輻照滅菌技術對葛根粉品質影響的因素分析

文 李奎 蔚江濤 白俊青 牛偉 李世超 .楊凌核盛輻照技術有限公司；2.中陜核核盛科技有限公司

在食用葛根粉生產制造過程中，需要應用輻照滅菌技術，該技術的應用會對葛根粉的品質產生一定影響。因此，本文以此為研究，通過科學實驗方法，結果顯示，輻照滅菌技術對葛根粉品質的影響，主要集中在微生物存活數、一般營養成分、異黃酮類成分、物理特性、抗氧化活性方面。其中，不會降低微生物存活數量，在不同輻照劑量、輻照環境、輻照對象的條件下，一般營養成分的輻射敏感性存在差異。除在6.0kGy劑量時葛根素略有差異外，其他劑量條件下葛根素含量明顯增加，而且在6.0與8.0kGy輻照劑量條件下達到了最大值，差異顯著（P＜0.05）。在溶解度、膨潤力、凍融穩定性、物理特性方面，均有積極影響，有利于提高食用葛根粉產品質量，但是，在白度與總的抗氧化性方面并無明顯影響。因此，應在食用葛根粉生產加工時，選擇合適的輻照劑量，以提升產品品質。

葛根植物屬于豆科葛屬，經我國衛生部批準，可以從藥用與食用途徑對其價值進行開發利用。實踐經驗表明，通過對其塊根的粉碎、分離、過濾、干燥處理后，能制成粉狀可食用葛根粉產品。從主要食用成分看，葛根淀粉含量比較高，而且富含膳食纖維、礦質元素、氨基酸、異黃酮等。從活性成分看，葛根中的異黃酮類成分，可以對心腦血管疾病產生一定的治療功效。由于葛根中含微生物，在生產加工中超標后會產生相應危害，因而需要對其進行輻照滅菌處理。下面先對葛根粉產品生產加工中的電子束輻照技術加以說明。

1. 電子束輻照技術概述

從葛根粉的主要活性成分看，其特征集中體現在熱不穩定性方面，因此在生產加工此類產品時，高溫滅菌方法的應用效用相對不足。因此，在我國質量體系管理標準要求之下，通常采用輻照滅菌方案。從本質上看，輻照技術屬于冷加工技術，能夠對葛根粉產品生產加工時，具有污染的微生物進行相應的控制，在不損害產品主要營養成分與功能的情況下，保障產品質量。以常用的電子束輻照技術為例，其優勢是性價比高，具體表現在成本適中、操作簡易、安全可靠、應用效用大等方面。近年來，通過對輻照技術應用經驗的總結，逐漸優化了電子束輻照殺菌技術，較好地提高了電子束流穩定性，擴增了該技術的應用效用。

2. 實驗方法

下面以葛根粉作為實驗對象，采用實驗方法對電子束輻照在葛根粉產品生產加工中的影響進行分析。實驗內容包括材料、儀器、方法、數據處理、影響分析，具體操作中主要是選取不同輻照劑量（共計6種：0kGy、2.0kGy、4.0kGy、6.0kGy、8.0kGy、10.0kGy）的電子束輻照，對實驗樣品及對照樣品進行輻照處理，然后展開具體分析。

2.1 實驗材料

2.1.1 材料

樣品：食用葛根粉。

對照樣品：大豆苷、葛根素、大豆苷元、D-無水葡萄糖。

分析純：鹽酸、濃硫酸、硫酸鉀、石油醚、氯化鈉。

色譜純：正己烷。

2.1.2 儀器

電子束輻照加工系統：本公司實際有的“DZ-10/20”型電子束輻照加工系統。

電子分析天平：MS304s/01。

立式壓力蒸汽滅菌鍋：LDZX-50KBS。

超凈工作臺：BCM-1000。

霉菌培養箱：MJ。超聲波清洗器：KQ-300VDB。

定氮儀蒸餾器：KT 200FOSS凱氏。

水浴恒恒溫振蕩器：SHA-CD。

循環水式多用真空泵：SHB-Ⅲ。

低溫離心機：Allgera 64。

白度計：WBS-L。

低溫保存箱：DW-40L508。

紫外可見分光光度計：UV-2450。

液相色譜儀：e2695，LC 20AT。

2.2 實驗方法

2.2.1 準備樣品

微生物檢測：選用PE透明自封袋封裝食用葛根粉，共計18份，每份50g。

理化指標檢測：同上述方法，選取18份，每份250g。

2.2.2 電子束輻照

專用金屬托盤：厚度3cm到4cm，將樣品均勻置于托盤上。輻照劑量：0 kGy、2.0 kGy、4.0 kGy、6.0kGy、8.0 kGy、10.0 kGy。

參數設置：（1）電子加速器輸出功率：10kW；（2）電子束能量：10MeV；（3）電子束流掃描速率：220次/s。

輻照控制：用托盤控制電子束下的傳輸速度，輻照完成后室溫條件下進行儲存。

2.2.3 測定內容

測定內容：微生物存活數、一般營養成分含量、多糖含量、異黃酮類成分含量、物理性能、還原力。下面根據確定的實驗方法，對多糖含量測定、異黃酮類成分含量測定、物理性能測定、抗氧化活性測定做出說明。

