电子束辐照灭菌对豆粕营养品质的影响

李湘 陈云堂 范家霖 吕晓华 张建伟 杨保安

摘要：采用不同剂量（０、０．８３、１．５６、２．３０、４．９３、７．８４ ｋＧｙ）的电子束辐照饲用豆粕样品，研究其对饲用豆粕营养品质的影响。结果显示，辐照剂量为０．８３ ｋＧｙ以上时豆粕样品中霉菌总数小于１０ ＣＦＵ／ｇ，辐照剂量为２．３０ ｋＧｙ时豆粕样品中细菌总数下降至１００ ＣＦＵ／ｇ；不同剂量的电子束辐照对豆粕的蛋白质含量、氨基酸的含量与组成、蛋白质溶解度的影响不明显；电子束辐照能影响豆粕的尿素酶活性（Ｐ＜０．０５），且随着辐照剂量的增加尿素酶活性降低。结果表明，２．３０～７．８４ ｋＧｙ剂量的电子束辐照能有效控制豆粕中的微生物，且对豆粕营养品质的影响不显著。

关键词：电子束；辐照灭菌；豆粕；营养品质

中图分类号：ＴＳ２２９；Ｓ８１６．９文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０12）18－4082-03

Effect of Electron Beam Irradiation on the Nutrition Quality of Soybean Meal

ＬＩ Ｘｉａｎｇ，ＣＨＥＮ Ｙｕｎ－ｔａｎｇ，ＦＡＮ Ｊｉａ－ｌｉｎ，Ｌ?譈 Ｘｉａｏ－ｈｕａ，ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ－ｗｅｉ，ＹＡＮＧ Ｂａｏ－ａｎ

（Ｉｓｏｔｏｐｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．， Ｌｔｄ， / Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ， Ｈｅｎａｎ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００１５，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｓａｍｐｌｅｓ ｏｆ ｓｏｙｂｅａｎ ｍｅａｌ ｗｅｒｅ ｅｘｐｏｓｅｄ ｔｏ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｗｉｔｈ ｄｏｓａｇｅ ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ ０， ０．８３， １．５６， ２．３０， ４．９３， ７．８４ ｋＧｙ， ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃａｃｙ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｆｏｒ ｄｅｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎ ｓｏｙｂｅａｎ ｍｅａｌ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｆｕｎｇｉ ｎｕｍｂｅｒ ｗｅｒｅ ｉｎｈｉｂｉｔｅｄ ｔｏ １０ ＣＦＵ／ｇ ｂｙ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｄｏｓｅ was ａｂｏｖｅ ０．８３ ｋＧｙ， ｗｈｅｒｅａｓ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ａｅｒｏｂｉｃ ｂａｃｔｅｒｉａ ｗｅｒｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｏ １００ ＣＦＵ／ｇ ｗｈｅｎ ｓｏｙｂｅａｎ ｍｅａｌｓ ｗｅｒｅ ｇｉｖｅｎ ａ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ｄｏｓｅ ｏｆ ２．３０ ｋＧｙ． Ｔｈｅ ｐｒｏｔｅｉｎ ｃｏｎｔｅｎｔ， ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｉｎ ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｏｙｂｅａｎ ｍｅａｌ ｓａｍｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ｎｏｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｂｙ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ（Ｐ＞０．０５）， ｂｕｔ ｔｈｅ ｕｒｅａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ｄｏｓａｇｅ（Ｐ＜０．０５）． Ｉｔ was ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ｄｏｓｅ of ２．３０～７．８４ ｋＧｙ was ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｆｏｒ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｄｅｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｏｙｂｅａｎ ｍｅａｌ， ａｎｄ ｈａｄ ｎｏ ａｄｖｅｒｓｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎａｌ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｏｙｂｅａｎ ｍｅａｌ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ； ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ； ｓｏｙｂｅａｎ ｍｅａｌ； ｄｅｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ； ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ

豆粕的蛋白质含量高、品质好、利用率高，对于动物而言是难得的优质植物性蛋白来源，同时也为饲料中微生物和仓储害虫的孳生、繁殖提供了物质基础。据报道，每克混合饲料约含有总厌氧菌数量１．３×１０５～２．２×１０６ ＣＦＵ、大肠杆菌２．５×１０２～７．５×１０５ ＣＦＵ、嗜高渗性霉菌１．５×１０３～３．５×１０５ ＣＦＵ、其他真菌２．４×１０３～４．５×１０５ ＣＦＵ［１］。生物害虫大量群居不仅消耗饲料中的大量营养物质，造成饲料质量的虫咬损失、引起饲料感官性状的恶化，而且群居害虫的代谢产物会导致禾谷类饲料活性增加，引起堆积物的生物性发热而使饲料中的淀粉分解、营养成分减少［２］。这些微生物、仓储害虫所产生的刺激性代谢产物和毒素将直接危害到动物的健康，并进而影响到动物产品的食用安全性。

