辐照灭菌技术对葛根粉品质影响的因素分析

文 李奎 蔚江涛 白俊青 牛伟 李世超 .杨凌核盛辐照技术有限公司；2.中陕核核盛科技有限公司

在食用葛根粉生产制造过程中，需要应用辐照灭菌技术，该技术的应用会对葛根粉的品质产生一定影响。因此，本文以此为研究，通过科学实验方法，结果显示，辐照灭菌技术对葛根粉品质的影响，主要集中在微生物存活数、一般营养成分、异黄酮类成分、物理特性、抗氧化活性方面。其中，不会降低微生物存活数量，在不同辐照剂量、辐照环境、辐照对象的条件下，一般营养成分的辐射敏感性存在差异。除在6.0kGy剂量时葛根素略有差异外，其他剂量条件下葛根素含量明显增加，而且在6.0与8.0kGy辐照剂量条件下达到了最大值，差异显著（P＜0.05）。在溶解度、膨润力、冻融稳定性、物理特性方面，均有积极影响，有利于提高食用葛根粉产品质量，但是，在白度与总的抗氧化性方面并无明显影响。因此，应在食用葛根粉生产加工时，选择合适的辐照剂量，以提升产品品质。

葛根植物属于豆科葛属，经我国卫生部批准，可以从药用与食用途径对其价值进行开发利用。实践经验表明，通过对其块根的粉碎、分离、过滤、干燥处理后，能制成粉状可食用葛根粉产品。从主要食用成分看，葛根淀粉含量比较高，而且富含膳食纤维、矿质元素、氨基酸、异黄酮等。从活性成分看，葛根中的异黄酮类成分，可以对心脑血管疾病产生一定的治疗功效。由于葛根中含微生物，在生产加工中超标后会产生相应危害，因而需要对其进行辐照灭菌处理。下面先对葛根粉产品生产加工中的电子束辐照技术加以说明。

1. 电子束辐照技术概述

从葛根粉的主要活性成分看，其特征集中体现在热不稳定性方面，因此在生产加工此类产品时，高温灭菌方法的应用效用相对不足。因此，在我国质量体系管理标准要求之下，通常采用辐照灭菌方案。从本质上看，辐照技术属于冷加工技术，能够对葛根粉产品生产加工时，具有污染的微生物进行相应的控制，在不损害产品主要营养成分与功能的情况下，保障产品质量。以常用的电子束辐照技术为例，其优势是性价比高，具体表现在成本适中、操作简易、安全可靠、应用效用大等方面。近年来，通过对辐照技术应用经验的总结，逐渐优化了电子束辐照杀菌技术，较好地提高了电子束流稳定性，扩增了该技术的应用效用。

2. 实验方法

下面以葛根粉作为实验对象，采用实验方法对电子束辐照在葛根粉产品生产加工中的影响进行分析。实验内容包括材料、仪器、方法、数据处理、影响分析，具体操作中主要是选取不同辐照剂量（共计6种：0kGy、2.0kGy、4.0kGy、6.0kGy、8.0kGy、10.0kGy）的电子束辐照，对实验样品及对照样品进行辐照处理，然后展开具体分析。

2.1 实验材料

2.1.1 材料

样品：食用葛根粉。

对照样品：大豆苷、葛根素、大豆苷元、D-无水葡萄糖。

分析纯：盐酸、浓硫酸、硫酸钾、石油醚、氯化钠。

色谱纯：正己烷。

2.1.2 仪器

电子束辐照加工系统：本公司实际有的“DZ-10/20”型电子束辐照加工系统。

电子分析天平：MS304s/01。

立式压力蒸汽灭菌锅：LDZX-50KBS。

超净工作台：BCM-1000。

霉菌培养箱：MJ。超声波清洗器：KQ-300VDB。

定氮仪蒸馏器：KT 200FOSS凯氏。

水浴恒恒温振荡器：SHA-CD。

循环水式多用真空泵：SHB-Ⅲ。

低温离心机：Allgera 64。

白度计：WBS-L。

低温保存箱：DW-40L508。

紫外可见分光光度计：UV-2450。

液相色谱仪：e2695，LC 20AT。

2.2 实验方法

2.2.1 准备样品

微生物检测：选用PE透明自封袋封装食用葛根粉，共计18份，每份50g。

理化指标检测：同上述方法，选取18份，每份250g。

2.2.2 电子束辐照

专用金属托盘：厚度3cm到4cm，将样品均匀置于托盘上。辐照剂量：0 kGy、2.0 kGy、4.0 kGy、6.0kGy、8.0 kGy、10.0 kGy。

参数设置：（1）电子加速器输出功率：10kW；（2）电子束能量：10MeV；（3）电子束流扫描速率：220次/s。

辐照控制：用托盘控制电子束下的传输速度，辐照完成后室温条件下进行储存。

2.2.3 测定内容

测定内容：微生物存活数、一般营养成分含量、多糖含量、异黄酮类成分含量、物理性能、还原力。下面根据确定的实验方法，对多糖含量测定、异黄酮类成分含量测定、物理性能测定、抗氧化活性测定做出说明。

