高能電子束輻照對大米中微生物的殺滅效果

陳曉平，孟 巖，金 玉，王 歡，張 青

（吉林農業大學食品科學與工程學院，吉林 長春 130118）

高能電子束輻照對大米中微生物的殺滅效果

陳曉平，孟 巖，金 玉，王 歡，張 青

（吉林農業大學食品科學與工程學院，吉林 長春 130118）

采用單因素試驗和正交試驗方法，以輻照劑量、輻照時間、物料厚度為變量，研究高能電子束輻照對大米中微生物的影響，探明高能電子束輻照對大米中主要微生物產生明顯作用效果的最佳作用條件。結果表明，不同輻照條件對大米中菌落總數、霉菌和酵母菌以及大腸桿菌殺菌效果不同。隨著輻照劑量的增大，對大米中微生物殺菌效果越好。正交試驗優化得出高能電子束輻照最佳條件為：輻照劑量4 kGy、輻照時間6 s、輻照物料厚度10.5 cm。此條件下，測得大米中菌落總數為82 CFU/g，霉菌和酵母菌總數為2 CFU/g，大腸菌群未檢出，高能電子束輻射對大米中微生物殺滅率均超過99%。

高能電子束；大米；微生物

陳曉平， 孟巖， 金玉， 等. 高能電子束輻照對大米中微生物的殺滅效果［J］. 食品科學， 2016， 37（6）: 63-66. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201608011. http://www.spkx.net.cn

CHEN Xiaoping， MENG Yan， JIN Yu， et al. Killing effect of high energy electron beam irradiation on main microorganisms in rice［J］. Food Science， 2016， 37（8）: 63-66. （in Chinese with English abstract） DOI:10.7506/spkx1002-6630-201608011.

http://www.spkx.net.cn

大米是我國居民的主要糧食，我國人口多，隨著我國糧食需求的不斷增加，糧食中致病微生物生長繁殖引發的健康問題越來越引起人們的關注。稻谷在脫殼過程中，米粒易被劃傷，機器上的交鏈孢霉、蠕孢霉等少數真菌的菌絲可以通過米粒損傷部位伸入到皮層和淀粉層中［1］。大米在儲藏過程中會感染黃曲霉、青霉、白曲霉、灰綠曲霉等多種致病菌。據研究資料［2］表明，影響大米儲藏安全性及食用安全性的微生物主要有霉菌、酵母菌、大腸桿菌。

面對糧谷在加工、運輸、貯藏過程中致病微生物的危害儲藏過程中致病微生物的危害，輻照技術有望成為最有前途的現代儲糧技術之一［3-4］。其基本原理是利用60Co、137Cs等放射源產生的γ射線、電子加速器產生的X射線（5 MeV以下）或高能電子束（10 MeV以下）輻照食品，抑制食品中的生物體新陳代謝或生長發育，甚至使其死亡，從而達到消毒滅菌、減少損失的目的［5］。進一步研究發現，放射性同位素60Co存在殘留核廢料處理等諸多弊端，相比之下，電子加速器照射裝置具有明顯的經濟優勢。高能電子束無廢料處理，射線呈直線形輻照，能量定向集中，與鈷源的半球形輻照相比，高能電子束利用率更高。并且，高能電子束輻照時間短，吸收劑量均勻，可控性強，在輻照過程中未添加任何化學試劑，無有害物質殘留，無二次污染，不存在毒理危害；經過高能電子束輻照的物質溫度變化很小，在降低危害的同時避免物質變性，在降解有害物質和殺滅微生物方面有很大潛力；與其他放射源輻照裝置相比，高能電子束投資較少，運行費用較低，有望成為綠色儲藏加工過程的關鍵技術［6-7］。大量國內外研究表明，一定劑量的高能電子束在不改變品質前提下抑制蔬菜水果呼吸強度，殺滅干果類食品中微生物，延長貨架期；降解畜禽肉及茶葉中有毒、有害農藥殘留、降解污泥中有毒有機污染物；降低水溶液中亞硝酸鹽含量；分解氯霉素且產物安全無毒；研究發現，當輻照劑量為7 kGy時，糧谷中伏馬菌素B1完全被破壞［8-21］。

本實驗以輻照劑量、輻照時間、物料厚度為研究條件，采用高能電子束輻照大米，研究不同條件下高能電子束輻照對大米中微生物殺滅效果量效關系，以期為利用高能電子束輻照糧谷類食品食用安全性和優良儲藏的研究提供實驗依據。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

