食品辐照加工技术

1、食品辐照加工技术食品辐照加工技术第1页教学目标了解辐照食品发展史及现实状况；掌握食品辐照时发生各种改变；掌握食品辐照工艺；了解辐照食品安全性。食品辐照加工技术第2页第一节 概述一、食品辐照技术概念是利用辐射源产生射线或加速器产生高能电子束辐照食品及农产品，抑制发芽、推迟成熟、杀虫灭菌和改进品质储备保鲜和加工技术。属于和平利用核技术。食品辐照加工技术第3页二、食品辐照技术特点1、优点：采取高能和穿透力强射线，能够穿透食品包装材料和食品深层，含有很强杀灭害虫和微生物效果，对包装无严格要求。产生热量极少，是一个“冷处理”物理方法，可保持食品原有色、香、味等特征及食用具质。在冷冻状态下也能进行。能耗低

2、。食品冷藏每吨耗能90kw/h,热处理消毒300kw/h，辐照灭菌6.3kw/h。无污染、无残留，卫生安全、运行成本低。放射线辐射均匀、瞬间即逝，而且对其辐照过程和剂量能够进行准确控制。第一节 概述食品辐照加工技术第4页二、食品辐照技术特点2、缺点：经辐射处理后，食品所发生化学改变从量上来讲即使是微乎其微，但敏感性强食品和经高剂量照射食品可能会发生不愉快感官性质改变。所以不适合用于全部食品，要有选择性地应用。 能够致死微生物剂量对人体来说是相当高，所以必须非常慎重，对辐照装置运行和辐射防护有严格要求。早期建设投入较高第一节 概述食品辐照加工技术第5页二、食品辐照技术发展 1、开创阶段（1895

3、年1949年）1895年，伦琴发觉X-射线。1896年，法国贝可勒尔（H.Becguerel）发觉铀放射性。1898年，发觉X-射线对病原菌致死作用。1899年，证实X-射线对寄生虫有致死作用。 20世纪50年代以前，主要用于军事目标，加上人力、财力不足及缺乏大功率X-射线机和大辐射源，研究处于初级阶段，不够深入。第一节 概述食品辐照加工技术第6页二、食品辐照技术发展 2、研究和开发阶段（1950年1969年）1953年，美国总统艾森豪威尔向联合国提出和平利用原子能计划。1955年，在日内瓦召开了第一届世界和平利用原子能大会。1957年，成立了国际原子能机构（IAEA）。 这阶段，公众对食品辐

4、照持主动态度，主要开展了辐照杀虫、杀菌、抑制发芽、延长食品货架期条件（辐照剂量、产品成熟度、包装材料、温度、气体等）研究。第一节 概述食品辐照加工技术第7页二、食品辐照技术发展 3、辐照食品卫生安全性和技术可行性研究阶段（1970年1988年）20世纪70年代，国际上掀起了反核运动，存在公众偏见、媒体信息误导，食品卫生部门严格控制，食品加工、贸易部门持观望和消极态度。1976年， FAO/IAEA/WHO辐照食品联合教授委员会（JECFI）首次说明食品辐照同热加工和冷藏一样，是一个物理过程，辐照食品卫生安全性评价应与食品添加剂与食品污染区分开来。同年，有25种辐射处理食品在18个国家得到无条件

5、同意或暂定同意，允许作为商品供普通食用。第一节 概述食品辐照加工技术第8页二、食品辐照技术发展 3、辐照食品卫生安全性和技术可行性研究阶段（1970年1988年）1980年10月27日举行第四届专门委员会会议作出结论是：“用10kGy以下平均最大剂量照射任何食品，在毒理学、营养学及微生物学上都丝毫不存在问题，而且今后无须再对经低于此剂量辐照各种食品进行毒性试验。”此结论推进了世界各国对辐照食品研究热潮。 第一节 概述食品辐照加工技术第9页二、食品辐照技术发展 4、食品辐照法规协调和商业化阶段（1988年），国际食品法典委员会（CAC）在罗马召开第26届大会，经过了修订后辐照食品国际通用标准，食

