第7章食品辐照保藏.ppt

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1、原作者：百度and书本PPT制作小组：ONE PIECE,第七章 食品辐照保藏,食品辐照保藏基本概念和特点应用及进展食品辐照保藏的基本原理影响食品辐射保藏的因素食品辐射保藏方法食品辐照的安全卫生与法规食品辐照装置,内容提要,一、食品辐照保藏基本概念和特点,一、概念 1、食品辐照:是利用放射性核素60Co或 137CS 产生的射线，以及加速器产生的电子束等辐射食品，延迟新鲜食物某些生理过程（发芽和成熟）的发展，或对食品进行杀虫、消毒、杀菌、防霉等处理，达到延长保藏时间，稳定、提高食品质量的处理技术。,2、辐射食品：用钴60（60Co）、铯137（137CS）产生的射线或电子加速器产生的低于10M

2、eV电子束照射的食品。,二、特点,射线具有较高的能量，穿透力强。一般选用60Co作为辐射源。食品根据不同保藏目的采用不同的辐照剂量进行辐照，从而达到杀灭寄生于鲜果品和鱼肉中的昆虫的寄生虫，去除食品污染的腐败微生物和致病菌，以改善食品的品质和卫生质量的要求。节省能源：据76年国际原子能机构（IAEA）通报的统计，食品采用冷藏每吨需消耗能量为90KW/h，巴氏消毒230KW/h，热力杀菌300KW/h，脱水处理（干燥）700KW/h，而辐射杀菌只需6.34KW/h，辐射巴氏消毒每吨仅为0.76KW/h。两者相比，节约能耗90%左右。无污染、无残留，安全卫生 射线处理过的食品不会留下任何残留物，与化

3、学处理相比是一大特点。食品受辐射过程中温度升高甚微，有“冷杀菌”之称。因此，食品在食用风味和外观形态如色、香、味、形等方面有利于保持原有品质，特别适合于一些不耐热的食品和药品,辐照食品还可改善品质，提高产品档次 如辐照薯干酒和白兰地酒可以加速酒的陈化，减少刺口辣喉，提高酒的醇香。辐照杀虫灭菌可以作为进出口贸易的一种有效的检疫处理手段辐照食品可在常温下保藏较长的时间 适宜为特殊人员（如地质勘探，登山探险人员，边防战士和宇航员等）以及器官移植病人，白血病患者提供无菌食品，并有利于备战的需要。节约食品包装材料，降低成本 采用辐照保藏技术可以食品加工中罐藏得方法因而节约马口铁等紧缺包装材料，降低成本，

4、减少外汇支出。因此，辐照保藏技术是食品加工领域中一项重要的新技术，新方法，有着广阔的发展前景。,辐照缺点1、酶不能完全被钝化。2、发生不愉快的感官性质变化。3、辐射不适用于所有的食品，要有选择性地应用。4、能够致死微生物的剂量对人体来说是相当高的，所以必须非常谨慎，做好运输及处理食品的工作人员的安全防护工作。,二、应用及进展,1895年伦琴发现X-射线后，Mink于1896年就提出X-射线的杀菌作用。二次大战期间，美国麻省理工学院的罗克多尔将射线处理汉堡包，揭开了辐射保藏食品研究的序幕。50年代起北美、欧洲、日本等30多个国家先后投入大量的费用进行研究；60年代一些第三世界国家也加入该行列，目

5、前从事这方面研究的有50-60个国家。,目前许多国家将辐射用于食品的加工与保藏。国际原子能组织（IAEA）、联合国粮农组织（FAO）、世界卫生组织（WHO）等的支持和组织下，进行了种种国际协作研究。到1976年25种辐射处理食品在18个国家得到无条件批准或暂定批准，允许供作为商品供一般使用。,1980年10月27日上述组织联合举行的第四次专门委员会议作出结论：用10kGy以下平均最大剂量照射任何食品，在毒理学、营养学及微生物学上都丝毫不存在问题，而且今后无须再对经低于此剂量辐照的各种食品进行毒性实验。我国自1958年开始，70年代的研究工作取得了一定的成效。1984年11月国家卫生部批准7项（

