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輻照滅菌技術在動物飼料加工中的應用

無菌飼料是實驗室培育合格實驗動物的重要條件之一,只有達到標準的飼料才能保證實驗動物健康生長,達到試驗預期效果,否則將直接影響實驗動物的生長和試驗結果的評定。目前我國應用較多的實驗室滅菌方法為高壓蒸汽滅菌法,該方法能夠達到滅菌的目的,但對飼料組織的結構和營養成分破壞較大,不能滿足實驗室對無菌、營養飼料的要求。歐美等發達國家從二十世紀五十年代開始利用60Co-γ射線輻照加工食品,后進一步推廣到實驗室動物飼料的滅菌,因其操作簡便,滅菌效果好,對飼料組織結構和營養成分破壞較小取得了較好的效果。
1. 飼料輻照加工的安全性
飼料輻照加工是采用60Co-γ射線照射飼料,以達到滅菌的目的,不會產生輻照殘留,如同食品的加熱除菌和水的加氯消毒一樣,是一個物理加工過程,不會對動物體造成損害。1980年,國際原子能機構(IAEA)、聯合國糧農組織(FAO)、世界衛生組織(WHO)的專家委員會在日內瓦宣告:10kGy以下平均劑量處理的任何食品都是安全的;1997年FAO/IAEA/WHO高劑量研究小組宣告,超過10kGy高劑量輻照食品也是安全的;1999年10月,FAO/IAEA/WHO又發布了“不必要設置一個更高劑量上限”的結論,并指出“在當前技術可達到的任何劑量的處理下,這些食品都是安全的和具有營養適宜性”。以這些法律法規、技術標準為依據,足可以認定輻照飼料是安全的。
二十世紀七十年代后,國外采用輻照滅菌方法對實驗動物飼料進行加工已成為常規,我國上海、江蘇等發達地區也已采用輻照飼料飼養實驗動物,試驗結果均較為理想。
2. 飼料輻照加工的滅菌效果
根據實驗動物的不同需要,輻照滅菌可以分為選擇性輻射殺菌、針對性輻射殺菌和輻射滅菌三種。選擇性殺菌是通過輻照減少現存細菌的數量來達到減少腐敗的目的;針對性殺菌是針對特定病原微生物采用輻照技術減少病原微生物,達到控制微生物的目的;輻射滅菌則是消滅一切可能引起腐敗和造成健康危害的微生物。根據國內外研究報道,3~5kGy輻照可徹底殺滅飼料中的致病腸道菌;5kGy可殺滅產毒枝菌素的曲霉;6kGy可殺死飼料中的微球菌、假單胞菌、氣單胞菌、根瘤菌、克雷伯氏菌等;7~10kGy輻照劑量可殺滅沙門氏菌;10kGy輻照劑量即可可殺滅產毒枝菌素的青霉。通過上述劑量的輻照,可以殺死飼料中特定的病原菌或全部的微生物,得到清潔的飼料。
實驗動物對飼料要求較高,輻照劑量也與普通加工不同,有著特定的要求。劉春泉等發現經4kGy劑量輻照后,飼料中細菌總數由輻照前的2.3×106cfu/g降低到350cfu/g,大腸菌群由190MPN/100g降低到30MPN/100g以下;SPF顆粒飼料經5kGy劑量輻照后,細菌總數由6.0×104cfu/g減少到900cfu/g,大腸菌群由1.2×103MPN/100g減少到30MPN/100g,霉菌從2.0×102cfu/g減少到25cfu/g以下;經10kGy劑量輻照后,細菌總數、大腸菌群、霉菌均未檢出;同時確定無菌動物飼料和悉生動物飼料輻照殺菌最低有效劑量為25kGy,最高耐受劑量為50kGy;SPF動物飼料輻照殺菌最低有效劑量為15kGy;SPF清潔動物飼料輻照殺菌最低有效劑量為10.0kGy,最高耐受劑量為25kGy;豬、禽、水產飼料輻照殺菌最低有效劑量3.0kGy,最高耐受劑量6.0kGy。張采等用50kGy劑量的60Co-γ射線對飼料進行輻照處理,經檢測飼料達到無菌要求,可滿足實驗室對無菌飼料的要求。