6、品辐照加工工艺国际推荐准则。突破了食品辐照加工中10kGy最大吸收剂量限制，允许在不对食品结构完整性、功效性和感官品质发生负面作用，不影响消费者健康安全情况下，食品辐照剂量可高于10kGy。第一节 概述食品辐照加工技术第10页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。有许多利用小型60Co或电子辐射源进行食品辐照研究研究所遍布全国，据统计有200多个单位从事过或正在进行着食品辐射研究和生产工作。1984年11月，经国家卫生部同意有7项辐照食品（马铃薯、洋葱、大蒜、花生、谷物、蘑菇、香肠）允许食用消费；之后，又有蔬菜、水果、粮食、酒类等20各种食品经过了不一样级别

7、技术判定。5、我国食品辐照技术研究概况二、食品辐照技术发展 第一节 概述食品辐照加工技术第11页我国在辐照食品卫生安全性方面研究工作在世界上处于领先地位。我国对37种辐照食品在理化分析、毒理学试验及动物试验基础上进行人体试食试验，得出结论结束了由印度学者引发世界上长达10多年多倍体之争。5、我国食品辐照技术研究概况二、食品辐照技术发展 我国辐照食品研究工作有商业化、实用化辽阔前景主要有：进出口水果及农畜产品辐照检疫处理。低质酒类辐照改性。干果、脱水蔬菜和肉类辐照杀虫杀菌。调味品辐照灭菌。辐照处理和其它保藏处理方法综合应用研究。第一节 概述食品辐照加工技术第12页第一节 概述食品辐照加工技术第1

8、3页第二节 辐射概念和装置辐射 是一个能量传输过程，依据辐射对物质产生不一样效应，可分为电离辐射和非电离辐射。一、基本概念 非电离辐射（低频辐射线）：波长较长、能量小（频率低），仅能使物质分子产生转动或振动而产生热，也可起到加热杀菌作用。 电离辐射（高频辐射线）： 频率较高、能量大，如x-，-射线，可使物质原子受到激发或电离，因而可起到杀菌作用（冷杀菌）。 食品辐照加工技术第14页=C/低频辐射区1018Hz 频率 波长=CE能量无线电波微波红外可见紫外X射线和射线105Hz 1010 1015 1018 1020 3km 3cm 3m 3nm 0.3nm410-10 ev 410-5 410

9、-3 4 4102 4k 4M 不一样电磁波产生机理和产生方式不一样。无线电波是能够人工制造，是振荡电路中自由电子周期性运动产生。红外线、可见光、紫外线；x射线、射线分别是原子振动、原子外层电子、内层电子和原子核受激发后跃迁产生。第二节 辐射概念和装置食品辐照加工技术第15页前述-射线属于电磁波谱中一部分，属于电磁辐射。 -射线能够由放射性同位素衰变时产生。另外，同位素衰变时还可产生另外一个粒子辐射。粒子辐射，主要包含射线和射线。-射线（也称-粒子）：是快速运动氦核，含有两个质子和两个中子，带正电。其穿透物质能力很小，但电离能力很强。-射线（包含、-）：是带正电荷与负电荷高速电子，穿透物质能力

10、比-射线强，但电离能力不如-射线。-射线其本质与可见光相同，只是波长极短，穿透力最强。第二节 辐射概念和装置食品辐照加工技术第16页二、辐射剂量是指物质被辐射时吸收辐射能量。在国际单位制中以戈瑞(Gray，简称Gy)表示。辐射时使1Kg物质吸收1J能量剂量为1 Gy。第二节 辐射概念和装置物质吸收辐射产生改变类型与辐射剂量大小相关。辐射剂量与以下原因相关：辐射源单位时间能量输出（功率）物质接收辐射总时间辐射源与吸收物质间空间排列（包含距离）材料吸收特征食品辐照加工技术第17页二、辐射剂量 食品辐照过程物质吸收剂量测量：是将剂量计暴露于辐射线之下而测得，然后从剂量计所吸收剂量来计算被食品所吸收剂

11、量。惯用剂量测量体系有量热计、液体或固体化学剂量计及目视剂量标签。 第二节 辐射概念和装置食品辐照加工技术第18页三、食品辐射装置 食品辐照装置包含辐射源、输送系统和自动控制系统与安全防护系统。第二节 辐射概念和装置（一）辐射源 辐射源是食品辐照处理关键部分，用于食品辐照加工辐射源有些人工放射性同位素和电子加速器。1.放射性同位素辐射源食品辐照处理上用得最多是60Co射线源，也有采取137CS 射线辐射源。食品辐照加工技术第19页2.电子加速器电子加速器（简称加速器）是用电磁场使电子取得较高能量，将电能转变成射线（高能电子射线，X射线）装置。用于食品辐照处理加速器主要有静电加速器（范德格拉夫电