以测定多糖含量为例：（1）称取0.06gD-无水葡萄糖（5%），将其置入50mL容量瓶，然后加纯水至最大刻度值，通过溶解、稀释、摇匀处理，得到对照品溶液0.12mg/mL。用吸管吸取对照品溶液置于比色管（1mL），具体操作中按照0.8mL、0.7mL、0.6mL、0.5mL、0.4mL、0.3mL、0.2mL的顺序进行吸取。对于不能达到比色管容量的通过加纯水的办法使其达到所需标准。（2）称取0.08g葛根粉放入圆底烧瓶并加纯水至100mL，按照称“重—加热—回流—提取—放冷—称重—补重量—摇匀—过滤—吸取”的流程进行操作，最后得到0.5mL滤液。（3）将试验样品（葛根溶液）、对照样品（D-无水葡萄糖溶液）放入比色管（25mL），加水至1mL后，在两种溶液中各加入2mL苯酚溶液（5%）、7m浓硫酸溶液，每加1次溶液摇匀后，再加入另一种，加完后置于沸水浴进行15min的加热，冷却至室温用紫外可见分光光度计于490nm位置对其吸光度进行测定。

以测定异黄酮类成分含量为例：称取1kg葛根粉置入容量瓶（50mL），选择乙醇进行定容处理（30%，V/V）后，将其放在恒温水浴（40℃）进行超声提取，过滤后用HPLC分析方法获得色谱度。高效液相色谱仪相关参数设置如下：（1）色谱柱：4.6mmx250mm，5um；（2）流动相：水、甲醇；（3）流速：1Ml/min；（4）柱温：35℃；（5）进样量：5ul；（6）检测波长：250nm。以物理性能测定为例：根据GB/T22427.6-2008中给出的标准方法进行白度测定。溶解度与膨润力的测定方法如下：（1）通过精确度可以达到0.001g的电子分析天平称取1g食用葛根粉；（2）将称取物加入50mL纯水之中配置质量分数为2%的溶液；（3）将水浴恒温振荡器温度调至85℃后，对配置溶液进行恒温水浴处理，搅拌时间控制为30min；（4）将水浴处理后的溶液置入离心管后，放入低温离心机进行离心处理，具体参数设置要求离心时间设定为15min，每分钟的转数设定为3000r；（5）离心完成后，取其上清液进行烘干处理，烘箱温度设置为105℃；（6）烘干后进行称重，得到水溶液性葛根粉质量，并将离心管中沉淀部分当作膨胀葛根粉，从而将两种类型的葛根粉代入溶解度与膨润力计算公式获取相关数据。

冻融稳定性的测定与溶解度及膨润力的方法相同，具体操作如下：（1）通过精确度可以达到0.001g的电子分析天平称取1g食用葛根粉；（2）将称取物加入50mL纯水之中配置质量分数为3%的溶液；（3）沸水浴15min，要求对其溶液体积进行了测定确保加热时不发生改变；（4）在实验室常温条件下进行冷却处理，并将其移取到塑料离心管之中，移取物为葛根粉糊；（5）将保存箱的温度设置为零下20℃保存移取物，具体保存时间以24h为准；（6）将保存的移取物取出后进行解冻处理，并进行离心至有水析出。离心时长设定为20min，每分钟设置4000r，当无水析出时，需要试验人员进行反复冻融直到满足试验要求；（7）对于离心后的溶液进行滤纸过滤处理，并称重其中的沉淀物，将具体数值代入到析水率公式得到相关数据。

以抗氧化活性测定为例，重点集中在溶液制备上，方法如下：（1）用电子分析天平称取2g的食用葛根粉；（2）将称取物加入80mL乙醇溶液（体积分数为70%）；（3）将水浴恒温振荡器温度调至80℃后，对配置溶液进行避光浸提处理，时间设定为30min；（4）将提取液置于离心管后放入离心机，离心时间设定为10min，每分钟设置3000r，离心完成后提取上清液即为目标液并放入冰箱进行冷藏备用等。

