非醫(yī)療用品輻照加工劑量設(shè)定方法研究

陳志云，楊紹雨，馬 琴

(南京喜悅科技股份有限公司，江蘇 南京 211316)

輻照加工作為核技術(shù)利用的一個(gè)重要分支，具有非常廣泛的用途，大致可分為微生物控制和非微生物控制兩大類(lèi)。非微生物控制的輻照加工包括輻照改性、農(nóng)殘降解、白酒陳化等[1]。對(duì)于微生物控制分為滅菌和殺菌，滅菌就是完全殺滅微生物，無(wú)菌保證水平達(dá)到10-6以上，如醫(yī)療用品的滅菌、無(wú)特定病原體(SPF)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物飼料的滅菌等；而殺菌則是對(duì)食品、藥品、化妝品等的微生物控制，達(dá)到延長(zhǎng)貨架期、降低微生物危害的目的[2-3]。對(duì)于醫(yī)療用品的輻照滅菌，輻照劑量設(shè)定按照ISO11137-2[4]有明確的方法。然而，對(duì)于非醫(yī)療用品的輻照殺菌并沒(méi)有明確的劑量設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)方法。以食品輻照為例，無(wú)論是強(qiáng)制性的通用標(biāo)準(zhǔn)[5]，還是某一特定食品的工藝控制推薦標(biāo)準(zhǔn)，如熟畜禽肉類(lèi)輻照殺菌工藝標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18526.5[6]，均沒(méi)有涉及到輻照的劑量設(shè)定方法，僅給出了輻照的最高和最低劑量限值及微生物控制限值等要求。雖然研究表明，10 kGy劑量的輻照對(duì)于食品和藥品的藥理、毒理影響可以不用檢測(cè)，甚至可超過(guò)10 kGy劑量輻照[7]，但是高劑量輻照會(huì)對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生不良影響，因此對(duì)于輻照殺菌，應(yīng)該堅(jiān)持合理可行盡量低的原則[5,8]。合理設(shè)定輻照劑量一直是輻照加工行業(yè)研究的重點(diǎn)之一[9-12]。在標(biāo)準(zhǔn)方法缺失的情況下，當(dāng)前非醫(yī)療用品輻照加工需求劑量通行的做法是由客戶(hù)給出，輻照中心負(fù)責(zé)滿(mǎn)足需求劑量即可[13]，但作為產(chǎn)品生產(chǎn)廠(chǎng)家，負(fù)有產(chǎn)品安全的主體責(zé)任，對(duì)輻照技術(shù)不熟悉，無(wú)法合理設(shè)定劑量。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文在前人工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，開(kāi)展非醫(yī)療用品輻照的劑量設(shè)定方法研究，以某一種袋裝食品的輻照殺菌為例，介紹劑量設(shè)定過(guò)程。采用微生物輻照殺滅理論與輻照殺菌實(shí)踐相結(jié)合的方法，給出一種非醫(yī)療用品輻照殺菌劑量設(shè)定的可行方法，擬為非醫(yī)療用品輻照殺菌劑量設(shè)定提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

袋裝樣品，真空袋裝，每袋重量100 g，共60袋。

1.2 主要試劑

平板計(jì)數(shù)瓊脂、氯化鈉：250 g/瓶，上海盛思化學(xué)科技有限公司。

1.3 主要儀器設(shè)備

γ輻照裝置：BFT-IV，北京比尼公司；凈化操作臺(tái)：SW-CJ-2G，上海蘇凈實(shí)業(yè)有限公司；臥式壓力滅菌鍋：YX600W，上海三申醫(yī)療器械有限公司；生化培養(yǎng)箱：SPX-150B-Z，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠(chǎng)。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 產(chǎn)品初始污染菌測(cè)定

2.1.1食品初始污染菌測(cè)定 參照GB 4789.1-2016標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定。

