蛋白质材料辐射过程中的剂量率效应

针对蛋白质材料（明胶和酵母提取物（YE））辐照杀菌过程中力学性能下降，并伴随低分子量挥发物产生的问题，研究蛋白质分解的剂量率效应：采用凝胶色谱技术（GPC）测定辐照前后明胶蛋白质分子量大小和分布，从分子量大小和分布的变化分析蛋白质发生交联或分解反应的趋向；采用气相色谱-质谱联用分析（GC-MS）YE辐照后低分子量挥发物质的成分和含量，从挥发物质的成分与含量分析蛋白质辐射分解的程度。提出剂量率影响蛋白质材料蛋白质辐照分解与交联反应趋向的作用。并以目标蛋白质和氨基酸为模型，采用电子自旋共振技术（ESR）研究剂量率与蛋白质分解与交联趋向过程中的自由基信号的相关性，推导剂量率对控制蛋白质分解与交联的作用机理。剂量率效应研究将为辐射加工特别是蛋白质材料的辐照加工提供指导。

蛋白质材料在辐照灭菌过程中的性能变化与辐照自由基引起的蛋白质分子降解或交联反应有关。本研究以明胶和酵母抽提物(YE)为对象，在不同辐照剂量、剂量率、水分等因子条件下辐照处理，探索明胶及YE性能变化和自由基特征的关系，结果发现：1）当明胶相对含水量小于10%时，辐照反应以降解为主，当剂量超过16kGy时，少量交联产生。剂量是主要影响因子，温度和氧气影响微小。当明胶相对含水量介于10%~80%，辐照反应以交联为主，剂量和水分是主要影响因子，高温和低氧对交联有协同作用。当相对含水量大于80%，明胶交联程度达到顶峰；2）明胶辐照自由基图谱为2个单峰，辐照源、剂量和剂量率均不影响峰型，自由基含量与剂量呈正相关，与剂量率呈反相关；3）辐照YE挥发性物质共检出40余种，膏状YE与干粉YE相比，总挥发性物质的种类和含量相对较少，但含硫、含氮挥发性物质则反之。YE挥发性物质来源于Met、Ala和Phe及其组合，其中醛类源于YE中的Leu、Ala、Glu和Phe降解，吡嗪类源于Ala，含硫类源于Met；4）YE挥发性物质含量与辐照剂量成正相关，与低温和高剂量率则反之；5）辐照YE自由基图谱为1个双联峰，辐照源和剂量影响双峰的比例，自由基含量与剂量呈正相关，与剂量率的关系为：60Gy/min >12000Gy/min电子束>480Gy/min。由辐照自由基引发的蛋白质交联和分解反应，两种反应并存发生，剂量决定反应程度，水分含量决定交联与分解的主导地位，高剂量率、低温和适当的含水量对减少降解和促进适度的交联有积极作用。