輻照滅菌技術(shù)對(duì)葛根粉品質(zhì)影響的因素分析

文 李奎 蔚江濤 白俊青 牛偉 李世超 .楊凌核盛輻照技術(shù)有限公司；2.中陜核核盛科技有限公司

在食用葛根粉生產(chǎn)制造過(guò)程中，需要應(yīng)用輻照滅菌技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用會(huì)對(duì)葛根粉的品質(zhì)產(chǎn)生一定影響。因此，本文以此為研究，通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，結(jié)果顯示，輻照滅菌技術(shù)對(duì)葛根粉品質(zhì)的影響，主要集中在微生物存活數(shù)、一般營(yíng)養(yǎng)成分、異黃酮類成分、物理特性、抗氧化活性方面。其中，不會(huì)降低微生物存活數(shù)量，在不同輻照劑量、輻照環(huán)境、輻照對(duì)象的條件下，一般營(yíng)養(yǎng)成分的輻射敏感性存在差異。除在6.0kGy劑量時(shí)葛根素略有差異外，其他劑量條件下葛根素含量明顯增加，而且在6.0與8.0kGy輻照劑量條件下達(dá)到了最大值，差異顯著（P＜0.05）。在溶解度、膨潤(rùn)力、凍融穩(wěn)定性、物理特性方面，均有積極影響，有利于提高食用葛根粉產(chǎn)品質(zhì)量，但是，在白度與總的抗氧化性方面并無(wú)明顯影響。因此，應(yīng)在食用葛根粉生產(chǎn)加工時(shí)，選擇合適的輻照劑量，以提升產(chǎn)品品質(zhì)。

葛根植物屬于豆科葛屬，經(jīng)我國(guó)衛(wèi)生部批準(zhǔn)，可以從藥用與食用途徑對(duì)其價(jià)值進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，通過(guò)對(duì)其塊根的粉碎、分離、過(guò)濾、干燥處理后，能制成粉狀可食用葛根粉產(chǎn)品。從主要食用成分看，葛根淀粉含量比較高，而且富含膳食纖維、礦質(zhì)元素、氨基酸、異黃酮等。從活性成分看，葛根中的異黃酮類成分，可以對(duì)心腦血管疾病產(chǎn)生一定的治療功效。由于葛根中含微生物，在生產(chǎn)加工中超標(biāo)后會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)危害，因而需要對(duì)其進(jìn)行輻照滅菌處理。下面先對(duì)葛根粉產(chǎn)品生產(chǎn)加工中的電子束輻照技術(shù)加以說(shuō)明。

1. 電子束輻照技術(shù)概述

從葛根粉的主要活性成分看，其特征集中體現(xiàn)在熱不穩(wěn)定性方面，因此在生產(chǎn)加工此類產(chǎn)品時(shí)，高溫滅菌方法的應(yīng)用效用相對(duì)不足。因此，在我國(guó)質(zhì)量體系管理標(biāo)準(zhǔn)要求之下，通常采用輻照滅菌方案。從本質(zhì)上看，輻照技術(shù)屬于冷加工技術(shù)，能夠?qū)Ω鸶郛a(chǎn)品生產(chǎn)加工時(shí)，具有污染的微生物進(jìn)行相應(yīng)的控制，在不損害產(chǎn)品主要營(yíng)養(yǎng)成分與功能的情況下，保障產(chǎn)品質(zhì)量。以常用的電子束輻照技術(shù)為例，其優(yōu)勢(shì)是性價(jià)比高，具體表現(xiàn)在成本適中、操作簡(jiǎn)易、安全可靠、應(yīng)用效用大等方面。近年來(lái)，通過(guò)對(duì)輻照技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，逐漸優(yōu)化了電子束輻照殺菌技術(shù)，較好地提高了電子束流穩(wěn)定性，擴(kuò)增了該技術(shù)的應(yīng)用效用。

2. 實(shí)驗(yàn)方法

下面以葛根粉作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，采用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)電子束輻照在葛根粉產(chǎn)品生產(chǎn)加工中的影響進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括材料、儀器、方法、數(shù)據(jù)處理、影響分析，具體操作中主要是選取不同輻照劑量（共計(jì)6種：0kGy、2.0kGy、4.0kGy、6.0kGy、8.0kGy、10.0kGy）的電子束輻照，對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品及對(duì)照樣品進(jìn)行輻照處理，然后展開(kāi)具體分析。

