食品工藝學(xué)-楊-第七章-食品輻照YANGXIN

第三章食品輻照FoodIrradiation主要內(nèi)容概述輻照的原理輻照在食品工業(yè)上的應(yīng)用食品輻照的安全衛(wèi)生及法規(guī)第一節(jié)概述

食品輻照的定義食品輻照的特點(diǎn)食品輻照的概況及進(jìn)展

食品輻照（Foodirradiation）：利用射線與物質(zhì)作用產(chǎn)生的物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和生物效應(yīng)，達(dá)到殺蟲(chóng)滅菌、防止霉變、提高食品的衛(wèi)生質(zhì)量、保持營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及風(fēng)味及延長(zhǎng)貨架期的目的。1.食品輻照的定義2.食品輻照的特點(diǎn)2.1食品輻照的有利方面(1)殺菌效果好，可按目的進(jìn)行劑量調(diào)整。(2)冷加工處理，對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)影響較小。(3)節(jié)省能源，加工效率高。(4)處理簡(jiǎn)便，操作適用范圍廣。(5)經(jīng)照射的食品中無(wú)任何殘留，衛(wèi)生安全。PalatabilityoffoodtreatedbyirradiationremainsunchangedSproutinglossesinstoredpotatoescanbepreventedbyirradiation食品輻照的不利方面：(1)殺菌劑量不同有時(shí)酶不能完全失活。(2)經(jīng)照射的食品可能出現(xiàn)不好的感官性變化。(3)對(duì)操作人員的安全防護(hù)要求相當(dāng)高。SignificantDatesinFoodIrradiationHistory1895–Becquereldiscoveredradioactivity1920–DiscoverythatirradiationcouldbeusedtopreservefoodEarly1950s–“AtomsforPeace”studiesperformed1957–FirstcommercialusetokillinsectsandinsecteggsinspicesinGermany1963–Approvedtoeliminateinsectinfestationforwheatandwheatflour1964–Approvedtopreventsproutinginpotatoes1970s–NASAusesirradiatedfoodforastronauts3.食品輻照的發(fā)展概況SignificantDatesinFoodIrradiationHistory1983–Approvedforherbs,spices,andseasonings1985–Approvedtocontroltrichinellaspiralisinpork1986–Approvedtocontrolinsectsandmaturationoffruitsandvegetables1990–ApprovedbyFDAtocontrolbacteriainpoultry(approvedbyUSDAin1992)1997–ApprovedbyFDAtocontrolmicroorganismsforredmeats(approvedbyUSDAin2000)2000–Approvedforshelleggs2002–Petitionpendingforirradiationofseafood,sprouts,andready-to-eatfoods工業(yè)規(guī)模輻照和商業(yè)化應(yīng)用階段：70多個(gè)國(guó)家研究；38個(gè)國(guó)家批準(zhǔn)輻射食品商業(yè)化；224種食品建立標(biāo)準(zhǔn)食品輻照總量50萬(wàn)噸1995年冷凍輻射包裝肉被批準(zhǔn)為太空食品TheExtentofUseofFoodIrradiation

Worldwide,almost40countriespermittheuseofirradiationonover50differentfoods,andanestimated500,000tonsoffoodareirradiatedannually.

Nham(fermentedporksausage)iscommerciallyirradiatedandmarketedinThailand.IrradiatedfreshfruitsandvegetablesonsaleinUSA.Spices,Herbs,DehydratedVegetables&SeasoningMixturesIrradiatedinN.AmericaIrradiationinChina1958年開(kāi)始食品輻照研究工作

70年代中期在四川、天津等地相繼進(jìn)行輻照保藏食品的研究

1984年衛(wèi)生部頒布輻照食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)有輻照裝置150多臺(tái)，輻照食品量10萬(wàn)噸我國(guó)批準(zhǔn)允許輻照的食品類(lèi)別與劑量

