食品技术原理之第7章

1、食品加工与保藏原理食品加工与保藏原理 第七章第七章 食品的辐射保藏食品的辐射保藏 食品辐射食品辐射(照照)的意义及特点的意义及特点 食品辐射的基本原理食品辐射的基本原理 食品的辐照效应食品的辐照效应 食品的辐射及其影响因素食品的辐射及其影响因素 食品辐照的卫生与安全食品辐照的卫生与安全 第一节第一节 食品辐射食品辐射( (照照) )的意义及特点的意义及特点 食品的辐射保藏是是利用射线照食品的辐射保藏是是利用射线照 射食品，灭菌、杀虫，抑制鲜活射食品，灭菌、杀虫，抑制鲜活 食品的生命活动，从而达到防霉食品的生命活动，从而达到防霉 、防腐、延长食品货架期目的的、防腐、延长食品货架期目的的 一种食品

2、保藏方法。一种食品保藏方法。 与微波的区别：与微波的区别： 辐射是利用原子核衰变产生的电磁波来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处理食品，而微波则是将电能转化为电 磁波来处理食品。磁波来处理食品。 一、原子辐射研究的历史发展一、原子辐射研究的历史发展 1896年，亨利年，亨利贝克莱在研究各种物质的磷光贝克莱在研究各种物质的磷光 现象时，发现了放射性。现象时，发现了放射性。 1896年，年，roentgen发现了发现了x射线，并对这种射线，并对这种 射线的特性做了完整而准确的计算。射线的特性做了完整而准确的计算。 1898年斯密特和居里夫妇独立地观察到钍化年斯

3、密特和居里夫妇独立地观察到钍化 合物发射类似的射线。同时居里夫妇从铀盐合物发射类似的射线。同时居里夫妇从铀盐 中分离出了一个新元素，取名镭中分离出了一个新元素，取名镭(由拉丁词由拉丁词 radius而来，意为射线而来，意为射线)。 1921年年schraty获得获得x射线杀菌专利。射线杀菌专利。 美国最早于本世纪四十年代开始进行辐射美国最早于本世纪四十年代开始进行辐射(照照)保藏食品保藏食品 的研究，当时主要是用于军事上。的研究，当时主要是用于军事上。1943年发表了对汉年发表了对汉 堡包进行辐照杀菌的论文后，美国由此解决了海军食堡包进行辐照杀菌的论文后，美国由此解决了海军食 品保存问题。尔后

4、研究遍及美国品保存问题。尔后研究遍及美国90多所大学及科研单多所大学及科研单 位。位。 五十年代初前苏联、欧洲和日本也相继进行了广泛的五十年代初前苏联、欧洲和日本也相继进行了广泛的 研究。研究。 我国食品辐射我国食品辐射(照照)的研究则最早于的研究则最早于1958年开始，年开始，70年代年代 中在四川、河南、天津、北京、上海、东北地区、湖中在四川、河南、天津、北京、上海、东北地区、湖 南、广东等地相继开展了食品辐照的研究。南、广东等地相继开展了食品辐照的研究。 在国际原子能机构在国际原子能机构(iaea)、联合国粮农组织、联合国粮农组织(fao)和世和世 界卫生组织界卫生组织(who)的倡议下

5、，的倡议下，1970年在巴黎成立了年在巴黎成立了“ 食品辐射食品辐射(照照)国际计划国际计划”(ifip)，先后共有，先后共有24个国家参个国家参 加该计划，分工协作进行研究。加该计划，分工协作进行研究。 1976年三大组织评定：马铃薯、鸡肉、小麦、木瓜、草莓年三大组织评定：马铃薯、鸡肉、小麦、木瓜、草莓 中国中国1984年批准年批准7种，一直到种，一直到97年，基本覆盖了大多数食品年，基本覆盖了大多数食品 1.“冷杀菌冷杀菌”； 2.具有良好的保鲜效果；具有良好的保鲜效果； 3.辐照处理食品能耗低；辐照处理食品能耗低； 4.对环境的污染小。对环境的污染小。 5.投资大设备特殊。投资大设备特殊

