辐照植物性中药材热释光鉴定方法研究

2024-02-04马双李乐王芳郗存显

山东化工 2024年1期

马双,李乐,王芳,郗存显

(1.重庆化工职业学院,重庆 400112;2.重庆海关技术中心,重庆 400020)

1 概述

通过电离辐射(一般指60Coγ射线、加速器产生的电子束或X射线)对食物、中药材等进行辐照处理,通过电离辐射可消灭产品中的细菌和寄生虫,起到保鲜防腐、杀菌、杀虫、延缓成熟、抑制发芽和提高卫生质量的目的。辐照灭菌的原理类似于利用太阳光杀菌,是一种高效、安全的杀菌技术[1-3]。目前,世界上没有发生因食用辐射食物引起的人类健康问题的情况报道。用辐照技术灭菌的中药材主要是在保存过程中易产生霉变的中药,由于辐照具有很好的灭菌效果,而且灭菌时间短,因此反复辐照、超剂量辐照的现象时常发生。按照GMP标准,药材在生产过程需要严格进行质量控制,再用合适的灭菌方法进行处理。但是,由于中药的品种很多,药材生产过程难以实现规模化操作,有些生产单位为了节约成本,放松了对生产过程的质量控制,导致产品微生物超标严重,这时候他们往往会采取大剂量辐照来杀灭微生物,致使辐照剂量远远大于安全剂量,有的甚至会使部分中药材中的有效或功效成分含量降低,较少或失去部分药用价值,给消费者的切身利益造成了严重的影响,甚至会危害到消费者的健康。

《钴60辐照中药灭菌剂量标准》(内部试行)的通知(卫药发〔1997〕38号),明确规定钴60辐照仅仅作为中药灭菌的辅助手段,通知还对不同中药材生产过程中辐照剂量作了进一步明确规定,防止辐照灭菌滥用。198种中药材、70种中成药允许进行辐照灭菌, 5种中药材品种允许使用低剂量(3 kGy)辐照灭菌, 2种中药材品种不允许辐照灭菌。《标准》中还明确规定,未列明在《通知》中的中药品种是原则上不允许使用辐照进行灭菌。

目前我国现行标准中热释光法鉴定辐照产品的方法现有农业部的两个行业标准,分别是NY/T 1390—2007《辐照新鲜水果、蔬菜热释光鉴定方法》和NY/T 1207—2006《辐照香辛料及脱水蔬菜热释光鉴定方法》,缺少对中药材是否经过辐照的鉴定方法。为了满足中药材质量检验监管需要,建立适用中药材辐照的鉴定方法非常有必要和紧迫。

2 辐照鉴定技术研究进展

目前辐照鉴定的方法主要化学法、物理法、发光法和电子自旋法等,但由于检测原理不同,具有各自的特点和局限性。

2.1 化学法

1)2-烷基-环丁酮法:经过不同剂量伽马射线辐照的脂质样品会生成不同量的2-烷基-环丁酮,该物质可以作为辐照的指标。这种方法适用于脂肪含量较高的脂肪、黄油、油和坚果等样品[4-5]。

2)邻酪氨酸法:经过辐照的样品蛋白质的侧链会发生变化,产物之一就是与邻酪氨酸类似的结构。通过测定样品中邻酪氨酸类似结构的含量的变化情况,可以判断样品是否经过辐照。该方法适用于含有丰富蛋白质的肉类、鱼类、豆类等样品。

3)DNA法:经过辐照的样品中,DNA的碱基会受到损伤而导致链断裂。通过测定样品中DNA链断裂的量,可以判断样品是否经过辐照。该方法适用于含有丰富DNA的肉类、鱼类、蔬菜等样品[6]。

4)过氧化物法:经过辐照的样品会产生过氧化物。通过测定样品中过氧化物的含量的变化情况,可以判断样品是否经过辐照。该方法适用于含有丰富脂肪和油脂的坚果、植物种子等样品。

2.2 物理法

1)黏度法:食品经过辐照后一些高分子物质会发生降解,从而导致黏度降低。通过测定食品的黏度变化情况,可以判断食品是否经过辐照。该方法适用于含有丰富高分子物质的淀粉、果酱、果汁等样品。

2)电阻抗法:这是一种基于物理性质的检测方法。样品经过辐照会失去部分水分从而导致电阻抗发生变化。通过测定样品的电阻抗,可以判断样品是否经过辐照。该方法适用于含有丰富水分的肉类、鱼类、蔬菜等样品。

2.3 发光法

1)热释光法:含有硅酸盐物质的样品经过电离辐照,硅酸盐物质中的晶格缺陷会俘获自由电子并储存能量。加热后,会从晶格缺陷中逸出,释放出能量并发出热释光。通过对比热释光的比值大小,可以判断食品是否经过辐照[7]。

2)化学发光法:样品经过辐照后会产生某些化学反应,并生成激发态的产物。当这些产物回到基态时,会释放出光子。通过测量释放出的光子数量,可以判断食品是否经过辐照。

2.4 电子自旋共振法(ESR法)

样品经过辐照后,硬组织中的自由基会形成长寿命的自由基,这些自由基可以通过ESR技术进行检测。通过检测自由基的数量,可以判断食品是否经过辐照。该方法适用于含有丰富硬组织的骨头、硬果壳等样品[8]。