2.1.2初始污染菌檢測(cè) (1) 樣品制備：稱(chēng)取樣品25 g移置225 mL無(wú)菌生理鹽水中，充分搖勻制成1∶10供試液。(2) 供試液制備：用無(wú)菌吸管或微量移液器吸取1∶10 樣品勻液1 mL，沿管壁緩慢注于盛有9 mL 稀釋液的無(wú)菌試管中，反復(fù)吹打使其混合均勻，制成 1∶100的樣品勻液。(3) 梯度稀釋?zhuān)焊鶕?jù)對(duì)樣品污染狀況的估計(jì)，選擇2～3個(gè)適宜稀釋度樣品勻液(液體樣品可包括原液)，在進(jìn)行10倍遞增稀釋時(shí)，吸取1 mL 樣品勻液于無(wú)菌平皿內(nèi)，每個(gè)稀釋度做兩個(gè)平皿。(4) 空白對(duì)照：分別吸取1 mL空白稀釋液加入兩個(gè)無(wú)菌平皿內(nèi)，及時(shí)將冷卻至46 ℃的平板計(jì)數(shù)瓊脂培養(yǎng)基(可放置于(46±1) ℃恒溫水浴箱中保溫)傾注平皿，每皿約20 mL，并轉(zhuǎn)動(dòng)平皿使其混合均勻。(5) 培養(yǎng)：待瓊脂凝固后，將平板翻轉(zhuǎn)，培養(yǎng)箱(36±1) ℃培養(yǎng)(48±2) h，水產(chǎn)品(30±1) ℃培養(yǎng)(72±3) h。(6) 菌落計(jì)數(shù)：用放大鏡或菌落計(jì)數(shù)器，記錄稀釋倍數(shù)和相應(yīng)的菌落數(shù)量。菌落計(jì)數(shù)以菌落形成單位(colony-formingunits, CFU)表示。選取菌落數(shù)在30～300 CFU之間，以最接近30～300 CFU的稀釋級(jí)平均數(shù)乘以稀釋倍數(shù)報(bào)告。如果稀釋級(jí)平均菌落數(shù)均無(wú)菌生長(zhǎng)或最低稀釋級(jí)平均菌落數(shù)小于1時(shí)，應(yīng)報(bào)告菌落數(shù)<10 CFU/g。

2.2 產(chǎn)品菌落耐輻照實(shí)驗(yàn)

該產(chǎn)品要求輻照后微生物含量為1 CFU/g以下，根據(jù)初始污染菌含量，結(jié)合輻照經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定0、1、2、3、4、5、6 kGy劑量為輻照實(shí)驗(yàn)劑量，考慮工作量和實(shí)際工業(yè)輻照過(guò)程的可操作性，每種輻照劑量取10個(gè)樣品，同時(shí)輻照并檢測(cè)輻照后污染菌，取平均值，首次出現(xiàn)一組全部無(wú)菌的劑量即作為最高輻照劑量值。

3 結(jié)果與討論

3.1 菌落總數(shù)

輻照前樣品菌落總數(shù)列于表1。 從表1可見(jiàn)，同一批產(chǎn)品的初始污染菌較為接近，在其他產(chǎn)品中也有類(lèi)似情況。

不同劑量輻照后樣品菌落總數(shù)列于表2。由表2中數(shù)據(jù)可知，10個(gè)樣本經(jīng)5 kGy輻照后檢測(cè)無(wú)菌，因此5 kGy作為輻照實(shí)驗(yàn)的最高劑量。

3.2 理論分析和多項(xiàng)式擬合數(shù)值處理

根據(jù)輻照滅菌的基本理論和假設(shè)，初始含菌量為N0的任何一種微生物，吸收劑量D后剩余含菌量N的關(guān)系為：

(1)

式中，D10為微生物減少90%所需要的劑量，kGy。對(duì)于實(shí)際產(chǎn)品，其所含的菌往往有多種，可根據(jù)不同輻照抗性微生物的含量確定上述關(guān)系[1]，如ISO11137-2中給出的標(biāo)準(zhǔn)抗性分布(SDR)列于表3。

表1 輻照前樣品菌落總數(shù)Table 1 Total numbers of colony of Samples before irradiation

表2 不同劑量輻照后樣品菌落總數(shù)Table 2 Total numbers of colony of samples after irradiation by different dose

注：菌落總數(shù)<10 CFU·g-1為實(shí)驗(yàn)室微生物表達(dá)方式，實(shí)際值為0。

表3 標(biāo)準(zhǔn)抗性分布Table 3 Standard distribution of resistance

假定p(i)為第i種微生物的比例，D10(i)為第i種微生物的D10值，由公式(1)可得到混合菌群的關(guān)系式：

(2)

