食加工工艺原理

1、食品加工工艺原理食品加工工艺原理第八章第八章 食品的辐照保藏食品的辐照保藏第八章第八章 食品的辐射保藏食品的辐射保藏第一节第一节 概述概述 第二节第二节 辐照的基本概念辐照的基本概念 第三节第三节 食品辐照保藏原理食品辐照保藏原理 第四节第四节 辐照对食品质量的影响辐照对食品质量的影响 第五节辐照在食品保藏中的应用第五节辐照在食品保藏中的应用第六节第六节 食品辐照的安全与法规食品辐照的安全与法规思考题思考题:思考题思考题n 辐射有哪些化学效应及生物学效应？辐射有哪些化学效应及生物学效应？n 辐射保藏食品的原理辐射保藏食品的原理,从辐射效应对微生物、酶、病虫害、果蔬从辐射效应对微生物、酶、病虫害

2、、果蔬等的影响角度回答。等的影响角度回答。n 放射性同位素发射的射线种类、产生的条件及各自的特点。放射性同位素发射的射线种类、产生的条件及各自的特点。n 辐射量、吸收剂量、吸收剂量速率及相应的单位。辐射量、吸收剂量、吸收剂量速率及相应的单位。n 食品辐射常用的人工放射性同位素。食品辐射常用的人工放射性同位素。n 辐射食品卫生安全性如何？何谓感生放射性？辐射食品卫生安全性如何？何谓感生放射性？n 辐射杀菌的三种方式是什么？辐射杀菌的三种方式是什么？第一节第一节 概述概述一、食品辐射保藏的定义及其特点一、食品辐射保藏的定义及其特点二、辐射保藏的进展二、辐射保藏的进展 一、食品辐射保藏的定义及其特点

3、一、食品辐射保藏的定义及其特点l 食品辐射保藏定义食品辐射保藏定义l 特点特点: n 辐照技术较其他保藏方法的辐照技术较其他保藏方法的优越性优越性。n 穿透力强穿透力强带来的好处带来的好处l 缺点缺点l缺点缺点与局限性与局限性n 投资大大, 及专门设备来产生辐射线（辐射源），及专门设备来产生辐射线（辐射源），n 安全防护并需要提供安全防护措施，以保证辐射线不泄露；对不同产品及不并需要提供安全防护措施，以保证辐射线不泄露；对不同产品及不同辐照目的要选择控制好合适的辐照剂量，才能获得最佳的经济效应和社会同辐照目的要选择控制好合适的辐照剂量，才能获得最佳的经济效应和社会效益。效益。n 高剂量下的感观

4、性状变化高剂量下的感观性状变化n 接受性由于各国的历史、生活习惯及法规差异，目前世界各国允许辐照的由于各国的历史、生活习惯及法规差异，目前世界各国允许辐照的食品种类仍差别较大，多数国家要求辐照食品在标签上要加以特别标注。食品种类仍差别较大，多数国家要求辐照食品在标签上要加以特别标注。穿透力强穿透力强辐照技术的另一个特点就是射线（如辐照技术的另一个特点就是射线（如射线）的穿透力强，射线）的穿透力强，可以在包装下及不解冻情况下辐照食品，可杀灭深藏在食品内部的害虫、寄生虫和微生物。正因为此，它被大量应正因为此，它被大量应用于海关对进口物品（食物、衣物等用品）的防疫处理，用于海关对进口物品（食物、衣物

5、等用品）的防疫处理，以确保进口物品不携带有害生物进入国门。还可与冷冻保以确保进口物品不携带有害生物进入国门。还可与冷冻保藏技术等配合使用，使食品保藏更加完善，这是其他保藏藏技术等配合使用，使食品保藏更加完善，这是其他保藏方法所不可比拟的。方法所不可比拟的。定义定义l 食品辐射保藏食品辐射保藏是利用原子能射线的辐射能量照射食品或原材料，是利用原子能射线的辐射能量照射食品或原材料，进行杀菌、杀虫、消毒、防霉等加工处理，抑制根类食物的发芽和延进行杀菌、杀虫、消毒、防霉等加工处理，抑制根类食物的发芽和延迟新鲜食物生理过程的成熟发展，以达到延长食品保藏期的方法和技迟新鲜食物生理过程的成熟发展，以达到延长

6、食品保藏期的方法和技术。术。这种技术又称为食品辐照（这种技术又称为食品辐照（food irradiation）技术。）技术。l 辐照食品辐照食品经辐照技术处理后的食品。经辐照技术处理后的食品。在我国在我国辐照食品卫生管理办法辐照食品卫生管理办法附则中定义：辐照食品是指用钴附则中定义：辐照食品是指用钴60、铯、铯137产生的产生的射线或电子加速器产生的低于射线或电子加速器产生的低于10mev电子束照射加工保藏的食品。电子束照射加工保藏的食品。l食品辐射的较其他方法的优越性食品辐射的较其他方法的优越性l 非热作用，食品内部温度不会增加或变化很小，故有，食品内部温度不会增加或变化很小，故有“冷杀菌冷

7、杀菌”之称，而且之称，而且辐照可以在常温或低温下进行，因此经适当辐照处理的食品可保持原有的色、辐照可以在常温或低温下进行，因此经适当辐照处理的食品可保持原有的色、香、味和质构，有利于维持食品的质量；香、味和质构，有利于维持食品的质量；l 节能与冷冻保藏等相比，能节约能源。据与冷冻保藏等相比，能节约能源。据(iaea）报告，冷藏耗能）报告，冷藏耗能324mj/t，巴氏消毒能耗巴氏消毒能耗828mj/t，热杀菌能耗，热杀菌能耗1080mj/t，辐照灭菌只需要，辐照灭菌只需要22.68mj/t，辐照巴氏灭菌能耗仅为辐照巴氏灭菌能耗仅为2.74mj/t。冷藏法保藏马铃薯（防止发芽）。冷藏法保藏马铃薯（