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

2.1.1 材料

樣品：食用葛根粉。

對(duì)照樣品：大豆苷、葛根素、大豆苷元、D-無(wú)水葡萄糖。

分析純：鹽酸、濃硫酸、硫酸鉀、石油醚、氯化鈉。

色譜純：正己烷。

2.1.2 儀器

電子束輻照加工系統(tǒng)：本公司實(shí)際有的“DZ-10/20”型電子束輻照加工系統(tǒng)。

電子分析天平：MS304s/01。

立式壓力蒸汽滅菌鍋：LDZX-50KBS。

超凈工作臺(tái)：BCM-1000。

霉菌培養(yǎng)箱：MJ。超聲波清洗器：KQ-300VDB。

定氮儀蒸餾器：KT 200FOSS凱氏。

水浴恒恒溫振蕩器：SHA-CD。

循環(huán)水式多用真空泵：SHB-Ⅲ。

低溫離心機(jī)：Allgera 64。

白度計(jì)：WBS-L。

低溫保存箱：DW-40L508。

紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：UV-2450。

液相色譜儀：e2695，LC 20AT。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 準(zhǔn)備樣品

微生物檢測(cè)：選用PE透明自封袋封裝食用葛根粉，共計(jì)18份，每份50g。

理化指標(biāo)檢測(cè)：同上述方法，選取18份，每份250g。

2.2.2 電子束輻照

專用金屬托盤：厚度3cm到4cm，將樣品均勻置于托盤上。輻照劑量：0 kGy、2.0 kGy、4.0 kGy、6.0kGy、8.0 kGy、10.0 kGy。

參數(shù)設(shè)置：（1）電子加速器輸出功率：10kW；（2）電子束能量：10MeV；（3）電子束流掃描速率：220次/s。

輻照控制：用托盤控制電子束下的傳輸速度，輻照完成后室溫條件下進(jìn)行儲(chǔ)存。

2.2.3 測(cè)定內(nèi)容

測(cè)定內(nèi)容：微生物存活數(shù)、一般營(yíng)養(yǎng)成分含量、多糖含量、異黃酮類成分含量、物理性能、還原力。下面根據(jù)確定的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)多糖含量測(cè)定、異黃酮類成分含量測(cè)定、物理性能測(cè)定、抗氧化活性測(cè)定做出說(shuō)明。

以測(cè)定多糖含量為例：（1）稱取0.06gD-無(wú)水葡萄糖（5%），將其置入50mL容量瓶，然后加純水至最大刻度值，通過(guò)溶解、稀釋、搖勻處理，得到對(duì)照品溶液0.12mg/mL。用吸管吸取對(duì)照品溶液置于比色管（1mL），具體操作中按照0.8mL、0.7mL、0.6mL、0.5mL、0.4mL、0.3mL、0.2mL的順序進(jìn)行吸取。對(duì)于不能達(dá)到比色管容量的通過(guò)加純水的辦法使其達(dá)到所需標(biāo)準(zhǔn)。（2）稱取0.08g葛根粉放入圓底燒瓶并加純水至100mL，按照稱“重—加熱—回流—提取—放冷—稱重—補(bǔ)重量—搖勻—過(guò)濾—吸取”的流程進(jìn)行操作，最后得到0.5mL濾液。（3）將試驗(yàn)樣品（葛根溶液）、對(duì)照樣品（D-無(wú)水葡萄糖溶液）放入比色管（25mL），加水至1mL后，在兩種溶液中各加入2mL苯酚溶液（5%）、7m濃硫酸溶液，每加1次溶液搖勻后，再加入另一種，加完后置于沸水浴進(jìn)行15min的加熱，冷卻至室溫用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)于490nm位置對(duì)其吸光度進(jìn)行測(cè)定。

以測(cè)定異黃酮類成分含量為例：稱取1kg葛根粉置入容量瓶（50mL），選擇乙醇進(jìn)行定容處理（30%，V/V）后，將其放在恒溫水?。?0℃）進(jìn)行超聲提取，過(guò)濾后用HPLC分析方法獲得色譜度。高效液相色譜儀相關(guān)參數(shù)設(shè)置如下：（1）色譜柱：4.6mmx250mm，5um；（2）流動(dòng)相：水、甲醇；（3）流速：1Ml/min；（4）柱溫：35℃；（5）進(jìn)樣量：5ul；（6）檢測(cè)波長(zhǎng)：250nm。以物理性能測(cè)定為例：根據(jù)GB/T22427.6-2008中給出的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行白度測(cè)定。溶解度與膨潤(rùn)力的測(cè)定方法如下：（1）通過(guò)精確度可以達(dá)到0.001g的電子分析天平稱取1g食用葛根粉；（2）將稱取物加入50mL純水之中配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的溶液；（3）將水浴恒溫振蕩器溫度調(diào)至85℃后，對(duì)配置溶液進(jìn)行恒溫水浴處理，攪拌時(shí)間控制為30min；（4）將水浴處理后的溶液置入離心管后，放入低溫離心機(jī)進(jìn)行離心處理，具體參數(shù)設(shè)置要求離心時(shí)間設(shè)定為15min，每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)定為3000r；（5）離心完成后，取其上清液進(jìn)行烘干處理，烘箱溫度設(shè)置為105℃；（6）烘干后進(jìn)行稱重，得到水溶液性葛根粉質(zhì)量，并將離心管中沉淀部分當(dāng)作膨脹葛根粉，從而將兩種類型的葛根粉代入溶解度與膨潤(rùn)力計(jì)算公式獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。

