60Co-γ不同劑量輻照對(duì)明膠特性的影響

耿勝榮， 廖 濤， 李 新， 鉏曉艷

(湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所/湖北省農(nóng)產(chǎn)品輻照加工中心/湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心，湖北武漢 430064)

60Co-γ不同劑量輻照對(duì)明膠特性的影響

耿勝榮， 廖 濤， 李 新， 鉏曉艷*

(湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所/湖北省農(nóng)產(chǎn)品輻照加工中心/湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心，湖北武漢 430064)

研究經(jīng)0～52.7 kGy60Co-γ射線照射后的明膠黏度、膠凝特性、蛋白組分、分子量與吸收劑量的關(guān)系，結(jié)果表明，明膠的特性黏度、相對(duì)黏度、凝膠強(qiáng)度、熔化溫度和分子量隨劑量的增加呈下降趨勢(shì).明膠的大分子物質(zhì)含量隨劑量的增加而減少，Mn和Mw范圍為7 839～10 861，32 444～36 506.分子量分布逐漸加寬，范圍為3.36～4.45.同時(shí)，輻照后明膠膜的膠凝點(diǎn)上升，范圍39.8～42.7℃.明膠顆粒的致密性好，表面平滑.實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，在有限水和無限氧氣存在下，小分子量明膠的輻射反應(yīng)為分解反應(yīng).

60Co-γ輻照;明膠;分子量;分解

*鉏曉艷，女，助理研究員，博士，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工與輻射技術(shù)研究.通訊作者.

輻照是一種利用電離射線與物質(zhì)作用，產(chǎn)生的物理、化學(xué)和生物學(xué)效應(yīng)，達(dá)到殺蟲滅菌的目的［1］.射線的穿透力強(qiáng)和冷殺菌兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，尤其適合組織材料、醫(yī)藥和醫(yī)療用品上的消毒滅菌［2－4］，保證生物安全性和延長(zhǎng)貨架期.目前輻照作為明膠和膠囊滅菌應(yīng)用已十分廣泛.但是輻照過程中常常產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)導(dǎo)致明膠黏度下降、膠囊易碎、溶脹性差的問題.目前關(guān)于明膠品質(zhì)劣變的研究在明膠可溶性變差，導(dǎo)致藥品膠囊的藥物溶出率低［5］，明膠膜的交聯(lián)改性［6］方面有報(bào)道，但膠囊或明膠本身在原料階段輻射滅菌引起的品質(zhì)變化缺乏研究.本實(shí)驗(yàn)以小分子量進(jìn)口明膠為材料，開展輻照對(duì)明膠理化性能與蛋白成分(分子量、分子組成及結(jié)構(gòu)等)的影響，探索劑量與分子量大小、分布和性能的關(guān)系，為確定最佳輻射劑量提供理論基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 材料

G9382型牛皮明膠，Simga公司生產(chǎn).

1.2 儀器設(shè)備

60Co-γ輻照源，湖北省輻照實(shí)驗(yàn)中心;1515型高效液相色譜泵、2690D型分離模塊、2410型折射率檢測(cè)器、Ultrahy drogel 2000，250型色譜柱，美國waters公司;Quanta 200型掃描電鏡，荷蘭FEI公司;DSC200F3型示差掃描量熱儀，德國Netzsch公司;TA－XTPlus型質(zhì)構(gòu)儀，英國SMS公司;DYY－12型電泳儀，北京六一儀器廠，50 mL稀釋型烏氏黏度計(jì)等.

1.3 輻照處理

明膠用自封口袋包裝，采用動(dòng)態(tài)懸掛輻照的方式分別照射4～52 kGy，每個(gè)劑量樣品附有兩支硫酸亞鐵劑量計(jì)跟蹤劑量，平均值作為樣品的吸收劑量.對(duì)照不輻照.照射完后立即取樣測(cè)定各指標(biāo).

1.4 測(cè)定方法

1.4.1 特性黏度的測(cè)定

取0.6 g明膠，加入11.4 g蒸餾水，室溫溶脹，55℃水浴溶解，配制成初始濃度(c0)為5%的明膠水溶液.此后用蒸餾水逐次稀釋成原濃度的2/3，1/2，1/3和1/4.用0.45 mm烏氏黏度計(jì)在37℃下測(cè)定不同濃度(c)的樣品流出兩刻度線的時(shí)間(t)和蒸餾水流出時(shí)間(t0)，計(jì)算特性黏度［η］.

1.4.2 凝膠強(qiáng)度的測(cè)定

在文獻(xiàn)［7］的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定參數(shù)按美國試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GMIA進(jìn)行.

1.4.3 熔化溫度及膠凝溫度的測(cè)定

在文獻(xiàn)［8］的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn).示差掃描量熱儀的溫度程序:10～55℃，升溫速度5℃/min;55℃恒溫2min;55～10℃，降溫速度5℃/min，5℃恒溫2min，65 ℃結(jié)束.

