食品保藏原理

1、食品保藏原理食品保藏原理第七章第七章 食品的辐照保藏食品的辐照保藏 食品辐照的意义及特点食品辐照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内容提要内容提要第一节第一节 食品辐照的意义及特点食品辐照的意义及特点食品的辐射保藏是是利用射线照射食品，食品的辐射保藏是是利用射线照射食品，灭菌、杀虫，抑制鲜活食品的生命活动，灭菌、杀虫，抑制鲜活食品的生命活动，从而达到防霉、防腐、延长食品货架期目从而达到防霉、防腐、延长食品货架期目的的一种食品保藏方法。的的一种食品保藏方法。与微波的区别：

2、与微波的区别： 辐射是利用原子核衰变产生的电磁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。为电磁波来处理食品。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年年，亨利，亨利贝克莱在研究各种物质的贝克莱在研究各种物质的磷光现象时，发现了放射性。磷光现象时，发现了放射性。1896年年，Roentgen发现了发现了X射线，并对这射线，并对这种射线的特性做了完整而准确的计算。种射线的特性做了完整而准确的计算。一、原子辐射研究的历史发展一、原子辐射研究的历史发展1898年年斯密特和居里夫妇独立地观察到斯密特和居里夫妇

3、独立地观察到钍化合物发射类似的射线。同时居里夫妇钍化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，取名镭从铀盐中分离出了一个新元素，取名镭(由由拉丁词拉丁词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。一、原子辐射研究的历史发展一、原子辐射研究的历史发展1943年年美国发表了对汉堡包进行辐照杀美国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品保菌的论文后，美国由此解决了海军食品保存问题。尔后研究遍及美国存问题。尔后研究遍及美国90多所大学及多所大学及科研单位。科研单位。五十年代初五十年代初前苏联、欧洲和日本也

4、相继前苏联、欧洲和日本也相继进行了广泛的研究。进行了广泛的研究。 一、原子辐射研究的历史发展一、原子辐射研究的历史发展我国食品辐照我国食品辐照研究最早于研究最早于19581958年开始，年开始，7070年代在四川、河南、天津、北京、上海、东年代在四川、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北地区、湖南、广东等地相继开展了食品辐照的研究。照的研究。19701970年年在巴黎成立了在巴黎成立了“食品辐射食品辐射( (照照) )国际国际计划计划”(”(IFIP)IFIP)，先后共有先后共有2424个国家参加该计个国家参加该计划，分工协作进行研究。划，分工协作进行研究。 二、

5、食品辐照的特点二、食品辐照的特点 “冷杀菌冷杀菌”； 具有良好的保鲜效果；具有良好的保鲜效果； 辐照处理食品能耗低；辐照处理食品能耗低； 对环境的污染小。对环境的污染小。 第二节第二节 食品辐照的基本原理食品辐照的基本原理一、核辐射与半衰期一、核辐射与半衰期核辐射核辐射 a a 射线射线 b b 射线射线 g g 射线射线一、核辐射与半衰期一、核辐射与半衰期半衰期半衰期不同的放射性同位素，其半衰期是不同的不同的放射性同位素，其半衰期是不同的例如：例如： t1/2(238U)=4.5109年年 t1/2(212P)=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的半衰期

6、的半衰期为为5.27年，年，137Cs为为30年。年。 二、食品辐照的基本原理二、食品辐照的基本原理 食品辐照时，射线把能量或电荷传食品辐照时，射线把能量或电荷传递给食品以及食品上的微生物和昆递给食品以及食品上的微生物和昆虫，引起的各种效应会造成它们体虫，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内的酶钝化和各种损伤会迅速影响其整个生命过程，导致代谢、生长其整个生命过程，导致代谢、生长异常、损伤扩大直至生命死亡。异常、损伤扩大直至生命死亡。 二、食品辐照的基本原理二、食品辐照的基本原理 食品则不同，除了鲜活食品之外均食品则不同，除了鲜活食品之外均不存在着生命活动，鲜活食品的新不存

