第八章 輻射保藏

第八章食品輻射保藏授課教師：鄭顯義內(nèi)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件學(xué)習要求本章概述了食品輻射保藏的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，著重研究了輻射保藏的基本原理及輻射保藏在食品中的應(yīng)用。其學(xué)習的基本要求為：了解：影響電離輻照殺菌作用的因素理解：輻照在食品保藏中的應(yīng)用，輻照對食品品質(zhì)的影響，輻射常用的劑量單位。深刻理解：食品輻射保藏的基本原理。

第一節(jié)概述一、食品輻射保藏的發(fā)展概況

食品輻射保藏是核輻射技術(shù)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，它利用放射性核素Co60或Cs137的γ的射線，以及加速器產(chǎn)生的電子束等輻照食品，使之抑制發(fā)芽、推遲成熟、殺蟲殺菌、防止霉變，從而達到保鮮或貯存的目的。由于輻射保藏具有節(jié)能、方法簡便、效率高和安全可靠等優(yōu)點，在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用，正形成一門新興的輻射加工產(chǎn)業(yè)。（一）食品輻射保藏的歷史和現(xiàn)狀早在倫琴發(fā)現(xiàn)X射線的第二年(即1896年)，Minck就提出了χ射線對細菌的作用與實際應(yīng)用的問題。1898年第一次證明了χ射線對病源性細菌有致死性效應(yīng)。1899年證實了對原生蟲有致死作用．這些早期發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了后來用于糧食和其它食品的輻射保藏。本世紀初郎納(1916年證實經(jīng)x射線處理后昆蟲煙草甲產(chǎn)生了不育效應(yīng)。輻射殺菌用于保藏的報告最早收集在1930年的美國專利集中。用射線處理食品的研究，實是從1940年開始的。

隨著放射性同位素的大量應(yīng)用和電子加速器等機械輻射源的問世，促進了射線處理食品的發(fā)展，開始把輻射保藏食品看作是和平利用原子能的一個重要方面。從1943年美國麻省理工學(xué)院B.E.Proctor博士第一次用射線輻照漢堡包研究食品保藏以來，直至1950年美國、前蘇聯(lián)、英國、荷蘭等國家才開展比較有規(guī)模的食品輻射保藏研究。

1958年前蘇聯(lián)衛(wèi)生部第一個批準輻照馬鈴薯食品。以后，一些國家政府根據(jù)輻照食品衛(wèi)生安全性研究結(jié)果，相繼批準了少數(shù)輻照食品可以投放市場。1980年，聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)、國際原子能機構(gòu)(IAEA)、世界衛(wèi)生組織(WHO)召開輻照食品衛(wèi)生安全性聯(lián)合專家委員會。根據(jù)各國專家20多年的研究結(jié)果，做出“劑量低于10KGy，輻照任何食品不存在毒理學(xué)的危害，因此不需要進行食品毒理學(xué)試驗”的結(jié)論。這一結(jié)論有力地推進了食品輻照在全世界的發(fā)展。據(jù)1995年IAEA統(tǒng)計，全世界已有38個國家和地區(qū)批準了539種輻照食品上市銷售中國食品輻射保藏的研究開始于1958年。當時，中國科學(xué)院同位素委員會組織了糧食部所屬12個單位成立了“糧食輻射保藏研究協(xié)作組”，對稻谷的輻照殺蟲、馬鈴薯的輻照抑制發(fā)芽等進行了有計劃的研究，并進行了營養(yǎng)成分的分析、毒理學(xué)試驗、人體試食試驗等。經(jīng)過幾年的研究，取得了重要進展。從3年大量的試驗看出，輻照馬鈴薯抑制發(fā)芽、輻照稻谷麥類殺蟲等效果均達100％，貯存期3年的糧食未發(fā)現(xiàn)質(zhì)變，達到衛(wèi)生安全標準。

各協(xié)作組在不同的方面進行了重點研究，如河南重點進行馬鈴薯、洋蔥、大蒜等蔬菜的輻射抑制發(fā)芽；四川重點研究輻射保藏糧食、豬肉、香腸及薯干酒；山東輻照白蘭地酒、花生仁。

1980年10月衛(wèi)生部在成都召開“全國輻照食品衛(wèi)生標準會議”，提出“輻照食品衛(wèi)生標準試行草案”，并成立了“中國輻射研究與輻照工藝學(xué)會”。1983年7月國家科委、衛(wèi)生部在北京聯(lián)合召開“輻照食品衛(wèi)生標準審議預(yù)測會”，正式成立“輻照食品衛(wèi)生安全評價專家小組”，并召開了第一次會議。

