食品工藝學(xué)：食品的輻射保藏

食品工藝學(xué)第八章食品的輻射保藏主要內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)輻照的基本概念第三節(jié)食品輻照保藏原理第四節(jié)輻照對(duì)食品質(zhì)量的影響第五節(jié)輻照在食品保藏中的應(yīng)用第六節(jié)食品輻照的安全與法規(guī)（自學(xué)）第一節(jié)概述一、食品輻射保藏的定義及其特點(diǎn)二、輻射保藏的進(jìn)展三、食品輻照裝置定義食品輻射保藏——是利用原子能射線的輻射能量照射食品或原材料，進(jìn)行殺菌、殺蟲、消毒、防霉等加工處理，抑制根類食物的發(fā)芽和延遲新鮮食物生理過(guò)程的成熟發(fā)展，以達(dá)到延長(zhǎng)食品保藏期的方法和技術(shù)。這種技術(shù)又稱為食品輻照（Foodirradiation）技術(shù)。輻照食品——經(jīng)輻照技術(shù)處理后的食品。在我國(guó)《輻照食品衛(wèi)生管理辦法》附則中定義：輻照食品是指用鈷－60、銫－137產(chǎn)生的γ射線或電子加速器產(chǎn)生的低于10MeV電子束照射加工保藏的食品。食品輻射較其他方法的優(yōu)越性非熱作用：有“冷殺菌”之稱。輻照可以在常溫或低溫下進(jìn)行，可保持原有的色、香、味和質(zhì)構(gòu)，有利于維持食品的質(zhì)量；節(jié)能：與冷凍保藏等相比，能節(jié)約能源。據(jù)(IAEA）報(bào)告，冷藏耗能324MJ/t，巴氏消毒能耗828MJ/t，熱殺菌能耗1080MJ/t，輻照滅菌只需要22.68MJ/t。無(wú)殘留物:與化學(xué)保藏法相比，輻照過(guò)的食品不會(huì)留下任何殘留物。穿透力強(qiáng)

