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辐照灭菌技术在动物饲料加工中的应用

无菌饲料是实验室培育合格实验动物的重要条件之一,只有达到标准的饲料才能保证实验动物健康生长,达到试验预期效果,否则将直接影响实验动物的生长和试验结果的评定。目前我国应用较多的实验室灭菌方法为高压蒸汽灭菌法,该方法能够达到灭菌的目的,但对饲料组织的结构和营养成分破坏较大,不能满足实验室对无菌、营养饲料的要求。欧美等发达国家从二十世纪五十年代开始利用60Co-γ射线辐照加工食品,后进一步推广到实验室动物饲料的灭菌,因其操作简便,灭菌效果好,对饲料组织结构和营养成分破坏较小取得了较好的效果。
1. 饲料辐照加工的安全性
饲料辐照加工是采用60Co-γ射线照射饲料,以达到灭菌的目的,不会产生辐照残留,如同食品的加热除菌和水的加氯消毒一样,是一个物理加工过程,不会对动物体造成损害。1980年,国际原子能机构(IAEA)、联合国粮农组织(FAO)、世界卫生组织(WHO)的专家委员会在日内瓦宣告:10kGy以下平均剂量处理的任何食品都是安全的;1997年FAO/IAEA/WHO高剂量研究小组宣告,超过10kGy高剂量辐照食品也是安全的;1999年10月,FAO/IAEA/WHO又发布了“不必要设置一个更高剂量上限”的结论,并指出“在当前技术可达到的任何剂量的处理下,这些食品都是安全的和具有营养适宜性”。以这些法律法规、技术标准为依据,足可以认定辐照饲料是安全的。
二十世纪七十年代后,国外采用辐照灭菌方法对实验动物饲料进行加工已成为常规,我国上海、江苏等发达地区也已采用辐照饲料饲养实验动物,试验结果均较为理想。
2. 饲料辐照加工的灭菌效果
根据实验动物的不同需要,辐照灭菌可以分为选择性辐射杀菌、针对性辐射杀菌和辐射灭菌三种。选择性杀菌是通过辐照减少现存细菌的数量来达到减少腐败的目的;针对性杀菌是针对特定病原微生物采用辐照技术减少病原微生物,达到控制微生物的目的;辐射灭菌则是消灭一切可能引起腐败和造成健康危害的微生物。根据国内外研究报道,3~5kGy辐照可彻底杀灭饲料中的致病肠道菌;5kGy可杀灭产毒枝菌素的曲霉;6kGy可杀死饲料中的微球菌、假单胞菌、气单胞菌、根瘤菌、克雷伯氏菌等;7~10kGy辐照剂量可杀灭沙门氏菌;10kGy辐照剂量即可可杀灭产毒枝菌素的青霉。通过上述剂量的辐照,可以杀死饲料中特定的病原菌或全部的微生物,得到清洁的饲料。
实验动物对饲料要求较高,辐照剂量也与普通加工不同,有着特定的要求。刘春泉等发现经4kGy剂量辐照后,饲料中细菌总数由辐照前的2.3×106cfu/g降低到350cfu/g,大肠菌群由190MPN/100g降低到30MPN/100g以下;SPF颗粒饲料经5kGy剂量辐照后,细菌总数由6.0×104cfu/g减少到900cfu/g,大肠菌群由1.2×103MPN/100g减少到30MPN/100g,霉菌从2.0×102cfu/g减少到25cfu/g以下;经10kGy剂量辐照后,细菌总数、大肠菌群、霉菌均未检出;同时确定无菌动物饲料和悉生动物饲料辐照杀菌最低有效剂量为25kGy,最高耐受剂量为50kGy;SPF动物饲料辐照杀菌最低有效剂量为15kGy;SPF清洁动物饲料辐照杀菌最低有效剂量为10.0kGy,最高耐受剂量为25kGy;猪、禽、水产饲料辐照杀菌最低有效剂量3.0kGy,最高耐受剂量6.0kGy。张采等用50kGy剂量的60Co-γ射线对饲料进行辐照处理,经检测饲料达到无菌要求,可满足实验室对无菌饲料的要求。