6、。 6.改善工艺质量改善工艺质量 二、食品辐射的特点二、食品辐射的特点 iaea报道：保藏方法耗能（mj.t-1） 冷藏食品324 巴氏消毒828 热杀菌1080 辐射灭菌22.68 辐照巴氏杀菌2.74 冷藏马铃薯1080 辐照马铃薯67.6 第二节第二节 食品辐射的基本原理食品辐射的基本原理 一、核辐射与半衰期一、核辐射与半衰期 1、核辐射、核辐射 a a 射线：射线：2质子质子2中子中子 b b 射线：电子射线：电子 g g 射线：类似可见光射线：类似可见光 中子：质子1.5：1发射射线 中子过剩 质子过剩 质子捕获电子 人工产生放射性元素： 58fe（n，）59fe26 16s（n，p

7、）15p32 2、半衰期、半衰期 不同的放射性同位素，其半衰期是不同不同的放射性同位素，其半衰期是不同 的。的。 例如：例如： t1/2(238u)=4.5109年年 t1/2(212po)=3.010-7s 用作食品辐射加工的辐射源用作食品辐射加工的辐射源60co的半衰的半衰 期为期为5.27年，年，137cs为为30年。年。 二、食品辐射的基本原理二、食品辐射的基本原理 食品辐照时，射线把能量或电荷传递给食品以食品辐照时，射线把能量或电荷传递给食品以 及食品上的微生物和昆虫，引起的各种效应会及食品上的微生物和昆虫，引起的各种效应会 造成它们体内的酶钝化和各种损伤会迅速影响造成它们体内的酶钝

8、化和各种损伤会迅速影响 其整个生命过程，导致代谢、生长异常、损伤其整个生命过程，导致代谢、生长异常、损伤 扩大直至生命死亡。而食品则不同，除了鲜活扩大直至生命死亡。而食品则不同，除了鲜活 食品之外均不存在着生命活动，鲜活食品的新食品之外均不存在着生命活动，鲜活食品的新 陈代谢也处在缓慢的阶段，辐射所产生的影响陈代谢也处在缓慢的阶段，辐射所产生的影响 是进一步延缓了它们后熟的进程，符合储藏的是进一步延缓了它们后熟的进程，符合储藏的 需要。需要。 第三节第三节 食品的辐照效应食品的辐照效应 一、食品辐射加工的计量单位一、食品辐射加工的计量单位 1. 放射性强度的单位放射性强度的单位(量度放射性同位

9、素的量度放射性同位素的) 放射性强度是度量放射性强弱的物理量放射性强度是度量放射性强弱的物理量 ，常用的单位有居里，常用的单位有居里(ci)、贝克、贝克(bq)和克和克 镭当量。镭当量。 2. 照射量及其单位照射量及其单位 (量度放射性同位素放射出的射线的量度放射性同位素放射出的射线的) 照射量照射量(exposure)是用来量度是用来量度x射线或射线或g 射线在空气中电离能力的物理量，其单射线在空气中电离能力的物理量，其单 位为伦琴位为伦琴(r)。国际标准单位。国际标准单位c/kg 3. 吸收剂量、剂量率及其单位吸收剂量、剂量率及其单位 (量度被辐射物体吸收量的量度被辐射物体吸收量的,相对可

10、以信赖的相对可以信赖的) 被照射物质所吸收的射线的能量称为吸收量，被照射物质所吸收的射线的能量称为吸收量， 其单位为拉德其单位为拉德(rad)或戈瑞或戈瑞(gy)。 1 gy1j/kg 4. 剂量当量、剂量当量率及其单位剂量当量、剂量当量率及其单位 剂量当量就是用来量度不同类型的辐射剂量当量就是用来量度不同类型的辐射 所引起的不同的生物学效应，其单位为所引起的不同的生物学效应，其单位为 雷姆雷姆(rem)或希沃特或希沃特(sv)。 单位时间内的剂量当量称为剂量当量率单位时间内的剂量当量称为剂量当量率 ，其单位用，其单位用rems-1或或remh-1等表示。等表示。 钴玻璃钴玻璃 二、食品辐射装

11、置二、食品辐射装置 食品的辐射装置包括辐射源、防护设备食品的辐射装置包括辐射源、防护设备 、输送系统和自动控制与安全系统。、输送系统和自动控制与安全系统。 1. 辐射源辐射源 辐射源是食品辐射加工的核心部分，它可以分辐射源是食品辐射加工的核心部分，它可以分 为放射性同位素和电子加速器两大类。为放射性同位素和电子加速器两大类。 (1) 放射性同位素放射性同位素 60co辐射源、 辐射源、 137cs辐射源辐射源 (2) 电子加速器 电子加速器 电子射线、电子射线、x射线射线 核废料核废料99mo、131sr、137cs 电子射线电子射线 电子射线射程短，密度大，穿透力差，电子射线射程短，密度大，

