【毕业学位论文】（Word原稿）辐照食品鉴定的热释光分析方法研究农产品加工及贮藏工程硕士 论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 学位论文 辐照食品鉴定的热释光分析方法研究 y y I 摘 要 辐照技术 的 成熟完善 ， 辐照食品 的 生产 量、 消费 量 和贸易量 不断增加 。 协助 政府监管 、 提高消费 信心 、 突破 贸易 技术壁垒需要 可靠 完善的辐照食品 鉴定 方法。 热释光 分析 鉴定 方法是 辐照食品 检测方法中适用范围最广应用前景最好的一种方法。本文旨在建立了一 套系统完善的热释光检测辐照食品的方法（ 测法）。 研究内容包括样品的提取制备、 测法最适检测参数的确定、参比剂量和判定阈值的确定、影响热释光检测的因素研究、与其他热释光检测方法的验证比较 ，最后建立完善可靠的辐照食品鉴定的 测法 。 本课题 首先 采用不同的物理和化学方法，通过大量的 食品 样品 进行 试验 ， 研究和总结出不同类别的 辐照食品的矿物质提取和制备方法 。 包括香辛料 和 脱水蔬菜类食品、新鲜水果蔬菜类食品、能分离矿物质的含油脂食品、 有特殊溶解性的 食品的矿物质提取与制备方 法。研究结果表明 ，总结得出的提取和制备 方法 操作简便、 稳定 可靠 。 本文 对 测法 的 最适检测参数进行 了 研究 ， 通过比较检测热释光发光强度大小以及发光曲线分析确定 了 L 检测的最高加热温度为 500 ；升温速率为 5 /s；预热温度为 50 ；积分取值区间为 100 ；漂白温度为 600 ； 数据点取值范围 为 1 250。 本文 对 测法的参比剂量与判定阈值进行 深入 研究，通过检测判定大量的辐照食品的试验验证统计确定最合理的参比剂 量与判定阈值为：定阈值采用 剂量辐照食品检测的参比剂量为 定阈值采用 本文 对影响热释光检测的主要因素进行 了 研究 ，研究结果 表明 ： 影响热释光检测辐照食品的主要因素有两类 。 一类 是 影响热释光的发光强度，但经过归一化后可以消除不影响判定准确率 的因素， 这类因素 包括样品储存时间、辐照射线等。另外一类因素是影响热释光 发 光强度且影响检测判定准确率的因素，这类因素包括 样品的产地、样品粒径、 样品质量、 样品接受的辐照剂量、检测条件、辐照参比剂量、 判定阈值等。 本文对不同热释光检测方法 进行了验证研究 ， 检测 验证 结果表明 ： 采用 释光检测法 鉴定辐照食品的判定准确率最高，误判率最低，稳定性最 好 ， 释光检测法 是一套系统 完整可靠 的辐照食品检测方法。 本 文在 对所有能通过热释光方法鉴定的辐照食品进行系统 的 研究 后 ， 总结建立了一套系统完善的 释光检测法 。 释光检测法 的建立 扩大了热释光检测 辐照食品的应用 范围，提高了检测的准确性和稳定性 ， 填补了我国在辐照食品检测领域的空白，为建立国家标准提供 了 技术支撑 和 实验基础 。 关键词： 辐照食品 热释光 鉴定 方法 影响因素 is a a of to to to It it to of of to is in TL of of by of by as a of to by of to L by a A of is or of L a L of to a of is to L L is to of of on L of In to a we to of L of L L In of it be be We L we L 0 ; 00 at a /s;00 00 ； 00 by .5 by .0 by to L .1;as at a at a L as in by to L .1;as at a or at a e on of of of of of of .1 L is to a of is a of 录 第一章 绪论 . 1 品辐照技术的概述 . 1 照食品鉴定方法的研究现状 . 2 释光分析法 . 2 子自旋共振分析法（ . 3 学发光法 (. 4 解产物检测法 . 4 烷基环丁烷（ 2质谱分析检测方法 . 5 照食品检测其他方法 . 5 照食品检测鉴定的热释光方法研究现状 . 6 照食品鉴定的热释光分析方法研究的目的和意义 . 8 要研究内容 . 9 第二章 检测样品制备方法的研究 . 