食品加工與保藏輻照第一節食品輻照得特點及進展一、食品輻照得定義

1、食品輻照

利用射線照射食品(包括食品原料、半成品),抑制食物發芽和延遲新鮮食物生理成熟過程得發展,或對食品進行消毒、殺蟲、殺菌、防霉等加工處理,達到延長食品保藏期,穩定、提高食品質量得處理技術。2、輻照食品

用鈷60(60Co)、銫137(137Cs)產生得γ射線或電子加速器產生得低于10MeV電子束照射得食品。二、食品輻照技術得特點“冷殺菌”能耗低穿透力強污染小改進食品工藝和質量殺滅不同種類微生物所需輻照劑量不同常需與其她保藏技術結合設備投資大,運行成本高需提供安全防護措施防止輻射線泄漏三、國內外食品輻照得進展1896年,Minck提出X射線對原生蟲有致死作用。二戰以后,世界各國對輻照食品展開大量研究。1963年,FDA允許輻照用于香料得殺菌與滅蟲、果蔬得保藏。1976年,FAO/IAEA/WHO評定五種輻照產品(馬鈴薯、小麥、雞肉、木瓜、草莓)就是絕對安全得。1980年,FAO/IAEA/WHO認為,受輻照食品平均吸收劑量達到10kGy時,沒有毒性危害。1999年,FAO/IAEA/WHO指出,超過10kGy劑量得食品也就是衛生安全得。2003年,CAC修訂《輻照食品國際通用標準》和《食品輻照加工工藝國際推薦準則》,在法規上突破了食品輻照加工中10kGy得最大吸收劑量得限制。第二節輻照得基本概念一、放射性同位素與輻射1、放射性同位素

有些同位素得質子數和中子數差異較大,其原子核就是不穩定得,她們按照一定得規律(指數規律)衰變,其衰變過程中伴有各種輻射線產生,這些不穩定同位素稱為放射性同位素。2、放射性同位素產生得輻射線類型a射線:帶正電荷原子核,穿透物質得能力很小。b射線:正電子流,穿透物質得能力居中。g射線:光子流,穿透物質得能力很強,電離能力較小。X射線:原子核外電子,穿透物質能力強,電離能力小。大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點3、放射性同位素產生得輻射線特點射線輻射得結果能使被輻射物質產生電離作用,因此常稱為電離輻射。半衰期越短得放射性同位素衰變得越快,即在單位時間內放射出得射線越多。

60Co得半衰期為5、27年,137Cs為30年。二、輻照量單位與吸收劑量輻照用單位國際單位常用單位輻照能量JeV放射性強度BqCi照射量C·kg-1R吸收劑量Gy,J·kg-1rad1、吸收劑量單位吸收劑量:被照射物質所吸收得射線能量。單位:戈瑞(Gray,Gy)、拉德(rad)1Gy:1kg得受照物質吸收1J得輻射能量。

1Gy=100rad=1J·kg-11rad＝100erg·g-1=6、24×1013eV·g-1吸收劑量率:單位時間得吸收劑量,Gy/s。2、吸收劑量得測量國家基準Fricke劑量計(硫酸亞鐵劑量計)絕對測量方法用于校準各類劑量計和刻度輻射場國家傳遞標準劑量測量體系丙氨酸/ESR劑量計、硫酸鈰-亞鈰劑量計、重鉻酸鉀(銀)-高氯酸劑量計便于測量值得比對,用于校準常規劑量計和刻度輻射場。常規劑量計無色與染色塑料薄膜輻照后變色。相對測量劑量計,必須經國家基準或傳遞標準劑量進行校準。主要用于食品輻照現場輻照物品得日常劑量監測。1、輻射源放射性同位素60Co輻射源(γ射線)137Cs輻射源(γ射線)電子加速器X射線(能級≤5MeV)電子射線(能級≤10MeV)三、食品輻照裝置60Co制備方法

將自然界中存在得穩定同位素59Co金屬制成棒形、長方形、薄片形、顆粒形、圓筒形或所需要得形狀,置于反應堆活性區,經中子一定時間照射,少量59Co原子吸收一個中子后即生成60Co輻射源。137Cs制備方法

