第四章 食品辐照保藏.ppt

第四章食品辐照保藏 食品辐射 照 的意义及特点 食品的辐射保藏 是利用原子能射线照射食品或原材料 进行灭菌 杀虫 消毒 抑制鲜活食品的生命活动 从而达到防霉 防腐 延长食品货架期目的的一种食品保藏方法和技术 这种技术又称为食品辐照 Foodirradiation 技术 辐照食品 经辐照技术处理后的食品 在我国 辐照食品卫生管理办法 附则中定义 辐照食品是指用钴 60 铯 137产生的 射线或电子加速器产生的低于10MeV电子束照射加工保藏的食品 辐照食品标志 辐射加工是一种高效加工手段 具有穿透性强 可在常温下进行 节能 无残毒 易控制等独特优势 食品辐射的特点 1 冷杀菌 2 具有良好的保鲜效果 3 辐照处理食品能耗低 4 对环境的污染小 与微波的区别 辐射是利用原子核衰变产生的电磁波来处理食品 而微波则是将电能转化为电磁波来处理食品 食品辐照历史 1895伦琴发现X射线1896 mink发现X射线可杀菌 以后研究多 应用少 二战时 美MIT的罗克多用来处理汉堡包应用开始50年代起 美国 加拿大 前苏联 欧 日等30多国家60年代 第三世界我国的发展情形 58年开始70年代后 进入新的研究阶段 研究的对象种类 粮食 肉类 水产品 水果 蔬菜 蛋类等 我国批准的辐照食品 第一节电磁辐射的基本概念 一 电磁辐射线主要射线 射线 射线 射线 X射线 等射线辐射的结果能使被辐射 辐照 物质产生电离作用 因此常称为电离辐射 射线 相对质量较大 电离能力大 穿透能力小 射线 为 射线质量的几千分之一 点电量为其一倍 穿透能力比 射线大 射线 电离能力比 射线小 但穿透能力比它们大 X 射线 电离能力小 穿透能力很强 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穿透程度的能力 二 辐照源1 放射性同位素辐照源辐照源 放射性同位素天然 人工制造电子加速器x射线发生器 辐射源是食品辐射加工的核心部分 它可以分为放射性同位素和电子加速器两大类 1 放射性同位素60Co辐射源 137Cs辐射源 2 电子加速器电子射线 X射线 电子射线电子射线射程短 密度大 穿透力差 一般适用于食品表面的照射 如对易腐食品辐射时 选定适当的 加速能 就可使射线不穿透食品内部 只进行表面杀菌 X射线X射线具有高穿透能力 可以用于食品辐射加工 但是由于电子加速器作X射线源效率低 而且能量中包含大量低能部分 难以均匀照射大块样品 故没有得到广泛的应用 放射性衰变 放射性同位素放出射线后 就转变成另一个原子核 从不稳定元素变成稳定同位素 原子核转变过程称为放射性衰变 半衰期 若放射性强度因衰变而降低到原来的一半所需要的时间称为半衰期 并用t0 5表示不同的放射性同位素 其半衰期是不同的 用作食品辐射加工的辐射源60Co的半衰期为5 27年 137Cs为30年 三 辐照剂量单位辐射单位 照射量及其单位 量度放射性同位素放射出的射线的 照射量 Exposure 是用来量度x射线或r射线在空气中电离能力的物理量 其单位为伦琴 R 吸收剂量 剂量率及其单位 量度被辐射物体吸收量的 在辐射源的辐射场内单位质量被照射物质所吸收的射线的能量称为吸收量 其单位为拉德 rad 或戈瑞 Gy 戈瑞与拉德的关系 1Gy 100rad吸收剂量率 单位质量被照射物质单位时间内吸收的能量 Gy s 吸收剂量率 D dE dt 剂量当量 剂量当量率及其单位剂量当量就是用来量度不同类型的辐射所引起的不同的生物学效应 其单位为雷姆 rem 或希汶特 Sv 单位时间内的剂量当量称为剂量当量率 其单位用rem s 1或rem h 1等表示 第二节食品的辐照保藏原理 辐照保藏食品的原理与射线照射时引起食品及食品中的微生物 