食品工艺学-杨-第七章-食品辐照YANGXIN

第三章食品辐照FoodIrradiation主要内容概述辐照的原理辐照在食品工业上的应用食品辐照的安全卫生及法规第一节概述

食品辐照的定义食品辐照的特点食品辐照的概况及进展

食品辐照（Foodirradiation）：利用射线与物质作用产生的物理效应、化学效应和生物效应，达到杀虫灭菌、防止霉变、提高食品的卫生质量、保持营养品质及风味及延长货架期的目的。1.食品辐照的定义2.食品辐照的特点2.1食品辐照的有利方面(1)杀菌效果好，可按目的进行剂量调整。(2)冷加工处理，对产品的品质影响较小。(3)节省能源，加工效率高。(4)处理简便，操作适用范围广。(5)经照射的食品中无任何残留，卫生安全。PalatabilityoffoodtreatedbyirradiationremainsunchangedSproutinglossesinstoredpotatoescanbepreventedbyirradiation食品辐照的不利方面：(1)杀菌剂量不同有时酶不能完全失活。(2)经照射的食品可能出现不好的感官性变化。(3)对操作人员的安全防护要求相当高。SignificantDatesinFoodIrradiationHistory1895–Becquereldiscoveredradioactivity1920–DiscoverythatirradiationcouldbeusedtopreservefoodEarly1950s–“AtomsforPeace”studiesperformed1957–FirstcommercialusetokillinsectsandinsecteggsinspicesinGermany1963–Approvedtoeliminateinsectinfestationforwheatandwheatflour1964–Approvedtopreventsproutinginpotatoes1970s–NASAusesirradiatedfoodforastronauts3.食品辐照的发展概况SignificantDatesinFoodIrradiationHistory1983–Approvedforherbs,spices,andseasonings1985–Approvedtocontroltrichinellaspiralisinpork1986–Approvedtocontrolinsectsandmaturationoffruitsandvegetables1990–ApprovedbyFDAtocontrolbacteriainpoultry(approvedbyUSDAin1992)1997–ApprovedbyFDAtocontrolmicroorganismsforredmeats(approvedbyUSDAin2000)2000–Approvedforshelleggs2002–Petitionpendingforirradiationofseafood,sprouts,andready-to-eatfoods工业规模辐照和商业化应用阶段：70多个国家研究；38个国家批准辐射食品商业化；224种食品建立标准食品辐照总量50万吨1995年冷冻辐射包装肉被批准为太空食品TheExtentofUseofFoodIrradiation

Worldwide,almost40countriespermittheuseofirradiationonover50differentfoods,andanestimated500,000tonsoffoodareirradiatedannually.

Nham(fermentedporksausage)iscommerciallyirradiatedandmarketedinThailand.IrradiatedfreshfruitsandvegetablesonsaleinUSA.Spices,Herbs,DehydratedVegetables&SeasoningMixturesIrradiatedinN.AmericaIrradiationinChina1958年开始食品辐照研究工作

70年代中期在四川、天津等地相继进行辐照保藏食品的研究

1984年卫生部颁布辐照食品卫生标准有辐照装置150多台，辐照食品量10万吨我国批准允许辐照的食品类别与剂量

类别品种目的剂量/kGy豆类、谷类及制品绿豆、红豆、大米、面粉、小米、玉米渣控制生虫0.2（豆类）0.4-0.6（谷类）干果果脯空心莲、桂圆、核桃、山揸、大枣、小枣控制生虫0.4熟畜禽肉六合脯、扒鸡、烧鸡、盐水鸭、熟兔肉灭菌8冷冻分割禽肉类猪牛羊鸡沙门氏菌与腐败菌2.5干香料五香粉，八角、花椒杀菌防霉10方便面固体汤料方便面固体汤料杀菌防霉8新鲜水果蔬菜土豆、洋葱、大蒜、生姜、番茄、荔枝、苹果抑制发芽延缓成熟0.1-0.20.5-1.5第二节食品辐照的基本原理

食品辐照的物理学原理

食品辐照的化学原理食品辐照的生物学原理食品辐照的辐射源及辐照装置1.食品辐照的物理学原理辐射的定义及分类射线与物质的相互作用1.1辐射的定义及分类辐射通常是指在从某种物质中发射出来的波或粒子,以其所带的能量在空间或介质中间向各个方向传播的过程.辐射可以分为:电磁辐射:（X射线、γ射线）微粒辐射：（电子束辐射）1.2射线与物质的相互作用X射线、γ射线与物质的相互作用带电粒子与物质的相互作用光电效应

hυ→M→M＋＋ehυ代表α射线和γ射线的光子M和M＋代表物质的原子和离子e代表光电子康普顿效应射线的光子与被照射物的电子发生弹性碰撞，把部分能量传递给电子，自身的运动方向发生改变。该过程光子未被吸收。

