γ-輻照處理對谷物儲藏及品質特性的影響研究進展

陳銀基，陳 霞，蔣偉鑫，戴炳業，董 文

（1.南京財經大學糧食儲運國家工程實驗室，江蘇南京210023；2.中國農村技術開發中心，北京100045）

γ-輻照處理對谷物儲藏及品質特性的影響研究進展

陳銀基1，陳 霞1，蔣偉鑫1，戴炳業2，董 文2

（1.南京財經大學糧食儲運國家工程實驗室，江蘇南京210023；2.中國農村技術開發中心，北京100045）

輻照作為一種低能耗、安全、有效的加工方式在食品工業上得到廣泛應用。輻照對儲藏谷物的主要作用包括：適宜劑量的輻照可殺害儲糧中的害蟲，且不會影響谷物品質；控制谷物中常見的致病菌，產毒菌素的生長，降解致病霉菌；通過作用于淀粉顆粒，提高谷物的營養品質和食用品質；另外，輻照還可延緩谷物老化，劣變的過程，提高保鮮期，提高谷物成品的生產效率。本文綜述了輻照對谷物食品品質和營養的影響，分析評價了食品輻照的優劣及國際機構對輻照食品的認可進程，并對消費者的接受度等輻照領域的相關問題提出建議。

谷物，γ-輻照，儲藏，品質

谷物是全世界人和動物重要的食物來源[1]和健康保障[2]。我國是世界谷物生產大國，也是消費大國，做好谷物儲藏工作關系國家安全和社會穩定。谷物安全儲藏是世界性的難題，據聯合國糧農組織的調查統計，全世界每年“從農場到餐桌”糧食的巨大損失和浪費，事實上是足夠養活全世界8.7億饑餓人口的4倍多[3]，而因谷物霉變及蟲害等損失達谷物產量的8%[3]。目前谷物常見的儲藏法包括常溫儲藏、低溫儲藏（自然和機械制冷）、氣調（自然缺氧、充CO2、充N2、真空）儲藏、化學儲藏，這些方法在成本、應用性、安全性、環境友好性等方面各具優劣點。尋找一種節能、安全、有效的儲藏方法是糧食儲藏科技工作者的重要任務。食品輻照技術是人類利用核技術的放射性同位數60Co和137Cs衰變時所產生的能量對食品進行加工處理。在食品加工中，60Co-γ射線的應用比較廣泛。相比于傳統的儲藏方法，谷物輻照儲藏技術具有冷處理、低耗能、高效率、輻照均勻等典型特征[4-5]。本文重點論述γ-輻照處理對谷物儲藏及品質特性的影響，即適宜劑量的輻照可殺害儲糧害蟲，且不會影響谷物品質；控制谷物中常見的致病菌，產毒菌素的生長，降解致病霉菌；提高谷物的營養品質和食用品質；另外，輻照還可延緩谷物老化，劣變的過程，提高保鮮期，提高谷物成品的生產效率。

