食品保藏原理

食品保藏原理

第七章

食品的輻照保藏

食品輻照的意義及特點(diǎn)食品輻射的基本原理食品的輻照效應(yīng)食品的輻射及其影響因素食品輻照的衛(wèi)生與安全內(nèi)容提要第一節(jié)食品輻照的意義及特點(diǎn)食品的輻射保藏是是利用射線(xiàn)照射食品，滅菌、殺蟲(chóng)，抑制鮮活食品的生命活動(dòng)，從而達(dá)到防霉、防腐、延長(zhǎng)食品貨架期目的的一種食品保藏方法。與微波的區(qū)別：輻射是利用原子核衰變產(chǎn)生的電磁波來(lái)處理食品，而微波則是將電能轉(zhuǎn)化為電磁波來(lái)處理食品。一、原子輻射研究的歷史發(fā)展1896年，亨利·貝克萊在研究各種物質(zhì)的磷光現(xiàn)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)了放射性。1896年，Roentgen發(fā)現(xiàn)了X射線(xiàn)，并對(duì)這種射線(xiàn)的特性做了完整而準(zhǔn)確的計(jì)算。一、原子輻射研究的歷史發(fā)展1898年斯密特和居里夫婦獨(dú)立地觀察到釷化合物發(fā)射類(lèi)似的射線(xiàn)。同時(shí)居里夫婦從鈾鹽中分離出了一個(gè)新元素，取名鐳(由拉丁詞radius而來(lái)，意為射線(xiàn))1921年Schraty獲得X射線(xiàn)殺菌專(zhuān)利。一、原子輻射研究的歷史發(fā)展1943年美國(guó)發(fā)表了對(duì)漢堡包進(jìn)行輻照殺菌的論文后，美國(guó)由此解決了海軍食品保存問(wèn)題。爾后研究遍及美國(guó)90多所大學(xué)及科研單位。五十年代初前蘇聯(lián)、歐洲和日本也相繼進(jìn)行了廣泛的研究。一、原子輻射研究的歷史發(fā)展我國(guó)食品輻照研究最早于1958年開(kāi)始，70年代在四川、河南、天津、北京、上海、東北地區(qū)、湖南、廣東等地相繼開(kāi)展了食品輻照的研究。1970年在巴黎成立了“食品輻射(照)國(guó)際計(jì)劃”(IFIP)，先后共有24個(gè)國(guó)家參加該計(jì)劃，分工協(xié)作進(jìn)行研究。二、食品輻照的特點(diǎn)“冷殺菌”；具有良好的保鮮效果；輻照處理食品能耗低；對(duì)環(huán)境的污染小。第二節(jié)食品輻照的基本原理一、核輻射與半衰期核輻射

a射線(xiàn)

b射線(xiàn)

g射線(xiàn)一、核輻射與半衰期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)=4.5×109年

t1/2(212P)=3.0×10-7s用作食品輻射加工的輻射源60Co的半衰期為5.27年，137Cs為30年。二、食品輻照的基本原理食品輻照時(shí)，射線(xiàn)把能量或電荷傳遞給食品以及食品上的微生物和昆蟲(chóng)，引起的各種效應(yīng)會(huì)造成它們體內(nèi)的酶鈍化和各種損傷會(huì)迅速影響其整個(gè)生命過(guò)程，導(dǎo)致代謝、生長(zhǎng)異常、損傷擴(kuò)大直至生命死亡。

二、食品輻照的基本原理食品則不同，除了鮮活食品之外均不存在著生命活動(dòng)，鮮活食品的新陳代謝也處在緩慢的階段，輻射所產(chǎn)生的影響是進(jìn)一步延緩了它們后熟的進(jìn)程，符合儲(chǔ)藏的需要。第三節(jié)食品的輻照效應(yīng)一、食品輻射加工的計(jì)量單位放射性強(qiáng)度的單位放射性強(qiáng)度是度量放射性強(qiáng)弱的物理量，常用的單位有居里(Ci)、貝克(Bq)和克鐳當(dāng)量。量度放射性同位素一、食品輻射加工的計(jì)量單位照射量及其單位照射量(Exposure)是用來(lái)量度X射線(xiàn)或g射線(xiàn)在空氣中電離能力的物理量，其單位為倫琴(R)。量度放射性同位素放射出的射線(xiàn)一、食品輻射加工的計(jì)量單位吸收劑量、劑量率及其單位被照射物質(zhì)所吸收的射線(xiàn)的能量稱(chēng)為吸收量，其單位為拉德(rad)或戈瑞(Gy)。量度被輻射物體吸收量1Gy=1J/kg=100rad一、食品輻射加工的計(jì)量單位劑量當(dāng)量、劑量當(dāng)量率及其單位劑量當(dāng)量就是用來(lái)量度不同類(lèi)型的輻射所引起的不同的生物學(xué)效應(yīng)，其單位為雷姆(rem)或希沃特(Sv)。