6、马铃薯、洋葱、大蒜、花生、蘑菇、香肠）辐照食品允许消费。之后又有20多种食品通过了不同级别的技术鉴定。80年代，一些省市建立了一起容量较大的辐射应用试验基地，如北京、上海、天津、湖南、四川、广东等地。,农产品辐照,珠宝首饰辐照着色,医疗器械辐照消毒,药品辐照消毒,化妆品消毒,宠物用品消毒,电子元件辐照改性,农作物育种,照射量/伦琴(R)照射量是用来度量X-射线或-射线在空气中电离能力的物理量，单位为伦琴(R)，SI制单位为库伦/千克（C/kg）。标准状况下（0，760mmHg），1cm3空气（0.00129g）能形成一个正电或负电的静电单位的X-射线或-射线照射量1R。（一个正电或负电的离子具

7、有4.801010e.s.u（静电单位）。即一个静电单位的离子量为2.08109个正电或负电离子（离子对）即1伦琴可使1cm3空气产生2.08109个离子对）。1R=2.58104C/kg（空气）,1辐射单位,三、食品辐照保藏的基本原理,吸收剂量是电离辐射授予被辐射物质单位质量的平均能量，即被辐射物质吸收的辐射能量，法定单位为J/kg，也称为戈瑞（Gy）1Gy=1J/kg 以前曾用拉德（Rad）即1克被辐射物质吸收100尔格（erg）射线能量为1Rad。1Rad=100erg/g=6.241013eV/g。1Gy=100Rad=104erg/g 照射量和吸收剂量是完全不同的概念，有区别（照射量

8、指空气电离程度来讲）但两者都是描述辐射计量的，又相互联系。,1R照射量相当于0.0129g空气中吸收了2.0810933.73eV=7.021010eV=0.112erg能量。1R照射量时，1g空气的吸收能量为0.112erg/0.00129=86.8erg/g=0.868Rad，即空气的吸收剂量为：0.868Rad=8.68103Gy。,辐射能量/电子伏特（eV）相当于一个电子在真空中通过电位差为一伏特的电场中被加速所获得的动能 1keV=103eV,1MeV=106eV1MeV=1.6 10-13KJ吸收剂量速率单位质量的被照射物质在单位时间中所吸收的能量称为吸收剂量速率。单位为Gy/s。

9、吸收剂量速率与照射距离和辐射强度有关。距离越近，吸收剂量速率越大，距离相同，辐射强度越大，则吸收剂量越大。物料不同，吸收剂量速率也是不一样的。,辐射的计量单位,常用单位 国际单位辐射能量 焦耳 ev放射性强度 Bq Ci辐射量 库仑/千克 伦琴吸收剂量 Gy J/kg rad,2.食品辐照的化学效应,电离辐射使物质产生化学变化的问题至今仍不是很清楚。辐照的化学效应是指被辐照物质中的分子所发生的化学变化。由电离辐射使食品产生各种粒子、离子及质子的基本过程有初级辐射和次级辐射。由电离辐射使食品产生多种离子、粒子及质子的过程有：直接 初级辐射即物质接受辐射能后，形成离子、激发态分子或分子碎片与辐射程

10、度有关。间接 次级辐射初级辐射的产物相互作用生成与原物质不同的化合物与温度等其他条件有关。,（1）水溶液的辐照效应,高能电磁辐照或高能电子延其在水中的径迹激发和电离水分子，产生正离子，激发分子和电子，这些活性粒子会引发食品的成分发生较大变化水接受辐射后的最后产物是氢和过氧化氢，形成的机制很复杂。现已知的中间产物主要有三种：水合电子（eaq），氢氧基（OH），氢基（H）。,水分子激发产物在刺激中暂紧挨在一系列快速反应，包括：离子反应：H2O+H2O=H3O+OH激发分子解离：H2O*=H+OH H2O*=H2+O激发能传递：被激发的分子和离子通过能量传递将激发能传递给临近的水分子而不发生任何变化

