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工艺 第四章食品辐照保藏 食品的辐照保藏 第7章 第7章 食品的辐照保藏 1 概 述 2 食品辐照杀菌的基本原理 3 辐照在食品保藏中的应用 4 辐照食品的包装 5 辐照食品的安全性 1 概 述 食品辐射保藏的概念 利用原子能射线照射食品，对食品进行杀菌、灭虫、抑制鲜活食品的生命活动等处理以延长食品保藏期的方法。 1 概 述 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：简便易行，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。 辐射保藏的优越性（意义、特点） 受辐射过程中温度升高甚微 射线穿透力强 不会留下任何残留物 节省能源 适应范围广 加工效率高、整个工序可连续化、自动化 缺点： 很难使食品中的酶失活； 具有适宜能量的射线种类很少； 安全性问题。 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。 2 辐射的基本原理 2.1 放射性同位素与辐射 放射性同位素：原子核中质子数相同，中子数不同的一类原子的总称为同位素，自然界中有1800多种同位素，稳定的有300多种，不稳定的有1800多种，不稳定的同位素称为放射性同位素。 放射性衰变：每个放射性同位素经放出射线后，就转变成另一个原子核，从不稳定的元素变成稳定同位素，同时释放出能量。原子核的转变过程称为放射性衰变。 2.2 放射性强度及其单位 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。 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。单位：居里Ci 、贝克Bq。 辐射剂量：法定单位为库仑/千克（C/kg），以前曾用伦琴（R）。 1R 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。 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），另一个单位为拉德（rad）， 1Gy 100rad 。 辐射剂量与吸收剂量是两个意义完全不同的辐射量。 辐射剂量只能作为X或射线辐射场的量度，描述电离辐射在空气中的电力本领； 吸收剂量则可以用于任何类型的电离辐射，反映被照介质吸收辐射能量的程度。 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。 辐射剂量与吸收剂量的关系 在辐照场仪器测定的是辐射剂量，而食品保藏通常讲的是吸收剂量，它们之间可以换算。 2.3 辐射源的来源 1. 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-射线，经常采用人工制备的放射性同位素60Co和137Cs。 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。 目前在商业上采用60Co作为-射线源。 2. 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： 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）； 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。 2.4 食品辐射的化学效应 电离辐射使食品成分产生变化的基本过程有两种： 直接作用：生物大分子直接吸收辐射能后引起的辐射效应，即辐射能量的吸收与辐射损伤发生在同一分子中。 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。 间接作用：生物大分子从周围水分子中吸收辐射能后引起的辐射效应，即辐射能量的吸收与辐射损伤发生在不同分子中。 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。 干制品、脱失食品或冷冻食品由于缺少“自由”水分其间接作用较小，辐照诱导组分的变化主要为直接作用。 “自由”水分是能够显著影响产品辐照品质和辐照效果的重要因素之一。 辐照化学效应的强弱用G值表示。 G值：被照射物质中每吸收100eV能量所产生化学变化的分子数量和形成的物质（分子、原子、离子和原子团等 ）的数量。 G值越大，辐照引起的化学效应越强烈。 电离辐射引起水分子的变化 辐射对蛋白质与氨基酸的影响 辐射对糖类的影响 辐射对脂类的影响 辐射对维生素的影响 （一）电离辐射引起水分子的变化 水分子对辐射很敏感，被活化的水与其他有机物反应，产生辐射的间接效应。 水化电子之间、水化电子与自由基之间反应 水辐射的化学效应可概括为： 对氨基酸的影响 在辐照食品加工所用剂量范围内影响很小； 大剂量处理氨基酸发生脱氨基、氧化和脱羧反应； 含硫氨基酸对辐射更敏感，硫成分会被氧化产生H2S、单质硫或气态硫化物等（异味）； 食品中的氨基酸对辐照的稳定性高于纯溶液中的稳定性。 对蛋白质的影响 辐射加工所用剂量范围内，对蛋白质影响一般很小，并且对不同蛋白质的影响几乎一样； 食品中的蛋白质比纯粹蛋白质样品更不易被辐照所影响； 蛋白质辐照后可发生辐射交联、辐射降解、结构破坏，导致蛋白质分子变性，发生凝聚、粘度下降和溶解度降低等变化。 