7、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产生的影响是进一步延缓了它们后熟的进程，符合储藏的需要。熟的进程，符合储藏的需要。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放射性强度的单位放射性强度的单位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)和克镭和克镭当量。当量。量度放射性同位素量度放射性同位素一、食品辐射加工的计量单位一、食品辐射加工的计量单位照射量及其单位照射量及其单位照射量照射

8、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，其射线在空气中电离能力的物理量，其单位为伦琴单位为伦琴(R)。量度放射性同位量度放射性同位素放射出的射线素放射出的射线一、食品辐射加工的计量单位一、食品辐射加工的计量单位吸收剂量、剂量率及其单位吸收剂量、剂量率及其单位被照射物质所吸收的射线的能量称为被照射物质所吸收的射线的能量称为吸收量，其单位为拉德吸收量，其单位为拉德(rad)或戈瑞或戈瑞(Gy)。量度被辐量度被辐射物体吸射物体吸收量收量1Gy=1J/kg=100rad1Gy=1J/kg=100rad一、食品辐射加工的计量单位一、食品辐射加工的计量单位剂

9、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，其单辐射所引起的不同的生物学效应，其单位为雷姆位为雷姆(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单位时间内的剂量当量称为剂量当量率，其单位用量率，其单位用rems-1或或remh-1等表示等表示二、食品辐照装置二、食品辐照装置 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。辐射源辐射源辐射源是食品辐射加工的核心部分，它可辐射源是食品辐射加工

10、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以分为放射性同位素和电子加速器两大类辐射源辐射源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 电子加速器电子加速器 电子射线电子射线 X射线射线电子射线电子射线射程短，密度大，穿透力差，一般适用射程短，密度大，穿透力差，一般适用于食品表面的照射。如对易腐食品辐射于食品表面的照射。如对易腐食品辐射时，选定适当的时，选定适当的“加速能加速能”，就可使射，就可使射线不穿透食品内部，只进行表面杀菌线不穿透食品内部，只进行表面杀菌。X 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

11、由于电子加速器作辐射加工。但是由于电子加速器作X射射线源效率低，而且能量中包含大量低能线源效率低，而且能量中包含大量低能部分，难以均匀照射大块样品，故没有部分，难以均匀照射大块样品，故没有得到广泛的应用得到广泛的应用。二、食品辐照装置二、食品辐照装置 防护设备防护设备辐照对人体的危害作用有两条途径：一是辐照对人体的危害作用有两条途径：一是外照射；另一种是内照射。为了防止射线外照射；另一种是内照射。为了防止射线伤害辐射源附近的工作人员，必须对辐射伤害辐射源附近的工作人员，必须对辐射源和射线进行严密的屏蔽，最常用的屏蔽源和射线进行严密的屏蔽，最常用的屏蔽材料是铅、铁、混凝土和水。材料是铅、铁、混凝

12、土和水。二、食品辐照装置二、食品辐照装置 输送与安全系统输送与安全系统被辐照食品靠自动输送系统通过辐照区被辐照食品靠自动输送系统通过辐照区,输送路径的选择要使射线能穿透产品的输送路径的选择要使射线能穿透产品的所有部分，以确保产品接受均匀的照射所有部分，以确保产品接受均匀的照射剂量。在辐照室内，放在容器中或运转剂量。在辐照室内，放在容器中或运转支架上的产品靠压缩空气推进。支架上的产品靠压缩空气推进。鱼品辐照装置简图鱼品辐照装置简图三、食品辐照效应三、食品辐照效应 食品辐射的物理效应食品辐射的物理效应射线和射线和X 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电子射线的作用电