电子对效应入射光子能量大于两电子的静止质量能，与物质相互作用产生一对正负电子，入射光子消失。b.高能电子与物质的相互作用高能电子能量损失途径①非弹性碰撞②轫致辐射③弹性散射④受照射物质吸收非弹性碰撞（电离与激发）韧致辐射入射电子不足以导致原子电离，束缚电子跃迁到高能轨道，回到基态时多余能量以光子形式散射出来，这种辐射称轫致辐射.食品辐照采用的电子加速器的能量水平一般不超过10MeV.弹性散射带电粒子通过物质时，由于核电场的作用，粒子与核发生弹性碰撞而改变方向，但总动能保持不变，这一现象称为弹性散射。

２.食品辐照的化学原理

水的辐射效应蛋白质辐射效应脂类的辐射效应糖辐射效应维生素辐射效应２.1水水的辐解产生的分子产物H2、H2O水的辐解产生的自由基：OH·HO2·H·e－aq２.２蛋白质和酶蛋白质结构破坏辐射交联辐射降解交联－SH氧化生成分子内或分子间的二硫键酪氨酸和苯丙氨酸的苯环偶合而发生蛋白质辐照时交联与降解同时发生，而往往是交联大于降解，所以降解常被掩盖而不易觉察。

辐射对酶所引起的作用与蛋白质类似，但欲使酶钝化需要相当大的辐射剂量.原因：氧化的巯基增大酶对辐射的敏感性食品体系内其他物质的伴生存在使酶得以保护２.３脂类的辐射效应辐射对脂类可产生三方面的影响理化性质的变化自动氧化性变化非自动氧化性辐射分解。

２.４糖类的辐射效应

低分子糖类在进行照射时，不论是在固态或液态，随辐射剂量的增加，都会出现旋光度降低、褐变、还原性及吸收光谱变化等现象

剂量(kGy)特性黏度（ml/g）聚合度00.51251020501002302201501109580504035170016501100800700600350300250辐射对马铃薯直链淀粉的聚合度和黏度的影响２.５维生素的辐射效应

脂溶性维生素中的维生素E和水溶性维生索中的B1、C对射线敏感，易与水辐射产生的自由基反应

３食品辐照的生物学原理

辐照影响生物组织的基本方式辐照的生物学效应3.1辐照影响生物组织的基本方式直接方式靶学说：认为辐射生物学效应是由于电离粒子击中了某些分子或细胞内的特定结构的结果。间接方式微生物微生物存活曲线靶学说的理论与实践证明，病毒符合单靶单击学说，真菌的辐射抗性比细菌小，食品在辐射杀菌时考虑对细菌的杀灭作用。细胞含水量Shelf-lifeofstrawberriescanbeextendedbyirradiationIrradiationisauniquemethodtoensuremicrobialsafetyinrawfoods.

（2）昆虫昆虫对辐射的敏感性比微生物强对辐射的敏感性：虫卵＞幼虫＞成虫损伤作用表现：致死、“击倒”、缩短寿命、不育、减少卵的孵化、延迟发育、减少进食量和抑制呼吸Irradiationisaneffectivealternativetofumigationforinsectcontrol

（3）植物抑制发芽生长延缓成熟衰老抑制呼吸抑制乙烯Sproutinglossesinstoredpotatoescanbepreventedbyirradiation４食品辐照的辐射源及辐照装置

辐射源及辐照装置辐照剂量与剂量测量4.1辐射源及辐照装置用于食品辐照的辐射主要有：γ射线（放射性核素60Co、137Cs产生）电子束（电子加速器产生）Ｘ射线（高能电子打击重金属产生的韧致辐射）（1）放射性同位素辐射源（γ射线）a.放射性同位素60Co辐射源(人工制备的同位素源)：经β衰变后放出两个能量不同的γ光子特点：价格较便宜；操作使用与维修方便；对防护设备要求高。

60Co作为γ-射线源制备方法：将自然界中存在的稳定同位素59Co金属制成棒形、长方形、薄片形、颗粒形、圆筒形或所需要的形状，置于反应堆活性区，经中子一定时间照射，少量59Co原子吸收一个中子后即生成60Co辐射源。目前在商业上采用60Co作为γ-射线源。137Cs辐射源经β衰变后放射出一个γ光子。由核燃料的渣滓中抽提制得。特点：可从废料中提取；装置成本高；防护困难。（2）电子加速器