8、防止发芽）300d，能，能耗耗l080mj/t；而马铃薯经辐照后常温保存，能耗为；而马铃薯经辐照后常温保存，能耗为67.4mj/t，仅为冷藏的，仅为冷藏的6。l 无残留物:与化学保藏法相比，辐照过的食品不会留下任何残留物，是一个与化学保藏法相比，辐照过的食品不会留下任何残留物，是一个物理加工过程，而传统的化学防腐保藏技术面临着残留物及对环境的危害问物理加工过程，而传统的化学防腐保藏技术面临着残留物及对环境的危害问题。题。二、辐照保藏的进展二、辐照保藏的进展l 食品辐照历史食品辐照历史l 相关国际组织相关国际组织l 受研究的食品种类受研究的食品种类l 涉及的研究范围涉及的研究范围l 我国的发展情

9、形我国的发展情形l相关国际组织相关国际组织1970年年faoiaea)who的专家在日内瓦会议上确立食品辐照领域的国际计划（的专家在日内瓦会议上确立食品辐照领域的国际计划（ifip) 认定五种产品为安全认定五种产品为安全1979年国际食品法规委员会（年国际食品法规委员会（cac-codex alimentarius commission）推荐用于食品辐）推荐用于食品辐照的设备操作规范，照的设备操作规范，1983年形成年形成食品辐照加工的国际标准食品辐照加工的国际标准规定食品辐照加工的平均吸收剂量不得超过规定食品辐照加工的平均吸收剂量不得超过10kgy。1980年年fao/iaea/who的会议

10、也认为，受辐照食品平均吸收剂量达到的会议也认为，受辐照食品平均吸收剂量达到10kgy，没有毒性，没有毒性危害，不存在特别的营养和微生物问题，无必要再进行毒性试验。危害，不存在特别的营养和微生物问题，无必要再进行毒性试验。1984 年年fao/iaea核技术在食品与农业中的应用委员会下成立了食品辐照的国际咨询小组核技术在食品与农业中的应用委员会下成立了食品辐照的国际咨询小组（icgfi)，该组织是由专家、政府代表等组成的国际组织，其主要功能是对食品辐照，该组织是由专家、政府代表等组成的国际组织，其主要功能是对食品辐照的发展作总的评论，给成员国和组织提供食品辐照应用的咨询，通过的发展作总的评论，给

11、成员国和组织提供食品辐照应用的咨询，通过fao/iaea/who专家委员会（专家委员会（jecfi）、）、cac提供发布食品辐照信息。提供发布食品辐照信息。1998 icgfi提出突破提出突破10kgy应用剂量限制的建议，并得到其他组织的认可。应用剂量限制的建议，并得到其他组织的认可。l我国的发展情形我国的发展情形58年开始年开始70年代后，进入新的研究阶段，研究的对象年代后，进入新的研究阶段，研究的对象种类：粮食，肉类，水产品，水果，蔬菜，种类：粮食，肉类，水产品，水果，蔬菜，蛋类等。蛋类等。我国批准的辐照食品我国批准的辐照食品l涉及的研究范围涉及的研究范围辐照机理，灭菌原理，辐照食品工艺，

12、辐射食品化学，营养，微生物学，毒理学，剂量学等。（有人认为，这方面投入的财力，物力，人力，范围（有人认为，这方面投入的财力，物力，人力，范围之广是前所未有的。因为有之广是前所未有的。因为有“辐射辐射”两字）两字）l受研究的食品种类受研究的食品种类 粮食及制品，水果，蔬菜，肉类及制品，粮食及制品，水果，蔬菜，肉类及制品，禽类，水产品，禽类，水产品， 香料，饲料等香料，饲料等l食品辐照历史食品辐照历史n 1895伦琴发现伦琴发现x射线射线n 1896，mink发现发现 x射线可杀菌。以后研究多，应用少。射线可杀菌。以后研究多，应用少。n 二战时：美二战时：美mit的罗克多用来处理汉堡包应用开始的罗

13、克多用来处理汉堡包应用开始n 50年代起，年代起，美国美国、加拿大加拿大、前苏联前苏联、欧、日等、欧、日等 30多国家多国家n 60年代年代 第三世界第三世界 共共20多国家多国家l美国美国美国是世界上对辐照食品研究最深的国家之一。美国是世界上对辐照食品研究最深的国家之一。50年代，大量的辐照食品报告来自美国政府。年代，大量的辐照食品报告来自美国政府。53 美国总统提出原子能和平利用。美国总统提出原子能和平利用。57 陆军司令部特种部队负责组织，陆军司令部特种部队负责组织，90个大学、政府与工业部门参加的个大学、政府与工业部门参加的一项为期一项为期5年的辐照食品研究计划，实验室超过年的辐照食品

14、研究计划，实验室超过77个，每年资助个，每年资助600万美元。万美元。60，已有辐照食品在军队试用，并对辐照食品进行了长达，已有辐照食品在军队试用，并对辐照食品进行了长达 10年的安全性年的安全性试验。试验。63，美军方，美军方natick实验室举行首次辐照食品国际会议，实验室举行首次辐照食品国际会议，l加拿大加拿大1960年允许年允许60co (0.1kgy）用于抑制马）用于抑制马铃薯发芽。铃薯发芽。 1965年就建立起世界最大的马铃薯辐照年就建立起世界最大的马铃薯辐照工厂。工厂。是是60co辐照装置输出的强国，辐照装置输出的强国，l前苏联前苏联最早允许最早允许60co用于抑制马铃薯发芽用于

15、抑制马铃薯发芽（0 .1kgy）、谷类杀菌（）、谷类杀菌（0.3kgy)；第二节第二节 辐照的基本概念辐照的基本概念一、放射性同位素与辐射一、放射性同位素与辐射 二、辐照量单位与剂量测量二、辐照量单位与剂量测量三、辐射源与食品辐照装置三、辐射源与食品辐照装置一、放射性同位素与辐射一、放射性同位素与辐射l 同位素同位素l 不稳定不稳定(放射性放射性)同位素同位素l 辐射辐射l 辐射源辐射源: 放射性同位素放射性同位素(如钴如钴60,铯铯137)、电子加速器。、电子加速器。l 主要射线主要射线: 射线射线 射线射线 射线射线 x射线射线l 放射性同位素的强度放射性同位素的强度l 放射性同位素的衰变