12、穿透力差， 一般适用于食品表面的照射。如对易腐一般适用于食品表面的照射。如对易腐 食品辐射时，选定适当的食品辐射时，选定适当的“加速能加速能”， 就可使射线不穿透食品内部，只进行表就可使射线不穿透食品内部，只进行表 面杀菌。面杀菌。 x射线射线 x射线具有高穿透能力，可以用于食品射线具有高穿透能力，可以用于食品 辐射加工。但是由于电子加速器作辐射加工。但是由于电子加速器作x射线射线 源效率低，而且能量中包含大量低能部源效率低，而且能量中包含大量低能部 分，难以均匀照射大块样品，故没有得分，难以均匀照射大块样品，故没有得 到广泛的应用。到广泛的应用。 2. 防护设备防护设备 3. 输送与安全系统

13、输送与安全系统 三、食品辐射效应三、食品辐射效应 (一一) 食品辐射的物理效应食品辐射的物理效应 1. g g射线和射线和x射线的作用射线的作用 康普顿散射、康普顿散射、 感生放射性感生放射性 2. 电子射线的作用电子射线的作用 库仑散射、库仑散射、契连科夫效应库仑散射、库仑散射、契连科夫效应 电子射线经散射、电离轫致辐射等作用后，消电子射线经散射、电离轫致辐射等作用后，消 耗了大部分能量，速度大为减慢，有的被所经耗了大部分能量，速度大为减慢，有的被所经 过的原子所俘获，使原子或原子所在的分子变过的原子所俘获，使原子或原子所在的分子变 成负离子，有的与阳离子相碰发生阴、阳离子成负离子，有的与阳

14、离子相碰发生阴、阳离子 湮灭，放出两个光子，其光子对被照射物的作湮灭，放出两个光子，其光子对被照射物的作 用与上述的光子一样。用与上述的光子一样。 为了防止被照射物诱发产生放射性，电子射线为了防止被照射物诱发产生放射性，电子射线 的能量不得超过的能量不得超过10mev，大多数采用，大多数采用5mev。 (二二) 食品辐射的化学效应食品辐射的化学效应 辐射的化学效应是指被辐射物质中的分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。食品的辐射处理子所发生的化学变化。食品的辐射处理 ，发生化学变化的物质，除了食品本身，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包

15、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及内部的微生物、昆虫和寄生虫等生物 体。体。 直接作用和间接作用直接作用和间接作用 约束间接作用的途径约束间接作用的途径 冷冻状态辐照 真空或惰性气体中 添加游离基受体 辐射化学效应的强弱用辐射化学效应的强弱用g值值表示，所谓表示，所谓g值就值就 是介质中每吸收是介质中每吸收100ev能量时发生变化的分子能量时发生变化的分子 数。数。 例如：麦芽糖溶液经过辐射发生降解的例如：麦芽糖溶液经过辐射发生降解的g值为值为 4.0，则表示麦芽糖溶液每吸收，则表示麦芽糖溶液每吸收100ev的辐射能的辐射能 ，就有，就有4个麦芽糖分子发生降解

16、。不同介质的个麦芽糖分子发生降解。不同介质的 g值可能相差很大，值可能相差很大，g值大的，辐射引起的化值大的，辐射引起的化 学效应较强烈；学效应较强烈；g值相同者，吸收剂量大者所值相同者，吸收剂量大者所 引起的化学效应较强烈。例如引起的化学效应较强烈。例如g值等于值等于3，吸，吸 收剂量为收剂量为1mrad时，每千克介质发生变化的摩时，每千克介质发生变化的摩 尔数为尔数为3.110-6，剂量提高到，剂量提高到6mrad时，则每时，则每 千克发生变化的摩尔数达千克发生变化的摩尔数达1.910-2。 食品及其他生物有机体的主要化学组成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

17、生素等是水、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，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。生一系列的化学变化。 1. 水水 大多数食品均含有丰富的水分，水也是构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。品经辐射引起的水分变化十分复杂。 水辐射的化学效应可概括为：水辐射的化学效应可概括为： h2o 2.7oh +0.55h +2.7e-水化 水化+0.45h2 +0.71h2o2 +2.7h3o 2. 蛋白质和酶蛋白质和酶 蛋白质蛋白质 结构破坏结构破坏