11、（eaq）+H2O=H+OH H+OH=H2O H+H=H2 OH+OH=H2O2 H+H2O2=H2O+OH OH+H2O2=H2O+HO2 H2+OH=H2O+H H+O2=HO2 HO2+HO2=H2O2+O2 H2O=H、OH、H2O2、H2、eaq-、OH-、H3O+,水会形成高能自由基，间接影响或破坏其他成分,（2）氨基酸与蛋白质的辐照效应,蛋白质分子随照射剂量的不同，会因硫键，氢键，醚键断裂，产生脱氨，脱羧，苯酚和杂环氨基酸游离基氧化等反应而引起一级结构和高级结构的变化，产生分子变性，凝聚，粘度下降和溶解度变化等,射线照射，引起氨基酸、蛋白质分子的化学变化有：（1）脱氨:如甘氨酸

12、 e-+NH3+CH2COOH-NH3+CH2COO-（2）放出CO2 a.脱氨的脱羧反应 b.不脱氨的脱羧反应（3）含硫氨基酸的氧化（巯基）e-+NH3+CH2CH（CH2SH）COO-H2S+NH2CH（CH2）COO-,（4）交联 蛋白质 凝聚（该蛋白质分子通过硫氢基的氧化生成分子内或分子间的二硫键，或由酪氨酸和苯丙氨酸的苯环偶合而发生交联）。（5）降解蛋白质发生裂解，产生较小的碎片。（6）辐射降解与交联同时发生，若降解小而交联大，则交联会掩盖降解，故降解不易观察到。具有二硫键的含硫氨基酸对放射线的敏感性极强 芳香族和杂环氨基酸的辐射敏感性强弱依次为：组氨酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸,（3）脂

13、类的辐照效应,辐射对脂类所产生的影响可分为三个方面：理化性质的变化；受辐射感应而促使脂类自动氧化；发生非自动氧化性的辐射分解。辐照可促进脂类的自动氧化过程，在有氧存在时更为显著，使氢过氧化物的分解加快。脂类在无氧状态下照射时，会发生非自动氧化性分解,纯态糖类经辐照后有明显的降解或辐解作用，形成辐照产物。辐照对单独存在时的糖类的影响如下：单糖只有在C4上发生氧化产生糖酮酸 低分子糖类：旋光度降低、褐变、还原性和吸收光谱变化、产生H2、CO、CO2、CH4等气体。,（4）糖类的辐照效应,多糖类：熔点降低、旋光度降低、褐变、结构和吸收光谱变化。如直链淀粉黏度下降（淀粉降解）果胶 植物组织受损（解聚）

14、经辐照后结构发生变化，对酶的敏感性也随之发生变化，并引起-1，4-糖苷键偶发性断裂及生成H2、CO、CO2气体。,（5）维生素的辐照效应,维生素是食品中重要的微量营养物质。维生素对辐照食品的敏感性在评价辐照食品的营养价值上是一个很重要的指标。水溶性维生素中以VC的辐射敏感性最强，其他水溶性如VB1，VB2，泛酸，VB6，叶酸也较敏感，VB5（烟酸）对辐射很不敏感，较稳定。脂溶性维生素对辐射均很敏感，尤其是VE,VK更敏感。,（6）食品包装材料,某此高分子材料对辐照作用很敏感，介质吸收辐照能后，会引起电离作用而发生各种化学变化。如发生降解、交联、不饱和键的活化、析出气体（主要是氢气）、促使氧化反

15、应并形成氧化物（在有氧存在时）常用包装材料的辐照稳定性依次为：PSPETPAPEPP,3.食品辐照的生物学效应,引起某些蛋白质和核蛋白分子的改变，破坏新陈代谢（特别是使细胞核活动紊乱），抑制核糖核酸和脱氧核糖核酸的代谢，使自身的生长发育和繁殖能力受到一定的危害。,不同物质达到各种生物效应所必须的剂量表：,（1）微生物,1）辐射对微生物的作用(机制）（1）直接效应 指微生物接受辐射后本身发生的反应，可使微生物死亡。细胞内DNA受损，即DNA分子碱基发生分解或氢键断裂等。由于DNA分子本身受到损伤而致使细胞死亡-直接击中学说 细胞内膜受损 膜内由蛋白质和脂肪（磷脂），这些分子的断裂，造成细胞膜泄露

