電子束輻照滅菌對豆粕營養(yǎng)品質的影響

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，研究其對飼用豆粕營養(yǎng)品質的影響。結果顯示，輻照劑量為０．８３ ｋＧｙ以上時豆粕樣品中霉菌總數小于１０ ＣＦＵ／ｇ，輻照劑量為２．３０ ｋＧｙ時豆粕樣品中細菌總數下降至１００ ＣＦＵ／ｇ；不同劑量的電子束輻照對豆粕的蛋白質含量、氨基酸的含量與組成、蛋白質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，且對豆粕營養(yǎng)品質的影響不顯著。

關鍵詞：電子束；輻照滅菌；豆粕；營養(yǎng)品質

中圖分類號：ＴＳ２２９；Ｓ８１６．９文獻標識碼：Ａ文章編號：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

豆粕的蛋白質含量高、品質好、利用率高，對于動物而言是難得的優(yōu)質植物性蛋白來源，同時也為飼料中微生物和倉儲害蟲的孳生、繁殖提供了物質基礎。據報道，每克混合飼料約含有總厭氧菌數量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養(yǎng)物質，造成飼料質量的蟲咬損失、引起飼料感官性狀的惡化，而且群居害蟲的代謝產物會導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、營養(yǎng)成分減少［２］。這些微生物、倉儲害蟲所產生的刺激性代謝產物和毒素將直接危害到動物的健康，并進而影響到動物產品的食用安全性。

食品輻照技術因其具有高效性、安全性、無殘留的特點，將逐漸取代飼糧倉儲中傳統的化學熏蒸法、蒸氣滅菌法。食品輻照技術作為一種“冷處理”的物理方法，耗能少，殺蟲滅菌效果明顯，且不添加任何化學物質，經國際社會的長期研究，充分證明食品輻照是一項非常安全的加工處理方法［３］。１９８０年，ＦＡＯ／ＩＡＥＡ／ＷＨＯ認定經１０ ｋＧｙ以下劑量輻照的食品是安全可靠的，不需要進行任何毒理學試驗；我國衛(wèi)生部也把允許使用的食品輻照劑量由１ ｋＧｙ調整到了１０ ｋＧｙ。

食品輻照手段包括放射性元素（６０Ｃｏ、１３７Ｃｓ）產生的γ射線輻照和電子加速器產生的電子束、Ｘ射線輻照；其中，電子束輻照技術因其安全、方便、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點在解決食品安全問題中具有獨特的技術特色和優(yōu)勢［４，５］，１０ ｋＧｙ的輻照劑量能有效實現對儲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出口檢疫方面應用潛力巨大［６－９］，近些年已廣泛應用于食品、糧食、水果、蔬菜、禽肉保鮮等方面［１１］。然而，以往關于輻照飼料的研究多集中于６０Ｃｏ γ射線輻照方面。近年來，電子加速器設備技術水平的進步也為電子束輻照技術的推廣與應用提供了技術保障與設備支持。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差異，但與６０Ｃｏ γ射線輻照相比，電子束輻照對大豆的發(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［８］。但目前仍較少見有關電子束輻照滅菌技術對飼用豆粕營養(yǎng)品質的研究報道。因此，本研究將初步探討低能電子束輻照對飼用豆粕營養(yǎng)品質的影響，以期為電子束輻照技術在飼料儲藏方面的推廣與應用提供理論依據和數據支持。

１材料與方法

１．１試驗材料

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

１．２試驗設備

電熱恒溫鼓風干燥箱（上海精宏實驗設備有限公司）；高速萬能粉碎機（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型全自動定氮儀（瑞典ＦＯＳＳ ＴＥＣＡＴＯＲ公司）；Ｌ－８９００全自動氨基酸分析儀（日立公司）。

１．３試驗方法

１．３．１輻照處理采用無錫愛邦電子加速器公司的５ ＭｅＶ電子加速器進行靜態(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１８０°的輻照方式，以保證樣品吸收劑量均勻。豆粕設０、０．８３、１．５６、２．３０、４．９３、７．８４ ｋＧｙ ６個不同輻照劑量水平，每個劑量３重復，每重復５００ ｇ；樣品采用塑料薄膜樣品袋進行普通包裝。

１．３．２微生物檢驗細菌總數、霉菌總數的測定分別根據ＧＢ／Ｔ １３０９３－２００６、ＧＢ／Ｔ １３０９２－２００６方法，于輻照后第二天進行。

１．３．３營養(yǎng)成分分析測定輻照前后樣品粗蛋白質、粗脂肪、氨基酸含量的變化情況，由農業(yè)部農產品質量監(jiān)督檢驗測試中心（鄭州）檢測。水分、粗蛋白、粗脂肪、灰分、粗纖維的含量測定分別按ＧＢ／Ｔ ５００９．３－２０１０、ＧＢ／Ｔ ５００９．５－２０１０、ＧＢ／Ｔ ６４３３－２００６、ＧＢ／Ｔ ６４３８－２００７、ＧＢ／Ｔ ６４３４－２００７測定；氨基酸含量分析按ＧＢ／Ｔ ５００９．１２４－２００３測定，其中色氨酸的含量按ＮＹ／Ｔ ５７－１９８７測定；蛋白質KOH溶解度的測定按ＧＢ／Ｔ １９５４１－２００４的方法進行；尿素酶活性分析按ＧＢ ８６２２－２００６的方法進行。

