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        電子束輻照滅菌對(duì)豆粕營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

        2012-04-29 10:32:10李湘陳云堂范家霖呂曉華張建偉楊保安
        湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2012年18期
        關(guān)鍵詞:營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)電子束豆粕

        李湘 陳云堂 范家霖 呂曉華 張建偉 楊保安

        摘要:采用不同劑量(0、0.83、1.56、2.30、4.93、7.84 kGy)的電子束輻照飼用豆粕樣品,研究其對(duì)飼用豆粕營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響。結(jié)果顯示,輻照劑量為0.83 kGy以上時(shí)豆粕樣品中霉菌總數(shù)小于10 CFU/g,輻照劑量為2.30 kGy時(shí)豆粕樣品中細(xì)菌總數(shù)下降至100 CFU/g;不同劑量的電子束輻照對(duì)豆粕的蛋白質(zhì)含量、氨基酸的含量與組成、蛋白質(zhì)溶解度的影響不明顯;電子束輻照能影響豆粕的尿素酶活性(P<0.05),且隨著輻照劑量的增加尿素酶活性降低。結(jié)果表明,2.30~7.84 kGy劑量的電子束輻照能有效控制豆粕中的微生物,且對(duì)豆粕營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響不顯著。

        關(guān)鍵詞:電子束;輻照滅菌;豆粕;營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)

        中圖分類號(hào):TS229;S816.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):0439-8114(2012)18-4082-03

        Effect of Electron Beam Irradiation on the Nutrition Quality of Soybean Meal

        LI Xiang,CHEN Yun-tang,FAN Jia-lin,L?譈 Xiao-hua,ZHANG Jian-wei,YANG Bao-an

        (Isotope Institute Co., Ltd, / Key Laboratory of Nuclear Agriculture, Henan Academy of Science,Zhengzhou 450015,China)

        Abstract: Samples of soybean meal were exposed to electron beam with dosage levels of 0, 0.83, 1.56, 2.30, 4.93, 7.84 kGy, to evaluate the efficacy of electron beam for decontamination as well as the effect of electron beam irradiation on the nutrition quality in soybean meal. The results showed that the total fungi number were inhibited to 10 CFU/g by irradiation when the dose was above 0.83 kGy, whereas the total number of aerobic bacteria were reduced to 100 CFU/g when soybean meals were given a irradiation dose of 2.30 kGy. The protein content, amino acid composition and protein solubility of soybean meal samples were not significantly influenced by irradiation(P>0.05), but the urease activity was significantly decreased with the increasing irradiation dosage(P<0.05). It was indicated that the irradiation dose of 2.30~7.84 kGy was effective for microbial decontamination in soybean meal, and had no adverse effects on the nutritional quality of soybean meal.

        Key words: electron beam; irradiation; soybean meal; decontamination; nutrition quality

        豆粕的蛋白質(zhì)含量高、品質(zhì)好、利用率高,對(duì)于動(dòng)物而言是難得的優(yōu)質(zhì)植物性蛋白來(lái)源,同時(shí)也為飼料中微生物和倉(cāng)儲(chǔ)害蟲的孳生、繁殖提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。據(jù)報(bào)道,每克混合飼料約含有總厭氧菌數(shù)量1.3×105~2.2×106 CFU、大腸桿菌2.5×102~7.5×105 CFU、嗜高滲性霉菌1.5×103~3.5×105 CFU、其他真菌2.4×103~4.5×105 CFU[1]。生物害蟲大量群居不僅消耗飼料中的大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),造成飼料質(zhì)量的蟲咬損失、引起飼料感官性狀的惡化,而且群居害蟲的代謝產(chǎn)物會(huì)導(dǎo)致禾谷類飼料活性增加,引起堆積物的生物性發(fā)熱而使飼料中的淀粉分解、營(yíng)養(yǎng)成分減少[2]。這些微生物、倉(cāng)儲(chǔ)害蟲所產(chǎn)生的刺激性代謝產(chǎn)物和毒素將直接危害到動(dòng)物的健康,并進(jìn)而影響到動(dòng)物產(chǎn)品的食用安全性。

        食品輻照技術(shù)因其具有高效性、安全性、無(wú)殘留的特點(diǎn),將逐漸取代飼糧倉(cāng)儲(chǔ)中傳統(tǒng)的化學(xué)熏蒸法、蒸氣滅菌法。食品輻照技術(shù)作為一種“冷處理”的物理方法,耗能少,殺蟲滅菌效果明顯,且不添加任何化學(xué)物質(zhì),經(jīng)國(guó)際社會(huì)的長(zhǎng)期研究,充分證明食品輻照是一項(xiàng)非常安全的加工處理方法[3]。1980年,FAO/IAEA/WHO認(rèn)定經(jīng)10 kGy以下劑量輻照的食品是安全可靠的,不需要進(jìn)行任何毒理學(xué)試驗(yàn);我國(guó)衛(wèi)生部也把允許使用的食品輻照劑量由1 kGy調(diào)整到了10 kGy。