食品辐照技术因其具有高效性、安全性、无残留的特点，将逐渐取代饲粮仓储中传统的化学熏蒸法、蒸气灭菌法。食品辐照技术作为一种“冷处理”的物理方法，耗能少，杀虫灭菌效果明显，且不添加任何化学物质，经国际社会的长期研究，充分证明食品辐照是一项非常安全的加工处理方法［３］。１９８０年，ＦＡＯ／ＩＡＥＡ／ＷＨＯ认定经１０ ｋＧｙ以下剂量辐照的食品是安全可靠的，不需要进行任何毒理学试验；我国卫生部也把允许使用的食品辐照剂量由１ ｋＧｙ调整到了１０ ｋＧｙ。

食品辐照手段包括放射性元素（６０Ｃｏ、１３７Ｃｓ）产生的γ射线辐照和电子加速器产生的电子束、Ｘ射线辐照；其中，电子束辐照技术因其安全、方便、节能、环保等优点在解决食品安全问题中具有独特的技术特色和优势［４，５］，１０ ｋＧｙ的辐照剂量能有效实现对储藏害虫和霉菌污染的防治，在防止食源性致病微生物污染和进出口检疫方面应用潜力巨大［６－９］，近些年已广泛应用于食品、粮食、水果、蔬菜、禽肉保鲜等方面［１１］。然而，以往关于辐照饲料的研究多集中于６０Ｃｏ γ射线辐照方面。近年来，电子加速器设备技术水平的进步也为电子束辐照技术的推广与应用提供了技术保障与设备支持。最近研究表明，在大豆灭菌方面，６０Ｃｏ γ射线辐照和电子束辐照的灭菌效果无差异，但与６０Ｃｏ γ射线辐照相比，电子束辐照对大豆的发芽能力、脂肪氧化、脂氧合酶活性、自由基清除能力、类胡萝卜素的抑制或破坏作用较小或无［８］。但目前仍较少见有关电子束辐照灭菌技术对饲用豆粕营养品质的研究报道。因此，本研究将初步探讨低能电子束辐照对饲用豆粕营养品质的影响，以期为电子束辐照技术在饲料储藏方面的推广与应用提供理论依据和数据支持。

１材料与方法

１．１试验材料

豆粕样品购自郑州市桑园饲料兽药市场［益海（连云港）粮油工业有限公司］。

１．２试验设备

电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏实验设备有限公司）；高速万能粉碎机（天津市泰斯特仪器有限公司）；ＡＬ２０４分析天平［梅特勒－托利多仪器（上海）有限公司］；２３００型全自动定氮仪（瑞典ＦＯＳＳ ＴＥＣＡＴＯＲ公司）；Ｌ－８９００全自动氨基酸分析仪（日立公司）。

１．３试验方法

１．３．１辐照处理采用无锡爱邦电子加速器公司的５ ＭｅＶ电子加速器进行静态辐照加工，能量为４．９ ＭｅＶ、束流为２ ｍＡ，传送速率为６ ｍ／ｍｉｎ；样品采用半吸收剂量、翻转１８０°的辐照方式，以保证样品吸收剂量均匀。豆粕设０、０．８３、１．５６、２．３０、４．９３、７．８４ ｋＧｙ ６个不同辐照剂量水平，每个剂量３重复，每重复５００ ｇ；样品采用塑料薄膜样品袋进行普通包装。

１．３．２微生物检验细菌总数、霉菌总数的测定分别根据ＧＢ／Ｔ １３０９３－２００６、ＧＢ／Ｔ １３０９２－２００６方法，于辐照后第二天进行。

１．３．３营养成分分析测定辐照前后样品粗蛋白质、粗脂肪、氨基酸含量的变化情况，由农业部农产品质量监督检验测试中心（郑州）检测。水分、粗蛋白、粗脂肪、灰分、粗纤维的含量测定分别按ＧＢ／Ｔ ５００９．３－２０１０、ＧＢ／Ｔ ５００９．５－２０１０、ＧＢ／Ｔ ６４３３－２００６、ＧＢ／Ｔ ６４３８－２００７、ＧＢ／Ｔ ６４３４－２００７测定；氨基酸含量分析按ＧＢ／Ｔ ５００９．１２４－２００３测定，其中色氨酸的含量按ＮＹ／Ｔ ５７－１９８７测定；蛋白质KOH溶解度的测定按ＧＢ／Ｔ １９５４１－２００４的方法进行；尿素酶活性分析按ＧＢ ８６２２－２００６的方法进行。