以測定多糖含量為例：（1）稱取0.06gD-無水葡萄糖（5%），將其置入50mL容量瓶，然后加純水至最大刻度值，通過溶解、稀釋、搖勻處理，得到對照品溶液0.12mg/mL。用吸管吸取對照品溶液置于比色管（1mL），具體操作中按照0.8mL、0.7mL、0.6mL、0.5mL、0.4mL、0.3mL、0.2mL的順序進行吸取。對于不能達到比色管容量的通過加純水的辦法使其達到所需標準。（2）稱取0.08g葛根粉放入圓底燒瓶并加純水至100mL，按照稱“重—加熱—回流—提取—放冷—稱重—補重量—搖勻—過濾—吸取”的流程進行操作，最后得到0.5mL濾液。（3）將試驗樣品（葛根溶液）、對照樣品（D-無水葡萄糖溶液）放入比色管（25mL），加水至1mL后，在兩種溶液中各加入2mL苯酚溶液（5%）、7m濃硫酸溶液，每加1次溶液搖勻后，再加入另一種，加完后置于沸水浴進行15min的加熱，冷卻至室溫用紫外可見分光光度計于490nm位置對其吸光度進行測定。

以測定異黃酮類成分含量為例：稱取1kg葛根粉置入容量瓶（50mL），選擇乙醇進行定容處理（30%，V/V）后，將其放在恒溫水浴（40℃）進行超聲提取，過濾后用HPLC分析方法獲得色譜度。高效液相色譜儀相關參數設置如下：（1）色譜柱：4.6mmx250mm，5um；（2）流動相：水、甲醇；（3）流速：1Ml/min；（4）柱溫：35℃；（5）進樣量：5ul；（6）檢測波長：250nm。以物理性能測定為例：根據GB/T22427.6-2008中給出的標準方法進行白度測定。溶解度與膨潤力的測定方法如下：（1）通過精確度可以達到0.001g的電子分析天平稱取1g食用葛根粉；（2）將稱取物加入50mL純水之中配置質量分數為2%的溶液；（3）將水浴恒溫振蕩器溫度調至85℃后，對配置溶液進行恒溫水浴處理，攪拌時間控制為30min；（4）將水浴處理后的溶液置入離心管后，放入低溫離心機進行離心處理，具體參數設置要求離心時間設定為15min，每分鐘的轉數設定為3000r；（5）離心完成后，取其上清液進行烘干處理，烘箱溫度設置為105℃；（6）烘干后進行稱重，得到水溶液性葛根粉質量，并將離心管中沉淀部分當作膨脹葛根粉，從而將兩種類型的葛根粉代入溶解度與膨潤力計算公式獲取相關數據。

凍融穩定性的測定與溶解度及膨潤力的方法相同，具體操作如下：（1）通過精確度可以達到0.001g的電子分析天平稱取1g食用葛根粉；（2）將稱取物加入50mL純水之中配置質量分數為3%的溶液；（3）沸水浴15min，要求對其溶液體積進行了測定確保加熱時不發生改變；（4）在實驗室常溫條件下進行冷卻處理，并將其移取到塑料離心管之中，移取物為葛根粉糊；（5）將保存箱的溫度設置為零下20℃保存移取物，具體保存時間以24h為準；（6）將保存的移取物取出后進行解凍處理，并進行離心至有水析出。離心時長設定為20min，每分鐘設置4000r，當無水析出時，需要試驗人員進行反復凍融直到滿足試驗要求；（7）對于離心后的溶液進行濾紙過濾處理，并稱重其中的沉淀物，將具體數值代入到析水率公式得到相關數據。

以抗氧化活性測定為例，重點集中在溶液制備上，方法如下：（1）用電子分析天平稱取2g的食用葛根粉；（2）將稱取物加入80mL乙醇溶液（體積分數為70%）；（3）將水浴恒溫振蕩器溫度調至80℃后，對配置溶液進行避光浸提處理，時間設定為30min；（4）將提取液置于離心管后放入離心機，離心時間設定為10min，每分鐘設置3000r，離心完成后提取上清液即為目標液并放入冰箱進行冷藏備用等。