類(lèi)別品種目的劑量/kGy豆類(lèi)、谷類(lèi)及制品綠豆、紅豆、大米、面粉、小米、玉米渣控制生蟲(chóng)0.2（豆類(lèi)）0.4-0.6（谷類(lèi)）干果果脯空心蓮、桂圓、核桃、山揸、大棗、小棗控制生蟲(chóng)0.4熟畜禽肉六合脯、扒雞、燒雞、鹽水鴨、熟兔肉滅菌8冷凍分割禽肉類(lèi)豬牛羊雞沙門(mén)氏菌與腐敗菌2.5干香料五香粉，八角、花椒殺菌防霉10方便面固體湯料方便面固體湯料殺菌防霉8新鮮水果蔬菜土豆、洋蔥、大蒜、生姜、番茄、荔枝、蘋(píng)果抑制發(fā)芽延緩成熟0.1-0.20.5-1.5第二節(jié)食品輻照的基本原理

食品輻照的物理學(xué)原理

食品輻照的化學(xué)原理食品輻照的生物學(xué)原理食品輻照的輻射源及輻照裝置1.食品輻照的物理學(xué)原理輻射的定義及分類(lèi)射線與物質(zhì)的相互作用1.1輻射的定義及分類(lèi)輻射通常是指在從某種物質(zhì)中發(fā)射出來(lái)的波或粒子,以其所帶的能量在空間或介質(zhì)中間向各個(gè)方向傳播的過(guò)程.輻射可以分為:電磁輻射:（X射線、γ射線）微粒輻射：（電子束輻射）1.2射線與物質(zhì)的相互作用X射線、γ射線與物質(zhì)的相互作用帶電粒子與物質(zhì)的相互作用光電效應(yīng)

hυ→M→M＋＋ehυ代表α射線和γ射線的光子M和M＋代表物質(zhì)的原子和離子e代表光電子康普頓效應(yīng)射線的光子與被照射物的電子發(fā)生彈性碰撞，把部分能量傳遞給電子，自身的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變。該過(guò)程光子未被吸收。

電子對(duì)效應(yīng)入射光子能量大于兩電子的靜止質(zhì)量能，與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生一對(duì)正負(fù)電子，入射光子消失。b.高能電子與物質(zhì)的相互作用高能電子能量損失途徑①非彈性碰撞②軔致輻射③彈性散射④受照射物質(zhì)吸收非彈性碰撞（電離與激發(fā)）韌致輻射入射電子不足以導(dǎo)致原子電離，束縛電子躍遷到高能軌道，回到基態(tài)時(shí)多余能量以光子形式散射出來(lái)，這種輻射稱軔致輻射.食品輻照采用的電子加速器的能量水平一般不超過(guò)10MeV.彈性散射帶電粒子通過(guò)物質(zhì)時(shí)，由于核電場(chǎng)的作用，粒子與核發(fā)生彈性碰撞而改變方向，但總動(dòng)能保持不變，這一現(xiàn)象稱為彈性散射。

２.食品輻照的化學(xué)原理

水的輻射效應(yīng)蛋白質(zhì)輻射效應(yīng)脂類(lèi)的輻射效應(yīng)糖輻射效應(yīng)維生素輻射效應(yīng)２.1水水的輻解產(chǎn)生的分子產(chǎn)物H2、H2O水的輻解產(chǎn)生的自由基：OH·HO2·H·e－aq２.２蛋白質(zhì)和酶蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞輻射交聯(lián)輻射降解交聯(lián)－SH氧化生成分子內(nèi)或分子間的二硫鍵酪氨酸和苯丙氨酸的苯環(huán)偶合而發(fā)生蛋白質(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。

輻射對(duì)酶所引起的作用與蛋白質(zhì)類(lèi)似，但欲使酶鈍化需要相當(dāng)大的輻射劑量.原因：氧化的巰基增大酶對(duì)輻射的敏感性食品體系內(nèi)其他物質(zhì)的伴生存在使酶得以保護(hù)２.３脂類(lèi)的輻射效應(yīng)輻射對(duì)脂類(lèi)可產(chǎn)生三方面的影響理化性質(zhì)的變化自動(dòng)氧化性變化非自動(dòng)氧化性輻射分解。