１．４數據處理

采用ＳＡＳ６．１２軟件ＧＬＭ程序對試驗數據進行處理和分析。

２結果與分析

２．１電子束輻照豆粕的滅菌效果

經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。當輻照劑量為０．８３ ｋＧｙ時，豆粕樣品中霉菌總數小于１０ ＣＦＵ／ｇ，細菌總數由初始帶菌量的５．９×１０３ ＣＦＵ／ｇ下降至１．９×１０３ ＣＦＵ／ｇ；當輻照劑量為２．３０ ｋＧｙ時，豆粕樣品中細菌總數下降至１００ ＣＦＵ／ｇ，滅菌率達９８％以上。可見，電子束輻照對豆粕中微生物的最低有效殺滅劑量為２．３０ ｋＧｙ。

２．２電子束輻照對豆粕主要營養(yǎng)成分的影響

由表２可知，電子束輻照對豆粕樣品中粗蛋白、粗脂肪、水分、粗灰分、粗纖維的含量影響不明顯，相關分析也表明其間不存在有明顯的線性相關性，這與其他學者的報道相一致［１１－１３］。Ｆａｒａｇ［１２］認為這與豆粕中水分含量較少而不能產生足夠的輻解產物、水自由基有關。Ｄｉｅｈｌ等［１４］研究證實，飼料混合物中的粗蛋白、脂肪對抗輻照的穩(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行輻照，對豆粕飼料的主要營養(yǎng)成分無不良影響。

２．３電子束輻照對豆粕中氨基酸組成的影響

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

由表３可知，電子束輻照對豆粕中氨基酸含量的影響不明顯或無影響，這與６０Ｃｏ γ射線輻照對大豆蛋白粉中氨基酸含量影響的報道相一致［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，但影響趨勢不明顯，吸收劑量為７．８４ ｋＧｙ時ＴＥＡＡ含量較未輻照組下降了１．６７％，同時必需氨基酸指數（ＥＡＡＩ）也略有下降。

２．４電子束輻照對豆粕蛋白質溶解度的影響

ＧＢ／Ｔ １９５４１－２００４《飼料用大豆粕》中規(guī)定，豆粕技術指標及質量分級標準不僅主要依據粗蛋白質、水分和粗纖維來分等級，還需要通過測定蛋白質KOH溶解度和尿素酶活性，以此作為最終評定豆粕質量好壞的依據。因此，本研究考察了電子束輻照對豆粕蛋白質KOH溶解度和尿素酶活性的影響。由于蛋白質營養(yǎng)性、功能性的表現直接取決于其進入溶液的能力（速度和數量），所以溶解性常作為評價蛋白質潛在應用能力的重要指標［１８］。據報道，蛋白質KOH溶解度的最佳值在７３％～８５％，蛋白質溶解度＜７０％時大豆粕的營養(yǎng)價值已受到破壞［１９］。蛋白質的溶解穩(wěn)定性取決于其自身所含親水基團如－ＮＨ２、ＣＯＯＨ、－ＯＨ及肽鏈與水分子相互作用而在蛋白質顆粒外圍所形成水膜的穩(wěn)定性［２０］；在長期的高濕、高溫、紫外線照射情況下，蛋白質分子極易發(fā)生變性和分解，穩(wěn)定二級、三級結構的連接鍵（特別是Ｈ鍵）斷裂、有規(guī)則的空間構型松散、包裹在球蛋白內部的疏水基團暴露，從而破壞了水化層（水膜）的形成與穩(wěn)定性，導致蛋白質KOH溶解度降低［２１］。熱加工處理過度時，不僅會使豆粕中的蛋白質分子發(fā)生變性，而且還會產生美拉德反應，生成穩(wěn)定的不能被動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KOH溶解度被公認為是評估大豆加工過度或不足的較理想方法。

本研究中，電子束輻照對豆粕蛋白質KOH溶解度的影響如圖１所示。結果表明，電子束輻照幾乎不影響豆粕的蛋白質KOH溶解度。未輻照組與輻照組豆粕的蛋白質KOH溶解度在７３％～７６％，各組間差異不明顯（Ｐ＞０．０５），這就說明了試驗劑量范圍內的電子束輻照對豆粕中蛋白質分子的結構、蛋白質與碳水化合物之間的相互作用影響較小。

２．５電子束輻照對豆粕尿素酶活性的影響

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

尿素酶是豆粕中含有的幾種天然酶類之一，其本身不是抗營養(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，加工過程使抗營養(yǎng)因子鈍化或滅活時，也使尿素酶活性降低甚至失活，而且尿素酶活性測定相對于胰蛋白抑制因子較為方便，所以通常采用測定尿素酶活性的方法來作為評定豆粕加工程度是否適當及營養(yǎng)品質的好壞［２４］，且優(yōu)質豆粕的尿素酶活性通常控制在０．０５～０．２５△ｐＨ范圍內［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（０．０５～０．２５△ｐＨ），同時豆粕中其他抗營養(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。結果表明，電子束輻照對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，這與其他學者［１３］關于輻照對豆粕中抗營養(yǎng)因子的影響趨勢相一致。相對于未輻照組，經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于未輻照組差異顯著（Ｐ＜０．０５）。

３結論

１）電子束輻照能有效控制豆粕粉中的微生物數量，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含量、氨基酸組成；７．８４ ｋＧｙ時飼用豆粕的ＴＥＡＡ、ＥＡＡＩ均略有下降。

３）電子束輻照對豆粕蛋白質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

基金項目：農業(yè)部公益性行業(yè)（農業(yè)）科研專項經費項目（２０１１０３００７）；河南省創(chuàng)新型科技人才隊伍建設工程項目［豫科人事（２００９）２號］；

鄭州市創(chuàng)新型科技人才隊伍建設工程項目（０９６ＳＹＪＨ２８０８７）；河南省重點攻關計劃項目（１１２１０２１１００４３）

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

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