12、子加速器），高频高压加速器（地那米加速器）、绝缘磁芯变压器、微波电子直线加速器、高压倍加器、脉冲电子加速器等。电子加速器能够作为电子射线和X射线两用辐射源。 三、食品辐射装置第二节 辐射概念和装置食品辐照加工技术第20页（二）安全防护装置电离辐射作用于人体可造成各种组织和器官损伤。可分为两种路径：三、食品辐射装置第二节 辐射概念和装置一个是外照射，即辐射源在人体外部照射；一个是内照射，放射性物质经过呼吸道、食道、皮肤或伤口侵入人体，射线在人体内照射。 食品辐照对人体危害主要是外辐射造成。其防护办法主要有：时间防护、距离防护和屏蔽防护。 屏蔽射线普通选取密度大材料。食品辐照加工技术第21页铅相对

13、密度大，屏蔽性能好，铅容器能够用来储存辐射源。在加工较大容器和设备中常需用钢材作结构骨架。铁用于制作防护门、铁钩和盖板等。辐射源普通存放于深水井中，即用水屏蔽。其优点是含有可见性和可入性，但要求有足够水层厚度（二）安全防护装置三、食品辐射装置第二节 辐射概念和装置食品辐照加工技术第22页混凝土墙既是建筑结构又是屏蔽物。各种屏蔽材料厚度必须大于射线所能穿透厚度，屏蔽材料在施工过程要预防产生空洞及缝隙过大等问题，预防了射线泄漏。屏蔽材料普通并不能将射线全部吸收，要求其对环境强度降到安全剂量以下即可。辐照室必须设置屏蔽门或迷道，使射线在迷道内发生最少3次以上散射。（二）安全防护装置三、辐射源与辐射安

14、全防护第二节 辐射概念和装置食品辐照加工技术第23页食品辐照加工技术第24页食品辐照加工技术第25页第三节 食品辐照效应前述，用于食品辐射都属于电离辐射。当物质吸收辐射能到达某一临界值时，核外电子便离开原子带负电荷，留下原子带正电荷形成离子。辐射作用于分子时，也可使其化学键发生断裂时，形成游离基。（游离基为分子一部分、原子团或含有不成对电子单个原子）。当能量不够大时，电离仅包括原子外层电子；但当能量足够高时，可使内层电子甚至原子核受到作用，引发原子核发生改变，造成生成另一个原子。在一些情况下，新形成原子含有放射性，称“感生放射”。在食品辐照中不希望也不允许使食品产生感生放射。一、辐照对食品中成

15、份影响食品辐照加工技术第26页第三节 食品辐照效应1、水分食品中水分对辐射很敏感，水接收辐射后最终形成氢和过氧化氢等，形成机制很复杂。但中间可形成离子、水合电子（eaq） 、羟自由基（OH）等。当水分接收了射线能量后，首先被激活，然后上述产物可与食品中其它成份（糖类、蛋白质、维生素等）发生反应，在此称“间接效应”或“间接作用”。而射线直接作用于水分本身和其它食品成份产生效应称“直接效应”。比如食品色泽或组织改变可能是因为-射线与特殊色素或蛋白质分子直接撞击而引发。一、辐照对食品中成份影响食品辐照加工技术第27页其反应可能路径以下：食品辐照加工技术第28页第三节 食品辐照效应1、水分一、辐照对食

16、品中成份影响对于高水分食品，如新鲜水果、蔬菜、肉等组分，辐射造成大多数化学改变都是水分受辐照后产生离子和自由基产生间接效应。对于干燥食品、配料组分，主要化学改变是电离引发直接效应。在冻结状态下：即使在冻结水中也会产生游离基（程度可能较轻），不过，冻结状态能阻止游离基扩散和移动，降低了游离基与食品组分接触几率，可显著地约束间接作用对食品成份影响。所以，食品自由水是影响其辐照后果主要原因。食品辐照加工技术第29页第三节 食品辐照效应2、氨基酸一、辐照对食品中成份影响电离辐射对结晶氨基酸只有直接作用，但对氨基酸溶液则兼有直接和间接效应。1）电离辐射对-氨基酸改变主要有：脱氨基和脱羧基作用，产生NH3