２.４糖類(lèi)的輻射效應(yīng)

低分子糖類(lèi)在進(jìn)行照射時(shí)，不論是在固態(tài)或液態(tài)，隨輻射劑量的增加，都會(huì)出現(xiàn)旋光度降低、褐變、還原性及吸收光譜變化等現(xiàn)象

劑量(kGy)特性黏度（ml/g）聚合度00.51251020501002302201501109580504035170016501100800700600350300250輻射對(duì)馬鈴薯直鏈淀粉的聚合度和黏度的影響２.５維生素的輻射效應(yīng)

脂溶性維生素中的維生素E和水溶性維生索中的B1、C對(duì)射線敏感，易與水輻射產(chǎn)生的自由基反應(yīng)

３食品輻照的生物學(xué)原理

輻照影響生物組織的基本方式輻照的生物學(xué)效應(yīng)3.1輻照影響生物組織的基本方式直接方式靶學(xué)說(shuō)：認(rèn)為輻射生物學(xué)效應(yīng)是由于電離粒子擊中了某些分子或細(xì)胞內(nèi)的特定結(jié)構(gòu)的結(jié)果。間接方式微生物微生物存活曲線靶學(xué)說(shuō)的理論與實(shí)踐證明，病毒符合單靶單擊學(xué)說(shuō)，真菌的輻射抗性比細(xì)菌小，食品在輻射殺菌時(shí)考慮對(duì)細(xì)菌的殺滅作用。細(xì)胞含水量Shelf-lifeofstrawberriescanbeextendedbyirradiationIrradiationisauniquemethodtoensuremicrobialsafetyinrawfoods.

（2）昆蟲(chóng)昆蟲(chóng)對(duì)輻射的敏感性比微生物強(qiáng)對(duì)輻射的敏感性：蟲(chóng)卵＞幼蟲(chóng)＞成蟲(chóng)損傷作用表現(xiàn)：致死、“擊倒”、縮短壽命、不育、減少卵的孵化、延遲發(fā)育、減少進(jìn)食量和抑制呼吸Irradiationisaneffectivealternativetofumigationforinsectcontrol

（3）植物抑制發(fā)芽生長(zhǎng)延緩成熟衰老抑制呼吸抑制乙烯Sproutinglossesinstoredpotatoescanbepreventedbyirradiation４食品輻照的輻射源及輻照裝置

輻射源及輻照裝置輻照劑量與劑量測(cè)量4.1輻射源及輻照裝置用于食品輻照的輻射主要有：γ射線（放射性核素60Co、137Cs產(chǎn)生）電子束（電子加速器產(chǎn)生）Ｘ射線（高能電子打擊重金屬產(chǎn)生的韌致輻射）（1）放射性同位素輻射源（γ射線）a.放射性同位素60Co輻射源(人工制備的同位素源)：經(jīng)β衰變后放出兩個(gè)能量不同的γ光子特點(diǎn)：價(jià)格較便宜；操作使用與維修方便；對(duì)防護(hù)設(shè)備要求高。

60Co作為γ-射線源制備方法：將自然界中存在的穩(wěn)定同位素59Co金屬制成棒形、長(zhǎng)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(shí)間照射，少量59Co原子吸收一個(gè)中子后即生成60Co輻射源。目前在商業(yè)上采用60Co作為γ-射線源。137Cs輻射源經(jīng)β衰變后放射出一個(gè)γ光子。由核燃料的渣滓中抽提制得。特點(diǎn)：可從廢料中提取；裝置成本高；防護(hù)困難。（2）電子加速器

