第一章 食品罐藏容器

1、第三章 食品輻射保藏本章學(xué)習(xí)目的與要求1、食品輻射保藏的基本理論2、概念：同位素，放射性同位素，衰變，衰變速度/半衰期3、放射性強度單位：居里，目前輻照場容量4、輻射場的建造特點、操作過程及劑量確定5、輻照劑量和吸收劑量，倫琴，拉德/戈瑞第一節(jié)食品輻射保藏概述食品輻射保藏就是利用原子能射線的輻射能量對肉類制品、糧食、水果、蔬菜、調(diào)味料、飼料以及其他加工產(chǎn)品進行殺菌、殺蟲、抑制發(fā)芽、延遲后熟等處理。主要應(yīng)用：香辛料殺菌、如方便面湯料包，抑制馬鈴薯、洋蔥等發(fā)芽，干制品、如核桃、藥材殺菌殺蟲。有時能解決常規(guī)方法難以解決的包保藏問題。一、輻射保藏的優(yōu)越性（一般了解）1食品在受輻射過程中溫度升高甚微。因

2、此，被輻射適當(dāng)處理后的食品在感官性狀如色、香味等方面與新鮮食品差別不大，特別適合于不宜采用其它保藏方法的食品。2射線穿透力強。在不拆包裝和解凍的情況下，可殺滅其深藏于谷物、果實或凍肉內(nèi)部的害蟲和微生物，也節(jié)省了包裝材料，避免再污染。3射線處理過的食品不會留下任何殘留物。與化學(xué)處理相比是一大特點。4節(jié)省能源：據(jù)76年國際原子能機構(gòu)（IAEA）通報的估計，食品采用冷藏需消耗能量為90千瓦時/T，巴氏消毒230千瓦時/T，熱力殺菌300千瓦時/T，脫水處理（干燥）700千瓦時/T，而輻射殺菌只需6.34千瓦時/T，輻射巴氏消毒0.76千瓦時/T。5適應(yīng)范圍廣：能處理各種不同類型的食物品種，如從裝箱的

3、馬鈴薯到袋裝的面粉、肉類、水果、蔬菜、谷物、水產(chǎn)等。多種體積的食品；不同狀態(tài)，固體、液體。6加工效率高、整個工序可連續(xù)化、自動化。液態(tài)食品管道輸送，更加方便。二、國內(nèi)外發(fā)展簡況（一般了解）1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X-射線后，Mink于1896年就提出X-射線的殺菌作用。二次大戰(zhàn)期間，美國麻省理工學(xué)院的羅克多爾將射線處理漢堡包，揭開了輻射保藏食品研究的序幕。50年代起北美、歐洲、日本等30多個國家先后投入大量的費用進行研究；60年代一些第三世界國家也加入該行列，目前從事這方面研究的有50-60個國家。國際原子能組織（IAEA）、聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）、世界衛(wèi)生組織（WHO）等的支持和組織下，進行了種

4、種國際協(xié)作研究。到1976年25種輻射處理食品在18個國家得到無條件批準或暫定批準，允許供作為商品供一般使用。1980年10月27日上述組織聯(lián)合舉行的第四次專門委員會議作出結(jié)論：用10kGy以下平均最大劑量照射任何食品，在毒理學(xué)、營養(yǎng)學(xué)及微生物學(xué)上都絲毫不存在問題，而且今后無須再對經(jīng)低于此劑量輻照的各種食品進行毒性實驗。目前許多國家將輻射用于食品的加工與保藏。美國、加拿大、法國、日本、中國等國家均批準在一些食品中使用輻照。日本、加拿大建立了輻射工廠用于食品保藏、有魚蝦、果蔬等。歐洲（丹麥、保加利亞、法國等）用于抑制土豆、大蒜、洋蔥發(fā)芽。發(fā)展中國家，印度、伊朗、泰國、智利、阿根廷等用于糧食（谷物