1 γ-輻照對儲糧害蟲的作用

谷物在生產、儲藏、銷售過程中易受到害蟲影響。稻谷中主要的儲糧害蟲有四種：赤擬谷盜、米象、小扁蟲甲、鋸谷盜。這些害蟲通過直接偷食糧食、產生蛀屑、存留毒素等行為影響糧食品質[6]，而且，這些害蟲會引起谷物的生理生化變化，造成不良的貯藏環境[7]。傳統的化學熏蒸法雖然成本低、見效快、使用簡單，但是化學成分會帶來健康危害和環境污染等潛在問題。而γ-射線輻照能深入食物內部[8]，不會殘留影響食品品質的化學物質。近年來，國內外不少研究者針對γ-射線輻照處理對谷物中儲糧害蟲的影響作了研究。Sirisoontaralak等[9]分別用0.2～2.0kGy的γ-射線處理糙米（KDML-105），研究表明，用小于0.5kGy的γ射線輻照KDML-105糙米，既不會引起風味的降低，也不會產生不良風味，而且能起到很好的驅蟲害作用。Mikhaiel等[10]研究表明，谷螟幼體和谷盜成蟲的死亡率隨著輻照劑量（0.75、1.5、3.0kGy）的增加和輻照后時間延長而增加。El-Nag gar等[11]用γ-射線和微波處理共同作用下處理稻谷，研究表明，1.0kGy的γ-射線輻照輔以30s的微波處理，能使稻谷中雜擬谷盜，煙草甲，米螟，谷蠹等害蟲在24h內全部死亡。Tandon等[12]研究發現，用0.5kGy的輻照劑量處理繡紅色面粉甲蟲的幼體和成蟲，能比較快速地完全死亡。大米用1.0kGy的輻照劑量，可消滅象鼻蟲和面象蟲；0.4～1.0kGy照射能阻止所有的卵、幼蟲和蛹發育為成蟲；0.25kGy照射可讓存活的昆蟲不育；旋毛蟲不育的劑量為0.12kGy，抑制其成熟的劑量為0.2～0.3kGy[13]。Lacroix等[14]的研究結果也表明小于1.0kGy就能消滅谷物害蟲。國內研究者將輻照處理與谷物儲藏中包裝材料相結合進行了研究。孟麗芬等[13]研究表明，用0.4～0.8kGy的γ-射線輻照綠色麥類及面粉，能有效殺滅小包裝中的糧食害蟲，再用尼龍－聚乙烯復合膜真空材料袋包裝，可使麥類及面粉在1年內不生蟲，而且，0.4～0.8kGy不影響麥類及面粉的粗蛋白、粗脂肪、直鏈淀粉、氨基酸含量，對蒸煮品質和感官品質也沒有顯著影響，保持了麥類及面粉原有的色香味。嚴建明等[17]研究表明，γ-射線輻照小麥殺蟲的最低有效劑量為0.4kGy，同時以尼龍－聚乙烯復合膜包裝袋儲存小麥，可使麥類及面粉在1年內不生蟲、不發霉。

總的來說，用低劑量γ-射線輻照處理就能消滅儲糧害蟲，從而延長儲藏期。低劑量γ-射線輻照處理對谷物的蒸煮品質，食用品質不會帶來消極影響，甚至還會提高這些品質。但是目前的研究，很少將對谷物滅蟲和對品質作用的研究相結合，由于輻照在谷物儲藏中主要是殺蟲作用，所以在今后研究中，有必要將兩者研究相結合。

2 γ-輻照對谷物類食品微生物的作用研究

輻照處理的有效性取決于諸多因素，包括：食物本身的成分、微生物的種類和數量是否改變等[17]。微生物中的致病菌與食品安全息息相關。谷物在收獲后，加工過程、銷售過程、儲藏過程中隨時可能受到微生物的影響[18]。食品在食用前如果沒有進行充分的加熱處理[19]，一些微生物特別是真菌及其產生的毒素會危害人體健康，而一定程度的加熱處理不僅對真菌毒素沒有脫毒作用，還會破壞某些營養成分。研究表明，用適宜劑量的γ-輻照谷物能有效減少微生物的生長，且不會破壞食品營養成分[20]。谷物在儲藏過程中，由于外在環境及自身環境的影響，易受致病菌、產毒素菌、霉變菌的影響，造成食用品質下降，甚至帶來致病，致命的后果。

2.1 γ-輻照對谷物中常見致病菌的影響

大米的儲藏特性除了受溫度、濕度等外界因素的影響，自身的微生物活動也很活躍。Chung等[21]進行了γ-射線對稻谷中存在的一些致病病原體的滅活作用的研究，結果發現當輻照劑量達到1kGy，稻谷中的沙門氏菌屬、埃希氏菌屬和葡萄球菌就可以得到有效的控制，而到3kGy時就可以將這些致病菌全部滅活。Aziz等[22]同時以大麥、小麥、玉米、高粱四種谷物為研究對象，用5、10、15kGy的60Co-γ射線輻照處理，研究輻照對致病微生物的影響，結果表明：低于10kGy的劑量，可以有效地殺滅致病菌（如需氧菌、真菌、需氧芽孢菌等），且不會影響營養價值，但是，在超過10kGy的輻照劑量后，硫胺素和核黃素含量會顯著降低。

