食品辐照保藏.ppt

第五章 食品辐射保藏,第一节 概述,食品辐射保藏就是利用原子能射线的辐射能量对新鲜肉类及其制品、水产品及其制品、蛋及其制品、粮食、水果、蔬菜、调味料、饲料以及其他加工产品进行杀菌、杀虫、抑制发芽、延迟后熟等处理。 最大限度的减少食品的损失，使它在一定期限内不发芽、不腐败变质，不发生食品的品质和风味变化，由此可以增加食品的供应量，延长食品的保藏期。 辐射保藏技术是一门新的技术，比现有保藏技术有其优越性的一面。是继传统的物理、化学保藏之后又一发展较快的食品保藏新技术和新方法。,一、现有保藏技术的优缺点,食品冷冻保藏低温。抑制微生物活动和减少酶活。 优点：能够较好保持新鲜食品原有的风味和营养价值； 缺点：能耗大，需建立冷藏链。 食品罐藏提高温度杀灭微生物和酶。 优点：绝大部分杀灭微生物，可以长期保藏； 缺点：热对风味组织结构和色泽有影响。 食品干藏降低水分活度（aw），控制微生物和减少酶活。 优点：简便宜行，重量减轻或体积变小，食品可增香变脆； 缺点：自然脱水后的食品难复水，易变色。 化学保藏通过外加化学物质抑制微生物及酶等作用。 优点：操作简便易行。 缺点：化学物质残留。,二、辐射保藏的优越性（意义、特点）,食品在受辐射过程中温度升高甚微，因此，被辐射适当处理后的食品在感官性状如色、香味和质地等方面与新鲜食品差别很小，特别适合于一些不耐热的食品和药品。 射线穿透力强，在不拆包装和解冻的情况下，可杀灭其深藏于谷物、果实或冻肉内部的害虫和微生物，也节省了包装材料，避免再污染。 射线处理过的食品不会留下任何残留物，与化学处理相比是一大特点。,节省能源：据76年国际原子能机构（IAEA）通报的估计，食品采用冷藏需消耗能量为90千瓦时/T，巴氏消毒230千瓦时/T，热力杀菌300千瓦时/T，脱水处理（干燥）700千瓦时/T，而辐射杀菌只需6.34千瓦时/T，辐射巴氏消毒0.76千瓦时/T。 适应范围广：能处理各种不同类型的食物品种，如从装箱的马铃薯到袋装的面粉、肉类、水果、蔬菜、谷物、水产等。多种体积的食品；不同状态，固体液体。,加工效率高、整个工序可连续化、自动化。 只要规模大，就能获得巨大的利益。 谷物20万吨以上，马铃薯2.5万吨以上，洋葱5000吨。 因此，辐射保藏是一种获得经济效益和有发展前途的保藏方法，也是和平利用原子能的一个重要方面。,三、国内外发展简况,1895年伦琴发现X-射线后，Mink于1896年就提出X-射线的杀菌作用。 二次大战期间，美国麻省理工学院的罗克多尔将射线处理汉堡包，揭开了辐射保藏食品研究的序幕。 50年代起北美、欧洲、日本等30多个国家先后投入大量的费用进行研究； 60年代一些第三世界国家也加入该行列，目前从事这方面研究的有50-60个国家。,国际原子能组织（IAEA）、联合国粮农组织（FAO）、世界卫生组织（WHO）等的支持和组织下，进行了种种国际协作研究。到1976年25种辐射处理食品在18个国家得到无条件批准或暂定批准，允许供作为商品供一般使用。 1980年10月27日上述组织联合举行的第四次专门委员会议作出结论：用10kGy以下平均最大剂量照射任何食品，在毒理学、营养学及微生物学上都丝毫不存在问题，而且今后无须再对经低于此剂量辐照的各种食品进行毒性实验。,目前许多国家将辐射用于食品的加工与保藏。 前苏联、美国、加拿大、法国、日本、中国等国家均批准在一些食品中使用辐照。 日本、加拿大建立了辐射工厂用于食品保藏、有鱼虾、果蔬等。 欧洲（丹麦、保加利亚、法国等）用于抑制土豆、大蒜、洋葱发芽。 发展中国家，印度、伊朗、泰国、智利、阿根廷等用于粮食（谷物）的防霉、防虫。,我国自1958年开始，70年代的研究工作取得了一定的成效。 1984年11月国家卫生部批准7项（马铃薯、洋葱、大蒜、花生、蘑菇、香肠）辐照食品允许消费。之后又有20多种食品通过了不同级别的技术鉴定。 80年代，一些省市建立了一起容量较大的辐射应用试验基地，如北京、上海、天津、湖南、四川、广东等地。