5、）的防霉、防蟲。我國自1958年開始，70年代的研究工作取得了一定的成效。1984年11月國家衛(wèi)生部批準7項（馬鈴薯、洋蔥、大蒜、花生、蘑菇、香腸）輻照食品允許消費。之后又有20多種食品通過了不同級別的技術(shù)鑒定。80年代，一些省市建立了一起容量較大的輻射應(yīng)用試驗基地，如北京、上海、天津、湖南、四川、廣東等地。后期有浙江、深圳等。第二節(jié) 輻射的基本原理一、放射性同位素與輻射1放射性同位素原子核中質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同的一類原子的總稱為同位素，自然界中有1800多種同位素，穩(wěn)定的有300多種，不穩(wěn)定的有1800多種，不穩(wěn)定的同位素稱為放射性同位素。2放射性衰變每個放射性同位素經(jīng)放出射線后，就轉(zhuǎn)變成

6、另一個原子核，從不穩(wěn)定的元素變成穩(wěn)定同位素。原子核的轉(zhuǎn)變過程稱為放射性衰變。原子核衰變數(shù)N與原子核總數(shù)N0有關(guān)。實踐證明,在單位時間內(nèi),衰變著的原子核的數(shù)目和其總數(shù)成正比,這一過程是不可逆的,可用公式表示如下: N=N0e-t N：原子核數(shù)； N0：原子核總數(shù)； t：經(jīng)歷時間； ：衰變常數(shù)。3半衰期（衰期速度）放射性強度因衰變降低到原來一半所需的時間稱為半衰期?；蛟訑?shù)衰變至一半時所需的時間。對于單獨的一種放射性元素而言，半衰期和衰變常數(shù)一樣也是常數(shù)。半衰期以t1/2表示，則根據(jù)前面公式可得： 1/2N0=N0e-t1/2 t1/2=ln2=0.693即衰變常數(shù)與任意同位素的半衰期的乘積為0.

7、693，這樣可利用半衰期求出其衰變常數(shù)。 60Co的半衰期為5.27年，137Cs為30年，14C為5730年。放射性強度因衰變而隨時間不斷減弱，此特點在籌建輻照場時必須考慮的問題。二、放射性強度及其單位1能量單位電子伏特ev. 表示輻射能量單位普通用eV，即相當(dāng)于個電子在真空中通過電位差為伏特的電場被加速所獲得的動能。ev=1.60210-12爾格（evg）；1Mev=106ev ，1kev=103ev。2 放射性強度衡量放射性強弱程度的一個物理量。指單位時間內(nèi)發(fā)生核衰變的次數(shù)。2.1居里 1Ci=3.71010衰變秒即每秒中有3.71010次原子核衰變。2.1現(xiàn)法定單位用貝克Bq，即每秒中

8、有一個原子核衰變?yōu)?貝克。2.3 1Bq=1S1，因此，1Ci=3.71010Bq。3 輻射劑量3.1法定單位為庫侖/千克（C/kg），以前曾用倫琴（R）3.2在標準狀況下（0，760mmHg），1cm3空氣（0.00129g）能形成一個正電或負電的靜電單位的X-射線或-射線照射量1R。3.3一個正電或負電的離子具有4.8010（靜電單位）。即一個靜電單位的離子量為2.08109個正電或負電離子（離子對），即1倫琴可使1cm3空氣產(chǎn)生2.08109個正電或負電離子（離子對）。1R=2.58104C/kg（空氣）。輻照場劑量的分布：輻照場劑量的測定：4吸收劑量是電離輻射授予被輻射物質(zhì)單位質(zhì)量的平

9、均能量，即被輻射物質(zhì)吸收的輻射能量，法定單位為J/kg，也稱為戈瑞（Gy）。以前曾用拉德（Rad）即1克被輻射物質(zhì)吸收100爾格（erg）射線能量為1Rad。1Rad=100erg/g=6.241013eV/g。1Gy=100Rad=104erg/g。照射量和吸收劑量是完全不同的概念，有區(qū)別（照射量指空氣電離程度來講）但兩者都是描述輻射計量的，又相互聯(lián)系。1個電子的電荷量是4.810產(chǎn)生一個需要的離子對數(shù)為2.08109，而電子在空氣中產(chǎn)生一對離子所消耗的平均能量為33.73eV（電離功）1R照射量相當(dāng)于0.0129g空氣中吸收了2.0810933.73eV=7.021010eV=0.112e

