表1 电子鼻传感器阵列及性能
Table 1 Performance description of electronic nose sensor arrays
传感器名称性能描述W1C对芳香成分、苯类灵敏W5S灵敏度大，对氮氧化合物灵敏W3C对芳香成分、氨类灵敏W6S主要对氢化合物有选择性W5C对短链烷烃芳香成分灵敏W1S对甲基类灵敏W1W对硫化物灵敏W2S对醇、醛、酮类灵敏W2W对芳香成分、有机硫化物灵敏W3S对长链烷烃灵敏
汪超（1978—）（ORCID: 0000-0002-5984-0851），男，教授，博士，研究方向为农产品加工与贮藏。E-mail: 312415976@qq.com
Effect of Different Irradiation Doses on the Quality of Crayfish Roe from Crayfish Processing Wastewater
黄琪, 王世哲, 陈戈辉, 等.不同辐照剂量对加工用水中小龙虾虾黄感官品质的影响[J].肉类研究, 2025, 39(3): 56-61.DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20240921-250.http://www.rlyj.net.cn
HUANG Qi, WANG Shizhe, CHEN Gehui, et al.Effect of different irradiation doses on the quality of crayfish roe from crayfish processing wastewater[J].Meat Research, 2025, 39(3): 56-61.DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20240921-250.http://www.rlyj.net.cn
小龙虾学名克氏原螯虾（Procambarus clarkii），是我国重要的经济养殖品种。据统计，2023年湖北省小龙虾养殖产量124.27万 t、加工量97.74万 t，占全国小龙虾加工量的69.70%。小龙虾除去虾肉后，会剩余大量虾头及虾壳等通常不会食用的副产品[1]，仅有小部分被制成普通饲料或肥料，其余则被直接丢弃于环境中，导致副产物高值化利用率低、资源浪费和环境污染[2]。据调查，每生产1 t小龙虾产品的平均用水量约为9.3 t，且在小龙虾清洗、蒸煮和冷却等环节中均产生大量废水，其中，冷却水中虾黄的流失率高达60%。
小龙虾的虾黄约占小龙虾总质量的5%，具有独特的蟹黄味，并富含不饱和脂肪酸、蛋白质与人体所需的钙、磷、铁等矿物质[3]。李佳文等[4]对湖北潜江小龙虾的虾黄进行食用安全性探讨，发现虾黄重金属含量均符合国家安全标准，并具有高含量的氨基酸与多不饱和脂肪酸，可以作为一种水产品深加工的原料。周明珠等[5]研究指出，熟制后的虾黄相较于虾肉，其风味更为丰富，而黄晓岚等[3]的研究则进一步强调了虾黄对小龙虾整体风味的贡献。然而，虾黄在回收前处于加工用水环境中，极易受到微生物的污染，导致品质降低和经济损失。
食品辐照是一种利用电离辐射提高食品安全性的冷杀菌技术，可以杀灭肉制品中的大多数微生物，并且无放射性污染及化学残留[6]。目前传统的热杀菌技术在加热、高温条件下对食品的外观和口感均有影响[7]。研究[8-9]表明，食品在10 kGy辐照剂量下是安全的，但辐照射线会促进含硫氨基酸分解，加速脂质氧化分解成醛、酮、醇等对肉制品有影响的挥发性成分，进而导致辐照味的产生。梅卡琳[10]、瞿桂香[11]等研究发现，高剂量辐照导致水产品产生的辐照味已成为影响其在水产品加工中应用的主要因素。
本研究采用不同辐照剂量（2、4、6、8 kGy）的60Co-γ射线处理加工用水中的虾黄，通过测定菌落总数、大肠菌群数和重金属含量确定适合虾黄的辐照剂量，进一步通过感官评定及电子鼻和气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）技术分析挥发性物质，探究辐照对加工用水中虾黄原料的品质和挥发性风味物质的影响，为虾黄食用安全性提供依据，提高废弃副产物利用率，同时也为小龙虾虾黄的进一步开发利用提供参考，为结合其他技术手段进一步调控和优化辐照处理后的食品风味提供实践基础。
所采用的加工用水中流失的虾黄由湖北绿亿园食品科技有限公司提供（虾黄原料基本营养成分：水分质量分数22.40%、灰分质量分数0.25%、脂肪质量分数70.65%、蛋白质量分数0.5%）。