18、 辐射交联辐射交联 辐射降解辐射降解 蛋白质辐照时交联与降解同时发生，而蛋白质辐照时交联与降解同时发生，而 往往是交联大于降解，所以降解常被掩往往是交联大于降解，所以降解常被掩 盖而不易觉察。盖而不易觉察。 酶酶 酶的主要组成部分是蛋白质，所以辐射酶的主要组成部分是蛋白质，所以辐射 对酶所引起的作用与蛋白质类似，酶中对酶所引起的作用与蛋白质类似，酶中 所含的巯基所含的巯基(-sh)由于容易氧化会增大酶由于容易氧化会增大酶 对辐射的敏感性，但在复杂的食品体系对辐射的敏感性，但在复杂的食品体系 中，由于其他物质的伴生存在而使酶得中，由于其他物质的伴生存在而使酶得 以保护，欲使酶钝化需要相当大的辐射

19、以保护，欲使酶钝化需要相当大的辐射 剂量。剂量。 3. 糖类糖类 糖类在辐射过程中发生的变化主要是降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，若干故态糖解作用和辐解产物的形成，若干故态糖 类的辐解产物见表类的辐解产物见表7-1。 糖糖辐解产物辐解产物g值值500krad时浓度时浓度(10mgkg-1) 葡萄糖葡萄糖甲醛甲醛0.060.095 乙醛乙醛 丙酮丙酮 葡糖醛酸葡糖醛酸0.44.1 葡糖酸葡糖酸0.88.2 5-脱氧葡糖酸脱氧葡糖酸0.323 果糖果糖甲醛甲醛2.54 蔗糖蔗糖甲醛甲醛0.160.25 果糖果糖 葡萄糖葡萄糖 甘露糖醇甘露糖醇甲醛甲醛0.81.26 果

20、糖果糖0.565.2 表表7-1 辐射不同固态糖类的主要辐解产物辐射不同固态糖类的主要辐解产物 4. 脂类脂类 脂肪和脂肪酸被射线照射时，脂肪和脂肪酸被射线照射时，饱和脂肪饱和脂肪比较稳比较稳 定，而定，而不饱和脂肪不饱和脂肪容易氧化，出现脱羧、氢化容易氧化，出现脱羧、氢化 、脱氨等作用。、脱氨等作用。有氧有氧存在时，由于会发生自动存在时，由于会发生自动 氧化作用，饱和脂肪也会被氧化。辐射促进自氧化作用，饱和脂肪也会被氧化。辐射促进自 动氧化过程可能是由于促进自由基的形成和氢动氧化过程可能是由于促进自由基的形成和氢 过氧化物的分解，并使抗氧化剂遭到破坏。过氧化物的分解，并使抗氧化剂遭到破坏。

21、食品中的脂类组分受辐射而产生的化合物，除食品中的脂类组分受辐射而产生的化合物，除 了有辐射诱导的自动氧化产物外，也有非氧化了有辐射诱导的自动氧化产物外，也有非氧化 的分解产物。的分解产物。 5. 维生素维生素 食品中维生素在辐射中的稳定性和食品的性质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。的增大而增大。 6. 包装材料包装材料 包装材料包装材料 (三三) 食品辐射的生物学效应食品辐射的生物学效应 一一. 抑制蔬菜发芽和果实后熟抑制蔬菜发芽和果实后熟 蔬菜中的马铃薯和洋葱，主要是通过蔬菜中的马铃薯和

22、洋葱，主要是通过 控制其休眠来进行储藏的。在结束休控制其休眠来进行储藏的。在结束休 眠后，如果温度和湿度适宜时，便会眠后，如果温度和湿度适宜时，便会 旺盛地发芽；果实采收后的成熟现象旺盛地发芽；果实采收后的成熟现象 称为后熟，后熟的速度影响着储藏期称为后熟，后熟的速度影响着储藏期 的长短。的长短。 辐射对生物体作用的机理目前尚未十分辐射对生物体作用的机理目前尚未十分 清楚，但可能与下列原因有关：清楚，但可能与下列原因有关： 1. 由于射线的辐照，细胞中的由于射线的辐照，细胞中的dna和和rna 受到损伤，植物体生长点上的细胞不能受到损伤，植物体生长点上的细胞不能 发生分裂，所以马铃薯、洋葱等经