目前,热释光(TLD)法可应用于所有能分离出硅酸盐矿物质的样品,应用范围最为广泛,目前笔者未见国内(外)文献报道辐照中药材的热释光鉴定方法。

3 材料与方法

3.1 材料与试剂

多钨酸钠溶液(2 g/mL):将250 g多钨酸钠溶于150 mL水中(美国GEO LIQUIDS,INC.);盐酸:1 mol/L;氨水:1+11(体积比);丙酮,分析纯;尼龙布。

3.2 仪器与设备

热释光分析仪(HARSHAW 3500 TLD,美国Thermofisher Scientific公司) ;超声波清洗器(AS20500BDT,天津奥特赛恩斯仪器有限公司);离心机(sigma 3-30K,德国sigma公司);不锈钢样品盘,直径1 cm,高0.4 cm(使用前在水中超声清洗,再使用丙酮中超声清洗两到三次,烘干后储藏在无尘的环境);旋涡振荡器(XH-B,江苏姜堰市康健医疗用品有限公司);烘箱(FD115,德国Binder公司)。

3.3 测定步骤

3.3.1 提取硅酸盐

称取20～50 g样品到烧杯中,加入100～200 mL水,超声提取5 min。用250 μm的尼龙滤布过滤至烧杯中,用水冲洗滤布,弃去残渣。静置5 min,倾去最上层,剩余部分转移到150 mL离心管中,3 000 r/min离心1 min。倾去水层,再加入水清洗,离心,至水溶液澄清,最后用少量的水将沉淀物转移到10 mL的离心管中,加水至10 mL,涡旋振荡后,3 000 r/min离心2 min,弃去水层,加入5 mL多钨酸钠溶液,超声5 min,将最上层的有机物和中间的多钨酸钠溶液去除。如果仍有有机物残留,重复上述过程。在离心管中加水3 000 r/min离心2 min,倾去水层,重复一次。

加入1 mol/L盐酸1～2 mL清洗沉淀,振摇均匀后静置10 min。加入与盐酸等量的氨水溶液中和至中性,加水至满后静置。倾去上层后水清洗残留的矿物质两次。再加入3 mL丙酮,振摇使其充分混合。如果丙酮混浊,再用丙酮进行清洗直至澄清。

将清洗干净的矿物质转移至不锈钢盘上,置于50 ℃左右的烘箱中烘干过夜。

3.3.2 热释光的测量

3.3.2.1 仪器升温条件

起始温度:70 ℃;升温速率:6 ℃/s;最终温度:400 ℃。

3.3.2.2 热释光曲线1的测量

将附有硅酸盐矿物质的不锈钢盘放入热释光仪中,按上述条件进行测量。可得到热释光曲线,通过计算得到热释光曲线面积积分值,用G1表示。

3.3.2.3 热释光曲线2的测量

将上述测量过的附有硅酸盐矿物质的钢盘用1 kGy剂量的γ辐射源辐照,置于50 ℃烘箱中过夜,于热释光仪按上述条件再次进行测量。可得热释光曲线,通过计算得到热释光曲线面积积分值,用G2表示。

4 结果与分析

4.1 样品的热释光检测分析

参照国内外中草药辐照的实际使用剂量,根据检测仪器的准确度,设定凡是辐照剂量在0.10 kGy以上(包括0.10 kGy)的中草药,判定为辐照过的中草药;如果接受辐照剂量小于0.10 kGy,则判定该样品未经辐照。所以,当样品中提取的矿物质接受辐照剂量1 kGy后,如果其发光曲线的峰面积积分值之比G1/G2<0.10,则判定中草药未经辐照,而且比值越小,接受剂量的可能性就越小;G1/G2如果≥0.1,则判定为经辐照样品,辐照剂量越大则比值越大。国内外大量的实验结果表明该方法判别正确率在95%以上。本实验室已对上百个样品进行检测判断,准确率为100%。

4.2 试验条件的优化

4.2.1 样品的制备

该检测方法需要提取附着于样品表面的泥土和灰尘,因此基本无需对样品进行粉碎或切割,除非样品整体体积过大,难以放入合适的容器中时,可进行简单的切割,但不能粉碎。如根类样品夹带的矿物质会多,取样量20 g就能够满足鉴定要求。如果是茎或花,取样量就要增加到50 g或者更多。

4.2.2 硅酸盐的提取、净化

首先水洗超声的将植物性中药材表面附着的矿物质洗下,通过的滤网或滤布将清洗好的药材去除,滤网或滤布的孔径控制在250 μm以上,否则容易将矿物质过滤掉。通过反复的水清洗、离心,去除大部分有机物,但有很少的有机物无法去除,需要采用多钨酸钠溶液溶解混匀后离心,离心后样品分为三层,其中有机物密度最轻,在溶液最上层,需要全部去除干净;中间为多钨酸钠层;最下层为硅酸盐矿物质,当有机物不能一次去除完全时,可以再次加入多钨酸钠溶液进行离心分离。此时的矿物质经过水洗后还可能含有一部分碳酸盐与矿物黏附牢固的有机物,通过加入盐酸溶液反应可去除,再使用丙酮进一步去除残留的有机物。

4.2.3 热释光测定

首次测得硅酸盐的发光曲线,得到发光曲线G1。然后用已知剂量的辐射源(1 kGy)再次照射得到的硅酸盐,再次读出发光曲线,得到发光曲线G2,通过这两条曲线面积的积分比值来判断样品是否经过辐照。对于f=G1/G2的判断阈值,依据EN 1788—2001和其他标准普遍认可的f≥0.1作为样品经过辐照的判断阈值,如果f<0.1,则认为样品未经辐照。