辐照螺旋藻粉的杀菌效果对营养活性成分的影响

辐照螺旋藻粉的杀菌效果对营养活性成分的影响164文章编号:10008551(2007)0216404核农2007,21(2):164167JoucnalofNuclearAgriculturalsc,lc辐照螺旋藻粉的杀菌效果对营养活性成分的影响朱佳廷刘春泉冯敏余刚刘志凌(江苏省农业农科院原子能所,江苏南京210014)摘要:研究了Co7射线辐照螺旋藻粉的杀菌效果及对其主要营养活性成分,矿物质,维生素,氨基酸含量和超氧化物歧化酶(SOD),过氧化物酶(POD)活性的影响.结果表明:经6.0kGy辐照处理后,螺旋藻粉样品中微生物指标均达到国家标准.当剂量为4.08.0kGy时,对螺旋藻中矿物质(除Se)和氨基酸含量无显着影响;螺旋藻中多糖含量随剂量增加有所增加,经6.0和8.0kGy辐照后多糖分别增加了9%和27.2%;SOD,POD活性在辐照后有所降低,藻胆蛋白,藻蓝蛋白和维生素含量则明显下降;剂量达6kGy以上时,藻胆蛋白和藻蓝蛋白含量显着低于对照;4.0,6.0,8.0kGy剂量辐照后v分别减少了40.6%,62.8%和14.1%,tuteofApplicationfAt.micEnergy,JiangsuAcademyofAvul,uralSciences,Mng,.nu210014)Abstract:ThedecontaminativeeffectsofCo7-rays,irradiationonsp!rulinapowderanditsmainactivecomponents,suchasmineral,vitamin,aminoacidandactivitiesofSODandPODwerestudied.Theresultsshowedthattheirradiationtreatmentwasveryeffectiveoneliminatingmicroorganisminspirulinapwder,andthecomponentsvariedwiththeirradiationdose.Intherangeof4.08.OkGy,thehighertheirradiationdoseis,themorethecontentofpolysaccharideis.Onthecontrary,contentsofphycobiliprotei,phycocyanins,vitaminandactivitiesofSOD,PODdecreasewiththeincreaseofdose.Thenumberofmicroorganisminspirulinapowderwascontroledthenationalstandardwhenirradiationdosewas6.0kGy.ComparedwithCK,therangesofallcomponentsinirradiatedSpirulinapowderarejustlikethattherewas27.2%increaseinthecontentofpolysaccharideifirradiationdosewas8kGy,andthecontentsofPhycobiliproteiandPhycocyaninsdecreasedsignificantlyifdosewasmorethan6.0kGy.Whendoserangedfrom4kGyto8kGy,decreaseratiostocontentsofVcare40.6%,62.8%,14,1%,contentsofVAare36.3%,17.6%,17.0%,contentsofVEare25.8%,61.7%,52.6%.Onthebaseoftheseresults,weconcludethattheoptimaldosesforSpirulinapowderirradiationisintherangeof4.06.0kGyforthesakeofvariousqualityfactors.Keywords:Spirulinapowder;decontamination;dose;nutritionalcomponents收稿日期:2006033O基金项目:国家财政项目(5910505)作者简介:朱佳廷(1955一),男,甘肃山丹人,副研究员,主要从事农副产品辐照加工工艺和标准化体系研究,E-mail:zjtlv163.tom2期辐照螺旋藻粉的杀菌效果对营养活性成分的影响螺旋藻(spirulina)是一种低等水生植物,主要分布在非洲和南美洲等地.