煌绿乳糖胆盐、结晶紫中性红胆盐琼脂、平板计数琼脂培养基、仲辛醇、乙醇、氯化钠（均为分析纯）国药集团化学试剂有限公司。
KQ5200DE超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司；JHK-A净化工作台 天津市中环实验电炉有限公司；TGL-24MC台式高速冷冻离心机 长沙平凡仪器仪表有限公司；DHG-9920A电热鼓风干燥机 上海一恒科学仪器有限公司；GL224-1SCN分析天平（感量0.1 mg） 广州市深华生物技术有限公司；PEN3电子鼻德国Airsense公司；EMS30恒温水浴锅 上海谦科仪器设备有限公司；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器武汉亨泰达仪器设备有限公司；7890A-5975C GC-MS仪美国Agilent Techologies公司。
1.3.1 样品处理
将虾黄分装5 份，其中1 份设置为对照组，不进行辐照（未辐照组），其余4 组分别进行2、4、6、8 kGy 60Co-γ辐照杀菌，置于-80 ℃冷冻备用。
1.3.2 菌落总数测定
参照GB 4789.2—2022《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》平板计数法测定。
1.3.3 大肠菌群数测定
参照GB 4789.3—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 大肠菌群计数》平板计数法测定。
1.3.4 重金属含量测定
铅含量参照GB/T 5009.12—2023《食品安全国家标准食品中铅的测定》方法测定；镉含量参照GB/T 5009.15—2023《食品安全国家标准 食品中镉的测定》方法测定；汞含量参照GB/T 5009.17—2021《食品安全国家标准 食品中总汞及有机汞的测定》方法测定；砷含量参照GB/T 5009.11—2024《食品安全国家标准 食品中总砷及无机砷的测定》方法测定；铬含量参照GB 5009.123—2023《食品安全国家标准 食品中铬的测定》方法测定。
1.3.5 电子鼻测定
参考Zhou Mingzhu等[12]的方法并稍作修改。称取2.00 g虾黄和4 mL 0.18 g/L NaCl溶液于20 mL（22.5 mm×75.5 mm）顶空瓶中，置于50 ℃磁力搅拌水浴锅中平衡30 min，上机测定。每个样品重复测定3 次。测定条件：清洗时间100 s，测定时间180 s，内流速300 mL/min，注射流速300 mL/min。电子鼻的10 个传感器对应名称及性能描述如表1所示。
表1 电子鼻传感器阵列及性能
Table 1 Performance description of electronic nose sensor arrays
传感器名称性能描述W1C对芳香成分、苯类灵敏W5S灵敏度大，对氮氧化合物灵敏W3C对芳香成分、氨类灵敏W6S主要对氢化合物有选择性W5C对短链烷烃芳香成分灵敏W1S对甲基类灵敏W1W对硫化物灵敏W2S对醇、醛、酮类灵敏W2W对芳香成分、有机硫化物灵敏W3S对长链烷烃灵敏
1.3.6 挥发性成分测定
采用固相微萃取（solid phase microextraction，SPME）法测定挥发性化合物，参考Zhou Mingzhu等[13]的方法并稍作修改。称取2 g样品置于20 mL顶空瓶中，加入4.0 mL 0.18 g/mL NaCl溶液和50 μL内标（0.86 mg/mL仲辛醇）。将顶空瓶放置在磁力搅拌器中，于60 ℃搅拌20 min。用SPME纤维头（DVB/CAR/PDMS，50/30 μm，2 cm）在60 ℃条件下提取挥发性化合物40 min。将涂层纤维在250 ℃条件下解吸5 min。每个样本重复3 次。采用GC-MS系统进行测定。使用DB-WAX毛细管柱（60 m×0.25 mm，0.25 μm）分离挥发性化合物，载气：氦气，流速1 mL/min，升温程序：初始温度40 ℃，以5 ℃/min速率升至100 ℃，再以2 ℃/min速率升至180 ℃，最后以8 ℃/min升至250 ℃，保持3 min。MS在70 eV的电子电离模式下运行，离子源温度230 ℃，传输线温度280 ℃，全扫描模式。
1.3.7 感官评定
称取10 g样品，随机编号并以随机顺序发放，由10 名经过训练的人员组成感官评价小组，根据气味、色泽、状态3 个方面对不同辐照剂量的虾黄进行综合评分，评分细则如表2所示。
表2 感官评定细则
Table 2 Sensory evaluation criteria