單位時(shí)間內(nèi)的劑量當(dāng)量稱(chēng)為劑量當(dāng)量率，其單位用rem·s-1或rem·h-1等表示二、食品輻照裝置食品的輻射裝置包括輻射源、防護(hù)設(shè)備、輸送系統(tǒng)和自動(dòng)控制與安全系統(tǒng)。輻射源輻射源是食品輻射加工的核心部分，它可以分為放射性同位素和電子加速器兩大類(lèi)輻射源放射性同位素

60Co輻射源

137Cs輻射源

電子加速器

電子射線(xiàn)X射線(xiàn)電子射線(xiàn)射程短，密度大，穿透力差，一般適用于食品表面的照射。如對(duì)易腐食品輻射時(shí)，選定適當(dāng)?shù)摹凹铀倌堋?，就可使射線(xiàn)不穿透食品內(nèi)部，只進(jìn)行表面殺菌。X射線(xiàn)

X射線(xiàn)具有高穿透能力，可以用于食品輻射加工。但是由于電子加速器作X射線(xiàn)源效率低，而且能量中包含大量低能部分，難以均勻照射大塊樣品，故沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。二、食品輻照裝置

防護(hù)設(shè)備輻照對(duì)人體的危害作用有兩條途徑：一是外照射；另一種是內(nèi)照射。為了防止射線(xiàn)傷害輻射源附近的工作人員，必須對(duì)輻射源和射線(xiàn)進(jìn)行嚴(yán)密的屏蔽，最常用的屏蔽材料是鉛、鐵、混凝土和水。二、食品輻照裝置

輸送與安全系統(tǒng)被輻照食品靠自動(dòng)輸送系統(tǒng)通過(guò)輻照區(qū),輸送路徑的選擇要使射線(xiàn)能穿透產(chǎn)品的所有部分，以確保產(chǎn)品接受均勻的照射劑量。在輻照室內(nèi)，放在容器中或運(yùn)轉(zhuǎn)支架上的產(chǎn)品靠壓縮空氣推進(jìn)。魚(yú)品輻照裝置簡(jiǎn)圖三、食品輻照效應(yīng)

食品輻射的物理效應(yīng)γ射線(xiàn)和X射線(xiàn)的作用

康普頓散射感生放射性電子射線(xiàn)的作用

庫(kù)侖散射契連科夫效應(yīng)電子射線(xiàn)的作用電子射線(xiàn)經(jīng)散射、電離軔致輻射等作用后，消耗了大部分能量，速度大為減慢；有的被所經(jīng)過(guò)的原子所俘獲，使原子或原子所在的分子變成負(fù)離子，有的與陽(yáng)離子相碰發(fā)生陰、陽(yáng)離子湮滅；電子射線(xiàn)的作用放出兩個(gè)光子，其光子對(duì)被照射物的作用與上述的光子一樣。為了防止被照射物誘發(fā)產(chǎn)生放射性，電子射線(xiàn)的能量不得超過(guò)10MeV，大多數(shù)采用5MeV。三、食品輻照效應(yīng)

食品輻射的化學(xué)效應(yīng)輻射的化學(xué)效應(yīng)是指被輻射物質(zhì)中的分子所發(fā)生的化學(xué)變化。食品的輻射處理，發(fā)生化學(xué)變化的物質(zhì)，除了食品本身及包裝材料之外，還有附著在食品表面及內(nèi)部的微生物、昆蟲(chóng)和寄生蟲(chóng)等生物體。