10 言 . 10 料与方法 . 10 验仪器 . 10 验试剂 . 11 验样品 . 11 验方法 . 11 论与讨论 . 14 论 . 14 论 . 14 章小结 . 15 第三章 热释光检测方法的研究 . 16 言 . 16 料与方法 . 17 验材料 . 17 验设备 . 17 验方法 . 17 果与讨论 . 18 L 测法最适检测参数的确定 . 18 比剂量与判定阈值的确定 . 23 章小结 . 26 第四章 影响热释光检测辐照食品的因素研究 . 28 V 言 . 28 料与方法 . 28 验材料 . 28 验设备与试剂 . 29 验方法 . 29 果与讨论 . 29 测样品矿物粒径对检测判定的影响 . 29 物砂土质量对检测及判定准确性的影响 . 31 照剂量对检测及判定准确性的影响 . 32 藏时间对检测的影响 . 33 同产地的相同品种对热释光强度的影响 . 35 同类型的射线辐照对检测的影响 . 35 章小结 . 37 第五章 不同的热释光检测方法对比 . 38 言 . 38 料与方法 . 38 验材料 . 38 器与设备 . 38 验方法 . 39 果与讨论 . 40 章小结 . 41 第六章 全文主要结论与建议 . 42 要结论 . 42 同辐照食品的矿物质提取和制备方法研究 . 42 L 测法最适检测参数的确定 . 42 比剂量与判定阈值的确定 . 42 响热释光检测的主要因素研究 . 43 L 测法与其他热释光检测法对比验证 . 43 立了辐照食品鉴定的 测法 . 43 议 . 45 参考文献 . 47 附录 . 52 附录 . 59 致 谢 . 62 作者简 介 . 63 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论 品 辐照 技术 的 概述 全球 60 多亿人口的生存需 要 食品， 需要充足 的 安全食品 。 然而在 生态环境越来越恶劣原料资源 越来越 馈乏 的 今天， 全世界每年收获的农产品 却 有 1/3 在到达消费者之前因腐败、霉烂和病虫害侵蚀而损失 掉 ； 更严重的是 每年有约 1500 万左右的人死于食源 性疾病。 对于 我国 这样 一个有 13 亿 多 人口 的发展中 国 家 ， 每年 由于 生产储藏中的腐败变质 损失约 10%的粮食 ， 直接经济损失达数百亿元，严重影响国计民生 。 长期以来，人们采用加热、 冷藏、腌制、化学熏蒸等方法对食品进行处理 来 防 止微生物的侵蚀和 腐败变质 。 但加热、冷藏方法耗能大，适用的食品范围有限，食品中的营养成分和品质质量降低且不能保证彻底杀菌 ；采用 腌制法 、 熏蒸 、 喷洒化学药剂或使用食品添加剂的方法 虽 能杀灭食品表面的病菌， 但 这些方法会使食品中 有药物 残留 或产生亚硝酸盐等致癌物，引起食品安全问题， 影响人 类 健康。 而 社会和科技的 快速 进步 使得 农产品数量快速增长 ， 人们的消费观念以及饮食结构发生了根本变化，对食品的品质特别是安全性要求越来越高。提高食品的质量安全已成为全世界共同关心的主题。确保食品质量安全必须保证食物在每个供应环节是安全、卫生、无污染、营养的。如何保证食品的安全卫生 ，全世界各国政府和科学界都在寻求和探索新的食品加工 贮藏方法。通过半个世纪的研究和实践， 食品辐照技术逐渐发展和成熟起来， 现在已广泛应用于食品加工贮藏工业中。 辐照技术 作为 第二次世界大战后崛起的一种新型 加工 保藏技术，可应用于所有食品 。 食品辐照技术是利用高能射线（ 射线 或电子加速器产生的低于 10子束）对食品 及其 农副产品进行加工处理，通过电离辐射抑制生物中酶的活动，破坏生物体中细胞结构，起到杀虫、杀菌、抑制发芽、延缓成熟、检疫控制寄生虫感染和提高卫生质量的目的。迄今为止 ,全世界已有 42 个国家批准辐照农副产品和食品 240 多种 ,年市场销售辐照食品的总量达 30 多万吨。特别是 1997 年12 月 美国 准认可猪、牛、羊和鸡等家禽肉的辐照保鲜技术，在世界农副产品辐照加工领域产生了巨大的影响 ，大大推动了全球辐照食品商业化进程 。 2003 年 9 月在美国芝加哥召开的第十四届国际辐照加工 年会上， 14 个主题报告中有 5 个是关于食品辐照的，并一致认为今后 5 年位居第一的最有发展机会的行业是辐照食品行业。 