１．４数据处理

采用ＳＡＳ６．１２软件ＧＬＭ程序对试验数据进行处理和分析。

２结果与分析

２．１电子束辐照豆粕的灭菌效果

经不同剂量的电子束加速器辐照后，豆粕样品的微生物变化情况如表１所示。由表１可知，经不同剂量的电子束辐照后，豆粕粉中微生物含量明显下降，且辐照剂量越大灭菌效果越明显。当辐照剂量为０．８３ ｋＧｙ时，豆粕样品中霉菌总数小于１０ ＣＦＵ／ｇ，细菌总数由初始带菌量的５．９×１０３ ＣＦＵ／ｇ下降至１．９×１０３ ＣＦＵ／ｇ；当辐照剂量为２．３０ ｋＧｙ时，豆粕样品中细菌总数下降至１００ ＣＦＵ／ｇ，灭菌率达９８％以上。可见，电子束辐照对豆粕中微生物的最低有效杀灭剂量为２．３０ ｋＧｙ。

２．２电子束辐照对豆粕主要营养成分的影响

由表２可知，电子束辐照对豆粕样品中粗蛋白、粗脂肪、水分、粗灰分、粗纤维的含量影响不明显，相关分析也表明其间不存在有明显的线性相关性，这与其他学者的报道相一致［１１－１３］。Ｆａｒａｇ［１２］认为这与豆粕中水分含量较少而不能产生足够的辐解产物、水自由基有关。Ｄｉｅｈｌ等［１４］研究证实，饲料混合物中的粗蛋白、脂肪对抗辐照的稳定性优于处于单一纯合状态的粗蛋白、脂肪。因此，采用１０ ｋＧｙ以下剂量的电子束进行辐照，对豆粕饲料的主要营养成分无不良影响。

２．３电子束辐照对豆粕中氨基酸组成的影响

蛋白饲料的品质由其蛋白质含量和氨基酸组成平衡性来决定。研究表明，推荐剂量范围内（≤１０ ｋＧｙ）的辐照剂量不影响食品中蛋白质含量的变化，但对其氨基酸模式有轻微的影响，其影响程度与辐照过程中各种氨基酸的分子结构变化有关［１５，１６］。

由表３可知，电子束辐照对豆粕中氨基酸含量的影响不明显或无影响，这与６０Ｃｏ γ射线辐照对大豆蛋白粉中氨基酸含量影响的报道相一致［１７］。在必需氨基酸的含量与组成平衡性方面，电子束辐照对豆粕蛋白中的总必需氨基酸（ＴＥＡＡ）含量存在有一定的影响，但影响趋势不明显，吸收剂量为７．８４ ｋＧｙ时ＴＥＡＡ含量较未辐照组下降了１．６７％，同时必需氨基酸指数（ＥＡＡＩ）也略有下降。

２．４电子束辐照对豆粕蛋白质溶解度的影响

ＧＢ／Ｔ １９５４１－２００４《饲料用大豆粕》中规定，豆粕技术指标及质量分级标准不仅主要依据粗蛋白质、水分和粗纤维来分等级，还需要通过测定蛋白质KOH溶解度和尿素酶活性，以此作为最终评定豆粕质量好坏的依据。因此，本研究考察了电子束辐照对豆粕蛋白质KOH溶解度和尿素酶活性的影响。由于蛋白质营养性、功能性的表现直接取决于其进入溶液的能力（速度和数量），所以溶解性常作为评价蛋白质潜在应用能力的重要指标［１８］。据报道，蛋白质KOH溶解度的最佳值在７３％～８５％，蛋白质溶解度＜７０％时大豆粕的营养价值已受到破坏［１９］。蛋白质的溶解稳定性取决于其自身所含亲水基团如－ＮＨ２、ＣＯＯＨ、－ＯＨ及肽链与水分子相互作用而在蛋白质颗粒外围所形成水膜的稳定性［２０］；在长期的高湿、高温、紫外线照射情况下，蛋白质分子极易发生变性和分解，稳定二级、三级结构的连接键（特别是Ｈ键）断裂、有规则的空间构型松散、包裹在球蛋白内部的疏水基团暴露，从而破坏了水化层（水膜）的形成与稳定性，导致蛋白质KOH溶解度降低［２１］。热加工处理过度时，不仅会使豆粕中的蛋白质分子发生变性，而且还会产生美拉德反应，生成稳定的不能被动物利用的棕色聚合体，使有效赖氨酸、精氨酸显著下降［２２］。因此，蛋白质KOH溶解度被公认为是评估大豆加工过度或不足的较理想方法。

