伽马辐照结合天然抗菌剂以提高植物基奶昔的安全性和保质期

《Radiation Physics and Chemistry》：Gamma Irradiation Combined with Natural Antimicrobials to Improve the Safety and Shelf Life of a Plant-Based Smoothie

　　

安东内拉·A·扎尔博-科伦坡（Antonella A. Zarbo-Colombo）、罗莎·胡安娜·贾古斯（Rosa Juana Jagus）、康斯坦扎·科瓦（Constanza Cova）、卡拉·利雷斯（Carla Lires）、玛丽亚·维多利亚·阿圭罗（María Victoria Agüero）和玛丽亚·维罗妮卡·费尔南德斯（María Verónica Fernandez）

布宜诺斯艾利斯大学（Universidad de Buenos Aires）工程学院化学工程系，食品技术研究实验室（LITA）。阿根廷布宜诺斯艾利斯

摘要

消费者对最小程度加工的植物基饮料的偏好在确保食品安全的同时，也要求保持其感官和营养价值。本研究评估了将伽马辐照与天然抗菌剂（尼辛和纳他霉素）结合使用作为一种非热处理方法，以增强绿色植物基奶昔在冷藏储存期间的微生物安全性、抗氧化稳定性和理化品质。

体外实验评估了经过辐照（1-8 kGy）的尼辛（Ni，500 IU）和纳他霉素（Na，200 ppm）及其组合（NiNa）对李斯特菌（Listeria innocua）和酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae以及奶昔中天然微生物群的抗菌效果。实验还在调整了pH值的条件下进行。辐照对纳他霉素的影响不大，而尼辛的抗菌活性随剂量增加而降低，但在较低剂量下这种影响有所缓解。在酸性条件下，对抗天然微生物群的抗菌效果有所提高。

当尼辛与纳他霉素组合使用（1和2 kGy辐照）时，能有效控制奶昔中的天然微生物群，分别使保质期延长至2周和3.5周。在李斯特菌挑战测试中，所有组合处理方法均使细菌数量减少了5个对数单位以上，并且在冷藏条件下46天内未检测到细菌。

所有处理组的理化性质（pH值、总可溶性固体、颜色）均保持稳定（p > 0.05）。2 kGy的组合处理提高了抗氧化能力，并更好地保留了总酚类物质，这与PPO活性降低相一致。这些结果表明，将伽马辐照与天然抗菌剂结合使用是一种有效的非热处理方法，既能确保微生物安全，又能保持植物基奶昔的理化品质并提升其抗氧化性能。

引言

非传染性疾病仍然是全球公共卫生的重要问题，饮食习惯在预防这些疾病中起着核心作用。世界卫生组织（WHO）建议成年人每天至少摄入400克水果和蔬菜（世界卫生组织，2003年）。尽管有这些指导原则，但遵守情况仍然很低，尤其是在低收入和中等收入国家（Frank等人，2019年）。

因此，增加水果和蔬菜的消费是一个持续的挑战，需要创新和实用的饮食解决方案。其中，植物基奶昔提供了一个新的选择，作为当今市场上高加工、含糖量高的饮料和零食的替代品，符合消费者对更健康、更方便食品的需求（Tepe等人，2021年）。特别是，奶昔可以通过利用未充分利用的副产品（如富含硫代葡萄糖苷和酚类化合物的西兰花叶）与季节性水果和蔬菜混合，并加入牛奶、水或无乳糖替代品，从而对可持续性产生积极影响（Berndtsson等人，2020年）。然而，由于其成分的多样性，这些产品的保存难度较大。水果和蔬菜容易受到生物污染，这会对公共健康和经济造成重大影响（Fan & Wang，2022年；Harris等人，2023年）。因此，必须仔细管理这些加工产品的安全性。几十年来，传统去污方法（主要是热处理）一直被用来降低上述风险。然而，高温处理不仅能耗高，还可能降低食品的营养价值、新鲜度和感官品质（Bigi等人，2023年）。为了解决这些问题，人们在开发屏障技术方面取得了显著进展，这种技术结合了传统和新兴的保存技术，以提高微生物安全性、防止腐败并保持食品的完整性、营养价值和感官品质（Aaliya等人，2021年；Khan等人，2017年；Leistner & Gorris，1995年）。基于这一概念，开发出了加工程度较低的新产品，优先考虑保质期和品质，而不依赖合成化学添加剂。这类产品越来越受到注重健康的消费者的青睐，满足了人们对清洁标签饮料的需求。这些创新也支持联合国的可持续发展目标（联合国，2015年），特别是与食品安全、健康和可持续消费相关的目标。

