第四章食品的辐射保藏工艺熊善栢.ppt

第四章食品的辐射保藏 Chapter4IrradiationPreservationofFood 食品工艺学 主讲教师 熊善柏教授办公室 食品科技楼401室电话 87288375 office 87285712 home E mail xiongsb 授课专业 食品质量与安全 本章内容 1 概述2 食品辐照杀菌的基本原理3 影响辐照杀菌作用的因素4 辐照在食品保藏中的应用 食品辐射保藏 利用射线照射食品或原材料 对食品进行杀菌 杀虫 消毒 防霉等加工处理 或抑制根类食物的发芽和推迟新鲜食物生理过程的成熟发展 以延长食品保藏期的方法和技术 辐照食品 根据食品辐照工艺规范 GIP 生产的符合食品营养和卫生标准的食品 1 1定义 1 2食品辐照保藏的优点和局限性 优点 能量较高 穿透力强 具有很强的杀虫和灭菌能力 一般在常温下处理 食品的质地 色 香 味变化较小 能耗低 可以节约能源 不污染食品 无残留 卫生安全 局限性 投资大 专用设备 防护要求高 保证辐射线不泄漏 要根据不同产品 不同辐照目的选择合适的辐照剂量 高剂量下的感官性状变化 易产生辐照味 接受性问题 多数国家要求辐照食品在标签上特别标注 1 3发展概况 1895伦琴发现X射线1898年人类第一次观察到X射线对病原细菌具有致死作用1958年前苏联卫生部首次批准了利用60Co辐照源进行0 1kGy辐照的马铃薯供人们消费 成为世界上第一个批准辐照食品供人消费的国家1980年 FAO IAEA WHO辐照食品联合专家委员会 JECFI 提出 用10kGy以下的最大平均剂量照射的食品 在毒理学 营养学及微生物上完全没有问题 并且今后在此剂量照射下的食品不再需要进行毒理实验 1983年 国际食品法典委员会 CAC 通过 辐照食品通用国际标准 和附属的技术法规 对推动辐照食品的发展起到巨大作用2003年 CAC通过了修订的 辐照食品国际通用标准 和 食品辐照加工工艺国际推荐准则 在法规上突破了食品辐照加工中10kGy的最大吸收剂量的限制 允许在不对食品结构的完整性 功能特性和感官品质发生负面作用和不影响消费者的健康安全的情况下 食品辐照的最大剂量可以高于10kGy 以实现合理的辐照工艺目标 1 3发展概况 1958年开始 中国科学院同位素委员会组织了全国12个单位对稻谷杀虫 马铃薯保鲜等进行了有计划的研究1970年代的研究工作取得了一定的成效 开展了辐照杀虫 抑制发芽 鱼肉蛋辐照保藏 水果保鲜及葡萄酒促进陈化等工作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 1 3发展概况 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 后期有浙江 深圳等 1991年 原国家科委下达了 农副产品辐照加工贮藏保鲜商业化研究 项目 对11种食品进行商业化研究 九五 期间设立了攻关项目 制订了30多种辐照食品的加工工艺标准 极大地推动了辐照食品的发展 1 3发展概况 我国批准允许辐照的食品类别与剂量 2 食品辐照杀菌的基本原理 2 1电离辐射 从右至左 无线电波 无线电 电视 雷达微波 红外线 800nm 可见光 800 380nm 紫外辐射 380nm 200nm 电离辐射 X 射线 r 射线 电磁波普图 对微生物有致死作用的4种辐射 紫外辐射 对生物体有伤害 可对微生物致死 电离辐射 导致水 有机酸电离 对有机体有强烈的杀伤作用 微波辐射 对生物体有热效应和非热效应 也具有致死作用 脉冲高光 对酶和微生物有一定的致死效应 紫外辐射 对生物体有伤害 可对微生物致死 电离辐射 导致水 有机酸电离 对有机体有强烈的杀伤作用 微波辐射 对生物体有热效应和非热效应 也具有致死作用 脉冲高光 对酶和微生物有一定的致死效应 具有电离作用的射线 射线 带正电荷的氦原子 电离作用强 但穿透能力弱 射线 中子转变为质子时释放出的带负电荷的射线 电离作用不强 但穿透力比 射线的大 X 射线 发出的高能射线 具有较强的穿透力和强的杀菌效应 射线 原子核从激发态回到基态时发出的光子流 电离能力较 射线小 但穿透力强 电离辐射引起水分子电离产生自由基并引发链反应 射线1 自由基产生 H2O H OH2 链反应 H2 OH H2O H H O2 HO2 OH OH H2O2H H2O2 H2O O3 链反应的终止 H OH H2O 2 2电离辐射的化学效应 电离辐射对结晶氨基酸只有直接作用对氨基酸溶液具有直接和间接作用 含环氨基酸可以使环断裂 2 2电离辐射的化学效应 氨基酸 在食品辐照所用剂量范围内 对氨基酸的影响一般很小 