它不仅具有极高的营养价值,而且含有大量对人体有益的生理活性物质,具有独特的医疗保健功能,世界卫生组织(WHO)称螺旋藻为“21世纪最理想保健品”;1993年在摩洛哥召开的首次世界螺旋藻大会上,螺旋藻被公认为”人类最佳保健食品”,已在食品,医药和生物工程领域得到广泛应用.目前,我国螺旋藻干粉的产量居世界第一.由于螺旋藻蛋白质含量高,营养丰富,也成为微生物生长的理想培养基.在螺旋藻生产加工过程中,由于喷雾干燥不能百分之百消灭其中的污染微生物和各种水生寄生虫卵,因而微生物含量常常超标.近年来,人们对采用辐照技术处理螺旋藻粉,在杀菌工艺,杀菌效果,营养成分等方面进行了研究,取得了显着的成绩,但辐照处理对螺旋藻粉生物活性成分的影响尚未见报道.本研究就螺旋藻粉辐照杀菌及对其主要营养活性成分的影响进行探索,以期为保健功能食品的进一步开发利用提供理论依据.1材料与方法1.1材料螺旋藻干粉由江苏明天生物科技发展有限公司提供,生产加工后1个月,采用透明聚乙烯(PE)塑料袋包装,每袋100g.1.2辐照处理辐照装置为江苏省农业科学院原子能所的Co辐射源,活度为29.6PBq,剂量设0,4,6和8kGy4个处理,每处理设8个重复.辐照后样品置于室温(1835)下贮存,于第2,10,30和60天进行各项指标的分析测定.1.3微生物及营养活性成分的测定.微生物指标按照相应的国家标准进行检测,检测项目包括细菌总数,大肠菌群和霉菌.营养活性成分测定包括水分,螺旋藻多糖,矿物质,维生素及氨基酸等,委托国家轻工业食品质量监督检测南京站按有关方法进行.氨基酸用121一MB氨基酸自动分析仪测定;元素硒用日立850荧光分光光度计,其余成分用日立18080型原子吸收分光光度计测定;维生素C用二氯酚靛酚法,多糖用硫酸一苯酚法测定;维生素A和维生素E按照国家标准进行检测.藻胆蛋白测定采用比色法,准确称取干燥螺旋藻粉0.50g,用pH7.0缓冲液溶解,超声振荡5min使藻粉分散,定溶于250ml容量瓶中,摇匀后转入250ml大口塑料瓶内,置一20冰箱内冷冻12h,解冻后用300Or/min离心15min,取上层清液,用lcm比色皿,分别测定620,652和562nm处的吸光度(整个操作过程要求避光,用提取液做空白).分别计算藻蓝蛋白,别藻蓝蛋白,藻红蛋白和藻胆蛋白的含量.SOD,POD酶活性测定采用四唑氮兰法(NBT法)”,以抑制四唑氮兰还原50%为1个酶活性单位来计算SOD比活性(U/mg蛋白).POD采用比色法,以每分钟单位鲜重的吸光度的变化值来表示酶活性大小(A4/gFW?min).试验数据均为3次测定的平均值.差异显着性分析采用DLSD测验.2结果与分析2.1辐照杀菌效果如图1所示,藻粉经4.0kGy剂量辐照处理后,细菌总数由2.810cfu/g降至2.410cfu/g,大肠菌群由2.4lO4MPN/100g降至430MPN/100g,霉菌<10efu/g;6.0kGy剂量处理后,细菌总数降至600cfu/g,大肠菌群降至.<30MPN/100g,霉菌<10cfu/g;8.0kGy剂量辐照处理后,细菌总数降至100cfu/g,大肠菌群降至<30MPN/100g,霉菌<10cfu/g.重复试验得到基本一致的结果,螺旋藻粉辐照杀菌效果显着.一细菌总数bacterialcount(cfu/g)0468辐照剂量irrdiationdose(kGy)图1螺旋藻粉辐照杀菌效果Fig.11hecontaminationeffectsofirradiationspirulinapowder2.2辐照对螺旋藻粉生理活性成分的影响表1显示辐照对螺旋藻粉生理活性成分有一定的影响.经4.08.0kGy辐照后,螺旋藻多糖的含量随辐照剂量的增加而增加,当辐照剂量为8.0kGy时,多糖的含量比对照增加了27.2%;藻粉藻胆蛋白和藻蓝蛋白的含量则随辐照剂量的增加有所下降,剂量达到5432一z一目钟一磊芹J0窖.lJ0b岛暑删崧s艇核农2l卷6.0kGy以上时,藻胆蛋白和藻蓝蛋白的含量已显着低于对照.表1辐照对螺旋藻粉营养活性物质的影响TaJ)le1TheeffectofirradiationonmainactivecomponentsinSpirulinapowder检测项目items辐照剂量irradiationdose(kGy)04.06.08.0水分moisture(%)2O.972o.9l20.4821.94多糖polysaharideSe(loog)02.s0藻胆蛋白phycobiliprotei(rag/m1)7O.09藻蓝蛋白phycocyanins(mg/m1)2O.06注:*表示0.05水平上显着.Note:mettll8significantofdifferenceat0.05level2.3辐照对螺旋藻粉微量元素的影响表2可以看出,辐照对螺旋藻粉中微量元素的含量(除se以外)无显着影响.