2.2 γ-輻照對谷物中產毒素菌的影響

黃曲霉毒素B1是大米中主要的致病微生物。朱佳庭等[23]采用60Co-γ射線輻照稻米，研究輻照對稻米中黃曲霉毒素B1的降解效果。研究表明，稻米中黃曲霉毒素B1的降解率亦隨著輻照劑量的增加而增加，4kGy的輻照劑量下，降解率達42%，6kGy時降解率達84%，當輻照劑量增至10kGy時，降解率達到98%，此后降解率的增加隨著輻照劑量的增加趨勢變緩。所以，γ-射線輻照對黃曲霉毒素B1具有良好的降解效果。此外，不同劑量的γ-射線輻照對黃曲霉毒素B2、伏馬菌素B1、赤霉烯酮、赭曲霉毒素A等真菌毒素都有不同的降解效果[24]。

2.3 γ-輻照對谷物中致霉變菌的影響

小麥在儲藏中也易受霉變發生的影響。引起小麥發生霉變的主要有鏈格孢霉、鐮刀菌素、曲霉屬真菌、青霉菌和根霉。其中曲霉屬真菌包括：白曲霉、黑曲霉、黃曲霉、灰綠曲霉。Wang等[25]研究表明，用不同劑量的60Co-γ射線輻照小麥，在儲藏6、12個月后，小麥的根霉和曲霉屬真菌的含量隨著輻照劑量的增加而減少，對其他4種霉的降解速率沒顯著影響。

3 γ-輻照對谷物食用品質和營養品質的影響

食物的感官品質和營養品質是人們在選擇食物時密切關注的。γ-輻照處理谷物后蒸煮成熟時間變短[26]，比起只蒸煮的單一處理過程，γ-輻照節省了能量，而且減少了維生素和其他營養素在食物熱加工過程中的損失。

3.1 γ-輻照對谷物蒸煮特性的影響

大米中含有75%左右的淀粉，大米品質在很大程度上與淀粉品質有關。淀粉包括直鏈淀粉和支鏈淀粉，不同品種大米中的淀粉組分不同，因而也決定了大米糊化性質、蒸煮品質、及感官品質等加工性能上的差異[27-28]。傳統的大米儲藏方法，由于儲藏期間蛋白質網絡間二硫鍵的作用會促使大米淀粉糊化粘度降低[29]。γ-射線輻照對大米淀粉也有類似影響，表現為：一方面，γ-輻照會影響這些淀粉類食品的物理質構和流變學特征；另一方面，γ-輻照能快速產生變性淀粉[30]，因為γ-輻照的瞬時高能量能破壞化學鍵，使聚合鏈降解成小的糊精片段，淀粉分子變成顆粒更小、更致密的結構；此外，γ-輻照還能將被包埋于淀粉顆粒內部的支鏈淀粉暴露或釋放出來[31]，或者將少量支鏈淀粉的部分較長支鏈解鏈為直鏈淀粉[32]。上述這些作用會影響大米中表觀直鏈淀粉的含量，進而使淀粉的糊化粘度有變化，即膨脹力的減少、淀粉糊粘度的降低[33]，最終導致大米感官品質和蒸煮品質的變化。

Kong等[34]研究結果表明，隨著輻照劑量從0～10kGy的增加，谷物中莧屬科植物淀粉的糊化粘度和流變學特征會持續降低，不同輻照劑量下淀粉的熱力學特征和結晶度有差異，不同品種的莧屬科植物淀粉在同一劑量輻照后產生的彈性凝膠的數量，也有明顯差異。Sung[35]以糯米為實驗對象，以0.5～2.0kGy的γ-射線輻照處理糯米，在儲藏6個月后，糯米的糊化粘度會降低，而糯米團的硬度降低程度較小。Wu[32]用Indic、Japonica、Hybrid等三種米輻照實驗，結果表明：隨著輻照劑量的增加，大米的糊化峰值粘度、回升值、熱糊化粘度、冷卻糊化粘度都在降低。γ-射線輻照降低了表觀直鏈淀粉（Apparent Amylose Content，AAC）含量較低的大米品種及糯米中的直鏈淀粉含量，但是對高AAC含量品種大米無影響。糊化峰值的保持時間隨著劑量的增加而減少，但對糊化溫度無明顯影響[32]。

