电子加速器在食品辐照加工产业发展前景.doc

电子加速器在食品辐照中的应用邓钢桥1，彭选明1，刘航海2 ，邹朝晖1，何彦礼2(1.湖南省原子农业应用研究所，湖南 长沙 410125；2.湖南农业大学，湖南 长沙 410128) 摘要：本文简要综述了电子束食品辐照的现状，比较了电子加速器与辐射源食品辐照的特点，提出随着研究的进一步深入，配套技术的不断完善，电子加速器具有取代辐射源的趋势。关键词：电子加速器；电子束；食品辐照；前景 The Application of Electron Accelerators in Food Irradiation DENG Gang-qiao1,PENG Xuan-ming1, LIU Hang-hai,ZOU Zhao-hui1,HE Yan-li(1.Hunan institute for application of atomic energy in agriculture, ChangSha 410125, PRC; 2.Hunan Agriculture University, ChangSha 410128, PRC)Abstract: This article summarized briefly on the present situation of food irradiation by using electron beam. In the respect of food irradiation, the author also making some comparison on the features between the electron accelerator and radioactive source. With the further going deep of research and the constant improvement of matching technology, there is a trend that the electron accelerator will take the place of radioactive source. Key words: electron accelerator; electron beam; food irradiation; prospects食品安全1,2问题不仅关系到消费者身体健康和生命安全，同时也关系到政府和国家的形象，关系到经济发展和社会稳定。当前食品安全已成为世界各国以及公众关注的焦点。辐照技术作为一种优质、高效、安全的食品加工新技术，以其独特的技术优势和处理效果，在减少食品的食源性疾病暴发，保障食品的营养和消费安全，解决国际贸易中外来生物的入侵等重大食品安全问题中发挥着越来越重要的作用。食品辐照用射线源主要有射线、电子束两大类型3，其中以辐射源应用较为普遍。本文就目前国内外该领域的研究现状及电子加速器食品辐照的应用特点作一综述，旨在抛砖引玉，推动国内电子加速器在食品辐照的发展。1 电子束食品辐照的研究现状目前已有的大量研究表明电子束食品辐照在解决食品安全问题4,5中能达到防止食品中食源性致病微生物污染、进出口检疫和降解食品中化学污染物等作用，而具有独特的技术特色和优势6。1.1低剂量电子束辐照杀灭农产品害虫杀灭食品中检疫性害虫的目标主要包括：若辐照处理时害虫的虫态为成虫态；则幼虫应在其发育成成虫前死亡；若辐照处理时为成虫，则应保证成虫没有繁殖下一代的能力。大量研究表明，如果要求电子束辐照处理后商品中的害虫在一天内死亡，需较高剂量的辐照处理，而高剂量的辐照处理会严重影响商品的品质。采用较低剂量(200-500Gy)的辐照处理，保证害虫在一定时间内死亡或无繁殖能力，也可达到相同的检疫目的。李淑荣采用电子束7对赤拟谷盗成虫、卵、幼虫和蛹进行了辐照效应试验，结果表明：赤拟谷盗不同发育阶段对电子束辐照的敏感程度不同，卵最为敏感，辐照的剂量高于210Gy不能孵化；305Gy的剂量可以完全阻止其幼虫发育为成虫；高于305Gy的剂量虽然能羽化为成虫，但羽化后的成虫不能正常存活；采用518Gy以上剂量辐照的成虫，在4周后死亡率为100%，可作为辐照防治赤拟谷盗的有效剂量。基金项目：农业部公益性行业科研专项“核技术农业应用”项目(200803034)；湖南省农业科学院科技创新项目(2009hnnkcyx27)作者：邓钢桥（1964-），男，湖南安化人，研究员，主要从事辐射加工技术应用研究。