16、放射性同位素的衰变l 、等射线辐射的结果能使被辐射（辐照）物质产生电离作用，因此等射线辐射的结果能使被辐射（辐照）物质产生电离作用，因此常称为电离辐射。常称为电离辐射。l放射性同位素的放射性强度放射性同位素的放射性强度n 是表示元素放射性强弱的物理量，通常以单位时间内发生是表示元素放射性强弱的物理量，通常以单位时间内发生核衰变的次数来表示。核衰变的次数来表示。n 单位：单位：u 贝克贝克bq ，每秒中有一个原子核衰变为，每秒中有一个原子核衰变为1贝克。贝克。u 居里居里ci，1ci=3.71010bql放射性同位素的衰变放射性同位素的衰变n 是放射性同位素放出射线的过程是放射性同位素放出射线的

17、过程n 是放射性同位素强度由强变弱的过程是放射性同位素强度由强变弱的过程n 过程与外界的温度、压力等因素无关，取决于原子核性质过程与外界的温度、压力等因素无关，取决于原子核性质n 按负指数规律衰变按负指数规律衰变n 半衰期半衰期 t时刻的强度t0时刻的强度衰变常数时间（年）l半衰期半衰期n 放射性强度减少到原来一半（即放射性强度减少到原来一半（即i0.5i0），所经历的时），所经历的时间称为该给定同位素的半衰期，并用间称为该给定同位素的半衰期，并用t0.5表示表示n 钴钴-60的半衰期的半衰期=5.27年，钯年，钯137的半衰期的半衰期=30.1年年 l射线射线n 也称也称粒子粒子,是从原子核

18、中射出带正电的高速粒子流（带正是从原子核中射出带正电的高速粒子流（带正电荷原子核）电荷原子核）n 射线的动能可达几兆电子伏特以上。射线的动能可达几兆电子伏特以上。n 但由于但由于粒子质量比电子大得多，通过物质时极容易使其粒子质量比电子大得多，通过物质时极容易使其中原子电离而损失能量，所以它穿透物质的能力很小，易中原子电离而损失能量，所以它穿透物质的能力很小，易为薄层物质（如一片纸）所阻挡；为薄层物质（如一片纸）所阻挡；射线射线n 本质是高速电子流本质是高速电子流n 能量可达几兆电子伏特能量可达几兆电子伏特(mve)以上。以上。n 穿透物质的本领比穿透物质的本领比射线强得多射线强得多.n 可由放

19、射性同位素产生可由放射性同位素产生n 也可由电子加速器产生也可由电子加速器产生l射线射线n 是波长非常短（波长是波长非常短（波长0.0011.000nm）的电磁波束（或）的电磁波束（或称光子流），称光子流），n 由原子核从高能态跃迁到低能态时放射出。由原子核从高能态跃迁到低能态时放射出。n 能量可高达几十万电子伏特以上，能量可高达几十万电子伏特以上，n 穿透物质的能力很强穿透物质的能力很强n 但其电离能力较但其电离能力较、射线小。射线小。l辐射辐射n 放射性同位素衰变产生各种辐射线过程放射性同位素衰变产生各种辐射线过程n 加速器产生高能射线的过程加速器产生高能射线的过程l不稳定不稳定(放射性放

20、射性)同位素同位素n 质子数和中子数差异较大质子数和中子数差异较大n 其原子核是不稳定的其原子核是不稳定的n 它们按照一定的规律（指数规律）衰变它们按照一定的规律（指数规律）衰变n 自然界存在天然的不稳定同位素（如铀等）自然界存在天然的不稳定同位素（如铀等）n 也可利用原子反应堆或粒子加速器人工制造（如钴也可利用原子反应堆或粒子加速器人工制造（如钴60等）等）l同位素同位素电子壳中子（不同）质子（同）二、辐照量单位与剂量测量二、辐照量单位与剂量测量（一）放射性强度（一）放射性强度 （二）照射量（二）照射量 （三）吸收剂量（三）吸收剂量（一）放射性强度（一）放射性强度放射性强度，也称放射性活度，

21、是度量放射性强弱的物理量。单位放射性强度，也称放射性活度，是度量放射性强弱的物理量。单位居里（居里（ci）放射性同位素每秒有放射性同位素每秒有3.71010次核衰变，则它的放射性强度为次核衰变，则它的放射性强度为1ci。贝可（贝可（bq)法定的放射性强度单位，法定的放射性强度单位，1bq表示放射性同位素表示放射性同位素1s有有1个原子核个原子核衰变衰变ci 与与bq关系关系1ci=3.71010bq1bq=2.703 10-11ci（二）照射量（二）照射量照射量（照射量（exposure）是用来度量）是用来度量x射线或射线或射线在空气中电离能力的物射线在空气中电离能力的物理量，单位理量，单位:

22、（旧）（旧）伦琴（伦琴（r），），(法定法定)库仑千克（库仑千克（c/kg），），两者关系两者关系 1r2.5810-4c/kg。l伦琴（伦琴（roentgen，简写，简写r）在标准状态下（在标准状态下（1.013105pa，0），），1cm3的干燥空气的干燥空气（0.001293g）在）在x射线下或射线下或射线照射下，生成正负离子射线照射下，生成正负离子电荷分别为电荷分别为1静电单位（静电单位（e.s.u）时的照射量即为）时的照射量即为1r。一个单一电荷离子的电量为一个单一电荷离子的电量为4.8010-10e.s.u，所以，所以1r能使能使1cm3的空气产生的空气产生2.08109离子对。离

23、子对。（三）吸收剂量（三）吸收剂量1吸收剂量单位吸收剂量单位 2吸收剂量测量吸收剂量测量1吸收剂量单位吸收剂量单位l 在辐射源的辐射场内单位质量被照射物质所吸收的射线的在辐射源的辐射场内单位质量被照射物质所吸收的射线的能量称为吸收剂量，能量称为吸收剂量，l 单位单位n （旧）拉德（旧）拉德（rad）：）：1g任何物质若吸收射线的能量为任何物质若吸收射线的能量为100erg（尔格）或（尔格）或6.241013ev，则吸收剂量为，则吸收剂量为l rad，n （法定）戈瑞（法定）戈瑞（gray，简称，简称gy）1gy=1j/kgl 戈瑞与拉德的关系：戈瑞与拉德的关系：1gy=100radl 剂量率剂