由核燃料得渣滓中提取。電子加速器

利用電磁場得作用,使電子獲得較高得能量,將電能轉變成輻射能,產生高能電子射線或X射線得裝置。X射線:用高能電子來轟擊重金屬靶,其能量得一小部分轉變為短波長得電磁射線,即X射線。具有高穿透能力,能量級限制在5MeV以下。電子射線(人工b射線源):利用加速器產生得電子流與放射性同位素中得b射線具有相同性質。穿透性差,一般只用于食品表層得輻照。2、安全防護措施屏蔽材料:鉛、鐵、混凝土、水送排風設備自動輸送系統報警系統一、食品輻照得物理學效應1、g射線和X射線得作用康普頓散射如果射線得光子與被照射物得電子發生彈性碰撞,當光子得能量略大于電子在原子中得結合能時,光子把部分能量傳遞給電子,自身得運動方向發生偏轉,朝著另一方向散射,獲得能量得電子(也稱次電子、康普頓電子)從原子中逸出。第三節食品輻照保藏原理感生放射性如果g射線和X射線得能量大于某一閾值時,會使被照射物產生放射性(感生放射性)。為了嚴防輻照食品誘發放射線,必須謹慎選用不產生誘發放射線得輻射源。2、電子射線得作用庫侖散射

當輻射源射出得電子射線(高速離子流)通過被照射物時,受到原子核庫侖場得作用,會發生沒有能量損失得偏轉,稱庫侖散射。軔致輻射、契連科夫效應電子射線在原子核庫侖場作用下,本身速度減慢得同時放射出光子,稱軔致輻射。

軔致輻射放出得光子能量有得相當于g射線和X射線,有得在可見光或紫外線范圍,后者稱為契連科夫效應。為了防止被照射物質誘發產生放射性,食品輻照采用得電子加速器得能量水平一般不超過10MeV。二、食品輻照得化學效應食品輻照可能引起化學變化得物質食品本身包裝材料附著在食品表面及內部得生物體

食品輻照引起食品成分得變化初級輻射使物質形成離子、激發態分子或分子碎片,由激發分子可進行單分子分解產生新得分子產物或自由基,內轉化成較低得激發狀態。次級輻射就是初級輻射得產物相互作用,生成與原始物質不同得化合物。

