非醫(yī)療用品輻照加工劑量設(shè)定方法研究

陳志云，楊紹雨，馬 琴

(南京喜悅科技股份有限公司，江蘇 南京 211316)

輻照加工作為核技術(shù)利用的一個重要分支，具有非常廣泛的用途，大致可分為微生物控制和非微生物控制兩大類。非微生物控制的輻照加工包括輻照改性、農(nóng)殘降解、白酒陳化等[1]。對于微生物控制分為滅菌和殺菌，滅菌就是完全殺滅微生物，無菌保證水平達到10-6以上，如醫(yī)療用品的滅菌、無特定病原體(SPF)實驗動物飼料的滅菌等；而殺菌則是對食品、藥品、化妝品等的微生物控制，達到延長貨架期、降低微生物危害的目的[2-3]。對于醫(yī)療用品的輻照滅菌，輻照劑量設(shè)定按照ISO11137-2[4]有明確的方法。然而，對于非醫(yī)療用品的輻照殺菌并沒有明確的劑量設(shè)定標準方法。以食品輻照為例，無論是強制性的通用標準[5]，還是某一特定食品的工藝控制推薦標準，如熟畜禽肉類輻照殺菌工藝標準GB/T 18526.5[6]，均沒有涉及到輻照的劑量設(shè)定方法，僅給出了輻照的最高和最低劑量限值及微生物控制限值等要求。雖然研究表明，10 kGy劑量的輻照對于食品和藥品的藥理、毒理影響可以不用檢測，甚至可超過10 kGy劑量輻照[7]，但是高劑量輻照會對食品營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生不良影響，因此對于輻照殺菌，應(yīng)該堅持合理可行盡量低的原則[5,8]。合理設(shè)定輻照劑量一直是輻照加工行業(yè)研究的重點之一[9-12]。在標準方法缺失的情況下，當(dāng)前非醫(yī)療用品輻照加工需求劑量通行的做法是由客戶給出，輻照中心負責(zé)滿足需求劑量即可[13]，但作為產(chǎn)品生產(chǎn)廠家，負有產(chǎn)品安全的主體責(zé)任，對輻照技術(shù)不熟悉，無法合理設(shè)定劑量。

針對上述問題，本文在前人工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)實踐，開展非醫(yī)療用品輻照的劑量設(shè)定方法研究，以某一種袋裝食品的輻照殺菌為例，介紹劑量設(shè)定過程。采用微生物輻照殺滅理論與輻照殺菌實踐相結(jié)合的方法，給出一種非醫(yī)療用品輻照殺菌劑量設(shè)定的可行方法，擬為非醫(yī)療用品輻照殺菌劑量設(shè)定提供參考。

1 實驗材料及儀器

1.1 實驗樣品

袋裝樣品，真空袋裝，每袋重量100 g，共60袋。

1.2 主要試劑

平板計數(shù)瓊脂、氯化鈉：250 g/瓶，上海盛思化學(xué)科技有限公司。

1.3 主要儀器設(shè)備

γ輻照裝置：BFT-IV，北京比尼公司；凈化操作臺：SW-CJ-2G，上海蘇凈實業(yè)有限公司；臥式壓力滅菌鍋：YX600W，上海三申醫(yī)療器械有限公司；生化培養(yǎng)箱：SPX-150B-Z，上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。

2 實驗方法

2.1 產(chǎn)品初始污染菌測定

2.1.1食品初始污染菌測定 參照GB 4789.1-2016標準方法進行測定。

2.1.2初始污染菌檢測 (1) 樣品制備：稱取樣品25 g移置225 mL無菌生理鹽水中，充分搖勻制成1∶10供試液。(2) 供試液制備：用無菌吸管或微量移液器吸取1∶10 樣品勻液1 mL，沿管壁緩慢注于盛有9 mL 稀釋液的無菌試管中，反復(fù)吹打使其混合均勻，制成 1∶100的樣品勻液。(3) 梯度稀釋：根據(jù)對樣品污染狀況的估計，選擇2～3個適宜稀釋度樣品勻液(液體樣品可包括原液)，在進行10倍遞增稀釋時，吸取1 mL 樣品勻液于無菌平皿內(nèi)，每個稀釋度做兩個平皿。(4) 空白對照：分別吸取1 mL空白稀釋液加入兩個無菌平皿內(nèi)，及時將冷卻至46 ℃的平板計數(shù)瓊脂培養(yǎng)基(可放置于(46±1) ℃恒溫水浴箱中保溫)傾注平皿，每皿約20 mL，并轉(zhuǎn)動平皿使其混合均勻。(5) 培養(yǎng)：待瓊脂凝固后，將平板翻轉(zhuǎn)，培養(yǎng)箱(36±1) ℃培養(yǎng)(48±2) h，水產(chǎn)品(30±1) ℃培養(yǎng)(72±3) h。(6) 菌落計數(shù)：用放大鏡或菌落計數(shù)器，記錄稀釋倍數(shù)和相應(yīng)的菌落數(shù)量。菌落計數(shù)以菌落形成單位(colony-formingunits, CFU)表示。選取菌落數(shù)在30～300 CFU之間，以最接近30～300 CFU的稀釋級平均數(shù)乘以稀釋倍數(shù)報告。如果稀釋級平均菌落數(shù)均無菌生長或最低稀釋級平均菌落數(shù)小于1時，應(yīng)報告菌落數(shù)<10 CFU/g。