,第二节 辐射的基本原理,一、 辐射类型 辐射指能量传递的一种方式，在电磁波谱中，根据能量相应的大小，可使电磁波分成无线电波、微波、红外、可见光、紫外线，和射线。 通常根据辐射的作用形式可将辐射分为电离辐射和非电离辐射两种类型。通常按辐射的频率来划分。,频率,波长, =C, =C/,低频辐射区 1015Hz,高频辐射线 1015Hz,E 能量,无线电波,微波,红外,可见,紫外,X射线和射线,105Hz 1010 1015 1018 1020,3km 3cm 3m 3nm 0.3nm,410-10 ev 410-5 410-3 4 4102 4k ev 4M ev,1 非电离辐射,低频辐射线 1015，波长较长（频率较低），能量小，如微波、红外线的能量仅能使物质分子产生转动或振动而产生热，则起到加热杀菌作用。是非电离辐射。,2 电离辐射,高频辐射线 1015，频率较高，能量大，有激发和电离两种作用： （1） 在10151018Hz ，如紫外线的能量，仅能使被照射物质的原子受到激发（激发为使电子从低能态到高能态），亦可起到杀菌的作用，这与低频辐射不同，不是加热，故又称为冷杀菌。,（2） 1018Hz，如X-，-射线，能量很大，在使物质的原子受到激发的同时，还能引起原子的电离（使电子从各个原子中弹出而本身原子变成带相反电荷的离子），因而可起到杀菌作用。能使受辐射物质的原子发生电离作用的辐射称为电离辐射。 本书中辐射保藏即是指电离辐射（ 1018Hz）,二、放射性同位素与辐射,一个原子具有一个带正电荷的原子核，核外围有电子云。 原子核内有质子和中子,也就是其质量的组成部分。质子带正电荷,中子不带电荷.核的直径约为10-12cm,是整个原子质量的只要所在地。整个原子(包括运转的电子)的直径约为10-8cm。,1 放射性同位素,原子核=P+n，P+为带正电荷质子，n为不带电荷中子，核内质子数决定化学元素的特性，一般情况下（指在轻原子核范围内）P+=n，组成原子的质量。 但有些元素，P+相同而n不同的原子所组成的元素称为同位素，P+=n时原子稳定，P+n则不稳定。 当原子序数在84以上的同位素，原子核是不稳定的，能以一定的速率放出射线，由这种原子组成的元素称为放射性同位素。 放射性同位素能发射-、-、+-及-射线 。,2.-、-、-及 X-射线,-射线：当同位素中n：P+1.5：1，从原子核中放射出带2P+和2n的带正电高速粒子流（氦核）称为-射线； -射线：当核内中子数和质子数不等时； 若某一中子释放出能量转变成质子（nP+） nP+（带负电荷的高速离子） 若核内P+n时，（这种情况一般指在加速器中） P+1.02MeVn+（带正电荷的高速离子） 和+-射线，即从原子核中射出的带电的高速电子。,X-射线：若核内质子在外层电子云中，从K层捕获电子e，转变成中子（k-捕获），使质子数减少。P+ en 当K层（低能态）电子被捕获后剩下一空穴，则高能态（外层）电子会补充进去，释放出能量X-射线，指原子核外电子所放出的能量。 -射线：当原子核在发射了和或捕获之后，核的能级处于激发态（高能态），当这种激发态回到基态时，原子就发出光子流（即不带电荷的核子流），称-射线，发源于原子核本身。,3. 四种射线的特点,以上所讲的四种射线都具有使被辐射物质的原子或分子发生电离作用的能力和不同程度的穿透能力。但是由于射线性质的不同，从而电离能力和穿透能力各不相同。 -射线：相对质量较大，电离能力很强，穿透能力很小；一张纸就能阻挡它的通过。,-射线：为氢核质量的几千分之一，带电量为-射线的一半，电离能力比-射线小，穿透能力比-射线大； -射线：电离能力比、小，但穿透能力比、大； X-射线：电离能力小，穿透力很高,(1)衰变规律,原子核衰变数N与原子核总数N0有关。 实践证明,在单位时间内,衰变着的原子核的数目和其总数成正比,这一过程是不可逆的,可用公式表示如下: N=N0e-t N:原子核数 N0:原子核总数 t :时间 :衰变常数,常见放射性同位素的半衰期,三辐射用各种单位,（一） 能量单位 电子伏特ev. 