至此，中國食品輻照保藏已從科研中試階段步入商業(yè)應(yīng)用的新階段。在國家科委和原核工業(yè)部組織領(lǐng)導(dǎo)下，20世紀80年代全國召開了二次較大型的食品輻照會議，舉辦了“全國原子能科學(xué)技術(shù)展覽會”和“全國輻照中心建設(shè)工作座談會”等，在食品輻照工藝研究，輻照食品衛(wèi)生安全性研究，輻照食品的商業(yè)化進展，輻照裝置的建設(shè)等方面開展了較深入的研究，使中國輻照食品的研究和應(yīng)用取得了較快的進展。為達到國際衛(wèi)生組織制定的食品衛(wèi)生標準，即便嚴格控制食品生產(chǎn)環(huán)境及工藝也不易達標，如家禽產(chǎn)品，在歐洲市場上有75%，在美國有60％已被沙門氏桿菌感染,在美國每年約有200萬沙門氏病病例，其治療費用約25.4億美元，而用于弓形漿蟲病的治療費約44億美元。原因在于這些食品的原料在飼養(yǎng)或栽培、運輸?shù)冗^程中很難控制微生物等。因此聯(lián)合國世界衛(wèi)生組織（WHO）、食品和農(nóng)業(yè)組織（FAO）批準并推薦食品輻照等后處理加工，以減少食源性疾病。

據(jù)不完全統(tǒng)計，目前世界上已有32個國家建立了食品輻照中心，對食物（水果、肉類、蔬菜、藥材等）等進行輻照處理，以達到殺菌、滅蟲、消毒、抑制發(fā)芽、延緩衰老、延長保存期等目的。如美國已建立了20個輻照裝置，并用于35種食品輻照；非洲加納就有171種食品經(jīng)輻照處理上市出口；南非有89種食品輻照產(chǎn)品。

“9.11”事件后，炭疽菌因危害人的生命安全也成為重要的殺菌對象，附著在郵件等紙制物品上的這類菌采用常規(guī)消毒法已無能為力，只有電子束或γ－射線才能到達殺菌的目的。

二、食品輻射保藏的特點

長期以來，人們采用干燥、加熱、冷藏、罐藏、腌漬、熏蒸和化學(xué)處理等方法來保存食品，以滿足人民日常生活的需要。

食品輻射保藏技術(shù)具有以下主要優(yōu)點：第一，射線具有較高的能量，穿透力強。

第二，耗能低，可以節(jié)約能源。

第三，無污染、無殘留，安全衛(wèi)生。

第四，能很好地保持食品的色、香、味、形等新鮮狀態(tài)和食用品質(zhì)。

第五，輻照食品還可以改善品質(zhì)，提高產(chǎn)品的檔次。

第六，輻照殺蟲滅菌可以作為進出口貿(mào)易的一種有效的檢疫處理手段。

第七，輻照食品可在常溫下保藏較長的時間，故適宜為特殊人員的需要。第八，節(jié)約食品包裝材料，降低成本。(二)缺點①經(jīng)過殺菌劑量的照射，一般情況下，酶不能完全被鈍化。②經(jīng)輻射處理后，食品所發(fā)生的化學(xué)變化從量上來講雖然是微乎其微的，但敏感性強。食品和經(jīng)高劑量照射的食品可能會發(fā)生不愉快的感官性質(zhì)變化。這些變化是因游離基的而產(chǎn)生的。

③有些專家認為，輻照會誘發(fā)食品產(chǎn)生致突變、致畸形、致癌和有毒因子。后來的研究認為這是沒有根據(jù)的。④輻射這種保藏方法不適用于所有的食品，要有選擇性地應(yīng)用。

⑤能夠致死微生物的劑量對人體來說是相當高的，所以必須非常謹慎，做好運輸及處理食品的工作人員的安全防護工作。為此，要對輻射源進行充分遮蔽，必須經(jīng)常、連續(xù)對照射區(qū)進行監(jiān)測檢查。

我國輻照食品研究工作在有商業(yè)化、實用化的廣闊前景的方面①進出口水果及農(nóng)畜產(chǎn)品的輻照檢疫處理。②低質(zhì)酒類輻照改性。③干果、脫水蔬菜和肉類輻照殺蟲。④調(diào)味品的輻照滅菌。⑤輻照處理和其他保藏處理方法綜合應(yīng)用的研究。三、食品輻照發(fā)展方向食品輻射保藏的研究，國際上一直有兩種發(fā)展方向，即高劑量輻射和低劑量輻射。(一)高劑量輻射以美國為主的一些國家發(fā)展高劑量輻照研究，進行牛肉、雞肉的輻射滅菌。這是為了軍事目的的需要，投入了大量的資金(高達上千萬美元)，特別著重于衛(wèi)生安全性方面。

(二)中低劑量輻射以發(fā)展中國家為主進行中低劑量輻照的研究，由于所用的輻射劑量低，成本也較低，適于大量推廣，而且殺蟲、保鮮也正是發(fā)展中國家食品保藏中迫切需要解決的問題，容易為廣大消費者接受。

由上可見，輻照保藏技術(shù)是食品加工領(lǐng)域中一項重要的新技術(shù)、新方法，有著廣闊的發(fā)展前景。

第二節(jié)輻射的基本原理

一、核素與同位素（一）核素具有確定中子數(shù)N、質(zhì)子數(shù)Z(即原子序數(shù))和核能態(tài)的一類原子的統(tǒng)稱。按原子核穩(wěn)定與否，核素可分為放射性核素和穩(wěn)定性核素兩類.

