研究电子束辐照对葡萄干物理化学性质及风味特征的影响

Jiahui Li|Xuan Li|Jiaxing Hu|Youlin Xue|Jinfeng Bi

中国农业科学院食品科学技术研究所，农业农村部农产品加工与贮藏重点实验室，北京100193

摘要

电子束辐照（EBI）已被证实是一种高效的灭菌技术，但其对干果物理化学性质和风味的影响尚未得到充分研究。本研究系统地探讨了不同剂量EBI对葡萄干物理化学特性和风味的影响。结果表明，随着辐照剂量的增加，葡萄干的褐变指数、颜色参数、总酚类和总黄酮含量显著上升，其中总酚类和总黄酮含量分别比对照组提高了24%和39%。值得注意的是，4 kGy是抗坏血酸积累和脱氢抗坏血酸降解的临界平衡点，在该剂量下，抗坏血酸含量相对对照组增加了55%，而脱氢抗坏血酸含量降至最低。在鉴定出的163种挥发性化合物中，EBI诱导产生了糠醛甲酸。进一步分析表明，4 kGy对挥发性成分和香气特征的影响最为显著，这可能是通过不饱和脂肪酸氧化和美拉德反应实现的，从而显著改变了葡萄干的整体风味。综上所述，4 kGy被认为是葡萄干处理的最佳剂量，为EBI辅助干果灭菌的质量控制提供了理论依据。未来的研究可以结合代谢组学来阐明辐照引起风味变化的分子机制。

引言

葡萄干是一种富含多酚、膳食纤维和多种矿物质元素的营养干果，在全球范围内生产和消费。传统的生产方法包括在专用干燥棚内阴干或露天晒干，最终产品的含水量不超过15%，糖分浓度超过60%。葡萄干皱缩的形态使其容易受到微生物的侵袭。储存和运输过程中的不当包装可能会增加内部湿度，从而加速微生物繁殖。因此，开发有效的灭菌方案对葡萄干产业至关重要。

传统的灭菌方法，如高温热灭菌、化学熏蒸和臭氧处理，会导致营养成分破坏、化学残留风险或感官质量下降（Krstović, Krulj, Jakšić, Bočarov-Stančić, & Jajić, 2020; Patra, Prasath, Pandiselvam, Sutar, & Jeevarathinam, 2022）。电子束辐照（EBI）作为一种无化学物质的冷灭菌方法，通过电离辐射破坏微生物的DNA/RNA来使其失活。它可以应用于新鲜水果和蔬菜等食品，并已被美国食品药品监督管理局（FDA）和国际原子能机构（IAEA）认定为安全的灭菌方法（Roberts, 2014）。研究表明，EBI能有效控制微生物，改善食品的物理化学性质并延长保质期（Bouzarjomehri, Dad, Hajimohammadi, Shirmardi, & Yousefi-Ghaleh Salimi, 2020; Yunxia Li et al., 2022; Rathore et al., 2024; Sethukali et al., 2025; Wen et al., 2024）。然而，一些研究者指出，EBI处理过的食品可能会出现风味变化。Foley等人（2002）观察到橙汁在EBI处理后出现异味。Culleré, Ferreira, Venturini, Marco和Blanco（2011）发现1.5 kGy的EBI处理显著改变了黑松露的香气。对于硬质奶酪，Velasco, Cambero, Ordóñez和Cabeza（2018）报告称EBI处理后立即出现异味，但在2 kGy以下剂量处理时这些异味在储存过程中逐渐消失。Yan等人（2024）发现EBI处理减少了西兰花汁中的不良气味，同时增强了其蘑菇味和甜香气。类似地，Ding等人（2025）对葡萄酒进行0.5 kGy的EBI处理，发现不仅增加了酚类化合物含量，还增强了果香和花香。葡萄干具有高糖分、低水分含量以及富含多酚物质和挥发性芳香化合物的独特特性。其风味组成的稳定性不同于果汁、奶酪、蔬菜和其他食品。然而，目前关于EBI处理对葡萄干风味影响的研究仍然较少，其他食品中辐照引起的异味研究结果不能直接应用于葡萄干。

鉴于此，本研究系统地探讨了EBI处理对葡萄干物理化学性质和香气质量的影响。具体来说，我们假设EBI处理促进了多酚化合物的释放，并通过美拉德反应和氧化反应改变了挥发性风味。为了验证这一假设，本研究对葡萄干的物理化学性质和挥发性香气成分的变化进行了全面分析。研究了多种指标在EBI处理下的变化，包括总酚类、总黄酮、抗坏血酸和脱氢抗坏血酸。此外，使用SPME-GC–MS鉴定了挥发性香气化合物并进行了定量分析，并筛选了关键特征香气化合物。在此基础上，确定了EBI的最佳适用剂量，并初步阐明了EBI引起葡萄干风味变化的机制。本研究对于促进EBI技术在葡萄干加工中的合理应用和确保产品感官质量具有重要的理论和实践意义。此外，我们的发现将为未来研究长期储存过程中风味前体的动态变化以及优化更广泛干果应用的辐照方案提供基础框架。

章节摘录

材料

本研究选择了和田红葡萄干（Vitis vinifera L. cv. Hetianhong），这些葡萄干来自昆仑山葡萄园（新疆和田县）的传统干燥房。选择这些葡萄干作为代表性模型是因为它们具有典型的物理化学特性，包括高糖分和丰富的香气。所选葡萄干颗粒大小均匀，无霉变和虫害，含水量≤15%，

外观颜色

EBI处理显著影响了葡萄干的外观颜色（图1A和B）。与对照组相比，褐变指数（BI）、红色度（a*）和黄色度（b*）均有所增加。尽管EBI显著提高了葡萄干的BI值，但和田红葡萄干在干燥后自然呈现红棕色。褐变的轻微变化在视觉上不易察觉，且不影响产品的整体外观或商业接受度。

结论

电子束辐照（EBI）处理显著提高了葡萄干的BI值、a*、b*、TPC和TFC，而TAC则表现出不规则变化。同时，EBI促进了抗坏血酸和脱氢抗坏血酸之间的相互转化。值得注意的是，EBI处理后新检测到了一种独特的挥发性化合物——糠醛甲酸。

4 kGy是EBI处理的临界阈值剂量。在该剂量下，葡萄干中的抗坏血酸显著积累，而脱氢抗坏血酸

作者贡献声明

Jiahui Li：撰写——原始草稿、方法学设计、实验实施、数据分析、概念化。Xuan Li：撰写——审稿与编辑、监督、概念化。Jiaxing Hu：软件操作、实验实施。Youlin Xue：监督、概念化。Jinfeng Bi：监督、资金获取、概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

重点研发计划 [2023B02029-3]和中国国家重点研发计划 [2024YFD2100602]对“水果加工关键技术升级与产业化”项目的支持，特别是其中的子项目“中国西北地区特色水果加工关键技术升级与产业化”。