食品保鲜技术第三章

第三章食品贮藏保鲜方法,第三节食品物理保鲜,第三节食品物理保鲜,一、辐射处理食品辐射处理是利用射线、X射线以及电子束等电离辐射射线与物质作用产生的物理效应、化学效应和生物效应，达到杀虫灭菌、防止霉变、提高食品的卫生质量、保持营养品质及风味及延长贮藏期和货架期的目的。,第三节食品物理保鲜,目前，各国在辐射保藏食品上，主要是应用60钴或137铯为放射源的射线照射，也有用能量在10MeV以下的电子射线照射的。食品辐射处理具有良好的保鲜效果、能耗低、无污染、无残留、处理食品卫生安全和冷加工的特点。,第三节食品物理保鲜,（一）辐射的起源与发展1980年12月，FAO/IAEA/WHO辐照食品卫生安全联合专家委员会得出的结论是：“用10kGy（1Mrad）以下的最大平均剂量照射的食品，在毒理学、营养学及微生物学上完全没有问题，并且，今后在此剂量下的食品不再需要进行毒理实验”。1999年FAO/IAEA/WHO高剂量研究小组在WH0890号报告中宣布：超过10kGy高剂量辐照食品也是安全的结论。,第三节食品物理保鲜,国际辐照食品咨询委员会（ICGFI）根据上述研究结果，对食品辐照通用标准进行修改，明确提出了“对任何食品的辐照，应在规定的剂量范围内进行，其最低剂量应大于达到工艺目的所需的最低有效剂量，最大剂量应低于综合考虑食品的卫生安全，结构完整性，功能特性和食用品质所确定的最高耐受剂量”。,第三节食品物理保鲜,（二）辐射处理原理及生物学效应1、辐射的物理学原理（1）激发和电离电离是指有一定动能的带电粒子与原子的轨道电子相互间发生静电作用时，将其本身的部分能量传递给轨道电子，如果轨道电子获得的动能足以克服原子核的束缚时则成为自由电子，此过程叫做电离。,第三节食品物理保鲜,激发是指轨道电子获得的能量不足以使其成为自由电子，而只能从低能级跃迁到高能级的轨道上去，使原子成为激发态，这种过程叫激发。,第三节食品物理保鲜,具有电离作用的辐射称为电离辐射。目前，食品辐射中常用的射线仅为X，射线和电子束，其辐射能产生的激发和电离对于食品的原子来说仅仅是涉及到外层电子，所以激发和电离的效应是化学效应和生物学效应。,第三节食品物理保鲜,（2）辐射的种类与物质的相互作用辐射通常是指某种物质中发射出来的波或粒子，以其所带的能量在空间或介质中间向各个方向传播的过程。辐射可以分为两大类：一类为电磁辐射；另一类为微粒辐射，统称为电离辐射。,第三节食品物理保鲜,用于食品辐射的只有两种电离辐射，即由电磁辐射产生的X射线和射线；微粒辐射产生的电子束辐射。,第三节食品物理保鲜,无论是X射线和射线或电子束辐射对物质来说都是一个能量传递和沉积的过程，其结果都能使物质发生电离和激发，在此过程中会形成一系列的产物如电子、离子、激发分子、自由基和分子，这些产物亦称为化学原初产物（活性粒子）。,第三节食品物理保鲜,（3）辐射或照射的计量单位辐射或照射的计量单位包括辐照或辐射量、物质吸收剂量以及它们的速率。为了定量照射量和比较照射的方法，过去常用居里（Ci）、拉德（rad）、雷普（Rep）、伦琴（R）等表示放射线的能量。,第三节食品物理保鲜,2、辐射的化学效应辐射的化学效应是指被辐射物质中的分子所发生的化学变化。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。,第三节食品物理保鲜,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。,第三节食品物理保鲜,食品的辐射处理，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。,第三节食品物理保鲜,食品经辐射后，会产生自由基如有机过氧化物，从而影响食品质量。食品辐照生成的有机过氧化物主要有两种来源：食品主要成分直接吸收辐射能所产生的自由基与O2发生反应。食品中水吸收辐射能形成的活性粒子与食品主要成分作用所产生的自由基与O2发生反应。前者引起的作用是直接作用，后者引起的作用是间接作用。,第三节食品物理保鲜,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。（1）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。,第三节食品物理保鲜,（2）蛋白质与氨基酸在辐照蛋白质和氨基酸时也会出现多样性。若辐射干燥状态下的氨基酸，其主要反应是脱氨基作用而产生氨。