（二）同位素核內(nèi)質(zhì)子數(shù)Z相同、而中子數(shù)N不同，即在元素周期表中處于同一位置的一組核素互稱為同位素(isotope)。

二、核反應(yīng)如果原子核因外來的因素而引起核結(jié)構(gòu)的變化，此過程就稱為原子核反應(yīng)(簡稱核反應(yīng)過程一般以下式表示：a+X→Y+b+Q式中a——入射粒子X——靶核Y——產(chǎn)物核b——出射粒子Q——反應(yīng)時釋放的能量現(xiàn)在已能實現(xiàn)的核反應(yīng)有1000余種，其產(chǎn)物有穩(wěn)定的，也有不穩(wěn)定的。

放射性核素從來源可分為：天然放射性核素（自然界存在的）和人工放射性核素（用人工方法制備的）。天然放射性核素。自然界存在230多種天然放射性核素。

人工放射性核素。用人工方法(即通過核反應(yīng))來制備的放射性核素稱為人工放射性核素。人工產(chǎn)生放射性核素的主要方法

(一)從核燃料廢物中提取從實用過的核燃料中可以提取大量的放射性核素。核燃料原子核裂變后產(chǎn)生2-3個中等質(zhì)量的原子核，即裂變產(chǎn)物，從中可分離出有實用價值的放射性核素。如99Mo、131Sr、137Cs。(二)加速器生產(chǎn)除中子引起的核反應(yīng)外，也可利用加速器將帶電粒子(如質(zhì)子、氘核、α-粒子)加速，用以轟擊靶核引起核反應(yīng)來生產(chǎn)放射性核素。如57Co即由加速器生產(chǎn)。

(三)用反應(yīng)堆中子照射用反應(yīng)堆的中子照射來制備放射性原子核，它主要靠慢中子的反應(yīng)。

三、核衰變放射性衰變類型主要有五種，即α、β、β+、γ衰變及電子俘獲（EC）。原子核自發(fā)地放出α粒子的過程稱α衰變；原子核自發(fā)地放出β粒子的過程稱β衰變；原子核自發(fā)地放出β+粒子的過程稱β+衰變；原子核俘獲一個核外繞行電子而使核內(nèi)一個質(zhì)子轉(zhuǎn)變成中子和中微子的過程，稱電子俘獲；

原子核從激發(fā)態(tài)躍遷到較低能態(tài)或基態(tài)時，放出γ射線的過程稱γ衰變。

α射線(或α粒子)是快速運動的氦核，每-氦核含有兩個質(zhì)子和兩個中子。α射線的穿透物質(zhì)的能力很小，但電離能力很強。

β及β＋粒子是帶正電荷與負電荷的高速電子，穿透物質(zhì)的能力比α-射線強但電離能力不如α-射線。四、放射性衰變規(guī)律1、衰變定律在單位時間內(nèi)，衰變著的原子核數(shù)目和其總數(shù)成正比，這一過程是不可逆的。表示為：

N=N0e-λtN—原子核衰變數(shù)N0——原子核總數(shù)

λ----衰變常數(shù)t----時間2、半衰期放射性下降至初始值一半所需的時間。對于單獨一種放射性核數(shù)而言，半衰期和衰變常數(shù)都是常數(shù)。

3、放射性強度單位放射性活度在單位時間里發(fā)生的核衰變數(shù)稱放射性活度。放射性活度的單位有如下幾種：1.貝可勒爾(Becquerel，簡稱貝可)1Bq表示每秒有1個原子衰變。由于Bq太小，在實際應(yīng)用中，常用較大的kBq或MBq等。即lkBq=103Bq，1MBq=106Bq。

居里(Curie，簡稱居)1居里表示：任何放射性物質(zhì)每秒發(fā)生3.7×1010衰變。即1Ci=3.7×1010Bq。在實際工作中，常用毫居里(mCi)和微居里μCi。1mCi=10-3Ci，lμCi=×10-6Ci。

從上述可知，貝可放射性活度單位只表示在每秒內(nèi)發(fā)生的核衰變數(shù)，而不是放出的粒子數(shù)。同時，未將衰變時放出的射線能量有所不同的關(guān)系包括在內(nèi)，因此，貝可相同的兩種放射性物質(zhì)對同一種物質(zhì)作用的結(jié)果不一定等效。比活度也稱放射性比強、比放射性，簡稱比活度。常用于固體放射性物質(zhì)，表示單位質(zhì)量所具有的放射性活度，常用單位為Bq／g。放射性濃度常用于液體或氣體。表示單位體積液體或氣體具有的放射性活度。單位為時Bq/L。

五、輻射源電子束輻射源或χ—射線輻射源都是利用其輻射能量使物質(zhì)產(chǎn)生電離輻射，這些輻射源都是電子束加速器。

電子加速器是利用電磁場作用，使電子獲得較高能量，將電能轉(zhuǎn)變成輻射能，產(chǎn)生高能電子束(射線)或χ射線的裝置。加速器產(chǎn)生的是帶負電荷的電子流，與放射性同位素中的β射線具有相同的性質(zhì)。因此，電子加速器也稱人工β射線源。由于電子射線經(jīng)過轉(zhuǎn)換可以產(chǎn)生χ射線，因此，用來產(chǎn)生X射線的加速器也稱χ射線源。

