-食品的輻射保藏

第七章食品的輻射保藏

主要參考書曾慶孝主編，芮漢明，李汴生副主編，食品加工與保藏原理，北京：化學工業(yè)出版社，2002.11

陳其勛主編，中國食品輻照進展，北京：原子能出版社，1998.12

李承華，輻射技術基礎，北京：原子能出版社，1988

FAO/IEAE/WHO，輻射食品衛(wèi)生，北京：原子能出版社，1983，5~6食品輻射(照)的意義及特點食品輻射的基本原理食品的輻照效應食品的輻射及其影響因素食品輻照的衛(wèi)生與安全

本章思考題：簡述食品的輻射保藏機理。試解釋“G值”的含義。食品輻射常用的輻射源有哪些？從食品安全的角度出發(fā)，輻射的能量應控制在多少以下？思考題輻射的類型有哪些？各自的特點及其適用性是什么？輻射有哪些化學效應及生物學效應？討論輻射保藏食品的原理。簡述輻射食品的檢測方法。第一節(jié)食品輻射(照)的意義及特點

食品的輻射保藏是是利用射線照射食品，滅菌、殺蟲，抑制鮮活食品的生命活動，從而達到防霉、防腐、延長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生的電磁波來處理食品，而微波則是將電能轉化為電磁波來處理食品。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的磷光現(xiàn)象時，發(fā)現(xiàn)了放射性。1896年，Roentgen發(fā)現(xiàn)了X射線，并對這種射線的特性做了完整而準確的計算。1898年斯密特和居里夫婦獨立地觀察到釷化合物發(fā)射類似的射線。同時居里夫婦從鈾鹽中分離出了一個新元素，取名鐳(由拉丁詞radius而來，意為射線)。1921年Schraty獲得X射線殺菌專利。美國最早于本世紀四十年代開始進行輻射(照)保藏食品的研究，當時主要是用于軍事上。1943年發(fā)表了對漢堡包進行輻照殺菌的論文后，美國由此解決了海軍食品保存問題。爾后研究遍及美國90多所大學及科研單位。五十年代初前蘇聯(lián)、歐洲和日本也相繼進行了廣泛的研究。我國食品輻射(照)的研究則最早于1958年開始，70年代中在四川、河南、天津、北京、上海、東北地區(qū)、湖南、廣東等地相繼開展了食品輻照的研究。在國際原子能機構(IAEA)、聯(lián)合國糧農組織(FAO)和世界衛(wèi)生組織(WHO)的倡議下，1970年在巴黎成立了“食品輻射(照)國際計劃”(IFIP)，先后共有24個國家參加該計劃，分工協(xié)作進行研究?！袄錃⒕保痪哂辛己玫谋ｕr效果；輻照處理食品能耗低；對環(huán)境的污染小。

二、食品輻射的特點

第二節(jié)食品輻射的基本原理

輻射基本原理一、輻射類型低頻輻射（非電離輻射）：輻射源波長較長、產生能量?。l率低），僅能使物質分子產生轉動或振動而產生熱，可起到加熱殺菌的作用。高頻輻射（電離輻射）：輻射源頻率較高、產生能量大，如X-，γ-射線，可使物質的原子受到激發(fā)或電離，因而可起到殺菌作用（冷殺菌）。α-射線：相對質量較大，電離能力大，穿透能力小。β-射線：為α-射線質量的幾千分之一，點電量為其一倍，穿透能力比α-射線大。

γ-射線：電離能力比α-、β-射線小，但穿透能力比它們大。X-射線：電離能力小，穿透能力很強。都具有使被輻射物質的原子或分子發(fā)生電離作用的能力和不同穿透程度的能力。電離輻射一、核輻射與半衰期

1、核輻射

a射線

b射線

g射線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)=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、食品輻射的基本原理

食品輻照時，射線把能量或電荷傳遞給食品以及食品上的微生物和昆蟲，引起的各種效應會造成它們體內的酶鈍化和各種損傷會迅速影響其整個生命過程，導致代謝、生長異常、損傷擴大直至生命死亡。而食品則不同，除了鮮活食品之外均不存在著生命活動，鮮活食品的新陳代謝也處在緩慢的階段，輻射所產生的影響是進一步延緩了它們后熟的進程，符合儲藏的需要。