輻照技術(shù)的另一個(gè)特點(diǎn)就是射線（如γ射線）的穿透力強(qiáng)，可以在包裝下及不解凍情況下輻照食品，可殺滅深藏在食品內(nèi)部的害蟲、寄生蟲和微生物。正因?yàn)榇?，它被大量?yīng)用于海關(guān)對(duì)進(jìn)口物品（食物、衣物等用品）的防疫處理，以確保進(jìn)口物品不攜帶有害生物進(jìn)入國(guó)門。還可與冷凍保藏技術(shù)等配合使用，使食品保藏更加完善，這是其他保藏方法所不可比擬的。缺點(diǎn)與局限性投資大,及專門設(shè)備來(lái)產(chǎn)生輻射線（輻射源）。安全防護(hù)：需要提供安全防護(hù)措施，以保證輻射線不泄露；對(duì)不同產(chǎn)品及不同輻照目的要選擇合適的輻照劑量。高劑量下的感觀性狀變化接受性：目前世界各國(guó)允許輻照的食品種類仍差別較大，多數(shù)國(guó)家要求輻照食品在標(biāo)簽上要加以特別標(biāo)注。二、輻照保藏的進(jìn)展1896年，亨利·貝克萊在研究磷光現(xiàn)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)了放射性。同年，Roentgen發(fā)現(xiàn)了X射線。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。1921年Schraty獲得X射線殺菌專利。目前，全世界已有42個(gè)國(guó)家和地區(qū)批準(zhǔn)輻照農(nóng)產(chǎn)品和食品240多種，年市場(chǎng)銷售輻照食品的總量達(dá)30多萬(wàn)噸，食品輻照加工已經(jīng)被FAO/IAEA/WHO推薦為國(guó)際重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。我國(guó)輻射食品的現(xiàn)狀截止2005年我國(guó)輻照食品種類已達(dá)7大類56個(gè)品種。分別是：據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，2005年我國(guó)30萬(wàn)居里以上的商用γ輻照裝置已達(dá)84座，功率5kw以上的電子加速器已達(dá)83臺(tái)。食品輻照技術(shù)已成為傳統(tǒng)食品加工和貯藏技術(shù)的重要補(bǔ)充和完善。輻照豆類、谷物及其制品；輻照干果果脯類；輻照熟畜禽肉類；輻照冷凍包裝畜禽肉類；輻照香辛料類；輻照水果、蔬菜類；輻照水產(chǎn)品類。香辛料采用國(guó)際慣用輻照殺菌技術(shù)處理目前輻照技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用抑制微生物的生長(zhǎng)繁殖殺滅谷物、豆類中的害蟲抑制果蔬發(fā)芽化學(xué)污染物的降解功能食品的改性三、食品輻照裝置輻射源防護(hù)措施：8、9、10、21、221.放射性同位素輻射源食品輻照處理上用得最多的是60Coγ射線源，也有采用137Csγ射線輻射源的。（l）鈷-60（60Co）輻射源自然界中不存在，是人工制備的同位素源。半衰期為5.25年，衰變后變成穩(wěn)定同位素鎳.（2）銫-137(137Cs）也由工人制備。半衰期30年。但其γ射線能量為0.66MeV，比60Co弱，因此，欲達(dá)到60Co相同的功率，需要的貝可數(shù)為60Co的4倍。2.輻射裝置對(duì)人體的危害途徑輻射對(duì)人體危害的兩種途徑外照射，即輻射源在人體外部照射內(nèi)照射，放射性物質(zhì)通過(guò)呼吸道、食道、皮膚或傷口侵入人體，射線在人體內(nèi)照射。食品輻照一般使用的是嚴(yán)格密封在不銹鋼中的60Co輻射源和電子加速器。輻照對(duì)人體的危害主要是外輻射造成的。2011年3月16日，福島每小時(shí)330微西弗的輻射量（2.8Sv/年），這相當(dāng)于正常情況下的約1150倍第二節(jié)輻照的基本概念同位素電子殼中子（不同）質(zhì)子（同）如C10、C11、C12等都是碳的同位素衰變：不穩(wěn)定的原子核在放射出粒子及能量后可變得較為穩(wěn)定。半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變時(shí)所需要的時(shí)間。α-射線：相對(duì)質(zhì)量較大，電離能力很強(qiáng)，穿透能力很小β射線

：在空氣中射程短，穿透力弱。在生物體內(nèi)的電離作用較γ射線、x射線強(qiáng)。γ－射線：是一種高能電磁波，波長(zhǎng)很短，穿透力強(qiáng)，射程遠(yuǎn)，一次可照射很多材料。放射性強(qiáng)度：度量放射性強(qiáng)弱的物理量，國(guó)際單位貝可勒爾（Bq），常用單位是居里（Ci）。照射量：用來(lái)度量X射線或γ射線在空氣中電離能力的物理量，單位：庫(kù)/千克。吸收劑量：在一定范圍內(nèi)的某點(diǎn)處，單位質(zhì)量被輻照物質(zhì)所吸收的輻射能的量稱為。國(guó)際單位為戈瑞（Gy）和拉德（rad），第三節(jié)食品輻照保藏的原理一、物理效應(yīng)二、化學(xué)效應(yīng)三、生物學(xué)效應(yīng)電離作用康普頓散射湮沒(méi)輻射(電子對(duì)效應(yīng))感生放射感生放射概念：射線能量大于某一閾值，射線對(duì)某些原子核作用會(huì)射出中子或其他粒子，因而使被照射物產(chǎn)生了放射性，稱為感生放射性。能否產(chǎn)生感生放射性，取決于射線的能量和被輻照射物質(zhì)的性質(zhì)：10.5MeV的γ射線對(duì)14N照射可使其射出中子，并產(chǎn)生N的放射性同位素；18.8MeV的γ射線對(duì)12C照射，可誘發(fā)產(chǎn)生放射線；15.5MeV的γ射線對(duì)16O照射，下可產(chǎn)生放射線。因此，為了不引起感生放射作用。食品輻照源的能量水平一般不得超過(guò)10MeV。二、食品輻照的化學(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。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)。直接作用:射線與基質(zhì)直接碰撞間接作用:水分子對(duì)輻射很敏感，當(dāng)它接受了射線的能量后，首先被激活，然后和食品中的其他成分發(fā)生反應(yīng)。