近年来 , 我国 200 多个单位分别对 200 多种食品进行辐射保鲜、杀虫灭菌、改善品质等方面的研究 ，马铃薯、洋葱、花生、蘑菇、大米、香肠、密橘、苹果、荔枝、番茄、生杏仁、花粉、果脯、薯干酒、猪肉和熟肉制品 等 在符合相应辐照食品卫生和安全标准的情况下批准上市 (施培新 ,2004)。 1997 年我国颁布了 6 大类 辐照食品的 国家标准。我国已成为世界上辐照食品种类批准最早、最多的国家。 截止 2005 年底，我国现有大小 钴源辐射装置已达 160 余座 ,总设计装源容量约 27400 万居里 ), 其中设计装源能力 110 万居里 )以上的商用辐照装置已有 84 余座 ,中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 2 而食品辐照加工是这些装置的重要的应用领域。 2006 年我国辐照食品总量已达 16 万吨，在 辐照食品数量上已成为当今世界第一大国。 食品辐照技术 逐步成熟和完善 ， 而 有关辐照食品安全性 逐渐 成为 政府和消费者 关注的 重点 。根据各国 30 多年的研究结果 , 980 年 10 月份宣布 ,吸收剂量在 10下的任何辐照食品都是 安全的，无需做毒理学试验。 10上的剂量辐照的食品的安全性问题 ,目前尚无定论 ,有待于进一步研究。 食品辐照 技术 以其 节能、效率高、不升温、安全可靠和保持食品良好感官品质等优点，在当前的食品加工和 储藏 领域中 占有 着 重要的地位， 并且这种重要地位将会 越来越 巩固 。 照食品 鉴定 方法的 研究现状 随着 食品辐照技术的成熟和 完善， 辐照食品商业化迅猛发展， 辐照食品 生产和消费需求不断增加，国际贸易地位不断攀升 。 越来越多的国家和组织对食品是否经过辐照的关注程度日益增加 。政府需要对辐照食品进行监管，消费者 需要知道 食品是 否 辐照 ，需要更多了解辐照食品 ，发达国家在 辐照食品的 国际贸易中设置技术壁垒， 种种问题需要成熟完善的辐照食品检测方法。 针对食品在辐照过程中产生的独特细微的物理 、 化学及微生物 变化 迹象 ,人们进行了大量的分析测试研究 ， 提出了一些有效的检测方法和手段 。 较常用的有热释光分析法、 光释光分析法、 电子自旋共振法，高效液相色谱法，气质联用法 、 解产物检测法、粘度测定法、种子发芽抑制法等等方法。 释光 分析法 热释光 （ 简称 一种物理现象。 食品中的 硅酸盐 粒子 受到电离辐射， 接受能量 产生电离和激发，获得足够能量 的电子 游离出来， 然后 被晶格中的缺陷所俘获 ，这些被捕获的 电子在 常温 环境下，可以长时间滞留在缺陷中。当 样品被 加热时， 在陷阱中的 电子获得能量 ，这些电子可以从陷阱中逸出，当逸出的电子返回稳定态时，就伴有 热释光 发射， 释放的热释光 光子数与电子数成正比 。 通过仪器测量记录到发光曲线。 由于电子被陷落在不同深度的陷阱中，则随着温度的升高，首先逸出的是浅陷阱中的电子，因此通过一起记录到的发光曲线是加热温度的函数，且发光强度随样品吸收剂量增加而增大。 热释光方法检测辐照食品原理 是 通过 对食品所带的矿 物质 分离 提取 ，测量其热释光发光曲线 即 1；再 将同样的样品经 确 定剂量辐照，测定其 热释光强度 以 2之值和 两次发光曲线形状作为判断是否经过辐照和辐照剂量大小的依据。 热释光方法检测辐照食品成功应用于中草药、脱水或半干蔬菜、香辛料、土豆、新鲜或半干水果、小虾、对虾等多种能分离出硅酸盐物质的食品 的检测判定 。 1997年 欧洲标准化委员会（ 制订 了 释光检测 标准 ， 检测含有硅酸盐矿物质的食品。 但是由于热释光检测辐照食品的研究起步晚研究时间短，还有很多不完善和不成熟的地方，包括 理论上由于所有暴露于土壤或风沙中的食品都含有矿物残存，几乎所有农产品都可用热释光中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 3 分析法检测，然而 还有很多制约热释光方法检测辐照食品准确率的因素不清楚。本文 将在后文中逐一进行研究和分析。 子自旋共振分析法（ 电子自旋共振（ 简称 称电子顺磁共振 （ ， 析法是一种光谱法， 通过 检测 物质的电子自旋共振光谱 来 判定食品是否经辐照处理。 