表示辐射能量单位普通用eV，即相当于个电子在真空中通过电位差为伏特的电场被加速所获得的动能。 ev=1.602*10-12尔格（evg） 1Mev=106ev ，1kev=103ev,（二）放射性强度,衡量放射性强弱程度的一个物理量。指单位时间内发生核衰变的次数。 以前曾用居里， 1Ci=3.7*1010衰变秒 即每秒中有3.7*1010次原子核衰变。 现法定单位用贝克Bq，即每秒中有一个原子核衰变为1贝克。 1Bq=1S1，因此，1Ci=3.71010Bq。,（三）辐射计量,指被照射物质吸收辐射能量程度的一些物理量。 常用辐射量、物料吸收剂量和吸收剂量速率来表示。 辐射（照射）量是用X-射线或-射线辐射源的辐射场内空气电离的程度来表示。 吸收剂量是指在辐射源的辐射场内单位质量被辐射物质吸收的辐射能量。简称剂量。 单位质量的被照射物质在单位时间中所吸收的能量称为吸收剂量速率。,法定单位为库仑/千克（C/kg），以前曾用伦琴（R） 在标准状况下（0，760mmHg），1cm3空气（0.00129g）能形成一个正电或负电的静电单位的X-射线或-射线照射量1R。 一个正电或负电的离子具有4.801010e.s.u（静电单位）。即一个静电单位的离子量为2.08109个正电或负电离子（离子对）即1伦琴可使1cm3空气产生2.08109个正电或负电离子（离子对）。 1R=2.58104C/kg（空气）,1辐射量（照射量）,2 吸收剂量,是电离辐射授予被辐射物质单位质量的平均能量，即被辐射物质吸收的辐射能量，法定单位为J/kg，也称为戈瑞（Gy） 以前曾用拉德（Rad）即1克被辐射物质吸收100尔格（erg）射线能量为1Rad。1Rad=100erg/g=6.241013eV/g。 1Gy=100Rad=104erg/g 照射量和吸收剂量是完全不同的概念，有区别（照射量指空气电离程度来讲）但两者都是描述辐射计量的，又相互联系。 1个电子的电荷量是4.81010e.s.u.产生一个e.s.u.需要的离子对数为2.08109，而电子在空气中产生一对离子所消耗的平均能量为33.73eV（电离功）,1R照射量相当于0.0129g空气中吸收了2.0810933.73eV=7.021010eV=0.112erg能量。 1R照射量时，1g空气的吸收能量为0.112erg/0.00129=86.8erg/g=0.868Rad，即空气的吸收剂量为：0.868Rad=8.68103Gy。,3 吸收剂量速率,单位质量的被照射物质在单位时间中所吸收的能量称为吸收剂量速率。单位为Gy/s。 吸收剂量速率与照射距离和辐射强度有关。距离越近，吸收剂量速率越大，距离相同，辐射强度越大，则吸收剂量越大。 物料不同，吸收剂量速率也是不一样的。,四、辐射源,（一） 人工放射性同位素 在食品辐射时供电离辐射用的放射线主要为-和-射线，经常采用人工制备的放射性同位素60Co（钴，半衰期5.26年）和137Cs（铯，半衰期30.3年）,钴和铯衰变图,60Co经-衰变后放出两个能量不同的-光子最后变为60Ni； 137Cs经-衰变后放出-光子最后变为137Ba,制备方法，将自然界中存在的稳定同位素59Co金属制成棒形、长方形、薄片形、颗粒形、圆筒形或所需要的形状，置于反应堆活性区，经中子一定时间照射，少量59Co原子吸收一个中子后即生成60Co辐射源。 目前在商业上采用60Co作为-射线源。,（二）电子加速器,利用电磁场作用，使电子获得较高能量，即将电能转变成辐射能，这样仪器设备装置有静电加速器、高频高压加速器、绝缘磁芯变压器，直流加速器有两种方式： 1.直接加高压，很高电压使电子获得动能如范德格拉夫加速器（静电加速器）； 2.不是直接利用高电压，但反复多次将电子加速，如回旋加速器，电子感应加速器。 利用加速器使电子带电形成高能量粒子人工-射线源。