24、量率单位质量被照射物质单位时间内吸收的能量单位质量被照射物质单位时间内吸收的能量（gy/s）。2吸收剂量测量吸收剂量测量l 测量原理：将剂量计暴露于辐射线之下进行测量，根据剂量计体系测量原理：将剂量计暴露于辐射线之下进行测量，根据剂量计体系（通过照射后的化学量或物理量变化）所示的吸收剂量来计算被食品（通过照射后的化学量或物理量变化）所示的吸收剂量来计算被食品所吸收的剂量。所吸收的剂量。l 常用剂量测量体系：常用剂量测量体系： 量热计量热计 液体或固体化学剂量计液体或固体化学剂量计 目视剂量标签目视剂量标签l 各种剂量计的特性见表各种剂量计的特性见表72。l 测量体系测量体系l剂量测量体系剂量测

25、量体系n 保证食品辐照过程获得均匀的定量的辐照剂量（吸收剂量），便于对保证食品辐照过程获得均匀的定量的辐照剂量（吸收剂量），便于对食品辐照装置系统进行准确可靠的剂量监测，确保全国吸收剂量量值食品辐照装置系统进行准确可靠的剂量监测，确保全国吸收剂量量值准确一致，需要不同层次的剂量测量体系。准确一致，需要不同层次的剂量测量体系。（1）国家基准）国家基准（2）国家传递标准剂量测量体系）国家传递标准剂量测量体系（3）常规剂量计）常规剂量计（3）常规剂量计）常规剂量计l 这类剂量计属相对测量剂量计，必须经国家基准或传递标准剂量计进这类剂量计属相对测量剂量计，必须经国家基准或传递标准剂量计进行校准，主要用

26、于食品辐照处理现场辐照物品的日常剂量监测。行校准，主要用于食品辐照处理现场辐照物品的日常剂量监测。l 主要是一些无色与染色塑料薄膜，利用其辐照后变色（着色剂）的性主要是一些无色与染色塑料薄膜，利用其辐照后变色（着色剂）的性能测定剂量，如无色透明或红色有机玻璃片（聚甲基丙烯酸甲酯）、能测定剂量，如无色透明或红色有机玻璃片（聚甲基丙烯酸甲酯）、三醋酸纤维素以及基质为尼龙或三醋酸纤维素以及基质为尼龙或pvc的含有隐色染料的辐照显色薄膜的含有隐色染料的辐照显色薄膜等。等。l 此外，也有人试用生物剂量测定法，根据细菌等培养物的辐照损伤此外，也有人试用生物剂量测定法，根据细菌等培养物的辐照损伤（杀菌效果）

27、求出吸收剂量。（杀菌效果）求出吸收剂量。（2）国家传递标准剂量测量体系）国家传递标准剂量测量体系l 是指能在国家计量实验室和用户之间可靠地传递吸收剂量量值，便于邮寄比是指能在国家计量实验室和用户之间可靠地传递吸收剂量量值，便于邮寄比对，校准常规剂量计和刻度辐射场，并易于被国家基准校准的测量体系。对，校准常规剂量计和刻度辐射场，并易于被国家基准校准的测量体系。l 该体系有明确的辐射反应机制，稳定性能良好，有较高的复现性和准确度，该体系有明确的辐射反应机制，稳定性能良好，有较高的复现性和准确度，剂量范围宽；其响应与能量、剂量率和环境条件无关；其辐照能量吸收特性剂量范围宽；其响应与能量、剂量率和环境

28、条件无关；其辐照能量吸收特性与水等效，系统不确定度可以修正。与水等效，系统不确定度可以修正。l 常用的有：丙氨酸常用的有：丙氨酸esr剂量计（属自由基型固体剂量计），硫酸铈一亚铈剂量计（属自由基型固体剂量计），硫酸铈一亚铈剂量计，重铬酸钾（银）一高氯酸剂量计，重铬酸银剂量计等。剂量计，重铬酸钾（银）一高氯酸剂量计，重铬酸银剂量计等。（1）国家基准）国家基准l 主要用于校准的吸收剂量测量的国家基准采用主要用于校准的吸收剂量测量的国家基准采用fricke（即硫酸亚铁）（即硫酸亚铁）剂量计。剂量计。目前直接复现水中电离辐射吸收剂量单位（目前直接复现水中电离辐射吸收剂量单位（gy）最有效的绝对测量方法

29、。原联邦德）最有效的绝对测量方法。原联邦德国联邦物理技术研究院（国联邦物理技术研究院（ptb）、美国国家标准局（）、美国国家标准局（nbs）等亦用它作为国家基准。）等亦用它作为国家基准。l 原理：辐射电离作用硫酸亚铁溶液的亚铁离子（原理：辐射电离作用硫酸亚铁溶液的亚铁离子（fe2+）被氧化为高铁）被氧化为高铁离子（离子（fe3+）引起溶液（在）引起溶液（在305nm附近）吸光度增加。比较溶液吸光附近）吸光度增加。比较溶液吸光度变化，可计算出剂量计中吸收的剂量。度变化，可计算出剂量计中吸收的剂量。l 我国已有我国已有0.010.40kgy范围的系列基准剂量计。范围的系列基准剂量计。三、辐射源与食

30、品辐照装置三、辐射源与食品辐照装置（一）辐射源（一）辐射源 （二）防护设备（二）防护设备 （三）输送与安全系统（三）输送与安全系统食品的辐照装置包括辐射源、防护设备、输送系统和自动控制系统与安全系统。（一）辐射源（一）辐射源1.放射性同位素辐射源放射性同位素辐射源2.电子加速器电子加速器食品辐照处理的核心部分人工放射性同位素和电子加速器。可用于辐照的射线来自60co 或137cs的射线，x射线（能级5mev）加速电子（能级10mev）。1. 放射性同位素辐射源放射性同位素辐射源食品辐照处理上用得最多的是食品辐照处理上用得最多的是60co射线源，也有采用射线源，也有采用137cs辐辐射源的。射源

