食品技術(shù)原理之第7章資料講解課件

食品加工與保藏原理

第七章食品的輻射保藏

食品輻射(照)的意義及特點(diǎn)食品輻射的基本原理食品的輻照效應(yīng)食品的輻射及其影響因素食品輻照的衛(wèi)生與安全第一節(jié)食品輻射(照)的意義及特點(diǎn)

食品的輻射保藏是是利用射線照射食品，滅菌、殺蟲，抑制鮮活食品的生命活動(dòng)，從而達(dá)到防霉、防腐、延長(zhǎng)食品貨架期目的的一種食品保藏方法。

與微波的區(qū)別：

輻射是利用原子核衰變產(chǎn)生的電磁波來(lái)處理食品，而微波則是將電能轉(zhuǎn)化為電磁波來(lái)處理食品。一、原子輻射研究的歷史發(fā)展1896年，亨利·貝克萊在研究各種物質(zhì)的磷光現(xiàn)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)了放射性。1896年，Roentgen發(fā)現(xiàn)了X射線，并對(duì)這種射線的特性做了完整而準(zhǔn)確的計(jì)算。1898年斯密特和居里夫婦獨(dú)立地觀察到釷化合物發(fā)射類似的射線。同時(shí)居里夫婦從鈾鹽中分離出了一個(gè)新元素，取名鐳(由拉丁詞radius而來(lái)，意為射線)。1921年Schraty獲得X射線殺菌專利。美國(guó)最早于本世紀(jì)四十年代開(kāi)始進(jìn)行輻射(照)保藏食品的研究，當(dāng)時(shí)主要是用于軍事上。1943年發(fā)表了對(duì)漢堡包進(jìn)行輻照殺菌的論文后，美國(guó)由此解決了海軍食品保存問(wèn)題。爾后研究遍及美國(guó)90多所大學(xué)及科研單位。五十年代初前蘇聯(lián)、歐洲和日本也相繼進(jìn)行了廣泛的研究。我國(guó)食品輻射(照)的研究則最早于1958年開(kāi)始，70年代中在四川、河南、天津、北京、上海、東北地區(qū)、湖南、廣東等地相繼開(kāi)展了食品輻照的研究。在國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)、聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)和世界衛(wèi)生組織(WHO)的倡議下，1970年在巴黎成立了“食品輻射(照)國(guó)際計(jì)劃”(IFIP)，先后共有24個(gè)國(guó)家參加該計(jì)劃，分工協(xié)作進(jìn)行研究。1976年三大組織評(píng)定：馬鈴薯、雞肉、小麥、木瓜、草莓中國(guó)1984年批準(zhǔn)7種，一直到97年，基本覆蓋了大多數(shù)食品“冷殺菌”；具有良好的保鮮效果；輻照處理食品能耗低；對(duì)環(huán)境的污染小。投資大設(shè)備特殊。改善工藝質(zhì)量二、食品輻射的特點(diǎn)

IAEA報(bào)道：保藏方法耗能（MJ.t-1）冷藏食品324巴氏消毒828熱殺菌1080輻射滅菌22.68輻照巴氏殺菌2.74冷藏馬鈴薯1080輻照馬鈴薯67.6第二節(jié)食品輻射的基本原理

一、核輻射與半衰期

1、核輻射

a射線：2質(zhì)子2中子

b射線：電子g射線：類似可見(jiàn)光中子：質(zhì)子＝1.5：1發(fā)射α射線中子過(guò)剩質(zhì)子過(guò)剩質(zhì)子捕獲電子人工產(chǎn)生放射性元素：