第三節(jié)食品的輻照效應

二、輻射單位一、食品輻射加工的計量單位

1.放射性強度的單位(量度放射性同位素的)

放射性強度是度量放射性強弱的物理量，常用的單位有居里(Ci)、貝克(Bq)和克鐳當量。

照射量及其單位(量度放射性同位素放射出的射線的)

照射量(Exposure)是用來量度X射線或g射線在空氣中電離能力的物理量，其單位為倫琴(R)。

3.吸收劑量、劑量率及其單位

(量度被輻射物體吸收量的)

被照射物質所吸收的射線的能量稱為吸收量，其單位為拉德(rad)或戈瑞(Gy)。

劑量當量、劑量當量率及其單位劑量當量就是用來量度不同類型的輻射所引起的不同的生物學效應，其單位為雷姆(rem)或希沃特(Sv)。

單位時間內的劑量當量稱為劑量當量率，其單位用rem·s-1或rem·h-1等表示。

二、食品輻射裝置

食品的輻射裝置包括輻射源、防護設備、輸送系統(tǒng)和自動控制與安全系統(tǒng)。

1.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。(1)放射性同位素

60Co輻射源、137Cs輻射源

(2)電子加速器

電子射線、X射線

電子射線電子射線射程短，密度大，穿透力差，一般適用于食品表面的照射。如對易腐食品輻射時，選定適當?shù)摹凹铀倌堋?，就可使射線不穿透食品內部，只進行表面殺菌。

X射線

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，故沒有得到廣泛的應用。

2.防護設備3.輸送與安全系統(tǒng)

三、食品輻射效應

(一)食品輻射的物理效應1.g射線和X射線的作用

康普頓散射、感生放射性2.電子射線的作用

庫侖散射、庫侖散射、契連科夫效應

電子射線經散射、電離軔致輻射等作用后，消耗了大部分能量，速度大為減慢，有的被所經過的原子所俘獲，使原子或原子所在的分子變成負離子，有的與陽離子相碰發(fā)生陰、陽離子湮滅，放出兩個光子，其光子對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)產生放射性，電子射線的能量不得超過10MeV，大多數(shù)采用5MeV。

(二)食品輻射的化學效應

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

輻射化學效應的強弱用G值表示，所謂G值就是介質中每吸收100eV能量時發(fā)生變化的分子數(shù)。

例如：麥芽糖溶液經過輻射發(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個麥芽糖分子發(fā)生降解。不同介質的G值可能相差很大，G值大的，輻射引起的化學效應較強烈；G值相同者，吸收劑量大者所引起的化學效應較強烈。例如G值等于3，吸收劑量為1Mrad時，每千克介質發(fā)生變化的摩爾數(shù)為3.1×10-6，劑量提高到6Mrad時，則每千克發(fā)生變化的摩爾數(shù)達1.9×10-2。

食品及其他生物有機體的主要化學組成是水、蛋白質、糖類、脂類及維生素等，這些化合物分子在射線的輻射下會發(fā)生一系列的化學變化。

水

大多數(shù)食品均含有豐富的水分，水也是構成微生物、昆蟲等生物體的重要成分，食品經輻射引起的水分變化十分復雜。

水輻射的化學效應可概括為：H2O→2.7OH·+0.55H·+2.7e-水化+0.45H2

+0.71H2O2+2.7H3O·

2.蛋白質和酶蛋白質

結構破壞輻射交聯(lián)輻射降解蛋白質輻照時交聯(lián)與降解同時發(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察。

酶

酶的主要組成部分是蛋白質，所以輻射對酶所引起的作用與蛋白質類似，酶中所含的巰基(-SH)由于容易氧化會增大酶對輻射的敏感性，但在復雜的食品體系中，由于其他物質的伴生存在而使酶得以保護，欲使酶鈍化需要相當大的輻射劑量。

3.糖類

糖類在輻射過程中發(fā)生的變化主要是降解作用和輻解產物的形成，若干故態(tài)糖類的輻解產物見表7-1。

糖輻解產物G值500krad時濃度(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表7-1輻射不同固態(tài)糖類的主要輻解產物