周正宇等研究發現,經20kGy劑量輻照的飼料無細菌生長,并且可在常溫條件下保存60d,經25kGy劑量輻照的飼料可保存120d,經30kGy劑量輻照的飼料可保存180d。陳慶隆等研究發現當輻照劑量達到15kGy時,SPF雞群多種維生素飼料中的微生物可全部被殺滅,常溫下可保存半年。以上結果表明,經20~25kGy劑量輻照的飼料可達到無菌要求,經30或30kGy以上劑量輻照的飼料可滿足實驗室較長時間保存的要求。另外,經高溫高壓蒸汽殺菌、干熱殺菌等滅菌方法處理的飼料在包裝、運輸過程中易再次感染細菌產生二次污染,進而對實驗結果造成影響;輻照殺菌可在飼料包裝好后對其進行輻照,γ射線可穿過包裝殺滅微生物,在整個過程中不會產生二次污染,對實驗結果不造成影響。
3. 輻照對飼料營養價值的影響
動物飼料中營養物質的穩定性是不同的,一般來說維生素穩定性最差,蛋白質次之,微量元素最穩定。傳統的滅菌方法大都對飼料營養成分造成較大的破壞,使其營養價值大大降低。與高溫高壓滅菌法等傳統方法對飼料營養成分造成嚴重破壞不同,輻照采用γ射線照射飼料的方法滅菌,對飼料組織結構和營養成分破壞均較小,基本可保持飼料的營養價值。劉春泉等研究發現,用15kGy劑量的γ射線對飼料進行輻照處理,主要理化指標(灰分、粗蛋白質、脂肪、粗纖維、總磷、總能量)與對照相比均無明顯差異,水分也沒有較大損失,顆粒也沒有變硬,飼料適口性沒有發生變化。 冷揚與梁永利研究發現,高溫高壓滅菌后飼料中粗蛋白質損失可達4.2%~4.3%,而輻照滅菌飼料中蛋白含量幾乎不變;高溫高壓滅菌方法處理的飼料VA損失可達10.2%~10.3%,VB1損失可達47.0%~56.2%,VB2損失可達15.7%~23.6%,而輻照滅菌的飼料中VB1損失僅為20%~22.9%,其他維生素含量也無明顯變化;經高溫高壓滅菌處理的飼料保存90d后,胱氨酸含量減少22%,賴氨酸減少22.7%,精氨酸減少25.8%,而輻照法處理的飼料氨基酸含量均無明顯變化。飼料人才網鄭紅等研究發現大、小鼠飼料經輻照滅菌后,粗蛋白質、維生素、鈣、磷等主要元素損失率均較小,與對照組相比較,差別均不顯著,可以滿足動物生長繁殖的需要;而采用高溫高壓滅菌法處理的飼料,粗蛋白質、VA、VD、VE的含量均明顯低于對照組,不能滿足動物正常生長繁殖的需要(詳見表1)。
由上可知,與傳統的高溫高壓滅菌法相比,輻照法對飼料成分破壞較小,能夠更好地保持飼料的營養成分,保證實驗動物健康生長。IAEA、FAO、WHO聯合專家組曾報告,食物經高劑量輻射后(>10kGy),對碳水化合物、脂類、蛋白質的含量幾乎沒有影響,對VB等有一定的降解作用,但破壞程度遠小于高溫高壓蒸汽滅菌,因此,IAEA、FAO、WHO推薦使用輻照技術對飼料進行滅菌。
4. 展望
輻照加工與傳統的高溫高壓蒸汽滅菌等方法相比具有能耗低、無污染、可一次處理大量物品,可以節約能源,保護環境,對大批量的飼料進行處理更為方便、快捷;輻照加工殺菌徹底,可以高效徹底地殺滅飼料中的微生物,在包裝后再進行滅菌避免了滅菌后的飼料在儲存、運輸過程中造成二次污染;對飼料組織結構和營養成分破壞較小,從而為動物提供營養價值充足的飼料,保證實驗動物的正常生長。
輻照加工技術是一門新興的技術,在歐美等發達國家已經得到了很大的利用,在我國發展則相對較慢。鑒于輻照加工具有清潔高效、殺菌徹底、無二次污染、營養成分破壞較少等優點,相信必將會引起更多高校和科研院所的注意,在以后的飼料加工中必將會發揮更大的作用。
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