食品辐射保藏

1、食品加工与保藏原理第七章 食品的辐射保藏,主要参考书 1、曾庆孝主编，芮汉明，李汴生副主编，食品加工与保藏原理，北京：化学工业出版社，2002.11 2、陈其勋主编，中国食品辐照进展，北京：原子能出版社，1998.12 3、李承华，辐射技术基础，北京：原子能出版社，1988 4、FAO/IEAE/WHO，辐射食品卫生，北京：原子能出版社，1983，56,主要内容,食品辐射(照)的意义及特点 食品辐射的基本原理 食品的辐照效应 食品的辐射及其影响因素 食品辐照的卫生与安全,定义:食品的辐射保藏是利用射线照射食品，灭菌、杀虫，抑制鲜活食品的生命活动，从而达到防霉、防腐、延长食品货架期目的的一种食品

2、保藏方法。,第一节 食品辐射(照)的意义及特点,与微波的区别： 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磁波来处理食品。,一、原子辐射研究的历史发展 1896年，亨利贝克莱在研究各种物质的磷光现象时，发现了放射性。 1896年，Roentgen发现了X射线，并对这种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(由拉丁词radius而来，意为射线)。 1921年,斯彻瓦特日获得X射线杀菌专利。,国内外发展简况,采用辐射技术加工食品早在20世纪40年代就已开始进行，50年代

3、美国等国家加强了研究，70年代证明了辐照食品的卫生安全性，80年代各国开始建立规程、法规、标准。 1980年FAO/IAEA/WHO辐照食品安全联合专家委员会结论：辐照食品总平均剂量10kGy以下不需要做毒理学实验，无特殊营养和微生物学问题。 1984年，代表130多个国家的食品法典委员会（CAC）向成员国建议辐照食品CAC标准及辐照食品设施推荐规程。 迄今为止，已有40多个国家批准了100多种类的辐照食品。但辐照技术真正大规模商业化应用，是从20世纪90年代开始的。 辐照加工技术虽然从技术讲已相对成熟，但由于公众接受性、各类别食品的标准、法规以及检验、辐照设施等尚存在一定问题，辐照食品仍未被

4、广泛接受。 从健康环境和安全角度，溴甲烷、二溴已烷和环氧乙烷越来越被禁用，食品辐照可取代化学熏蒸。1997年蒙特利尔公约会议决定发达国家在2005年前、发展中国家在2015年前要彻底禁用溴甲烷，这使食品辐照的替代作用更突出出来。另外，食源性疾病近年来在美国、日本等地多有发生，沙门氏菌、弯曲菌、大肠杆菌、单核细胞李斯特峻、弧菌等所致的疾病与辐照食品近年的发展有明显的关联。比如1997年美国2500万磅牛肉末受大肠杆菌O157：H7的污染，9万人致病，25人死亡，导致了美国历史上最大一次冻汉堡包的回收（约1万吨）。这件事直接导致了1997年12月美国FDA批准了红肉辐照。,我国辐射加工食品产业化发

5、展也很快，1984-1994年共批准了18中辐照食品，1996年又正式颁布了“辐照食品卫生管理办法”，1997年公布了“辐照食品类别卫生标准”，进一步鼓励对进口食物、食品原料以及国内的6大类食品进行辐照处理。,1、“冷杀菌”； 2、具有良好的保鲜效果； 3、辐照处理食品能耗低； 4、对环境的污染小。 5、具有穿透性强、无残毒、易控制等独特优势。,二、食品辐射的特点,一、核辐射与半衰期 1、核辐射 a 射线：从原子核中放射出带正电高速粒子流。 b 射线：-和+-粒子是带正电荷和负电荷的高速电子。 g 射线：当这种激发态回到基态时，原子就发出光子流-射线 （即不带电荷的粒子流）。,第二节 食品辐射

6、的基本原理,-射线：相对质量较大，电离能力大，穿透能 力小。 -射线：为-射线质量的几千分子一，点电量为其的一般，穿透能力比-射线大。 -射线：电离能力比-、-射线小，但穿透能力比它们大。 X-射线：电离能力小，穿透能力很强。,频率,波长,=C,=C/,低频辐射区1015Hz,高频辐射线1018Hz,E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 0.3nm,410-10 ev 410-5 410-3 4 4102 4k 4M,2、半衰期 不同的放射性同位素，其半衰期是不同的。 例如： t1/2(238U

7、)=4.5109年 t1/2(212P)=3.010-7s 用作食品辐射加工的辐射源60Co的半衰期为5.27年，137Cs为30年。,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，辐射所产生的影响是进一步延缓了它们后熟的进程，符合储藏的需要。,一、食品辐射加工的计量单位 1、放射性强度 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(Ci)、贝克

8、(Bq)和克镭当量。,第三节 食品的辐照效应,2、照射量及其单位 照射量(Exposure)是用来量度X射线或射线在空气中电离能力的物理量，其单位为伦琴(R)。 3、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吸收 量，其单位为拉德(rad)或戈瑞(Gy)。,4、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所引起的不同的生物学效应，其单位为雷姆(rem)或希沃特(Sv)。 单位时间内的剂量当量称为剂量当量率，其单位用rems-1、remh-1、Svs-1或Svh-1等表示。,二、食品辐射装置,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。,