        食品輻照手段包括放射性元素(60Co、137Cs)產(chǎn)生的γ射線輻照和電子加速器產(chǎn)生的電子束、X射線輻照;其中,電子束輻照技術(shù)因其安全、方便、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)在解決食品安全問(wèn)題中具有獨(dú)特的技術(shù)特色和優(yōu)勢(shì)[4,5],10 kGy的輻照劑量能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)藏害蟲和霉菌污染的防治,在防止食源性致病微生物污染和進(jìn)出口檢疫方面應(yīng)用潛力巨大[6-9],近些年已廣泛應(yīng)用于食品、糧食、水果、蔬菜、禽肉保鮮等方面[11]。然而,以往關(guān)于輻照飼料的研究多集中于60Co γ射線輻照方面。近年來(lái),電子加速器設(shè)備技術(shù)水平的進(jìn)步也為電子束輻照技術(shù)的推廣與應(yīng)用提供了技術(shù)保障與設(shè)備支持。最近研究表明,在大豆滅菌方面,60Co γ射線輻照和電子束輻照的滅菌效果無(wú)差異,但與60Co γ射線輻照相比,電子束輻照對(duì)大豆的發(fā)芽能力、脂肪氧化、脂氧合酶活性、自由基清除能力、類胡蘿卜素的抑制或破壞作用較小或無(wú)[8]。但目前仍較少見(jiàn)有關(guān)電子束輻照滅菌技術(shù)對(duì)飼用豆粕營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的研究報(bào)道。因此,本研究將初步探討低能電子束輻照對(duì)飼用豆粕營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響,以期為電子束輻照技術(shù)在飼料儲(chǔ)藏方面的推廣與應(yīng)用提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

        1材料與方法

        1.1試驗(yàn)材料

        豆粕樣品購(gòu)自鄭州市桑園飼料獸藥市場(chǎng)[益海(連云港)糧油工業(yè)有限公司]。

        1.2試驗(yàn)設(shè)備

        電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司);高速萬(wàn)能粉碎機(jī)(天津市泰斯特儀器有限公司);AL204分析天平[梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司];2300型全自動(dòng)定氮儀(瑞典FOSS TECATOR公司);L-8900全自動(dòng)氨基酸分析儀(日立公司)。

        1.3試驗(yàn)方法

        1.3.1輻照處理采用無(wú)錫愛(ài)邦電子加速器公司的5 MeV電子加速器進(jìn)行靜態(tài)輻照加工,能量為4.9 MeV、束流為2 mA,傳送速率為6 m/min;樣品采用半吸收劑量、翻轉(zhuǎn)180°的輻照方式,以保證樣品吸收劑量均勻。豆粕設(shè)0、0.83、1.56、2.30、4.93、7.84 kGy 6個(gè)不同輻照劑量水平,每個(gè)劑量3重復(fù),每重復(fù)500 g;樣品采用塑料薄膜樣品袋進(jìn)行普通包裝。

        1.3.2微生物檢驗(yàn)細(xì)菌總數(shù)、霉菌總數(shù)的測(cè)定分別根據(jù)GB/T 13093-2006、GB/T 13092-2006方法,于輻照后第二天進(jìn)行。

        1.3.3營(yíng)養(yǎng)成分分析測(cè)定輻照前后樣品粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、氨基酸含量的變化情況,由農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心(鄭州)檢測(cè)。水分、粗蛋白、粗脂肪、灰分、粗纖維的含量測(cè)定分別按GB/T 5009.3-2010、GB/T 5009.5-2010、GB/T 6433-2006、GB/T 6438-2007、GB/T 6434-2007測(cè)定;氨基酸含量分析按GB/T 5009.124-2003測(cè)定,其中色氨酸的含量按NY/T 57-1987測(cè)定;蛋白質(zhì)KOH溶解度的測(cè)定按GB/T 19541-2004的方法進(jìn)行;尿素酶活性分析按GB 8622-2006的方法進(jìn)行。

        1.4數(shù)據(jù)處理

        采用SAS6.12軟件GLM程序?qū)υ囼?yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

        2結(jié)果與分析

        2.1電子束輻照豆粕的滅菌效果

        經(jīng)不同劑量的電子束加速器輻照后,豆粕樣品的微生物變化情況如表1所示。由表1可知,經(jīng)不同劑量的電子束輻照后,豆粕粉中微生物含量明顯下降,且輻照劑量越大滅菌效果越明顯。當(dāng)輻照劑量為0.83 kGy時(shí),豆粕樣品中霉菌總數(shù)小于10 CFU/g,細(xì)菌總數(shù)由初始帶菌量的5.9×103 CFU/g下降至1.9×103 CFU/g;當(dāng)輻照劑量為2.30 kGy時(shí),豆粕樣品中細(xì)菌總數(shù)下降至100 CFU/g,滅菌率達(dá)98%以上??梢?jiàn),電子束輻照對(duì)豆粕中微生物的最低有效殺滅劑量為2.30 kGy。