利用电磁场使带电粒子获得很高的速度，从而将电能转化为高能电子射线或x射线的装置。又称电子流，其能量越高，穿透能力就越强。射程短，密度大，穿透力差，一般适用于食品表面的照射。如对易腐食品辐射时，选定适当的“加速能”，就可使射线不穿透食品内部，只进行表面杀菌。为了防止被照射物诱发产生放射性，电子射线的能量不得超过10MeV，大多数采用5MeV。电子射线静电加速器1.球形高压电极2.支架3.真空加速管4.输电带5.电子枪6.直流高压电源7.电刷8.金属靶9.均压环10.转轴11.真空泵静电加速器结构原理图特点：射线强度高，可调；无射线污染，易控制可检修；防护简单；照射不均匀；装置复杂造价高。

X射线是加速器产生的高能电子打击重金属靶子上产生能量从0到入射电子能量的X射线。具有高穿透能力，可以用于食品辐射加工。但是由于电子加速器作X射线源效率低，而且能量中包含大量低能部分，难以均匀照射大块样品，故没有得到广泛的应用。X射线食品辐照装置

据中国辐射行业协会的最新统计,至2009年底全国约有110座γ辐照站(设计容量大于300kCi的设计能力)和140个电子束灭菌机器(大于500keV)。据报道,我国目前这些食品辐照装置辐射加工总产值已超过32亿元。食品的辐射装置包括辐射源、防护设备、输送系统和自动控制与安全系统。辐射源是食品辐射加工的核心部分，它可以分为放射性同位素和电子加速器两大类.辐射源为了防止射线伤害辐射源附近的工作人员，必须对辐射源和射线进行严密的屏蔽，最常用的屏蔽材料是铅、铁、混凝土和水。防护设备被辐照食品靠自动输送系统通过辐照区,输送路径的选择要使射线能穿透产品的所有部分，以确保产品接受均匀的照射剂量。在辐照室内，放在容器中或运转支架上的产品靠压缩空气推进。输送与安全系统类型范得格拉夫加速器直接利用高压加速电子间接利用高压加速电子对长变压加速器线形加速器电动电子加速器电子加速器电子加速器结构

电子源加速段功率供应系统真空系统冷却系统ElectronbeamirradiatorforfoodprocessingElectron-beam

DosimeterDualX-Ray&E-BeamSystemElectronBeanAcceleratorInstrument60Co-γ辐照与电子束辐照装置的比较60Co-γ辐照装置电子束辐照装置1.Γ射线穿透能力强，适宜于大包装，不规则物体的辐照2.设备技术难度较小，操作维修方便3.防护条件要求较高4.辐射强度随时间衰减5.需要不断补充新源6.低剂量率，辐照时间长7.功率成本和运行成本较高1.电子束穿透能力弱，适宜于不太厚线缆、片才或物品的辐照2.设备技术难度较高，操作维修要求较高3.电子束可开关控制，防护较容易4.电子束强度可保持不变5.不需要定期更换6.高剂量率，辐照时间短7.功率成本和运行成本较低8.可以兼作X射线源4.2辐射剂量1)剂量单位放射性强度，单位：居里Ci，贝可勒尔Bq，克镭当量照射量与照射量率，单位：伦琴R（2.58*10-4C/kg）

，库仑/千克（C/kg）吸收剂量与吸收剂量率，单位：戈瑞(Gy),拉德（Rad=0.01Gy）4.2辐射剂量1、吸收剂量吸收剂量是当电离辐射与物质相互作用时，用来表示单位质量的受照物质吸收电离辐射能量大小的物理量。法定单位的专门名称为戈瑞，用符号Gy表示，非法定单位为拉德，用rad表示。1戈瑞=1焦耳/千克=100拉德(rad)。2、吸收剂量率吸收剂量率就是单位时间内物质的吸收剂量。吸收剂量率的SI单位是焦耳每千克秒（J/kg·s），法定单位的专门名称为戈瑞每秒Gy/s)，非法定单位为拉德每秒(rad/s)。1、照射量及其单位1)照射量的定义一束X或γ射线穿过空气时与空气发生相互作用而产生次级电子，这些次级电子在使空气电离而产生离子对的过程中，最后全部损失了本身的能量。照射量是表示X或γ射线在空气中产生电离大小的物理量。照射量X的定义：X或γ射线在单位质量的空气中击出的全部次级电子完全被阻停时，在空气中产生一种符号的带电粒子（电子或正离子）的总电荷量。2)照射量的单位

照射量X的SI单位为库仑每千克(C/kg)，非法定单位为伦琴（R）1伦琴（R）=2.58×10-4C/kg1Ckg-1=3876R伦琴的定义：在1伦琴X射线照射下，0.001293g空气（标准状况下，1立方厘米空气的质量）中释放出来的次级电子，在空气中总共产生电量各为1静电单位的正离子和负离子。1静电单位电量=3.33×10-10C