3.2 γ-輻照對谷物營養品質的影響

辛烯基琥珀酸淀粉（Octenylsuccinylated starch，OS），是大米淀粉的一種，由于它含有大量可被緩慢消化的淀粉，而且它的糊精能取代食物中的脂肪從而減少熱量的攝入[36]，因而對人體健康有益，被廣泛用于食品工業中。研究表明，10kGy的γ-射線輻照能降低OS的乳化特性并提高其穩定性[37]。

多酚類成分與大米抗氧化功能有關[38]，抗氧化功能性質是評價食品功能性的重要指標。經常攝入含多酚類豐富的物質，可以減少慢性疾病的發生率。低劑量和中劑量的γ-輻照能提高糧食總多酚含量和加強種子的抗氧化力[39]。大米中本身含有p-香豆素酸，阿魏酸，芥子酸膽堿等多種酚酸和黃酮類（花青素）成分[40]，這些多酚成分存在于表皮層[41]。Zhu等[42]以3種大米（黑米、紅米和白米）作為研究對象，用不同劑量的γ-輻照（0～10kGy）處理，結果表明：以6～10kGy的劑量處理，可使在儲藏過程中酚酸和花色素等抗氧化多酚類成分的損失達到最小。另外，大米輻照后，其中的胡蘿卜素含量高于未輻照的大米[43]。Shao等[44]也以3種大米（黑米、紅米和白米）作為原料，用不同劑量的γ-輻照（0-10kGy）處理，結果表明：γ-輻照能顯著提高結合類多酚物質的含量，而對游離多酚和總多酚物質含量的影響較小；對紅米的游離多酚的抗氧化能力無明顯影響，高劑量γ-輻照能提高其他兩種米的游離多酚，結合多酚和總多酚的抗氧化能力。所以，γ-輻照可以用來提高糙米的營養價值（抗氧化能力）。

Yu等的研究表明[45]，用1.0～3.0kGy的的γ-輻照處理，是有效提高谷物干物質特性和營養品質的方法；而且，輻照能提高小麥的感官品質，改變營養素的物理化學特征，提高蛋白質和磷脂質利用率。

Gralik等的研究表明[46]，大于0.5kGy的γ-射線輻照能使小麥白蛋白對人類唾液中ɑ-直鏈淀粉的抗淀粉分解力增強；大于1.0kGy的輻照能增加小麥中還原糖含量；0.05、0.1、1.0kGy的輻照能增強非胰蛋白酶的活性，而達到10kGy會產生抑制作用；γ-射線輻照對小麥的蛋白酶抑制劑的活性有顯著影響。

Ivan等[47]以發芽和未發芽高粱作為研究對象，用10kGy的γ-射線輻照，再用25kGy的輻照劑量進行二次輻照。結果表明，二次輻照能完全消滅微生物。發芽高粱面粉輻照后，α-淀粉、β-淀粉活性分別降低22%、32%。輻照未發芽高粱面粉能使在發酵過程中葡萄糖和麥芽糖的利用率分別提高53%和100%。對微生物生長、pH、乳酸的產生速度和最終乳酸的濃度沒有顯著影響。未發芽高粱面粉用10kGy的輻照處理，能產生干物質密度含量高（200g/L）的面粉，用它制成斷奶粥，營養豐富。所以，在食品工業中，采用發芽或者未發芽高粱作為輻照對象，根據的是不同的產品需求。

從這些研究表明，中劑量的γ-射線處理谷物比較適宜。但是，輻照處理后某一營養成分的提高，不同谷物是不同的；在食品工業中，不同對象的最適輻照劑量也不同，所以，為滿足生產需要（即提高某些營養成分含量），最適合的輻照劑量有待進一步研究。