13、子射线的作用 库仑散射库仑散射 契连科夫效应契连科夫效应电子射线的作用电子射线的作用电子射线经散射、电离轫致辐射等作用电子射线经散射、电离轫致辐射等作用后，消耗了大部分能量，速度大为减慢；后，消耗了大部分能量，速度大为减慢；有的被所经过的原子所俘获，使原子或有的被所经过的原子所俘获，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、阳离子湮灭；子相碰发生阴、阳离子湮灭；电子射线的作用电子射线的作用放出两个光子，其光子对被照射物的作放出两个光子，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，电为了防止被照射

14、物诱发产生放射性，电子射线的能量不得超过子射线的能量不得超过10MeV，大多数，大多数采用采用5MeV。三、食品辐照效应三、食品辐照效应 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子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，发所发生的化学变化。食品的辐射处理，发生化学变化的物质，除了食品本身及包装生化学变化的物质，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。微生物、昆虫和寄生虫等生物体。 食品辐射的化学效应食品辐射的化学效应辐射化学效应的强弱用辐射化学效应的强弱用

15、G值表示，所谓值表示，所谓G值就是介质中每吸收值就是介质中每吸收100eV能量时发生变能量时发生变化的分子数。化的分子数。食品辐射的化学效应食品辐射的化学效应例如例如:麦芽糖溶液经过辐射发生降解的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，就有的辐射能，就有4个麦芽糖分子发个麦芽糖分子发生降解。不同介质的生降解。不同介质的G值可能相差很大，值可能相差很大，G值大的，辐射引起的化学效应较强烈；值大的，辐射引起的化学效应较强烈；食品辐射的化学效应食品辐射的化学效应G值相同者，吸收剂量大者所引起的化学值相同者，吸收剂量大者所引起的化

16、学效应较强烈。例如效应较强烈。例如G值等于值等于3，吸收剂量，吸收剂量为为1Mrad时，每千克介质发生变化的摩尔时，每千克介质发生变化的摩尔数为数为3.110-6，剂量提高到，剂量提高到6Mrad时，则时，则每千克发生变化的摩尔数达每千克发生变化的摩尔数达1.910-2食品辐射的化学效应食品辐射的化学效应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、蛋白质、糖类、脂类及维生素等，这水、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些化合物分子在射线的辐射下会发生一系列的化学变化。列的化学变化。食品辐射的化学效应食品辐射的化学效应水水大多数食品

17、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食品辐射的化学效应食品辐射的化学效应蛋白质和酶蛋白质和酶蛋白质蛋白质 结构破坏结构破坏 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，而往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，所以降解常被掩盖而往是交联大于降解，

18、所以降解常被掩盖而不易觉察。不易觉察。 蛋白质和酶蛋白质和酶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由于容易氧化会增大酶对辐射的敏感性。酶对辐射的敏感性。酶酶在复杂的食品体系中，由于其他物质在复杂的食品体系中，由于其他物质的伴生存在而使酶得以保护，欲使酶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剂量。钝化需要相当大的辐射剂量。食品辐射的化学效应食品辐射的化学效应糖类糖类糖类在辐射过程中发生的变化主要是降解糖类在辐射过程中发生的变化主要是降

19、解作用和辐解产物的形成作用和辐解产物的形成，干故态糖类的辐干故态糖类的辐照分解产物多种。照分解产物多种。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 果糖果糖0.565.2食品辐射的化学效应食品辐射的化学效应脂类脂类脂肪和脂肪酸被射线照射时，

20、脂肪和脂肪酸被射线照射时，饱和脂肪饱和脂肪比较稳定，而比较稳定，而不饱和脂肪不饱和脂肪容易氧化，出容易氧化，出现脱羧、氢化、脱氨等作用。现脱羧、氢化、脱氨等作用。有氧有氧存在存在时，由于会发生自动氧化作用，饱和脂时，由于会发生自动氧化作用，饱和脂肪也会被氧化。肪也会被氧化。脂类脂类辐射促进自动氧化过程可能是由于促进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过氧化物的分解，并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。使抗氧化剂遭到破坏。 食品中的脂类组分受辐射而产生的化合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物，除了有辐射诱导的自动氧化产物外,也

