第六章食品的辐照保藏

第六章食品的辐照保藏1第1页，共48页，2023年，2月20日，星期一Contents食品辐射的基本原理2食品的辐射及其影响因素4食品辐射(照)的意义及特点31食品的辐照效应33食品辐照的卫生与安全35第2页，共48页，2023年，2月20日，星期一教学目标了解食品辐射(照)的意义及特点；掌握食品辐射的基本原理；熟悉食品的辐照效应；了解食品的辐射及其影响因素；了解食品辐照的卫生与安全；第3页，共48页，2023年，2月20日，星期一6.1食品辐射(照)的意义及特点第4页，共48页，2023年，2月20日，星期一

食品的辐射保藏是是利用射线照射食品，灭菌、杀虫，抑制鲜活食品的生命活动，从而达到防霉、防腐、延长食品货架期目的的一种食品保藏方法。

第5页，共48页，2023年，2月20日，星期一与微波的区别：

辐射是利用原子核衰变产生的电磁波来处理食品，而微波则是将电能转化为电磁波来处理食品。第6页，共48页，2023年，2月20日，星期一1896年，亨利·贝克莱在研究各种物质的磷光现象时，发现了放射性。1896年，Roentgen发现了X射线，并对这种射线的特性做了完整而准确的计算。1898年斯密特和居里夫妇独立地观察到钍化合物发射类似的射线。同时居里夫妇从铀盐中分离出了一个新元素，取名镭(由拉丁词radius而来，意为射线)。1921年Schraty获得X射线杀菌专利。一、原子辐射研究的历史发展第7页，共48页，2023年，2月20日，星期一美国最早于本世纪四十年代开始进行辐射(照)保藏食品的研究，当时主要是用于军事上。1943年发表了对汉堡包进行辐照杀菌的论文后，美国由此解决了海军食品保存问题。尔后研究遍及美国90多所大学及科研单位。五十年代初前苏联、欧洲和日本也相继进行了广泛的研究。我国食品辐射(照)的研究则最早于1958年开始，70年代中在四川、河南、天津、北京、上海、东北地区、湖南、广东等地相继开展了食品辐照的研究。在国际原子能机构(IAEA)、联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)的倡议下，1970年在巴黎成立了“食品辐射(照)国际计划”(IFIP)，先后共有24个国家参加该计划，分工协作进行研究。第8页，共48页，2023年，2月20日，星期一“冷杀菌”；具有良好的保鲜效果；辐照处理食品能耗低；对环境的污染小。

二、食品辐射的特点第9页，共48页，2023年，2月20日，星期一6.2食品辐射的基本原理

第10页，共48页，2023年，2月20日，星期一1、核辐射α-射线：是高速运动的氦核，电离作用很强，但穿透能力极弱，可被空气分子吸收，不能用于食品的杀菌；β-射线：是高速运动的电子束，电离作用比α-射线弱，穿透力比α-射线强；γ-射线：是波长非常短的电磁波束，是从60Co和137Cs等元素的被激发的核中发射出来的，能量较高，穿透能力相当强，但电离能力比α-，β-射线弱。一、核辐射与半衰期第11页，共48页，2023年，2月20日，星期一2、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

用作食品辐射加工的辐射源60Co的半衰期为5.27年，137Cs为30年。第12页，共48页，2023年，2月20日，星期一二、食品辐射的基本原理

食品辐照时，射线把能量或电荷传递给食品以及食品上的微生物和昆虫，引起的各种效应会造成它们体内的酶钝化和各种损伤会迅速影响其整个生命过程，导致代谢、生长异常、损伤扩大直至生命死亡。而食品则不同，除了鲜活食品之外均不存在着生命活动，鲜活食品的新陈代谢也处在缓慢的阶段，辐射所产生的影响是进一步延缓了它们后熟的进程，符合储藏的需要。

第13页，共48页，2023年，2月20日，星期一1.放射性强度的单位(量度放射性同位素的)

放射性强度是度量放射性强弱的物理量，常用的单位有居里(Ci)、贝克(Bq)和克镭当量。

三、食品辐射加工的计量单位第14页，共48页，2023年，2月20日，星期一

2.照射量及其单位(量度放射性同位素放射出的射线的)