,范德格拉夫加速器,直流高压电源6通过针尖电晕放电将负电荷喷射到高速运行的输电带4上，电荷被带到球型高压电极1内，电刷7收集电荷。在电荷累积下，在球型电极形成高压电场。电子枪5发射的电子，在高压电场下，沿着加速管3被加速，即得到电子射线。,用高能电子来轰击重金属靶，则产生X-射线X-射线发生器。 特点：电子加速器优点是可以控制开停，能量可以调节控制。 可得到比放射性同位素源辐射能量高得多，如1万Ci60Co150W，而加速器可达10-15kW。 X-射线转换率不高，一般不用于食品辐射。,第三节 食品辐射技术的化学与生物学效应,电离辐射之所以用来保藏食品，这是由辐射对被照射物质中发生的化学效应与生物学效应所决定的。,一、食品辐射化学效应,电离辐射使物质产生化学变化的问题至今仍不是很清楚。 由电离辐射使食品产生多种离子、粒子及质子的基本过程有： 直接 初级辐射即物质接受辐射能后，形成离子、激发态分子或分子碎片与辐射程度有关。 间接 次级辐射初级辐射的产物相互作用生成与原物质不同的化合物与温度等其他条件有关。,1. 水分子,水分子对辐射很敏感，当它接受了射线的能量后，水分子首先被激活，然后由激活了的水分子和食品中的其他成分发生反应。 水接受辐射后的最后产物是氢和过氧化氢，形成的机制很复杂。现已知的中间产物主要有三种：水合电子（eaq），氢氧基（OH），氢基（H）。,水分子被辐射后可能反应途径 （eaq）+H2O=H+ OH H+ OH=H2O H+ H=H2 OH+ OH=H2O2 H+H2O2=H2O+ OH OH+ H2O2=H2O+HO2 H2+ OH= H2O+ H H+O2=HO2 HO2+ HO2= H2O2+O2,这些中间产物能在不同的途径中进行反应， eaq是一个还原剂， OH是一个氧化剂， H有时是氧化剂但有时又是还原剂。 这些中间产物很重要，因为它们可以和其他有机体的分子接触而进行反应，特别是在稀溶液中或含水的食品中，大多由于水的辐射而产生了间接效应进行了氧化反应。,从上可看出物质分子吸收了辐射能而发生了化学效应，表示物质辐射化学效应的数值称G值。 G值即吸收100eV能量的物质所产生化学变化的分子数。辐射的化学效应是以每吸收100eV（电子伏）能量时被照射物质产生化学变化的分子数目来表示的。（即能传递100eV能量的分子数）,2氨基酸与蛋白质,有机化合物因辐射而分解的产物也很复杂，取决于原物质的化学性质和辐射条件，有的从高分子- 低分子，有的反而从低分子-高分子。 射线照射到食品蛋白质分子，很容易使它的二硫键、氢键、盐键、醚键断裂，破坏蛋白质分子的三级、二级结构，改变物理性质。,射线照射，引起氨基酸、蛋白质分子的化学变化有： （1）脱氨 如甘氨酸 e-+NH3+CH2COOH-NH3+CH2COO- （2）放出CO2 a. 脱氨的脱羧反应 b. 不脱氨的脱羧反应 （3） 含硫氨基酸的氧化（巯基） e-+NH3+CH2CH（CH2SH）COO-H2S+ NH2CH（CH2）COO-,（4） 交联 蛋白质 凝聚（该蛋白质分子通过硫氢基的氧化生成分子内或分子间的二硫键，或由酪氨酸和苯丙氨酸的苯环偶合而发生交联）。 （5） 降解蛋白质发生裂解，产生较小的碎片。 （6）辐射降解与交联同时发生，若降解小而交联大，则交联会掩盖降解，故降解不易观察到。,3 酶 酶是机体组织的重要成分，因酶的主要组成是蛋白质，故它对辐射的反应与蛋白质相似，如变性作用等。 纯酶稀溶液对辐射敏感，若增加其浓度也必须增加辐射剂量才能产生同样的钝化效果。 若在食品体系中，酶很容易受到保护，同时也受外界条件变化（温度、 pH、含氧量）的影响。如提高温度会增加酶对辐射的敏感度，在有氧状态下干燥胰蛋白酶极易钝化。 此外，有时酶由于蛋白质分子降解，使酶活性中心暴露出来，反而致使酶反应更有利。因此对分解酶类活性的食品，在辐射前应先通过加热灭酶。 酶会因有巯基（-SH）的存在而增加其对辐射的敏感性。,4 脂类,一般来说，饱和脂肪是稳定的，不饱和脂肪容易发生氧化。