低温辐射或无氧包装可减少风味的降低。 对酶的影响 辐射可以使食品中的酶失活； 食品辐照对酶的影响较为温和； 辐照对酶的钝化作用不如其他灭酶方法有效，因此辐照处理前可采用其他方法进行灭酶。 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。 辐射对己醛糖的作用不限定于任何特定键，可生成的产物非常多。 糖类对辐照处理是相当稳定的，只有在大剂量辐照处理下才引起碳水化合物的氧化和分解。 蛋白质和氨基酸对糖类辐解有保护作用。 辐射引起的脂肪变化可分为自动氧化和非自动氧化两种； 主要作用是脂肪酸长链中C-C键断裂，因而形成链烷，继而反应通常生成链烯。 有O2存在时继续发生自动氧化反应，与无辐照时的自动氧化反应类似； 无O2存在则发生非自动氧化性的辐射分解，产生H2、CO、CO2、烃和醛。 采用降低辐照温度、添加天然抗氧化剂及气调（无氧）包装等可减少和控制辐照过程中脂肪的氧化。 水溶性维生素对辐照的敏感性不同，VC最敏感； 脂溶性维生素对辐照均很敏感， VE 、VK最敏感； 维生素在食品或复杂体系中的稳定性比在单纯溶液中稳定性高（营养成分交叉保护）； 维生素损失率随着辐射剂量的增大而增大； 冷冻或惰性气体包装可减少维生素辐照损失。 2.5 食品辐照的生物学效应 电离辐射对微生物的直接作用 病毒 一般采用加热和辐照并举的方法，可有效抑制病毒的活动。 细菌 芽孢菌较无芽孢菌对辐射的耐受性强； 辐照剂量愈高，对细菌的杀灭率愈强。 霉菌和酵母菌 对辐照的敏感性与无芽孢细菌相同。 昆虫 辐照的损伤作用 致死、缩短寿命、不育、延迟发育、减少进食和抑制呼吸。 寄生虫 辐照剂量（猪旋毛虫） 35 kGy 致死 0.20.3 kGy 抑制生长 0.12 kGy 不育 干扰乙烯合成，抑制高峰期的出现； 改变果蔬的呼吸率，防止老化； 使水果中的化学成分发生变化； 抑制发芽：辐射破坏分生组织，核酸和植物激素的代谢受到干扰，核蛋白发生变性等因素。 2.6 食品辐射保藏的机理 利用高能射线的电离能力和强大的穿透能力，引起生物体内部分子和原子的激发和电离，从而扰乱了生物体正常的新陈代谢，抑制了生命和酶的活动。 辐射处理可以杀灭食品中的微生物和昆虫，而对食品本身的营养价值并无明显的影响。 食品辐照时，微生物或昆虫一般多集中在食品的表层，故它们和食品表层最先接受射线的作用。 在适量的辐射剂量下，食品内发生变化的分子、原子占食品分子的极少数。 分子的微小变化，都可能导致生物酶的失活，生理生化反应的延缓或停止，新陈代谢的中断、生长发育停顿、生命受到威胁，甚至死亡，因而对生命活动影响较大。 然而，作为动物性食品原料已无生命失去新陈代谢能力，植物性食品虽然有生命存在但新陈代谢非常缓慢，因此能发生变化的极少数分子对食品产生的影响很小，有的几乎不产生影响。 3 辐射在食品保藏中的应用 食品辐射杀菌的类型 辐射耐贮杀菌（Radurization） 低剂量照射（平均辐射剂量在1kGy以下） 抑制发芽；杀灭昆虫和寄生虫；延缓水果和蔬菜的后熟过程。 辐射巴氏杀菌（Radicidation） 中剂量照射（平均辐射剂量在110kGy之间） 杀菌、防腐；延长保藏期；改良食品的工艺品质。 辐射商业杀菌（Radappertization） 高剂量照射（平均辐射剂量在1050kGy之间） 香料、调味品的商业杀菌。 4 辐照食品的包装 目的 调节气体氛围； 防止污染； 提高辐照效率。 要求 透气性低、机械强度高、密封性能好、防潮、耐热、耐辐射。 材料 玻璃纸、人造纤维、聚乙烯膜、玻璃容器、金属容器等。 5 辐射食品的安全性 放射性污染 感生放射性：由电离辐射使食品中某些元素产生的放射性。 毒性物质的生成 未确证会产生有毒、致癌、和致畸物质。 微生物类发生变异的危险 不会增加细菌、酵母菌和病毒的致病性。 对营养物质的破坏 低剂量辐射的营养损失微不足道。 思考题 基本概念：G值、初级辐射、次级辐射、感生放射性。 试述食品辐射保藏的原理。 为什么说辐射能杀虫、灭菌，而对食品的营养价值无明显的影响？ 用于食品加工的辐射源有哪些？ 食品辐照杀菌有哪些特点？在食品保藏中有哪些应用？ 在辐射加工过程中，受照物质吸收多少能量，用吸收剂量描述。吸收剂量定义为受照物质单位质量所吸收的能量，国际单位定义为戈瑞（Gy），1戈瑞表示1千克（Kg）物质吸收1焦耳（J）能量，1 Gy1 J/ Kg。习惯上常用拉特（rad）表示，1拉特表示1克（g）物质吸收100尔格（erg）能量，1rad 100erg/g。所以，1 Gy 100rad。辐射加工中常用千戈瑞（KGy）和兆拉特（Mrad）表示吸收剂量：10 KGy1 Mrad。 （三）电离辐射对植物的作用 采收或宰杀 预处理包装 运输 贮存 辐照 品质检查 剂量控制 品质检查 食品辐射保藏的工艺流程 杀灭细菌、昆虫 延长保藏期 控制霉菌、乙烯 杀灭沙门氏菌 抑制发芽 杀虫、灭霉菌 商业杀菌 处理目的 加热70灭酶 3以下辐照 5060水洗 3辐照 处理条件 45kGy 12kGy 0.75kGy 10kGy 0.050.15kGy 24kGy 1520kGy 采用剂量 猪肉 淡水鲈鱼 番木瓜 鲜鸡蛋 马铃薯、洋葱 谷类 调味品 食品 典型食品辐照工艺 * * 2.1 放射性同位素与辐射 2.2 放射性强度及其单位 2.3 辐射源的来源 2.4 食品辐射的化学效应 2.5 食品辐射的生物学效应 2.6 食品