16、，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（来自被激活的水分子或电离所得的游离基）当水分子被激活和电离后，成为游离基，起氧化还原反应作用，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，使细胞生理机能受到影响。那么对微生物来说需要多大的辐射剂量才能杀死微生物呢？这取决于微生物对辐射的敏感性。,微生物（细菌）种类不同，对辐射的敏感性各不同，因而D10也不同。见表1-4-8.并且微生物所处环境不同，则辐射敏感也不相。,2）微生物对辐射的敏感性,细菌,病毒,病毒是最小的生物体，它没有呼吸作用，是以食品和酶为寄主。通常使用高达30 kGy的剂量才能抑

17、制。如脊髓灰色质病毒和传染性肝炎病毒据推测来自食品污染。用射线照射有助于杀死病毒。,霉菌和酵母,酵母与霉菌对辐射的敏感性与无芽孢细菌相同。霉菌会造成新鲜果蔬的大量腐败，用2 kGy左右的辐射剂量即可抑制其发展。酵母可使果汁及水果制品腐败，可用热处理与低剂量辐射结合的办法杀灭。,1、昆虫成虫的性腺细胞对射线相当敏感，因此低剂量照射能引起绝育或引起配子在遗传上的紊乱，稍高剂量就可将昆虫杀死成年前的昆虫经辐射可产生不育，辐射过的卵可以发育为幼虫，但不能发育成蛹，照射的蛹可发育为成虫，但其成虫是不育的。用0.130.25 kGy照射可使卵和幼虫有一定的发育能力，但能够阻止它们发育到成虫阶段。用0.41

18、.0 kGy照射后，能阻止所有卵、幼虫和蛹发育到下一阶段。成虫甲虫不育需要0.130.25 kGy剂量，而蛾需要0.451.0 kGy才行。螨需要用0.250.45 kGy剂量的照射才能达到不育。,（二）虫类,2、寄生虫,蛾、螨、甲虫不育0.10.5 KGy，致死050 KGy辐射可使寄生虫不育或死亡。猪肉中旋毛虫不育剂量0.12kGy 死亡7.5 kGy 牛肉中绦虫致死剂量3.05.0 KGy,（三）果蔬,辐射主要应用在植物性食品（水果和蔬菜）抑制块茎、鳞茎类发芽，推迟蘑菇开伞、调节后熟和衰老上。1.抑制发芽 电离辐射抑制植物器官发芽的原因是由于植物分生组织被破坏，核酸和植物激素代谢受到干扰

19、，以及核蛋白发生变性。研究发现59 Gy以上的辐射的将使马铃薯和洋葱的核酸合成显著减弱，并改变其组成，引起分解。土豆、洋葱辐射可抑制发芽，0.040.08kGy，常温下贮存达到一年。,2.调节呼吸和后熟,水果在后熟之前其呼吸率降至极小值，当后熟开始时呼吸作用大幅度的增长，并达到顶峰，然后进入水果的老化期，在老化期呼吸率又降低。如果在水果后熟之前呼吸率最小时用辐射处理，此时辐射能抑制其后熟期，主要是能改变植物体内乙烯的生长率（乙烯有催熟作用）从而推迟水果后熟。番茄、青椒、黄瓜、洋梨等。对于柑橘类和涩柿则促进成熟。辐射在调节果蔬后熟、衰老等方面的应用还不成熟，许多问题有待解决。,(四)影响食品辐照