利用電磁場(chǎng)使帶電粒子獲得很高的速度，從而將電能轉(zhuǎn)化為高能電子射線或x射線的裝置。又稱電子流，其能量越高，穿透能力就越強(qiáng)。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?，就可使射線不穿透食品內(nèi)部，只進(jìn)行表面殺菌。為了防止被照射物誘發(fā)產(chǎn)生放射性，電子射線的能量不得超過(guò)10MeV，大多數(shù)采用5MeV。電子射線靜電加速器1.球形高壓電極2.支架3.真空加速管4.輸電帶5.電子槍6.直流高壓電源7.電刷8.金屬靶9.均壓環(huán)10.轉(zhuǎn)軸11.真空泵靜電加速器結(jié)構(gòu)原理圖特點(diǎn)：射線強(qiáng)度高，可調(diào)；無(wú)射線污染，易控制可檢修；防護(hù)簡(jiǎn)單；照射不均勻；裝置復(fù)雜造價(jià)高。

X射線是加速器產(chǎn)生的高能電子打擊重金屬靶子上產(chǎn)生能量從0到入射電子能量的X射線。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。X射線食品輻照裝置

據(jù)中國(guó)輻射行業(yè)協(xié)會(huì)的最新統(tǒng)計(jì),至2009年底全國(guó)約有110座γ輻照站(設(shè)計(jì)容量大于300kCi的設(shè)計(jì)能力)和140個(gè)電子束滅菌機(jī)器(大于500keV)。據(jù)報(bào)道,我國(guó)目前這些食品輻照裝置輻射加工總產(chǎn)值已超過(guò)32億元。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).輻射源為了防止射線傷害輻射源附近的工作人員，必須對(duì)輻射源和射線進(jìn)行嚴(yán)密的屏蔽，最常用的屏蔽材料是鉛、鐵、混凝土和水。防護(hù)設(shè)備被輻照食品靠自動(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)。輸送與安全系統(tǒng)類(lèi)型范得格拉夫加速器直接利用高壓加速電子間接利用高壓加速電子對(duì)長(zhǎng)變壓加速器線形加速器電動(dòng)電子加速器電子加速器電子加速器結(jié)構(gòu)

電子源加速段功率供應(yīng)系統(tǒng)真空系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)ElectronbeamirradiatorforfoodprocessingElectron-beam

DosimeterDualX-Ray&E-BeamSystemElectronBeanAcceleratorInstrument60Co-γ輻照與電子束輻照裝置的比較60Co-γ輻照裝置電子束輻照裝置1.Γ射線穿透能力強(qiáng)，適宜于大包裝，不規(guī)則物體的輻照2.設(shè)備技術(shù)難度較小，操作維修方便3.防護(hù)條件要求較高4.輻射強(qiáng)度隨時(shí)間衰減5.需要不斷補(bǔ)充新源6.低劑量率，輻照時(shí)間長(zhǎng)7.功率成本和運(yùn)行成本較高1.電子束穿透能力弱，適宜于不太厚線纜、片才或物品的輻照2.設(shè)備技術(shù)難度較高，操作維修要求較高3.電子束可開(kāi)關(guān)控制，防護(hù)較容易4.電子束強(qiáng)度可保持不變5.不需要定期更換6.高劑量率，輻照時(shí)間短7.功率成本和運(yùn)行成本較低8.可以兼作X射線源4.2輻射劑量1)劑量單位放射性強(qiáng)度，單位：居里Ci，貝可勒爾Bq，克鐳當(dāng)量照射量與照射量率，單位：倫琴R（2.58*10-4C/kg）