辐射脂类的主要作用是在脂肪酸长链中-C-C-键外断裂。 辐射对脂类所产生的影响可分为三个方面：理化性质的变化；受辐射感应而发生自动氧化；发生非自动氧化性的辐射分解。 脂肪酸酯和某些天然油脂在受50kGy以下剂量照射，品质变化极少；但其他成为异臭发生源。如肉类风味变化，牛奶产生蜡烛味，鱼类产生异臭。 辐照可促使脂类的自动氧化，有氧存在，其促进作用更明显，从而促进游离基的生成，使氢过氧化物和抗氧化物质分解反应加快，生成醛、醛酯、含氧酸、乙醇、酮等。,饱和脂类在无氧状态下辐照时会发生非自动氧化性分解反应，产生H2、CO、CO2、碳氢化合物、醛和高分子化合物。不饱和脂肪酸也会产生类似的物质，其生成的碳氢化合物为链烯烃、二烯烃、二烯烃和二聚物形成的酸。 磷脂类的辐射分解物也是碳氢化合物类、醛类和酯类。 对含有脂肪的食品辐照时也鉴定出了过氧化物、酯类、酸类、和碳氢化合物等，这与天然脂肪和典型脂肪的情况相同。但是应注意的是，与刚照射后相比，这种影响多出现于贮藏期中。,5 碳水化合物 一般来说相当稳定，只有大剂量照射下才引起氧化和分解。在食品辐射保藏的剂量下，所引起的物质性质变化极小。辐照对单独存在时的糖类的影响如下： 单糖只有在C4上发生氧化产生糖酮酸 低分子糖类：旋光度降低、褐变、还原性和吸收光谱变化、产生H2、CO、CO2、CH4等气体。,多糖类：熔点降低、旋光度降低、褐变、结构和吸收光谱变化。 如直链淀粉黏度下降（淀粉降解） 果胶 植物组织受损（解聚） 经辐照后结构发生变化，对酶的敏感性也随之发生变化，并引起-1，4-糖苷键偶发性断裂及生成H2、CO、CO2气体。,6 维生素,维生素是食品中重要的微量营养物质。维生素对辐照食品的敏感性在评价辐照食品的营养价值上是一个很重要的指标。 水溶性维生素中以VC的辐射敏感性最强，其他水溶性如VB1，VB2，泛酸，VB6，叶酸也较敏感，VB5（烟酸）对辐射很不敏感，较稳定。 脂溶性维生素对辐射均很敏感，尤其是VE,VK更敏感,二食品辐射的生物学效应,生物学效应指辐射对生物体如微生物、昆虫、寄生虫、植物等的影响。这种影响是由于生物体内的化学变化造成的。 已证实辐射不会产生特殊毒素，但在辐射后某些机体组织中有时发现带有毒性的不正常代谢产物。 辐射对活体组织的损伤主要是有关其代谢反应，视其机体组织受辐射损伤后的恢复能力而异，这还取决于所使用的辐射总剂量的大小。,（一） 微生物,1 辐射对微生物的作用(机制） （1）直接效应 指微生物接受辐射后本身发生的反应，可使微生物死亡。 细胞内DNA受损，即DNA分子碱基发生分解或氢键断裂等。由于DNA分子本身受到损伤而致使细胞死亡-直接击中学说 细胞内膜受损 膜内由蛋白质和脂肪（磷脂），这些分子的断裂，造成细胞膜泄露，酶释放出来，酶功能紊乱，干扰微生物代谢，使新陈代谢中断，从而使微生物死亡。 （2）间接效应 （来自被激活的水分子或电离所得的游离基） 当水分子被激活和电离后，成为游离基，起氧化还原反应作用，这些激活的水分子就与微生物内的生理活性物质相互作用，而使细胞生理机能受到影响。 那么对微生物来说需要多大的辐射剂量才能杀死微生物呢？这取决于微生物对辐射的敏感性。,2 微生物对辐射的敏感性,为了表示某种微生物对辐射的敏感性，就通常以每杀死90%微生物所需用的戈瑞数来表示，即残存微生物数下降到原数的10%时所需用戈瑞的剂量，并用D10值来表示。 人们通过大量的实验发现，微生物（细菌）残存数与辐射剂量存在如下关系: logN/N0 =-D/D10 N0：初始微生物数 N：使用D剂量后残留的微生物数 D：初始剂量 D10：微生物残留数减到原数的10%时的剂量,辐射剂量与微生物残存数的关系,微生物（细菌）种类不同，对辐射的敏感性各不同，因而D10也不同。见P227表1-4-8. 并且微生物所处环境不同，则辐射敏感也不相同。,辐射保藏的灭菌对象 在低酸性和中性食品（pH4.5）中，嗜热脂肪芽孢杆菌（平盖酸败菌）比肉毒杆菌A型或B型更耐热，若用加热灭菌则（嗜热）D121=4050min，而肉毒杆菌加热灭菌为D121=612S。