本研究中，电子束辐照对豆粕蛋白质KOH溶解度的影响如图１所示。结果表明，电子束辐照几乎不影响豆粕的蛋白质KOH溶解度。未辐照组与辐照组豆粕的蛋白质KOH溶解度在７３％～７６％，各组间差异不明显（Ｐ＞０．０５），这就说明了试验剂量范围内的电子束辐照对豆粕中蛋白质分子的结构、蛋白质与碳水化合物之间的相互作用影响较小。

２．５电子束辐照对豆粕尿素酶活性的影响

豆粕不仅含有丰富的蛋白质、脂肪、碳水化合物等营养成分，同时也含有多种能被热破坏的抗营养因子，其中以胰蛋白抑制因子对动物的影响最为重要，它在消化道内能使胰蛋白酶和凝乳酶失活，降低蛋白质的消化、利用率，而且能引起胰脏代偿性增大，直接影响动物的健康生长［２３－２５］。

尿素酶是豆粕中含有的几种天然酶类之一，其本身不是抗营养因子，但在豆粕中的含量与胰蛋白抑制因子的含量成正比，加工过程使抗营养因子钝化或灭活时，也使尿素酶活性降低甚至失活，而且尿素酶活性测定相对于胰蛋白抑制因子较为方便，所以通常采用测定尿素酶活性的方法来作为评定豆粕加工程度是否适当及营养品质的好坏［２４］，且优质豆粕的尿素酶活性通常控制在０．０５～０．２５△ｐＨ范围内［２６］。Ｔｏｌｅｄｏ等［２７］、Ｆａｒａｇ［１２］研究表明，８、６０ ｋＧｙ剂量的γ射线辐照能使胰蛋白酶抑制因子的活性分别降至１８．１９、９．９ Ｕ／ｇ，尿素酶活性下降至可被接受范围内（０．０５～０．２５△ｐＨ），同时豆粕中其他抗营养因子的含量也随着辐照剂量的增加而减少。

在本研究中，电子束辐照后豆粕中尿素酶活性的变化如图２所示。结果表明，电子束辐照对豆粕中尿素酶活性的影响明显（Ｐ＜０．０５），且随着辐照剂量的增加尿素酶的活性下降，这与其他学者［１３］关于辐照对豆粕中抗营养因子的影响趋势相一致。相对于未辐照组，经０．８３、１．５６、２．３０、４．９３、７．８４ ｋＧｙ不同剂量辐照后豆粕中尿素酶活性分别下降了２．５２％、５．３６％、５．６７％、９．４６％、１１．３６％，其中０．８３、１．５６、２．３０ ｋＧｙ辐照剂量对豆粕中尿素酶活性的影响差异不显著（Ｐ＞０．０５），而４．９３、７．８４ ｋＧｙ剂量组豆粕的尿素酶活性相对于未辐照组差异显著（Ｐ＜０．０５）。

３结论

１）电子束辐照能有效控制豆粕粉中的微生物数量，且辐照剂量越大灭菌效果越明显；饲用豆粕的电子束辐照杀菌的最低有效吸收剂量为２．３０ ｋＧｙ。

２）电子束辐照不影响饲用豆粕的蛋白质含量、氨基酸组成；７．８４ ｋＧｙ时饲用豆粕的ＴＥＡＡ、ＥＡＡＩ均略有下降。

３）电子束辐照对豆粕蛋白质KOH溶解度影响不显著，但能显著低尿素酶活性。

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收稿日期：２０１２－０３－０１

基金项目：农业部公益性行业（农业）科研专项经费项目（２０１１０３００７）；河南省创新型科技人才队伍建设工程项目［豫科人事（２００９）２号］；

郑州市创新型科技人才队伍建设工程项目（０９６ＳＹＪＨ２８０８７）；河南省重点攻关计划项目（１１２１０２１１００４３）

作者简介：李湘（１９８１－），女，湖南湘潭人，助理研究员，博士，主要从事核技术应用研究，（电话）０３７１－６８９８２９６３（电子信箱）

ｌｉｘｉａｎｇ７７８３＠１２６．ｃｏｍ；通讯作者，陈云堂，研究员，主要从事核技术应用研究，（电话）０３７１－６８９８２９６３（电子信箱）ｃｈｙｔ１０１５＠１６３．ｃｏｍ。