3.3 γ-輻照對谷物食用品質的影響

由于谷物中含有大量淀粉，食用品質其實是反映蒸煮性質的。以大米發酵產品豆花飯為研究對象進行輻照實驗，1kGy的γ-射線輻照能降低淀粉糊化粘度，嫩化豆花飯的質構，改善食用口感，提高豆花飯的穩定性和質量[48]。王俊等[49]研究了將晚粳稻先采用60Co-γ射線輻照預處理，后進行熱風干燥，研究發現，隨著輻照預處理劑量的增加，干燥過程中，稻谷的失水速率提高，稻谷的表面溫度也相應提高。對輻照預處理后的稻谷干制品的品質檢測發現，輻照預處理提高了稻米的食用品質，且效果比干燥后再進行輻照的工藝更有效。于勇等[50]采用60Co-γ射線輻照預處理晚粳稻，然后進行熱風干燥，對干燥后的稻谷干制品的品質檢測，也有類似發現。龐林江等[51]在此基礎又研究0.6kGy60Co-γ射線輻照單季粳稻對稻谷低溫干燥失水特性及品質特征的影響。結果表明，0.6kGy劑量輻照能縮短干燥時間，提高稻谷的失水速率，對稻谷加工品質和營養品質沒有顯著影響，能一定程度上彌補熱風低溫干燥對稻米品質帶來的負面影響，改善稻米的食用品質。Macarthur等[52]研究了γ-射線輻照對小麥的流變學性質和烘焙性質的影響，結果表明：隨著輻照劑量的增加，烘焙后峰粘度和衰減值都在降低，而小麥直鏈淀粉品質保持不變，這表明ɑ-直鏈淀粉酶性質沒有改變；隨著輻照劑量的增加，樣品吸水作用增加，面團形成時間減少，面團穩定性降低。在儲藏六個月后，輻照過的小麥粉的烘焙質量有輕微改變，濕面筋和蛋白質溶解性質沒有明顯變化。Rao[53]用γ-射線輻照處理小麥，研究制成成品面包后的流變學性質和烘焙性質，從而確定這些性質的變化與組分相關性，研究表明，隨著輻照劑量的增加，淀粉粘附力峰值和生面團穩定性降低。

3.4 γ-輻照對谷物其他品質的影響

谷物最重要的是蒸煮和食用品質，而其他品質的變化，與儲藏、生產等過程息息相關。在食品工業中，不能忽視對這些品質的研究。研究表明，γ-輻照能降低稻谷的解吸附和吸附過程中的平衡含水率[54]，這種影響隨著劑量的增加逐漸增大，含水率的降低使稻谷品質變化減緩；另一方面，稻谷在儲藏中游離脂較結合脂更不穩定，所以游離脂與糙米儲藏中品質變化密切相關[55]，Sirisoontaralak等[9]用不同劑量（0.2～2.0kGy）的γ-輻照處理KDML-105糙米，結果表明，與未輻照組相比，0.2、0.5、1.0kGy的輻照都能顯著降低糙米游離脂肪酸含量，延緩糙米的氧化和劣變過程。

用0.1～1.0kGy的輻照劑量能降低植株生長高度，提高植物活力；另外由于γ-輻照對小麥生理學上的作用，使谷物顆粒數量增加，伴隨著產量的增加[22]。許金芳等[56]對糯玉米輻照保鮮技術研究，結果表明，糯玉米輻照后可明顯降低微生物數量，并抑制其繁殖能力，輻照結合低溫貯藏可延長保鮮期。經60Co-γ射線輻照的糯玉米，在低溫貯藏條件下的樣品保鮮效果明顯優于對照，其中，1.0kGy劑量處理效果最佳，能使保鮮期延長15d。