        2.2電子束輻照對(duì)豆粕主要營(yíng)養(yǎng)成分的影響

        由表2可知,電子束輻照對(duì)豆粕樣品中粗蛋白、粗脂肪、水分、粗灰分、粗纖維的含量影響不明顯,相關(guān)分析也表明其間不存在有明顯的線性相關(guān)性,這與其他學(xué)者的報(bào)道相一致[11-13]。Farag[12]認(rèn)為這與豆粕中水分含量較少而不能產(chǎn)生足夠的輻解產(chǎn)物、水自由基有關(guān)。Diehl等[14]研究證實(shí),飼料混合物中的粗蛋白、脂肪對(duì)抗輻照的穩(wěn)定性優(yōu)于處于單一純合狀態(tài)的粗蛋白、脂肪。因此,采用10 kGy以下劑量的電子束進(jìn)行輻照,對(duì)豆粕飼料的主要營(yíng)養(yǎng)成分無(wú)不良影響。

        2.3電子束輻照對(duì)豆粕中氨基酸組成的影響

        蛋白飼料的品質(zhì)由其蛋白質(zhì)含量和氨基酸組成平衡性來(lái)決定。研究表明,推薦劑量范圍內(nèi)(≤10 kGy)的輻照劑量不影響食品中蛋白質(zhì)含量的變化,但對(duì)其氨基酸模式有輕微的影響,其影響程度與輻照過(guò)程中各種氨基酸的分子結(jié)構(gòu)變化有關(guān)[15,16]。

        由表3可知,電子束輻照對(duì)豆粕中氨基酸含量的影響不明顯或無(wú)影響,這與60Co γ射線輻照對(duì)大豆蛋白粉中氨基酸含量影響的報(bào)道相一致[17]。在必需氨基酸的含量與組成平衡性方面,電子束輻照對(duì)豆粕蛋白中的總必需氨基酸(TEAA)含量存在有一定的影響,但影響趨勢(shì)不明顯,吸收劑量為7.84 kGy時(shí)TEAA含量較未輻照組下降了1.67%,同時(shí)必需氨基酸指數(shù)(EAAI)也略有下降。

        2.4電子束輻照對(duì)豆粕蛋白質(zhì)溶解度的影響

        GB/T 19541-2004《飼料用大豆粕》中規(guī)定,豆粕技術(shù)指標(biāo)及質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)不僅主要依據(jù)粗蛋白質(zhì)、水分和粗纖維來(lái)分等級(jí),還需要通過(guò)測(cè)定蛋白質(zhì)KOH溶解度和尿素酶活性,以此作為最終評(píng)定豆粕質(zhì)量好壞的依據(jù)。因此,本研究考察了電子束輻照對(duì)豆粕蛋白質(zhì)KOH溶解度和尿素酶活性的影響。由于蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)性、功能性的表現(xiàn)直接取決于其進(jìn)入溶液的能力(速度和數(shù)量),所以溶解性常作為評(píng)價(jià)蛋白質(zhì)潛在應(yīng)用能力的重要指標(biāo)[18]。據(jù)報(bào)道,蛋白質(zhì)KOH溶解度的最佳值在73%~85%,蛋白質(zhì)溶解度<70%時(shí)大豆粕的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值已受到破壞[19]。蛋白質(zhì)的溶解穩(wěn)定性取決于其自身所含親水基團(tuán)如-NH2、COOH、-OH及肽鏈與水分子相互作用而在蛋白質(zhì)顆粒外圍所形成水膜的穩(wěn)定性[20];在長(zhǎng)期的高濕、高溫、紫外線照射情況下,蛋白質(zhì)分子極易發(fā)生變性和分解,穩(wěn)定二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu)的連接鍵(特別是H鍵)斷裂、有規(guī)則的空間構(gòu)型松散、包裹在球蛋白內(nèi)部的疏水基團(tuán)暴露,從而破壞了水化層(水膜)的形成與穩(wěn)定性,導(dǎo)致蛋白質(zhì)KOH溶解度降低[21]。熱加工處理過(guò)度時(shí),不僅會(huì)使豆粕中的蛋白質(zhì)分子發(fā)生變性,而且還會(huì)產(chǎn)生美拉德反應(yīng),生成穩(wěn)定的不能被動(dòng)物利用的棕色聚合體,使有效賴氨酸、精氨酸顯著下降[22]。因此,蛋白質(zhì)KOH溶解度被公認(rèn)為是評(píng)估大豆加工過(guò)度或不足的較理想方法。

