食品工艺学：食品的辐射保藏

食品工艺学第八章食品的辐射保藏主要内容第一节概述第二节辐照的基本概念第三节食品辐照保藏原理第四节辐照对食品质量的影响第五节辐照在食品保藏中的应用第六节食品辐照的安全与法规（自学）第一节概述一、食品辐射保藏的定义及其特点二、辐射保藏的进展三、食品辐照装置定义食品辐射保藏——是利用原子能射线的辐射能量照射食品或原材料，进行杀菌、杀虫、消毒、防霉等加工处理，抑制根类食物的发芽和延迟新鲜食物生理过程的成熟发展，以达到延长食品保藏期的方法和技术。这种技术又称为食品辐照（Foodirradiation）技术。辐照食品——经辐照技术处理后的食品。在我国《辐照食品卫生管理办法》附则中定义：辐照食品是指用钴－60、铯－137产生的γ射线或电子加速器产生的低于10MeV电子束照射加工保藏的食品。食品辐射较其他方法的优越性非热作用：有“冷杀菌”之称。辐照可以在常温或低温下进行，可保持原有的色、香、味和质构，有利于维持食品的质量；节能：与冷冻保藏等相比，能节约能源。据(IAEA）报告，冷藏耗能324MJ/t，巴氏消毒能耗828MJ/t，热杀菌能耗1080MJ/t，辐照灭菌只需要22.68MJ/t。无残留物:与化学保藏法相比，辐照过的食品不会留下任何残留物。穿透力强

辐照技术的另一个特点就是射线（如γ射线）的穿透力强，可以在包装下及不解冻情况下辐照食品，可杀灭深藏在食品内部的害虫、寄生虫和微生物。正因为此，它被大量应用于海关对进口物品（食物、衣物等用品）的防疫处理，以确保进口物品不携带有害生物进入国门。还可与冷冻保藏技术等配合使用，使食品保藏更加完善，这是其他保藏方法所不可比拟的。缺点与局限性投资大,及专门设备来产生辐射线（辐射源）。安全防护：需要提供安全防护措施，以保证辐射线不泄露；对不同产品及不同辐照目的要选择合适的辐照剂量。高剂量下的感观性状变化接受性：目前世界各国允许辐照的食品种类仍差别较大，多数国家要求辐照食品在标签上要加以特别标注。二、辐照保藏的进展1896年，亨利·贝克莱在研究磷光现象时，发现了放射性。同年，Roentgen发现了X射线。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。1921年Schraty获得X射线杀菌专利。目前，全世界已有42个国家和地区批准辐照农产品和食品240多种，年市场销售辐照食品的总量达30多万吨，食品辐照加工已经被FAO/IAEA/WHO推荐为国际重点推广项目。我国辐射食品的现状截止2005年我国辐照食品种类已达7大类56个品种。分别是：据有关统计表明，2005年我国30万居里以上的商用γ辐照装置已达84座，功率5kw以上的电子加速器已达83台。食品辐照技术已成为传统食品加工和贮藏技术的重要补充和完善。辐照豆类、谷物及其制品；辐照干果果脯类；辐照熟畜禽肉类；辐照冷冻包装畜禽肉类；辐照香辛料类；辐照水果、蔬菜类；辐照水产品类。香辛料采用国际惯用辐照杀菌技术处理目前辐照技术在食品加工中的应用抑制微生物的生长繁殖杀灭谷物、豆类中的害虫抑制果蔬发芽化学污染物的降解功能食品的改性三、食品辐照装置辐射源防护措施：8、9、10、21、221.放射性同位素辐射源食品辐照处理上用得最多的是60Coγ射线源，也有采用137Csγ射线辐射源的。（l）钴-60（60Co）辐射源自然界中不存在，是人工制备的同位素源。半衰期为5.25年，衰变后变成稳定同位素镍.（2）铯-137(137Cs）也由工人制备。半衰期30年。但其γ射线能量为0.66MeV，比60Co弱，因此，欲达到60Co相同的功率，需要的贝可数为60Co的4倍。2.辐射装置对人体的危害途径辐射对人体危害的两种途径外照射，即辐射源在人体外部照射内照射，放射性物质通过呼吸道、食道、皮肤或伤口侵入人体，射线在人体内照射。食品辐照一般使用的是严格密封在不锈钢中的60Co辐射源和电子加速器。辐照对人体的危害主要是外辐射造成的。2011年3月16日，福岛每小时330微西弗的辐射量（2.8Sv/年），这相当于正常情况下的约1150倍第二节辐照的基本概念同位素电子壳中子（不同）质子（同）如C10、C11、C12等都是碳的同位素衰变：不稳定的原子核在放射出粒子及能量后可变得较为稳定。半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间。α-射线：相对质量较大，电离能力很强，穿透能力很小β射线

