陳云堂，李 湘，范家霖*，郭東權(quán)，商飛飛，呂曉華，張建偉，楊保安

(河南省科學(xué)院同位素研究所有限責(zé)任公司，河南省核農(nóng)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450015)

小麥?zhǔn)俏覈?guó)重要的糧食作物，也是我國(guó)主要的儲(chǔ)備糧糧種之一，其種植幾乎遍布全國(guó)。初步統(tǒng)計(jì)，2011年全國(guó)小麥總產(chǎn)量11792萬(wàn)t，占糧食總產(chǎn)量的20.6%。但據(jù)保守估計(jì)，每年因蟲害、霉變和不當(dāng)?shù)谋２卮胧┰斐傻膿p失約占10%。因此，如何做好豐產(chǎn)后糧食的儲(chǔ)藏一直是農(nóng)業(yè)研究的一個(gè)重要的課題。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)，無(wú)營(yíng)養(yǎng)學(xué)、微生物學(xué)方面的安全問題[1]，已逐漸成為食品保鮮、加工與貯藏中化學(xué)藥物方法的有效替代和補(bǔ)充[2]。1980年，聯(lián)合國(guó)糧食與農(nóng)業(yè)組織/國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)/世界衛(wèi)生組織(FAO/IAEA/WHO)認(rèn)定經(jīng)10kGy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)實(shí)驗(yàn)，2003年又對(duì)一些食品允許使用10kGy以上的輻照劑量；我國(guó)衛(wèi)生部也把允許使用的食品輻照劑量由過去的1kGy放寬到了10kGy。有研究[3]表明，糧食輻照技術(shù)是一項(xiàng)值得推廣的綠色食品保鮮加工技術(shù)，已逐漸成為害蟲綜合防治體系中的一項(xiàng)重要手段。60Co γ射線輻照防治雜擬谷盜的最低有效劑量為200Gy[4]，電子束輻照防治玉米象[5]、鋸谷盜[6]、赤擬谷盜[7]的有效劑量分別為300、300、518Gy，180Gy的劑量可有效阻止不同蟲態(tài)玉米象繼續(xù)繁殖下一代[8]，而200Gy的劑量可以使玉米象成蟲完全致死[9]。300Gy電子束輻照可有效防治小麥中玉米象，其不育劑量為180Gy[10]。電子束輻照玉米象、赤擬谷盜、谷蠹的有效防治劑量為300、600Gy，300Gy輻照后成蟲四周內(nèi)的死亡率達(dá)100%，600Gy輻照后成蟲1周內(nèi)的死亡率達(dá)100%[11]。微生物防控方面，180kV的電子束輻照能使小麥的細(xì)菌總數(shù)降至＜100CFU/g，且對(duì)小麥品質(zhì)的影響不明顯，對(duì)淀粉分子的降解作用比γ射線輻照的影響小[12-13]。

食品輻照手段包括60Co、137Cs放射性元素產(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)在解決食品安全問題中具有獨(dú)特的技術(shù)特色和優(yōu)勢(shì)[14-15]，并且隨著近年來電子加速器設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步，電子束輻照的推廣和應(yīng)用范圍將更為廣泛。然而，以往有關(guān)食品輻照技術(shù)的研究多集中于60Co γ射線方面，且主要是有關(guān)天輻照殺蟲、滅菌方面的研究，而有關(guān)輻照對(duì)小麥營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和流變學(xué)特性的影響研究較少。研究發(fā)現(xiàn)，≤10kGy的60Co γ射線輻照劑量對(duì)小麥的胱氨酸、蛋氨酸含量影響不顯著，≥5kGy時(shí)賴氨酸含量明顯下降[16]，然而Borsa等[17]于1995年研究表明小麥的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和加工特性不受0～10kGy電子束輻照的影響。因此，本實(shí)驗(yàn)旨在以電子束加速器為輻照手段，研究低劑量輻照對(duì)小麥營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和流變學(xué)特性的影響，以期為電子束輻照殺蟲技術(shù)在小麥儲(chǔ)藏保鮮方面的推廣與應(yīng)用提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料