58Fe（n，γ）59Fe－－－26

16S（n，p）15P－－－32

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(212Po)=3.0×10-7s

用作食品輻射加工的輻射源60Co的半衰期為5.27年，137Cs為30年。二、食品輻射的基本原理

食品輻照時(shí)，射線把能量或電荷傳遞給食品以及食品上的微生物和昆蟲，引起的各種效應(yīng)會(huì)造成它們體內(nèi)的酶鈍化和各種損傷會(huì)迅速影響其整個(gè)生命過(guò)程，導(dǎo)致代謝、生長(zhǎng)異常、損傷擴(kuò)大直至生命死亡。而食品則不同，除了鮮活食品之外均不存在著生命活動(dòng)，鮮活食品的新陳代謝也處在緩慢的階段，輻射所產(chǎn)生的影響是進(jìn)一步延緩了它們后熟的進(jìn)程，符合儲(chǔ)藏的需要。

第三節(jié)食品的輻照效應(yīng)

一、食品輻射加工的計(jì)量單位

1.放射性強(qiáng)度的單位(量度放射性同位素的)

放射性強(qiáng)度是度量放射性強(qiáng)弱的物理量，常用的單位有居里(Ci)、貝克(Bq)和克鐳當(dāng)量。

照射量及其單位

(量度放射性同位素放射出的射線的)

照射量(Exposure)是用來(lái)量度X射線或g射線在空氣中電離能力的物理量，其單位為倫琴(R)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位C/kg

3.吸收劑量、劑量率及其單位

(量度被輻射物體吸收量的,相對(duì)可以信賴的)

被照射物質(zhì)所吸收的射線的能量稱為吸收量，其單位為拉德(rad)或戈瑞(Gy)。1Gy＝1J/kg

劑量當(dāng)量、劑量當(dāng)量率及其單位劑量當(dāng)量就是用來(lái)量度不同類型的輻射所引起的不同的生物學(xué)效應(yīng)，其單位為雷姆(rem)或希沃特(Sv)。單位時(shí)間內(nèi)的劑量當(dāng)量稱為劑量當(dāng)量率，其單位用rem·s-1或rem·h-1等表示。鈷玻璃

二、食品輻射裝置

食品的輻射裝置包括輻射源、防護(hù)設(shè)備、輸送系統(tǒng)和自動(dòng)控制與安全系統(tǒng)。

1.輻射源

輻射源是食品輻射加工的核心部分，它可以分為放射性同位素和電子加速器兩大類。

(1)放射性同位素

60Co輻射源、

137Cs輻射源

(2)電子加速器

電子射線、X射線核廢料99Mo、131Sr、137Cs

電子射線電子射線射程短，密度大，穿透力差，一般適用于食品表面的照射。如對(duì)易腐食品輻射時(shí)，選定適當(dāng)?shù)摹凹铀倌堋保涂墒股渚€不穿透食品內(nèi)部，只進(jìn)行表面殺菌。

X射線

X射線具有高穿透能力，可以用于食品輻射加工。但是由于電子加速器作X射線源效率低，而且能量中包含大量低能部分，難以均勻照射大塊樣品，故沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。

2.防護(hù)設(shè)備3.輸送與安全系統(tǒng)

三、食品輻射效應(yīng)

(一)食品輻射的物理效應(yīng)1.g射線和X射線的作用

康普頓散射、感生放射性2.電子射線的作用

庫(kù)侖散射、庫(kù)侖散射、契連科夫效應(yīng)

電子射線經(jīng)散射、電離軔致輻射等作用后，消耗了大部分能量，速度大為減慢，有的被所經(jīng)過(guò)的原子所俘獲，使原子或原子所在的分子變成負(fù)離子，有的與陽(yáng)離子相碰發(fā)生陰、陽(yáng)離子湮滅，放出兩個(gè)光子，其光子對(duì)被照射物的作用與上述的光子一樣。為了防止被照射物誘發(fā)產(chǎn)生放射性，電子射線的能量不得超過(guò)10MeV，大多數(shù)采用5MeV。

(二)食品輻射的化學(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。食品的輻射處理，發(fā)生化學(xué)變化的物質(zhì)，除了食品本身及包裝材料之外，還有附著在食品表面及內(nèi)部的微生物、昆蟲和寄生蟲等生物體。