凍融穩(wěn)定性的測(cè)定與溶解度及膨潤(rùn)力的方法相同，具體操作如下：（1）通過(guò)精確度可以達(dá)到0.001g的電子分析天平稱取1g食用葛根粉；（2）將稱取物加入50mL純水之中配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的溶液；（3）沸水浴15min，要求對(duì)其溶液體積進(jìn)行了測(cè)定確保加熱時(shí)不發(fā)生改變；（4）在實(shí)驗(yàn)室常溫條件下進(jìn)行冷卻處理，并將其移取到塑料離心管之中，移取物為葛根粉糊；（5）將保存箱的溫度設(shè)置為零下20℃保存移取物，具體保存時(shí)間以24h為準(zhǔn)；（6）將保存的移取物取出后進(jìn)行解凍處理，并進(jìn)行離心至有水析出。離心時(shí)長(zhǎng)設(shè)定為20min，每分鐘設(shè)置4000r，當(dāng)無(wú)水析出時(shí)，需要試驗(yàn)人員進(jìn)行反復(fù)凍融直到滿足試驗(yàn)要求；（7）對(duì)于離心后的溶液進(jìn)行濾紙過(guò)濾處理，并稱重其中的沉淀物，將具體數(shù)值代入到析水率公式得到相關(guān)數(shù)據(jù)。

以抗氧化活性測(cè)定為例，重點(diǎn)集中在溶液制備上，方法如下：（1）用電子分析天平稱取2g的食用葛根粉；（2）將稱取物加入80mL乙醇溶液（體積分?jǐn)?shù)為70%）；（3）將水浴恒溫振蕩器溫度調(diào)至80℃后，對(duì)配置溶液進(jìn)行避光浸提處理，時(shí)間設(shè)定為30min；（4）將提取液置于離心管后放入離心機(jī)，離心時(shí)間設(shè)定為10min，每分鐘設(shè)置3000r，離心完成后提取上清液即為目標(biāo)液并放入冰箱進(jìn)行冷藏備用等。

2.3 數(shù)據(jù)處理

3. 結(jié)果與分析

3.1 對(duì)微生物存活數(shù)的影響

首先，應(yīng)用電子束輻照對(duì)葛根粉中的微生物進(jìn)行殺滅處理，根據(jù)輻照原理與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，微生物存活數(shù)量必定會(huì)減少。經(jīng)本次實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果顯示，初始菌落總數(shù)、霉菌數(shù)、大腸菌群數(shù)分別為2.2×10CFU/g、5.0×10CFU/g、15MPN/g。

其次，按照不同輻照劑量，對(duì)其進(jìn)行測(cè)定后，根據(jù)輻照劑量、葛根粉菌落總數(shù)對(duì)數(shù)值（lgN）之間存在的“輻照劑量增大，污染微生物存活數(shù)量隨之減少”的基本關(guān)系，擬合后得到方程y=-0.3732X+3.4066，R=0.98。求出菌落總數(shù)、霉菌數(shù)、大腸菌群數(shù)相關(guān)的D值，得到2.68kGy、1.94kGy、2.17kGy。由于2.68kGy是應(yīng)用電子束輻照時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)參數(shù)，相當(dāng)于殺滅90%微生物的輻照劑量，此時(shí)將該值作為參考值，可知菌落總數(shù)降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

3.2 對(duì)一般營(yíng)養(yǎng)成分的影響

通過(guò)對(duì)不同輻照劑量下葛根粉中的水分、蛋白質(zhì)、脂肪、灰分、淀粉、多糖、膳食纖維、維生素B、維生素B等一般營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果顯示，在不同輻照劑量、輻照環(huán)境、輻照對(duì)象的種類條件下，其輻射敏感性存在差異。具體如下：