Tel: 0731-846908451.2 中剂量电子束辐照减少食品中微生物污染冷冻及新鲜动物源性食品由于其独特的物理状态和品质特征，采用常见的高温高压、巴氏灭菌等灭菌手段已无能为力，而电子束辐照处理则是目前较好的冷鲜食品灭菌保鲜技术。研究报道利用电子束0-3.85kGy辐照无骨猪肉，可以有效杀灭冷鲜肉中的大肠杆菌和沙门氏菌。同时经电子束辐照后的纸箱包装产品在冷冻或冷藏条件下贮藏，其品质、口味均无影响，但较长时间存放会影响产品光泽。Blank等研究了一种真菌孢子对射线和电子束辐照后的抗性，表明在相同吸收剂量下，两者灭菌效果基本相似。在杀灭植物源性食品的微生物及致病菌污染方面电子束辐照更显示出独特的技术优势和显著的效果。对辐照后小麦加工品质的研究表明，电子束辐照处理除降低了小麦表面的光泽和吸水率外，对其营养品质和加工特性无明显影响。1.3高剂量电子束辐照降解食品中化学污染物伴随目前食品化学污染问题愈来愈严重，电子束辐照显露出对食品中化学污染物的降解作用也引起了研究者的关注。人们用电子束辐照茶叶降解其中拟除虫菊脂类农药试验结果表明，用预冷和重复辐照3次共30kGy，可以明显降低拟除虫菊脂类农药的残留含量。浓度为30mg/L的呋喃唑酮和呋喃妥因水溶液8，利用电子束辐照8kGy时，已不能检测到；浓度为667g/L的氨基脲的水溶液在辐照4kGy时，其降解率达到76%。当辐照剂量9大于6kGy时，克伦特罗水溶液降解率可达95%以上。上述研究表明：尽管电子束辐照效应的研究较之射线辐照效应的研究无论在范围还是深度上都尚显不足，但使用电子束辐照食品能达到杀灭食品中检疫性害虫的目标；对食品中食源性微生物污染和致病菌都有着非常好的杀灭效果，在所用剂量范围内对食品品质和加工特性影响甚微；对食品中化学污染成分降解效果显著。因此电子加速器在食品辐照上技术是可行的。2 电子加速器食品辐照的特点高能电子束和射线与物质相互作用的初级过程不尽相同，但次级过程是相同的10。用电子加速器产生的高能电子束照射可使一些物质产生物理、化学和生物学效应，并能有效地杀灭病菌、病毒和害虫。在食品辐照中，用电子束杀虫灭菌要比用辐照更具优越性，除了人们共知的电子束定向性好，功率密度高，灭菌速度快，灭菌时间短，产品的氧化效应小和材料性能退化小等特点之外，由于电子束功率密度高和灭菌速度快，它还有辐照时间短的特点。电子束的穿透深度不如射线，更适合于小包装熟食，鲜肉和鲜禽肉食品辐照。比较从事辐照的装置，一种是利用60Co-源，一种是利用电子加速器。初期投资与运行费用比较见表1与表2，辐射加工处理量及其它方面的比较见表3。表1初期投资费用的比较 单位：美元初期投资项目60Co-源电子加速器建设费120万120万购置钴源或加速器480万(300万Ci)200万传输和控制设备40万总计640万320万表2每年运行费用的比较单位：美元每年运行费用60Co-源电子加速器折旧、保养、人工71.2万46万钴源衰变补充费60万无电费、水费无4.4万总计131.2万50.4万表3辐射加工处理量及其它方面的比较 单位：美元比较项目60Co-源电子加速器输出功率15KW(100万Ci)15KW(5MV,3mA)穿透能力12g/cm20.35g/cm2利用效率30%60%(单)85%(双)处理速度0.5吨/小时1.53吨/小时收费项目9.7美分/kg3.6美分/kg系统特性制造简单、可靠功率大、停机无辐射射线特性穿透物质能力强能量利用率高报批手续报批手续困难报批手续容易环境保护有废源污染问题无环境污染问题从表1与表2分析得知：在初期投资上电子加速器耗资仅为60Co-源辐照装置的一半，在年运行费用比较上加速器比60Co-源的一半还要少，更明显优于60Co-源辐照装置。从表3分析得知：从商业运行考虑，电子加速器从能量利用率为60Co-源的2倍(单面辐照)、2.8倍多(双面辐照)、处理速度为60Co-源的3倍，收费情况仅为60Co-源的1/3更具有商业竞争优势。综合分析得出：在食品辐照产业化应用中，与辐射源比较，电子加速器占有明显优势，且加速器运行过程中放射性安全事故概率低，无放射性废源处理问题，所以从经济和社会效益来看，加速器更适合于食品辐照产业化应用，具有取代辐射源的趋势。