：在空气中射程短，穿透力弱。在生物体内的电离作用较γ射线、x射线强。γ－射线：是一种高能电磁波，波长很短，穿透力强，射程远，一次可照射很多材料。放射性强度：度量放射性强弱的物理量，国际单位贝可勒尔（Bq），常用单位是居里（Ci）。照射量：用来度量X射线或γ射线在空气中电离能力的物理量，单位：库/千克。吸收剂量：在一定范围内的某点处，单位质量被辐照物质所吸收的辐射能的量称为。国际单位为戈瑞（Gy）和拉德（rad），第三节食品辐照保藏的原理一、物理效应二、化学效应三、生物学效应电离作用康普顿散射湮没辐射(电子对效应)感生放射感生放射概念：射线能量大于某一阈值，射线对某些原子核作用会射出中子或其他粒子，因而使被照射物产生了放射性，称为感生放射性。能否产生感生放射性，取决于射线的能量和被辐照射物质的性质：10.5MeV的γ射线对14N照射可使其射出中子，并产生N的放射性同位素；18.8MeV的γ射线对12C照射，可诱发产生放射线；15.5MeV的γ射线对16O照射，下可产生放射线。因此，为了不引起感生放射作用。食品辐照源的能量水平一般不得超过10MeV。二、食品辐照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。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。直接作用:射线与基质直接碰撞间接作用:水分子对辐射很敏感，当它接受了射线的能量后，首先被激活，然后和食品中的其他成分发生反应。

冻结状态、无氧条件、添加游离基的接受体会影响间接作用效果三、食品辐照的生物学效应（一）微生物（二）酶（三）虫类（四）果蔬

在较低剂量的电离辐射作用下，引起某些蛋白质和核蛋白分子的改变，破坏新陈代谢，抑制核糖核酸和脱氧核糖核酸的代射，使自身的生长发育和繁殖能力受到一定的危害。水分子产生的游离基和离子也具有破坏作用。（一）微生物