（一）電子加速器

1.電子加速器電子束的性能電子加速器電子獲得的最大能量一般在兆電具子伏特。不同的電子在產(chǎn)生電子的能量上有差異。電子加速器作為輻射保藏食品應(yīng)用時，為保證食品的安全性，電子加速器的能量不能超過10MeV。如果轉(zhuǎn)換為χ射線，則χ射線的能量要控制在不超過5MeV。

2.電子流強電子流強指的是電子流束的密度，單位是安，但電子流強的工作水平一般是毫安和微安級。一般直流加速器的流強在幾毫安到500mA或更大一些的范圍之間，對電磁波型加速器，其峰流強可達2A，但平均流強也只有幾毫安。

3.電子加速器的功率電子加速器的功率用P來表示，它是電子束電壓（V）與電子束電流強度（A）的乘積。即P=VA

3、電子加速器特點優(yōu)點①電子加速器產(chǎn)生的電子流強一般為數(shù)毫安。大功率可達數(shù)百毫安，并且聚焦性能好，電子流密度大。

②加速器產(chǎn)生的電子的能量流強可以調(diào)節(jié)，便于改變穿透距離及劑量率。

③加速器可在任何需要的時候起動和停機，停機后即不再產(chǎn)生輻射，無放射性污染以隨時進行檢修。④由于加速器定向性能好，易于控制，穿透弱，所以輻射能量利用率高。⑤電子束射程短，防護較簡單，當然必須考慮到有可能產(chǎn)生χ射線的必要防護。

缺點：①裝置比較復(fù)雜，發(fā)生故障時檢查原因或更換部件要專門的技術(shù)。②造價貴，一次投資較高。③難于照射厚樣品，只能作食品的表面殺菌處理

（二）放射性燃料在核反應(yīng)堆中產(chǎn)生的天然放射性元素和人工感應(yīng)放射性同位素，會在衰變過程中發(fā)射各種放射物和能量粒子。

六、輻射單位1.照射量倫琴標準狀況下（0℃，760毫米汞柱），每立方厘米空氣能產(chǎn)生2.08×109離子對的射線照射量為1倫琴。1倫琴＝2.58×10-4庫（侖）/千克

2.輻射的能量單位電子伏特相當于一個電子在真空中通過電位差為一伏特的電場中被加速所獲得的動能。1keV＝103eV，1MeV＝106eV。1MeV＝1.6×10-13焦耳。

3.吸收劑量戈瑞（Gy）戈瑞（Gy）為1kg被照射物質(zhì)吸收1J輻射能量的劑量，即1Gy＝1焦/千克

第三節(jié)食品輻射保藏技術(shù)的原理

輻射保藏食品，通常就是用X射線、γ射線、電子射線照射食品。這些高能帶電或不帶電的射線引起食品上微生物，昆蟲一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使它們的新陳代謝、生長發(fā)育受到抑制或破壞，致使微生物被殺滅，昆蟲被殺死，食品保藏時間得以延長。受到放射線照射時所發(fā)生的變化大致有以下幾個過程：①吸收輻射能。②發(fā)生一系化學(xué)變化。③發(fā)生一系列生物化學(xué)性變化。④細胞或個體死亡或出現(xiàn)遺傳性變異等，劑量小時，輻射損傷得到恢復(fù)。

能量的吸收過程以及相繼產(chǎn)生的一系列變化過程，因射線的種類不同而各有差異。電子束或β—射線，在構(gòu)成物質(zhì)的原子或分子與高速運動的電子之間發(fā)生碰撞，而把電子，原子或分子便成為陽離子。其所放出的二次電子所具有的能量大小各異，當有足夠的能量時，又可產(chǎn)生二次電離和三次電離。此外，在高速電子通過的徑跡附近也有分子被激發(fā)。γ-射線和X—射線的光子能被物質(zhì)吸收，可以產(chǎn)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對。各效應(yīng)形成的多少與被照射對象、γ—射線和X—射線的能量大小有關(guān)。當射線能量低時，以形成光電效應(yīng)為主；射線能量高時，則幾乎全部形成電子對；射線能量中等時，主要形成電子。

一、輻射的化學(xué)效應(yīng)電離輻射穿透食品物料的程度取決于食品性質(zhì)和輻射的特性。γ—射線的穿透力比β—粒子大。然而，輻射作用時的效應(yīng)取決于其改變分子的能力及其電離電位。β—粒子一般具有較大的能力，能在它們通過物質(zhì)時產(chǎn)生電離作用。能量級較高的電子束具有較高的穿透深度，并能沿著其徑跡(比能量低的電子束)產(chǎn)生更多的變更分子和電離作用。當中等能量級的電離輻射通過食品時，在電離輻射與分子級和原子級的食品粒子之間有撞擊現(xiàn)象，當來自撞擊的能量足以使電子從原子軌道移去時，即導(dǎo)致產(chǎn)生離子對。當撞擊現(xiàn)象提供足夠能量使原子之間的化學(xué)鍵斷裂時，即發(fā)生分子變化，形成游離基。游離基為分子的一部分、原子團或具有不成對電子的單個原子。