10、rg能量。1R照射量時，1g空氣的吸收能量為0.112erg/0.00129=86.8erg/g=0.868Rad即空氣的吸收劑量為0.868Rad=8.68103Gy。5吸收劑量速率單位質(zhì)量的被照射物質(zhì)在單位時間中所吸收的能量稱為吸收劑量速率。單位為Gy/s。吸收劑量速率與照射距離和輻射強度有關(guān)。距離越近，吸收劑量速率越大，距離相同，輻射強度越大，則吸收劑量越大。物料不同，吸收劑量速率也是不一樣的。6輻射劑量與吸收劑量的關(guān)系在輻照場儀器測定的是輻射劑量，而食品保藏通常講的是吸收劑量，它們之間可以換算。Df X D為吸收劑量， X為 輻射劑量， f為轉(zhuǎn)換系數(shù)空氣 f 0.83， 食品 f 0.

11、920.97對空氣來講， 1倫琴就等于0.83拉德（Rad）三、輻射源的來源1人工放射性同位素在食品輻射時供電離輻射用的放射線主要為-射線，經(jīng)常采用人工制備的放射性同位素60Co（鈷，半衰期5.27年）和137Cs（銫，半衰期30年）。60Co經(jīng)-衰變后放出兩個能量不同的-光子最后變?yōu)?0Ni；137Cs經(jīng)-衰變后放出-光子最后變?yōu)?37Ba。制備方法：將自然界中存在的穩(wěn)定同位素59Co金屬制成棒形、長方形、薄片形、顆粒形、圓筒形或所需要的形狀，置于反應(yīng)堆活性區(qū)，經(jīng)中子一定時間照射，少量59Co原子吸收一個中子后即生成60Co輻射源。目前在商業(yè)上采用60Co作為-射線源。2電子加速器利用電磁場

12、作用，使電子獲得較高能量，即將電能轉(zhuǎn)變成輻射能，這樣儀器設(shè)備裝置有靜電加速器、高頻高壓加速器、絕緣磁芯變壓器，直流加速器有兩種方式：1.直接加高壓，很高電壓使電子獲得動能如范德格拉夫加速器（靜電加速器）；2.不是直接利用高電壓，但反復(fù)多次將電子加速，如回旋加速器，電子感應(yīng)加速器。第三節(jié)食品輻射的化學(xué)效應(yīng) 電離輻射使物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)變化的問題至今仍不是很清楚。 由電離輻射使食品產(chǎn)生多種離子、粒子及質(zhì)子的基本過程有：直接作用：生物大分子直接吸收輻射能后引起的輻射效應(yīng)，即輻射能量的吸收與輻射損傷發(fā)生在同一分子中。初級輻射即物質(zhì)接受輻射能后，形成離子、激發(fā)態(tài)分子或分子碎片與輻射程度有關(guān)。間接作用：生物大分

13、子從周圍水分子中吸收輻射能后引起的輻射效應(yīng)，即輻射能量的吸收與輻射損傷發(fā)生在不同分子中。次級輻射初級輻射的產(chǎn)物相互作用生成與原物質(zhì)不同的化合物與溫度等其他條件有關(guān)。第四節(jié)食品輻射的生物學(xué)效應(yīng) 生物學(xué)效應(yīng)指輻射對生物體如微生物、昆蟲、寄生蟲、植物等的影響。這種影響是由于生物體內(nèi)的化學(xué)變化造成的。（1）已證實輻射不會產(chǎn)生特殊毒素，但在輻射后某些機體組織中有時發(fā)現(xiàn)帶有毒性的不正常代謝產(chǎn)物。（2）輻射對活體組織的損傷主要是有關(guān)其代謝反應(yīng)，視其機體組織受輻射損傷后的恢復(fù)能力而異，這還取決于所使用的輻射總劑量的大小。（一） 微生物 1 輻射對微生物的作用(機制）（1）直接效應(yīng) 指微生物接受輻射后本身發(fā)生的