直接作用和間接作用約束間接作用的途徑冷凍狀態(tài)輻照真空或惰性氣體中添加游離基受體

輻射化學(xué)效應(yīng)的強(qiáng)弱用G值表示，所謂G值就是介質(zhì)中每吸收100eV能量時(shí)發(fā)生變化的分子數(shù)。

例如：麥芽糖溶液經(jīng)過(guò)輻射發(fā)生降解的G值為4.0，則表示麥芽糖溶液每吸收100eV的輻射能，就有4個(gè)麥芽糖分子發(fā)生降解。不同介質(zhì)的G值可能相差很大，G值大的，輻射引起的化學(xué)效應(yīng)較強(qiáng)烈；G值相同者，吸收劑量大者所引起的化學(xué)效應(yīng)較強(qiáng)烈。例如G值等于3，吸收劑量為1Mrad時(shí)，每千克介質(zhì)發(fā)生變化的摩爾數(shù)為3.1×10-6，劑量提高到6Mrad時(shí)，則每千克發(fā)生變化的摩爾數(shù)達(dá)1.9×10-2。

食品及其他生物有機(jī)體的主要化學(xué)組成是水、蛋白質(zhì)、糖類、脂類及維生素等，這些化合物分子在射線的輻射下會(huì)發(fā)生一系列的化學(xué)變化。

水

大多數(shù)食品均含有豐富的水分，水也是構(gòu)成微生物、昆蟲等生物體的重要成分，食品經(jīng)輻射引起的水分變化十分復(fù)雜。

水輻射的化學(xué)效應(yīng)可概括為：H2O→2.7OH·+0.55H·+2.7e-水化+0.45H2

+0.71H2O2+2.7H3O·

2.蛋白質(zhì)和酶蛋白質(zhì)

結(jié)構(gòu)破壞輻射交聯(lián)輻射降解蛋白質(zhì)輻照時(shí)交聯(lián)與降解同時(shí)發(fā)生，而往往是交聯(lián)大于降解，所以降解常被掩蓋而不易覺(jué)察。

酶

酶的主要組成部分是蛋白質(zhì)，所以輻射對(duì)酶所引起的作用與蛋白質(zhì)類似，酶中所含的巰基(-SH)由于容易氧化會(huì)增大酶對(duì)輻射的敏感性，但在復(fù)雜的食品體系中，由于其他物質(zhì)的伴生存在而使酶得以保護(hù)，欲使酶鈍化需要相當(dāng)大的輻射劑量。

3.糖類

糖類在輻射過(guò)程中發(fā)生的變化主要是降解作用和輻解產(chǎn)物的形成，若干故態(tài)糖類的輻解產(chǎn)物見(jiàn)表7-1。

糖輻解產(chǎn)物G值500krad時(shí)濃度(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-脫氧葡糖酸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輻射不同固態(tài)糖類的主要輻解產(chǎn)物

4.脂類

脂肪和脂肪酸被射線照射時(shí)，飽和脂肪比較穩(wěn)定，而不飽和脂肪容易氧化，出現(xiàn)脫羧、氫化、脫氨等作用。有氧存在時(shí)，由于會(huì)發(fā)生自動(dòng)氧化作用，飽和脂肪也會(huì)被氧化。輻射促進(jìn)自動(dòng)氧化過(guò)程可能是由于促進(jìn)自由基的形成和氫過(guò)氧化物的分解，并使抗氧化劑遭到破壞。

食品中的脂類組分受輻射而產(chǎn)生的化合物，除了有輻射誘導(dǎo)的自動(dòng)氧化產(chǎn)物外，也有非氧化的分解產(chǎn)物。

5.維生素

食品中維生素在輻射中的穩(wěn)定性和食品的性質(zhì)及成分有密切的關(guān)系，其損失率隨著輻射劑量的增大而增大。6.包裝材料

包裝材料(三)食品輻射的生物學(xué)效應(yīng)