3电子加速器食品辐照产业化现状美国于1943年就已开始进行食品辐照的研究11，是世界上对辐照技术保障食品安全研究与应用最深入的国家。佛罗里达州和衣阿华州完成了10MeV的电子加速器的建设。佛罗里达州的加速器主要用于研究柑桔等水果的杀菌、杀虫、昆虫不育等，而衣阿华州的设施主要用于研究禽肉的辐照处理。美国公众对辐照食品的接受程度在过去的几年中迅速得到提升，辐射处理已成为美国为解决食品安全问题而提出的最为重要的技术措施之一。在欧洲，乌克兰建有2座电子加速器(1.4Mev及20kw)，在前苏联时代的1983年起就已对输入的小麦进行辐照处理，一座电子加速器的处理能力为200吨/h；法国有2座电子加速器用于食品辐照，主要进行香辛料、干燥蔬菜等食品的辐照，年生产量约为6000吨；英国是世界上开展食品辐照研究最早的国家之一，仅次于美国；比利时应用电子加速器辐照香辛料，干燥蔬菜，冷冻水产品等，年产量约为1万吨。国内来自辐照行业协会的统计表明，2008年全国已建成功率5KW 及以上的辐射加工用电子加速器达133台，总功率8258.2KW，另有8座大功率电子加速器装置正在建设中。但绝大部分电子加速器主要应用于新材料的改性与研究，真正应用于食品辐照产业化的仅有为数不多的几座，应用电子加速器辐照处理的食品在食品辐照总量中占的比例小。分析其原因：1)电子加速器的研究和应用起步较晚，目前国内外研究与应用集中在新材料改性、医疗卫生用品灭菌消毒领域，在食品辐照领域研究不够深入，应用也尚处于起步阶段。2）电子加速器相比辐照源具有众多优点，但也存在穿透能力不够的问题，因而在食品辐照处理过程中，对不同密度食品的包装尺寸有严格的要求，而现有食品的包装难以适应电子加速器产业化辐照。3）电子加速器的研制和生产目前国内已成熟的主要集中在中低能电子加速器，而应用于食品产业化辐照需要高能大功率的电子加速器(一般10MeV,10KW)，且对配套束下装置也有较高的要求。4前景展望随着国际经济一体化进程的加快，农产品国际贸易的扩大以及对食品安全的认识和关注度的提高，食品辐照处理作为保障食品安全的终端保障措施，将愈加受到社会的关注和重视。近年来我国食品辐照发展讯猛，据不完全统计，2008年全国辐照食品加工量达到17万多吨，占世界辐照食品总量的36%，对国经济的贡献超过150亿元，同时辐照食品的种类也是世界上应用最多的国家。相信食品辐照市场随着经济的发展、人们生活水平的提高，应用前景愈来愈广阔。近年来，我国以食品辐照为主的辐射源时有人员误照射、卡源等事故发生，安全问题凸现，在社会上负面影响很大，不利于食品辐照技术的推广应用。电子加速器辐照食品具有处理速度快、能量利用率高、运行成本低、安全无环境污染问题等独特的优势。同时电子加速器自动化程度高、系统操作方便、产品吸收剂量均匀、无放射性废源产生、运行安全。国家在“十一五”期间加大了对电子加速器辐照食品应用研究的支持力度，国家发展与改革委员会也以非核动力应用为契机对电子加速器辐射应用的产业化给予了扶持。随着电子加速器束流能量和束下装置的提高与完善，在食品辐照加工能力和社会经济效益方面优势越来越明显，电子加速器具有取代辐射源的趋势，将成为食品辐照的主流。参考文献：1 陈其勋.中国食品辐照进展J.北京:原子能出版社,1998:132 Luchsinger S E,Kmpf D H,et a1.Color and oxidative rancidity of gamma and electron beam-irradiated boneless pork chopsJ Food Sci, l996.61(5):1000l0053 施培新,等.食品辐照加工原理与技术M北京：中国农业科学技术出版社，20044 Lee M.Sebranek JG,eta1.Irradiation and packagfng ofhshmeat and poultry.J Food Protect,1996.59(1):62-725 Drake S R，Neven L GQUty responses of Bing and Rainiersweetcherriestolow dese electron beam irradiationJ ofFoodProcessing andPreservation，1997，21(4)：345-3516 哈益明，等.电子束食品辐照的研究现状与应用特