14、反應(yīng)，可使微生物死亡。細胞內(nèi)DNA受損 即DNA分子堿基發(fā)生分解或氫鍵斷裂等。由于DNA分子本身受到損傷而致使細胞死亡-直接擊中學(xué)說。細胞內(nèi)膜受損 膜內(nèi)由蛋白質(zhì)和脂肪（磷脂），這些分子的斷裂，造成細胞膜泄露，酶釋放出來，酶功能紊亂，干擾微生物代謝，使新陳代謝中斷，從而使微生物死亡。（2）間接效應(yīng) （來自被激活的水分子或電離所得的游離基）。當(dāng)水分子被激活和電離后，成為游離基，起氧化還原反應(yīng)作用，這些激活的水分子就與微生物內(nèi)的生理活性物質(zhì)相互作用，而使細胞生理機能受到影響。2 微生物對輻射的敏感性為了表示某種微生物對輻射的敏感性，就通常以每殺死90%微生物所需用的戈瑞數(shù)來表示，即殘存微生物數(shù)下降到

15、原數(shù)的10%時所需用戈瑞的劑量，并用D10值來表示。人們通過大量的實驗發(fā)現(xiàn)，微生物（細菌）殘存數(shù)與輻射劑量存在如下關(guān)系: logN/N0 =-D/D10 N0：初始微生物數(shù) N：使用D劑量后殘留的微生物數(shù) D：初始劑量 D10：微生物殘留數(shù)減到原數(shù)的10%時的劑量微生物（細菌）種類不同，對輻射的敏感性各不同，因而D10也不同。并且微生物所處環(huán)境不同，則輻射敏感也不相同。（二）病毒病毒是最小的生物體，它沒有呼吸作用，是以食品和酶為寄主。通常使用高達30kGy的劑量才能抑制。如脊髓灰色質(zhì)病毒和傳染性肝炎病毒據(jù)推測來自食品污染。用射線照射有助于殺死病毒。（三）霉菌和酵母酵母與霉菌對輻射的敏感性與無芽

16、孢細菌相同。霉菌會造成新鮮果蔬的大量腐敗，用2kGy左右的輻射劑量即可抑制其發(fā)展。酵母可使果汁及水果制品腐敗，可用熱處理與低劑量輻射結(jié)合的辦法殺滅。（四）昆蟲輻射對昆蟲的效應(yīng)是與其組成細胞的效應(yīng)密切相關(guān)的。對于昆蟲細胞來說，輻射敏感性與它們的生殖活性成正比，與它們的分化程度成反比。處于幼蟲期的昆蟲對輻射比較敏感，成蟲（細胞)對輻射的敏感性較小，高劑量才能使成蟲致死，但成蟲的性腺細胞對輻射是敏感的，因此使用低劑量可造成絕育或引起配子在遺傳上的紊亂。輻射對昆蟲總的損傷作用是致死，“擊倒”（貌似死亡，隨后恢復(fù)），壽命縮短，推遲換羽，不育，減少卵的孵化，延遲發(fā)育，減少進食量和抑制呼吸。這些作用都是在一

17、定劑量水平下發(fā)生的，而在其它低劑量下，甚至可能出現(xiàn)相反的效應(yīng)，如延長壽命，增加產(chǎn)卵，增進卵的孵化和促進呼吸。成年前的昆蟲經(jīng)輻射可產(chǎn)生不育，輻射過的卵可以發(fā)育為幼蟲，但不能發(fā)育成蛹，照射的蛹可發(fā)育為成蟲，但其成蟲是不育的。用0.130.25kGy照射可使卵和幼蟲有一定的發(fā)育能力，但能夠阻止它們發(fā)育到成蟲階段。用0.41.0kGy照射后，能阻止所有卵、幼蟲和蛹發(fā)育到下一階段。成蟲甲蟲不育需要0.130.25kGy劑量，而蛾需要0.451.0kGy才行。螨需要用0.250.45kGy劑量的照射才能達到不育。蛾、螨、甲蟲不育0.10.5KGy ，致死3050KGy（五）寄生蟲輻射可使寄生蟲不育或死亡。