23、辐照发生分裂，所以马铃薯、洋葱等经辐照 后不会发芽。参见后不会发芽。参见表表7-2。 2. 食品辐照时，干扰了食品辐照时，干扰了atp的合成，使细的合成，使细 胞的核酸减少，抑制了植物体的发芽。胞的核酸减少，抑制了植物体的发芽。 核酸核酸照射剂量照射剂量核酸含量核酸含量(mgg-1干物质干物质) (krad)12月月3月月4月月 0140140154 rna5618384 857 65 0170131170 dna5 108120 8121121123 表表7-2 马铃薯经辐射后核酸含量的变化马铃薯经辐射后核酸含量的变化 3. 植物组织处于休眠状态时，其生长点缺乏植物组织处于休眠状态时，其生长

24、点缺乏 植物生长激素或生长激素被钝化，若把经植物生长激素或生长激素被钝化，若把经 过辐射的马铃薯放入一种生长激素过辐射的马铃薯放入一种生长激素赤霉赤霉 素酸溶液中，马铃薯就开始发芽素酸溶液中，马铃薯就开始发芽(表表7-3)。 3. 对于具有呼吸高峰的果实，在高峰开始出对于具有呼吸高峰的果实，在高峰开始出 现前夕，体内乙烯的合成明显增加，从而现前夕，体内乙烯的合成明显增加，从而 促进成熟的到来。若在高峰前对果实进行促进成熟的到来。若在高峰前对果实进行 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，延长果实成，就能够抑制其高峰的出现，延长果实

25、 的储藏期。的储藏期。 处理法处理法处理处理 数数 发芽率发芽率 剂量剂量 (krad) 赤霉素酸浓赤霉素酸浓 度度(ppm) 5日日 后后 10日日 后后 15日日 后后 20日日 后后 80 0000 8250 7162020 120200000 12250 5121720 12500 8142020 表表7-3 赤霉素酸对赤霉素酸对g辐照的马铃薯发芽的影响辐照的马铃薯发芽的影响 二二. 导致微生物和昆虫的死亡导致微生物和昆虫的死亡 食品经辐射后，附着在食品上的微生物和昆虫发食品经辐射后，附着在食品上的微生物和昆虫发 生了一系列生理学与生物学效应而导致死亡，其生了一系列生理学与生物学效应而

26、导致死亡，其 机理是一个十分复杂的问题，目前还没有完全搞机理是一个十分复杂的问题，目前还没有完全搞 清楚，一般认为与下面两点有密切关系：清楚，一般认为与下面两点有密切关系： (1) 造成遗传物质造成遗传物质dna的损伤；的损伤； (2) 辐射化学效应的产物与细胞组成发生反应。辐射化学效应的产物与细胞组成发生反应。 第四节第四节 食品的辐射及其影响因素食品的辐射及其影响因素 一、食品辐射的类型一、食品辐射的类型 联合国粮农组织联合国粮农组织(fao)、国际原子能机构、国际原子能机构 (iaea)和世界卫生组织和世界卫生组织(who)联合专家联合专家 委员会把食品辐射分为下列三类：委员会把食品辐射

27、分为下列三类：低剂低剂 量辐照、中等剂量辐照、大剂量辐照量辐照、中等剂量辐照、大剂量辐照。 二、食品辐射保藏的效果及其影响因素二、食品辐射保藏的效果及其影响因素 食品进行辐射处理时，必须根据食品的种食品进行辐射处理时，必须根据食品的种 类和预期的目的，控制辐射剂量和照射条类和预期的目的，控制辐射剂量和照射条 件，才能达到良好的保藏效果。件，才能达到良好的保藏效果。 (一一) 食品辐射保藏食品辐射保藏 1. 粮食的辐射保藏粮食的辐射保藏 2. 果蔬的辐射保藏果蔬的辐射保藏 3. 畜、禽、鱼肉的辐射保藏畜、禽、鱼肉的辐射保藏 4. 香料和调味品的辐射保藏香料和调味品的辐射保藏 (二二) 提高食品辐射保藏效果的措施提高食品辐射保藏效果的措施 食品的辐射保藏处理，欲取得满意的效果食品的辐射保藏处理，欲取得满意的效果 除了根据食品的种类和辐射目的采用适宜除了根据食品的种类和辐射目的采用适宜 的辐射剂量外，还可以采取一些辅助