(3)

即，

(4)

合，結(jié)果示于圖1。

由圖1結(jié)果可見(jiàn)，3次和4次多項(xiàng)式擬合結(jié)果較好，而5次和6次多項(xiàng)式擬合在剩余微生物接近0的附近發(fā)生了錯(cuò)誤趨勢(shì)，說(shuō)明不能采用5次以上的多項(xiàng)式進(jìn)行擬合，與文獻(xiàn)[11]的結(jié)論不同。究其原因可能是文獻(xiàn)[11]的劑量范圍設(shè)定較大，而本文研究的食品藥品輻照中，劑量范圍要小很多，因此在劑量測(cè)量精度范圍內(nèi)，階梯輻照的取點(diǎn)較少。較少的取點(diǎn)可大大減少設(shè)定劑量的工作量，對(duì)于輻照加工的實(shí)用性具有意義。

圖1 DM-D多項(xiàng)式擬合Fig.1 DM-D Polynomial fitting

3次、4次多項(xiàng)式擬合所得的系數(shù)列于表4。根據(jù)擬合上述3次和4次多項(xiàng)式，該產(chǎn)品從平均1 030 CFU/g輻照降至1 CFU/g所需的劑量分別為3.88 kGy和3.94 kGy。

表4 多項(xiàng)式擬合系數(shù)Table 4 Coefficient of Polynomial fitting

根據(jù)ISO11137標(biāo)準(zhǔn)給出的微生物標(biāo)準(zhǔn)抗性分布，由表3和公式(2)可以得出微生物含量從1 030 CFU/g降至1 CFU/g以下需要的輻照劑量為5.33 kGy?？梢?jiàn)根據(jù)擬合所得劑量比按照標(biāo)準(zhǔn)抗性所得劑量要降低約1.4 kGy。

該產(chǎn)品不同時(shí)期四個(gè)批次的產(chǎn)品，取樣品根據(jù)擬合參數(shù)設(shè)定的輻照劑量，照射后的微生物檢測(cè)結(jié)果列于表5，輻照劑量設(shè)定采用4次多項(xiàng)式擬合系數(shù)，由表5數(shù)據(jù)可見(jiàn)，輻照后產(chǎn)品菌落總數(shù)全部符合要求。

在輻照加工的實(shí)踐過(guò)程中，對(duì)生產(chǎn)廠(chǎng)家沒(méi)有指定輻照劑量的情況下，采用文中所述方法，都取得了較好的效果。任一產(chǎn)品初始污染菌的情況會(huì)每季度監(jiān)測(cè)至少一次，對(duì)于可能導(dǎo)致初始污染菌發(fā)生較大變化的因素，如生產(chǎn)廠(chǎng)家的原料來(lái)源有重大變化，也會(huì)要求生產(chǎn)廠(chǎng)家說(shuō)明情況，開(kāi)展針對(duì)性監(jiān)測(cè)。通過(guò)這種定期監(jiān)測(cè)和針對(duì)性監(jiān)測(cè)，可有效保證對(duì)微生物污染水平的掌握，同時(shí)積累該產(chǎn)品的污染菌數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)于超出原擬合參數(shù)范圍的情況，則進(jìn)行輻照實(shí)驗(yàn)并重新擬合關(guān)系式。

表5 輻照驗(yàn)證結(jié)果Table 5 Results of irradiation Test

4 結(jié)論

本文所述方法經(jīng)輻照實(shí)踐證明可達(dá)到滅菌要求并且可有效降低輻照劑量。多項(xiàng)式擬合確定輻照劑量的方法對(duì)于多菌種的情況是一種較好的方法，但擬合次數(shù)需要根據(jù)實(shí)際情況而定,對(duì)于食品等非醫(yī)療用品殺菌的輻照加工應(yīng)采用3次或者4次多項(xiàng)式擬合。和醫(yī)療用品輻照標(biāo)準(zhǔn)ISO11137-2中的SDR抗性相比，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)食品、藥品中微生物的抗性普遍比SDR小，采用SDR作為輻照抗性，偏保守。