選用當季新磨吉林永吉縣大米，品種為超級稻。米粒完整，表面無明顯霉變。

煌綠乳糖膽鹽肉湯、結晶紫中性紅膽鹽瓊脂、孟加拉紅培養基（均為分析純） 北京奧博興生物技術有限責任公司。

1.2儀器與設備

SPX-250B-Z生化培養箱 上海博迅實業有限責任公司醫療設備廠；HS-840-U超凈工作臺 蘇州安泰空氣技術有限公司；LDZX-50KBS立式壓力蒸汽滅菌鍋 上海申安醫療器械廠；GK9-013槍式縫包機 上工申貝集團股份有限公司。

1.3方法

1.3.1輻照處理

材料的輻照工作在吉林省意孚電子加速器有限責任公司進行，輻照源為電子加速器產生的高能電子束（9.5 MeV）。

1.3.2前處理方法

購置當季新磨大米，用55 cm×26 cm編織袋包裝后編號、封口，編織袋平放，輻照面積1.43 m2為固定值，選定輻照劑量、輻照時間和物料厚度對其進行三因素三水平正交試驗。

1.3.3指標測定

菌落總數測定：參照GB 4789.2—2010《食品微生物學檢驗：菌落總數測定》方法；霉菌和酵母菌測定：參照GB 4789.15—2010《食品微生物學檢驗：霉菌和酵母計數》方法；大腸桿菌數測定：參照GB 4789.3—2010《食品微生物學檢驗：大腸菌群計數》方法。

根據上述方法測得大米在未輻照時的菌落總數為3.85×105CFU/g，霉菌和酵母菌總數為2.35×102CFU/g，大腸菌群總數為5.25×102CFU/g。

1.3.4單因素試驗

1.3.4.1輻照劑量對大米中微生物殺滅效果的量效關系

當輻照時間3 s、輻照的物料厚度3.5 cm時，調節功率分別為0、2.27、3.65、4.34、7.11、7.89 kW，掃描寬度為74 cm，使輻照劑量分別為0（未輻照）、1、2、3、4、5 kGy，采用1.3.3節的方法測定不同輻照劑量條件下高能電子束輻照對大米中菌落總數、霉菌和酵母菌、大腸桿菌的殺滅效果。

1.3.4.2輻照時間對大米中微生物殺滅效果的量效關系

調節功率4.34 kW、掃描寬度74 cm，使輻照劑量3 kGy、物料厚度3.5 cm，調節傳送帶速度，使輻照時間為2、3、4、5、6 s時，采用1.3.3節的方法測定不同輻照時間條件下高能電子束輻照對大米中菌落總數、霉菌和酵母菌、大腸桿菌的殺滅效果。

1.3.4.3物料厚度對大米中微生物殺滅效果的量效關系

調節功率4.34 kW、掃描寬度74 cm，固定輻照劑量3 kGy、輻照時間3 s，分別裝入5、10、15、20、25 kg大米，當輻照面積一定時，物料厚度分別為3.5、7.0、10.5、14.0、17.5 cm。采用1.3.3節的方法測定不同物料厚度條件下高能電子束輻照對大米中菌落總數、霉菌和酵母菌、大腸桿菌的殺滅效果。

1.3.5正交試驗設計

根據單因素試驗結果，量定三因素三水平正交試驗。正交試驗因素水平設計見表1。

表1　正交試驗因素與水平Table 1 Factors and their coded levels used in orthogonal array design

2　結果與分析

2.1輻照劑量對大米中微生物殺滅效果的量效關系

由圖1可知，大米中微生物殺滅率隨高能電子束劑量變化而變化。當輻照劑量為1 kGy時，絕大多數微生物不耐受，大米中菌落總數下降了95%，霉菌和酵母菌數降低了54%，此劑量條件下高能電子束輻照對大腸桿菌殺滅效果更好，達到99.4%。隨著輻照劑量增加，大米中微生物的殺滅率繼續增大。輻照劑量增大到3 kGy時，高能電子束輻照對大米中微生物殺滅效果最明顯；輻照劑量為5 kGy時，大米中無微生物檢出。但輻照劑量過高，大米呈現微黃色，影響大米的感官特性。因此，最宜輻照劑量為3 kGy。

圖1　不同輻照劑量對大米中微生物的殺滅效果Fig.1 Effect of different irradiation doses on microbial inactivation of rice

2.2輻照時間對大米中微生物殺滅效果的量效關系

由圖2可知，不同輻照時間條件下大米中微生物殺滅率呈上升趨勢。輻照時間越長，大米中菌落總數殺滅效果越好。當輻照時間為6 s時，大米中菌落總數為3.9×103CFU/g ，霉菌和酵母菌總數為22 CFU/g，大腸菌群未檢出。相比其他輻照時間條件下各種微生物數量，大米中各種微生物殺滅率最大，微生物減少最明顯，因此最宜輻照時間為6 s。