感官属性1～45～78～10气味有明显腥臭味、辐照味有腥味且辐照味较强略有腥味，无臭味，辐照味弱色泽表面无光泽，色泽暗淡 略有些许光泽，色泽偏黄呈亮黄色，有光泽状态稀泥状严重，不成型有些许稀泥状较黏稠
所得结果均以平均值±标准差表示，采用SPSS统计分析软件检验组间差异显著性（P＜0.05），对电子鼻响应值进行主成分分析（principal component analysis，PCA）。采用Origin 2021软件作图。
菌落总数是衡量水产品新鲜程度和加工过程卫生状况的微生物指标之一，也是评估食品安全品质的重要指标[14]。研究[15-16]表明，虾类产品菌落总数≤5（lg（CFU/g））为一级鲜度；菌落总数在5.0～5.7（lg（CFU/g））之间为二级鲜度；菌落总数＞6（lg（CFU/g））则认为虾类产品已腐败，不可接受，与《农产品安全质量无公害水产品安全要求》中针对水产品的菌落总数应不超过6.0（lg（CFU/g））规定一致。如表3所示，经过60Co-γ射线辐照后加工用水中的虾黄微生物数量明显减少，整体呈下降趋势，当辐照剂量≥6 kGy时，虾黄均处于一级鲜度。
表3 不同辐照剂量对加工用水中虾黄菌落总数、大肠菌群数的影响
Table 3 Effects of different irradiation doses on total bacterial count and coliform group in crayfish roe from crayfish processing wastewater
注：同行小写字母不同表示差异显著（P＜0.05），表4、5同；—.未检出，表5同。
指标未辐照组2 kGy组4 kGy组6 kGy组8 kGy组菌落总数（lg（CFU/g））多不可计6.36±0.04a5.18±0.40ab3.78±0.76b—大肠菌群数/（CFU/g）5.77±0.131.80±0.02——
大肠菌群数是评估肠道传染病风险的关键指标之一，是衡量食品安全性与卫生条件的重要参考。未经辐照和经过辐照虾黄的大肠菌群数均未超过安全限值10 CFU/g[17]，但随着辐照剂量的增加，大肠菌群数逐渐减少，且在辐照剂量≥4 kGy时，虾黄中均未检出大肠菌群。综合菌落总数和大肠菌群数的结果，60Co-γ射线辐照在辐照剂量≥4 kGy时有较好的灭菌效果。
水产品在人类饮食中约占10%，是人类摄取重金属的主要途径[18]。而小龙虾重金属污染物多富集在虾头、虾壳等副产物中，小龙虾虾黄中常见的重金属污染主要有铅、镉、铬、砷、汞。根据GB 2762—2022《食品安全国家标准 食品中污染物限量》中对水产品的规定（Pb≤0.5 mg/kg、Cd≤0.5 mg/kg、Hg≤0.5 mg/kg、Cd≤0.5 mg/kg、As≤0.5 mg/kg、Cr≤2.0 mg/kg），如表4所示，未经辐照的虾黄重金属含量未超过国家标准，辐照后虾黄中铬、铅的含量总体低于未辐照虾黄，说明辐照可以分解重金属，辐照对其他3 种重金属含量的影响无明显差异，并且辐照后虾黄中重金属含量变化与辐照剂量大小无显著线性关系。经60Co-γ射线辐照后的虾黄重金属含量均符合国家标准，无重金属含量超标风险，可能是由于小龙虾养殖环境与技术的提升，并未出现虾头中重金属大量富集的情况[19]。
表4 不同辐照剂量对加工用水中虾黄重金属含量的影响
Table 4 Effects of different irradiation doses on the content of heavy metals in crayfish roe from crayfish processing wastewater mg/kg
重金属未辐照组2 kGy组4 kGy组6 kGy组8 kGy组铅（Pb） 0.016±0.000a 0.003±0.000c 0.004±0.000bc 0.004±0.000b 0.004±0.000bc镉（Cd） 0.001±0.000ab 0.001±0.000b 0.003±0.000a 0.001±0.000b 0.001±0.000ab铬（Cr） 1.480±0.080a 1.150±0.070b 1.161±0.030b 1.250±0.060b 1.183±0.020b总砷（As） 0.006±0.000a 0.011±0.000a 0.013±0.000a 0.013±0.010a 0.014±0.000a总汞（Hg） 0.026±0.000c 0.090±0.020a 0.057±0.020ab 0.036±0.010bc 0.032±0.000c