凍結(jié)狀態(tài)、無(wú)氧條件、添加游離基的接受體會(huì)影響間接作用效果三、食品輻照的生物學(xué)效應(yīng)（一）微生物（二）酶（三）蟲類（四）果蔬

在較低劑量的電離輻射作用下，引起某些蛋白質(zhì)和核蛋白分子的改變，破壞新陳代謝，抑制核糖核酸和脫氧核糖核酸的代射，使自身的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖能力受到一定的危害。水分子產(chǎn)生的游離基和離子也具有破壞作用。（一）微生物

輻射殺菌主要目的是降低或殺滅食品中的腐敗微生物及致病微生物。影響輻射對(duì)微生物作用的因素電離輻射殺菌所需劑量輻射對(duì)細(xì)菌的影響輻射對(duì)酵母與霉菌的影響輻射對(duì)病毒的影響影響輻射對(duì)微生物作用的因素電離輻射對(duì)微生物的作用受下列因素的影響：輻照量種類及狀態(tài)菌株濃度（含菌量）環(huán)境（介質(zhì)化學(xué)成分和物理狀態(tài)）輻照后的貯藏條件等。電離輻射殺菌所需劑量電離輻射殺滅微生物一般以殺滅90％微生物所需的劑量（Gy）來(lái)表示，即殘存微生物數(shù)下降到原菌數(shù)10％時(shí)所需用的Gy劑量，并用D10值來(lái)表示。當(dāng)知道D10值時(shí)，就可以按下式確定輻照滅菌的劑量（D值）。細(xì)菌細(xì)菌對(duì)輻照敏感性因種類不同而異。劑量越高，殺滅率越高。常見幾種病原微生物的D10值：菌種基質(zhì)D10（kGy）菌種基質(zhì)D10（kGy）肉毒桿菌A食品4啤酒酵母緩沖液2~2.5肉毒桿菌B緩沖液3.3嗜熱脂肪芽孢桿菌緩沖液需氧1短小芽孢桿菌緩沖液厭氧3鼠傷寒沙門氏菌冷凍蛋0.7產(chǎn)氣莢膜桿菌肉2.1~2.4產(chǎn)黃青霉緩沖液0.4枯菌桿菌緩沖液2~2.5大腸桿菌肉湯0.2沙門氏菌是非芽孢菌中最耐輻照的致病微生物，平均D10值0.6kGy。對(duì)禽肉輻照1.5-3.0kGy，可殺滅99.9％到99.999％微生物，其他致病菌都可獲得控制。沙門氏菌是常見污染食品的致病菌。工業(yè)中常用熱處理殺滅該菌，但有些食品不適合用于加熱處理，例如對(duì)鮮蛋，用4.5-5.0kGy劑量輻照凍蛋，可殺滅污染的沙門氏菌，又可使其風(fēng)味和制成的蛋制品不發(fā)生改變。肉毒芽孢桿菌肉毒芽孢桿菌中能引起食物中毒且耐熱性特強(qiáng)，其抗輻射性也強(qiáng)，其D10值在1.9-3.7kGy。肉毒芽抱桿菌的D10值可因菌型和菌株而異．且與被輻照時(shí)介質(zhì)的狀態(tài)關(guān)系很大。酵母與霉菌酵母與霉菌對(duì)輻照的敏感性與非芽孢細(xì)菌相當(dāng)。種類不同，其輻照敏感性也有差異。殺滅引起水果腐敗和軟化的霉菌所需的劑量常高于水果的耐輻照量，對(duì)酵母也有類似狀況，通過(guò)熱處理或其他方法再結(jié)合低劑量輻照可克服上述缺陷。病毒通常要求使用高劑量輻照（水溶液狀態(tài)30kGy，干燥狀態(tài)40kGy）才能使其鈍化，過(guò)高的劑量時(shí)對(duì)新鮮食品的質(zhì)量有影響，因此常用加熱與輻照并舉的方法，降低輻照劑量及抑制病毒的活性。（二）酶多數(shù)食品酶非常耐輻射（其D10達(dá)50kGy）這給食品的輻照滅酶保藏帶來(lái)一定的限制。酶的耐輻射性可用于酶制劑輻射殺菌消毒，則具有比熱處理方法優(yōu)越的特點(diǎn)。（三）蟲類寄生蟲：豬旋毛蟲不育0.12kGy，抑制生長(zhǎng)0.2-0.3kGy，致死7.5kGy；