辐照氨基酸水溶液时，由于水分子的存在就会产生辐照的间接效应。,第三节食品物理保鲜,由于辐射的作用，会引起SH基氧化、脱氨、脱羧以及苯环和多环式氨基酸自由基的氧化反应，从而导致蛋白质的一级结构发生变化，二级或三级结构遭到破坏，产生分子变形，凝聚，粘度降低，溶解度变化以及电泳行为、吸收光谱的变化、酶促反应变化等现象。,第三节食品物理保鲜,由于食品是由多种成分组成的，在常用剂量下最终的辐射效应并未导致氨基酸明显的变化，因而不会造成蛋白质营养价值可察觉的损失。,第三节食品物理保鲜,（3）酶由于酶是蛋白质，所以，它对辐照的反应与蛋白质相似，如变性作用等。,第三节食品物理保鲜,（4）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。放射线对低分子糖类照射时，随着照射剂量增加，糖的旋光度减少，而且发生褐变，还原性以及吸收光谱等均发生变化。多糖类经放射线照射后会发生融点降低，褐变，旋光度减少，结构和吸收光谱变化等现象。,第三节食品物理保鲜,（5）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、氢化、脱氨等作用。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。,第三节食品物理保鲜,（6）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。一般维生素在复杂体系或食品中的稳定性比在单纯溶液中的稳定性高。,第三节食品物理保鲜,3、辐射作用的生物学过程HDerting和HJung（1970）将辐射生物学效应发展过程分为四个阶段，即物理阶段、物理化学阶段、生物化学阶段和生物学阶段。,第三节食品物理保鲜,4、辐射的生物学效应在鲜活食品中的辐照不会产生特殊毒素，但在辐照后某些机体组织中有时发现带有毒性的不正常代谢产物。辐照对鲜活食品的损伤主要表现在代谢反应，其辐照效应取决于机体组织受辐照损伤后的恢复能力，还取决于辐照总剂量的大小。,第三节食品物理保鲜,（1）抑制发芽和果实后熟电离辐射抑制植物器官发芽是由于分生组织被破坏、生长点上的细胞不能发生分裂、核酸和植物激素代谢受到干扰以及核蛋白发生变化所致。在呼吸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，延长果实的贮藏期。,第三节食品物理保鲜,（2）导致微生物和昆虫的死亡昆虫的细胞对辐照相当敏感，使用低剂量辐照会造成遗传紊乱如雄性不育等；用稍高的剂量即可将昆虫致死。,第三节食品物理保鲜,通过辐射可杀灭微生物，根据杀菌的目的分成三类：选择性杀菌、针对性杀菌和辐射灭菌。选择性杀菌是指通过一定剂量的电离辐射，减少初始细菌的总量（通常亦称之为细菌总数）以限制腐败作用。针对性辐射杀菌是指利用一定剂量的电离辐射杀死食品内除病毒以外的各种致病菌。辐射灭菌是指采用较高的辐照剂量，杀灭食品中全部的微生物，达到细菌总数、致病菌为零。这种辐照产品在没有污染的条件下可以长期保存不会腐败。,第三节食品物理保鲜,（三）影响辐射贮藏效果的因素1、放射线的种类能用于食品的离子化放射线有高速电子流、射线及X射线。射线的种类不同，作用效果也会发生相应的变化。无论哪种射线，电离密度越大，其杀菌效果越好。,第三节食品物理保鲜,2、照射剂量和剂量率根据各种食品的贮藏目的和各自的特点，射线的最适照射剂量是不同的，此外，辐射贮藏的效果还与剂量率有关。一般而言，在进行食品辐射时通常使用较高的剂量率进行辐射，贮藏效果更佳。,第三节食品物理保鲜,由于照射时的剂量不同，所起的作用也有差别：低剂量：1kGy以下。影响植物代谢抑制块茎、鳞茎类发芽，杀死寄生虫。中剂量：110kGy，抑制代谢，延长果蔬贮期，阻止真菌活动，杀死沙门氏菌。高剂量：10kGy以上，彻底灭菌。,第三节食品物理保鲜,3、食品本身的性质产品本身的病菌污染程度（如微生物的多少、微生物生长状态）、寄生虫的多少、生长发育阶段、成熟度、呼吸代谢强度等，均对辐射处理贮藏效果有很大的影响。在微生物的增长周期中，处于稳定和衰亡期的细菌对放射线有较强的抵抗性，而处于对数增长期的细菌则敏感性很强。另外，培养条件也影响微生物对放射线的敏感性。,第三节食品物理保鲜,4、辅助措施的增效作用常在食品中添加某些化学物质，以减少辐照时营养成分的损失和品质变化，例如硫脲、CO2、维生素K5、NaCl等。