（1）水分、灰分、蛋白質(zhì)、淀粉含量，在不同輻照條件下均無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

（2）脂肪含量在輻照后受到了明顯影響，根據(jù)每100g葛根粉含有0.1g脂肪進(jìn)行對(duì)比，輻照樣品顯著高于未進(jìn)行輻照的樣品（P＜0.05），但是，在不同的輻照劑量下并無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

（3）多糖含量在輻照測(cè)定條件下高于未進(jìn)行輻照的樣品含量，差異顯著（P＜0.05）。

（4）與其它一般營(yíng)養(yǎng)成分相比，膳食纖維含量相對(duì)減少，差異顯著（P＜0.05）。

（5）維生素屬于能量代謝成分，與輻照關(guān)系不大，而且在輻照劑量變化的條件下也沒(méi)有相關(guān)性。

3.3 對(duì)異黃酮類成分的影響

在異黃酮類成分測(cè)定方面，以葛根素、大豆苷、大豆苷元為主。例如，葛根作為藥用產(chǎn)品時(shí)，主要應(yīng)用成分為葛根素，這種成分在葛根粉中屬于特有活性成分，含量占到總黃酮含量的1/2以上。因而在評(píng)價(jià)此類產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)，需要將其作為一項(xiàng)重要指標(biāo)。

根據(jù)本次試驗(yàn)結(jié)果看，除在6.0kGy劑量時(shí)葛根素略有差異外，其他劑量條件下含量明顯增加，而且，在6.0與8.0kGy輻照劑量條件下，達(dá)到了最大值，差異顯著（P＜0.05）。與之相比，大豆苷、大豆苷元在輻照條件下并沒(méi)有發(fā)生明顯變化，而且在不同的輻照劑量下亦是如此。因此無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

3.4 其他方面的影響

在葛根粉物理特性測(cè)定方面，內(nèi)容相對(duì)較多。而且，每項(xiàng)測(cè)定內(nèi)容均有固定的公式可以進(jìn)行具體計(jì)算，測(cè)定數(shù)值相對(duì)客觀。

例如，在白度、溶解度、膨潤(rùn)力、凍融穩(wěn)定性方面，輻照會(huì)產(chǎn)生明顯影響。對(duì)比不同輻照計(jì)量下的物理特性看，除白度的變化值不大外，其它方面均有顯著差異（P＜0.05）。

再如，當(dāng)輻照劑量在2.0kGy到8.0kGy范圍之間時(shí)，葛根粉的凍融穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)、析水率有所下降。根據(jù)現(xiàn)階段的研究成果看，當(dāng)溶解度增加的情況下，此類產(chǎn)品的沖調(diào)性相對(duì)較好。所以在輻照后葛根粉溶解度與膨潤(rùn)力均增大的情況下，其功能特性有所增加，品質(zhì)相對(duì)提高。

再如，在輻照條件下葛根粉的抗氧化活性，主要表現(xiàn)在DPPH自由基清除能力、羥自由基（OH）清除能力、還原力等方面，根據(jù)本次測(cè)定試驗(yàn)結(jié)果看，DPPH自由基在2.0kGy到8.0kGy范圍時(shí)清除率相對(duì)較高，具有顯著差異（P＜0.05）。但是，它與輻照劑量之間并不存在可見(jiàn)的線性關(guān)系?？傮w上看，輻照對(duì)抗氧化活性并無(wú)明顯影響。

結(jié)語(yǔ)

總之，葛根粉的藥用與食用價(jià)值比較高，在此類產(chǎn)品的生產(chǎn)加工中應(yīng)用電子束輻照技術(shù)，不僅可以有效化解熱不穩(wěn)定性產(chǎn)生的滅菌問(wèn)題，也能提高產(chǎn)品的生產(chǎn)加工效率，擴(kuò)增企業(yè)可盈利空間。結(jié)合上述分析可以看出，輻照量增大后，葛根粉中的微生物存活數(shù)量相對(duì)減少，而且不會(huì)對(duì)其中的一般營(yíng)養(yǎng)成分含量與主要活性成分等產(chǎn)生負(fù)面影響。同時(shí)，在增加其凍融穩(wěn)定性的情況下，可以有效保障此類產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段后，應(yīng)進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)電子束輻照殺菌技術(shù)的研究，并使其在葛根粉產(chǎn)品生產(chǎn)加工中，發(fā)揮更大的技術(shù)效用，以提升其食用功效。