食品工藝學(xué)：食品的輻射保藏

食品工藝學(xué)第八章食品的輻射保藏主要內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)輻照的基本概念第三節(jié)食品輻照保藏原理第四節(jié)輻照對食品質(zhì)量的影響第五節(jié)輻照在食品保藏中的應(yīng)用第六節(jié)食品輻照的安全與法規(guī)（自學(xué)）第一節(jié)概述一、食品輻射保藏的定義及其特點二、輻射保藏的進展三、食品輻照裝置定義食品輻射保藏——是利用原子能射線的輻射能量照射食品或原材料，進行殺菌、殺蟲、消毒、防霉等加工處理，抑制根類食物的發(fā)芽和延遲新鮮食物生理過程的成熟發(fā)展，以達到延長食品保藏期的方法和技術(shù)。這種技術(shù)又稱為食品輻照（Foodirradiation）技術(shù)。輻照食品——經(jīng)輻照技術(shù)處理后的食品。在我國《輻照食品衛(wèi)生管理辦法》附則中定義：輻照食品是指用鈷－60、銫－137產(chǎn)生的γ射線或電子加速器產(chǎn)生的低于10MeV電子束照射加工保藏的食品。食品輻射較其他方法的優(yōu)越性非熱作用：有“冷殺菌”之稱。輻照可以在常溫或低溫下進行，可保持原有的色、香、味和質(zhì)構(gòu)，有利于維持食品的質(zhì)量；節(jié)能：與冷凍保藏等相比，能節(jié)約能源。據(jù)(IAEA）報告，冷藏耗能324MJ/t，巴氏消毒能耗828MJ/t，熱殺菌能耗1080MJ/t，輻照滅菌只需要22.68MJ/t。無殘留物:與化學(xué)保藏法相比，輻照過的食品不會留下任何殘留物。穿透力強

輻照技術(shù)的另一個特點就是射線（如γ射線）的穿透力強，可以在包裝下及不解凍情況下輻照食品，可殺滅深藏在食品內(nèi)部的害蟲、寄生蟲和微生物。正因為此，它被大量應(yīng)用于海關(guān)對進口物品（食物、衣物等用品）的防疫處理，以確保進口物品不攜帶有害生物進入國門。還可與冷凍保藏技術(shù)等配合使用，使食品保藏更加完善，這是其他保藏方法所不可比擬的。缺點與局限性投資大,及專門設(shè)備來產(chǎn)生輻射線（輻射源）。安全防護：需要提供安全防護措施，以保證輻射線不泄露；對不同產(chǎn)品及不同輻照目的要選擇合適的輻照劑量。高劑量下的感觀性狀變化接受性：目前世界各國允許輻照的食品種類仍差別較大，多數(shù)國家要求輻照食品在標簽上要加以特別標注。二、輻照保藏的進展1896年，亨利·貝克萊在研究磷光現(xiàn)象時，發(fā)現(xiàn)了放射性。同年，Roentgen發(fā)現(xiàn)了X射線。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。1921年Schraty獲得X射線殺菌專利。目前，全世界已有42個國家和地區(qū)批準輻照農(nóng)產(chǎn)品和食品240多種，年市場銷售輻照食品的總量達30多萬噸，食品輻照加工已經(jīng)被FAO/IAEA/WHO推薦為國際重點推廣項目。我國輻射食品的現(xiàn)狀截止2005年我國輻照食品種類已達7大類56個品種。分別是：據(jù)有關(guān)統(tǒng)計表明，2005年我國30萬居里以上的商用γ輻照裝置已達84座，功率5kw以上的電子加速器已達83臺。食品輻照技術(shù)已成為傳統(tǒng)食品加工和貯藏技術(shù)的重要補充和完善。輻照豆類、谷物及其制品；輻照干果果脯類；輻照熟畜禽肉類；輻照冷凍包裝畜禽肉類；輻照香辛料類；輻照水果、蔬菜類；輻照水產(chǎn)品類。香辛料采用國際慣用輻照殺菌技術(shù)處理目前輻照技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用抑制微生物的生長繁殖殺滅谷物、豆類中的害蟲抑制果蔬發(fā)芽化學(xué)污染物的降解功能食品的改性三、食品輻照裝置輻射源防護措施：8、9、10、21、221.放射性同位素輻射源食品輻照處理上用得最多的是60Coγ射線源，也有采用137Csγ射線輻射源的。（l）鈷-60（60Co）輻射源自然界中不存在，是人工制備的同位素源。半衰期為5.25年，衰變后變成穩(wěn)定同位素鎳.（2）銫-137(137Cs）也由工人制備。半衰期30年。但其γ射線能量為0.66MeV，比60Co弱，因此，欲達到60Co相同的功率，需要的貝可數(shù)為60Co的4倍。2.輻射裝置對人體的危害途徑輻射對人體危害的兩種途徑外照射，即輻射源在人體外部照射內(nèi)照射，放射性物質(zhì)通過呼吸道、食道、皮膚或傷口侵入人體，射線在人體內(nèi)照射。食品輻照一般使用的是嚴格密封在不銹鋼中的60Co輻射源和電子加速器。輻照對人體的危害主要是外輻射造成的。2011年3月16日，福島每小時330微西弗的輻射量（2.8Sv/年），這相當于正常情況下的約1150倍第二節(jié)輻照的基本概念同位素電子殼中子（不同）質(zhì)子（同）如C10、C11、C12等都是碳的同位素衰變：不穩(wěn)定的原子核在放射出粒子及能量后可變得較為穩(wěn)定。半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變時所需要的時間。α-射線：相對質(zhì)量較大，電離能力很強，穿透能力很小β射線