食品輻射的化學(xué)效應(yīng)輻射化學(xué)效應(yīng)的強(qiáng)弱用G值表示，所謂G值就是介質(zhì)中每吸收100eV能量時(shí)發(fā)生變化的分子數(shù)。食品輻射的化學(xué)效應(yīng)例如:麥芽糖溶液經(jīng)過(guò)輻射發(fā)生降解的G值為4.0，則表示麥芽糖溶液每吸收100eV的輻射能，就有4個(gè)麥芽糖分子發(fā)生降解。不同介質(zhì)的G值可能相差很大，G值大的，輻射引起的化學(xué)效應(yīng)較強(qiáng)烈；食品輻射的化學(xué)效應(yīng)G值相同者，吸收劑量大者所引起的化學(xué)效應(yīng)較強(qiáng)烈。例如G值等于3，吸收劑量為1Mrad時(shí)，每千克介質(zhì)發(fā)生變化的摩爾數(shù)為3.1×10-6，劑量提高到6Mrad時(shí)，則每千克發(fā)生變化的摩爾數(shù)達(dá)1.9×10-2食品輻射的化學(xué)效應(yīng)食品及其他生物有機(jī)體的主要化學(xué)組成是水、蛋白質(zhì)、糖類(lèi)、脂類(lèi)及維生素等，這些化合物分子在射線(xiàn)的輻射下會(huì)發(fā)生一系列的化學(xué)變化。食品輻射的化學(xué)效應(yīng)水大多數(shù)食品均含有豐富的水分，水也是構(gòu)成微生物、昆蟲(chóng)等生物體的重要成分，食品經(jīng)輻射引起的水分變化十分復(fù)雜。水輻射的化學(xué)效應(yīng)可概括為：H2O→2.7OH·+0.55H·+2.7e-水化+0.45H2

+0.71H2O2+2.7H3O·食品輻射的化學(xué)效應(yīng)蛋白質(zhì)和酶蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞輻射交聯(lián)輻射降解蛋白質(zhì)輻照時(shí)交聯(lián)與降解同時(shí)發(fā)生，而往往是交聯(lián)大于降解，所以降解常被掩蓋而不易覺(jué)察。

蛋白質(zhì)和酶酶酶的主要組成部分是蛋白質(zhì)，所以輻射對(duì)酶所引起的作用與蛋白質(zhì)類(lèi)似，酶中所含的巰基(-SH)由于容易氧化會(huì)增大酶對(duì)輻射的敏感性。酶在復(fù)雜的食品體系中，由于其他物質(zhì)的伴生存在而使酶得以保護(hù)，欲使酶鈍化需要相當(dāng)大的輻射劑量。食品輻射的化學(xué)效應(yīng)糖類(lèi)糖類(lèi)在輻射過(guò)程中發(fā)生的變化主要是降解作用和輻解產(chǎn)物的形成，干故態(tài)糖類(lèi)的輻照分解產(chǎn)物多種。輻射不同固態(tài)糖類(lèi)的主要輻解產(chǎn)物糖輻解產(chǎn)物G值500krad時(shí)濃度(10mg·kg-1)葡萄糖甲醛0.060.095

乙醛

丙酮

葡糖醛酸0.44.1

葡糖酸0.88.2

5-脫氧葡糖酸0.323果糖甲醛2.54蔗糖甲醛0.160.25

果糖

葡萄糖

甘露糖醇甲醛0.81.26

果糖0.565.2食品輻射的化學(xué)效應(yīng)脂類(lèi)脂肪和脂肪酸被射線(xiàn)照射時(shí)，飽和脂肪比較穩(wěn)定，而不飽和脂肪容易氧化，出現(xiàn)脫羧、氫化、脫氨等作用。有氧存在時(shí)，由于會(huì)發(fā)生自動(dòng)氧化作用，飽和脂肪也會(huì)被氧化。脂類(lèi)輻射促進(jìn)自動(dòng)氧化過(guò)程可能是由于促進(jìn)自由基的形成和氫過(guò)氧化物的分解，并使抗氧化劑遭到破壞。食品中的脂類(lèi)組分受輻射而產(chǎn)生的化合物，除了有輻射誘導(dǎo)的自動(dòng)氧化產(chǎn)物外,也有非氧化的分解產(chǎn)物。食品輻射的化學(xué)效應(yīng)維生素食品中維生素在輻射中的穩(wěn)定性和食品的性質(zhì)及成分有密切的關(guān)系，其損失率隨著輻射劑量的增大而增大。三、食品輻照效應(yīng)

食品輻射的生物學(xué)效應(yīng)抑制蔬菜發(fā)芽和果實(shí)后熟蔬菜中的馬鈴薯和洋蔥，主要是通過(guò)控制其休眠來(lái)進(jìn)行儲(chǔ)藏的。在結(jié)束休眠后，如果溫度和濕度適宜時(shí)，便會(huì)旺盛地發(fā)芽；果實(shí)采收后的成熟現(xiàn)象稱(chēng)為后熟，后熟的速度影響著儲(chǔ)藏期的長(zhǎng)短。