周正宇等研究发现,经20kGy剂量辐照的饲料无细菌生长,并且可在常温条件下保存60d,经25kGy剂量辐照的饲料可保存120d,经30kGy剂量辐照的饲料可保存180d。陈庆隆等研究发现当辐照剂量达到15kGy时,SPF鸡群多种维生素饲料中的微生物可全部被杀灭,常温下可保存半年。以上结果表明,经20~25kGy剂量辐照的饲料可达到无菌要求,经30或30kGy以上剂量辐照的饲料可满足实验室较长时间保存的要求。另外,经高温高压蒸汽杀菌、干热杀菌等灭菌方法处理的饲料在包装、运输过程中易再次感染细菌产生二次污染,进而对实验结果造成影响;辐照杀菌可在饲料包装好后对其进行辐照,γ射线可穿过包装杀灭微生物,在整个过程中不会产生二次污染,对实验结果不造成影响。
3. 辐照对饲料营养价值的影响
动物饲料中营养物质的稳定性是不同的,一般来说维生素稳定性最差,蛋白质次之,微量元素最稳定。传统的灭菌方法大都对饲料营养成分造成较大的破坏,使其营养价值大大降低。与高温高压灭菌法等传统方法对饲料营养成分造成严重破坏不同,辐照采用γ射线照射饲料的方法灭菌,对饲料组织结构和营养成分破坏均较小,基本可保持饲料的营养价值。刘春泉等研究发现,用15kGy剂量的γ射线对饲料进行辐照处理,主要理化指标(灰分、粗蛋白质、脂肪、粗纤维、总磷、总能量)与对照相比均无明显差异,水分也没有较大损失,颗粒也没有变硬,饲料适口性没有发生变化。 冷扬与梁永利研究发现,高温高压灭菌后饲料中粗蛋白质损失可达4.2%~4.3%,而辐照灭菌饲料中蛋白含量几乎不变;高温高压灭菌方法处理的饲料VA损失可达10.2%~10.3%,VB1损失可达47.0%~56.2%,VB2损失可达15.7%~23.6%,而辐照灭菌的饲料中VB1损失仅为20%~22.9%,其他维生素含量也无明显变化;经高温高压灭菌处理的饲料保存90d后,胱氨酸含量减少22%,赖氨酸减少22.7%,精氨酸减少25.8%,而辐照法处理的饲料氨基酸含量均无明显变化。饲料人才网郑红等研究发现大、小鼠饲料经辐照灭菌后,粗蛋白质、维生素、钙、磷等主要元素损失率均较小,与对照组相比较,差别均不显著,可以满足动物生长繁殖的需要;而采用高温高压灭菌法处理的饲料,粗蛋白质、VA、VD、VE的含量均明显低于对照组,不能满足动物正常生长繁殖的需要(详见表1)。
由上可知,与传统的高温高压灭菌法相比,辐照法对饲料成分破坏较小,能够更好地保持饲料的营养成分,保证实验动物健康生长。IAEA、FAO、WHO联合专家组曾报告,食物经高剂量辐射后(>10kGy),对碳水化合物、脂类、蛋白质的含量几乎没有影响,对VB等有一定的降解作用,但破坏程度远小于高温高压蒸汽灭菌,因此,IAEA、FAO、WHO推荐使用辐照技术对饲料进行灭菌。
4. 展望
辐照加工与传统的高温高压蒸汽灭菌等方法相比具有能耗低、无污染、可一次处理大量物品,可以节约能源,保护环境,对大批量的饲料进行处理更为方便、快捷;辐照加工杀菌彻底,可以高效彻底地杀灭饲料中的微生物,在包装后再进行灭菌避免了灭菌后的饲料在储存、运输过程中造成二次污染;对饲料组织结构和营养成分破坏较小,从而为动物提供营养价值充足的饲料,保证实验动物的正常生长。
辐照加工技术是一门新兴的技术,在欧美等发达国家已经得到了很大的利用,在我国发展则相对较慢。鉴于辐照加工具有清洁高效、杀菌彻底、无二次污染、营养成分破坏较少等优点,相信必将会引起更多高校和科研院所的注意,在以后的饲料加工中必将会发挥更大的作用。
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