辐射杀菌主要目的是降低或杀灭食品中的腐败微生物及致病微生物。影响辐射对微生物作用的因素电离辐射杀菌所需剂量辐射对细菌的影响辐射对酵母与霉菌的影响辐射对病毒的影响影响辐射对微生物作用的因素电离辐射对微生物的作用受下列因素的影响：辐照量种类及状态菌株浓度（含菌量）环境（介质化学成分和物理状态）辐照后的贮藏条件等。电离辐射杀菌所需剂量电离辐射杀灭微生物一般以杀灭90％微生物所需的剂量（Gy）来表示，即残存微生物数下降到原菌数10％时所需用的Gy剂量，并用D10值来表示。当知道D10值时，就可以按下式确定辐照灭菌的剂量（D值）。细菌细菌对辐照敏感性因种类不同而异。剂量越高，杀灭率越高。常见几种病原微生物的D10值：菌种基质D10（kGy）菌种基质D10（kGy）肉毒杆菌A食品4啤酒酵母缓冲液2~2.5肉毒杆菌B缓冲液3.3嗜热脂肪芽孢杆菌缓冲液需氧1短小芽孢杆菌缓冲液厌氧3鼠伤寒沙门氏菌冷冻蛋0.7产气荚膜杆菌肉2.1~2.4产黄青霉缓冲液0.4枯菌杆菌缓冲液2~2.5大肠杆菌肉汤0.2沙门氏菌是非芽孢菌中最耐辐照的致病微生物，平均D10值0.6kGy。对禽肉辐照1.5-3.0kGy，可杀灭99.9％到99.999％微生物，其他致病菌都可获得控制。沙门氏菌是常见污染食品的致病菌。工业中常用热处理杀灭该菌，但有些食品不适合用于加热处理，例如对鲜蛋，用4.5-5.0kGy剂量辐照冻蛋，可杀灭污染的沙门氏菌，又可使其风味和制成的蛋制品不发生改变。肉毒芽孢杆菌肉毒芽孢杆菌中能引起食物中毒且耐热性特强，其抗辐射性也强，其D10值在1.9-3.7kGy。肉毒芽抱杆菌的D10值可因菌型和菌株而异．且与被辐照时介质的状态关系很大。酵母与霉菌酵母与霉菌对辐照的敏感性与非芽孢细菌相当。种类不同，其辐照敏感性也有差异。杀灭引起水果腐败和软化的霉菌所需的剂量常高于水果的耐辐照量，对酵母也有类似状况，通过热处理或其他方法再结合低剂量辐照可克服上述缺陷。病毒通常要求使用高剂量辐照（水溶液状态30kGy，干燥状态40kGy）才能使其钝化，过高的剂量时对新鲜食品的质量有影响，因此常用加热与辐照并举的方法，降低辐照剂量及抑制病毒的活性。（二）酶多数食品酶非常耐辐射（其D10达50kGy）这给食品的辐照灭酶保藏带来一定的限制。酶的耐辐射性可用于酶制剂辐射杀菌消毒，则具有比热处理方法优越的特点。（三）虫类寄生虫：猪旋毛虫不育0.12kGy，抑制生长0.2-0.3kGy，致死7.5kGy；

昆虫的辐射效应与其细胞构成密切相关。成虫的性腺细胞对射线相当敏感，低剂量就可起绝育或遗传紊乱等效果，稍高剂量就可将昆虫杀死。损伤作用表现形式：致死、“击倒”、缩短寿命、等。这些作用都在一定的剂量水平发生，而在某些剂量（低剂量）下，甚至可能出现相反的效应，如延长寿命、增加产卵、增进卵的孵化和促进呼吸。辐射灭昆虫的一些处理效果3-5kGy防止食品中昆虫的传播，立即将其杀死；1kGy足以使昆虫在数日内死亡；0.25kGy可使昆虫在数周内死亡，并使存活昆虫不育。一次给予足够的剂量比分次逐步增加的杀灭效果好。对某些昆虫辐照前升高温度，可增加它们对辐照的敏感性；降低大气氧压，将会增加昆虫的耐辐照性。（四）果蔬辐照处理呼吸高峰前的果实，可干扰其乙烯的合成，抑制其高峰的出现，延长果实的贮存期。辐照水果可产生的化学成分变化：VC破坏；原果胶变成果胶质和果胶酸盐；纤维素及淀粉的降解；某些酸的破坏及色素的变化等。（四）果蔬辐照可以改变蔬菜的呼吸率，防止老化，改变化学成分。马铃薯、洋葱等经辐照后可抑制发芽，辐照使组织内脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）受到损伤，干扰了ATP的合成，植物体生长点上的细胞不能发生分裂，而抑制了植物体发芽。辐照蘑菇可防止开伞，延长保鲜期。第四节辐照对食品质量的影响一、蛋白质二、糖类三、脂类四、维生素一、蛋白质变性：从而使蛋白质的三级结构和二级结构遭到破坏，导致蛋白质变性。蛋白质发生凝聚作用，甚至出现一些不溶解的聚集体。降解：用X射线照射血纤蛋白会引起部分裂解，产生较小的碎片。卵清蛋白在等电点照射也发现黏度减小（发生了降解）。高剂量辐照含蛋白质食品：如肉类及禽类、乳类，常会产生变味（辐照味），在低于冻结点的温度下进行辐照可减少辐照味的形成。二、糖类低分子糖类：一定程度的降解多糖：聚合度和粘度下降（见下页）商业辐照剂量下，辐照对糖类熔点、折射率、旋光度和颜色等物理特性影响微小。辐照对马铃薯支链淀粉的聚合度和黏度的影响三、脂类饱和脂肪酸比较稳定，不饱和脂肪酸容易氧化，出现脱梭、氢化、脱氢等作用。辐照促进自动氧化过程：促进自由基形成、氢过氧化物分解，并使抗氧化剂遭到破坏。低剂量（0.5-10.0kGy）辐照含不饱和脂肪的食物表明，过氧化物的形成随剂量的增加而增加。四、维生素各种维生素对不同影响因素的敏感性：各种维生素对不同影响因素的敏感性脂溶性维生素VA和VE：是脂溶性维生素中对辐照最敏感的。牛肉在氮气中经20kGy剂量辐照，维生素A破坏率达66%；禽肉在氮气中分别经10kGy、20kGy和40kGy的辐照，其维生素A的降解率分别达58％、72％和95%；全脂牛乳经2.4kGy的辐照，维生素E将损失40%；VD食物中的维生素D对辐照似乎是相当稳定。鲤鱼油经几十千戈瑞剂量辐照，都没有发现维生素D的破坏。水溶性维生素