31、的。（l）钴）钴-60（60co）辐射源）辐射源 自然界中不存在，是自然界中不存在，是人工制备人工制备的的 同位素源。半衰期为同位素源。半衰期为5.25年，年，衰变后变成稳定同位素镍衰变后变成稳定同位素镍。 钴钴源装置源装置（2）铯）铯-137(137cs）也由工人制备也由工人制备。半衰期。半衰期30年。但其年。但其射线射线能量为能量为0.66mev，比，比60co弱，因此，欲达到弱，因此，欲达到60co相同的功率，相同的功率，需要的贝可数为需要的贝可数为60co的的4倍。尽管是废物利用，但分离麻烦，倍。尽管是废物利用，但分离麻烦，且安全防护困难，装置投资费用高，因此应用远不如且安全防护困难，

32、装置投资费用高，因此应用远不如60co的的辐射源广泛。辐射源广泛。l137cs辐射源的制备辐射源的制备由核燃料的渣滓中抽提制得由核燃料的渣滓中抽提制得。一般。一般137cs中都含有中都含有一定量的一定量的134cs，并用稳定铯作载体制成硫酸铯，并用稳定铯作载体制成硫酸铯-137或氯或氯化铯化铯-137。为了提高它的放射性活度，往往把粉末状为了提高它的放射性活度，往往把粉末状137cs加压压成小加压压成小弹丸，再装人不锈钢套管内双层封焊。弹丸，再装人不锈钢套管内双层封焊。60co辐射源的人工制备方法辐射源的人工制备方法将自然界存在的稳定同位素将自然界存在的稳定同位素59co金属根据使用需要制成不

33、同金属根据使用需要制成不同形状（如棒形、长方形、薄片形、颗粒形、圆筒形），形状（如棒形、长方形、薄片形、颗粒形、圆筒形），置于反应堆活性区，经一定时间的中子照射，少量置于反应堆活性区，经一定时间的中子照射，少量59co原子原子吸收一个光子后即生成吸收一个光子后即生成60co辐射源，其核反应是：辐射源，其核反应是：2电子加速器电子加速器l 电子加速器电子加速器l 电子射线电子射线l x射线射线电子射线电子射线l 电子射线又称电子流、电子束，其能量越高，穿透能力就越强。电子射线又称电子流、电子束，其能量越高，穿透能力就越强。 l 电子加速器产生的电子流强度大，剂量率高，聚焦性能好，并且可以电子加速

34、器产生的电子流强度大，剂量率高，聚焦性能好，并且可以调节和定向控制，便于改变穿透距离、方向和剂量率。调节和定向控制，便于改变穿透距离、方向和剂量率。l 加速器可在任何需要的时候启动与停机，停机后即不再产生辐射，又加速器可在任何需要的时候启动与停机，停机后即不再产生辐射，又无放射性沾污，便于检修，但加速器装置造价高。无放射性沾污，便于检修，但加速器装置造价高。l 电子加速器的电子密度大，（由于能量有限制不超过电子加速器的电子密度大，（由于能量有限制不超过10mev）电子束）电子束（射线）射程短，穿透能力差，一般适用于食品表层的辐照。（射线）射程短，穿透能力差，一般适用于食品表层的辐照。lx射线射

35、线n 快速电子在原子核的库仑场中减速时会产生连续能谱的快速电子在原子核的库仑场中减速时会产生连续能谱的x射线射线n 加速器产生的高能电子打击在重金属靶子上同样会产生能量从零到入射电子加速器产生的高能电子打击在重金属靶子上同样会产生能量从零到入射电子能量的能量的x射线射线(食品辐射应用多指这种形式的食品辐射应用多指这种形式的x射线）射线）n 在入射电子能量低时，产生的在入射电子能量低时，产生的x射线向四面八方发射（发散）。随能量增大，射线向四面八方发射（发散）。随能量增大，逐渐倾向前方，在有效地利用或屏蔽逐渐倾向前方，在有效地利用或屏蔽x射线时必须注意这一特点。射线时必须注意这一特点。n x射线

36、穿透力强（如射线穿透力强（如射线一样）射线一样），电子加速器作，电子加速器作x射线源效率低，能量中已射线源效率低，能量中已含大量低能部分，难以均匀地照射大体积样品，故尚未得到广泛应用。含大量低能部分，难以均匀地照射大体积样品，故尚未得到广泛应用。n 趋势：钴源的价格，技术的发展，有可以得到启用趋势：钴源的价格，技术的发展，有可以得到启用电子加速器电子加速器l 电子加速器（简称加速器）是用电磁场使电子获得较高能量，将电能电子加速器（简称加速器）是用电磁场使电子获得较高能量，将电能转变成射线（高能电子射线，转变成射线（高能电子射线，x射线）的装置。射线）的装置。l 加速器的类型和加速原理有多种加速

37、器的类型和加速原理有多种。l 电子加速器可以作为电子射线和电子加速器可以作为电子射线和x射线的两用辐射源。射线的两用辐射源。l 用于辐照保藏食品时，为保证食品的安全性，电子加速器的能量多数用于辐照保藏食品时，为保证食品的安全性，电子加速器的能量多数是用是用5mev，个别用，个别用10mev。l 将电子射线转换为将电子射线转换为x射线使用时，射线使用时，x射线的能量不得超过射线的能量不得超过5mev。l用于食品辐照处理的加速器用于食品辐照处理的加速器主要有主要有1.静电加速器（范德格拉夫电子加速器）、静电加速器（范德格拉夫电子加速器）、2.高频高压加速器（地那米加速器）、高频高压加速器（地那米加