1.4.4 分子量大小及分布的測(cè)定

在文獻(xiàn)［9］的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn).配制1 000 mL的0.1 mol·dm－3Na2HPO4，其中含 8 g NaN3，用 NaH2PO4調(diào)節(jié)pH至8.0，取500 mL作為儲(chǔ)備液.另取500 mL儲(chǔ)備液稀釋至2 000 mL作為淋洗液;進(jìn)樣量為100 μL，溶劑為 H2O － 0.2 mol·dm－3NaNO3，淋洗液流速為0.6 mL/min.標(biāo)樣為聚乙烯乙二醇，柱子溫度40℃，檢測(cè)器溫度40℃.

1.4.5 蛋白組分分布的測(cè)定

聚丙烯酰胺凝膠電泳采用15%分離膠和4%濃縮膠，樣品濃度為2 mg/mL，上樣量為20 μL.濃縮膠電壓為60 V，分離膠電壓為100 V.考馬斯亮藍(lán)R250染色過夜，用脫色液脫色3次.脫色后的膠塊照相保存.

1.4.6 表面形貌分析的測(cè)定

采用掃描電鏡進(jìn)行分析.配制未照射和照射52.7 kGy的明膠10%的水溶液各100 mL，低溫下形成凝膠后，在－80℃冰箱速凍，再凍干，取少量?jī)龈蓸悠纷霰砻婧徒孛鎾呙?

2 結(jié)果與分析

2.1 輻照對(duì)明膠黏度的影響

未輻照明膠的特性黏度和相對(duì)黏度分別為2 936 mL/g和2.52，輻照后明膠兩種黏度隨劑量的增加快速下降(見圖1).吸收劑量為8.01 kGy的明膠特性黏度和相對(duì)黏度分別為對(duì)照的93.3%和96.4%，吸收劑量為26.79 kGy的明膠分別為對(duì)照的84.2%和92.1%.可見，生產(chǎn)上常用的8 kGy的滅菌劑量，輻照后明膠水溶液的表觀黏度略有下降，當(dāng)吸收劑量達(dá)到26.79 kGy時(shí)，應(yīng)用品質(zhì)受到影響.特性黏度的下降來源于分子的降解，輻射劑量越大，降解程度越大.

2.2 輻照對(duì)明膠凝膠強(qiáng)度的影響

圖1 輻射劑量對(duì)特性黏度和相對(duì)黏度的影響Fig.1 Effect of irradiation dosage on intrinsic viscosity and relative viscosity

未輻照的明膠凝膠強(qiáng)度為141 g，輻照后的明膠凝膠強(qiáng)度有小幅波動(dòng)，總趨勢(shì)為下降的(見圖2).吸收劑量為8.01 kGy時(shí)，凝膠強(qiáng)度為153.6 g，較對(duì)照有所增加.當(dāng)吸收劑量為26.79 kGy時(shí)，凝膠強(qiáng)度為100 g，為對(duì)照的70.9%.據(jù)報(bào)道，明膠中的α組分與凝膠強(qiáng)度成正比［10－11］.由此可見，輻照降低了明膠中α組分含量，劑量越大，降解程度越大.

圖2 輻射劑量對(duì)凝膠強(qiáng)度的影響Fig.2 Effect of irradiation dosage on gel strength

2.3 輻照對(duì)明膠熔化和膠凝溫度的影響

明膠是一種熱可逆凝膠，穩(wěn)定這種熱可逆凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主要作用力是氫鍵.當(dāng)溫度升高，分子鏈熱運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，氫鍵斷開，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞.當(dāng)溫度降低，熔膠體系自發(fā)放熱形成凝膠.明膠水溶液熔膠－凝膠轉(zhuǎn)變臨界溫度點(diǎn)稱為膠凝溫度和熔化溫度［9］.圖3為不同輻照劑量明膠熔膠和凝膠溫度變化曲線圖，可見，未輻照明膠熔膠溫度為27.1℃，輻照后明膠的熔膠溫度隨劑量呈下降趨勢(shì).未輻照明膠凝膠溫度為36.2℃，輻照后明膠的凝膠溫度高于對(duì)照，范圍在39.8～42.7℃.吸收劑量低于8.01 kGy時(shí)，明膠膠凝溫度有小的上升峰，吸收劑量大于8.01 kGy時(shí)，明膠膠凝溫度隨劑量的增加呈緩慢上升趨勢(shì).輻照引起明膠的熔膠溫度下降，這說明分子吸熱解鏈熱能降低，明膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)熱不穩(wěn)定，分子發(fā)生了分解.輻照引起膠凝溫度升高，說明分子自發(fā)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)容易，分子發(fā)生了降解.

圖3 輻射劑量對(duì)明膠熔化溫度和膠凝溫度的影響Fig.3 Effect of irradiation dosage on melting point and gel point of gelatin

2.4 輻照對(duì)明膠分子量的影響

圖4為不同劑量輻照后明膠相對(duì)重均分子量Mw和相對(duì)數(shù)均分子量Mn的變化曲線圖.未輻照的明膠的Mw和Mn分別為36 506和10 861.二者在0～8.01 kGy范圍的吸收劑量有小的上升峰，此后，均隨劑量的增加呈下降趨勢(shì)，吸收劑量達(dá)到52.7時(shí)，二者分別為對(duì)照的88.87%和72.18%.這說明，輻照將大分子降解，形成更多種小分子的混合物，劑量越大，降解程度越大，分子量越低.