但对于辐射则容易被杀灭，因而在辐射保藏中是将肉毒杆菌A型作为彻底灭菌的对象菌。以对这种菌的杀菌程度定为1012为指标，则完全杀菌剂量为：12D=50kGy 一般来说，10 G-G+酵母菌霉菌 (敏感) 注意：辐射并不能使微生物毒素除去，如黄曲霉素对射线相当稳定，300kGy大剂量毒素无变化，可能毒素较稳定。,（二） 病毒,病毒是最小的生物体，它没有呼吸作用，是以食品和酶为寄主。通常使用高达30kGy的剂量才能抑制。如脊髓灰色质病毒和传染性肝炎病毒据推测来自食品污染。用射线照射有助于杀死病毒。,（三）霉菌和酵母,酵母与霉菌对辐射的敏感性与无芽孢细菌相同。霉菌会造成新鲜果蔬的大量腐败，用2kGy左右的辐射剂量即可抑制其发展。 酵母可使果汁及水果制品腐败，可用热处理与低剂量辐射结合的办法杀灭。,成年前的昆虫经辐射可产生不育，辐射过的卵可以发育为幼虫，但不能发育成蛹，照射的蛹可发育为成虫，但其成虫是不育的。用0.130.25kGy照射可使卵和幼虫有一定的发育能力，但能够阻止它们发育到成虫阶段。用0.41.0kGy照射后，能阻止所有卵、幼虫和蛹发育到下一阶段。成虫甲虫不育需要0.130.25kGy剂量，而蛾需要0.451.0kGy才行。螨需要用0.250.45kGy剂量的照射才能达到不育。 蛾、螨、甲虫 不育 0.10.5KGy ，致死 3050KGy,（五）寄生虫,辐射可使寄生虫不育或死亡。 猪肉中旋毛虫 不育剂量0.12kGy 死亡7.5 kGy 牛肉中绦虫 致死剂量3.05.0KGy,（六）植物,辐射主要应用在植物性食品（主要是水果和蔬菜）抑制块茎、鳞茎类发芽，推迟蘑菇开伞、调节后熟和衰老上。 1.抑制发芽 电离辐射抑制植物器官发芽的原因是由于植物分生组织被破坏，核酸和植物激素代谢受到干扰，以及核蛋白发生变性。 研究发现59Gy以上的辐射的将使马铃薯和洋葱的核酸合成显著减弱，并改变其组成，引起分解。 土豆、洋葱辐射可抑制发芽，0.040.08kGy，常温下贮存达到一年。,2.调节呼吸和后熟,水果在后熟之前其呼吸率降至极小值，当后熟开始时呼吸作用大幅度的增长，并达到顶峰，然后进入水果的老化期，在老化期呼吸率又降低。如果在水果后熟之前呼吸率最小时用辐射处理，此时辐射能抑制其后熟期，主要是能改变植物体内乙烯的生长率（乙烯有催熟作用）从而推迟水果后熟。番茄、青椒、黄瓜、洋梨等。 对于柑橘类和涩柿则促进成熟。 辐射在调节果蔬后熟、衰老等方面的应用还不成熟，许多问题有待解决。,第四节 辐射在食品保藏中的应用及卫生安全性,Gamma () rays,Gamma () rays,Electron-beam,Electron-beam,Electron-beam,Dual X-Ray & E-Beam System,一、应用于食品上的辐射类型 用于食品保藏的辐射分为三大类：即辐射阿氏杀菌、辐射巴氏杀菌和辐射耐贮杀菌。 （一）辐射阿氏杀菌 此杀菌也称商业性杀菌，所使用的辐射剂量可以使食品中的微生物数量减少到零或有限个数。食品可在任何条件下贮藏，但要防止再污染。剂量范围为1050kGy。 （二）辐射巴氏杀菌 此杀菌法主要杀灭无芽孢病原菌。所使用的剂量范围为510kGy （三）辐射耐藏杀菌 这种辐射处理能提高食品的保藏期，降低腐败菌的原菌数，并延长食品的后熟期及保藏期，所用剂量在5kGy以下。,二、剂量的决定因素 凡辐射处理的目的是为了保藏食品时，剂量的选择必须考虑处理后食品的安全性和卫生性，食品对感官质量受损坏的耐受性，微生物和酶的耐受性以及辐射费用等因素。 （一）食品的耐辐射性食品的化学成分、物理结构在质量被认为受损坏之前，所能接受的变化程度很不相同。天然食品的化学成分、组织结构即使是同一种类型，同一品种，也存在较大差异。 食品的耐辐射性可根据质量的可接受性来确定辐射剂量的上限，而辐射剂量的上限都是通过反复研究获得的。 