辐照后螺旋藻粉中se含量与对照中的差异达到了极显着的水平,且se含量随辐照剂量的增加显着下降,当剂量为4.0,6.0和8.0kGy时,其含量分别减少了46%,54%和58%.se是谷胱甘肽过氧化物酶(GSH.PX)的重要组成部分,对人体健康非常重要.辐照引起螺旋藻粉中se含量的显着减少,是否因为辐照使螺旋藻粉中谷胱甘肽过氧化物酶活性降低,还有待于进一步研究.表2辐照对螺旋藻粉中微量元素的影响TaJ)le2TheeffectofirradiationoncontentsofsomemicroelementsinSpirulinapowder注:*表示0.Ol水平上显着.Note:*meanssismficantofdifferenceat0.01hvel2.4辐照对螺旋藻粉中维生素含量的影响螺旋藻粉经辐照杀菌后,对维生素含量有明显的影响.辐照后螺旋藻粉中维生素含量都较对照中的低.当辐照剂量为4.0,6.0和8.0kGy时,v含量分别减少了40.6%,62.8%和14.1%,V含量分别减少了36.3%,17.6%和17.0%,V含量分别减少了25.8%,61.7%和52.6%,6.0kGy时降幅最高,这与其他报道基本相符.差异显着性分析表明,各辐照处理的螺旋藻粉中V,V,V的含量都显着低于对照(表3);对不同剂量的处理间进行比较,4.0kGy与6.0,8.0kGy处理的样品中3种维生素含量差异均达到显着水平,但未达到极显着水平,而6.0kGy与8.0kGy间V含量差异达到了极显着水平,说明维生素对辐照十分敏感.表3辐照对螺旋藻粉维生素含量的影响TaJ)le3Theeffectofirradiationoncontentsofsomevitaminsinspirulinapowder往:小写字母表不在0.05水平上差异显.着,大写字母表不在0.Ol水平上差异显着.下表同.Note:MinusculeandcapitallettersrepresentsignificanceofdifferenceatO.05andO.01leve1.respectively.ThesameasTable4.2.5辐照对螺旋藻粉中氨基酸含量的影响螺旋藻的蛋白质由18种氨基酸组成,其中含有人体不能合成的8种必需氨基酸.从表4可以看出,辐照后螺旋藻粉中丝氨酸含量显着降低,当剂量达6.0kGy时苯丙氨酸含量也显着降低;脯氨酸,蛋氨酸,亮氨酸,酪氨酸,组氨酸及精氨酸的含量虽然总体上高于对照,但经统计分析表明,辐照前后含量的差异并不显着,含量的变化与辐照剂量的增加也没有显着的线性相关性;辐照对螺旋藻粉中其他几种氨基酸含量的影响不明显.氨基酸含量变化的原因可能是:辐照加速了蛋白质氢键的断裂,使其分解出部分氨基酸;同时辐照加速了氨基酸的脱氨,脱羧作用,从而使氨基酸进一步降解,生成各种脂肪酸.2.6辐照对螺旋藻粉中SOD,POD活性及叶绿素含量的影响辐照对螺旋藻粉中SOD,POD活性以及叶绿素含量的影响结果见表5.由表5可以看出,辐照后螺旋藻中两种酶的酶活力均低于对照.经4.0,6.0和8.0kGy剂量处理的藻粉,SOD,POD活性分别下降7.5%,JournalofNuclearAgriculturalnces2OO7,21(2):1641673.6%,8.3%和0.3%,1.3%,2.6%,表明辐照对螺旋藻粉中两种活性均有一定影响.剂量在4.0kGy以下对叶绿素含量没有影响,但剂量达6.0kGy以上时,叶绿素含量有所下降.表4辐照对螺旋藻粉中氨基酸含量的影响Th】e4TheeffectofiITadiationoncontentsofaminoacidsinspirulinapowder(g/100g)氨基酸anllnoacid辐照剂量irradiationdose(kGy)04.06.08.0表5辐照对螺旋藻粉SOD,POD及叶绿素的影响出1e5TheeffectofiITadiationoncontentsofSOD,PODandchlorophyllofspimlinapowder检测项目Item$辐照剂量irradiationdose(kGy)04.06.08.0SOD(U/Pr)136.61126.37131.64125.32POD(A470,gFW?min)14160.0014115.0013980.O013785.00叶绿素chlorophyll(mg/sFW)5072.465072.464492.754492.753结论与讨论按照细菌总数10000CFU/g和霉菌酵母菌数25CFU/g的微生物国标控制要求,螺旋藻粉辐照的吸收剂量应控制在4.06.0kGy范围.经统计分析表明,在此剂量范围内,辐照对螺旋藻粉主要营养活性成分无显着影响,剂量过高则容易引起活性成分的损失.螺旋藻多糖和藻蓝蛋白是螺旋藻中重要的活性成分,占总微藻的70%以上.