60Co-γ不同剂量辐照对明胶特性的影响

耿胜荣， 廖 涛， 李 新， 鉏晓艳

(湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所/湖北省农产品辐照加工中心/湖北省农业科技创新中心，湖北武汉 430064)

60Co-γ不同剂量辐照对明胶特性的影响

耿胜荣， 廖 涛， 李 新， 鉏晓艳*

(湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所/湖北省农产品辐照加工中心/湖北省农业科技创新中心，湖北武汉 430064)

研究经0～52.7 kGy60Co-γ射线照射后的明胶黏度、胶凝特性、蛋白组分、分子量与吸收剂量的关系，结果表明，明胶的特性黏度、相对黏度、凝胶强度、熔化温度和分子量随剂量的增加呈下降趋势.明胶的大分子物质含量随剂量的增加而减少，Mn和Mw范围为7 839～10 861，32 444～36 506.分子量分布逐渐加宽，范围为3.36～4.45.同时，辐照后明胶膜的胶凝点上升，范围39.8～42.7℃.明胶颗粒的致密性好，表面平滑.实验结果说明，在有限水和无限氧气存在下，小分子量明胶的辐射反应为分解反应.

60Co-γ辐照;明胶;分子量;分解

*鉏晓艳，女，助理研究员，博士，主要从事农产品加工与辐射技术研究.通讯作者.

辐照是一种利用电离射线与物质作用，产生的物理、化学和生物学效应，达到杀虫灭菌的目的［1］.射线的穿透力强和冷杀菌两个优点，尤其适合组织材料、医药和医疗用品上的消毒灭菌［2－4］，保证生物安全性和延长货架期.目前辐照作为明胶和胶囊灭菌应用已十分广泛.但是辐照过程中常常产生负效应导致明胶黏度下降、胶囊易碎、溶胀性差的问题.目前关于明胶品质劣变的研究在明胶可溶性变差，导致药品胶囊的药物溶出率低［5］，明胶膜的交联改性［6］方面有报道，但胶囊或明胶本身在原料阶段辐射灭菌引起的品质变化缺乏研究.本实验以小分子量进口明胶为材料，开展辐照对明胶理化性能与蛋白成分(分子量、分子组成及结构等)的影响，探索剂量与分子量大小、分布和性能的关系，为确定最佳辐射剂量提供理论基础.

1 材料与方法

1.1 材料

G9382型牛皮明胶，Simga公司生产.

1.2 仪器设备

60Co-γ辐照源，湖北省辐照实验中心;1515型高效液相色谱泵、2690D型分离模块、2410型折射率检测器、Ultrahy drogel 2000，250型色谱柱，美国waters公司;Quanta 200型扫描电镜，荷兰FEI公司;DSC200F3型示差扫描量热仪，德国Netzsch公司;TA－XTPlus型质构仪，英国SMS公司;DYY－12型电泳仪，北京六一仪器厂，50 mL稀释型乌氏黏度计等.

1.3 辐照处理

明胶用自封口袋包装，采用动态悬挂辐照的方式分别照射4～52 kGy，每个剂量样品附有两支硫酸亚铁剂量计跟踪剂量，平均值作为样品的吸收剂量.对照不辐照.照射完后立即取样测定各指标.

1.4 测定方法

1.4.1 特性黏度的测定

取0.6 g明胶，加入11.4 g蒸馏水，室温溶胀，55℃水浴溶解，配制成初始浓度(c0)为5%的明胶水溶液.此后用蒸馏水逐次稀释成原浓度的2/3，1/2，1/3和1/4.用0.45 mm乌氏黏度计在37℃下测定不同浓度(c)的样品流出两刻度线的时间(t)和蒸馏水流出时间(t0)，计算特性黏度［η］.

1.4.2 凝胶强度的测定

在文献［7］的基础上进行改进，质构仪测定参数按美国试验标准GMIA进行.

1.4.3 熔化温度及胶凝温度的测定

在文献［8］的基础上进行改进.示差扫描量热仪的温度程序:10～55℃，升温速度5℃/min;55℃恒温2min;55～10℃，降温速度5℃/min，5℃恒温2min，65 ℃结束.