        本研究中,電子束輻照對(duì)豆粕蛋白質(zhì)KOH溶解度的影響如圖1所示。結(jié)果表明,電子束輻照幾乎不影響豆粕的蛋白質(zhì)KOH溶解度。未輻照組與輻照組豆粕的蛋白質(zhì)KOH溶解度在73%~76%,各組間差異不明顯(P>0.05),這就說(shuō)明了試驗(yàn)劑量范圍內(nèi)的電子束輻照對(duì)豆粕中蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)與碳水化合物之間的相互作用影響較小。

        2.5電子束輻照對(duì)豆粕尿素酶活性的影響

        豆粕不僅含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物等營(yíng)養(yǎng)成分,同時(shí)也含有多種能被熱破壞的抗?fàn)I養(yǎng)因子,其中以胰蛋白抑制因子對(duì)動(dòng)物的影響最為重要,它在消化道內(nèi)能使胰蛋白酶和凝乳酶失活,降低蛋白質(zhì)的消化、利用率,而且能引起胰臟代償性增大,直接影響動(dòng)物的健康生長(zhǎng)[23-25]。

        尿素酶是豆粕中含有的幾種天然酶類之一,其本身不是抗?fàn)I養(yǎng)因子,但在豆粕中的含量與胰蛋白抑制因子的含量成正比,加工過(guò)程使抗?fàn)I養(yǎng)因子鈍化或滅活時(shí),也使尿素酶活性降低甚至失活,而且尿素酶活性測(cè)定相對(duì)于胰蛋白抑制因子較為方便,所以通常采用測(cè)定尿素酶活性的方法來(lái)作為評(píng)定豆粕加工程度是否適當(dāng)及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的好壞[24],且優(yōu)質(zhì)豆粕的尿素酶活性通常控制在0.05~0.25△pH范圍內(nèi)[26]。Toledo等[27]、Farag[12]研究表明,8、60 kGy劑量的γ射線輻照能使胰蛋白酶抑制因子的活性分別降至18.19、9.9 U/g,尿素酶活性下降至可被接受范圍內(nèi)(0.05~0.25△pH),同時(shí)豆粕中其他抗?fàn)I養(yǎng)因子的含量也隨著輻照劑量的增加而減少。

        在本研究中,電子束輻照后豆粕中尿素酶活性的變化如圖2所示。結(jié)果表明,電子束輻照對(duì)豆粕中尿素酶活性的影響明顯(P<0.05),且隨著輻照劑量的增加尿素酶的活性下降,這與其他學(xué)者[13]關(guān)于輻照對(duì)豆粕中抗?fàn)I養(yǎng)因子的影響趨勢(shì)相一致。相對(duì)于未輻照組,經(jīng)0.83、1.56、2.30、4.93、7.84 kGy不同劑量輻照后豆粕中尿素酶活性分別下降了2.52%、5.36%、5.67%、9.46%、11.36%,其中0.83、1.56、2.30 kGy輻照劑量對(duì)豆粕中尿素酶活性的影響差異不顯著(P>0.05),而4.93、7.84 kGy劑量組豆粕的尿素酶活性相對(duì)于未輻照組差異顯著(P<0.05)。

        3結(jié)論

        1)電子束輻照能有效控制豆粕粉中的微生物數(shù)量,且輻照劑量越大滅菌效果越明顯;飼用豆粕的電子束輻照殺菌的最低有效吸收劑量為2.30 kGy。

        2)電子束輻照不影響飼用豆粕的蛋白質(zhì)含量、氨基酸組成;7.84 kGy時(shí)飼用豆粕的TEAA、EAAI均略有下降。

        3)電子束輻照對(duì)豆粕蛋白質(zhì)KOH溶解度影響不顯著,但能顯著低尿素酶活性。

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        收稿日期:2012-03-01

        基金項(xiàng)目:農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201103007);河南省創(chuàng)新型科技人才隊(duì)伍建設(shè)工程項(xiàng)目[豫科人事(2009)2號(hào)];

        鄭州市創(chuàng)新型科技人才隊(duì)伍建設(shè)工程項(xiàng)目(096SYJH28087);河南省重點(diǎn)攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(112102110043)

        作者簡(jiǎn)介:李湘(1981-),女,湖南湘潭人,助理研究員,博士,主要從事核技術(shù)應(yīng)用研究,(電話)0371-68982963(電子信箱)

        lixiang7783@126.com;通訊作者,陳云堂,研究員,主要從事核技術(shù)應(yīng)用研究,(電話)0371-68982963(電子信箱)chyt1015@163.com。

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