2.3 数据处理

3. 结果与分析

3.1 对微生物存活数的影响

首先，应用电子束辐照对葛根粉中的微生物进行杀灭处理，根据辐照原理与实践经验，微生物存活数量必定会减少。经本次实验测定结果显示，初始菌落总数、霉菌数、大肠菌群数分别为2.2×10CFU/g、5.0×10CFU/g、15MPN/g。

其次，按照不同辐照剂量，对其进行测定后，根据辐照剂量、葛根粉菌落总数对数值（lgN）之间存在的“辐照剂量增大，污染微生物存活数量随之减少”的基本关系，拟合后得到方程y=-0.3732X+3.4066，R=0.98。求出菌落总数、霉菌数、大肠菌群数相关的D值，得到2.68kGy、1.94kGy、2.17kGy。由于2.68kGy是应用电子束辐照时的标准技术参数，相当于杀灭90%微生物的辐照剂量，此时将该值作为参考值，可知菌落总数降低了一个数量级。

3.2 对一般营养成分的影响

通过对不同辐照剂量下葛根粉中的水分、蛋白质、脂肪、灰分、淀粉、多糖、膳食纤维、维生素B、维生素B等一般营养成分进行测定，结果显示，在不同辐照剂量、辐照环境、辐照对象的种类条件下，其辐射敏感性存在差异。具体如下：

（1）水分、灰分、蛋白质、淀粉含量，在不同辐照条件下均无显著差异（P＞0.05）。

（2）脂肪含量在辐照后受到了明显影响，根据每100g葛根粉含有0.1g脂肪进行对比，辐照样品显著高于未进行辐照的样品（P＜0.05），但是，在不同的辐照剂量下并无显著差异（P＞0.05）。

（3）多糖含量在辐照测定条件下高于未进行辐照的样品含量，差异显著（P＜0.05）。

（4）与其它一般营养成分相比，膳食纤维含量相对减少，差异显著（P＜0.05）。

（5）维生素属于能量代谢成分，与辐照关系不大，而且在辐照剂量变化的条件下也没有相关性。

3.3 对异黄酮类成分的影响

在异黄酮类成分测定方面，以葛根素、大豆苷、大豆苷元为主。例如，葛根作为药用产品时，主要应用成分为葛根素，这种成分在葛根粉中属于特有活性成分，含量占到总黄酮含量的1/2以上。因而在评价此类产品质量时，需要将其作为一项重要指标。

根据本次试验结果看，除在6.0kGy剂量时葛根素略有差异外，其他剂量条件下含量明显增加，而且，在6.0与8.0kGy辐照剂量条件下，达到了最大值，差异显著（P＜0.05）。与之相比，大豆苷、大豆苷元在辐照条件下并没有发生明显变化，而且在不同的辐照剂量下亦是如此。因此无显著差异（P＞0.05）。

3.4 其他方面的影响

在葛根粉物理特性测定方面，内容相对较多。而且，每项测定内容均有固定的公式可以进行具体计算，测定数值相对客观。

例如，在白度、溶解度、膨润力、冻融稳定性方面，辐照会产生明显影响。对比不同辐照计量下的物理特性看，除白度的变化值不大外，其它方面均有显著差异（P＜0.05）。

再如，当辐照剂量在2.0kGy到8.0kGy范围之间时，葛根粉的冻融稳定性明显增强、析水率有所下降。根据现阶段的研究成果看，当溶解度增加的情况下，此类产品的冲调性相对较好。所以在辐照后葛根粉溶解度与膨润力均增大的情况下，其功能特性有所增加，品质相对提高。

再如，在辐照条件下葛根粉的抗氧化活性，主要表现在DPPH自由基清除能力、羟自由基（OH）清除能力、还原力等方面，根据本次测定试验结果看，DPPH自由基在2.0kGy到8.0kGy范围时清除率相对较高，具有显著差异（P＜0.05）。但是，它与辐照剂量之间并不存在可见的线性关系。总体上看，辐照对抗氧化活性并无明显影响。

结语

总之，葛根粉的药用与食用价值比较高，在此类产品的生产加工中应用电子束辐照技术，不仅可以有效化解热不稳定性产生的灭菌问题，也能提高产品的生产加工效率，扩增企业可盈利空间。结合上述分析可以看出，辐照量增大后，葛根粉中的微生物存活数量相对减少，而且不会对其中的一般营养成分含量与主要活性成分等产生负面影响。同时，在增加其冻融稳定性的情况下，可以有效保障此类产品质量。因此，在我国经济进入高质量发展阶段后，应进一步增强对电子束辐照杀菌技术的研究，并使其在葛根粉产品生产加工中，发挥更大的技术效用，以提升其食用功效。