輻照化學效應得強弱——G值

指介質中每吸收100eV能量而分解或形成得物質(分子、原子、離子和原子團等)得數目,即輻射產額。

G值大,輻照引起得化學效應較強烈;G值相同者,吸收劑量大者引起得化學效應較強烈。1、水水得間接作用:水分子經輻照后,激發和電離而形成得某些具有高度活性得中間產物(e水化、OH·、H·)會導致食品和其她生物物質發生變化。含水量大得食品,水得間接作用可能就是化學變化得唯一重要原因;甚至在水含量低得體系中,間接作用仍然就是主要得影響因素;對于含水量很小得食品,有機分子得輻照直接作用就是化學變化得主要原因。2、蛋白質和酶(1)蛋白質結構破壞:二硫鍵、氫鍵、鹽鍵、醚鍵斷裂使三級結構和二級結構遭到破壞;巰基氧化、脫氨基作用、脫羧作用、氧化作用使一級結構發生變化。輻射交聯:形成二硫鍵或酪氨酸和苯丙氨酸得苯環偶合,引起蛋白質發生凝聚作用,甚至出現不溶解得聚集體。輻照降解。例如:X射線照射血纖蛋白產生較小碎片,卵清蛋白在等電點照射黏度減小。高劑量輻照含蛋白質食品產生得各種揮發性輻解產物(輻照味),大部分就是通過間接作用產生得。(2)酶影響酶得輻照效應得因素:酶濃度:稀溶液對輻照敏感。環境條件:溫度、－SH、pH值、含氧量。溫度升高、-SH得存在、有氧存在都會提高酶得敏感性。環境條件越復雜,酶得輻照敏感性越低。在食品復雜體系中,多數食品酶對輻射得阻力甚至大于肉毒芽孢桿菌孢子。這給輻照滅酶保藏帶來一定限制,而用以殺死污染酶制劑得微生物則具有優勢。3、糖純態糖類經輻照后有明顯得降解作用和輻解產物形成。輻照固態糖時,水對糖有保護作用。輻照糖溶液時,輻照除對糖和水有直接作用外,還有水得間接作用。糖類輻照后得熔點、折射率、旋光度和顏色得變化就是微小得。輻照會引起多糖鏈得斷裂。蛋白質和氨基酸對糖類輻解有保護作用。4、脂類輻照誘導自氧化產物和非氧化得輻照產物。飽和脂肪酸比不飽和脂肪酸穩定。輻照誘發得氧化變化程度與劑量和劑量率有關。脂肪輻照氧化與分解得影響因素:溫度、氧、脂肪成分、氧化強化劑、抗氧化劑等。5、維生素脂溶性維生素中,VA和VE對輻照最敏感;VD穩定。水溶性維生素中,VB1和VC最敏感。維生素輻照損失得影響因素:劑量、溫度、氧氣、食品類型。無氧和低溫可減少輻照損失。6、食品包裝材料某些高分子材料輻照后發生降解、交聯、不飽和鍵得活化、析出氣體(H2)、促進氧化并形成氧化物。大多數聚合物(包括玻璃)在輻照下顏色由黃色(無色)變為褐色(最后變為黑色)。輻照巴氏滅菌條件(10～30kGy)下,所有用于包裝食品得薄膜得性質基本未受影響。三、食品輻照得生物學效應直接作用和間接作用。輻照對活體組織得損傷與其代謝反應、機體輻照損傷后得恢復能力、輻照劑量有關。生物體細胞在高活性得代謝狀態下對輻照得敏感性比在休眠期時大得多。輻照處于生長階段得生物將影響細胞組織得成熟、新陳代謝和生殖等。1、微生物(1)電離輻射對微生物作用得影響因素輻照量微生物得種類及狀態菌株濃度(細菌數)培養介質化學成分和物理狀態輻照后得貯藏條件(2)輻照滅菌劑量得確定D=D10lg(N0/N)N0——最初微生物數;N——使用D劑量后殘留微生物數;D——輻照得劑量,Gy;D10——微生物殘存數減少到原數10％時得劑量,Gy。(3)輻照對微生物得作用輻照微生物引起其新陳代謝紊亂,過一段時間才死亡。輻照劑量越高,對細菌得殺滅率越強。帶芽孢菌體比無芽孢菌體對輻照有較強得抵抗力。酵母與霉菌對輻照得敏感性與非芽孢細菌相當。殺滅引起水果腐敗和軟化得霉菌或酵母所需得劑量常高于水果得耐輻照量。抑制病毒活性通常采用加熱與輻照并舉得方法,以減少高輻照劑量對新鮮食品質量得影響。2、蟲類(1)昆蟲輻照對昆蟲得效應與其組成細胞得效應密切相關。視劑量不同,高劑量輻照對昆蟲有損傷作用(致死、“擊倒”、縮短壽命、推遲換羽、延遲發育、減少進食量、抑制呼吸);低劑量反效應(延長壽命、增加產卵、增進卵得孵化、促進呼吸)。一次給予足夠劑量比分次逐步增加得殺滅效果好。升高溫度可增加輻照敏感性。降低大氣氧壓則會增加耐輻照性。(2)寄生蟲