38、速器）、3.绝缘磁芯变压器、绝缘磁芯变压器、4.微波电子直线加速器、微波电子直线加速器、5.高压倍加器、高压倍加器、6.脉冲电子加速器等。脉冲电子加速器等。（二）防护设备（二）防护设备l 辐射装置对人体的危害途径辐射装置对人体的危害途径l 电离辐射对人体的作用电离辐射对人体的作用l 辐射源的防护措施辐射源的防护措施l 辐照室辐照室l辐照室辐照室n 是照射样品的场所，其防护墙的几何形状和尺寸的设计，不仅要满足是照射样品的场所，其防护墙的几何形状和尺寸的设计，不仅要满足食品辐照条件的要求，还要有利于食品辐照条件的要求，还要有利于射线的散射，使铁门外的剂量达射线的散射，使铁门外的剂量达到自然本底。到

39、自然本底。n 辐照室空气氧经辐照室空气氧经60co射线照射后会产生臭氧（射线照射后会产生臭氧（o3），臭氧生成的浓），臭氧生成的浓度大小与使用的辐射源强度成正比例关系，为防止其对照射样品质量度大小与使用的辐射源强度成正比例关系，为防止其对照射样品质量的影响及保护工作人员健康，在辐照室内需有送排（通风）设备。的影响及保护工作人员健康，在辐照室内需有送排（通风）设备。l辐射源的防护措施辐射源的防护措施为了防止射线伤害辐射源附近的工作人员和其他生物，必须对辐射源和射线进行严格的为了防止射线伤害辐射源附近的工作人员和其他生物，必须对辐射源和射线进行严格的屏蔽，如图屏蔽，如图7-2的各种安全结构。的各种

40、安全结构。l 铅铅的密度大（的密度大（11.34g/cm3），屏蔽性能好，铅容器可以用来贮存辐射源。），屏蔽性能好，铅容器可以用来贮存辐射源。l 钢材钢材在加工较大的容器和设备中常需用作结构骨架。在加工较大的容器和设备中常需用作结构骨架。l 铁铁用于制作防护门、铁钩和盖板等。用于制作防护门、铁钩和盖板等。l 水水屏蔽的优点是具有可见性和可入性，常用深水井贮存辐射源（如屏蔽的优点是具有可见性和可入性，常用深水井贮存辐射源（如60co、137cs等）。等）。l 混凝土混凝土墙，既是建筑结构又是屏蔽物，混凝土中含有水可以较好地屏蔽中子。墙，既是建筑结构又是屏蔽物，混凝土中含有水可以较好地屏蔽中子。各

41、种屏蔽材料的厚度必须大于射线所能穿透的厚度，屏蔽材料在施工过程中要防止产生各种屏蔽材料的厚度必须大于射线所能穿透的厚度，屏蔽材料在施工过程中要防止产生空洞及缝隙过大等问题，防止空洞及缝隙过大等问题，防止射线泄漏。射线泄漏。l电离辐射对人体的作用电离辐射对人体的作用n 有物理、化学和生物三种效应有物理、化学和生物三种效应n 短期受大剂量辐射会产生急性放射病短期受大剂量辐射会产生急性放射病n 长期受小剂量辐射会产生慢性病长期受小剂量辐射会产生慢性病n 人体对辐射有一定适应能力和抵御能力，规定的允许值：人体对辐射有一定适应能力和抵御能力，规定的允许值：510-2sv（=j/kg）/（年全身）（年全身

42、）（0.00lsv周）。周）。l辐射装置对人体的危害途径辐射装置对人体的危害途径n 辐射对人体危害的两种途径辐射对人体危害的两种途径u外照射，即辐射源在人体外部照射，即辐射源在人体外部照射u内照射，放射性物质通过呼吸道、食道、皮肤或伤口侵入人体，内照射，放射性物质通过呼吸道、食道、皮肤或伤口侵入人体，射线在人体内照射。射线在人体内照射。n 食品辐照一般使用的是严格密封在不锈钢中的食品辐照一般使用的是严格密封在不锈钢中的60co辐射源辐射源和电子加速器，辐照对人体的危害主要是外辐射造成的。和电子加速器，辐照对人体的危害主要是外辐射造成的。（三）输送与安全系统（三）输送与安全系统工业用食品辐照装置

43、是以辐工业用食品辐照装置是以辐射源为核心，并配有严射源为核心，并配有严格的安全防护设施和自格的安全防护设施和自动输送、排风系统。动输送、排风系统。食品辐照采用的设备应有权食品辐照采用的设备应有权威管理部门审批，符合威管理部门审批，符合安全、卫生、有效的要安全、卫生、有效的要求，符合国际操作规范求，符合国际操作规范（cac/rcp19 一一106rev.l一一1983）。）。 所有的运转设备、自动控制、所有的运转设备、自动控制、报警与安全系统必须组报警与安全系统必须组合得极其严密联动系统。合得极其严密联动系统。只有在完成这些安全操只有在完成这些安全操作手续，确保辐照室不作手续，确保辐照室不再有任

44、何射线时，工作再有任何射线时，工作人员才能进人辐照室。人员才能进人辐照室。第三节第三节 食品辐照保藏原理食品辐照保藏原理一、食品辐照的物理学效应一、食品辐照的物理学效应 二、食品辐照的化学效应二、食品辐照的化学效应 三、食品辐照的生物学效应三、食品辐照的生物学效应辐照保藏食品的原理辐照保藏食品的原理与射线照射时引起食与射线照射时引起食品及食品中的微生物、品及食品中的微生物、昆虫等发生一系列物昆虫等发生一系列物理化学反应有关，这理化学反应有关，这些反应称为辐照效应，些反应称为辐照效应，主要有物理学效应、主要有物理学效应、化学效应和生物学效化学效应和生物学效应。应。一、食品辐照的物理学效应一、食品

45、辐照的物理学效应（一）原子能射线与物质的作用（一）原子能射线与物质的作用 （二）电子射线的作用（二）电子射线的作用 （一）原子能射线与物质的作用（一）原子能射线与物质的作用原子能射线（原子能射线（射线）都是高能电磁辐射线射线）都是高能电磁辐射线“光子光子”，与被照射物原子，与被照射物原子相遇，会产生不同的效应相遇，会产生不同的效应。l电离作用电离作用l康普顿散射康普顿散射l湮没辐射湮没辐射(电子对效应电子对效应)l感生放射感生放射l感生放射感生放射n 射线能量大于某一阈值，射线对某些原子核作用会射出中子或其他粒子，因射线能量大于某一阈值，射线对某些原子核作用会射出中子或其他粒子，因而使而使被照