，庫(kù)侖/千克（C/kg）吸收劑量與吸收劑量率，單位：戈瑞(Gy),拉德（Rad=0.01Gy）4.2輻射劑量1、吸收劑量吸收劑量是當(dāng)電離輻射與物質(zhì)相互作用時(shí)，用來(lái)表示單位質(zhì)量的受照物質(zhì)吸收電離輻射能量大小的物理量。法定單位的專(zhuān)門(mén)名稱為戈瑞，用符號(hào)Gy表示，非法定單位為拉德，用rad表示。1戈瑞=1焦耳/千克=100拉德(rad)。2、吸收劑量率吸收劑量率就是單位時(shí)間內(nèi)物質(zhì)的吸收劑量。吸收劑量率的SI單位是焦耳每千克秒（J/kg·s），法定單位的專(zhuān)門(mén)名稱為戈瑞每秒Gy/s)，非法定單位為拉德每秒(rad/s)。1、照射量及其單位1)照射量的定義一束X或γ射線穿過(guò)空氣時(shí)與空氣發(fā)生相互作用而產(chǎn)生次級(jí)電子，這些次級(jí)電子在使空氣電離而產(chǎn)生離子對(duì)的過(guò)程中，最后全部損失了本身的能量。照射量是表示X或γ射線在空氣中產(chǎn)生電離大小的物理量。照射量X的定義：X或γ射線在單位質(zhì)量的空氣中擊出的全部次級(jí)電子完全被阻停時(shí)，在空氣中產(chǎn)生一種符號(hào)的帶電粒子（電子或正離子）的總電荷量。2)照射量的單位

照射量X的SI單位為庫(kù)侖每千克(C/kg)，非法定單位為倫琴（R）1倫琴（R）=2.58×10-4C/kg1Ckg-1=3876R倫琴的定義：在1倫琴X射線照射下，0.001293g空氣（標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1立方厘米空氣的質(zhì)量）中釋放出來(lái)的次級(jí)電子，在空氣中總共產(chǎn)生電量各為1靜電單位的正離子和負(fù)離子。1靜電單位電量=3.33×10-10C

2、照射量率照射量率就是單位時(shí)間內(nèi)的照射量。若在t到t+dt時(shí)間內(nèi)，照射量為dX，則稱

為該物質(zhì)在t時(shí)刻的照射量率。照射率的SI單位為C/（kg·s）。Lowdose0–1kGy殺死昆蟲(chóng)和肉類(lèi)的病原寄生蟲(chóng)Disinfestgrainsofinsects抑制發(fā)芽Inhibitsprouting延遲鮮活食品的后熟DelayripeninginfruitsandvegetablesControlTrichinellaspiralisinpork

Mediumdose1-10kGyReducemicrobialpathogensinmeat,poultryandfishReducespoilagemicroorganismsDelaymoldgrowthonstrawberriesandotherfruits減少食品中微生物的負(fù)荷量，較少非芽孢致病微生物的數(shù)量。Highdose10-50kGyKillmicroorganismsinspicesCommerciallysterilizefoodCausefunctionalmodifications主要用于商業(yè)目的的滅菌和殺滅病毒4.3食品輻照工藝(1)禽畜肉蛋和水產(chǎn)品的輻射新鮮禽畜肉等腐敗變質(zhì)的主要原因是酶及腐敗微生物,輻射殺菌三種方式：

輻射完全殺菌

(輻射阿氏殺菌，Radappertization)這類(lèi)殺鹵可以達(dá)到商業(yè)無(wú)菌,輻射劑量一般在10~50kGy。輻射針對(duì)性殺菌

(輻射巴氏殺菌，Radicidation)輻射針對(duì)性殺菌能夠完全殺死致病菌，并使雜茵量達(dá)標(biāo)，輻射劑量一般在5~10kGy輻射選擇性殺菌(輻射耐貯殺菌，Radurization)選擇性殺菌能夠殺死食品中腐敗性微生物，使食品表面腐敗微生物數(shù)量顯著降低,輻射劑量小于5kGy。(2)果蔬類(lèi)食品為了防止微生物的腐敗作用、殺蟲(chóng)和延緩后熟