如图1a所示，未辐照组和4 个辐照处理组在每个传感器上的响应值从强到弱的变化均为8 kGy组＞6 kGy组＞4 kGy组＞2 kGy组＞未辐照组，其中W1W传感器（对硫化物灵敏）响应值最强，其次为W5S（对氮氧化合物灵敏）和W2W（对芳香成分、有机硫化物灵敏）传感器，说明虾黄具有上述几类物质的特征风味。随着辐照剂量的增大，传感器W1W、W5S的响应值明显增加，说明硫化物和氮氧化合物含量增加，可能是由于辐照促进蛋白质氧化，破坏了蛋白骨架及氨基酸水解[20]，导致氮氧化合物增加。Brewer[21]研究表明，引起辐照异味的原因可能是含氮化合物的增加。冯敏等[22]研究发现，经过辐照后的鸭肉产品，W1W和W5S传感器的响应值最大，与本研究结果一致。
图1 不同辐照剂量虾黄的电子鼻响应值雷达图（a）和PCA得分图（b）
Fig.1 Radar plot (a) and principal component analysis score plot (b) of electronic nose response value for crayfish roe treated with different irradiation doses from crayfish processing wastewater
如图1b所示，PC1贡献率为86.2%，PC2贡献率为10.7%，累计贡献率达到96.9%，说明可以代表不同辐照剂量处理后虾黄的整体信息。结果表明，未辐照组与辐照组相隔较远，说明辐照后产生了明显的不同风味，且随着辐照剂量的增加，与未辐照组的距离也随之增加。4 组辐照样品的挥发性风味物质存在明显差异，其中经4、6 kGy后的样品相距较近，2 个样品之间的风味物质相似。
采用GC-MS法从未辐照和经辐照处理的虾黄中共检出22 种挥发性风味成分，其中未辐照组10 种、2 kGy组12 种、4 kGy组17 种、6 kGy组19 种、8 kGy组17 种（表5）。如图2所示，加工用水中的虾黄挥发性成分以醛类和醇类为主，辐照虾黄的挥发性物质种类与含量的增加与辐照剂量有关，且随着辐照程度的加深，脂肪氧化加速，产生的氢过氧化物和自由基可分解形成醛、醇、酮、烷烃和酯等具有不同风味特征的低分子质量产物[23-24]，而这类物质可能是引起辐照味的主要因素，这与电子鼻的结果一致。增加的醇类主要有1-戊醇、1-辛烯-3-醇、1-十一醇等，其中1-辛烯-3-醇是亚油酸自动氧化降解的产物[25]，具有蘑菇味和肉味[26]，对虾黄的腥味具有一定的修饰作用。在4～8 kGy辐照组中，1-戊醇、1,3-丙二醇、1-己醇和异戊醇含量随着辐照剂量的增加呈降低趋势，有研究[27]证明，1-己醇和1-戊醇具有腥味，说明高辐照剂量产生的辐照味对风味具有一定的影响。
图2 不同辐照剂量加工用水中虾黄总挥发性风味物质类别及其相对含量
Fig.2 Categories and relative contents of five classes of volatile flavo substances in crayfish roe treated with different irradiation doses from crayfish processing wastewater
表5 不同辐照剂量加工用水中虾黄挥发性风味物质组成及含量
Table 5 Composition and content of volatile flavor compounds in crayfish roe treated with different irradiation doses from crayfish processing wastewater ng/g
挥发性物质未辐照组2 kGy组4 kGy组6 kGy组8 kGy组癸烷—0.52±0.11c1.04±0.11a0.86±0.06b0.55±0.06c环庚烷0.99±0.09a——2,4-二甲基己烷——1.27±0.04c1.63±0.04b1.84±0.05a正癸烯——0.38±0.14b1.86±0.06a正庚醛0.33±0.07c0.58±0.06b1.06±0.05a0.17±0.04d—巴豆醛——0.17±0.04a0.03±0.05b0.05±0.04b正己醛0.24±0.26e1.69±0.09d3.27±0.04c5.48±0.14b5.68±0.12a(E,E)-2,4-庚二烯醛—1.32±0.05a1.04±0.03b0.64±0.11c0.47±0.03d 1-十一醇—0.36±0.04b0.40±0.04b0.42±0.1b0.51±0.09a 