-食品的辐射保藏

第七章食品的辐射保藏

主要参考书曾庆孝主编，芮汉明，李汴生副主编，食品加工与保藏原理，北京：化学工业出版社，2002.11

陈其勋主编，中国食品辐照进展，北京：原子能出版社，1998.12

李承华，辐射技术基础，北京：原子能出版社，1988

FAO/IEAE/WHO，辐射食品卫生，北京：原子能出版社，1983，5~6食品辐射(照)的意义及特点食品辐射的基本原理食品的辐照效应食品的辐射及其影响因素食品辐照的卫生与安全

本章思考题：简述食品的辐射保藏机理。试解释“G值”的含义。食品辐射常用的辐射源有哪些？从食品安全的角度出发，辐射的能量应控制在多少以下？思考题辐射的类型有哪些？各自的特点及其适用性是什么？辐射有哪些化学效应及生物学效应？讨论辐射保藏食品的原理。简述辐射食品的检测方法。第一节食品辐射(照)的意义及特点

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。

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。一、原子辐射研究的历史发展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。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。“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

第二节食品辐射的基本原理

辐射基本原理一、辐射类型低频辐射（非电离辐射）：辐射源波长较长、产生能量小（频率低），仅能使物质分子产生转动或振动而产生热，可起到加热杀菌的作用。高频辐射（电离辐射）：辐射源频率较高、产生能量大，如X-，γ-射线，可使物质的原子受到激发或电离，因而可起到杀菌作用（冷杀菌）。α-射线：相对质量较大，电离能力大，穿透能力小。β-射线：为α-射线质量的几千分之一，点电量为其一倍，穿透能力比α-射线大。

γ-射线：电离能力比α-、β-射线小，但穿透能力比它们大。X-射线：电离能力小，穿透能力很强。都具有使被辐射物质的原子或分子发生电离作用的能力和不同穿透程度的能力。电离辐射一、核辐射与半衰期

1、核辐射

a射线

b射线

g射线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。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。

第三节食品的辐照效应

二、辐射单位一、食品辐射加工的计量单位

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。

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)。

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)。

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。

二、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。

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

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.防护设备3.输送与安全系统

三、食品辐射效应

(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

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。

(二)食品辐射的化学效应

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。

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。

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。

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·

2.蛋白质和酶蛋白质

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。

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。

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。

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

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。

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。

二、辐射的生物学效应1.辐射对微生物的作用（1）直接效应——细胞内蛋白质、DNA受损，即DNA分子碱基发生分解或氢键断裂等，致使微生物细胞活动紊乱，甚至停止。——细胞膜受损，酶释放出来，酶功能紊乱，干扰微生物代谢，使新陈代谢中断，从而使微生物死亡。（2）间接效应当水分子被激活和电离后，成为游离基，起氧化还原作用，这些激活的水分子就与微生物内的生理活性物质相互作用，而使细胞生理机能受到影响。（3）微生物对辐射的敏感性D10：辐射处理后残存微生物下降到原数的10%所需要的辐射剂量，表示某种微生物对辐射的敏感性。

tomenu微生物对辐射的敏感度：G-＞G＋＞酵母＞霉菌

NDlog—=—N0D10

N0－最初的微生物数N－使用D剂量后残留的微生物数D－初期使用剂量D10－微生物残存数减到原数10%时的剂量2.辐射对病毒的作用通常使用高达30KGy的剂量才能抑制病毒的活性。3.辐射对昆虫的作用辐射敏感性与昆虫细胞的生殖活性成正比，与它们的分化程度成反比。4.辐射对寄生虫的作用辐射可使寄生虫不育或死亡。