4.脂類

脂肪和脂肪酸被射線照射時，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，由于會發(fā)生自動氧化作用，飽和脂肪也會被氧化。輻射促進自動氧化過程可能是由于促進自由基的形成和氫過氧化物的分解，并使抗氧化劑遭到破壞。

食品中的脂類組分受輻射而產生的化合物，除了有輻射誘導的自動氧化產物外，也有非氧化的分解產物。

5.維生素

食品中維生素在輻射中的穩(wěn)定性和食品的性質及成分有密切的關系，其損失率隨著輻射劑量的增大而增大。

二、輻射的生物學效應1.輻射對微生物的作用（1）直接效應——細胞內蛋白質、DNA受損，即DNA分子堿基發(fā)生分解或氫鍵斷裂等，致使微生物細胞活動紊亂，甚至停止?！毎な軗p，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）間接效應當水分子被激活和電離后，成為游離基，起氧化還原作用，這些激活的水分子就與微生物內的生理活性物質相互作用，而使細胞生理機能受到影響。（3）微生物對輻射的敏感性D10：輻射處理后殘存微生物下降到原數(shù)的10%所需要的輻射劑量，表示某種微生物對輻射的敏感性。

tomenu微生物對輻射的敏感度：G-＞G＋＞酵母＞霉菌

NDlog—=—N0D10

N0－最初的微生物數(shù)N－使用D劑量后殘留的微生物數(shù)D－初期使用劑量D10－微生物殘存數(shù)減到原數(shù)10%時的劑量2.輻射對病毒的作用通常使用高達30KGy的劑量才能抑制病毒的活性。3.輻射對昆蟲的作用輻射敏感性與昆蟲細胞的生殖活性成正比，與它們的分化程度成反比。4.輻射對寄生蟲的作用輻射可使寄生蟲不育或死亡。

(三)食品輻射的生物學效應

1.抑制蔬菜發(fā)芽和果實后熟

蔬菜中的馬鈴薯和洋蔥，主要是通過控制其休眠來進行儲藏的。在結束休眠后，如果溫度和濕度適宜時，便會旺盛地發(fā)芽；果實采收后的成熟現(xiàn)象稱為后熟，后熟的速度影響著儲藏期的長短。

輻射對生物體作用的機理目前尚未十分清楚，但可能與下列原因有關：由于射線的輻照，細胞中的DNA和RNA受到損傷，植物體生長點上的細胞不能發(fā)生分裂，所以馬鈴薯、洋蔥等經輻照后不會發(fā)芽。參見表7-2。

食品輻照時，干擾了ATP的合成，使細胞的核酸減少，抑制了植物體的發(fā)芽。

核酸照射劑量核酸含量(mg·g-1干物質)

(krad)12月3月4月

0140140154RNA5618384

857

65

0170131170DNA5

108120

8121121123表7-2馬鈴薯經輻射后核酸含量的變化

植物組織處于休眠狀態(tài)時，其生長點缺乏植物生長激素或生長激素被鈍化，若把經過輻射的馬鈴薯放入一種生長激素—赤霉素酸溶液中，馬鈴薯就開始發(fā)芽(表7-3)。對于具有呼吸高峰的果實，在高峰開始出現(xiàn)前夕，體內乙烯的合成明顯增加，從而促進成熟的到來。若在高峰前對果實進行輻照處理，由于干擾了果實體內乙烯的合成，就能夠抑制其高峰的出現(xiàn)，延長果實的儲藏期。

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表7-3赤霉素酸對g輻照的馬鈴薯發(fā)芽的影響

2.導致微生物和昆蟲的死亡

食品經輻射后，附著在食品上的微生物和昆蟲發(fā)生了一系列生理學與生物學效應而導致死亡，其機理是一個十分復雜的問題，目前還沒有完全搞清楚，一般認為與下面兩點有密切關系：