46、射物产生了放射性被照射物产生了放射性（radioactivity），称为感生放射性。），称为感生放射性。n 能否产生感生放射性，取决于射线的能量和被辐照射物质的性质，如能否产生感生放射性，取决于射线的能量和被辐照射物质的性质，如 10.5mev的的射线对射线对14n照射可使其射出中子，并产生照射可使其射出中子，并产生n的放射性同位素；的放射性同位素； 18.8mev的的射线对射线对12c照射，可诱发产生放射线；照射，可诱发产生放射线； 15.5mev 的的射线对射线对16o照射，下可产生放射线。照射，下可产生放射线。n 因此，为了引起感生放射作用。食品辐照源的能量水平一般不得超过因此，为了引起

47、感生放射作用。食品辐照源的能量水平一般不得超过10mev。l康普顿散射康普顿散射如射线的光子与被照射物的电子发如射线的光子与被照射物的电子发生弹性碰撞，当光子的能量略大生弹性碰撞，当光子的能量略大于电子在原子中的结合时，光子于电子在原子中的结合时，光子把部分能量传递给电子，自身的把部分能量传递给电子，自身的运动方向发生偏转，朝着另一方运动方向发生偏转，朝着另一方向散射，获得能量的电子（也称向散射，获得能量的电子（也称次电子，康普顿电子），从原子次电子，康普顿电子），从原子中逸出，上述过程称康普顿散射中逸出，上述过程称康普顿散射(compton scattering) l湮没辐射湮没辐射n 光子

48、能量较高光子能量较高(1.02mev)时，光子在原子核库仑时，光子在原子核库仑场的作用下会产生电子和正电子对（正电子和一场的作用下会产生电子和正电子对（正电子和一个电子结合）而消失，产生湮没辐射。个电子结合）而消失，产生湮没辐射。n 湮没辐射发出两个光子，每个光子能量为湮没辐射发出两个光子，每个光子能量为0.5lmev。n 光子的能量越大，电子对的形成越显著。光子的能量越大，电子对的形成越显著。l电离作用电离作用光子与被照射物质原子中的电子相遇，把全部能量交给电子光子与被照射物质原子中的电子相遇，把全部能量交给电子（光子被吸收），使电子脱离原子成为光电子（光子被吸收），使电子脱离原子成为光电子

49、（e）。）。（二）电子射线的作用（二）电子射线的作用l 库仑散射库仑散射l 电子激发与电离电子激发与电离l 轫致辐射轫致辐射l 电子射线最终去向电子射线最终去向l电子射线最终去向电子射线最终去向电子射线经散射、电离、轫致辐射等作用后，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，消耗了大部分能量，速度大为减慢，有的被所经过的原子俘获，使原子或原子所在的分子变成负离子；有的被所经过的原子俘获，使原子或原子所在的分子变成负离子；有的与阳离子相遇，发生阴、阳离子湮灭，放出两个光子，其光子对被有的与阳离子相遇，发生阴、阳离子湮灭，放出两个光子，其光子对被照射物的作用与上述的光

50、子一样。照射物的作用与上述的光子一样。l轫致辐射轫致辐射n 电子射线在原子核库仑场作用下，本身速度减慢电子射线在原子核库仑场作用下，本身速度减慢的同时放射出光子的同时放射出光子，这种辐射称轫致辐射。，这种辐射称轫致辐射。n 轫致辐射放出的光子，能量分布的范围较宽，能量很大的轫致辐射放出的光子，能量分布的范围较宽，能量很大的相当于相当于射线的光子，能量较大的就相当于射线的光子，能量较大的就相当于x射线光子，射线光子，这些光子对被照射物的作用如同这些光子对被照射物的作用如同射线与射线与x射线。射线。n 若放射出的光子在可见光或紫外光范围，就称之为契连科若放射出的光子在可见光或紫外光范围，就称之为契

51、连科夫（夫（cerenkov）效应。该效应放出的可见光或紫外线，）效应。该效应放出的可见光或紫外线，对被照射物的作用就如同日常可见光或紫外线。对被照射物的作用就如同日常可见光或紫外线。l电子激发与电离电子激发与电离n 能量不高的能量不高的电子射线能射线能把自己的能量传递给被照射物质原子中的电子把自己的能量传递给被照射物质原子中的电子并使之受到激发并使之受到激发。n 若受到激发的电子已达到连续能级区域，它们就会若受到激发的电子已达到连续能级区域，它们就会跑出原子，使原子发生电离。n 电子射线能量越高，在其电子径迹上电离损耗能量比率（物理学称线性能量电子射线能量越高，在其电子径迹上电离损耗能量比率

52、（物理学称线性能量传递）越低：电子射线能越低，在其电子径迹上电离损耗能量比率反而越高。传递）越低：电子射线能越低，在其电子径迹上电离损耗能量比率反而越高。l库仑散射库仑散射n 当辐射源射出的电子射线（高速当辐射源射出的电子射线（高速电子流电子流）通过被照射物时，受到）通过被照射物时，受到原子核库仑场的作用，会原子核库仑场的作用，会发生没有能量损失的偏转发生没有能量损失的偏转，称库，称库仑散射。仑散射。n 库仑散射可以多次发生，甚至经过多次散射后，带电粒子会折返回去，库仑散射可以多次发生，甚至经过多次散射后，带电粒子会折返回去，发生所谓的发生所谓的“反向散射反向散射”。二、食品辐照的化学效应二、

53、食品辐照的化学效应l 一般情形一般情形l 化学效应强弱的表示化学效应强弱的表示l 水在化学效应中作用水在化学效应中作用l 水的辐射化学水的辐射化学l 水辐射产物的间接作用水辐射产物的间接作用l 对于含水量很小的食品，有机分子的辐照直接作用是化学变化的主要对于含水量很小的食品，有机分子的辐照直接作用是化学变化的主要原因。原因。l水辐射产物的间接作用水辐射产物的间接作用n 水辐射效应的后重要性在于：电离形成的中间产物水辐射效应的后重要性在于：电离形成的中间产物 （如：高度活性（如：高度活性的的e-水化、水化、oh 、和和h 等），会导致食品和其他生物物质发生变化等），会导致食品和其他生物物质发生变