食品经电离辐射作用在其内部会产生自由基（含有 未配对电子的分子），大多数自由基的寿命很短，他们通过自由基相互反应很快消失，但在坚硬的或相对干燥的食品或含有硬组织（如骨头、钙化的表皮、硬果壳、子、核等）中，辐照在这些食品中产生的自由基扩散困难，具有较长的寿命（接近、甚至超过了食品的自身寿命）。长寿命的自由基就是 测技术的基础。 并且 对这些长寿自由基来说 所获 号的吸收峰强度随着辐照剂量的增大而增强。 在特定的频率和场强（共振条件）下的微波吸收量就是该自由基的数量 。 未经辐照的食品含有自由基、自旋过渡金属离子以及大量的未配对电子， 号则很弱，经过 辐照的食品的 号则很强。 如图 图 1辐照 张彦立等， 2006） SR a .5 射所致的自由基数量通常与吸收剂量成比例，这种关系被应用于反推出辐照食品所吸收的辐照剂量。 1971 年 法用于含骨头的鸡的辐照检测，到目前为止 如 法成功用于含骨头或钙化组织的辐照食品检测 ，如： 鸡、蛙、羊腿、火鸡、猪肉、牛排、鸭子、鹅子和兔子等的辐照检测。 1974 年 法 用于其他干燥食品和香辛料调味品的辐照检测中 ； 1985 年起， 相继 证明在肉类、海洋食品、水果中检测出辐照 号相对容易。在后来的几年中，研究向纵深发展，进入了一个更高的层次，这些研究导致了现在 测在食品控制实验室和食品控制检测法规中的应用。 测法也可应用二次加工辐照食品的检测，如机械剔肉（ 可以检测由 提取的骨碎片。 另外， 测辐照水果，已 经成功检测了葡萄干、香蕉干、木瓜、枣核、椰子、樱桃、冷冻樱桃、法国梅脯、椰子壳，存贮温度 4。 法具有准确灵敏的优点，可以检测 0. 2量辐照的食品，但是在进行 量前必须将样品研磨成一定大小的颗粒，此过程本身也会产生自由基，而且 自由基不稳定 。在实际的食品的检测 中， 辐照所致的 号与食品的种类、状态甚至是所观察的部位有关。 如 纤维素自中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 4 由基的强度和寿命取决于香料 /调味品的种类和生长环境，对于其它的芳香调味品，对于其它的干燥食品，如谷类食品（以谷物通常的含水状态 10 ， 号 通常寿命很短，不足其经济贮存期，只有特定的情况下，纤维素自由基存留的时间超过食品的保质期。 在辐照的贝类中检测到 号，鱿鱼以及挪威龙虾中都被发现。但同样由于贝类外骨骼的化学成分复杂，产生的号取决于食品的种类，甚至同类但不同产地。 学发光法 (干燥固体 食品 (如香辛料 )受辐照时，一些辐射诱导产物 (如自由基 )与水接触发生反应会伴有短脉冲光发射，脉冲宽度主要依赖于样品溶于水所需的时间 。 光产额一般随吸收剂量增加，最后达到一定饱和值。一些光敏剂 (如鲁米诺 )可增加光产额，常用的光敏 剂鲁米诺，在碱性溶液中可释放出 2 个质子，在氧化作用下，该分子发生分解，同时引起化学发光。化学发光在 10 时最明显。在水溶液中，发射光的发射光谱在 424达到最大。 然后通过测定食品的化学发光判定是否经过辐照。 化学发光法检测辐照食品成功应用于检测牙买加胡椒、小豆蔻、肉豆蔻、迷迭香、丁香、荷兰芹、姜黄、咖喱、马玉兰等香辛料物 。 虽然化学发光法检测辐照食品简便快捷，但它检测稳定性较低。 化学发光强度与吸收的辐照剂量、样品储存时间、热处理、湿度、空气以及紫外光照等有关。例如水蒸气可使化学发光强度碎灭 ，主要是水蒸气使表面自由基衰变的缘故；一些含不饱和脂肪酸的香辛料，如芝麻籽，因脂的氧化作用导致化学发光强度增加，奶粉也有这种效应；香辛料受紫外光照射也产生化学发光，但因为它们的穿透能力弱，影响主要在表面。化学发光强度随食品种类不同而变化，即使是同一种香料，也会因产地和批次不同导致化学发光强度的差异。由于化学发光响应与样品的辐照条件和存储条件密切相关， 这些因素都直接影响着检测的准确率。 而且化学发光现象也普遍存在于未辐照样品中，这样给未辐照和辐照食品区分带来了困难。不过可以采用与 每种食品设定一 个阈值，取同一种类未辐照食品的最大化学发光强度乘以 2待检样品的发光强度大于它的阈值，则该样品是受过辐照的；但若发光强度在安全系数范围内，则不能用化学发光方法检出，需其它方法