昆蟲的輻射效應(yīng)與其細(xì)胞構(gòu)成密切相關(guān)。成蟲的性腺細(xì)胞對(duì)射線相當(dāng)敏感，低劑量就可起絕育或遺傳紊亂等效果，稍高劑量就可將昆蟲殺死。損傷作用表現(xiàn)形式：致死、“擊倒”、縮短壽命、等。這些作用都在一定的劑量水平發(fā)生，而在某些劑量（低劑量）下，甚至可能出現(xiàn)相反的效應(yīng)，如延長(zhǎng)壽命、增加產(chǎn)卵、增進(jìn)卵的孵化和促進(jìn)呼吸。輻射滅昆蟲的一些處理效果3-5kGy防止食品中昆蟲的傳播，立即將其殺死；1kGy足以使昆蟲在數(shù)日內(nèi)死亡；0.25kGy可使昆蟲在數(shù)周內(nèi)死亡，并使存活昆蟲不育。一次給予足夠的劑量比分次逐步增加的殺滅效果好。對(duì)某些昆蟲輻照前升高溫度，可增加它們對(duì)輻照的敏感性；降低大氣氧壓，將會(huì)增加昆蟲的耐輻照性。（四）果蔬輻照處理呼吸高峰前的果實(shí)，可干擾其乙烯的合成，抑制其高峰的出現(xiàn)，延長(zhǎng)果實(shí)的貯存期。輻照水果可產(chǎn)生的化學(xué)成分變化：VC破壞；原果膠變成果膠質(zhì)和果膠酸鹽；纖維素及淀粉的降解；某些酸的破壞及色素的變化等。（四）果蔬輻照可以改變蔬菜的呼吸率，防止老化，改變化學(xué)成分。馬鈴薯、洋蔥等經(jīng)輻照后可抑制發(fā)芽，輻照使組織內(nèi)脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）受到損傷，干擾了ATP的合成，植物體生長(zhǎng)點(diǎn)上的細(xì)胞不能發(fā)生分裂，而抑制了植物體發(fā)芽。輻照蘑菇可防止開傘，延長(zhǎng)保鮮期。第四節(jié)輻照對(duì)食品質(zhì)量的影響一、蛋白質(zhì)二、糖類三、脂類四、維生素一、蛋白質(zhì)變性：從而使蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)和二級(jí)結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性。蛋白質(zhì)發(fā)生凝聚作用，甚至出現(xiàn)一些不溶解的聚集體。降解：用X射線照射血纖蛋白會(huì)引起部分裂解，產(chǎn)生較小的碎片。卵清蛋白在等電點(diǎn)照射也發(fā)現(xiàn)黏度減小（發(fā)生了降解）。高劑量輻照含蛋白質(zhì)食品：如肉類及禽類、乳類，常會(huì)產(chǎn)生變味（輻照味），在低于凍結(jié)點(diǎn)的溫度下進(jìn)行輻照可減少輻照味的形成。二、糖類低分子糖類：一定程度的降解多糖：聚合度和粘度下降（見下頁(yè)）商業(yè)輻照劑量下，輻照對(duì)糖類熔點(diǎn)、折射率、旋光度和顏色等物理特性影響微小。輻照對(duì)馬鈴薯支鏈淀粉的聚合度和黏度的影響三、脂類飽和脂肪酸比較穩(wěn)定，不飽和脂肪酸容易氧化，出現(xiàn)脫梭、氫化、脫氫等作用。輻照促進(jìn)自動(dòng)氧化過(guò)程：促進(jìn)自由基形成、氫過(guò)氧化物分解，并使抗氧化劑遭到破壞。低劑量（0.5-10.0kGy）輻照含不飽和脂肪的食物表明，過(guò)氧化物的形成隨劑量的增加而增加。四、維生素各種維生素對(duì)不同影響因素的敏感性：各種維生素對(duì)不同影響因素的敏感性脂溶性維生素VA和VE：是脂溶性維生素中對(duì)輻照最敏感的。牛肉在氮?dú)庵薪?jīng)20kGy劑量輻照，維生素A破壞率達(dá)66%；禽肉在氮?dú)庵蟹謩e經(jīng)10kGy、20kGy和40kGy的輻照，其維生素A的降解率分別達(dá)58％、72％和95%；全脂牛乳經(jīng)2.4kGy的輻照，維生素E將損失40%；VD食物中的維生素D對(duì)輻照似乎是相當(dāng)穩(wěn)定。鯉魚油經(jīng)幾十千戈瑞劑量輻照，都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)維生素D的破壞。水溶性維生素