2、照射量率照射量率就是单位时间内的照射量。若在t到t+dt时间内，照射量为dX，则称

为该物质在t时刻的照射量率。照射率的SI单位为C/（kg·s）。Lowdose0–1kGy杀死昆虫和肉类的病原寄生虫Disinfestgrainsofinsects抑制发芽Inhibitsprouting延迟鲜活食品的后熟DelayripeninginfruitsandvegetablesControlTrichinellaspiralisinpork

Mediumdose1-10kGyReducemicrobialpathogensinmeat,poultryandfishReducespoilagemicroorganismsDelaymoldgrowthonstrawberriesandotherfruits减少食品中微生物的负荷量，较少非芽孢致病微生物的数量。Highdose10-50kGyKillmicroorganismsinspicesCommerciallysterilizefoodCausefunctionalmodifications主要用于商业目的的灭菌和杀灭病毒4.3食品辐照工艺(1)禽畜肉蛋和水产品的辐射新鲜禽畜肉等腐败变质的主要原因是酶及腐败微生物,辐射杀菌三种方式：

辐射完全杀菌

(辐射阿氏杀菌，Radappertization)这类杀卤可以达到商业无菌,辐射剂量一般在10~50kGy。辐射针对性杀菌

(辐射巴氏杀菌，Radicidation)辐射针对性杀菌能够完全杀死致病菌，并使杂茵量达标，辐射剂量一般在5~10kGy辐射选择性杀菌(辐射耐贮杀菌，Radurization)选择性杀菌能够杀死食品中腐败性微生物，使食品表面腐败微生物数量显著降低,辐射剂量小于5kGy。(2)果蔬类食品为了防止微生物的腐败作用、杀虫和延缓后熟

2kGy以下剂量的照射能够延迟水果的后熟期、杀灭病源茵和防止霉变

(3)谷物制品

主要目的是控制虫害

辐射效应随昆虫的种类、发育阶段、年龄等因素而不同

使虫立即死亡需要很高的剂量，通常大于10kGy(4)调味品和脱水蔬菜易受霉菌和耐热的芽抱杆菌以及昆虫的污染不宜用加热或化学熏蒸的方法杀菌，

(5)酒类辐射辐射能够促进洒类的陈化

无新物质的产生或某种组分的消失

改善酒的风味与营养(6)密封食物杀菌热敏而不受辐射影响的食品，采用高剂量辐射的方法可以延长保存期（20-60kGy）

(7)食品加工参与物的辐射

用水与器具杀菌，减少加工过程污染.4.4影响食品辐照效果的因素

1)温度

辐射杀菌中，在接近常温的范围内，温度对杀菌效果的影响不大。2)氧的含量形成臭氧；氧化作用。3)含水量在干燥状态下照射，生成的游离基因失去了水的连续相而变得不能移动，游离基等的辐射间接作用就会随之降低，因而辐射作用显著减弱。4）辐照剂量

一般来说，剂量越高，食品保藏时间越长。剂量率也是影响辐照效果的重要因素。通常较高的剂量率可获得较好的辐照效果。5）食品接受辐照时的状态污染的微生物、虫害等种类与数量以及食品生长发育阶段、成熟状况、呼吸代谢的快慢等，对辐照效应也影响很大。大米的品质、含水量不仅影响剂量要求，也影响辐照效果。同等剂量，品质好的大米，食味变化小；品质差的大米，食味变化大。5.食品辐照的安全卫生与法规

5.1辐照食品的安全性安全性试验是整个辐照保藏食品研究最早进行，且研究最深入的问题。辐照食品可否食用，有无毒性，营养成分是否被破坏，是否致畸、致癌、致突变等所涉及的毒理学、营养学、微生物学和辐照分解等许多学科的研究广度和深度，是任何其他食品加工方法所没有的。研究结果已确认，只要用合乎要求的剂量和在确保能实现预期技术效果的条件下对食品进行辐照的辐照食品是安全的食品。20世纪90年代中期，世界卫生组织WHO回顾了辐照食品的安全与营养平衡的研究，也已得出如下结论：1.辐照不会导致对人类健康有不利影响的食品成分的毒性变化；2.辐照食品不会增加微生物学的危害；3.辐照食品不会导致人们营养供给的损失。1．放射性的污染和放射性物质的诱发食品辐照是外照射，食品同辐射源不接触，不会产生污染。食品中放射能的诱发受射线种类、能量、剂量及食品中含有成分等的影响。而受感应的同位素的半衰期也很重要，倘若半衰期极短，还不等食品到达消费者手中，放射能就消失了。2．毒性物质的生成照射会不会使食品产生有毒物质是一个很复杂的问题。迄今为止，研究结果还未确证