2.2 產(chǎn)品菌落耐輻照實驗

該產(chǎn)品要求輻照后微生物含量為1 CFU/g以下，根據(jù)初始污染菌含量，結(jié)合輻照經(jīng)驗，設(shè)定0、1、2、3、4、5、6 kGy劑量為輻照實驗劑量，考慮工作量和實際工業(yè)輻照過程的可操作性，每種輻照劑量取10個樣品，同時輻照并檢測輻照后污染菌，取平均值，首次出現(xiàn)一組全部無菌的劑量即作為最高輻照劑量值。

3 結(jié)果與討論

3.1 菌落總數(shù)

輻照前樣品菌落總數(shù)列于表1。 從表1可見，同一批產(chǎn)品的初始污染菌較為接近，在其他產(chǎn)品中也有類似情況。

不同劑量輻照后樣品菌落總數(shù)列于表2。由表2中數(shù)據(jù)可知，10個樣本經(jīng)5 kGy輻照后檢測無菌，因此5 kGy作為輻照實驗的最高劑量。

3.2 理論分析和多項式擬合數(shù)值處理

根據(jù)輻照滅菌的基本理論和假設(shè)，初始含菌量為N0的任何一種微生物，吸收劑量D后剩余含菌量N的關(guān)系為：

(1)

式中，D10為微生物減少90%所需要的劑量，kGy。對于實際產(chǎn)品，其所含的菌往往有多種，可根據(jù)不同輻照抗性微生物的含量確定上述關(guān)系[1]，如ISO11137-2中給出的標準抗性分布(SDR)列于表3。

表1 輻照前樣品菌落總數(shù)Table 1 Total numbers of colony of Samples before irradiation

表2 不同劑量輻照后樣品菌落總數(shù)Table 2 Total numbers of colony of samples after irradiation by different dose

注：菌落總數(shù)<10 CFU·g-1為實驗室微生物表達方式，實際值為0。

表3 標準抗性分布Table 3 Standard distribution of resistance

假定p(i)為第i種微生物的比例，D10(i)為第i種微生物的D10值，由公式(1)可得到混合菌群的關(guān)系式：

(2)

(3)

即，

(4)

合，結(jié)果示于圖1。

由圖1結(jié)果可見，3次和4次多項式擬合結(jié)果較好，而5次和6次多項式擬合在剩余微生物接近0的附近發(fā)生了錯誤趨勢，說明不能采用5次以上的多項式進行擬合，與文獻[11]的結(jié)論不同。究其原因可能是文獻[11]的劑量范圍設(shè)定較大，而本文研究的食品藥品輻照中，劑量范圍要小很多，因此在劑量測量精度范圍內(nèi)，階梯輻照的取點較少。較少的取點可大大減少設(shè)定劑量的工作量，對于輻照加工的實用性具有意義。

圖1 DM-D多項式擬合Fig.1 DM-D Polynomial fitting

3次、4次多項式擬合所得的系數(shù)列于表4。根據(jù)擬合上述3次和4次多項式，該產(chǎn)品從平均1 030 CFU/g輻照降至1 CFU/g所需的劑量分別為3.88 kGy和3.94 kGy。

表4 多項式擬合系數(shù)Table 4 Coefficient of Polynomial fitting

根據(jù)ISO11137標準給出的微生物標準抗性分布，由表3和公式(2)可以得出微生物含量從1 030 CFU/g降至1 CFU/g以下需要的輻照劑量為5.33 kGy。可見根據(jù)擬合所得劑量比按照標準抗性所得劑量要降低約1.4 kGy。

該產(chǎn)品不同時期四個批次的產(chǎn)品，取樣品根據(jù)擬合參數(shù)設(shè)定的輻照劑量，照射后的微生物檢測結(jié)果列于表5，輻照劑量設(shè)定采用4次多項式擬合系數(shù)，由表5數(shù)據(jù)可見，輻照后產(chǎn)品菌落總數(shù)全部符合要求。

在輻照加工的實踐過程中，對生產(chǎn)廠家沒有指定輻照劑量的情況下，采用文中所述方法，都取得了較好的效果。任一產(chǎn)品初始污染菌的情況會每季度監(jiān)測至少一次，對于可能導(dǎo)致初始污染菌發(fā)生較大變化的因素，如生產(chǎn)廠家的原料來源有重大變化，也會要求生產(chǎn)廠家說明情況，開展針對性監(jiān)測。通過這種定期監(jiān)測和針對性監(jiān)測，可有效保證對微生物污染水平的掌握，同時積累該產(chǎn)品的污染菌數(shù)據(jù)庫，對于超出原擬合參數(shù)范圍的情況，則進行輻照實驗并重新擬合關(guān)系式。

表5 輻照驗證結(jié)果Table 5 Results of irradiation Test

4 結(jié)論

本文所述方法經(jīng)輻照實踐證明可達到滅菌要求并且可有效降低輻照劑量。多項式擬合確定輻照劑量的方法對于多菌種的情況是一種較好的方法，但擬合次數(shù)需要根據(jù)實際情況而定,對于食品等非醫(yī)療用品殺菌的輻照加工應(yīng)采用3次或者4次多項式擬合。和醫(yī)療用品輻照標準ISO11137-2中的SDR抗性相比，在實踐中發(fā)現(xiàn)食品、藥品中微生物的抗性普遍比SDR小，采用SDR作為輻照抗性，偏保守。