圖4 輻射劑量對(duì)明膠分子量的影響Fig.4 Effect of irradiation dosage on Mwand Mnof gelatin

圖5為不同劑量輻照明膠的凝膠滲透色譜圖.未輻照明膠(0 kGy)出峰早，峰型高而窄.輻照后明膠出峰晚，峰型矮而寬，并且劑量越大，峰型越寬而矮.這說明分子量的分布隨劑量增加而加大.

2.5 SDS－PAGE分析

圖7 未輻照和輻照52.75 kGy明膠表面SEM圖Fig.7 SEM sperm of gelatin no irradiated(a)and irradiated by 52.7 kGy(b)

圖5 不同劑量輻照后明膠的凝膠滲透色譜圖Fig.5 Molecular weight and distribution of irradiated gelatin

圖6為0～52.7 kGy輻照明膠的電泳圖.左邊第1個(gè)泳道為未輻照明膠，分子量主要分布在5 500 u以上，在3 600 u以下幾乎不含有蛋白組分.輻射劑量逐漸加大，泳道顏色變淺，這說明明膠蛋白各組分在輻照過程中發(fā)生了分解反應(yīng)，大分子量物質(zhì)含量降低.輻照劑量高于37.91 kGy時(shí)，大于25 000 u的物質(zhì)明顯減少，分子量主要分布在25 000～13 000 u，低于3 600 u的小分子含量有少量增加.

圖6 不同劑量輻照后明膠的SDS－PAGE分析Fig.6 SDS－PAGE analysis of gelatin irradiated by different dosage

2.6 結(jié)構(gòu)分析

明膠先在水中溶脹，再凍干做掃描分析.圖7a、7b分別是未輻照和輻照52.7 kGy明膠放大2 500倍表面圖.前者表面看到有顆粒，而后者表面光滑，成膜性好.這是因?yàn)榻?jīng)輻照52.7 kGy后，溶脹性差的大分子降解為溶脹性較好的小分子，溶脹后分子排列更整齊，表面更光滑.

3 結(jié)論

明膠輻射殺菌的同時(shí)常導(dǎo)致溶液黏度、凝膠彈性以及成膜性等品質(zhì)下降的問題，很大程度影響了其應(yīng)用價(jià)值.從本研究結(jié)果來看，0～52.7 kGy輻照范圍，由于輻射分解，明膠分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)降解，大分子量物質(zhì)含量下降，小分子量物質(zhì)含量增加，平均分子量下降，Mn和Mw范圍為7 839～10 861，32 444～36 506.并且分子量分布變寬，范圍為3.36～4.45.特性黏度和相對(duì)黏度降低、凝膠強(qiáng)度降低、熔膠溫度下降和膠凝溫度升高、表面結(jié)構(gòu)更為平滑和整齊.

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Effect of Different Irradiation Dosage of60Co-γ on Properties of Gelatin

GENG Sheng-rong， LIAO Tao， LI Xin， ZU Xiao-yan*
(Institute of Farm Products Processing and Nuclear Agricultural Technology，Hubei Academy of Agricultural Sciences/Hubei Engineering Research Center for Farm Products Irradiation/Hubei Innovation Center of Agricultural Science and Technology，Wuhan 430064，China)

The gelatin was irradiated by60Co-γ with the dosages of 0 －52.7 kGy and the parameters including viscosity，gel strength，protein component and molecular weight were determined immediately.The results showed that the intrinsic viscosity，relative viscosity，gel strength，molecular weight，and melting point decreased with the increasing of the dosage.The content of high molecular weight components decreased.The number average molecular weight and weight average molecular weight were in the range of 7 839－1 061 and 32 444－36 506.The polydispersity was between 3.36 and 4.45.Compared with the intact gelatin，the irradiated one had the wider distribution of molecular weight and higher gelling temperature，the range of which was 39.8－42.7℃.Moreover，the membrane was smoother.The results indicated that the main reaction of gelatin during the irradiation was degradation under the condition of limited water and oxygen.

60Co-γ irradiation;gelatin;molecular weight;degradation

TS259.1

A

2095-6002(2013)04-0028-04

耿勝榮，廖濤，李新，等.60Co-γ不同劑量輻照對(duì)明膠特性的影響.食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào)，2013，31(4):28－31.

GENG Sheng-rong，LIAO Tao，LI Xin，et al.Effect of Different Irradiation Dosage of60Co-γ on Properties of Gelatin.Journal of Food Science and Technology，2013，31(4):28 －31.

2013-02-01

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(11105048).

耿勝榮，女，助理研究員，碩士，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工與輻射技術(shù)研究;

(責(zé)任編輯:葉紅波)