精制小麥仁購(gòu)于河南省鄭州市黑莊糧油市場(chǎng)。

1.2 儀器與設(shè)備

5MeV電子加速器 無(wú)錫愛邦輻射技術(shù)有限公司；AL204分析天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；Agilent 6890N氣相色譜儀 美國(guó)Agilent Technologies公司；2200面筋值儀 北京東方孚德技術(shù)有限公司；Buhler MLU-202實(shí)驗(yàn)制粉機(jī) 德國(guó)Buhler設(shè)備工程有限公司；Brabender拉伸儀、Brabender E型粉質(zhì)儀 德國(guó)Brabender 公司；1900降落數(shù)值儀 波通瑞華科學(xué)儀器(北京)有限公司；UV-260型紫外分光光度計(jì) 日本島津公司；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 日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 輻照處理

采用電子加速器進(jìn)行靜態(tài)輻照加工，能量為4.9MeV、束流為2mA，傳送速率為6m/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。小麥設(shè)0、0.83、1.56、2.30、4.93kGy共5個(gè)不同吸收劑量水平，每個(gè)劑量設(shè)3次重復(fù)，每次重復(fù)為500g樣品，并采用塑料薄膜樣品袋進(jìn)行普通包裝。

1.3.2 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、粗蛋白的含量測(cè)定分別按GB/T 5009.3—2010《食品中水分的測(cè)定》、GB/T 5009.5—2010《食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》進(jìn)行；氨基酸含量測(cè)定按GB/T 5009.124—2003《食品中氨基酸的測(cè)定》進(jìn)行，其中色氨酸的含量按NY/T 57—1987《谷物籽粒色氨酸測(cè)定法》測(cè)定；脂肪酸組成分析按GB/T 17377—2008《動(dòng)植物油脂 脂肪酸甲酯的氣相色譜分析》進(jìn)行。

1.3.3 主要品質(zhì)指標(biāo)分析

濕面筋含量按GB/T 5506.2—2008《小麥和小麥粉 面筋含量》測(cè)定；降落數(shù)值按GB/T 10361—2008《小麥、黑麥及其面粉，杜倫麥及其粗粒粉 降落數(shù)值的測(cè)定》進(jìn)行；沉淀值按GB/T 15685—1995《小麥粉沉淀值測(cè)定法》分析。

1.3.4 流變學(xué)特性分析

制粉方法參照NY/T 1094—2006《小麥實(shí)驗(yàn)制粉》 ；面團(tuán)粉質(zhì)參數(shù)檢測(cè)參照GB/T 14614—2006《小麥粉 面團(tuán)的物理特性 吸水量和流變學(xué)特性的測(cè)定 粉質(zhì)儀法》；面團(tuán)拉伸參數(shù)檢測(cè)參照GB/T 14615—2006《小麥粉 面團(tuán)的物理特性 流變學(xué)特性的測(cè)定 拉伸儀法》。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SAS6.12軟件GLM程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，以P＜0.05作為差異顯著性判斷標(biāo)準(zhǔn)；差異顯著的進(jìn)行Duncan’s多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 電子束輻照對(duì)小麥蛋白質(zhì)、氨基酸含量的影響

小麥的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)主要由其蛋白質(zhì)含量與品質(zhì)決定，而蛋白質(zhì)品質(zhì)的高低與氨基酸平衡性有關(guān)。有研究[18]表明，＜10kGy輻照條件下，食物中宏量養(yǎng)分(蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物)的含量是相對(duì)穩(wěn)定的。0～10kGy電子束輻照不會(huì)影響小麥的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和加工特性[17]。Azzeh等[16]研究發(fā)現(xiàn)，γ射線輻照不會(huì)影響小麥的蛋白質(zhì)含量，但是當(dāng)輻照劑量高于5kGy時(shí)，賴氨酸含量明顯下降(P＜0.05)，且可溶性蛋白含量及其SDS-PAGE電泳條帶的數(shù)量和寬度均隨著輻照劑量的增加而減少。Erkan等[19]研究也發(fā)現(xiàn)γ射線輻照能明顯改變海鯛中個(gè)別氨基酸的含量，從而使輻照前后的氨基酸平衡性發(fā)生改變。由表1可知，電子束輻照不影響小麥的粗蛋白、氨基酸含量，輻照前后小麥的氨基酸平衡性無(wú)明顯變化(P＞0.05)。這與Borsa[17]、Matloubi[20]等關(guān)于輻照對(duì)小麥、大米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響結(jié)果一致，F(xiàn)arag[12]認(rèn)為這可能與輻照材料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)。

