食品辐照技术教材

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1、第四章 食品辐照与 保藏 谢岩黎 博士 1 一、食品辐照技术的概述 n1.食品辐照技术的发展 n1895年，物理学家威廉康拉德伦琴（Wilhelm Conrad Roentgen）发现了X射线. n1898年P. villard发现射线； 1898年居里夫妇从铀盐中分离出了一个新元素，取名镭(由 拉丁词radius而来，意为射线)。 n1904年英国公开第一项射线杀菌专利； n1943年美国麻省理工学院的罗克多尔利用射线处理汉堡包， 揭开了辐射保藏食品研究的序幕。 2 n19581959原苏联首次批准了用60Co-射线抑制马铃薯发 芽和杀灭谷物害虫。 n日本、荷兰、英国、法国、加拿大、比利时、

2、意大利及东欧 一些国家从20世纪50年代初开始辐照抑制发芽、灭菌和杀虫 的研究。荷兰是批准辐照食品最多的国家。 n20世纪60年代后期许多发展中国家也开始对食品辐照进行研 究。到1974年为止,已有15个国家通过了22种许可用射线照 射食品的认证。 3 n在1983年和1998年,世界卫生组织先后声明辐照食 品是安全的,不存在毒理学、营养学和微生物学上 的任何问题。食品辐照技术因不用任何化学物质, 加工后的食品中不会有任何残留,也不会对环境造 成危害。 n食品辐照作为一种先进技术，正在丰富、发展和 完善人类传统的食品加工与保藏的技术内容。 4 1.辐射的类型 n辐射指能量传递的一种方式，在电磁

3、波谱中，根据 能量相应的大小，可使电磁波分成无线电波、微波 、红外、可见光、紫外线，和射线。 nA.非电离辐射 n低频辐射线 HZ，波长较长（频率较低）， 能量小，如微波、红外线的能量仅能使物质分子产 生转动或振动而产生热，则起到加热杀菌作用，是 非电离辐射。 二、食品辐照技术的基本概念 5 n.电离辐射 n高频辐射线 HZ，频率较高、能量大，如X- 射线，-射线，可使物质的原子受到激发或电离 ，因而可起到杀菌作用（冷杀菌）。 n在 HZ，如紫外线的能量，仅能使被 照射物质的原子受到激发（激发为使电子从低能 态到高能态），亦可起到抑菌杀菌的作用。 6 频率 波长 =C =C/ 低频辐射区101

4、8Hz E能量 无线电波 微波 红外 可见 紫外 X射线和射线 105Hz 1010 1015 1018 1020 3km 3cm 3m 3nm 0.3nm 410-10 ev 410-5 410-3 4 4102 4k 4M 7 l不稳定同位素衰变过程中伴有各种辐射线产 生，这些不稳定同位素称为放射性同位素。 电子壳 中子（不同 ） 质子（同） 同位素 l3. 放射性同位素与辐射 8 有些同位素，其质子数和中子数差异较大，其原子核是不稳定的 ，它们按照一定的规律（指数规律）衰变。 9 4.放射性同位素与辐射 l辐射源: 放射性同位素(60Co、 137Cs)、电子加速器。 l主要射线: 射线

5、 射线 射线 X射线 l辐射：放射性同位素衰变产生各种射线过程及加速器 产生高能射线的过程。 l是氦原子核束、是电子束、是电磁波束、 X是 电子束 10 n射线：相对质量较大，电离能力很强，穿透能力很 小；一张纸就能阻挡它的通过； n射线：为氦核质量的几千分之一，带电量为射线 的一半，电离能力比射线小，穿透能力比射线大 ； n射线：电离能力比、小，穿透能力比、大 ； nX射线：电离能力小，穿透力很高。 11 n目前用于食品加工的电离辐射主要包括：60Co或 137Cs核素衰变释放的射线；能量不大于10MeV的 X射线。 n这些辐射有以下特点：有较强穿透物质的能力， 能使其受到均匀的辐射；辐射的

6、能量都低于食品 种各组成元素可能诱生放射性的阈能，因此不会 在食品中诱生放射性。 12 13 3.辐射单位 n 国际单位 常用单位 n辐射能量 焦耳（J） 电子伏特(ev) n放射性强度 贝可（Bq) 居里（Ci） n辐射剂量 库仑/千克（C/kg）伦琴(R） n吸收剂量 戈瑞（Gy） 拉德（rad） 14 l4.放射性同位素的衰变与半衰 期 n是放射性同位数放出射线的过程 n是放射性同位数强度由强变弱的过程 n过程与外界的温度、压力等因素无关，取决于原子核性 质 n按负指数规律衰变 n半衰期 t时刻的强度 t0时刻的强度 衰变常数 时间（年） 15 l半衰期 n放射性强度减少到原来一半（即I

7、0.5I0），所经历的时 间称为该给定同位素的半衰期，并用t0.5表示 n钴-60的半衰期=5.27年，铯137的半衰期=30.1年 16 5.食品辐照保藏与辐照食品 l1.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（Food irradiation）技术。 l2.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产生的射线或电子加速器产生的低于10MeV电 子束照射加工保藏