生產啤酒的主要原料是大麥。如果能提高大麥生產效率，必將帶來更大的經濟效益。朱圣陶等[57]用1～9kGy的60Co-γ射線輻照劑量處理大麥，研究表明：1～5kGy的60Co-γ射線輻照用于生產啤酒的大麥，輻照后大麥的發芽率、葉芽長度、千粒重、蛋白質含量、淀粉含量、水分含量、麥芽的感觀質量、水敏性、浸出物含量、糖化時間等各項指標都符合啤酒大麥的要求，并可達到優化啤酒大麥發芽狀態的效果，提高啤酒的產量。而大于5kGy的劑量處理，會使大麥感官指標低于對照組。因此，5kGy可作為啤酒大麥輻照的最高劑量，最佳劑量為1～3kGy。

有關γ-輻照對谷物品質的作用，仍有很多未發現的領域，需要進一步的研究。

4 結論與展望

隨著科學技術的進步，需要找到節能、有效的食品加工方式。研究證明，60Co-γ射線輻照基于其本身的特點，有著很多其他加工方式不可比擬的特點。對谷物進行輻照，合適的劑量能有效地消滅害蟲，抑制微生物的生長，提高感官品質和營養品質。從近年來研究者針對不同領域的研究結果來看，低劑量、中劑量的輻照處理可以達到預期效果，提高谷物品質。當然，輻照技術也是一把雙刃劍[58]，在給公眾帶來利益的同時，也顯現出不少弊端，如水果輻照后，由于大量自由基的產生，導致營養品質下降和食品異味的產生[59]。輻照技術使谷物保鮮期延長，改善谷物食品感官特性，但其涉及的安全性問題也倍受關注。FAO、IAEA、WHO在1999年對食品輻照源能量要求上作了明確規定[60]；研究人員通過動物實驗及人體實驗，沒有觀察到由于輻照引起組織突變及有關性狀的改變，因而輻照食品不會有衛生學和毒理學問題[61-63]；2001年，CDC（US Center for Disease Control，美國疾病控制中心）的研究表明：如果將一半可能帶來危險的食品進行輻照，則由于食源性疾病引起的案例將每年減少900萬例，死亡人數減少352人[64-65]。受食源性病菌、輻照食品安全的宣傳等影響，消費者對輻照食品正逐漸認可[66]。據調查，2003年消費者對輻照食品的接受度是69%，而1993年僅有29%[67]。在食品輻照研究領域，還存在一些實際的問題，要做的地方還很多，如：輻照對食品成分的改變較熱加工等其他處理方式小，但是不同食品的最佳劑量有待研究，對每種食品的最佳劑量應該有成文的規定；輻照后在食品中的殘余量對人體健康是否有影響，需要用一些病理學實驗進行實踐證明。而如何提高消費者對輻照食品的接受度是最艱巨的一項任務，是需要幾代人的共同努力。

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Reasearch progress in gamma-irradiation research on storage and quality of cereals

CHEN Yin-ji1，CHEN Xia1，JIANG Wei-xin1，DAI Bing-ye2，DONG Wen2
（1.National Engineering Laboratory of Nanjing University of Finances and Economics of Grain Storage and Transportation，Nanjing 210023，China；2.China Rural Technology Development Center，Beijing 100045，China）

Food irradiation was a low-energy，safety and effective way of storing and processing foods，which was widely used in food industry.There are lots of advantages of irradiation in stored grain：appropriate dose of radiation could kill pests in stored grain，and does not affect the grain quality.Controlling the growing of some common pathogenic bacteria and toadstool，degrading the disease-causing mold.By acting on starch particles，irradiation could improve the nutritional quality and eating quality of grain.In addition，irradiation could delay the ageing of the grain，and the deterioration process，improving the shelf time and increasing the productivity of the grain.This paper combined the effect of irradiation in the field of food quality and nutrition，evaluated the advantages and disadvantages of food irradiation and the recognition process of irradiated foods among international institutions.In the end，some advices about the acceptance of the consumer and other related issues were gived in the field of irradiation.

grain；γ-irradiation；storage；quality

TS205.9

A

1002-0306（2014）04-0358-06

2013－08－14

陳銀基（1979-），男，博士，副教授，研究方向：糧食儲運加工。

糧食公益性行業科研專項（201313010）；江蘇省自然科學基金項目（BKJB550010）。