1.4.4 分子量大小及分布的测定

在文献［9］的基础上进行改进.配制1 000 mL的0.1 mol·dm－3Na2HPO4，其中含 8 g NaN3，用 NaH2PO4调节pH至8.0，取500 mL作为储备液.另取500 mL储备液稀释至2 000 mL作为淋洗液;进样量为100 μL，溶剂为 H2O － 0.2 mol·dm－3NaNO3，淋洗液流速为0.6 mL/min.标样为聚乙烯乙二醇，柱子温度40℃，检测器温度40℃.

1.4.5 蛋白组分分布的测定

聚丙烯酰胺凝胶电泳采用15%分离胶和4%浓缩胶，样品浓度为2 mg/mL，上样量为20 μL.浓缩胶电压为60 V，分离胶电压为100 V.考马斯亮蓝R250染色过夜，用脱色液脱色3次.脱色后的胶块照相保存.

1.4.6 表面形貌分析的测定

采用扫描电镜进行分析.配制未照射和照射52.7 kGy的明胶10%的水溶液各100 mL，低温下形成凝胶后，在－80℃冰箱速冻，再冻干，取少量冻干样品做表面和截面扫描.

2 结果与分析

2.1 辐照对明胶黏度的影响

未辐照明胶的特性黏度和相对黏度分别为2 936 mL/g和2.52，辐照后明胶两种黏度随剂量的增加快速下降(见图1).吸收剂量为8.01 kGy的明胶特性黏度和相对黏度分别为对照的93.3%和96.4%，吸收剂量为26.79 kGy的明胶分别为对照的84.2%和92.1%.可见，生产上常用的8 kGy的灭菌剂量，辐照后明胶水溶液的表观黏度略有下降，当吸收剂量达到26.79 kGy时，应用品质受到影响.特性黏度的下降来源于分子的降解，辐射剂量越大，降解程度越大.

2.2 辐照对明胶凝胶强度的影响

图1 辐射剂量对特性黏度和相对黏度的影响Fig.1 Effect of irradiation dosage on intrinsic viscosity and relative viscosity

未辐照的明胶凝胶强度为141 g，辐照后的明胶凝胶强度有小幅波动，总趋势为下降的(见图2).吸收剂量为8.01 kGy时，凝胶强度为153.6 g，较对照有所增加.当吸收剂量为26.79 kGy时，凝胶强度为100 g，为对照的70.9%.据报道，明胶中的α组分与凝胶强度成正比［10－11］.由此可见，辐照降低了明胶中α组分含量，剂量越大，降解程度越大.

图2 辐射剂量对凝胶强度的影响Fig.2 Effect of irradiation dosage on gel strength

2.3 辐照对明胶熔化和胶凝温度的影响

明胶是一种热可逆凝胶，稳定这种热可逆凝胶网络结构的主要作用力是氢键.当温度升高，分子链热运动加强，氢键断开，凝胶网络结构被破坏.当温度降低，熔胶体系自发放热形成凝胶.明胶水溶液熔胶－凝胶转变临界温度点称为胶凝温度和熔化温度［9］.图3为不同辐照剂量明胶熔胶和凝胶温度变化曲线图，可见，未辐照明胶熔胶温度为27.1℃，辐照后明胶的熔胶温度随剂量呈下降趋势.未辐照明胶凝胶温度为36.2℃，辐照后明胶的凝胶温度高于对照，范围在39.8～42.7℃.吸收剂量低于8.01 kGy时，明胶胶凝温度有小的上升峰，吸收剂量大于8.01 kGy时，明胶胶凝温度随剂量的增加呈缓慢上升趋势.辐照引起明胶的熔胶温度下降，这说明分子吸热解链热能降低，明胶网络结构对热不稳定，分子发生了分解.辐照引起胶凝温度升高，说明分子自发形成网络结构容易，分子发生了降解.

图3 辐射剂量对明胶熔化温度和胶凝温度的影响Fig.3 Effect of irradiation dosage on melting point and gel point of gelatin

2.4 辐照对明胶分子量的影响

图4为不同剂量辐照后明胶相对重均分子量Mw和相对数均分子量Mn的变化曲线图.未辐照的明胶的Mw和Mn分别为36 506和10 861.二者在0～8.01 kGy范围的吸收剂量有小的上升峰，此后，均随剂量的增加呈下降趋势，吸收剂量达到52.7时，二者分别为对照的88.87%和72.18%.这说明，辐照将大分子降解，形成更多种小分子的混合物，剂量越大，降解程度越大，分子量越低.