穩(wěn)定分子幾乎總是具有偶數(shù)電子的，不成對電子構(gòu)型是不穩(wěn)定的形式。所以游離基具有較大的相互反應(yīng)、與其他分子反應(yīng)的趨勢，使其奇數(shù)電子成對并達到穩(wěn)定。氧氣經(jīng)輻射后導(dǎo)致臭氧的形成，氮氣和氧氣混合后經(jīng)輻射形成氮的氧化物，溶于水可成硝酸等化合物。

由此說明，離子對的形成，游離基，游離基與其他分子的反應(yīng)，游離基的重新組合，以及在空氣中輻照食品時由于臭氧和氮的氧化物的影響，都足以使食品產(chǎn)生化學(xué)變化。

1、直接作用

生物學(xué)家提出了射線與基質(zhì)直接碰撞的靶理論，認為輻照作用主要是由于這種直接碰撞引起的。

輻射使物質(zhì)形成離子、激發(fā)態(tài)分子或分子碎片的效應(yīng)，稱為直接效應(yīng)或初級輻射。

2、間接作用由初級輻射的產(chǎn)物相互作用，形成與原物質(zhì)成分不同的化合物，即由初級輻射引起的化學(xué)效應(yīng)稱為間接效應(yīng)或次級輻射。水分子對輻射很敏感，當它接受了射量后，首先被激活，然后和食品中的其他成分發(fā)生反應(yīng)。水接受輻射后的最后產(chǎn)物是氫和過氧化氫等，形成的機制很復(fù)雜。其反應(yīng)的可能途徑如下：

(eaq)+H20=H·+OH·OH·+OH·=H202H·+O2=HO2·H02·+H02·=H202+O2H·+H·=H2過氧化氫是一種強氧化劑和生物毒素，水合電子是一種還原劑，氫氧基是一種氧化劑，氫基有時是氧化劑有時是還原劑。它們可以和其他有機物起反應(yīng)，特別是在稀溶液中或含水的食品中，大多由于水的輻射效應(yīng)而產(chǎn)生了間接的氧化還原作用。

3、輻射對食品成分的影響（1）蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的破壞：蛋白質(zhì)就是具有特定空間卷曲和折疊的多肽鏈。肽鏈主鏈上有1／3是肽鍵。蛋白質(zhì)分子在受到外界的一些物理、化學(xué)因素的影響后，會產(chǎn)生蛋白質(zhì)變性，它的立體結(jié)構(gòu)遭破壞或改變，導(dǎo)致蛋白質(zhì)生物活性的喪失和其他物理、化學(xué)性質(zhì)的變化。

電離輻射可導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的破壞，這種破壞作用的途徑有：①肽鏈電離：射線可把肽鏈上氫原子的外層電子打掉，形成正電荷并在肽鏈內(nèi)移動，造成氫鍵斷裂，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變。②肽鏈斷裂：主要由射線誘發(fā)OH·自由基作用于肽鍵，導(dǎo)致鍵的斷裂。③巰基氧化：巰基對水裂解成的自由基非常敏感，可產(chǎn)生反應(yīng)。

蛋白質(zhì)合成的抑制

一般來說，抗體、核蛋白、肌纖蛋白等負有重要生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)的生物合成，易被射線抑制。

蛋白質(zhì)分解增強正常機體的蛋白質(zhì)代謝總是處于動態(tài)平衡，既不間斷合成，也不停頓分解，反映這一平衡狀態(tài)的指標是氮平衡，

當機體受到射線輻照后，會出現(xiàn)明顯的氮代謝負平衡。產(chǎn)生這種變化的原因可能有：一是輻照后的機體吸收營養(yǎng)的能力減弱；二是自由基使肽鍵斷裂；三是射線使溶酶體的膜結(jié)構(gòu)遭到破壞，釋放出蛋白質(zhì)水解酶，加速蛋白質(zhì)分解；四是ATP形成的抑制、核酸結(jié)構(gòu)破壞以及代謝障礙，均可導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成的抑制。