昆虫等发生一系列物理化学反应有关 这些反应称为辐照效应 主要有化学效应和生物学效应 一 食品辐照的化学效应辐照的化学效应 是指被辐照物质中的分子所发生的化学变化 食品的辐照处理 发生化学变化的物质 除了食品本身及包装材料之外 还有附着在食品表面及内部的微生物 昆虫和寄生虫等生物体 辐射化学效应的强弱用G值表示 所谓G值就是介质中每吸收100eV能量时发生变化的分子数 例如 麦芽糖溶液经过辐射发生降解的G值为4 0 则表示麦芽糖溶液每吸收100eV的辐射能 就有4个麦芽糖分子发生降解 不同介质的G值可能相差很大 G值大的 辐射引起的化学效应较强烈 G值相同者 吸收剂量大者所引起的化学效应较强烈 例如G值等于3 吸收剂量为1Mrad时 每千克介质发生变化的摩尔数为3 1 10 6 剂量提高到6Mrad时 则每千克发生变化的摩尔数达1 9 10 2 食品及其他生物有机体的主要化学组成是水 蛋白质 糖类 脂类及维生素等 这些化合物分子在射线的辐射下会发生一系列的化学变化 水大多数食品均含有丰富的水分 水也是构成微生物 昆虫等生物体的重要成分 食品经辐射引起的水分变化十分复杂 水辐射的化学效应可概括为 H2O 2 7OH 0 55H 2 7e 水化 0 45H2 0 71H2O2 2 7H3O 2 蛋白质和酶蛋白质结构破坏辐射交联辐射降解蛋白质辐照时交联与降解同时发生 而往往是交联大于降解 所以降解常被掩盖而不易觉察 酶酶的主要组成部分是蛋白质 所以辐射对酶所引起的作用与蛋白质类似 酶中所含的巯基 SH 由于容易氧化会增大酶对辐射的敏感性 但在复杂的食品体系中 由于其他物质的伴生存在而使酶得以保护 欲使酶钝化需要相当大的辐射剂量 3 糖类糖类在辐射过程中发生的变化主要是降解作用和辐解产物的形成 若干故态糖类的辐解产物见下表 辐射不同固态糖类的主要辐解产物 4 脂类脂肪和脂肪酸被射线照射时 饱和脂肪比较稳定 而不饱和脂肪容易氧化 出现脱羧 氧化 脱氢等作用 有氧存在时 由于会发生自动氧化作用 饱和脂肪也会被氧化 辐射促进自动氧化过程可能是由于促进自由基的形成和过氧化物的分解 并使抗氧化剂遭到破坏 食品中的脂类组分受辐射而产生的化合物 除了有辐射诱导的自动氧化产物外 也有非氧化的分解产物 5 维生素食品中维生素在辐射中的稳定性和食品的性质及成分有密切的关系 其损失率随着辐射剂量的增大而增大 二 食品辐射的生物学效应1 抑制蔬菜发芽和果实后熟蔬菜中的马铃薯和洋葱 主要是通过控制其休眠来进行储藏的 在结束休眠后 如果温度和湿度适宜时 便会旺盛地发芽 果实采收后的成熟现象称为后熟 后熟的速度影响着储藏期的长短 辐射对生物体作用的机理目前尚未十分清楚 但可能与下列原因有关 1 由于射线的辐照 细胞中的DNA和RNA受到损伤 植物体生长点上的细胞不能发生分裂 所以马铃薯 洋葱等经辐照后不会发芽 参见下表 2 食品辐照时 干扰了ATP的合成 使细胞的核酸减少 抑制了植物体的发芽 马铃薯经辐射后核酸含量的变化 3 植物组织处于休眠状态时 其生长点缺乏植物生长激素或生长激素被钝化 若把经过辐射的马铃薯放入一种生长激素 赤霉素酸溶液中 马铃薯就开始发芽 下表 赤霉素酸对g辐照的马铃薯发芽的影响 4 对于具有呼吸高峰的果实 在高峰开始出现前夕 体内乙烯的合成明显增加 从而促进成熟的到来 若在高峰前对果实进行辐照处理 由于干扰了果实体内乙烯的合成 就能够抑制其高峰的出现 延长果实的储藏期 2 导致微生物和昆虫的死亡食品经辐射后 附着在食品上的微生物和昆虫发生了一系列生理学与生物学效应而导致死亡 其机理是一个十分复杂的问题 目前还没有完全搞清楚 一般认为与下面两点有密切关系 1 造成遗传物质DNA的损伤 2 辐射化学效应的产物与细胞组成发生反应 辐射对微生物的作用 1 