照射量(Exposure)是用来量度X射线或g射线在空气中电离能力的物理量，其单位为伦琴(R)。照射量/伦琴(roentgen,R)：度量X-ray或γ-射线在空气中的电离能力，单位为R，SI制单位为库仑/千克（C/kg）。在标准状况(0℃，101.325kPa)下，使每1cm3干空气产生2.08×109离子对的射线照射量为1R。

1R＝2.58×10-4C/kg;第15页，共48页，2023年，2月20日，星期一

3.吸收剂量、剂量率及其单位

(量度被辐射物体吸收量的)

被照射物质所吸收的射线的能量称为吸收量，其单位为拉德(rad)或戈瑞(Gy)。戈瑞(Gray,Gy)：照射剂量的单位，1kg任何物体吸收1J的辐射能即为1Gy，即1Gy=1J/kg。电子伏特（eV）：即1个电子在真空中通过电压1伏特的电场被加速时所获得的能量。

1keV＝103eV，1MeV＝106eV＝1.6×10-13kJ第16页，共48页，2023年，2月20日，星期一

剂量当量、剂量当量率及其单位剂量当量就是用来量度不同类型的辐射所引起的不同的生物学效应，其单位为雷姆(rem)或希沃特(Sv)。单位时间内的剂量当量称为剂量当量率，其单位用rem·s-1或rem·h-1等表示。

第17页，共48页，2023年，2月20日，星期一四、食品辐射装置

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。第18页，共48页，2023年，2月20日，星期一1.辐射源

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。

(1)放射性同位素

60Co辐射源、

137Cs辐射源

(2)电子加速器

电子射线、X射线第19页，共48页，2023年，2月20日，星期一

电子射线电子射线射程短，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。X射线

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。

(2)电子加速器第20页，共48页，2023年，2月20日，星期一

2.防护设备3.输送与安全系统第21页，共48页，2023年，2月20日，星期一6.3食品辐射效应

一、食品辐射的物理效应二、食品辐射的化学效应三、食品辐射的生物学效应第22页，共48页，2023年，2月20日，星期一

一、食品辐射的物理效应1.g射线和X射线的作用

康普顿散射、感生放射性2.电子射线的作用

库仑散射、库仑散射、契连科夫效应第23页，共48页，2023年，2月20日，星期一

电子射线经散射、电离轫致辐射等作用后，消耗了大部分能量，速度大为减慢，有的被所经过的原子所俘获，使原子或原子所在的分子变成负离子，有的与阳离子相碰发生阴、阳离子湮灭，放出两个光子，其光子对被照射物的作用与上述的光子一样。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。

第24页，共48页，2023年，2月20日，星期一

辐射的化学效应是指被辐射物质中的分子所发生的化学变化。食品的辐射处理，发生化学变化的物质，除了食品本身及包装材料之外，还有附着在食品表面及内部的微生物、昆虫和寄生虫等生物体。

二、食品辐射的化学效应第25页，共48页，2023年，2月20日，星期一

辐射化学效应的强弱用G值表示，所谓G值就是介质中每吸收100eV能量时发生变化的分子数。

例如：麦芽糖溶液经过辐射发生降解的G值为4.0，则表示麦芽糖溶液每吸收100eV的辐射能，就有4个麦芽糖分子发生降解。不同介质的G值可能相差很大，G值大的，辐射引起的化学效应较强烈；G值相同者，吸收剂量大者所引起的化学效应较强烈。例如G值等于3，吸收剂量为1Mrad时，每千克介质发生变化的摩尔数为3.1×10-6，剂量提高到6Mrad时，则每千克发生变化的摩尔数达1.9×10-2。第26页，共48页，2023年，2月20日，星期一

食品及其他生物有机体的主要化学组成是水、蛋白质、糖类、脂类及维生素等，这些化合物分子在射线的辐射下会发生一系列的化学变化。

第27页，共48页，2023年，2月20日，星期一1.水

大多数食品均含有丰富的水分，水也是构成微生物、昆虫等生物体的重要成分，食品经辐射引起的水分变化十分复杂。

水辐射的化学效应可概括为：H2O→2.7OH·+0.55H·+2.7e-水化+0.45H2

+0.71H2O2+2.7H3O·第28页，共48页，2023年，2月20日，星期一2.蛋白质和酶

（1）蛋白质结构破坏辐射交联辐射降解

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。

第29页，共48页，2023年，2月20日，星期一

（2）酶

酶的主要组成部分是蛋白质，所以辐射对酶所引起的作用与蛋白质类似，酶中所含的巯基(-SH)由于容易氧化会增大酶对辐射的敏感性，但在复杂的食品体系中，由于其他物质的伴生存在而使酶得以保护，欲使酶钝化需要相当大的辐射剂量。第30页，共48页，2023年，2月20日，星期一3.糖类