2.3物料厚度對大米中微生物殺滅效果的量效關系

圖3　不同物料厚度對大米中微生物的殺滅效果Fig.3 Effect of different material thicknesses on microbial inactivation of rice

由圖3可知，不同輻照物料厚度的大米微生物殺滅效果不同。物料越厚，大米中微生物殺滅效果越差，物料厚度與大米中微生物殺滅效果呈負相關。當物料厚度由17.5 cm降至3.5 cm時，大米菌落總數由2.53×104CFU/g降至1.9×104CFU/g，減少25%；霉菌和酵母菌總數由1.38×102CFU/g降至71 CFU/g，減少48.5%；大腸菌群由4 CFU/g降至1 CFU/g，減少75%。隨著物料厚度的增加，大米中微生物殺滅率呈下降趨勢。當物料厚度為3.5 cm時，大米中的菌落總數、霉菌和酵母菌以及大腸菌群與其他物料厚度相比數量最少。因此，在試驗范圍內，最佳物料厚度為3.5 cm。

2.4正交試驗結果

不同輻照條件對大米菌落總數、霉菌和酵母菌、大腸菌群殺滅效果正交試驗結果見表2。

表2　不同輻照條件對大米中微生物殺滅效果的正交試驗結果Table 2 Orthogonal array design with experimental results for the optimization of irradiation conditions

根據表2正交試驗分析可知，以上3 個因素對大米中微生物殺滅效果的影響效果依次為輻照劑量＞輻照時間＞物料厚度。高能電子束輻照抑制大米中微生物的適宜條件為A3B3C3，即輻照劑量4 kGy、輻照時間6 s、輻照物料厚度10.5 cm。按照以上條件做3 次平行實驗，測得此時大米中菌落總數為82 CFU/g，霉菌和酵母菌總數2 CFU/g，大腸菌群未檢出。該條件下菌落總數、霉菌和酵母菌及大腸菌群均少于表2中任一組合的實驗結果，此條件是最佳結果。

3　結 論

目前，大米保鮮的方法主要有熏蒸法、氣調法、保鮮劑法。近年來關于高能電子束輻照技術在糧谷食品保鮮及儲藏的研究也很多。研究者［22-23］采用高能電子束輻照散糧后，高能電子束能有效地殺滅儲糧害蟲。Hayashi等［24］發現，用4 kGy電子束輻照糙米、小麥、莽麥等糧谷后，細菌總數降至100 CFU/g以下。本實驗與其研究結果相同。嚴建民等［25］經研究發現，高能電子束輻照麥類及面粉的有效防霉殺蟲劑量約為1.5 kGy。

本研究采用正交試驗優化高能電子束輻照對大米中微生物殺滅條件，結果發現，高能電子束適宜輻照劑量4 kGy、適宜輻照時間6 s、適宜物料厚度10.5 cm。此時大米中菌落總數為82 CFU/g，霉菌和酵母菌總數為2 CFU/g，大腸菌群未檢出，此條件下高能電子束輻照對大米中主要微生物殺滅效果最明顯，高能電子束輻照對大米中微生物殺滅率超過99%。

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Killing Effect of High Energy Electron Beam Irradiation on Main Microorganisms in Rice

CHEN Xiaoping， MENG Yan， JIN Yu， WANG Huan， ZHANG Qing
（College of Food Science and Engineering， Jilin Agricultural University， Changchun 130118， China）

The killing effect of high energy electron beam （HEEB） irradiation on main microorganisms in rice as a function of irradiation dose， irradiation time and material thickness was examined using single factor and orthogonal array experiments， aiming to find the optimal conditions for microbial inactivation of rice. Results showed that the efficacy of HEEB irradiation against the total number of colonies， total combined molds and yeasts count （TYMC） and E. coli. varied with the treatment conditions， showing a positive correlation with irradiation dose. The optimum conditions for HEEB irradiation were determined as follows: irradiation dose， 4 kGy； irradiation time， 6 s； and material thickness， 10.5 cm. Under these conditions， the total number of colonies in rice was 82 CFU/g， the total number of mold and yeast colonies was 2 CFU/g，and E. coli was not detected. Thus， the microbial inactivation efficiency of HEEB irradiation for rice was more than 99%.

high energy electron beam； rice； microorganisms

10.7506/spkx1002-6630-201608011

TS205.9

A

1002-6630（2016）08-0063-04

2105-05-13

吉林省重點科技攻關項目（20140204037NY）

陳曉平（1963—），男，教授，博士，研究方向為食品生物化學與功能食品。E-mail：512399773@qq.com

引文格式：