17、、CO2、胺、醛等含S氨基酸被氧化产生H2S、单质S或其它气态硫化物含环氨基酸使环断裂2）食物中氨基酸稳定性大于水溶液中氨基酸，很大剂量才能使之破坏，在普通食品辐照剂量范围内，对其影响很小。食品辐照加工技术第30页第三节 食品辐照效应3、蛋白质和酶一、辐照对食品中成份影响1）溶液中蛋白质可出现以下改变：二硫键、氢键、盐键、醚键等断裂，使其二、三级结构改变，造成变性一级结构改变，脱羧、脱氨、氧化（包含-SH氧化）分子间或分子内交联： -SH氧化形成二硫键，酪氨酸、苯丙氨酸苯环耦合，造成蛋白质发生凝聚作用，甚至出现不溶聚集体2）食品中蛋白质普通应用剂量范围对其影响很小，不一样蛋白质几乎一样高剂量会

18、使食品产生色香味改变。如60kGy造成叶绿素破坏，肉中氧合肌红蛋白变成高铁肌红蛋白食品辐照加工技术第31页第三节 食品辐照效应3、蛋白质和酶一、辐照对食品中成份影响3）酶：同其它蛋白质一样，辐照可使其结构发生一定程度改变，但当前采取剂量范围只会引发酶轻微失活。如，过氧化氢酶在溶液中0.2kGy即可使之失活，但在马铃薯中44kGy才能使之失活。所以，对含有活性酶食品，如鲜肉、鱼、禽，在辐射处理之前需采取热处理使酶灭活，以延长产品货架期。食品辐照加工技术第32页第三节 食品辐照效应4、糖类一、辐照对食品中成份影响食品中糖类对辐照是相当稳定还受蛋白质、氨基酸保护，只有大剂量下才会氧化、分解，在水溶液

19、中稳定性比食品中差。研究发觉对低分子糖类进行辐照时，不论是固体状态还是水溶液，伴随辐照剂量增加，都会出现旋光度降低、褐变、还原性和吸收光谱改变等现象，而且在辐照过程中还会有H2、CO、CO2、CH4等气体生成。葡萄糖：产生葡萄糖醛酸、葡萄糖酸、糖二酸、乙二醛、阿拉伯糖、赤藓糖、甲醛、二羟丙酮等低聚糖：单糖及类似单糖辐射分解产物食品辐照加工技术第33页第三节 食品辐照效应4、糖类一、辐照对食品中成份影响多糖类 经辐照后会发生熔点降低、旋光度降低、吸收光谱改变、褐变和结构改变等现象。研究发觉，在低于200kGy剂量照射下，淀粉粒结构几乎没有改变。但直链淀粉、支链淀粉、葡聚糖及各种禾谷类、薯类等淀粉

20、相对分子质量和碳链长度会降低。高剂量可造成糖苷键断裂、产生葡萄糖、麦芽糖。小麦、大麦、玉米、大米、马铃薯、大豆等淀粉辐照后对淀粉酶敏感性发生改变，直链淀粉比支链淀粉损伤严重。食品辐照加工技术第34页食品辐照加工技术第35页第三节 食品辐照效应5、脂类一、辐照对食品中成份影响 辐照引发脂类改变可分为自动氧化和非氧化两种1）自动氧化：辐照是其诱因，辐照产生自由基会使其形成脂质过氧化物，进而形成醇、醛、酯、酮、酮酸、内酯等许多化合物。采取降低温度和气调包装方法可降低和控制辐照过程中脂肪氧化。2）非氧化分解产物主要有：H2、CO2、CO、烃、烷、烯、醛等“C-C”键断裂产物。 一样，高剂量会使脂类发生

21、物理、化学二者显著改变，但处于正常辐照条件下脂肪质量指标改变很轻微。食品辐照加工技术第36页食品辐照加工技术第37页第三节 食品辐照效应6、维生素一、辐照对食品中成份影响 辐照对维生素效应主要取决于以下3个原因：1）维生素本身对辐射敏感性。在脂溶性维生素中，维生素E辐照敏感性最强；维D和-胡萝卜素较稳定。水溶性维生素中，维生素B1、维生素C对辐照最不稳定。2）食品中维生素要比单纯溶液中维生素稳定性强。例：VB1溶液经0.5kGy辐照后含量降低50%，鸡蛋中仅降低5%。3）与辐照时食品组成、气相条件、温度等相关。冷冻和充氮情况下损失大大降低；食品各种成份有交叉保护作用。食品辐照加工技术第38页食