糖类在辐射过程中发生的变化主要是降解作用和辐解产物的形成，若干故态糖类的辐解产物见表7-1。

第31页，共48页，2023年，2月20日，星期一

糖辐解产物G值500krad时浓度(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-脱氧葡糖酸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辐射不同固态糖类的主要辐解产物

第32页，共48页，2023年，2月20日，星期一4.脂类

脂肪和脂肪酸被射线照射时，饱和脂肪比较稳定，而不饱和脂肪容易氧化，出现脱羧、氢化、脱氨等作用。有氧存在时，由于会发生自动氧化作用，饱和脂肪也会被氧化。辐射促进自动氧化过程可能是由于促进自由基的形成和氢过氧化物的分解，并使抗氧化剂遭到破坏。

食品中的脂类组分受辐射而产生的化合物，除了有辐射诱导的自动氧化产物外，也有非氧化的分解产物。

第33页，共48页，2023年，2月20日，星期一5.维生素

食品中维生素在辐射中的稳定性和食品的性质及成分有密切的关系，其损失率随着辐射剂量的增大而增大。

第34页，共48页，2023年，2月20日，星期一

三、食品辐射的生物学效应1.抑制蔬菜发芽和果实后熟

蔬菜中的马铃薯和洋葱，主要是通过控制其休眠来进行储藏的。在结束休眠后，如果温度和湿度适宜时，便会旺盛地发芽；果实采收后的成熟现象称为后熟，后熟的速度影响着储藏期的长短。第35页，共48页，2023年，2月20日，星期一

辐射对生物体作用的机理目前尚未十分清楚，但可能与下列原因有关：由于射线的辐照，细胞中的DNA和RNA受到损伤，植物体生长点上的细胞不能发生分裂，所以马铃薯、洋葱等经辐照后不会发芽。参见表7-2。

食品辐照时，干扰了ATP的合成，使细胞的核酸减少，抑制了植物体的发芽。第36页，共48页，2023年，2月20日，星期一

核酸照射剂量核酸含量(mg·g-1干物质)

(krad)12月3月4月

0140140154RNA5618384

857

65

0170131170DNA5

108120

8121121123表7-2马铃薯经辐射后核酸含量的变化

第37页，共48页，2023年，2月20日，星期一

植物组织处于休眠状态时，其生长点缺乏植物生长激素或生长激素被钝化，若把经过辐射的马铃薯放入一种生长激素—赤霉素酸溶液中，马铃薯就开始发芽(表7-3)。对于具有呼吸高峰的果实，在高峰开始出现前夕，体内乙烯的合成明显增加，从而促进成熟的到来。若在高峰前对果实进行辐照处理，由于干扰了果实体内乙烯的合成，就能够抑制其高峰的出现，延长果实的储藏期。

第38页，共48页，2023年，2月20日，星期一

处理法处理数发芽率剂量(krad)赤霉素酸浓度(ppm)

5日后10日后15日后20日后80

00008250

716202012020000012250

512172012500

8142020表7-3赤霉素酸对g辐照的马铃薯发芽的影响

第39页，共48页，2023年，2月20日，星期一2.导致微生物和昆虫的死亡

食品经辐射后，附着在食品上的微生物和昆虫发生了一系列生理学与生物学效应而导致死亡，其机理是一个十分复杂的问题，目前还没有完全搞清楚，一般认为与下面两点有密切关系：

(1)造成遗传物质DNA的损伤；

(2)辐射化学效应的产物与细胞组成发生反应。

第40页，共48页，2023年，2月20日，星期一辐射食品获得法律认可的情况保藏目的食品种类剂量（kGy）杀菌冻虾、冻家禽、香肠、调味品等<30脱水蔬菜和干果、鱼类、谷类<10

水产品、熟虾、冻肉、冷藏肉<5

杀虫

谷物、花生、水产品、干酪

<1抑制发芽马铃薯、洋葱、大蒜等<0.15抑制生长蘑菇、芦笋等

<3

生鲜食品

<1

延迟成熟芒果、番茄、热带水果、生鲜品<1

各种辐射<10第41页，共48页，2023年，2月20日，星期一6.4食品的辐射及其影响因素

第42页，共48页，2