第八章食品辐射保藏技术

.,1,.,2,1、概念：辐照保藏技术是利用原子能射线的辐射能量对食品进行杀菌、杀虫、抑制发芽、延迟后熟等处理，使食品的保藏期延长的技术。,一、概念及特点,第一节食品辐射保藏概述,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。,.,3,2、食品辐照杀菌的特点及意义,升温极微，可保持原有的新鲜感官特征；射线穿透力强；经安全剂量射线照射的食品无任何残留，射线不与产品结合。,节约能源。操作适应范围广。加工效率高，射线的穿透度高、均匀。,.,4,缺点：辐射灭菌效果与微生物种类有关；用辐射方法钝化食品中的酶比较困难；敏感性强和经高剂量照射的食品有可能产生不愉快的感官变化；不适用于所有食品；对操作人员的安全防护要求相当高。,.,5,我国第一所核应用技术研究所于1962年在成都建成，开始了食品辐射研究工作。70年代的研究工作取得了一定的成效。80年代国家卫生部批准部分（马铃薯、洋葱、大蒜、花生、蘑菇、香肠）辐照食品允许消费。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。90年代至今，我国已有近20项农产品辐照标准获得批准。,二、我国辐射保藏的发展现状,.,6,.,7,三、辐照食品的安全性,1、毒性问题大量动物实验将经过50kGy剂量照射过的食品，未发现产生有毒、致畸、致癌物。1980年联合国粮农组织FAO国际原子能组织IAEA，世界卫生组织WHO专家会议，决定在10kGy以内的辐射食品，不要再进行此剂量范围的毒性试验，在微生物学和营养学上都不存在问题，可以作为“推荐接受”。,.,8,2、微生物发生突变的危险微生物进行反复照射会产生耐辐射性，辐射引起的突变又可能使微生物获得抗辐射性而产生耐辐射菌，如用药物杀菌和热力杀菌一样菌种选育。,3、对营养物质的破坏低剂量（1kGy)，微不足道；中等剂量(110kGy)，可能损失一些维生素；高剂量(1050kGy)，采用约束间接辐射的措施（低温、真空、添加游离基受体等）营养价值降低不大，维生素有损失。,.,9,一、放射性同位素与辐射,1、放射性同位素,同位素：质子数相同，中子数不同的一类原子总称；放射性同位素：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。,第二节食品辐照保藏的基本原理,.,10,2、电磁辐射线,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,二、辐射源,（一）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）,.,12,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。137Cs提取分离较难，价格较贵，应用范围较小。,（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。电子流射线穿透能力弱，适用于表面杀菌。特点：电子加速器优点是可以控制开停，能量可以调节控制。（三）X射线用高能电子来轰击重金属靶，则产生X射线。X射线具有高穿透力，可应用于食品辐射加工，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，故没有得到广泛应用。,.,14,第三节影响辐射效果的因素,一、射线的种类二、辐射剂量剂量越高，食品保藏时间越长。剂量率也是影响辐照效果的重要因素。同等的辐照剂量，高剂量率辐照，照射的时间就短；低剂量率辐照，照射的时间就长。通常较高的剂量率可获得较好的辐照效果。,.,15,三、温度在接近常温范围内，温度对杀菌效果影响不大；冰点以下辐射间接作用不明显，微生物抗辐射性增加，但冻结使细胞受损后辐射敏感性会增加；对于肉类等辐射后易产生“辐射味”的食品辐射处理最好在低温下进行。,.,16,四、微生物种类微生物的菌种对辐射的敏感性有很大差异。芽孢杆菌和梭状芽孢杆菌所产生的细菌芽胞比营养型菌体强。革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌耐辐射酵母比霉菌耐辐射,.,17,五、氧气氧存在时辐射氧化作用加强，一般情况下杀菌效果因氧的存在而加强。防止氧化可采用抽真空和充惰性气体包装。,.,18,六、食品的包装,金属罐如渡锡薄钢板罐和铝罐对使用杀菌剂量的照射是稳定的。