：在空氣中射程短，穿透力弱。在生物體內(nèi)的電離作用較γ射線、x射線強。γ－射線：是一種高能電磁波，波長很短，穿透力強，射程遠，一次可照射很多材料。放射性強度：度量放射性強弱的物理量，國際單位貝可勒爾（Bq），常用單位是居里（Ci）。照射量：用來度量X射線或γ射線在空氣中電離能力的物理量，單位：庫/千克。吸收劑量：在一定范圍內(nèi)的某點處，單位質(zhì)量被輻照物質(zhì)所吸收的輻射能的量稱為。國際單位為戈瑞（Gy）和拉德（rad），第三節(jié)食品輻照保藏的原理一、物理效應(yīng)二、化學(xué)效應(yīng)三、生物學(xué)效應(yīng)電離作用康普頓散射湮沒輻射(電子對效應(yīng))感生放射感生放射概念：射線能量大于某一閾值，射線對某些原子核作用會射出中子或其他粒子，因而使被照射物產(chǎn)生了放射性，稱為感生放射性。能否產(chǎn)生感生放射性，取決于射線的能量和被輻照射物質(zhì)的性質(zhì)：10.5MeV的γ射線對14N照射可使其射出中子，并產(chǎn)生N的放射性同位素；18.8MeV的γ射線對12C照射，可誘發(fā)產(chǎn)生放射線；15.5MeV的γ射線對16O照射，下可產(chǎn)生放射線。因此，為了不引起感生放射作用。食品輻照源的能量水平一般不得超過10MeV。二、食品輻照的化學(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。輻射化學(xué)效應(yīng)的強弱用G值表示，所謂G值就是介質(zhì)中每吸收100eV能量時發(fā)生變化的分子數(shù)。直接作用:射線與基質(zhì)直接碰撞間接作用:水分子對輻射很敏感，當它接受了射線的能量后，首先被激活，然后和食品中的其他成分發(fā)生反應(yīng)。

凍結(jié)狀態(tài)、無氧條件、添加游離基的接受體會影響間接作用效果三、食品輻照的生物學(xué)效應(yīng)（一）微生物（二）酶（三）蟲類（四）果蔬

在較低劑量的電離輻射作用下，引起某些蛋白質(zhì)和核蛋白分子的改變，破壞新陳代謝，抑制核糖核酸和脫氧核糖核酸的代射，使自身的生長發(fā)育和繁殖能力受到一定的危害。水分子產(chǎn)生的游離基和離子也具有破壞作用。（一）微生物