1-戊醇—0.07±0.02b0.21±0.01a——1-辛烯-3-醇—0.54±0.09b0.65±0.13b0.39±0.06b4.44±0.48a 1,3-丙二醇0.95±0.04e3.42±0.04b5.65±0.17a2.57±0.21c1.94±0.04d 1-己醇0.77±0.05e1.68±0.07d3.24±0.18a2.66±0.02b1.92±0.04c八乙二醇0.41±0.03e0.85±0.03d1.12±0.07c1.53±0.09b2.80±0.36a异戊醇0.16±0.04a—0.09±0.03a0.07±0.04b—六聚乙二醇0.25±0.08a——2,6-二甲基乙醇0.06±0.03d0.32±0.06c0.39±0.04b0.45±0.07b0.69±0.06a草酸异己基戊酯——0.51±0.07a0.46±0.07b0.25±0.06c 2,3-二氢呋喃——0.14±0.04b0.21±0.06a 2-正戊基呋喃——0.09±0.02b0.28±0.07a0.33±0.08a三甲胺1.25±0.06e2.84±0.08d3.26±0.09c3.89±0.11b7.01±0.08a吲哚——1.55±0.15b1.79±0.18a
醛类物质是脂质降解的主要产物，对整体风味的影响较大，呈脂肪味，但高含量时会产生一股油脂酸败的哈喇味[28]。未辐照组和辐照组检测到的醛类物质主要有正庚醛、正己醛、巴豆醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛，且除正己醛外，其他醛类物质含量随着辐照剂量的增加呈先上升后下降的趋势。正己醛是花生四烯酸的分解产物，它是加工用水中虾黄的主要氧化产物，低含量时具有水果味和青草味，高含量时具有一股刺鼻的油脂酸败味[29]。
经辐照后，烃类化合物含量显著增加（P＜0.05），且新增癸烷、2,4-二甲基己烷、正癸烯。辐照后产生的烷烃类、烯烃类物质主要源于脂肪酸的氧化分解，因其阈值较高，对风味无明显影响，但作为醇类和酮类物质的前体影响整体风味[30-31]。
杂环类和酯类主要是通过蛋白质和硫胺素氧化分解及脂质氧化得到的产物[32]。虾黄在辐照后产生杂环类和酯类物质，其中2-正戊基呋喃呈现出焦糖香味，对肉的风味形成有重要贡献。然而有研究[33]证明，吲哚和三甲胺被认为是不良风味物质，且带有刺鼻的腥臭味，从而导致水产品的感官品质变差。如图2所示，6 kGy组中杂环类化合物相对含量最低。
如图3所示，辐照对气味和色泽感官的影响较大，该结果与鉏晓艳等[34]的研究结果一致。在样品状态上，各组之间差异不明显，说明辐照对虾黄的组织结构破坏较小，这与黄业传等[26]研究的辐照杀菌对腊肉品质影响的结果一致。在气味方面，随着辐照剂量的增加，评分也随之增加，这与电子鼻和GC-MS的结果一致，腥臭味会随着辐照剂量的增加而减弱，辐照味随之增强。而在色泽上，未辐照组评分优于辐照组，这是辐照后虾黄的脂质氧化导致的。从总体评价来看，8 kGy组的总评分最高，但辐照味相较于其他组更明显。未辐照组和6 kGy组的总感官评分较为相近，但未辐照组的菌落总数不符合国家标准，而6 kGy辐照组的大肠菌群数及一些促进整体风味的挥发性物质含量均优于未辐照组。
图3 不同辐照剂量对虾黄感官品质的影响
Fig.3 Effect of different irradiation doses on the sensory quality of crayfish roe
a.各感官属性得分；b.感官评价总分。
本研究选用60Co-γ射线辐照对回收虾黄进行杀菌处理，通过测定菌落总数、大肠菌群数、重金属含量、挥发性物质含量和感官评分等指标，探讨不同辐照剂量对加工用水中虾黄品质和挥发性风味物质的影响。研究结果表明，随着辐照剂量的增加，微生物数量和重金属含量均被有效抑制，且6 kGy辐照组达到虾制品的一级鲜度。由于辐照样品会发生各种化学反应，产生新的挥发性风味物质，需进一步通过电子鼻和GC-MS技术测定、评价虾黄的品质，结果表明，辐照后会产生更多的硫化物、氮氧化合物，如醇类、醛类、杂环类等，这是产生辐照味的原因，且4 kGy辐照组中挥发性风味物质含量最高，其杂环类化合物相对含量相较于6 kGy组更高，说明不良气味比6 kGy组更强烈。总体感官评分表明，6 kGy辐照组的可接受度较高，因此在后续针对加工用水中虾黄开发利用的研究中，应将6 kGy辐照剂量60Co-γ射线辐照考虑其中，并结合其他技术手段对虾黄的品质和风味进行调控和优化，提高虾黄产品附加值。
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