9、1、辐射源,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。 (1) 放射性同位素 60Co辐射源、 137Cs辐射源 (2) 电子加速器 电子射线、X射线,电子射线 电子射线射程短，密度大，穿透力差，一般适用于食品表面的照射。如对易腐食品辐射时，选定适当的“加速能”，就可使射线不穿透食品内部，只进行表面杀菌。,X射线 X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X射线源效率低，而且能量中包含大量低能部分，难以均匀照射大块样品，故没有得到广泛的应用。,2. 防护设备 3. 输送与安全系统,三、食品辐射效应,(一) 食品辐射的物理效应 1、g射线和X

10、射线的作用 康普顿散射、 感生放射性 2、电子射线的作用 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成负离子，有的与阳离子相碰发生阴、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，电子射线的能量不得超过10MeV，大多数采用5MeV。,(二) 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。,辐射

11、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。 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。例如G值等于3，吸收剂量为1Mrad时，每千克介质发生变化的摩尔数为3.110-6，剂量提高到6Mrad时，则每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、

12、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。 水辐射的化学效应可概括为： H2O 2.7OH +0.55H +2.7e-水化+0.45H2 +0.71H2O2 +2.7H3O,2、蛋白质和酶 结构破坏 蛋白质 辐射交联 辐射降解 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不易觉察。,酶 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，酶中所含的巯基(-SH)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剂量。,

13、3、 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，若干固态糖类的辐解产物见表7-1。,表7-1 辐射不同固态糖类的主要辐解产物,4、 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。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物，除了有辐射诱导的自动氧化产物外，也有非氧化的分解产物。,5、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。

14、,(三) 食品辐射的生物学效应,1、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。,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： (1)由于射线的辐照，细胞中的DNA和RNA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、洋葱等经辐照后不会发芽。参见表7-2。 (2)食品辐照时，干扰了ATP的合成，使细胞的核酸减少，抑制了植物体的发芽。,(3)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，若把经过辐射的马

15、铃薯放入一种生长激素赤霉素酸溶液中，马铃薯就开始发芽(表7-3)。 (4)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成，就能够抑制其高峰的出现，延长果实的储藏期。,表7-2 马铃薯经辐射后核酸含量的变化,表7-3 赤霉素酸对辐照的马铃薯发芽的影响,2、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生了一系列生理学与生物学效应而导致死亡，其机理是一个十分复杂的问题，目前还没有完全搞清楚，一般认为与下面两点有密切关系： (1) 造成遗传物质DNA的损伤； (2) 辐射化学效应的

16、产物与细胞组成发生反应。,微生物对辐射的敏感性,一般来说：G- G+ 酵母 霉菌(敏感度) 病毒：通常使用高达30KGy的剂量才能抑制。,寄生虫,辐射可使寄生虫不育或死亡 猪肉内旋毛虫， 不育剂量，0.12KGy，死亡7.5KGy 牛肉绦虫， 致死3.0-5.0KGy,第四节 食品的辐射及其影响因素,一、食品辐射的类型 联合国粮农组织(FAO)、国际原子能机构(IAEA)和世界卫生组织(WHO)联合专家委员会把食品辐射分为下列三类：低剂量辐照、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，才能达到良好的

17、保藏效果。,(一) 食品辐射保藏 1、粮食的辐射保藏 2、果蔬的辐射保藏 3、畜、禽、鱼肉的辐射保藏 4、香料和调味品的辐射保藏,水果： 对于有呼吸变换期的水果，在其呼吸率达最小值时是辐射处理的关键时刻，在此时辐射能抑制其后熟期，主要是能改变体内乙烯的生产率从而影响其生理活动。 能使化学成分发生变化，如维生素C的破坏、原果胶变成果胶及果胶酸盐、纤维素及淀粉的降解、某些酸的破坏及色素的变化等。,蔬菜 辐射可影响新鲜蔬菜的代谢反应，其效果育剂量有关。如可改变蔬菜的呼吸率，防止老化，改变化学成分。 根菜类如土豆、洋葱等辐射后可抑制发芽，在光照下皮层也不发绿，但剂量过高，会腐烂。 对蘑菇可防止开伞延迟后熟。,(二) 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措施，以便提高辐射的效果或降低辐射剂量，保护食品的营养成分少受损失。 1、添加化学药品 2、改变温度条件 3、改变气体条件 4、合理包装 5、低温储藏,第五节 食品辐照的卫生与安全,FAO、IAEA和WHO联合专家委员会于1980年10月27日至11月3日在日内瓦召开了关于辐照食品卫生会议。依据以前各届专家委员会的建议和这些机构组织的其他技术或法律专家会议所作出的结论，允许食品辐照的最大能量水平是：电子射线为10MeV；g射线和X射线为5M