图4 辐射剂量对明胶分子量的影响Fig.4 Effect of irradiation dosage on Mwand Mnof gelatin

图5为不同剂量辐照明胶的凝胶渗透色谱图.未辐照明胶(0 kGy)出峰早，峰型高而窄.辐照后明胶出峰晚，峰型矮而宽，并且剂量越大，峰型越宽而矮.这说明分子量的分布随剂量增加而加大.

2.5 SDS－PAGE分析

图7 未辐照和辐照52.75 kGy明胶表面SEM图Fig.7 SEM sperm of gelatin no irradiated(a)and irradiated by 52.7 kGy(b)

图5 不同剂量辐照后明胶的凝胶渗透色谱图Fig.5 Molecular weight and distribution of irradiated gelatin

图6为0～52.7 kGy辐照明胶的电泳图.左边第1个泳道为未辐照明胶，分子量主要分布在5 500 u以上，在3 600 u以下几乎不含有蛋白组分.辐射剂量逐渐加大，泳道颜色变浅，这说明明胶蛋白各组分在辐照过程中发生了分解反应，大分子量物质含量降低.辐照剂量高于37.91 kGy时，大于25 000 u的物质明显减少，分子量主要分布在25 000～13 000 u，低于3 600 u的小分子含量有少量增加.

图6 不同剂量辐照后明胶的SDS－PAGE分析Fig.6 SDS－PAGE analysis of gelatin irradiated by different dosage

2.6 结构分析

明胶先在水中溶胀，再冻干做扫描分析.图7a、7b分别是未辐照和辐照52.7 kGy明胶放大2 500倍表面图.前者表面看到有颗粒，而后者表面光滑，成膜性好.这是因为经辐照52.7 kGy后，溶胀性差的大分子降解为溶胀性较好的小分子，溶胀后分子排列更整齐，表面更光滑.

3 结论

明胶辐射杀菌的同时常导致溶液黏度、凝胶弹性以及成膜性等品质下降的问题，很大程度影响了其应用价值.从本研究结果来看，0～52.7 kGy辐照范围，由于辐射分解，明胶分子网络结构降解，大分子量物质含量下降，小分子量物质含量增加，平均分子量下降，Mn和Mw范围为7 839～10 861，32 444～36 506.并且分子量分布变宽，范围为3.36～4.45.特性黏度和相对黏度降低、凝胶强度降低、熔胶温度下降和胶凝温度升高、表面结构更为平滑和整齐.

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Effect of Different Irradiation Dosage of60Co-γ on Properties of Gelatin

GENG Sheng-rong， LIAO Tao， LI Xin， ZU Xiao-yan*
(Institute of Farm Products Processing and Nuclear Agricultural Technology，Hubei Academy of Agricultural Sciences/Hubei Engineering Research Center for Farm Products Irradiation/Hubei Innovation Center of Agricultural Science and Technology，Wuhan 430064，China)

The gelatin was irradiated by60Co-γ with the dosages of 0 －52.7 kGy and the parameters including viscosity，gel strength，protein component and molecular weight were determined immediately.The results showed that the intrinsic viscosity，relative viscosity，gel strength，molecular weight，and melting point decreased with the increasing of the dosage.The content of high molecular weight components decreased.The number average molecular weight and weight average molecular weight were in the range of 7 839－1 061 and 32 444－36 506.The polydispersity was between 3.36 and 4.45.Compared with the intact gelatin，the irradiated one had the wider distribution of molecular weight and higher gelling temperature，the range of which was 39.8－42.7℃.Moreover，the membrane was smoother.The results indicated that the main reaction of gelatin during the irradiation was degradation under the condition of limited water and oxygen.

60Co-γ irradiation;gelatin;molecular weight;degradation

TS259.1

A

2095-6002(2013)04-0028-04

耿胜荣，廖涛，李新，等.60Co-γ不同剂量辐照对明胶特性的影响.食品科学技术学报，2013，31(4):28－31.

GENG Sheng-rong，LIAO Tao，LI Xin，et al.Effect of Different Irradiation Dosage of60Co-γ on Properties of Gelatin.Journal of Food Science and Technology，2013，31(4):28 －31.

2013-02-01

国家自然科学基金资助项目(11105048).

耿胜荣，女，助理研究员，硕士，主要从事农产品加工与辐射技术研究;

(责任编辑:叶红波)