21、有非氧化的分解产物。也有非氧化的分解产物。食品辐射的化学效应食品辐射的化学效应维生素维生素食品中维生素在辐射中的稳定性和食品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。随着辐射剂量的增大而增大。三、食品辐照效应三、食品辐照效应 食品辐射的生物学效应食品辐射的生物学效应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，主要是通过控制蔬菜中的马铃薯和洋葱，主要是通过控制其休眠来进行储藏的。在结束休眠后，如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，便会旺盛地发芽；果温度和湿度适宜时，便会

22、旺盛地发芽；果实采收后的成熟现象称为后熟，后熟的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的长短速度影响着储藏期的长短。 抑制蔬菜发芽和果实后熟抑制蔬菜发芽和果实后熟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：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、洋葱等经不能发生分裂，所以马铃薯、洋葱等经辐照后不会发芽辐照后不会发芽抑制蔬菜发芽和果实后熟抑制蔬菜发芽和果实后熟马铃薯经辐射后核酸含量的变化马铃薯经

23、辐射后核酸含量的变化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 0140140154RNA5618384 857 65 0170131170DNA5 108120 8121121123抑制蔬菜发芽和果实后熟抑制蔬菜发芽和果实后熟食品辐照时，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；植物组织处于休眠状态时，其生长点缺植物组织处于休眠状态时，其生长点缺乏植物生长激素或生长激素被钝化，若把乏植物生长激素或生长激素被钝化，若把经过辐照的马铃薯放入一种生长激素经过辐照

24、的马铃薯放入一种生长激素赤赤霉素酸溶液中，马铃薯就开始发芽霉素酸溶液中，马铃薯就开始发芽赤霉素酸对赤霉素酸对g g辐照的马铃薯发芽的影响辐照的马铃薯发芽的影响 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 00008250 716202012020000012250 512172012500 8142020抑制蔬菜发芽和果实后熟抑制蔬菜发芽和果实后熟对于具呼吸高峰的果实，高峰开始前夕，对于具呼吸高峰的果实，高峰开始前夕，体内乙烯的合成明显增加体内乙烯的合成明显增加, 从而促进成熟的从而促进成熟的到

25、来。若在高峰前对果实进行辐照处理到来。若在高峰前对果实进行辐照处理, 由由于干扰了果实体内乙烯的合成，就能够抑于干扰了果实体内乙烯的合成，就能够抑制其高峰的出现，延长果实的储藏期。制其高峰的出现，延长果实的储藏期。食品辐射的生物学效应食品辐射的生物学效应导致微生物和昆虫的死亡导致微生物和昆虫的死亡食品辐照后，附着在食品上的微生物和昆食品辐照后，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虫发生了一系列生理学与生物学效应而导致死亡，机理认为与两点有密切关系：致死亡，机理认为与两点有密切关系：造成遗传物质造成遗传物质DNA的损伤；的损伤；辐射化学效应的产物与细胞组成发生反应辐射化学

26、效应的产物与细胞组成发生反应第四节第四节 食品的辐照及其影响因素食品的辐照及其影响因素一、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：委员会把食品辐射分为下列三类：低剂量低剂量辐照、中等剂量辐照、大剂量辐照辐照、中等剂量辐照、大剂量辐照。二、食品辐照保藏的效果及其影响因素二、食品辐照保藏的效果及其影响因素食品进行辐射处理时，必须根据食品的种类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件，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。才能达到良好的保藏效果。二、食品辐照保藏的效果及其影响因素二、食品辐照保藏的效果及其影响因素食品辐照保藏食品辐照保藏粮食的辐射保藏粮食的辐射保藏果蔬的辐射保藏果蔬的辐射保藏畜、禽、鱼肉的辐射保藏畜、禽、鱼肉的辐射保藏香料和调味品的辐射保藏香料和调味品的辐射保藏 二、食品辐照保藏的效果及其影响因素二、食品辐照保藏的效果及其影响因素提高食品辐射保藏效果