VBl和VC对辐照最敏感：低于5kGy时，VC损失很少超过20％～30％。维生素辐照损失数量受剂量、温度、氧气存在与食品类型等的影响。一般来说，在无氧或低温条件下辐照可减少食品中任何维生素的损失。第五节辐照在食品保藏中的应用一、食品辐照保藏二、食品辐照加工三、辐照的其他应用四、影响食品辐照效果的因素五、辐射食品的包装应用于食品的辐照类型辐射阿氏杀菌

此杀菌也称商业性杀菌，所使用的辐射剂量可以使食品中的微生物数量减少到零或有限个数。在这种辐射处理以后，食品可在任何条件下贮藏，但要防止再污染。剂量范围为10-100kGy。辐射巴氏杀菌

此杀菌只杀灭无芽孢病原细菌(除病毒外)。所使用的辐射剂量使在食品检测时不出现无芽孢病原菌(如沙门氏菌)。剂量范围为5-10kGy。

辐射耐贮杀菌

这种辐射处理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。所用剂量在5kGy以下。辐照在食品保藏中的应用二、食品辐照保藏果蔬类粮食类畜、禽肉及水产类蛋类果蔬类果蔬辐照的目的：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。促进水果中色素的合成、使涩柿提前脱涩和增加葡萄的出汁率。蔬菜的辐照处理：主要是抑制发芽，杀死寄生虫。辐照延迟水果的后熟期对香蕉等热带水果十分有效：香蕉：对绿色香蕉辐照剂量常低于0.5kGy，但对有机械伤的香蕉一般无效。木瓜：用1kGy剂量即可延迟木瓜的成熟。芒果：0.4kGy剂量辐照可延长保藏期8d，用1.5kGy可完全杀死果实中的害虫。粮食类造成粮食耗损的重要原因之一是昆虫的危害和霉菌活动导致的霉烂变质。3．畜、禽肉及水产类针对沙门氏菌等非芽孢菌的处理：1.5-3.0kGy剂量可获得99.9％至99.999％的灭菌率；与加热联合处理：加热使鲜肉内温度升到70℃保持30min，使其蛋白分解酶完全钝化后才进行辐照。辐照与冷藏结合处理：用辐照处理冷藏或冷冻家禽，杀灭沙门氏菌和弯曲杆菌，处理猪肉使旋毛虫幼虫失活。蛋类沙门氏菌为辐射处理的对象菌。剂量：辐照巴氏杀菌剂量，效果：蛋液及冰蛋液效果较