18、豬肉中旋毛蟲不育劑量0.12kGy 死亡7.5 kGy。牛肉中絳蟲致死劑量3.05.0KGy。（六）植物 輻射主要應(yīng)用在植物性食品（主要是水果和蔬菜）抑制塊莖、鱗莖類發(fā)芽，推遲蘑菇開傘、調(diào)節(jié)后熟和衰老上。 1抑制發(fā)芽電離輻射抑制植物器官發(fā)芽的原因是由于植物分生組織被破壞，核酸和植物激素代謝受到干擾，以及核蛋白發(fā)生變性。研究發(fā)現(xiàn)59Gy以上的輻射的將使馬鈴薯和洋蔥的核酸合成顯著減弱，并改變其組成，引起分解。土豆、洋蔥輻射可抑制發(fā)芽，0.040.08kGy，常溫下貯存達到一年。2調(diào)節(jié)呼吸和后熟水果在后熟之前其呼吸率降至極小值，當(dāng)后熟開始時呼吸作用大幅度的增長，并達到頂峰，然后進入水果的老化期，在老

19、化期呼吸率又降低。如果在水果后熟之前呼吸率最小時用輻射處理，此時輻射能抑制其后熟期，主要是能改變植物體內(nèi)乙烯的生長率（乙烯有催熟作用）從而推遲水果后熟。番茄、青椒、黃瓜、洋梨等。對于柑橘類和澀柿則促進成熟。輻射在調(diào)節(jié)果蔬后熟、衰老等方面的應(yīng)用還不成熟，許多問題有待解決。第五節(jié) 食品輻射應(yīng)用類型食品輻射處理取決于保藏的目的。由于食品種類不同，食品腐敗變質(zhì)的因素也不一樣，根據(jù)食品處理后所要求達到的保藏期，常有三種方式。輻射阿氏殺菌、輻射巴氏殺菌、輻射耐貯殺菌。1. 輻射阿氏殺菌足以使微生物的數(shù)量減少到零或有限個數(shù)，在后處理沒有污染的情況下，以目前現(xiàn)在方法檢不出腐敗微生物；也沒有毒素檢出，可長時間保

20、藏。一般使用高劑量15Mrad，肉類特別是牛肉，高劑量會產(chǎn)生異味，此時可在冷凍溫度30以下輻射。因為異味形成大多是化學(xué)反應(yīng)，因冷凍時水中的自由基流動性減少，可防止自由基與肉類形成分子的相互反應(yīng)。2. 輻射巴氏殺菌足以降低某些有生命力的特定非芽孢致病菌（如沙門氏菌）的數(shù)量，用現(xiàn)有方法檢不出。這種方法因食品中可能有芽孢菌或存在，因此不能保證長期貯存。必須與其他保藏方法如低溫或降低水分活度等結(jié)合。另外，若食品中已存在大量微生物（繁殖）也不能用該法處理。因為輻射不能除去產(chǎn)生的微生物毒素。輻射劑量：500krad1Mrad。3. 輻射耐貯殺菌足以降低腐敗菌數(shù)量，延緩微生物大量增殖出現(xiàn)的時間（防止繁殖）。

21、用于推遲新鮮果蔬的后熟期，提高耐貯期。輻射劑量：500krad。以上三種方式以后兩種為主，一般資料講輻射處理的食品種類有：1畜禽肉類 2 水產(chǎn)品 3 蛋類 4果蔬類 5 谷物及其制品商業(yè)應(yīng)用主要是：主要應(yīng)用：香辛料殺菌、如方便面湯料包，抑制馬鈴薯、洋蔥等發(fā)芽，干制品、如核桃、藥材殺菌殺蟲。有時能解決常規(guī)方法難以解決的包保藏問題。第六節(jié) 輻照場的結(jié)構(gòu)特點及輻照操作(重點)上圖分別為商業(yè)輻照室和科研小型輻照室1輻照場的組成：控制中心、輻照室、迷宮通道、傳輸裝置、通風(fēng)系統(tǒng)、輔助車間等。輻照室由鋼筋混凝土一次澆灌構(gòu)筑而成，墻壁厚度都在1米以上。2放射源國內(nèi)一般在3萬50萬居里之間。多采用鈷源，做成板狀或棒狀。3貯源方式：利用水對射線的吸收屏蔽作用，一般用水井法、深度在6米以上，井內(nèi)貯去離子水。源提升系統(tǒng)設(shè)有電動和手動兩種方式，設(shè)有迫降裝置，