使用大剂量的辐射处理食品 食品中的氨基酸会被破坏 食物中的氨基酸对辐照的稳定性大于溶液中的氨基酸 变性 使蛋白质中二硫键 氢键 盐键和醚键等断裂 使蛋白质的二 三级结构 导致蛋白质变性 交联 巯基氧化生成分子内或分子间的二硫键 酪氨酸和苯丙氨酸的苯环偶合 交联导致蛋白质发生凝聚作用 2 2电离辐射的化学效应 蛋白质 蛋白质 发生脱氨 脱羧 氧化 裂解 辐照效应与蛋白质结构 组成 存在状态等有关 高剂量辐照含蛋白质食品会产生辐照味 冻结状态可减少辐照味的形成 酶蛋白 酶蛋白对辐射敏感且提高温度 氧存在会增加酶对辐射的敏感度 糖类对辐照处理相当稳定 只有在大剂量作用下才会发生氧化和分解 商业辐照剂量下 辐照对糖类熔点 折射率 旋光度和颜色等物理特性影响微小 低分子糖类 旋光度降低 褐变 还原性和吸收光谱变化多糖类 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 2 2电离辐射的化学效应 糖类 2 2电离辐射的化学效应 脂肪 辐照引起脂肪中脂肪酸氧化 受脂肪类型 辐照剂量 温度 环境条件等影响 饱和脂肪酸较稳定 不饱和脂肪酸容易氧化而出现脱羧 氢化 脱氢等作用 辐照产生的自由基与O2反应形成过氧化物 产生醇 醛 醛酯 烃 氢氧化物 酮酸 酮 内酯等多种化合物 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 高脂肪的食品在辐照后会产生 辐照异味 水溶性维生素 VC的辐射敏感性最强 VB1 VB2 泛酸 VB6 叶酸较敏感 烟酸对辐射不太敏感 脂溶性维生素对辐射均很敏感 尤其是VE VK更敏感 食品中维生素对辐照的敏感性 主要受食品的成分 气体环境以及辐照时温度等环境因素的影响 加热条件下辐照处理维生素的损失高于冷冻辐照处理 2 2电离辐射的化学效应 维生素 直接效应 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 膜内有蛋白质和脂肪 磷脂 这些分子的断裂 造成细胞膜泄漏 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 3电离辐射的生物学效应 间接效应 来自被激活的水分子或电离所得的自由基 当水分子被激活和电离后 形成自由基 引起氧化还原反应 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 2 3电离辐射的生物学效应 为了表示某种微生物对辐射的敏感性 就通常以每杀死90 微生物所需用的剂量 Gy 来表示 即残存微生物数下降到原数的10 时所需用的剂量 并用D10值来表示 电离辐照杀菌所需要的剂量 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lg N0 N 即lgr与剂量的关系是直线的关系 2 3电离辐射的生物学效应 能量单位 电子伏特 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 放射性强度 居里 Ci 贝可 Bq 居里 Ci 放射性同位素每秒有3 7 1010次核衰变 则它的放射性强度为1Ci 贝可 Bq 法定的放射性强度单位 1Bq表示放射性同位素1s有1个原子核衰变 2 3电离辐射的生物学效应 照射量 1R 2 58 10 4C kg库仑 千克 C kg 伦琴 R 在标准状况 0 760mmHg 1cm3空气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 吸收剂 1Gy 100rad戈瑞 Gray Gy 1Gy 1J kg拉德 rad 1g任何物质若吸收射线的能量为100erg或6 24 1013eV 则吸收剂量为lrad 2 3电离辐射的生物学效应 3 影响辐照杀菌作用的因素 不同微生物对电离辐射的敏感度有很大的差异 影响电离辐射致死效果的因素主要有 辐射剂量 辐射剂量越高 活菌残存率越低 氧含量 减少含养量可微生物的抗性增强 含水量 含水量下降 微生物的抗性增强 微生物的种类 不同微生物的敏感性差异大 辐照物料的温度 冷冻可减少射线对食品的影响 影响电离辐射致死效果的因素 X 射线对大肠杆菌的致死效应 存活率 1 为在氧中进行辐射 细胞好气性生长 2 为在氮中辐射 细胞好气性生长 3 为在氧中辐射 细胞厌气性生长 4 为在氮中辐射 细胞厌气性生长 使菌数减少1百万倍所需的辐射剂量 食品中微生物耐电离辐射的特征值 D10 影响电离辐射致死效果的因素 对电离辐射的敏感性 G 细菌 肠细菌 G 细菌 粪链球菌 芽孢 耐辐射微球菌耐辐射能力最强 