20、保藏的因素,使用同一种辐射源，在相同的辐射剂量下，影响辐射杀菌效果的因素有：放射线的种类：射线（高速电子流，射线，X射线）的种类不同，杀菌效果也会发生相应的变化。照射剂量：在放射线照射引起的化学反应中，照射效果依赖于放射线的照射强度，在使用不同装置的放射源进行照射时，必须要考虑到照射剂量的差异。微生物的种类与菌龄：微生物的菌种或菌株的不同对放射性的敏感性有很大差异。最初污染菌数PH：只有极端的PH才会影响微生物对放射性抵抗性。,温度：在接近常温范围内，温度对杀菌效果影响不大；冰点以下辐射间接作用不明显，微生物抗辐射性增加，但冻结使细胞受损后辐射敏感性会增加；对于肉类等辐射后易产生“辐射味”的食

21、品辐射处理最好在低温下进行。氧含量：氧存在时辐射氧化作用加强，一般情况下杀菌效果因氧的存在而加强。防止氧化可采用抽真空和充惰性气体包装。含水量：干燥状态下游离基移动受限，辐射间接作用降低，辐射作用显著减弱。添加物：抗氧剂可减少辐射氧化，氯化钠等“敏化剂”可加强杀虫杀菌效果。,五、食品辐照保藏的方法,一、放射线辐照应用按所需剂量分三类：1、低剂量辐照：降低腐败微生物及其它微生物量，延长新鲜食品的后熟期及保藏期（如抑制发芽）。一般剂量在1kGy以下。2、中剂量辐照：使食品在检测时检测不出特定的无芽孢致病菌（如沙门氏菌）。具有包括通常的辐射巴氏杀菌（5-10kGy），延长食品保质期及改善食品品质等目

22、的。一般剂量在110kGy。,3、高剂量辐照：使食品中的微生物数量减少到零或有限个数，达到杀菌目的。在这种辐射处理以后，食品可在任何条件下达到一定的贮藏期。剂量范围为10-50kGy。,辐射耐贮杀菌（Radurization）低剂量照射（平均辐射剂量在1kGy以下）辐射巴氏杀菌（Radicidation）中剂量照射（平均辐射剂量在110kGy之间）辐射商业杀菌（Radappertization）高剂量照射（平均辐射剂量在10 50kGy之间）,抑制发芽；杀灭昆虫和寄生虫；延缓水果和蔬、菜的后熟过程,杀菌、防腐；延长保藏期；改良食品的工艺品质,香料、调味品的商业杀菌,食品辐射杀菌的类型,3、畜、

23、禽肉及水产类：一般辐照能杀菌，但不能灭酶。高剂量产生异味，因此一般结合冷冻进行。4、香辛料和调味品：天然香辛料易生虫长霉。传统方法对品质影响较大。辐照商业灭菌允许高达10kGy剂量，但一般尽量降低使用。5、蛋类：采用辐照巴氏杀菌剂量，杀灭沙门氏菌。,二、食品辐照保藏,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。水果辐照延迟后熟期；蔬菜辐照抑制发芽，如低剂量（0.050.15kGy)对抑制马铃薯、洋葱、大蒜发芽是有效的。为了获得更好的贮藏效果果蔬辐照必须进行必要的预处理或在一定温度下进行2、粮食类：昆虫和霉菌活动导致粮食霉烂变质。辐照可使昆虫不育、死亡；抑制谷类霉

24、菌的蔓延。,六、辐照食品的安全卫生与法规,食品安全性方面的问题：1.有无残留放射性和感生放射性;2.辐射食品的营养卫生；3.有无病原微生物的危害；4.辐射食品有无毒性；5.有无畸，致癌和致突变效应等,1.有关残留放射性和感生放射性问题(1)会不会沾染放射性物质：食品辐照处理一般使用的辐照源是密封型60Co或137Cs的射线或电子加速器产生的电子射线，食品在辐射过程中仅仅受到射线的外照射，而不会沾染上放射性物质。核爆炸沾染：指落下灰（核裂变的放射性核素）混入了食品，因而食品被沾染上放射性物质。(2)在食品中是否有感生感生放射性核素及其他化合物产生：食品经电离辐照处理后，能否产生感生放射性核素主要