一.抑制蔬菜發(fā)芽和果實(shí)后熟

蔬菜中的馬鈴薯和洋蔥，主要是通過(guò)控制其休眠來(lái)進(jìn)行儲(chǔ)藏的。在結(jié)束休眠后，如果溫度和濕度適宜時(shí)，便會(huì)旺盛地發(fā)芽；果實(shí)采收后的成熟現(xiàn)象稱為后熟，后熟的速度影響著儲(chǔ)藏期的長(zhǎng)短。

輻射對(duì)生物體作用的機(jī)理目前尚未十分清楚，但可能與下列原因有關(guān)：由于射線的輻照，細(xì)胞中的DNA和RNA受到損傷，植物體生長(zhǎng)點(diǎn)上的細(xì)胞不能發(fā)生分裂，所以馬鈴薯、洋蔥等經(jīng)輻照后不會(huì)發(fā)芽。參見(jiàn)表7-2。

食品輻照時(shí)，干擾了ATP的合成，使細(xì)胞的核酸減少，抑制了植物體的發(fā)芽。

核酸照射劑量核酸含量(mg·g-1干物質(zhì))

(krad)12月3月4月

0140140154RNA5618384

857

65

0170131170DNA5

108120

8121121123表7-2馬鈴薯經(jīng)輻射后核酸含量的變化

植物組織處于休眠狀態(tài)時(shí)，其生長(zhǎng)點(diǎn)缺乏植物生長(zhǎng)激素或生長(zhǎng)激素被鈍化，若把經(jīng)過(guò)輻射的馬鈴薯放入一種生長(zhǎng)激素—赤霉素酸溶液中，馬鈴薯就開(kāi)始發(fā)芽(表7-3)。對(duì)于具有呼吸高峰的果實(shí)，在高峰開(kāi)始出現(xiàn)前夕，體內(nèi)乙烯的合成明顯增加，從而促進(jìn)成熟的到來(lái)。若在高峰前對(duì)果實(shí)進(jìn)行輻照處理，由于干擾了果實(shí)體內(nèi)乙烯的合成，就能夠抑制其高峰的出現(xiàn)，延長(zhǎng)果實(shí)的儲(chǔ)藏期。

處理法處理數(shù)發(fā)芽率劑量(krad)赤霉素酸濃度(ppm)

5日后10日后15日后20日后80

00008250

716202012020000012250

512172012500

8142020表7-3赤霉素酸對(duì)g輻照的馬鈴薯發(fā)芽的影響

二.導(dǎo)致微生物和昆蟲的死亡

食品經(jīng)輻射后，附著在食品上的微生物和昆蟲發(fā)生了一系列生理學(xué)與生物學(xué)效應(yīng)而導(dǎo)致死亡，其機(jī)理是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，目前還沒(méi)有完全搞清楚，一般認(rèn)為與下面兩點(diǎn)有密切關(guān)系：

(1)造成遺傳物質(zhì)DNA的損傷；

(2)輻射化學(xué)效應(yīng)的產(chǎn)物與細(xì)胞組成發(fā)生反應(yīng)。

第四節(jié)食品的輻射及其影響因素

一、食品輻射的類型

聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)、國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)和世界衛(wèi)生組織(WHO)聯(lián)合專家委員會(huì)把食品輻射分為下列三類：低劑量輻照、中等劑量輻照、大劑量輻照。

二、食品輻射保藏的效果及其影響因素

食品進(jìn)行輻射處理時(shí)，必須根據(jù)食品的種類和預(yù)期的目的，控制輻射劑量和照射條件，才能達(dá)到良好的保藏效果。(一)食品輻射保藏糧食的輻射保藏果蔬的輻射保藏畜、禽、魚肉的輻射保藏香料和調(diào)味品的輻射保藏

(二)提高食品輻射保藏效果的措施食品的輻射