影响。Suzbe样品在0.3、0.5和0.7 kGy剂量下进行辐照,并在2–4 °C下贮藏20天。Kurt样品在1、3和5 kGy剂量
本研究评估了电子束辐照(EBI)对suzbe(一种高水分凝乳半成品)和kurt(一种干燥凝乳制品)的品质、安全性及贮藏稳定性的影响。Suzbe样品在0.3、0.5和0.7 kGy剂量下进行辐照,并在2–4 °C下贮藏20天。Kurt样品在1、3和5 kGy剂量下辐照,并在20 °C下贮藏180天。未辐照样品作为对照。0.3 kGy(suzbe)和1 kGy(kurt)的辐照抑制了包括酵母在内的腐败微生物群,并在无明显损失的情况下保持了化学成分和氨基酸谱。较高剂量(≥3 kGy)导致蛋氨酸(17.5%)、色氨酸(21.1%)和赖氨酸(18.6%)显著降低(p < 0.05)。EBI改善了持水性(WHC)和持油性(FHC),减少了乳清析出,并稳定了水分活度(aw)和pH。微观结构分析显示,1 kGy时kurt基质致密化,而较高剂量下suzbe结构松散化。所有样品中均未检出病原微生物。在最佳剂量(suzbe为0.3 kGy,kurt为1 kGy)下,EBI是一种有前景的非热技术,可延长传统发酵乳制品的货架期并保持其品质。
中亚地区传统发酵乳制品兼具重要营养与文化价值。Kurt(干燥凝乳制品)和suzbe(高水分凝乳半成品)被广泛消费,其中kurt在11世纪《突厥语大词典》中已有记载,流行于中亚、中东、高加索等众多地区。Suzbe含水量约78%~79%,属于高水分活度蛋白凝胶,残余乳酸菌代谢使其冷藏保质期仅36~72小时;kurt含水量低,但高脂肪含量易引发氧化酸败,且表面霉菌再生长是主要风险。两者基质差异极大,无法直接套用其他乳制品的非热杀菌研究结论。传统热杀菌和防腐剂添加会损害产品感官与营养特性,因此亟需温和的替代技术。电子束辐照(EBI)是一种高能电子非热杀菌技术,可有效灭活微生物,但此前缺乏对suzbe和kurt的系统研究。论文发表于《Frontiers in Sustainable Food Systems》。
研究人员以哈萨克斯坦阿拉木图当地乳品厂全脂牛奶制备suzbe,再以suzbe复配乳清粉、酪乳粉、大豆浓缩蛋白、亚麻籽饼粉和食盐制成kurt。辐照采用ELV-4线性电子束加速器,剂量率为5 kGy/min,实际吸收剂量用丙氨酸/EPR剂量计校准。微生物参数按GOST标准测定;化学成分采用AOAC方法;氨基酸谱使用自动氨基酸分析仪;WHC采用离心法,FHC采用食用油结合法;水分活度(a
w)与pH分别用专用仪器测定;微观结构用扫描电镜(SEM)观察。所有试验设4个重复。
3.1 微生物安全性:全部样品在整个贮藏期未检出金黄色葡萄球菌、单核细胞增生李斯特菌、大肠菌群和沙门氏菌,符合TR CU 033/2013要求。suzbe中嗜温需氧与兼性厌氧微生物计数(CMAFAM)在贮藏中自然上升,0.3 kGy处理对酵母抑制效果最佳且不影响乳酸菌发酵活力,而较高剂量可能因激素效应或竞争菌群变化使酵母计数略高。kurt经1~5 kGy辐照后CMAFAM较对照降低2倍,酵母计数虽随剂量略增但均在≤100 CFU/g限值内。因此,0.3 kGy(suzbe)和1 kGy(kurt)可有效稳定微生物质量。
3.2 化学组成:辐照对蛋白质含量无显著影响(p>0.05);脂肪、水分和灰分随剂量略有增加,碳水化合物微降,但变化幅度很小,表明EBI未引起主要营养成分的实质降解,整体营养质量得以保留。
3.3 氨基酸组成:多数必需氨基酸(赖氨酸、缬氨酸、亮氨酸+异亮氨酸等)在低剂量下保持稳定。剂量≥3 kGy时,kurt中蛋氨酸降低17.5%、色氨酸降低21.1%、赖氨酸降低18.6%(p<0.05),而1 kGy未造成显著损失。因此,为保护必需氨基酸,kurt辐照剂量不宜超过1 kGy。
3.4 钙含量:suzbe钙含量在160~169 mg/100 g,kurt在420~429 mg/100 g,辐照后仅出现轻微上调,可能是辐照使酪蛋白-磷酸钙复合物释放更多可检测钙,矿物质组分无损失。
3.5 持水性(WHC):suzbe对照样品20天内WHC由85%降至75%,而0.3~0.7 kGy辐照样品维持85%~87%,改善幅度达8~12%;kurt对照180天WHC下降24.2%,1 kGy组仅下降13%。EBI通过诱导蛋白交联和β-折叠结构形成,使蛋白网络更致密,从而增强水分保持能力。
3.6 持油性(FHC):kurt对照FHC损失27.5%,1 kGy组仅损失7.7%,3和5 kGy组损失9.3%和10.6%;suzbe对照损失6.3%,0.3 kGy组损失2.9%。低剂量辐照部分展开蛋白结构并增强疏水相互作用,强化了蛋白-脂肪结合。
3.7 水分活度(a
w)和pH:辐照使suzbe a
w稳定在0.95(对照升至0.99),kurt初始a
w略降且180天内变化更小;辐照明显减缓pH下降(kurt 1 kGy终pH 3.80,对照3.70),抑制了后酸化,有利于延长货架期。
3.8 微观结构:SEM显示kurt在1 kGy下蛋白-脂肪基质变得致密均匀、孔隙减少,而suzbe在较高剂量下结构松散、出现多种孔径。低水分kurt和高水分suzbe的相反结构变化表明水分含量与基质组成是决定辐照效应的关键因素。
3.9 感官特性:0.3 kGy处理suzbe和1 kGy处理kurt在色泽、气味、滋味和质地上与对照接近,未见不良风味;更高剂量导致轻微咸味增强、乳清析出或质地松散,可归因于脂质和蛋白氧化。
讨论总结:EBI的抑菌机制主要在于高能电子引起微生物DNA损伤和细胞结构破坏。低剂量辐照可诱导乳蛋白交联并促进β-折叠结构形成,从而改善凝胶网络和持水/持油能力。高水分suzbe在0.3 kGy下结构稳定,而低水分kurt在1 kGy下基质致密化,说明不同水分和组分决定了辐照后的