2kGy以下劑量的照射能夠延遲水果的后熟期、殺滅病源茵和防止霉變

(3)谷物制品

主要目的是控制蟲(chóng)害

輻射效應(yīng)隨昆蟲(chóng)的種類(lèi)、發(fā)育階段、年齡等因素而不同

使蟲(chóng)立即死亡需要很高的劑量，通常大于10kGy(4)調(diào)味品和脫水蔬菜易受霉菌和耐熱的芽抱桿菌以及昆蟲(chóng)的污染不宜用加熱或化學(xué)熏蒸的方法殺菌，

(5)酒類(lèi)輻射輻射能夠促進(jìn)灑類(lèi)的陳化

無(wú)新物質(zhì)的產(chǎn)生或某種組分的消失

改善酒的風(fēng)味與營(yíng)養(yǎng)(6)密封食物殺菌熱敏而不受輻射影響的食品，采用高劑量輻射的方法可以延長(zhǎng)保存期（20-60kGy）

(7)食品加工參與物的輻射

用水與器具殺菌，減少加工過(guò)程污染.4.4影響食品輻照效果的因素

1)溫度

輻射殺菌中，在接近常溫的范圍內(nèi)，溫度對(duì)殺菌效果的影響不大。2)氧的含量形成臭氧；氧化作用。3)含水量在干燥狀態(tài)下照射，生成的游離基因失去了水的連續(xù)相而變得不能移動(dòng)，游離基等的輻射間接作用就會(huì)隨之降低，因而輻射作用顯著減弱。4）輻照劑量

一般來(lái)說(shuō)，劑量越高，食品保藏時(shí)間越長(zhǎng)。劑量率也是影響輻照效果的重要因素。通常較高的劑量率可獲得較好的輻照效果。5）食品接受輻照時(shí)的狀態(tài)污染的微生物、蟲(chóng)害等種類(lèi)與數(shù)量以及食品生長(zhǎng)發(fā)育階段、成熟狀況、呼吸代謝的快慢等，對(duì)輻照效應(yīng)也影響很大。大米的品質(zhì)、含水量不僅影響劑量要求，也影響輻照效果。同等劑量，品質(zhì)好的大米，食味變化??；品質(zhì)差的大米，食味變化大。5.食品輻照的安全衛(wèi)生與法規(guī)

5.1輻照食品的安全性安全性試驗(yàn)是整個(gè)輻照保藏食品研究最早進(jìn)行，且研究最深入的問(wèn)題。輻照食品可否食用，有無(wú)毒性，營(yíng)養(yǎng)成分是否被破壞，是否致畸、致癌、致突變等所涉及的毒理學(xué)、營(yíng)養(yǎng)學(xué)、微生物學(xué)和輻照分解等許多學(xué)科的研究廣度和深度，是任何其他食品加工方法所沒(méi)有的。研究結(jié)果已確認(rèn)，只要用合乎要求的劑量和在確保能實(shí)現(xiàn)預(yù)期技術(shù)效果的條件下對(duì)食品進(jìn)行輻照的輻照食品是安全的食品。20世紀(jì)90年代中期，世界衛(wèi)生組織WHO回顧了輻照食品的安全與營(yíng)養(yǎng)平衡的研究，也已得出如下結(jié)論：1.輻照不會(huì)導(dǎo)致對(duì)人類(lèi)健康有不利影響的食品成分的毒性變化；2.輻照食品不會(huì)增加微生物學(xué)的危害；3.輻照食品不會(huì)導(dǎo)致人們營(yíng)養(yǎng)供給的損失。1．放射性的污染和放射性物質(zhì)的誘發(fā)食品輻照是外照射，食品同輻射源不接觸，不會(huì)產(chǎn)生污染。食品中放射能的誘發(fā)受射線種類(lèi)、能量、劑量及食品中含有成分等的影響。而受感應(yīng)的同位素的半衰期也很重要，倘若半衰期極短，還不等食品到達(dá)消費(fèi)者手中，放射能就消失了。2．毒性物質(zhì)的生成照射會(huì)不會(huì)使食品產(chǎn)生有毒物質(zhì)是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題。迄今為止，研究結(jié)果還未確證