塑料包装的食品在剂量低于20kGy辐照对其物理性质没有明显影响。金属箔和各种符合包装材料是比较理想的食品辐射包装材料，可接受高达60kGy的照射。在食品辐射保藏中一般采用的辐射剂量低，因此，比较好的包装材料有玻璃纸、人造纤维、聚乙烯膜、聚氯乙烯、尼龙、复合薄膜、玻璃容器及金属容器。,.,19,一、辐照对食品的化学效应,是指被辐照物质中的分子所发生的化学变化。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：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。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。,第四节辐照对食品的影响,.,20,1、水的辐射效应,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）。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。,.,21,2、氨基酸与蛋白质,氨基酸经辐射后，会引起氨基酸脱氨等。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，导致蛋白质分子变性，发生凝聚、粘度下降和溶解度降低。,.,22,3、糖类一般来说相当稳定，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。,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、酮等十多种分解产物。,.,23,从表7-6可看出，50kGy的辐照剂量产生的还原力变化类似100加热10h的变化。,.,24,5、维生素不同维生素对射线的敏感性不同。水溶性维生素中以VC和维生素B1的辐射敏感性最强，其他水溶性如VB2，泛酸，VB6，叶酸也较敏感，VB5（烟酸）对辐射很不敏感，较稳定。一般认为维生素A和维生素E是脂溶性维生素对辐射最敏感的维生素。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。,.,25,.,26,脂溶性维生素,VA和VE：是脂溶性V中对辐照最敏感的V。牛肉在氮气中经20kGy剂量辐照，维生素A破坏率达66%，维生素E则没有损失；禽肉在氮气中分别经10kGy、20kGy和40kGy的辐照，其维生素A的降解率分别达58、72和95%；全脂牛乳经2.4kGy的辐照，维生素E将损失40%；VD食物中的维生素D对辐照似乎是相当稳定。鲤鱼油经几十千戈瑞剂量辐照，都没有发现维生素D的破坏。,.,27,水溶性维生素,VBl和VC对辐照最敏感，低于5kGy时，VC损失很少超过2030。维生素辐照损失数量受剂量、温度、氧气存在与食品类型等的影响。一般来说，在无氧或低温条件下辐照可减少食品中任何维生素的损失。,不同条件下B1辐照损失情形,.,28,三、食品辐照的生物学效应,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。辐射对活体组织的损伤主要是与其代谢反应有关，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。,.,29,1、微生物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。,.,30,NDlg=-N0D10其中：N0表示最初的微生物数N表示使用D剂量后残留的微生物数D表示初期剂量D10表示微生物残存数减到原数的10%时的剂量,为了表示某种微生物对辐射的敏感性，就通常以每杀死90%微生物所需要的戈瑞数来表示，即残存微生物下降到原数的10%所需要的剂量，并用D10值表示：,微生物对辐射的敏感性,.,31,一些微生物的D10值,.,32,2、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。,.,33,4、昆虫,处于幼虫期的昆虫对辐射比较敏感，成虫（细胞)对辐射的敏感性较小，高剂量才能使成虫致死，但成虫的性腺细胞对辐射是敏感的，因此使用低剂量可造成绝育或引起配子在遗传上的紊乱。成年前的昆虫经辐射可产生不育；辐照过的卵可以发育成幼虫，但不能发育成蛹；照射的蛹可发展为成虫，但成虫不育。