輻射殺菌主要目的是降低或殺滅食品中的腐敗微生物及致病微生物。影響輻射對微生物作用的因素電離輻射殺菌所需劑量輻射對細菌的影響輻射對酵母與霉菌的影響輻射對病毒的影響影響輻射對微生物作用的因素電離輻射對微生物的作用受下列因素的影響：輻照量種類及狀態(tài)菌株濃度（含菌量）環(huán)境（介質(zhì)化學(xué)成分和物理狀態(tài)）輻照后的貯藏條件等。電離輻射殺菌所需劑量電離輻射殺滅微生物一般以殺滅90％微生物所需的劑量（Gy）來表示，即殘存微生物數(shù)下降到原菌數(shù)10％時所需用的Gy劑量，并用D10值來表示。當知道D10值時，就可以按下式確定輻照滅菌的劑量（D值）。細菌細菌對輻照敏感性因種類不同而異。劑量越高，殺滅率越高。常見幾種病原微生物的D10值：菌種基質(zhì)D10（kGy）菌種基質(zhì)D10（kGy）肉毒桿菌A食品4啤酒酵母緩沖液2~2.5肉毒桿菌B緩沖液3.3嗜熱脂肪芽孢桿菌緩沖液需氧1短小芽孢桿菌緩沖液厭氧3鼠傷寒沙門氏菌冷凍蛋0.7產(chǎn)氣莢膜桿菌肉2.1~2.4產(chǎn)黃青霉緩沖液0.4枯菌桿菌緩沖液2~2.5大腸桿菌肉湯0.2沙門氏菌是非芽孢菌中最耐輻照的致病微生物，平均D10值0.6kGy。對禽肉輻照1.5-3.0kGy，可殺滅99.9％到99.999％微生物，其他致病菌都可獲得控制。沙門氏菌是常見污染食品的致病菌。工業(yè)中常用熱處理殺滅該菌，但有些食品不適合用于加熱處理，例如對鮮蛋，用4.5-5.0kGy劑量輻照凍蛋，可殺滅污染的沙門氏菌，又可使其風(fēng)味和制成的蛋制品不發(fā)生改變。肉毒芽孢桿菌肉毒芽孢桿菌中能引起食物中毒且耐熱性特強，其抗輻射性也強，其D10值在1.9-3.7kGy。肉毒芽抱桿菌的D10值可因菌型和菌株而異．且與被輻照時介質(zhì)的狀態(tài)關(guān)系很大。酵母與霉菌酵母與霉菌對輻照的敏感性與非芽孢細菌相當。種類不同，其輻照敏感性也有差異。殺滅引起水果腐敗和軟化的霉菌所需的劑量常高于水果的耐輻照量，對酵母也有類似狀況，通過熱處理或其他方法再結(jié)合低劑量輻照可克服上述缺陷。病毒通常要求使用高劑量輻照（水溶液狀態(tài)30kGy，干燥狀態(tài)40kGy）才能使其鈍化，過高的劑量時對新鮮食品的質(zhì)量有影響，因此常用加熱與輻照并舉的方法，降低輻照劑量及抑制病毒的活性。（二）酶多數(shù)食品酶非常耐輻射（其D10達50kGy）這給食品的輻照滅酶保藏帶來一定的限制。酶的耐輻射性可用于酶制劑輻射殺菌消毒，則具有比熱處理方法優(yōu)越的特點。（三）蟲類寄生蟲：豬旋毛蟲不育0.12kGy，抑制生長0.2-0.3kGy，致死7.5kGy；