螺旋藻多糖是从螺旋藻中分离,纯化的一种水溶性杂多糖,由E.鼠李糖,F.木糖,F.葡萄糖,F.半乳糖,F.阿拉伯糖和葡萄糖醛酸等组成,是具有广泛生物学效应的天然多糖,有增强机体免疫功能,抗辐射,抗癌防癌,降血糖调血脂,抗衰老等功能,而藻蓝蛋白在抗衰老,溃疡,增强免疫力方面有特殊作用.试验表明,辐照能增加螺旋藻多糖的含量,可能是因为在干燥或潮湿状态下,食品中的糖类对辐射非常敏感,产生大量的产物,如H2,cO.,醛,酮和其他碳水化合物.螺旋藻多糖经辐照后还会发生糖苷键的断裂,形成更小单位的糖类,如葡萄糖和麦芽糖等,这对螺旋藻多糖的进一步开发利用十分重要.藻胆蛋白是螺旋藻中一种重要的捕光色素蛋白,是红藻和蓝藻所特有的一种超分子捕光色素复合体,主要是由藻蓝蛋白,别藻蓝蛋白及藻红蛋白组成,具有强烈的荧光性,发橙红色荧光,而其本身则呈红色,紫色或蓝色等,故为有色多肽,含有羧基和氨基.本试验中,当辐照剂量达到8.0kGy时,藻胆蛋白减少了50%以上.分析其原因,可能与辐照导致螺旋藻中的蛋白质,氨基酸生成脂肪酸有关.由于藻胆蛋白强烈的荧光性,辐照在加速蛋白质氢键的断裂,使其分解出部分氨基酸的同时,又加速了氨基酸的脱氨,脱羧作用,生成各种脂肪酸,使氨基酸进一步降解,从而导致藻胆蛋白含量减少,其降解机理有待进一步研究.维生素c,E和A的含量随剂量的增加呈同步下降,每kGy的剂量导致其含量的相对变化率分别在一1.76%一10.5%之间,表明辐照会破坏维生素化学结构使其含量下降,这与维生素的辐射敏感性有关.维生素c是最敏感的水溶性维生素,维生素E和A是最敏感的脂溶性维生素,它们在射线的作用下会分解产生脱水性抗坏血酸等其他产物,在辐照虫草菌丝粉和山楂的研究中也得到了类似的结果.本试验中,螺旋藻粉水分含量达到20%以上,严重超标(标准7%).其主要原因可能是脱水不够;另外在成品灌装时没有注意对环境的湿度进行严格控制.螺旋藻粉较易吸水,当水分大于时,易发生霉变,不宜贮存.因此在螺旋藻粉生产加工过程中一定要严格控制产品含水量.经辐照后,螺旋藻粉主要营养成分如氨基酸,微量元素等受影响不大,多糖含量增加,虽然对维生素,藻胆蛋白,SOD,POD有一定影响,但目前仍是螺旋藻粉灭菌效果最好,最可行的一种方法.关键是如何选择最适宜辐照条件(如包装材料,剂量,辐照温度等),在保证产品卫生指标达标的情况下,应尽量降低剂量,这样既减少了营养活性成分的损失,又降低了辐照成本.参考文献:(下转第155页)JournalofNuclearAgriculturalScieuces2007,21(2):1521554567891O111213141516SlaterS,HoumielKL,eta1.MultipleKetothiolasesmediatepoly(B?hydroxyalkanoate)copymersythesisinRalstoniaeutropha.JBecterio1.1998,180:19791987PoieierY.Productionofnewpolymericcompoundsinplants.CurrOpinBiotechnol,l999,lO(2):18l一185PoifierY,eta1.Polyhydroxybutyrate,abiodegradablethermoplastic,producedintransgenicplants.Science,1992,256:520523NawrathC,PoifierY,SomervilleC.Targetingofthepolyhydro.xybutyratebiosyntheticpathwaytotheplastidsofArabidopsisthalianaresultsinhigherlevelsofpolymeraccumulation.ProcNatlAcad,1994,91:1276012764BohmertK,BalboI,eta1.TransgenicArabidopoisplantscanaccumulatepolyhydroxybutyratetoupto4%oftheirfreshweight.Planta,2000,2ll:41845BohmertK,BalboI,eta1.Constitutiveexpressionofthe.ketothiolasegeneintransgenicplants.Amajorobstacleforobtainingpolyhydroxybutyrateproducingplants.PlantPhysiol,2002,128:1282一l290HoumidKL,SlaterS,eta1.Poly(B?hydmxybutyrate)productioninoilseedleukoplastsofBrassicanapus.Planta,1999,209(4):547550SaruulP,SriencF,eta1.ProductionofabiodegradableplasticpolymerpoldroxybutyrateintransgenicAlfalfa.CropScience,2002,42:919927.MenzelG,HarloffHJ,JungC.Expressionofbacterialpoly(3.hydroxybutyrate)synthesisgenesinhairyrootsofsugarbeet(BetavulgarisL.).AppliedMicrobiologyandBiotechnology,2003,60(5):57l一576Wr6belM,ZebrowskiJ,SzopaJ.Polyhydroxybutyratesynthesisintransgenicflax.JournalofBiotechnology,2004,107(1):4154Oppermann-SanioFB,HaiT,eta1.Biochemistryofpolyamidem.etabolism.In:BiochemicalPfinciplesandMeehanismsofBiosynthesisandBiodegradationofPolymers:ProceedingsofthelntemationalSymposium(Steinb0chelAed.),1999,185193Oppermann?SanioFB,SteinbUchelA.Occurrence,functionsandbios.ynthesisofpolyamidesinmicroorganismsandbiotechnologicalproduction.Naturwissenschaften,2002,89:l122SimonRD.Cyanophycingranulesfromtheblue?greenalgaAnabaena17181920212223242526l55cylindfica:aresgrvematerialconsistingofcopolymersofaspartieacidandarginine.ProcNatlAcad,1971,68:265267SimonRD.Inclusioabodiesinthecyanobacteria:cyanophycin,polyphosphate,polyhedralbodies.In:TheCyanobantefia(Fay,P.andvanBaalen,C,eds),1987,199225AllenMM.Inclusions:cyanophycin.MethodsEnzymol,1988,167:207213JoentgenW,GrothT,eta1.Polyasparaginicacidhomopolymersandcopolymers,bioteehnicalproductionandusethereof.USPatent6180752B1KrehenbrinkM,Oppermann?SanioFB,SteinbtlchelA.Evaluationofnon-cyanobacterialgenomesequencesforoccurInceofgenesencodingproteinshomologoustocyanophycinsynthetaseandcloningofanactivecyanophycinsynthetasefromAcinetobactersp.strainDSM587Arch.Microbiol,2002,177:371380ZieglerK,DentzmannR,LockauW.Cyanophycin?likeenzymesofnoncyanobactefialEubanteria:characterizationofthepolymerproducedbyarecombinantsynthetaseofDesulfitobacterlumhafniense.Z.Naturforsch,2002,57:522529TabataK,AbeH,DoiY.Microbialdegradationofpoly(asparticacid)bytwoisolatedstrainsofPodobaeter8p.andShingomonassp.Biomacromoleeules,2000,1:157161NenmannK,StephanDP,eta1.P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