(1)造成遺傳物質DNA的損傷；

(2)輻射化學效應的產物與細胞組成發(fā)生反應。

第四節(jié)食品的輻射及其影響因素

一、食品輻射的類型

聯(lián)合國糧農組織(FAO)、國際原子能機構(IAEA)和世界衛(wèi)生組織(WHO)聯(lián)合專家委員會把食品輻射分為下列三類：低劑量輻照、中等劑量輻照、大劑量輻照。一、輻射保藏的三種形式1.輻射阿氏殺菌（radappertization）所使用的輻射劑量（10～50KGy）可以使食品中的微生物數(shù)量減少到零或有限個數(shù)。這種輻射處理后，食品可在任何條件下貯藏，但要防止再污染。2.輻射巴氏殺菌（radicidation）只殺滅無芽孢病原細菌（除病毒外）。所使用的輻射劑量（5～10KGy）使食品在檢測時不出現(xiàn)無芽孢病原菌（如沙門氏菌）。3.輻射耐儲殺菌（radurization）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，輻射劑量在5KGy以下。二、現(xiàn)有的一些商業(yè)化應用1.果蔬類防止微生物的腐敗作用控制害蟲感染及蔓延延緩后熟期，防止老化（1）輻射對水果的影響對于有呼吸變換期的水果，在其呼吸率達最小值時是輻射處理的關鍵時刻。在此時輻射能抑制其后熟期，主要是能改變體內乙烯的生成率從而影響其生理活動。輻射能使水果的化學成分發(fā)生變化，如維生素C的破壞、原果膠變成果膠及果膠酸鹽、纖維素及淀粉的降解、某些酸的破壞及色素的變化等?！椛湓谒械纳虡I(yè)化應用①控制輻射劑量，殺滅霉菌②輻射水果抑蟲③延遲后熟期，對香蕉等熱帶水果十分有效④增強水果中色素的合成（2）輻射對蔬菜的影響輻射可影響新鮮蔬菜的代謝反應，如改變蔬菜的呼吸率，防止老化，改變其化學成分等，作用效果與輻射劑量有關。。根菜類如土豆、洋蔥等輻射后可抑制發(fā)芽，在光照下皮層也不發(fā)綠，但輻照劑量過高，會腐爛。輻照可防止蘑菇開傘，延遲后熟?！椛湓谑卟酥械纳虡I(yè)化應用抑制發(fā)芽，延緩新陳代謝作用2.谷類及其制品:以控制蟲害及其蔓延為主。3.肉禽類(1)高劑量輻射處理處理后不需要冷凍保藏。所用輻射劑量能破壞抗輻射性強的肉毒梭狀芽孢桿菌菌株，對低鹽、無酸的肉類使用劑量為4.5Mrad，產品必須密閉包裝防止輻射后再受微生物污染。(2)低劑量輻射處理:處理后需冷凍保藏。4.水產品高劑量輻射處理效果同于肉類，但異味不如肉類明顯。低劑量輻射常與3℃左右的冷藏結合。使用最高劑量為300Krad。5.蛋類應用輻射巴氏殺菌劑量，殺滅其中的沙門氏菌。蛋白質受到輻射降解而使蛋液粘度降低。

二、食品輻射保藏的效果及其影響因素

食品進行輻射處理時，必須根據食品的種類和預期的目的，控制輻射劑量和照射條件，才能達到良好的保藏效果。(一)食品輻射保藏糧食的輻射保藏果蔬的輻射保藏畜、禽、魚肉的輻射保藏香料和調味品的輻射保藏

(二)提高食品輻射保藏效果的措施食品的輻射保藏處理，欲取得滿意的效果除了根據食品的種類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，保護食品的營養(yǎng)成分少受損失。

添加化學藥品改變溫度條件改變氣體條件合理包裝低溫儲藏

第五節(jié)食品輻照的衛(wèi)生與安全

FAO、IAEA和WHO聯(lián)合專家委員會于1980年10月27日至11月3日在日內瓦召開了關于輻照食品衛(wèi)生會議。依據以前各屆專家委員會的建議和這些機構組織的其他技術或法律專家會議所作出的結論，允許食品輻照的最大能量水平是：電子射線為10MeV；g射線和X射線為5MeV。

另外，通過以下五個方面的研究：1、食品的輻照劑量2、食品的包裝方法和包裝材料3、輻射化學4、動物或家畜喂養(yǎng)實驗5、輻照食品的毒理學研究

FAO、IAEA和WHO聯(lián)合專家委員會得出結論，任何商品食物輻照總平均劑量達10kGy水平時，不具有毒理學上的危害性，這樣處理的食品