在这种情况下，将伽马辐照与天然抗菌剂（如尼辛和纳他霉素）结合使用是一种创新的屏障技术应用。作为一种非热处理方法，伽马辐照具有实际优势，因为它可以在食品最终包装阶段进行，确保均匀穿透和有效的微生物灭活，同时最小化后续污染的风险（Jetawattana & Henon，2015年）。此外，尼辛和纳他霉素是广受认可的天然抗菌剂，分别对细菌和真菌有效，并且对感官性质的影响较小。因此，这两种方法的结合可能提高保存效果，同时保持产品质量。事实上，先前的研究已经探讨了其中一种抗菌剂与伽马辐照的联合效果（Akhter等人，2021年；Ben-Fadhel等人，2017年；Berrios-Rodriguez等人，2020年；Dikici & Koluman，2016年；El-Fouly等人，2010年），或者两种抗菌剂之间的联合效果（Duchateau & Van Scheppingen，2018年；Fernandez等人，2018年；Nieve等人，2022年）。然而，伽马辐照与这两种抗菌剂结合使用的潜在协同效应尚未得到充分研究。同时，据报道伽马辐照会导致多种生物活性化合物（包括蛋白质、酶和抗菌剂）发生构象变化。这些变化可能根据辐照剂量和每种化合物的分子特性影响其功能活性（Belcadi等人，2023年；Chouchane等人，2021年；Tewari等人，2023年；Wang等人，2018年；Yao等人，2022年）。在食品保存方面，需要评估这种结构变化是否会影响联合处理时的抗菌效果。尽管尼辛和纳他霉素因其安全性和有效性而被广泛使用，但迄今为止还没有研究评估它们共同使用时伽马辐照是否会影响其抗菌效果，这表明当前对综合保存策略的理解存在不足。

本研究旨在通过评估尼辛、纳他霉素和伽马辐照结合使用的潜力，来改善植物基奶昔的品质并确保其安全性。研究首先考察了辐照对天然抗菌剂对选定目标微生物（包括李斯特菌（Listeria innocua）（作为革兰氏阳性细菌的代表）和酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae（作为酵母的代表））的活性，以及植物基奶昔中天然微生物群的影响。后续阶段评估了这种联合处理对奶昔品质和保质期的影响，最后通过李斯特菌（Listeria innocua）挑战测试来评估其在高风险污染条件下的效果。

章节摘录

伽马辐照对尼辛和纳他霉素对抗李斯特菌和酿酒酵母效果的影响

为了评估伽马辐照对尼辛和纳他霉素抗菌效果的潜在影响，这两种化合物的样品在不同剂量下进行了辐照处理，剂量范围从通常用于水果和蔬菜基材料的剂量（最高2 kGy；Alighourchi等人，2014年；Arjeh等人，2015年；Carvalho Mesquita等人，2020年）到更高剂量（8 kGy），但未超过公认的食品辐照上限（10 kGy；Farkas & Mohácsi-Farkas，2011年）。

伽马辐照对尼辛和纳他霉素对抗李斯特菌（Listeria innocua）和酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae效果的影响

未辐照的尼辛对李斯特菌（Listeria innocua）生长的抑制作用与细菌载量无关，在整个评估期间未检测到初始吸光度的变化，表明其抑制作用完全有效（图2）。然而，辐照剂量越高，其抗菌效果越弱。超过2 kGy的剂量显著降低了尼辛的抗菌活性。

结论

本研究的首要目标是阐明联合屏障方法在控制腐败和病原微生物方面的潜力，其次是为开发可持续、高效的食品保存解决方案提供有价值的见解。

体外实验表明，辐照后尼辛的活性明显随剂量增加而降低，高剂量下其对李斯特菌（Listeria innocua）的抗菌效果减弱。相比之下，纳他霉素

CRediT作者贡献声明

卡拉·利雷斯（Carla Lires）：撰写——审稿与编辑、资源准备、概念构思。玛丽亚·维多利亚·阿圭罗（María Victoria Agüero）：撰写——审稿与编辑、研究、资金获取、数据分析、概念构思。玛丽亚·维罗妮卡·费尔南德斯（María Verónica Fernandez）：撰写——审稿与编辑、研究、资金获取、数据分析、概念构思。安东内拉·艾琳·扎尔博-科伦坡（Antonella Ailin Zarbo Colombo）：撰写——初稿撰写、研究、数据分析、数据管理。罗莎·胡安娜·贾古斯（Rosa Juana Jagus）：监督、资金获取、概念构思。

数据和材料的可用性

本研究生成和/或分析的数据集可向相应作者索取。

利益冲突

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

资助

本研究得到了布宜诺斯艾利斯大学（20020220200063BA）、国家科学技术促进局（PICT-2019–01551和PICT-2020-SERIEA-00935）以及国家科学技术研究委员会（CONICET 28720210101197；PIP 11220210100306 CO）项目的财政支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者衷心感谢布宜诺斯艾利斯大学、国家科学技术促进局和国家科学技术研究委员会（CONICET）的财政支持。CONICET还授予安东内拉·A·扎尔博-科伦坡博士奖学金。