昆蟲的輻射效應(yīng)與其細胞構(gòu)成密切相關(guān)。成蟲的性腺細胞對射線相當敏感，低劑量就可起絕育或遺傳紊亂等效果，稍高劑量就可將昆蟲殺死。損傷作用表現(xiàn)形式：致死、“擊倒”、縮短壽命、等。這些作用都在一定的劑量水平發(fā)生，而在某些劑量（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。輻射滅昆蟲的一些處理效果3-5kGy防止食品中昆蟲的傳播，立即將其殺死；1kGy足以使昆蟲在數(shù)日內(nèi)死亡；0.25kGy可使昆蟲在數(shù)周內(nèi)死亡，并使存活昆蟲不育。一次給予足夠的劑量比分次逐步增加的殺滅效果好。對某些昆蟲輻照前升高溫度，可增加它們對輻照的敏感性；降低大氣氧壓，將會增加昆蟲的耐輻照性。（四）果蔬輻照處理呼吸高峰前的果實，可干擾其乙烯的合成，抑制其高峰的出現(xiàn)，延長果實的貯存期。輻照水果可產(chǎn)生的化學(xué)成分變化：VC破壞；原果膠變成果膠質(zhì)和果膠酸鹽；纖維素及淀粉的降解；某些酸的破壞及色素的變化等。（四）果蔬輻照可以改變蔬菜的呼吸率，防止老化，改變化學(xué)成分。馬鈴薯、洋蔥等經(jīng)輻照后可抑制發(fā)芽，輻照使組織內(nèi)脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）受到損傷，干擾了ATP的合成，植物體生長點上的細胞不能發(fā)生分裂，而抑制了植物體發(fā)芽。輻照蘑菇可防止開傘，延長保鮮期。第四節(jié)輻照對食品質(zhì)量的影響一、蛋白質(zhì)二、糖類三、脂類四、維生素一、蛋白質(zhì)變性：從而使蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)和二級結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性。蛋白質(zhì)發(fā)生凝聚作用，甚至出現(xiàn)一些不溶解的聚集體。降解：用X射線照射血纖蛋白會引起部分裂解，產(chǎn)生較小的碎片。卵清蛋白在等電點照射也發(fā)現(xiàn)黏度減?。òl(fā)生了降解）。高劑量輻照含蛋白質(zhì)食品：如肉類及禽類、乳類，常會產(chǎn)生變味（輻照味），在低于凍結(jié)點的溫度下進行輻照可減少輻照味的形成。二、糖類低分子糖類：一定程度的降解多糖：聚合度和粘度下降（見下頁）商業(yè)輻照劑量下，輻照對糖類熔點、折射率、旋光度和顏色等物理特性影響微小。輻照對馬鈴薯支鏈淀粉的聚合度和黏度的影響三、脂類飽和脂肪酸比較穩(wěn)定，不飽和脂肪酸容易氧化，出現(xiàn)脫梭、氫化、脫氫等作用。輻照促進自動氧化過程：促進自由基形成、氫過氧化物分解，并使抗氧化劑遭到破壞。低劑量（0.5-10.0kGy）輻照含不飽和脂肪的食物表明，過氧化物的形成隨劑量的增加而增加。四、維生素各種維生素對不同影響因素的敏感性：各種維生素對不同影響因素的敏感性脂溶性維生素VA和VE：是脂溶性維生素中對輻照最敏感的。牛肉在氮氣中經(jīng)20kGy劑量輻照，維生素A破壞率達66%；禽肉在氮氣中分別經(jīng)10kGy、20kGy和40kGy的輻照，其維生素A的降解率分別達58％、72％和95%；全脂牛乳經(jīng)2.4kGy的輻照，維生素E將損失40%；VD食物中的維生素D對輻照似乎是相當穩(wěn)定。鯉魚油經(jīng)幾十千戈瑞劑量輻照，都沒有發(fā)現(xiàn)維生素D的破壞。水溶性維生素

VBl和VC對輻照最敏感：低于5kGy時，VC損失很少超過20％～30％。維生素輻照損失數(shù)量受劑量、溫度、氧氣存在與食品類型等的影響。一般來說，在無氧或低溫條件下輻照可減少食品中任何維生素的損失。第五節(jié)輻照在食品保藏中的應(yīng)用一、食品輻照保藏二、食品輻照加工三、輻照的其他應(yīng)用四、影響食品輻照效果的因素五、輻射食品的包裝應(yīng)用于食品的輻照類型輻射阿氏殺菌

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10-100kGy。輻射巴氏殺菌

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。

輻射耐貯殺菌

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。輻照在食品保藏中的應(yīng)用二、食品輻照保藏果蔬類糧食類畜、禽肉及水產(chǎn)類蛋類果蔬類果蔬輻照的目的：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。促進水果中色素的合成、使?jié)撂崆懊摑驮黾悠咸训某鲋?。蔬菜的輻照處理：主要是抑制發(fā)芽，殺死寄生蟲。輻照延遲水果的后熟期對香蕉等熱帶水果十分有效：香蕉：對綠色香蕉輻照劑量常低于0.5kGy，但對有機械傷的香蕉一般無效。木瓜：用1kGy劑量即可延遲木瓜的成熟。芒果：0.4kGy劑量輻照可延長保藏期8d，用1.5kGy可完全殺死果實中的害蟲。糧食類造成糧食耗損的重要原因之一是昆蟲的危害和霉菌活動導(dǎo)致的霉爛變質(zhì)。3．畜、禽肉及水產(chǎn)類針對沙門氏菌等非芽孢菌的處理：1.5-3.0kGy劑量可獲得99.9％至99.999％的滅菌率；與加熱聯(lián)合處理：加熱使鮮肉內(nèi)溫度升到70℃保持30min，使其蛋白分解酶完全鈍化后才進行輻照。輻照與冷藏結(jié)合處理：用輻照處理冷藏或冷凍家禽，殺滅沙門氏菌和彎曲桿菌，處理豬肉使旋毛蟲幼蟲失活。蛋類沙門氏菌為輻射處理的對象菌。劑量：輻照巴氏殺菌劑量，效果：蛋液及冰蛋液效果較