抑制蔬菜發(fā)芽和果實(shí)后熟輻射對(duì)生物體作用的機(jī)理目前尚未十分清楚，但可能與下列原因有關(guān)：由于射線(xiàn)的輻照，細(xì)胞中的DNA和RNA受到損傷，植物體生長(zhǎng)點(diǎn)上的細(xì)胞不能發(fā)生分裂，所以馬鈴薯、洋蔥等經(jīng)輻照后不會(huì)發(fā)芽抑制蔬菜發(fā)芽和果實(shí)后熟馬鈴薯經(jīng)輻射后核酸含量的變化核酸照射劑量核酸含量(mg·g-1干物質(zhì))

(krad)12月3月4月

0140140154RNA5618384

857

65

0170131170DNA5

108120

8121121123抑制蔬菜發(fā)芽和果實(shí)后熟食品輻照時(shí)，干擾了ATP的合成，使細(xì)胞的核酸減少，抑制了植物體的發(fā)芽；植物組織處于休眠狀態(tài)時(shí)，其生長(zhǎng)點(diǎn)缺乏植物生長(zhǎng)激素或生長(zhǎng)激素被鈍化，若把經(jīng)過(guò)輻照的馬鈴薯放入一種生長(zhǎng)激素—赤霉素酸溶液中，馬鈴薯就開(kāi)始發(fā)芽赤霉素酸對(duì)g輻照的馬鈴薯發(fā)芽的影響

處理法處理數(shù)發(fā)芽率劑量(krad)赤霉素酸濃度(ppm)

5日后10日后15日后20日后80

00008250

716202012020000012250

512172012500

8142020抑制蔬菜發(fā)芽和果實(shí)后熟對(duì)于具呼吸高峰的果實(shí)，高峰開(kāi)始前夕，體內(nèi)乙烯的合成明顯增加,從而促進(jìn)成熟的到來(lái)。若在高峰前對(duì)果實(shí)進(jìn)行輻照處理,由于干擾了果實(shí)體內(nèi)乙烯的合成，就能夠抑制其高峰的出現(xiàn)，延長(zhǎng)果實(shí)的儲(chǔ)藏期。食品輻射的生物學(xué)效應(yīng)導(dǎo)致微生物和昆蟲(chóng)的死亡食品輻照后，附著在食品上的微生物和昆蟲(chóng)發(fā)生了一系列生理學(xué)與生物學(xué)效應(yīng)而導(dǎo)致死亡，機(jī)理認(rèn)為與兩點(diǎn)有密切關(guān)系：造成遺傳物質(zhì)DNA的損傷；輻射化學(xué)效應(yīng)的產(chǎn)物與細(xì)胞組成發(fā)生反應(yīng)第四節(jié)食品的輻照及其影響因素一、食品輻射的類(lèi)型聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)、國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)和世界衛(wèi)生組織(WHO)聯(lián)合專(zhuān)家委員會(huì)把食品輻射分為下列三類(lèi)：低劑量輻照、中等劑量輻照、大劑量輻照。二、食品輻照保藏的效果及其影響因素食品進(jìn)行輻射處理時(shí)，必須根據(jù)食品的種類(lèi)和預(yù)期的目的，控制輻射劑量和照射條件，才能達(dá)到良好的保藏效果。二、食品輻照保藏的效果及其影響因素食品輻照保藏糧食的輻射保藏果蔬的輻射保藏畜、禽、魚(yú)肉的輻射保藏香料和調(diào)味品的輻射保藏

二、食品輻照保藏的效果及其影響因素提高食品輻射保藏效果的措施食品的輻射保藏處理，欲取得滿(mǎn)意的效果除了根據(jù)食品的種類(lèi)和輻射目的采用適宜的輻射劑量外，還可以采取一些輔助措施，以便提高輻射的效果或降低輻射劑量，保護(hù)食品的營(yíng)養(yǎng)成分少受損失。提高食品輻射保藏效果的措施添加化學(xué)藥品改變溫度條件改變氣體條件合理包裝低溫儲(chǔ)藏第五節(jié)食品輻照的衛(wèi)生與安全FAO、IAEA和WHO聯(lián)合專(zhuān)家委員會(huì)于1980年10月27日至11月3日在日內(nèi)瓦召開(kāi)了關(guān)于輻照食品衛(wèi)生會(huì)議。依據(jù)以前各屆專(zhuān)家委員會(huì)的建議和這些機(jī)構(gòu)