,.,34,5、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7.5kGy牛肉中绦虫致死剂量3.0-5.0KGy,.,35,一、辐照应用类型,辐射阿氏杀菌辐射巴氏杀菌辐射耐贮杀菌,第五节辐照在食品保藏中的应用,.,36,辐射阿氏杀菌,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。为高剂量辐照，剂量范围3050kGy。,.,37,辐射巴氏杀菌,所使用的辐照剂量可以使食品中检测不出特定的无芽胞的致病菌（如沙门氏菌等）。为中剂量辐照，辐照剂量范围为110kGy。,.,38,辐射耐贮杀菌,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）。为低剂量辐照，一般剂量在1kGy以下。,.,39,二、食品辐射保藏的工艺流程,1、一般辐照工艺,.,40,.,41,2、典型食品辐照工艺,.,42,（1）果蔬类,果蔬辐照的目的主要是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。水果的辐照处理，除可延长保藏期外，还可促进水果中色素的合成、使涩柿提前脱涩和增加葡萄的出汁率。蔬菜的辐照处理主要是抑制发芽，杀死寄生虫。,.,43,抑制发芽,低剂量0.060.15kGy对控制根茎作物如马铃薯、洋葱、大蒜的发芽是有效的。为了获得更好的贮藏效果，蔬菜的辐照处理常结合一定的低温贮藏或其他有效的贮藏方式。如收获的洋葱在3暂存，并在3的低温下辐照，照射后可在室温下贮藏较长时间，又可以避免内芽枯死、变褐发黑。,.,44,辐照延迟水果的后熟期,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。,.,45,（2）粮食类,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。,.,46,（3）畜、禽肉及水产类,针对沙门氏菌等非芽孢菌的处理与其他方法联合处理高剂量辐照处理肉类辐照与冷藏结合处理水产品辐照保藏,.,47,针对沙门氏菌等非芽孢菌的处理,沙门氏菌是最耐辐照的非芽孢致病菌，1.53.0kGy剂量可获得99.9至99.999的灭菌率；而对O157:H7大肠杆菌，1.5kGy可获得99.9999的灭菌率（D100.24kGy）；寄生虫Toxoplasmagondii和Trichinellasprialis此的失活剂量分别为0.25kGy和0.3kGy。革兰氏阴性菌对辐照较敏感，1kGy辐照可获得较好效果，但对革兰氏阳性菌作用较小。Lambert等报告，充N2包装的块状猪肉在1kGy辐照后于5可存放26d。,.,48,与其他方法联合处理,通常的辐照量（100kGy）不能使肉的酶失活,可结合加热方法。如用加热使鲜肉内温度升到70保持30min，使其蛋白分解酶完全钝化后才进行辐照。,.,49,高剂量辐照处理肉类,目的：使（已包装）肉类在常温下长期保藏。剂量：杀死抗辐射性强的肉毒芽孢杆菌；对低盐、无酸的肉类（如鸡肉）需用剂量45kGy以上。产生异味：高剂量辐照灭菌处理会使产品产生异味，程度因肉类品种不同而异），牛肉产生的异味最强。目前防止异味最好的方法是在冷冻温度-30-80下辐照，因为异味的形成大多数是间接的化学效应。在冰冻时水中的自由基的流动性减少，可以防止白由基与肉类成分的相互反应发生。颜色：辐照可引起肉颜色的变化，在有氧存在下更为显著。,.,50,辐照与冷藏结合处理,目的：用辐照处理冷藏或冷冻家禽，杀灭沙门氏菌和弯曲杆菌（campylobacter），处理猪肉使旋毛虫幼虫失活。（带来的卫生效益最为明显）剂量：27kGy被认为足以杀死上述病原微生物和寄生虫，对大部分食品不会造成感官特性不利的影响。,.,51,水产品辐照保藏,多数采用中低剂量处理，高剂量处理工艺与肉禽类相似，但产生的异味低于肉类。为了延长贮藏期，低剂量辐照鱼类常结合低温（3以下）贮藏。不同鱼类有不同的剂量要求，如淡水鲈鱼在12kGy剂量下，延长贮藏期525d；大洋鲈在2.5kGy剂量下，延长保贮期1820d；牡砺在20kGy剂量下，延长保藏期达几个月。加拿大批准商业辐照鲜鱼和黑线鳍鱼片以延长保质期的剂量为1.5kGy。,.,52,4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。全世界至少已有