直接效应 细胞膜受损 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 细胞内蛋白质 DNA受损 即DNA分子碱基发生分解或氢键断裂等 致使微生物细胞活动紊乱 甚至停止 2 间接效应当水分子被激活和电离后 成为游离基 起氧化还原作用 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 辐射对病毒的作用通常使用高达30KGy的剂量才能抑制病毒的活性 辐射对昆虫的作用辐射敏感性与昆虫细胞的生殖活性成正比 与它们的分化程度成反比 辐射对寄生虫的作用辐射可使寄生虫不育或死亡 第三节食品的辐照保藏应用 一 食品辐射的类型联合国粮农组织 FAO 国际原子能机构 IAEA 和世界卫生组织 WHO 联合专家委员会把食品辐射分为下列三类 低剂量辐照 中等剂量辐照 高剂量辐照 辐射保藏的三种形式辐射阿氏杀菌 radappertization 辐射巴氏杀菌 radicidation 辐射耐贮杀菌 radurization 1 辐射阿氏杀菌 radappertization 所使用的辐射剂量 10 50KGy 可以使食品中的微生物数量减少到零或有限个数 这种辐射处理后 食品可在任何条件下贮藏 但要防止再污染 为高剂量辐照 2 辐射巴氏杀菌 radicidation 只杀灭无芽孢病原细菌 除病毒外 所使用的辐射剂量 5 10KGy 使食品在检测时不出现无芽孢病原菌 如沙门氏菌 为中剂量辐照 3 辐射耐储杀菌 radurization 能提高食品的贮藏性 降低腐败菌的原发菌数 并延长新鲜食品的后熟期及保藏期 辐射剂量在5KGy以下 为低剂量辐照 二 辐照保藏的商业化应用1 果蔬类防止微生物的腐败作用控制害虫感染及蔓延延缓后熟期 防止老化 1 辐射对水果的影响对于有呼吸变换期的水果 在其呼吸率达最小值时是辐射处理的关键时刻 在此时辐射能抑制其后熟期 主要是能改变体内乙烯的生成率从而影响其生理活动 辐射能使水果的化学成分发生变化 如维生素C的破坏 原果胶变成果胶及果胶酸盐 纤维素及淀粉的降解 某些酸的破坏及色素的变化等 辐射在水果中的商业化应用 控制辐射剂量 杀灭霉菌 辐射水果抑虫 延迟后熟期 对香蕉等热带水果十分有效 增强水果中色素的合成 对香蕉等热带水果十分有效 香蕉 对绿色香蕉辐照剂量常低于0 5kGy 但对有机械伤的香蕉一般无效 木瓜 用1kGy剂量即可延迟木瓜的成熟 芒果 0 4kGy剂量辐照可延长保藏期8d 用1 5kGy可完全杀死果实中的害虫 2 辐射对蔬菜的影响辐射可影响新鲜蔬菜的代谢反应 如改变蔬菜的呼吸率 防止老化 改变其化学成分等 作用效果与辐射剂量有关 低剂量0 06 0 15kGy对控制根茎作物如马铃薯 洋葱 大蒜的发芽是有效的 但辐照剂量过高 会腐烂 辐照可防止蘑菇开伞 延迟后熟 辐射在蔬菜中的商业化应用 抑制发芽 延缓新陈代谢作用 杀死寄生虫 2 谷类及其制品 以控制虫害及其蔓延为主 造成粮食耗损的重要原因之一 是昆虫的危害和霉菌活动导致的霉烂变质 3 肉禽类 1 高剂量辐射处理处理后不需要冷冻保藏 所用辐射剂量能破坏抗辐射性强的肉毒梭状芽孢杆菌菌株 对低盐 无酸的肉类使用剂量为4 5Mrad 产品必须密闭包装防止辐射后再受微生物污染 2 低剂量辐射处理 处理后需冷冻保藏 4 水产品高剂量辐射处理效果同于肉类 但异味不如肉类明显 低剂量辐射常与3 左右的冷藏结合 使用最高剂量为300Krad 5 蛋类应用辐射巴氏杀菌剂量 杀灭其中的沙门氏菌 蛋白质受到辐射降解而使蛋液粘度降低 带壳鲜蛋可用低射线辐照 剂量10kGy 高剂量会使蛋白质降解而使蛋液粘度降低或产生H2S等异味 6 香辛料和调味品天然香辛料容易生虫长霉常规处理的局限性 