鸡和虾均可良好地接受480kGy的杀菌剂量； 蔬菜可经受48kGy的剂量； 各种水果可经受约24kGy范围的杀菌剂量； 较敏感的肉、鱼和水果能接受110kGy范围的杀菌剂量。,(二) 微生物的耐辐射性 食品中最能耐受辐射处理的微生物为肉毒梭状芽孢杆菌。许多条件能够防止此类微生物的生长和毒素的形成，如酸性(pH4.6)、极端干燥、低于3.3的冷藏温度以及某些防腐剂。凡食品中不存在这些条件，就应该假定有肉毒梭状芽孢杆菌存在。必须使用足以消灭肉毒梭状芽孢杆菌的辐射剂量。 DM值是指能减少90微生物数量所需的辐射剂量。在牛肉基质中(pH4.6)，肉毒梭状芽孢杆菌DM值为4kGy。如果在1000g食品中，每克含有100万个肉毒梭状芽孢杆菌芽孢，而食品又接受12DM的辐射剂量，就可以算出在此1000g食品中，含有活芽孢的几率为10-3。12DM剂量(124kGy)是48kGy，此剂量可以提供广泛范围的安全性。,与加热杀菌及药物杀菌的情况相同，微生物的耐辐射性，在同属、同种甚至同种间的不同菌株间，变化幅度都很大。 芽孢杆菌和梭状芽孢杆菌所产生的细菌芽孢的耐辐射性明显比营养型菌体强。 不产芽孢的细菌中，革兰氏阳性细菌一般比革兰氏阴性细菌耐辐射。 关于真菌类的耐辐射性，一般认为霉菌的耐辐射性比酵母弱，假丝酵母属的酵母也有的耐辐射性与细菌芽孢相同，霉菌的耐辐射性与无芽孢细菌相同或略低。,(三)酶的耐辐射性 在食品中发现的酶，一般比微生物更能耐受电离辐射。酶活性降低90的辐射剂量值的变化称为酶分解单位，用DE表示，DE=50 kGy； 一般地说，4DE可以破坏所有的酶，但是，如此高的剂量(200kGy)会导致食品成分高度破坏，也会损坏食品的安全性。为此，凡求稳定贮藏而要把酶破坏的食品，只靠辐射处理是不适宜的； 酶容易被热和某些化合物所钝化，74左右的温度维持几分钟即可破坏酶的活性。微生物的辐射与热处理结合，灭酶效果更好。,（四）辐射的费用 用较强的辐射源或使食品较长时间露置于较弱的辐射下（以获得较高的剂量），都会使加工费用增高。 低剂量辐射处理已经能使冷冻水产品、水果和蔬菜的正常贮藏期从几天延长到几个星期，且每吨的辐射费用仅人民币5085元。 高剂量辐射处理，其辐射费用较高，有待通过改进加工工艺以降低成本。,二、食品辐射保藏工艺 （一）食品的质量与辐照效果 食品的辐射保藏是在原有食品品质优良的基础上来进行加工的，以长期保持其新鲜和优良品质，因此原有食品的质量必须要保证。在辐照之前，必须了解原有食品的基本情况，诸如采收或加工的时间，采收的成熟度，加工的质量(如原始含菌量、感官质量等)以及保藏的目的要求等。 当污染的类型和程度已经知道的时候，从理论上就能计算出所有微生物钝化所需的剂量。 辐射可以杀菌，可以提高食品的卫生质量，降低食品中致病菌或腐败菌的数量直至全部杀灭。但并不允许用已变质或细菌繁殖很多的次劣食品来进行辐射杀菌，这是没有任何意义的。,（二）辐照食品的包装 在辐射处理中，包装是一个重要的环节。 包装的目的： 调节辐照的气体氛围，如真空包装或塑料密封包装形成自发气调环境； 防止产品间的交叉污染或辐射处理后的二次污染； 便于集中堆垛提高辐照效率。 在辐射处理前必须根据产品性状、辐射处理目的、运输和贮存的要求以及将来出售时的方便，来合理地选择包装材料和形式。 金属罐如镀锡薄板罐和铝罐，对使用杀菌剂量照射是稳定的。但是，超600kGy剂量范围(在食品辐射保藏中不会使用如此高的剂量)会使钢基板、铝出现损坏现象； 金属罐中的密封胶、罐内涂料对杀菌剂量水平也是稳定的； 在金属罐形状方面，最理想的是立方形，因为辐射源能最好地利用，剂量分布与控制也最好。,塑料包装的食品，在剂量接近20kGy或更低时，辐照对其物理性质没有明显影响。在剂量超过20kGy时，塑料薄膜如聚乙烯、聚酯、乙烯基树脂、聚苯乙烯薄膜的物理性质会发生变化，但这种变化影响较小。如果辐照超过了10kGy，玻璃纸、氯化橡胶会变脆。在塑料包装中被辐照的大多数食品会出现异味。在灭菌剂量下辐照，聚乙烯会放出令人讨厌的气味，会对食品产生影响。 