表1 電子束輻照對(duì)小麥中蛋白質(zhì)和氨基酸含量的影響Table 1 Effect of electron beam irradiation on the protein content and amino acid composition of wheat

2.2 電子束輻照對(duì)小麥粉面筋質(zhì)量的影響

表2 電子束輻照對(duì)小麥粉面筋質(zhì)量的影響Table 2 Effect of electron beam irradiation on the gluten quality of wheat flour

小麥粉品質(zhì)主要取決于面筋的含量和質(zhì)量，對(duì)加工食品品質(zhì)至關(guān)重要。由表2可知，電子束輻照對(duì)小麥的濕面筋含量、出粉率無(wú)明顯影響(P＞0.05)，但電子束輻照明顯影響小麥粉的沉淀值、降落數(shù)值(P＜0.05)，均隨著輻照劑量的增加而下降，輻照組間小麥粉的沉淀值差異不明顯(P＞0.05)。這表明，輻照可降低小麥的烘烤品質(zhì)和面團(tuán)發(fā)酵能力，且面團(tuán)發(fā)酵能力隨輻照劑量的增加而明顯下降。

SDS-沉淀值在一定程度上可反映出小麥粉中蛋白質(zhì)在質(zhì)量和含量方面的差異，與小麥的烘烤品質(zhì)密切相關(guān)，是評(píng)價(jià)小麥品質(zhì)的主要指標(biāo)[22-24]。本實(shí)驗(yàn)中，小麥粉的沉淀值隨著電子束輻照劑量的增加而表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，輻照組與未輻照組間差異明顯(P＜0.05)，但各輻照劑量組間的差異不顯著(P＞0.05)。這表明電子束輻照可能影響小麥粉中蛋白質(zhì)的組成，但這一點(diǎn)仍有待于進(jìn)行蛋白亞基組分分析來加以證實(shí)。通常情況下，降落數(shù)值反映了小麥粉中α-淀粉酶的活性，而α-淀粉酶活性是影響小麥粉制品質(zhì)量的重要因素之一；α-淀粉酶活性越高，表明在發(fā)酵過程中淀粉的水解速率越快，為酵母生長(zhǎng)繁殖提供的養(yǎng)分越多，面團(tuán)發(fā)酵能力越好。本實(shí)驗(yàn)中，小麥粉的降落數(shù)值隨著輻照劑量的增加而明顯下降(P＜0.05)，這與孫輝等[25]的研究結(jié)果一致，其原因可能與α-淀粉酶的活性下降和/或小麥淀粉分子對(duì)α-淀粉酶的反應(yīng)敏感性降低有關(guān)。有研究表明γ射線輻照可破壞小麥種子的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞質(zhì)釋放出來[26]，RVA黏度分析表明電離輻射能夠使小麥中的大分子淀粉降解為小分子淀粉[25]，這些都表明輻照有利于增強(qiáng)小麥中淀粉對(duì)α-淀粉酶反應(yīng)的敏感性。此外，胡碧君等[27]研究證實(shí)5kGy的輻照劑量可使小麥α-淀粉酶活性下降41%。因此，電子束輻照能通過降低小麥粉中的α-淀粉酶活性來改變面團(tuán)的發(fā)酵能力。