熏蒸消毒法有药物残留且易导致香味挥发甚至产生有害物质 辐照处理可避免引起上述的不良效果 控制昆虫侵害 减少微生物的数量 保证原料的质量 剂量 允许高达10kGy剂量 但实际上为避免导致香味及颜色的变化 降低成本 香料消毒的辐照剂量应视品种及消毒要求来确定 尽量降低辐照剂量 如胡椒粉 快餐佐料 酱油等直接人口的调味料以杀灭致病菌为主剂量可高些 辐照调味品味道变化的阈值 7 酒的陈化我国在白酒的辐照催陈 陈化 方面已取得显著成绩 辐照处理薯干酒 使酒中酯 酸 醛量有所增加 酮类化学物减少 甲醇 杂醇含量降低 酒口味醇和 苦涩辛辣味减少 酒质提高 关学雨等用60Co 射线辐照白兰地酒 证明用0 888kGy和1 331kGy剂量辐照的两种白兰地酒 经存放3个月品尝鉴定 其酒质相当于3年老酒 辐照酒的总酸 总酚均有不同程度的增加 辛酸乙酯和癸酸乙酯等酯的气相色谱的谱峰显著提高 且证明饮用辐照酒是安全的 8 辐照的其他应用果蔬检疫处理 国际贸易法及各国的安全法规常要求对进口的果蔬进行安全处理 特别是热带和亚热带果蔬 以杀灭果蝇等传染性病虫害 目前辐照是这方面最可行的替代方法 满足检疫条例 杀灭果蝇所需辐照剂量 0 15kGy 并不改变大多数水果和蔬菜的物理化学性质和感官特性 0 1kGy的低剂量辐照可以防止大多数种类的果蝇卵发育成为成虫 辐照是杀灭在羽化为成虫之前留居种子之内的芒果种子象鼻虫的唯一的一种技术 0 25kGy的剂量足以阻止虫害羽化为成虫国际上已确立防止所有昆虫虫害的检疫可靠性保证剂量为0 3kGy 不同的辐射加工目的与效果 三 影响食品辐照效果的因素辐照剂量及剂量率食品的状态辐照过程环境条件 辐照剂量 根据各种食品辐照目的及各自的特点 选择最适辐照剂量范围是食品辐照的首要问题 剂量等级影响微生物 虫害等生物的杀灭程度 也影响食品的辐照物理化学效应 两者要兼顾考虑 一般来说 剂量越高 食品保藏时间越长 剂量率 同等剂量 高剂量率 照射时间短 低剂量率 照射时间长 通常较高的剂量率可获得较好的辐照效果 如对洋葱的辐照 1h0 3kGy的剂量率比lh0 05kGy的剂量率有更明显的辐照保藏效果 剂量率的选择要根据辐照源的强度 辐照品种和辐照目的而定 食品接受辐照时的状态 由于食品种类繁多 同种食品其化学组成及组织结构也有差异 污染的微生物 虫害等种类与数量以及食品生长发育阶段 成熟状况 呼吸代谢的快慢等 对辐照效应也影响很大 如大米的品质 含水量不仅影响剂量要求 也影响辐照效果 同等剂量 品质好的大米 食味变化小 品质差的大米 食味变化大 用牛皮纸包装的大米 若含水量在15 以下 2kGy剂量可延长保藏期3 4倍 若大米含水量在17 以上 剂量低于4kGy 就不可能延长保藏期 上等大米的变味剂量极限是0 5kGy 中 下等大米的变味剂量极限只0 45kGy 辐照抑制洋葱发芽 在采收后40d内 辐照效果很好 但到了苞芽期 40d后 再辐照 50 的洋葱仍会发芽 辐照过程环境条件 氧的存在可增加微生物对辐照的敏感性2 3倍 对辐照化学效应的生成物也有影响 因此辐照过程维持氧压力的稳定是获取均匀辐照效果的条件之一 适当提高辐照时食品的温度 加热或热水洗 达到同样的杀菌 杀虫效果 常可降低辐照剂量 因此减少对果蔬的损伤 适当加压 加热 使细菌抱子萌发 再使用较小的剂量 可以把需要高剂量辐照杀灭的抱子杀死 冻结点以下的低温辐照 则可大大减少肉类辐照产生的异味 辐照味 及减少维生素的损失 四 提高食品辐射保藏效果的措施食品的辐射保藏处理 欲取得满意的效果除了根据食品的种类和辐射目的采用适宜的辐射剂量外 还可以采取一些辅助措施 以便提高辐射的效果或降低辐射剂量 保护食品的营养成分少受损失 添加化学药品改变温度条件改变气体条件合理包装低温储藏 第四