金属箔和各种复合包装材料是比较理想的食品辐照包装材料，它们可接受高达60kGy剂量的照射。 在食品辐射保藏中，一般采用的辐射剂量较低，因此，比较好的辐射包装材料有玻璃纸、人造纤维、聚乙烯膜、聚氯乙烯膜、尼龙、复合薄膜、玻璃容器及金属容器等。,（三）辐照时期 产品收获或加工后要尽可能快地辐照。放置的时间越长，辐照效果越差。因为收获或加工以后，微生物数量增加很快，并且由于贮放有可能使微生物变得更耐辐照，这样就会导致增加辐射剂量，相应地提高了辐射成本和难度。 为延长休眠期、抑制发芽，在生理休眠期结束前辐照，比延晚或刚收获后进行辐照的效果好。辐射对跃变型果实的效应之一是降低乙烯的生成量，从而推迟跃变高峰的来临，使后熟过程变慢。 马铃薯的辐照要求采收后放置一个月左右的时间，待马铃薯愈伤进入休眠期时进行效果较好。 辐照易引起洋葱内芽的褐变，在脱离休眠期后辐照比在休眠期内褐变快，损害范围也大。,（四）影响食品辐照的因素 1温度 辐射杀菌中，在接近常温的范围内，温度对杀菌效果的影响不大。 研究发现，X射线对大肠杆菌在030范围内，射线对金黄色葡萄球菌、肠膜芽孢杆菌的芽孢在050范围内、射线对肉毒梭状芽孢杆菌的芽孢在065的范围内，温度对杀菌没有影响。 在0以下的低温下进行辐照，其结果表现不一。凝结芽孢杆菌和生芽孢梭状芽孢杆菌的芽孢无论是在冻结还是未冻结状态下进行辐照，其杀菌效果没有差异；金黄色葡萄球菌在-78下进行辐照时，其DM值是常温时的5倍；射线对肉毒梭状芽孢杆菌的芽孢进行照射时，在0-196的范围内，温度越低，DM值越大，-196时的DM值是25时的2倍。,肉类食品在高剂量照射情况下会产生一种特殊的“辐射味”。为了减少辐射所引起的物理变化和化学变化，对于肉类、禽类等含蛋白质较丰富的动物性食品，辐射处理最好在低温下进行，这样可以有效地保证质量。 在低温条件下辐照，可以减少辐射时产生的游离基的活性，减少食品成分的破坏，断裂和分解，以及防止食品成分的氧化，这样减少了辐射味的产生。 速冻处理的动物性食品在-40-8范围内进行辐射处理效果最好。 在-75下照射食品，食品中的维生素几乎没有损失。冷冻橘汁中的维生素C在9kGy剂量照射下也未损失。 当然这时食品中的微生物的抗辐射性也有所提高，但这种条件对提高辐照食品的质量是有利的。,2氧的含量 射线可以使空气中的氧电离，形成氧化性很强的臭氧。对于蛋白质和脂肪含量较高的鱼类和肉类食品，空气中氧的存在将会造成一定的氧化作用，特别是在中、高剂量照射的情况下更为严重。 为了防止氧化生成过氧化物，在肉类食品辐照处理时就要采用真空包装或真空充氮包装以降低氧的含量，提高产品的质量。 对于水果、蔬菜之类需低剂量辐照处理的食品来说，辐射氧化并不是主要作用，采用小包装或密封包装进行辐照可以减少二次污染的机会；同时在包装内可以形成一个小的低氧环境，使后熟过程变慢。 有时为了防止食品中维生素E的损失，要求食品在充氮环境中进行辐照处理。 辐射处理时有无分子态氧存在对杀菌效应有着显著的影响。一般情况下，杀菌效果因氧的存在而增强。,（五）分段照射(重复照射) （六）辐照时食品添加剂的应用 为了防止辐照时食品的氧化以及保护某些成分(如维生素)不被破坏，可以在辐照前在食品中添加抗氧化剂。例如添加抗坏血酸能减少奶粉在辐照过程中产生游离的硫氢基，从而防止产生臭味。 还有一种“敏化剂”可以降低辐照时的杀虫、灭菌剂量，加强杀虫灭菌的效果，提高辐射处理的效率。这类敏化剂有维生素K5、儿茶酚、氯化钠等。,（七）辐射伤害和辐射味 所有果品、蔬菜经射线辐射后都可能产生一定程度的生理损伤，主要表现为变色和抵抗性下降，甚至细胞死亡。但是，不同食品的辐射敏感性差异很大，因此致伤剂量和生理损伤表现也各不相同。如马铃薯块茎经50kGy辐照，维管束周围组织即有褐变，并随剂量增大而加重。草莓对射线抵抗力强，2kGy不会造成品质变化。 高剂量照射食品特别是对肉类，常引起变味，即产生所谓辐射味。这种情况一般在5kGy以上才发生。