对电离辐射的抗性 细菌芽孢 病毒 酵母 霉菌 细菌营养细胞 食品毒素产生菌对电离辐射没有特别的抗性 大部分G 病原菌 如大肠杆菌等细菌的抗辐射的能力也不强 微生物对电离辐射的耐受性 冷冻 可防止食品风味被破坏 冷冻条件下 细菌的芽孢对电力辐射的抗性没有增加 而细菌的营养体的抗辐射能力增强 细菌芽孢最耐热 如以细菌芽孢为对象进行辐射处理时 为防止食品风味被破坏 可在冷冻条件下处理 辐射对食品引起的有害变化可减少一半 影响电离辐射致死效果的因素 4 辐照在食品保藏中的应用 电离辐射在食品中的应用 目前主要集中在食品的保藏方面 一般是对于包装食品进行处理 处理的方式有两种 辐射灭菌 杀死所有微生物 辐射剂量高 辐射保鲜 杀灭食品中的病原菌 改善食品的安全性 或降低腐败菌数量以延长食品的贮藏期 4 辐照在食品保藏中的应用 4 1食品辐照设施 食品辐照设施是能够安全地利用辐射源产生的电离辐射 通过规范的辐照工艺对食品和农产品进行加工的装置 辐照源 60Co 137Cs 电子加速器防护设备 为了防止射线伤害工作人员和其他生物 必须对辐射源和射线进行严格的屏蔽 最常见屏蔽材料是铅 铁 混凝土和水 输送与安全系统 被辐照的食品靠自动输送系统通过辐照区 输送路径的选择要使射线能穿透产品的所有部分 以确保产品接受均匀的辐照剂量 鱼品辐照装置简图 根据食品辐照的目的及所需的剂量 耐藏辐照 Radurization 主要目的是降低食品中腐败微生物及其他生物数量 延长新鲜食品的后熟期及保藏期 如抑制发芽等 一般剂量在5kGy以下 辐照巴氏杀菌 Radicidation 使食品中检测不出特定的无芽孢的致病菌 如沙门氏菌 所使用的辐照剂量范围为5 10kGy 辐照阿氏杀菌 Radappertization 所使用的辐照剂量可以将食品中的微生物减少到零或有限个数 经过这种辐照处理后 食品在无再污染条件下可在正常条件下达到一定的贮存期 剂量范围大于10kGy 4 2辐照应用的类型 4 3食品辐照工艺流程 4 4辐照在肉禽类食品保藏中的应用 畜禽食品中寄生虫可采用低剂量辐照进行控制 采用中等剂量辐照处理 能够破坏污染微生物 延长食品货架期 采用高剂量辐照 可使畜禽肉类食品在没有冷藏的条件下 实现长时间的保存 辐照处理常与冷藏或冷冻相结合 以延长产品的货架期和保持产品的品质 肉类食品中病原菌的D10值 肉类食品的种类 包装形式 辐照条件和保存环境等影响各种病原菌的D10值 电离辐射对冷冻鸡肉的微生物的作用 辐照对冷冻鸡肉中的各类微生物有明显的杀灭作用 随着辐照剂量的增加 辐照后微生物数量显著减少 肉类食品的辐照异味 各种动物性蛋白质食品在5 10 辐照后可检出异味的阈值剂量 ICGFI 1992 辐照异味随温度的增加而增大 目前最佳方法使在亚冷冻温度 30 80 进行辐照 以减少辐照异味的产生 将辐照与盐腌 干制 熏制和抗氧化剂结合处理 可降低保证肉类卫生所需的辐照剂量 以减少辐照异味的产生 两个目的 在干鱼贮藏 销售中防止虫害 辐照剂量在1kGy以下 减少 未 包装的鱼类和鱼类产品的微生物负荷及某些致病微生物的数量 辐照剂量在2 2kGy以下 辐照和贮藏温度在冰点温度以下 目前有22个国家批准了各类水产品的辐照 包括淡水鱼 海水鱼 有壳水产品 干鱼粉及各类干制的水产品 4 5辐照在水产类食品保藏中的应用 多数采用中低剂量处理 为了延长贮藏期 低剂量辐照鱼类常结合低温贮藏 部分海水鱼的辐照剂量和保藏效果 IAEA资料 2000 不同鱼类有不同的剂量要求 淡水鲈鱼在1 2kGy剂量下 延长贮藏期5 25d 大洋鲈在2 5kGy剂量下 延长保贮期18 20d 牡砺在20kGy剂量下 延长保藏期达几个月 水产品辐照保鲜的复合处理 降低水分含量能降低水产品中微生物的生长和繁殖 利用脱水作用与辐照处理相结合能够有效延长水产品的货架期利用真空包装 气调储藏 降低氧浓度 对促进辐照保藏也有一定作用在冰冻状态下辐照处理和保藏是延长货架期的有效手段水产品能够接受的最大辐照剂量不能使食品中的酶失活 利用加热灭酶 有利用保持产品品质稳定辐照处理控制微生物同时应与包装相结合 以避免微生物的再次侵害 主要目的 杀灭沙门氏菌一般蛋液及冰蛋液辐照灭菌效果较好带壳鲜蛋可用 射线辐照 剂量10kGy左右高剂量会使蛋白质降解而使蛋液粘度降低 引起脂质氧化 产生异味等 有研究表明辐照能减少蛋中卵黏蛋白导致的食物过敏 4 6辐照在蛋类食品保藏中的应用 辐照对全蛋液沙门氏菌的杀灭效果 D10值为0 44kGy 4 6辐照在蛋类食品保藏中的应用 低剂量辐照 10 1000Gy 去除寄生虫和害虫 抑制发芽及延迟果实的成熟 大于1kGy剂量 控制新鲜水果和蔬菜中的