2.3 數據處理

3. 結果與分析

3.1 對微生物存活數的影響

首先，應用電子束輻照對葛根粉中的微生物進行殺滅處理，根據輻照原理與實踐經驗，微生物存活數量必定會減少。經本次實驗測定結果顯示，初始菌落總數、霉菌數、大腸菌群數分別為2.2×10CFU/g、5.0×10CFU/g、15MPN/g。

其次，按照不同輻照劑量，對其進行測定后，根據輻照劑量、葛根粉菌落總數對數值（lgN）之間存在的“輻照劑量增大，污染微生物存活數量隨之減少”的基本關系，擬合后得到方程y=-0.3732X+3.4066，R=0.98。求出菌落總數、霉菌數、大腸菌群數相關的D值，得到2.68kGy、1.94kGy、2.17kGy。由于2.68kGy是應用電子束輻照時的標準技術參數，相當于殺滅90%微生物的輻照劑量，此時將該值作為參考值，可知菌落總數降低了一個數量級。

3.2 對一般營養成分的影響

通過對不同輻照劑量下葛根粉中的水分、蛋白質、脂肪、灰分、淀粉、多糖、膳食纖維、維生素B、維生素B等一般營養成分進行測定，結果顯示，在不同輻照劑量、輻照環境、輻照對象的種類條件下，其輻射敏感性存在差異。具體如下：

（1）水分、灰分、蛋白質、淀粉含量，在不同輻照條件下均無顯著差異（P＞0.05）。

（2）脂肪含量在輻照后受到了明顯影響，根據每100g葛根粉含有0.1g脂肪進行對比，輻照樣品顯著高于未進行輻照的樣品（P＜0.05），但是，在不同的輻照劑量下并無顯著差異（P＞0.05）。

（3）多糖含量在輻照測定條件下高于未進行輻照的樣品含量，差異顯著（P＜0.05）。

（4）與其它一般營養成分相比，膳食纖維含量相對減少，差異顯著（P＜0.05）。

（5）維生素屬于能量代謝成分，與輻照關系不大，而且在輻照劑量變化的條件下也沒有相關性。

3.3 對異黃酮類成分的影響

在異黃酮類成分測定方面，以葛根素、大豆苷、大豆苷元為主。例如，葛根作為藥用產品時，主要應用成分為葛根素，這種成分在葛根粉中屬于特有活性成分，含量占到總黃酮含量的1/2以上。因而在評價此類產品質量時，需要將其作為一項重要指標。

根據本次試驗結果看，除在6.0kGy劑量時葛根素略有差異外，其他劑量條件下含量明顯增加，而且，在6.0與8.0kGy輻照劑量條件下，達到了最大值，差異顯著（P＜0.05）。與之相比，大豆苷、大豆苷元在輻照條件下并沒有發生明顯變化，而且在不同的輻照劑量下亦是如此。因此無顯著差異（P＞0.05）。

3.4 其他方面的影響

在葛根粉物理特性測定方面，內容相對較多。而且，每項測定內容均有固定的公式可以進行具體計算，測定數值相對客觀。

例如，在白度、溶解度、膨潤力、凍融穩定性方面，輻照會產生明顯影響。對比不同輻照計量下的物理特性看，除白度的變化值不大外，其它方面均有顯著差異（P＜0.05）。

再如，當輻照劑量在2.0kGy到8.0kGy范圍之間時，葛根粉的凍融穩定性明顯增強、析水率有所下降。根據現階段的研究成果看，當溶解度增加的情況下，此類產品的沖調性相對較好。所以在輻照后葛根粉溶解度與膨潤力均增大的情況下，其功能特性有所增加，品質相對提高。

再如，在輻照條件下葛根粉的抗氧化活性，主要表現在DPPH自由基清除能力、羥自由基（OH）清除能力、還原力等方面，根據本次測定試驗結果看，DPPH自由基在2.0kGy到8.0kGy范圍時清除率相對較高，具有顯著差異（P＜0.05）。但是，它與輻照劑量之間并不存在可見的線性關系。總體上看，輻照對抗氧化活性并無明顯影響。

結語

總之，葛根粉的藥用與食用價值比較高，在此類產品的生產加工中應用電子束輻照技術，不僅可以有效化解熱不穩定性產生的滅菌問題，也能提高產品的生產加工效率，擴增企業可盈利空間。結合上述分析可以看出，輻照量增大后，葛根粉中的微生物存活數量相對減少，而且不會對其中的一般營養成分含量與主要活性成分等產生負面影響。同時，在增加其凍融穩定性的情況下，可以有效保障此類產品質量。因此，在我國經濟進入高質量發展階段后，應進一步增強對電子束輻照殺菌技術的研究，并使其在葛根粉產品生產加工中，發揮更大的技術效用，以提升其食用功效。