22、品辐照加工技术第39页第三节 食品辐照效应二、辐照对食品中生物活体影响（生物学效应）生物学效应 指辐射对生物体如微生物（包含病毒）、昆虫、寄生虫、植物等影响，这些影响是因为生物体内化学改变造成。直接效应：在较低剂量电离辐射作用下，能引发一些蛋白质和核蛋白分子改变及细胞膜损伤，破坏新陈代谢，使本身生长发育和繁殖能力受到一定危害。间接效应：食品辐照生物学效应也与生成游离基和离子相关。当射线穿过生物有机体时，会使其中水和其它物质电解，生成游离基和离子，从而影响到机体新陈代谢过程，严重时则杀死细胞 。食品辐照加工技术第40页第三节 食品辐照效应1、生物活体辐射效应特点1）生物活体辐射效应包含：形态结构

23、改变、代谢反应改变和繁殖作用改变，其详细表现类型及后果与辐射剂量相关。2）辐射损伤结果随生物性质不一样而异，单细胞生物对辐射损伤后果比多细胞生物脆弱。3）处于代谢活跃期细胞比休眠状态对辐射敏感。4）当剂量小于致死剂量，辐射效应因生物发育阶段不一样而异5）对辐射耐受性与生物题尺寸大小成反比。二、辐照对食品中生物活体影响（生物学效应）食品辐照加工技术第41页第三节 食品辐照效应2、辐照对细菌影响1）影响辐照对细菌作用原因：二、辐照对食品中生物活体影响（生物学效应）细菌种类和菌株类型细菌浓度和数量介质化学组成和物理情况辐照后存放环境 在食品辐照中杀死100%细菌是极难。细菌对辐射敏感性普通以D10值

24、表示，指一定条件下（温度、气氛、pH值）使群体数量降至10%（或说杀死90%）所需剂量。 D10值越大，说明细菌耐辐射性越强。使群体从数量N0降至N所需剂量可表示为D= D10lg (N0/N)食品辐照加工技术第42页食品辐照加工技术第43页第三节 食品辐照效应2、辐照对细菌影响2）辐照杀菌分类选择性辐射杀菌：指经过辐射降低现存细菌数量，延缓食品腐败，不是寻求破坏全部细菌，而是允许一些细菌存活，但其生长不应使食品在保质期内腐败。针对性杀菌：指采取辐照技术降低和控制食品中病原菌过程。如，食品中沙门氏菌、大肠杆菌O-157杀菌，采取剂量取决于病原菌D10值。辐射灭菌：指利用辐照处理破坏食品中出现全

25、部微生物，产品经过包装可高于冷藏温度下长久储存。 杜绝全部微生物辐射剂量并没有一个绝正确数值，对无菌产品而言，目标是将微生物存活概率从1012初始数量降低到小于1个微生物。即D= 12D10 二、辐照对食品中生物活体影响（生物学效应）食品辐照加工技术第44页第三节 食品辐照效应3、辐照对病毒影响病毒本身没有呼吸，依靠宿主取得能量，热处理轻易使之失活。普通经过烹调食品，无须担心。但食品完成制作之后有被二次污染机会。从当前研究结果看，辐射只有在高剂量下才能使病毒失活。例，口蹄疫病毒悬浮在溶液中30KGy可使之失活，在干燥条件下则需40KGy。辐射使病毒失活剂量普通对食品会产生一些不希望效应。二、辐照对食品中生物活体影响（生物学效应）食品辐照加工技术第45页第三节 食品辐照效应4、辐照对酵母和霉菌影响酵母和霉菌比芽孢细菌对辐射更敏感，不一样品系之间存在巨大差异。对控制酵母引发腐败所需剂量大约为4.6520KGy，霉菌为2.06.0KGy。如用23KGy处理草莓葡萄孢属霉菌，在10可将草莓货架期延长至14天。而杀死霉菌所需剂量，大多数情况下高于水果可耐受剂量，引发水果软化，可采取辐射与热处理相结合方法降低所需辐射剂量。二、辐照对食品中生物活体影响（生物学效应）食品辐照加工