54、化（水的间接作用）（水的间接作用）。对稀水溶液间接作用可能是化学变化的唯一重。对稀水溶液间接作用可能是化学变化的唯一重要原因，甚至在水含量低的体系中，间接作用仍然是主要的影响因素。要原因，甚至在水含量低的体系中，间接作用仍然是主要的影响因素。n 氢原子氢原子n 水化电子（水化电子（e-水化）水化）n 羟基自由基羟基自由基(oh -）n氢原子氢原子u 在水的辐照中，即使氢原子数目低但也可以由某些有机化合物的直接在水的辐照中，即使氢原子数目低但也可以由某些有机化合物的直接激发或电离产生。激发或电离产生。u 在水溶液中，氢原子的反应介于羟基自由基和水化电子的反应之间，在水溶液中，氢原子的反应介于羟基

55、自由基和水化电子的反应之间，其加成到芳香族化合物或烯属化合物的速度常数为羟基自由基的几分其加成到芳香族化合物或烯属化合物的速度常数为羟基自由基的几分之一，也可以从醇、糖等脂肪族化合物的碳一氢键中抽除氢原子；之一，也可以从醇、糖等脂肪族化合物的碳一氢键中抽除氢原子；u 它们在与硫代化合物的每一次碰撞中抽去氢原子，但氢原子也可以迅它们在与硫代化合物的每一次碰撞中抽去氢原子，但氢原子也可以迅速地加到二硫化物上，分裂速地加到二硫化物上，分裂-s -s 键为键为-s. 和和 hs-；与蛋白质的反应主；与蛋白质的反应主要可能是含硫氨基酸和芳香族氨基酸。要可能是含硫氨基酸和芳香族氨基酸。n水化电子（水化电子

56、（e-水化）水化）u 由相关电子产生，它比由相关电子产生，它比ho具有具有更多的选择性。更多的选择性。u 它可非常快地它可非常快地加成到含低位空轨道的化合物上，如大部分芳香族化合到含低位空轨道的化合物上，如大部分芳香族化合物、梭酸、醛、酮、硫代化合物以及二硫化物。物、梭酸、醛、酮、硫代化合物以及二硫化物。u 与蛋白质反应时可加成到组氨酸、半胱氨酸和胱氨酸残留物上，也可与蛋白质反应时可加成到组氨酸、半胱氨酸和胱氨酸残留物上，也可加成到其他氨基酸上，其反应最初产物是简单电子加合物。加成到其他氨基酸上，其反应最初产物是简单电子加合物。u 由于大多数化合物含有成对电子，这种电子加合物通常是一种自由基。

57、由于大多数化合物含有成对电子，这种电子加合物通常是一种自由基。u e-水化水化与与ho不同，它们不一定与体系中的主要组分起反应，但可以不同，它们不一定与体系中的主要组分起反应，但可以和少组分（如维生素、色素等）发生反应。和少组分（如维生素、色素等）发生反应。u 和脂肪醇或糖类反应不显著。和脂肪醇或糖类反应不显著。n羟基自由基羟基自由基(oh ）u 加到芳香族化合物和烯烃化合物上；加到芳香族化合物和烯烃化合物上；u 从醇类、糖类、梭酸类、酯类、醛类、酮类、氨基酸类脂肪族化合物从醇类、糖类、梭酸类、酯类、醛类、酮类、氨基酸类脂肪族化合物的的 c-h 键上抽除键上抽除h（其速度略小于加成反应）；（其

58、速度略小于加成反应）；u 从从 硫化化合物的硫化化合物的 s-h 键上抽除键上抽除h（速度常数高）。（速度常数高）。u 与既含有芳香族也含脂肪族部分（如蛋白质或核酸分子）作用时，部与既含有芳香族也含脂肪族部分（如蛋白质或核酸分子）作用时，部分分起加成反应起加成反应，别一些则起，别一些则起消除反应消除反应，不论是哪一种情况，反应，不论是哪一种情况，反应产物都是一种产物都是一种“有机有机”自由基。自由基。l水的辐射化学水的辐射化学水受辐射后可产生的总效应：水受辐射后可产生的总效应：l水在化学效应中作用水在化学效应中作用n 食品及其他生物有机体的主要化学组成是食品及其他生物有机体的主要化学组成是水水

59、、蛋白质、糖、蛋白质、糖类、脂类及维生素等。类、脂类及维生素等。n 水分子对辐射很敏感，对于一般食品或新鲜食物水分子首水分子对辐射很敏感，对于一般食品或新鲜食物水分子首先被激活，然后由活化了的水分子与食品中其他成分发生先被激活，然后由活化了的水分子与食品中其他成分发生反应。反应。n 食品食品(微生物、昆虫等生物体微生物、昆虫等生物体)多含丰富水分，由多含丰富水分，由和和x射线射线产生的快电子能够沿着它们的径迹无区别地激发和电离所产生的快电子能够沿着它们的径迹无区别地激发和电离所遇的分子遇的分子(水分子为最水分子为最)。l化学效应强弱的表示化学效应强弱的表示n 常用常用g值表示。值表示。g是指被

60、照射物质中每吸收是指被照射物质中每吸收l00ev能量所产能量所产生化学变化的分子数量或分解和形成的物质（分子、原子、生化学变化的分子数量或分解和形成的物质（分子、原子、离子和原子团等）的数量。离子和原子团等）的数量。p 如麦芽糖溶液经过辐照发生降解的如麦芽糖溶液经过辐照发生降解的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，就有的辐射能，就有4个麦芽糖分子发生降解。个麦芽糖分子发生降解。n 不同物质的不同物质的g值可能相差很大。值可能相差很大。g值大，辐照引起的化学值大，辐照引起的化学效应较强烈；效应较强烈；n g值相同者，吸收剂量大者引起的化学效应较强烈