,第三节食品物理保鲜,有些化学物质使放射线杀菌效果降低，例如醇类（一价、二价醇），甘油类，硫化氢类，亚硫酸氢盐，硫脲，巯基乙胺，2，3-二巯基乙酸，2-（2-巯基乙氧基）乙醇，谷胱甘肽，二甲基亚砜，L-半胱氨酸，抗坏血酸钠，乙酰琥珀酸，乳酸盐，葡萄糖，氨基酸，以及其他培养基成分和食品成分。,第三节食品物理保鲜,有些化学物质能增强放射线杀菌作用，例如食盐、有机酸盐、盐渍剂，还有维生素K5，4-氨基-2-甲基-1-萘酚，4-氨基-1-萘酚，l-氨基-2-萘酚，5-氨基-1-萘酚，1，4-萘醌亚硫酸氢钠，无水马来酸邻苯二马来酰胺，碘乙酸，马来酸（顺丁烯二酸）、碘乙酰胺，羟基汞苯甲酸，无机的卤族化合物、酚的卤代物、氯仿、含水三氯乙醛、KIO3等。,第三节食品物理保鲜,5、环境因素的影响O2效应：在有O2条件下，会增强杀菌效果（氧效果）。温度效应：产品的辐射敏感性随辐射温度的提高而增强。水分效应：如果没有水分，难以有H+，OH-等的生成，并且产生的放射线间接作用效果就会变小，生成的游离基由于没有水而不能自由移动。大量的试验资料表明，食品含水量高低对辐射敏感性影响很大。,第三节食品物理保鲜,二、电场处理从分子生物学角度看，果品蔬菜等食品都可看作是一种生物蓄电池，当受到带电离子的空气作用时，果品、蔬菜中的电荷就会起到中和作用，必然会对生物体的代谢过程产生某种影响，使生理活动处于“假死”状态，呼吸强度因此而减慢，有机物消耗也相对减少，从而达到贮藏保鲜目的。,第三节食品物理保鲜,电场处理的作用形式包括：高压电场下产生的空气离子和O3对产品的作用；高压电场下产生的离子水对产品的作用；高压电场对产品的直接作用。,第三节食品物理保鲜,1、空气离子的产生及生物学效应空气离子具有活性，能与食品细胞膜上的物质发生各种反应特别是与生物大分子反应，如与蛋白质、核酸等作用，使蛋白质变性，DNA和RNA的结构和性质发生变化，从而导致对外界环境敏感的酶失活，导致一系列的机体代谢受阻。,第三节食品物理保鲜,农产品收获后，空气离子通过对产品表面电荷平衡的干扰，从而影响整个代谢过程和延缓其衰老。离子化的气体具有良好的保湿性能，能维持细胞的膨压，故可防止农产品失水萎蔫，保持其新鲜状态。空气离子作用于农产品上的微生物，具有一定的抑制和灭菌效果，故可用于农产品采后的消毒和防腐处理，以减少采后的腐烂损失。,第三节食品物理保鲜,2、O3的产生及生物学效应O3是一种强氧化剂，也是一种良好的消毒剂和杀菌剂，能杀灭农产品上的微生物及其分泌的毒素，能有效地抑制代谢产物ACC和C2H4的形成，降低C2H4释放率，并可使贮藏环境中的C2H4氧化失活，从而延缓农产品的衰老。,第三节食品物理保鲜,3、离子水的生物学效应离子水的表面张力和渗透压力增大，不易蒸发，能抑制霉菌孢子的生长。离子水作用于生物体，产生大量的自由基与生物大分子作用形成原初损伤，通过新陈代谢使损伤扩大，从而导致呼吸减弱，机体代谢减慢甚至死亡，故有防腐保鲜的效果。,第三节食品物理保鲜,4、电场直接作用于食品的生物学效应在外加电场的作用下，食品内部的细胞结构特别是细胞膜结构发生变化，使膜上的电性物质发生重排、激发、电离等作用，产生一些活性离子作用于膜上的酶系统，并可使之钝化。此外，电场也能使细胞内的自由水发生电离、激发等作用，产生具有化学活性的自由基，作用于生物大分子，导致损伤，进而干扰其代谢过程。,第三节食品物理保鲜,电场处理的效果受许多因素的影响，如农产品的种类，有效剂量与时间、温度、湿度以及贮藏条件等，因此，在推向大规模的商业性应用之前，尚有待于进一步进行深入而广泛的研究。,第三节食品物理保鲜,三、减压贮藏1957年，Workman和Hummel等同时发现，一些果蔬在冷藏的基础上再加上降低气压的条件，可以明显地延长其贮藏寿命。在1966年，美国的Burg等人提出了完整的减压贮藏理论和技术。,第三节食品物理保鲜,（一）减压贮藏的原理及效应减压贮藏又叫低压贮藏和真空贮藏等，是气调贮藏的发展，是一种特殊的气调贮藏方式。关键是把产品置于空气压力低于一个大气压、低温高湿的密闭贮室中，并在贮藏期间保持恒定的低压的保鲜方法。,第三节食品物理保鲜,由于减压作用，降低了贮藏环境中氧气浓度和乙烯的释放量，产品呼吸作用减慢，寿命延长。减压的程度依不同的产品有所不同，一般为正常大气压的1/10左右（10.1325kPa）。,第三节食品物理保鲜,随着总的气压降低，O2的分压相应降低，所以，减压贮藏必然是低O2条件，其作用性质与气调贮藏中降低O2的浓度相同。减压贮藏的效应与呼吸和C2H4的动态有关，在减压贮藏下，C2H4的产量和呼吸强度明显下降。,第三节食品物理保鲜,气调贮藏