酶是蛋白質(zhì)，對輻照處理的反應(yīng)與其他蛋白質(zhì)有相同之處。酶溶液中存在其他物質(zhì)可降低酶的輻射敏感性。如在酶溶液中添加抗壞血酸即可降低輻射效應(yīng)，起到保護作用。又如溶液的pH值和含氧量也會影響輻射效應(yīng)。（2）輻照對糖類的影響一般來說，碳水化合物對輻照處理是相當穩(wěn)定的，只有在大劑量輻照處理下，才引起氧化和分解。輻照對稀溶液中的單糖，如葡萄糖經(jīng)受氧化和斷裂后的產(chǎn)物取決于糖本身的性質(zhì)。例如葡萄糖可生成葡萄糖醛酸、葡萄糖酸、糖二酸、乙二醛、阿拉伯糖、赤蘚糖、甲醛和二羥丙酮。果糖經(jīng)輻照后能分解成酮糖。低聚糖，也稱寡糖，經(jīng)輻照后可形成單糖和類似單糖的輻射分解產(chǎn)物。多糖經(jīng)輻照后，結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，小麥、玉米、馬鈴薯、大米、裸麥、大豆等的淀粉以及直鏈淀粉對淀粉酶作用的靈敏性發(fā)生變化,而且輻照直鏈淀粉比輻照支鏈淀粉損傷重，可以從測定的寡糖類區(qū)別出來。對果蔬方面的研究，輻照的大蒜，其糖的濃度未受影響；輻照的洋蔥經(jīng)貯藏后，糖的濃度與對照無差別。用1.5kGy輻照蘋果和蘋果制品，其糖的濃度也沒有變化。（3）輻照對脂肪的影響輻照對脂肪的變化，取決于脂肪的類型、劑量、溫度和氧化速度以及環(huán)境條件諸因素。但其主要作用是使脂肪酸長鏈中的C—C鍵發(fā)生斷裂，因而形成鏈烷，繼發(fā)反應(yīng)可生成通常的鏈烯。脂肪酸的脂類(如油酸甲脂)或天然脂肪(如豬油、人造黃油或橄欖油)經(jīng)50kGyCo60-γ射線輻照后，發(fā)現(xiàn)脂肪的質(zhì)量指標僅發(fā)生極細微的變化；但在100kGy—200kGy的劑量輻照后，其酸值、反式脂肪酸含量、雙位鍵的移動以及過氧化物等有明顯的提高。植物油和魚油也是經(jīng)過高劑量的輻照后，對其物理性質(zhì)如熔點、折射率、介電常數(shù)、粘度和密度等才會發(fā)生明顯的變化。（5）輻照對維生素的影響

應(yīng)用輻射保藏食品影響最大的是維生素。由于維生素的化學(xué)結(jié)構(gòu)存在著大的差異，所以它對輻照的反應(yīng)也不一樣。有的表現(xiàn)敏感，有的表現(xiàn)穩(wěn)定。但是，在很大程度上取決于食品的性質(zhì)和成分。食品中的維生素C容易被氧化而破壞，Co60-γ射線對各種食品中維生素C含量的影響的研究結(jié)果表明，在低于5kGyCo60-γ射線輻照后，維生素C的含量損失很少，一般不超過20%-30%。有的研究結(jié)果，維生素C含量保持不變(如香蕉中)或者還略有增加。江蘇農(nóng)業(yè)大學(xué)用Co60-γ射線處理水果、蔬菜，貯藏10d后，發(fā)現(xiàn)梨和荸薺中維生素C含量比對照高，而橘子中維生素c的含量低于對照。對脂溶性維生素輻射效應(yīng)的研究，用4kGy的Co60-γ射線輻照牛奶，發(fā)現(xiàn)胡蘿卜素有40%受破壞，維生素A有70%受破壞，維生素E有60%受破壞。用30kGy輻照魚時，鱈魚片中維生素A沒有損失，星鯊中有45%受損失，而煙熏鯡魚可損失100%。脂溶性維生素中是對輻照最敏感的化合物，在脂肪含量高的食品中，輻照處理可使維生素E大量損失，一般在5kGy輻照處理后，可導(dǎo)致輻解產(chǎn)物的濃度在1—5mg／100g的范圍內(nèi)。（6）五色香味形的變化食品經(jīng)輻照處理后，會引起什么樣的變化，是人們十分關(guān)心的事。蛋白質(zhì)經(jīng)輻照處理后發(fā)生的變化對食品及其制品的色、香、味及物質(zhì)性質(zhì)有較大的影響。例如，瘦肉和某些魚的顏色主要取決于結(jié)合蛋白(即肌紅蛋白)。如果肉中存在一定數(shù)量的紅蛋白，輻照可引起這兩種色素發(fā)生氧化還原反應(yīng)，并改變其顏色。在真空包裝情況下，輻照處理雞肉和豬肉可以看到不變顏色。在有氧情況下輻照處理肉，會產(chǎn)生似醛的氣味；在氮氣中則產(chǎn)生硫醇樣的氣味。總之，食品及其制品，經(jīng)輻照處理后，產(chǎn)生的氣味與蛋白質(zhì)有關(guān)。脂肪和油容易自動氧化而腐敗產(chǎn)生臭味，通過輻照處理和熱處理，可以加速食品及其制品中脂肪的自氧化過程，尤其在有氧情況下更是如此。魚經(jīng)過輻照處理后，產(chǎn)生的臭氣，主要是由于不飽和脂肪酸的氧化形成的。對多糖類物質(zhì)，在固態(tài)和水溶液中輻照處理后，對其理化性質(zhì)的變化沒有什么區(qū)別，除熔點和旋光度的降低外，輻照處理主要引起光譜和多糖結(jié)構(gòu)的變化。二、輻射的生物學(xué)效應(yīng)輻射可以引起生物有機體的組織及生理發(fā)生各種變化，產(chǎn)生一系列的生理生化反應(yīng)，使新陳代謝受到影響。（一）微生物射線對微生物的作用也以直接或間接效應(yīng)的方式進行。射線對微生物作用與下列條件有關(guān)：輻射劑量、菌種及其菌株、菌數(shù)濃度、培養(yǎng)基的化學(xué)成分、培養(yǎng)基的物理狀態(tài)，以及食品輻射后的貯藏條件等。