2.3 電子束輻照對(duì)小麥粉面團(tuán)流變學(xué)特性的影響

小麥粉的面團(tuán)形成時(shí)間反映了食品加工過程中的和面時(shí)間，面團(tuán)形成時(shí)間過長(zhǎng)或太短均不利于和面時(shí)面團(tuán)的形成、影響食品的加工[28-29]；通常，軟麥和筋力較差小麥的面團(tuán)形成時(shí)間較短。面筋吸水率是反映面筋品質(zhì)的較好指標(biāo)；揉面過程中不斷進(jìn)入面團(tuán)中的空氣可引發(fā)谷蛋白、醇溶蛋白內(nèi)的巰基氧化為二硫鍵，使面團(tuán)形成具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠物質(zhì)，從而使面團(tuán)吸水率增加[30]。一般認(rèn)為，面筋蛋白質(zhì)決定了小麥粉的烘焙品質(zhì)，而面筋蛋白質(zhì)主要是谷蛋白和醇溶蛋白組成，決定了面團(tuán)的彈性和延展性等流變學(xué)特性[31]?，F(xiàn)有研究[32-33]表明，小麥粉面團(tuán)的筋力強(qiáng)度主要與麥谷蛋白的含量及麥谷蛋白的分子質(zhì)量大小分布有關(guān)，蛋白質(zhì)分子間的交聯(lián)、鏈間的相互作用、麥谷蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成與擴(kuò)張均有利于小麥面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定，從而有利于面團(tuán)筋力的增強(qiáng)[32]。巰基、二硫鍵在面團(tuán)的流變學(xué)特性中也發(fā)揮著重要作用[34]。據(jù)Hoseney[35]報(bào)道，二硫鍵的形成有利于面團(tuán)穩(wěn)定性的增強(qiáng)、面團(tuán)弱化度的降低，從而有利于面團(tuán)筋力的增強(qiáng)。Patient等[36]的研究也證明，二硫鍵的斷裂使面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間縮短、弱化度增加，面團(tuán)筋力下降。

表3 電子束輻照對(duì)小麥粉面團(tuán)流變學(xué)特性的影響Table 3 Effect of electron beam irradiation on the rheological properties of dough of wheat four

由表3可知，電子束輻照對(duì)小麥粉面團(tuán)的吸水量影響不明顯(P＞0.05)，但能明顯影響小麥粉面團(tuán)的粉質(zhì)特性和拉伸特性(P＜0.05)。粉質(zhì)特性方面，當(dāng)輻照劑量為2.30、4.93kGy時(shí)，小麥的面團(tuán)形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間較未輻照組明顯縮短(P＜0.05)，而0.83、1.56kGy劑量組與未輻照組間差異不明顯(P＞0.05)；輻照劑量≥1.56kGy時(shí)，面團(tuán)弱化度明顯提高(P＜0.05)，面團(tuán)筋力明顯下降。拉伸特性方面，0.83kGy輻照組面團(tuán)有最大拉伸阻力，拉伸能量最大，表明其面團(tuán)彈性最好，面團(tuán)筋力最強(qiáng)，因而發(fā)酵時(shí)的持氣能力最強(qiáng)；1.56kGy輻照組面團(tuán)的最大拉伸阻力、拉伸能量?jī)H次于0.83kGy輻照組，而其拉伸比值最大，說明其筋力較強(qiáng)，延伸性相對(duì)較?。欢?.30、4.93kGy輻照組最大拉伸阻力、拉伸能量、拉伸比值均略低于未輻照組，面團(tuán)筋力、延伸性下降。這些表明，經(jīng)≥2.30kGy輻照后，小麥粉面團(tuán)中麥谷蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受到了一定程度的破壞，而0.83kGy輻照劑量對(duì)小麥粉面團(tuán)中麥谷蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無(wú)不利影響。

3 結(jié) 論

0～5kGy的電子束輻照不影響小麥的蛋白質(zhì)和氨基酸含量及氨基酸組成平衡性，小麥的出粉率、濕面筋含量也無(wú)明顯變化，但面團(tuán)的流變學(xué)特性變化明顯。0.83kGy輻照時(shí)，面團(tuán)彈性、面團(tuán)筋力及發(fā)酵時(shí)面團(tuán)的持氣能力得到明顯增強(qiáng)；≥2.30kGy輻照時(shí)，小麥粉的面團(tuán)彈性、面團(tuán)筋力略低于未輻照組，但面團(tuán)形成時(shí)間和耐攪拌性明顯下降。因此綜合本研究結(jié)果，推薦對(duì)小麥進(jìn)行電子束輻照殺蟲和滅菌時(shí)的劑量不宜超過1.60kGy。

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