(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。

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。

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

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。

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

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。

第四节食品的辐射及其影响因素

一、食品辐射的类型

联合国粮农组织(FAO)、国际原子能机构(IAEA)和世界卫生组织(WHO)联合专家委员会把食品辐射分为下列三类：低剂量辐照、中等剂量辐照、大剂量辐照。一、辐射保藏的三种形式1.辐射阿氏杀菌（radappertization）所使用的辐射剂量（10～50KGy）可以使食品中的微生物数量减少到零或有限个数。这种辐射处理后，食品可在任何条件下贮藏，但要防止再污染。2.辐射巴氏杀菌（radicidation）只杀灭无芽孢病原细菌（除病毒外）。所使用的辐射剂量（5～10KGy）使食品在检测时不出现无芽孢病原菌（如沙门氏菌）。3.辐射耐储杀菌（radurization）能提高食品的贮藏性，降低腐败菌的原发菌数，并延长新鲜食品的后熟期及保藏期，辐射剂量在5KGy以下。二、现有的一些商业化应用1.果蔬类防止微生物的腐败作用控制害虫感染及蔓延延缓后熟期，防止老化（1）辐射对水果的影响对于有呼吸变换期的水果，在其呼吸率达最小值时是辐射处理的关键时刻。在此时辐射能抑制其后熟期，主要是能改变体内乙烯的生成率从而影响其生理活动。辐射能使水果的化学成分发生变化，如维生素C的破坏、原果胶变成果胶及果胶酸盐、纤维素及淀粉的降解、某些酸的破坏及色素的变化等。——辐射在水果中的商业化应用①控制辐射剂量，杀灭霉菌②辐射水果抑虫③延迟后熟期，对香蕉等热带水果十分有效④增强水果中色素的合成（2）辐射对蔬菜的影响辐射可影响新鲜蔬菜的代谢反应，如改变蔬菜的呼吸率，防止老化，改变其化学成分等，作用效果与辐射剂量有关。。根菜类如土豆、洋葱等辐射后可抑制发芽，在光照下皮层也不发绿，但辐照剂量过高，会腐烂。辐照可防止蘑菇开伞，延迟后熟。——辐射在蔬菜中的商业化应用抑制发芽，延缓新陈代谢作用2.谷类及其制品:以控制虫害及其蔓延为主。3.肉禽类(1)高剂量辐射处理处理后不需要冷冻保藏。所用辐射剂量能破坏抗辐射性强的肉毒梭状芽孢杆菌菌株，对低盐、无酸的肉类使用剂量为4.5Mrad，产品必须密闭包装防止辐射后再受微生物污染。(2)低剂量辐射处理:处理后需冷冻保藏。4.水产品高剂量辐射处理效果同于肉类，但异味不如肉类明显。低剂量辐射常与3℃左右的冷藏结合。使用最高剂量为300Krad。5.蛋类应用辐射巴氏杀菌剂量，杀灭其中的沙门氏菌。蛋白质受到辐射降解而使蛋液粘度降低。

二、食品辐射保藏的效果及其影响因素

食品进行辐射处理时，必须根据食品的种类和预期的目的，控制辐射剂量和照射条件，才能达到良好的保藏效果。(一)食品辐射保藏粮食的辐射保藏果蔬的辐射保藏畜、禽、鱼肉的辐射保藏香料和调味品的辐射保藏

(二)提高食品辐射保藏效果的措施食品的辐射保藏处理，欲取得满意的效果除了根据食品的种类和辐射目的采用适宜的辐射剂量外，还可以采取一些辅助措施，以便提高辐射的效果或降低辐射剂量，保护食品的营养成分少受损失。

添加化学药品改变温度条件改变气体条件合理包装低温储藏

第五节食品辐照的卫生与安全

FAO、IAEA和WHO联合专家委员会于1980年10月27日至11月3日在日内瓦召开了关于辐照食品卫生会议。依据以前各届专家委员会的建议和这些机构组织的其他技术或法律专家会议所作出的结论，允许食品辐照的最大能量水平是：电子射线为10MeV；g射线和X射线为5MeV。

另外，通过以下五个方面的研究：1、食品的辐照剂量2、食品的包装方法和包装材料3、辐射化学4、动物或家畜喂养实验5、辐照食品的毒理学研究

FAO、IAEA和WHO联合专家委员会得出结论，任何商品食物辐照总平均剂量达10kGy水平时，不具有毒理学上的危害性，这样处理的食品