電離輻射殺滅微生物一般以一定滅菌率所需用的戈瑞數(shù)來表示，通常就以殺死微生物數(shù)的90%所需的劑量計算。也就是使殘存微生物數(shù)下降到原計數(shù)的10%時所需用的戈瑞數(shù)的劑量，并用D10表示。logＮ／Ｎ0＝－Ｄ／Ｄ10式中N0——最初微生物數(shù)N——使用D劑量后殘留的微生物數(shù)D——初期劑量(戈瑞)D10——微生物殘存數(shù)減到原數(shù)的10%時的劑量(戈瑞)根據(jù)最耐輻射的能夠引起食物中毒的肉毒芽孢桿菌的D10值和按照微生物學(xué)安全性所需12D殺菌要求能夠計算出各種微生物的最小輻射劑量(MRD)。分析MRD的結(jié)果表明，使活的芽孢菌數(shù)減少1012數(shù)量級所需的照射劑量通常在10kGy以上。實驗證明，MRD值的大小是與被照食品種類和照射時的溫度有關(guān)。（二）寄生蟲輻射對寄生蟲廠的作用也隨劑量率的不同而異。例如豬旋毛蟲(Trichinosls)不育劑量大約為1200Gy，抑制其生長約需2000～3000Gy，致死劑量為7.5KGy；牛絳蟲(Beeftapeworm)致死劑量范圍為3～5KGy（三）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，推遲蘑菇破膜開傘，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。

核酸在分生組織中積累是貯藏器官脫離休眠狀態(tài)的基本條件之一，而電離輻射對核酸代謝有強烈的抑制作用。在激素代謝方面，一般認為植物生長素對放射線的敏感性很高。有關(guān)激素代謝對抑制發(fā)芽的作用有待進一步研究。2．調(diào)節(jié)呼吸和后熟

躍變型果實經(jīng)適當劑量照射后，一般都表現(xiàn)出后熟被抑制、呼吸躍變后延、葉綠素分解減慢等現(xiàn)象。番茄、青椒、黃瓜、陽梨都有這種表現(xiàn)?？梢杂谩靶迯?fù)反應(yīng)”來解釋輻射抑制后熟的作用，認為生物體要從輻射造成的傷害中恢復(fù)過來，需經(jīng)過一個修復(fù)時期，后熟作用就被延遲了。

非躍變型果實的反應(yīng)則不同，如柑橘類和澀柿，看不到輻照的修復(fù)反應(yīng)，反而會有促進成熟的現(xiàn)象，如綠色檸檬和早熟蜜橘輻照后加速了黃化，輻照促進澀柿脫澀、軟化等。3．輻射與乙烯代謝

不論是躍變型或非躍變型果實，輻射都會對乙烯的產(chǎn)量有瞬時性的促進，從而使呼吸加強。增長的程度因果實的種類、成熟度和輻射劑量而異。

4．輻射與組織褐變

組織褐變是輻射傷害最明顯、最早表現(xiàn)的癥狀，也是其他機械害、冷害、病蟲害等許多傷害的共同癥狀。作為輻射損傷，即使在低照射量范圍(50～400kGy)，褐變程度也隨劑量而增高，并因植物品種、產(chǎn)地、成熟度等的不同而不同。

(四)昆蟲昆蟲的細胞對輻射相當敏感，特別是幼蟲的細胞。成蟲的細胞敏感性較差，但性腺細胞對輻射很敏感。因此，使用較高的劑量對各種害蟲及其各個蟲期的蟲都有很好的致死效果，而較低的劑量則能引起害蟲生理發(fā)生變化，產(chǎn)生不育現(xiàn)象。1．立即致死害蟲受到射線照射后立即死亡所需要的劑量為立即致死量。立即致死劑量往往很大，一般要在幾千戈瑞才有效。如引起谷象立即死亡的劑量為2.7kGy，鋸谷盜為3.4kGy。這種劑量具有殺蟲迅速的優(yōu)點，但費用很高。