VBl和VC對(duì)輻照最敏感：低于5kGy時(shí)，VC損失很少超過(guò)20％～30％。維生素輻照損失數(shù)量受劑量、溫度、氧氣存在與食品類型等的影響。一般來(lái)說(shuō)，在無(wú)氧或低溫條件下輻照可減少食品中任何維生素的損失。第五節(jié)輻照在食品保藏中的應(yīng)用一、食品輻照保藏二、食品輻照加工三、輻照的其他應(yīng)用四、影響食品輻照效果的因素五、輻射食品的包裝應(yīng)用于食品的輻照類型輻射阿氏殺菌

此殺菌也稱商業(yè)性殺菌，所使用的輻射劑量可以使食品中的微生物數(shù)量減少到零或有限個(gè)數(shù)。在這種輻射處理以后，食品可在任何條件下貯藏，但要防止再污染。劑量范圍為10-100kGy。輻射巴氏殺菌

此殺菌只殺滅無(wú)芽孢病原細(xì)菌(除病毒外)。所使用的輻射劑量使在食品檢測(cè)時(shí)不出現(xiàn)無(wú)芽孢病原菌(如沙門氏菌)。劑量范圍為5-10kGy。

輻射耐貯殺菌

這種輻射處理能提高食品的貯藏性，降低腐敗菌的原發(fā)菌數(shù)，并延長(zhǎng)新鮮食品的后熟期及保藏期。所用劑量在5kGy以下。輻照在食品保藏中的應(yīng)用二、食品輻照保藏果蔬類糧食類畜、禽肉及水產(chǎn)類蛋類果蔬類果蔬輻照的目的：防止微生物的腐敗作用控制害蟲感染及蔓延；延緩后熟期，防止老化。促進(jìn)水果中色素的合成、使?jié)撂崆懊摑驮黾悠咸训某鲋?。蔬菜的輻照處理：主要是抑制發(fā)芽，殺死寄生蟲。輻照延遲水果的后熟期對(duì)香蕉等熱帶水果十分有效：香蕉：對(duì)綠色香蕉輻照劑量常低于0.5kGy，但對(duì)有機(jī)械傷的香蕉一般無(wú)效。木瓜：用1kGy劑量即可延遲木瓜的成熟。芒果：0.4kGy劑量輻照可延長(zhǎng)保藏期8d，用1.5kGy可完全殺死果實(shí)中的害蟲。糧食類造成糧食耗損的重要原因之一是昆蟲的危害和霉菌活動(dòng)導(dǎo)致的霉?fàn)€變質(zhì)。3．畜、禽肉及水產(chǎn)類針對(duì)沙門氏菌等非芽孢菌的處理：1.5-3.0kGy劑量可獲得99.9％至99.999％的滅菌率；與加熱聯(lián)合處理：加熱使鮮肉內(nèi)溫度升到70℃保持30min，使其蛋白分解酶完全鈍化后才進(jìn)行輻照。輻照與冷藏結(jié)合處理：用輻照處理冷藏或冷凍家禽，殺滅沙門氏菌和彎曲桿菌，處理豬肉使旋毛蟲幼蟲失活。蛋類沙門氏菌為輻射處理的對(duì)象菌。劑量：輻照巴氏殺菌劑量，效果：蛋液及冰蛋液效果較