25、取决于：辐射类型 所用的射线能量 核素的反应截面,引起放射性的食品核素的百分率所产生的放射性核素的半衰期 目前允许使用的辐射源有60Co（r1=1.17MeV，r2=1.33MeV）；137Cs；不超过10MeV的加速电子；X-射线源，其能束不超过5MeV。能量均10MeV。食品中基本元素氮、氧、碳，14N10.5 MeV，16O15.5 MeV，12C18.8 MeV，大部分元素核反应能阈都在10 MeV以上。故不会产生放射性。在轻元素中，放射性同位素的半衰期极短（几秒钟几十分钟），不等食品到达消费者手里，放射能就消失。,2.对营养卫生的破坏,低剂量（1kGy)，微不足道；中等剂量(110k

26、Gy)，可能损失一些维生素；高剂量(1050kGy)，采用约束间接辐射的措施（低温、真空、添加游离基受体等）营养价值降低不大，维生素有损失；,从表中可以看出,加热杀菌及较高温度下辐照硫胺素损失均较大；低温辐照损失较少但随着剂量的增加损失增大。,大量动物实验将经过50 kGy剂量照射过的食品，不要说急性毒性就连慢性毒性也没有发现，未发现产生有毒、致畸、致癌物。1980年联合国粮农组织FAO国际原子能组织IAEA，世界卫生组织WHO专家会议，决定在10 kGy以内的辐射食品，不要再进行此剂量范围的毒性试验，在微生物学和营养学上都不存在问题，可以作为“推荐接受”。,3.毒性问题,4.微生物发生突变的

27、危险,微生物进行反复照射会产生耐辐射性，辐射引起的突变又可能使微生物获得抗辐射性而产生耐辐射菌，如用药物杀菌和热力杀菌一样菌种选育。10 kGy以内的辐射食品不会增加细菌、酵母菌和病毒的致病性。,辐照食品的管理法规,辐射加工用60Co装置的辐射防护规定（GB 10252-1988）辐射防护规定（GB 8703-1988）辐照食品标准（GB 14891-1994）1996年卫生部发布了辐照食品卫生管理方法，规定从事食品辐照加工的单位和个人，必须取得食品卫生许可证和放射工作许可证后方可展开工作。,七、食品辐照装置,辐射装置的分类和组成：用于食品加工的辐照装置有辐照装置、电子束辐照装置和X射线辐照装

28、置等三大类。为了保证食品辐照的安全，用于食品辐照的射线能量有所限制：加速器的电子束能量不大于10MeV；X射线的能量不大于5 MeV；辐射源采用钴-60和铯-137。组成：食品的辐射装置包括辐射源、产品传输系统、辐射室、控制系统、安全系统和其他相关的辅助设备（如安全防护实验室，菌检实验室以及通风，水处理系统，仓库等）。,核心,辐射源,辐射源是在食品辐射加工的核心，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（2）电子加速器 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杀菌）电子射线加速器分为：直接利用高电压型：变压器型，Vard Grea

29、ff型等 间接利用高电压型：线型加速器，回旋加速器等,辐照装置,1.辐照装置 组成:辐射源室(屏蔽射线，内有源井，以贮存辐射源)、辐射源（单板源，双板源，柱状源等）、水井和水(贮存辐射源的设备，内有自循环过滤系统）、升降源设备、安全联锁系统、传输系统、通风系统、控制系统、控制室、剂量检测系统、操作间、原料库、成品库.,辐照装置,2.电子束辐照装置 电子束辐照装置是指用电子加速器进行辐照，加工产品的装置 组成：电子加速器、产品传输系统、辐射安全系统：产品装卸和储存区域：供电、冷却、通风等辅助设备；控制室，剂量测量和产品质量检验实验室等。,Co60辐照装置,Co60辐照装置,正在进行蔬菜的辐照保鲜实验,电子束辐照装置（安装在屏蔽室内）,电子束辐照装置（配有联锁装置的整体屏蔽装置）,Thank You!,