2．緩期致死害蟲受到射線照射后要經(jīng)過一個星期以上的潛伏期才能大量死亡所需的劑量為緩期致死劑量。緩期致死劑量一般在幾十戈瑞到幾百戈瑞。谷象為80—160Gy，大豆象為840Gy。35Gy可作為防治常見鞘翅目儲糧害蟲的有效致死劑量。3．不孕害蟲受到射線照射后，喪失生殖能力，產(chǎn)生不孕現(xiàn)象所需的劑量為不孕劑量。這種劑量一般在80Gy以下。用不孕劑量不僅可以降低照射費用，而且可以避免高劑量照射對食品引起的不良影響。總之，輻射引起的食品生物學(xué)效應(yīng)是食品得以保藏的原因之一，但是輻射在調(diào)節(jié)果蔬后熟、衰老等方面的應(yīng)用還不成熟，許多問題有待繼續(xù)深入研究。第四節(jié)輻射在食品保藏中的應(yīng)用食品輻射保藏的基本原理就是利用射線對食品的生物學(xué)效應(yīng)使食品得以較長期的保存，其中包括射線對新鮮果蔬生理代謝活動的抑制作用，食品寄生害蟲的致死作用，對食品或加工食品污染的病原微生物的殺滅作用等。在食品保存過程中，人們根據(jù)不同的保藏目的，采用不同的吸收劑量輻照食品，利用射線的生物學(xué)效應(yīng)，就可以實現(xiàn)抑制發(fā)芽，延緩生理過程，以及殺蟲滅菌，防止蟲蛀霉爛等，從而達到安全保藏的目的。一、應(yīng)用于食品上的輻射類型在食品輻射保藏中，按照所要達到的目的把應(yīng)用于食品上的輻射分為三大類，即輻射阿氏殺菌、輻射巴氏殺菌和輻射耐貯殺菌。(一)輻射阿氏殺菌(radappertization)此殺菌也稱商業(yè)性殺菌，所使用的輻射劑量可以使食品中的微生物數(shù)量減少到零或有限個數(shù)。在這種輻射處理以后，食品可在任何條件下貯藏，但要防止再污染。劑量范圍為10～50kGy。(二)輻射巴氏殺菌(radicidation)此殺菌只殺滅無芽孢病原細菌(除病毒外)。所使用的輻射劑量使在食品檢測時不出現(xiàn)無芽孢病原菌(如沙門氏菌)。劑量范圍為5～10kGy。

(三)輻射耐貯殺菌(radurization)這種輻射處理能提高食品的貯藏性，降低腐敗菌的原發(fā)菌數(shù)，并延長新鮮食品的后熟期及保藏期。所用劑量在5kGy以下。二、食品輻射保藏工藝

食品輻射保藏的工藝流程如下：

(一)食品的質(zhì)量與輻照效果食品的輻射保藏是在原有食品品質(zhì)優(yōu)良的基礎(chǔ)上來進行加工的，以長期保持其新鮮和優(yōu)良品質(zhì)，因此原有食品的質(zhì)量必須要保證。在輻照之前，必須了解原有食品的基本情況，諸如采收或加工的時間，采收的成熟度，加工的質(zhì)量(如原始含菌量、感官質(zhì)量等)以及保藏的目的要求等。

輻射可以殺菌，可以提高食品的衛(wèi)生質(zhì)量，降低食品中致病菌或腐敗菌的數(shù)量直至全部殺滅。但并不允許用已變質(zhì)或細菌繁殖很多的次劣食品來進行輻射殺菌，這是沒有任何意義的。

(二)輻照食品的包裝在輻射處理中，包裝是一個重要的環(huán)節(jié)。包裝的目的，有的是為了調(diào)節(jié)輻照的氣體氛圍，如真空包裝或塑料密封包裝形成自發(fā)氣調(diào)環(huán)境；有的是為了防止產(chǎn)品間的交叉污染或輻射處理后的二次污染；有的是為了便于集中堆垛提高輻照效率等?？傊谳椛涮幚砬氨仨毟鶕?jù)產(chǎn)品性狀、輻射處理目的、運輸和貯存的要求以及將來出售時的方便，來合理地選擇包裝材料和形式。金屬罐如鍍錫薄板罐和鋁罐，對使用殺菌劑量照射是穩(wěn)定的。塑料包裝的食品，在劑量接近20ky或更低時，輻照對其物理性質(zhì)沒有明顯影響。在劑量超過20kGy時，塑料薄膜如聚乙烯、聚酯、乙烯基樹脂、聚苯乙烯薄膜的物理性質(zhì)會發(fā)生變化。

金屬箔和各種復(fù)合包裝材料是比較理想的食品輻照包裝材料，它們可接受高達60ky劑量的照射。

在食品輻射保藏中，一般采用的輻射劑量較低，因此，比較好的輻射包裝材料有玻璃紙、人造纖維、聚乙烯膜、聚氯乙烯膜、尼龍、復(fù)合薄膜、玻璃容器及金屬容器等。

(三)輻照時期產(chǎn)品收獲或加工后要盡可能快地輻照。放置隨時間越長，輻照效果越差。因為收獲或加工以后，微生物數(shù)量增加很快，并且由于貯放有可能使微生物變得更耐輻照，這樣就會導(dǎo)致增加輻射劑量，相應(yīng)地提高了輻射成本和難度。

(四)輻照時食品添加劑的應(yīng)用為了防止輻照時食品的氧化以及保護某些成分(如維生素)不被破壞，可以在輻照前在食品中添加抗氧化劑。例如添加抗壞血酸能減少奶粉在輻照過程中產(chǎn)生游離的硫氫基，從而防止產(chǎn)生臭味。(五)輻射傷害和輻射味所有果品、蔬菜經(jīng)射線輻射后都可能產(chǎn)生一定程度的生理損傷，主要表現(xiàn)為變色和抵抗性下降，甚至細胞死亡。但是，不同食品的輻射敏感性差異很大，因此致傷劑量和生理損傷表現(xiàn)也各不相同。如馬鈴薯塊莖經(jīng)50Gy輻照，維管束周圍組織即有褐變，并隨劑量增大而加重。高劑量照射食品特別是對肉類，常引起變味，即產(chǎn)生所謂輻射味。這種情況一般在5kGy以