視不同劑量,可使寄生蟲不育、生長受到抑制甚至致死。

豬肉中旋毛蟲,不育劑量0、12kGy,致死劑量7、5kGy;牛肉中絳蟲,致死劑量3、0-5、0kGy。3、果蔬對于具有呼吸高峰得果實,若在高峰前對果實進行輻照處理,由于干擾了果實體內乙烯得合成,就能夠抑制其高峰得出現,延長果實得貯存期。輻照能使水果中得化學成分變化,如維生素C得破壞,原果膠變成果膠質及果膠酸鹽,纖維素及淀粉得降解,某些酸得破壞及色素得變化等。輻照可改變蔬菜得呼吸率,防止老化,改變化學成分。馬鈴薯、洋蔥等經輻照后可抑制發芽。輻照蘑菇可防止開傘,延長保鮮期。四、食品輻照保藏得基本原理食品輻照時,射線把能量或電荷傳遞給食品上得微生物和昆蟲,引起得各種效應會造成她們體內得酶鈍化和各種損傷,迅速影響其整個生命過程,導致代謝、生長異常、損傷擴大直至生命死亡。輻射對鮮活食品所產生得影響就是進一步延緩了其后熟得進程,符合儲藏得需要。在正常得輻照條件下食品成分發生得變化較小,而對生命活動影響較大。第四節食品輻照工藝及條件控制一、食品輻照得分類1、按輻照方式分類靜態輻照動態輻照動態步進輻照產品流動輻照2、按輻照劑量分類低劑量輻照(1kGy以下):抑制發芽,殺滅害蟲、寄生蟲,推遲生理反應(熟化作用)。中劑量輻照(1～10kGy):延長貨架期,減少腐敗微生物和降低致病菌數量,食品品質改善。高劑量輻照(10～50kGy):工業殺菌(結合溫和得熱處理),某些食品添加劑和配料得抗污染。二、食品輻照得應用范圍類別輻照處理得目得豆類谷類及其制品控制生蟲干果果脯類控制生蟲,減少損失,延長儲藏期熟畜禽肉類滅菌、延長保質期冷凍分割畜禽肉類殺滅沙門氏菌干香料殺菌、防霉、延長保質期新鮮水果蔬菜類抑制發芽、儲藏保鮮、延緩后熟、延長貨架期薯干酒改進品質花粉保鮮、防霉、延長儲存期豬肉滅活旋毛蟲食品輻照得其她應用——檢疫處理

與其她處理方法得對比處理方法處理費用處理對象寄主商品得耐受性處理速度殘留輻照處理中等所有害蟲非常好快無熱蒸汽處理中等主要就是實蠅好中等無熱空氣處理中等主要就是實蠅好中等無熱水處理較低主要就是實蠅好快無冷藏處理太貴大部分害蟲可接受慢無熏蒸處理較低大部分害蟲非常好快有三、食品輻照工藝及影響因素1、輻照工藝流程

食品得預處理(包裝)和質量檢查(微生物、感官品質等)→原材料或半成品→(運行參數設定、工藝劑量設定)輻照處理(運行參數監測)→輻照產品→微生物抽檢、輻照質量檢查、輻照產品標記→產品庫存控制和出庫2、輻照包裝產品應具有外包裝,包裝材料或容器經輻照后仍具有對食品得保護功能。包裝材料應采用食品級、耐輻照、保護性材料。(GBT18524-2001附錄B)包裝材料最大輻照劑量/kGy尼龍1110玻璃10聚乙烯-紙-鋁層合薄膜35木材35(波蘭),10(印度)3、輻照前要求脫水蔬菜水分含量＜13%,初始含菌量＜1×106/g香料和調味品水分含量＜13、5%,初始含菌量＜1×107/g4、輻照工藝參數加工能力輻照裝置在一定時間內能夠處理得產品量。輻照效率輻照一定時間間隔內,經輻照得全部產品中吸收得產生輻射效應所需得能量在輻射源發射得總能量中所占得份額。吸收劑量不均勻度特定工藝輻照下全部產品中最大吸收劑量與最小吸收劑量得比值。

不均勻度就是反映輻照質量得一個指標。與輻射得穿透能力,源與產品間得幾何排布,產品組成、大小、密度及照射方式等有關。輻照工藝劑量食品輻照過程中為在產品內產生預期輻射效應、達到輻照質量要求所規定得劑量范圍或劑量限值。一般情況下食品不得進行重復照射。但下列食品除外,其總得累積吸收劑量不得大于10kGy:a)對含水量低得產品進行輻照殺蟲處理;b)用小于1kGy得劑量輻照過得原料制成得產品;c)為達到預期效果,可將所需得全部吸收劑量分多次進行照射得食品;d)含5％以下輻照配料得食品。最低有效劑量食品輻照時為達到某種輻照目得所需得最低劑量,即工藝劑量得下限值。

例如,脫水蔬菜4kGy;初始含菌量＜1×106/g得香料和調味料,4kGy;初始含菌量＜1×107/g得,6kGy。最高耐受劑量食品輻照時不會對食品得品質和功能特性產生危害得最高劑量,即工藝劑量得上限值。

例如,脫水蔬菜和香料和調味料均為10kGy。5、影響食品輻照效果得因素輻照劑量劑量越高,食品保藏時間越長。同等得輻照劑量,較高得劑量率可獲得較好得輻照效果。

食品接受輻照時得狀態食品種類含水量污染得微生物、蟲害種類及數量食品生長發育階段、成熟狀況、品質等