8、的食品。 17 三、辐射引起化学与生物学效应 1.辐射的化学效应 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。 A.初级辐射:使物质形成过渡态活性粒子、次级电子 、激发分子、自由基。 B.次级辐射：使初级辐射的产物相互作用，生成与 原始物质不同的化合物。 18 n1. 水分子 n水分子对辐射很敏感，当它接受了射线的能量后 ，水分子首先被激活，然后由激活了的水分子和 食品中的其他成分发生反应。 n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。 n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）。 辐照的化学效应 19 n水分子

9、被辐射后可能反应途径： n（eaq）+H2O=H+ OH n H+ OH=H2O n H+ H=H2 n OH+ OH=H2O2 n H+H2O2=H2O+ OH n OH+ H2O2=H2O+HO2 n H2+ OH= H2O+ H n H+O2=HO2 n HO2+ HO2= H2O2+O2 20 2.蛋白质 l变性：射线会使某些蛋白质中二硫键、氢键、盐键和醚键 等断裂，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。 l一级结构：辐照也会促使蛋白质的一级结构发生变化，除 了-SH氧化外，还会发生脱（-）氨基作用、脱（- ） 羧作用和氧化作用。 l交联：蛋白质水溶液经射线照射会

10、发生交联，由巯基氧化 生成分子内或分子间的二硫键，也可以由酪氨酸和苯丙氨 酸的苯环偶合而发生。交联导致蛋白质发生凝聚作用，甚 至出现一些不溶解的聚集体。 21 l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）。 l降解与交联同时发生，往往交联大于降解，所以降解常被掩盖而不易 察觉。 l含蛋白质食品辐照变化的复杂性：因为很可能这种食品的全部成分都 吸收电离辐射线而发生化学变化，再对蛋白质作用，同时全部成分的 辐射产物之间也可能发生相互作用。 l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），已鉴定出各种挥发性

11、辐解产物，大部分是通过间接作用产生 的，在低于冻结点的温度下进行辐照可减少辐照味的形成。 22 3.糖类 l多糖 n聚合度和粘度下降辐照会引起多糖链的断裂从而 引起聚合度和黏度变化， n产物 糊精碎片等：辐照小麦淀粉：葡萄糖、麦 芽糖、麦芽三糖、麦芽四糖和麦芽五糖。 23 24 l小分子糖类 n降解形成辐解产物：低聚糖或单糖的降解产物有羟基化合物、酸类、过氧化氢 ，降解作用还会产生气体，如氢气、二氧化碳及痕量甲烷、一氧化碳和水等。 n降解所形成的新物质会改变糖类的某些性质，如辐照能使葡萄糖和果糖的 还原能力下降，但提高了蔗糖、山梨糖醇和甲基-吡喃葡萄糖的还原能力。 这些变化是辐照剂量的函数。5

12、0kGy对糖还原能力影响与热处理相当。 10kGy 辐照100g葡萄糖-水合物释放出0.8mg的H2和2.6mg的CO2，但辐照果糖和蔗糖时 ，则没有CO2产生。 n固态糖类：相同条件下发生降解的程度低于糖溶液。固态糖类辐照降解作用的 G值（6-60）比辐照糖溶液时的G值（ 5）要大得多，因此固态糖降解的百分 数会更小。常见的降解产物是甲醛，辐照葡萄糖还会有葡萄糖酸、葡糖醛酸与 脱氧葡萄糖酸等产物检出。5kGy剂量下辐照降解产物浓度10mg/g。 25 n从表7-6可看出，50kGy的辐照剂量产生的还原力变化类似100加热10h的变化。 26 n4脂类 n一般来说，饱和脂肪是稳定的，不饱和脂肪

13、容易 发生氧化。辐射脂类的主要作用是在脂肪酸长链 中-C-C-键外断裂。 n辐射对脂类所产生的影响可分为三个方面： n理化性质的变化； n受辐射感应而发生自动氧化； n发生非自动氧化性的辐射分解。 27 l高剂量下辐照脂肪 n用60kGy辐照猪肉，辐照产物烃类产量，1kg脂肪中烃的含量如下： n 十七碳烯 90 mg， n 十六碳二烯 89 mg， n 十七烷 34 mg， n 十六碳烯 22 mg， n 十五烷 55 mg， n 十四烯 38 mg， n所产生的主要烃类的质量也随剂量和辐照温度而直线增加。 n当辐照剂量大于20kGy时“辐照脂肪”气味可察觉，在较高剂量时变得更强 烈。 n有人

14、估计30kGy辐照产生的烃量相当于170，24h加热所产生的烃量。 28 主要烷烃（戊 烷）的量是由 加热所形成的 两倍， 而在加热处理 中产生的主要 烯烃（丁烯） 的量较多。 29 n5维生素 n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。 n（1）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。 n（2）脂溶性维生素对辐射均很敏感，尤其是VE 、VK更敏感。 30 31 辐射引起的生物学效应 1.辐射对微生物的作用 （1）直接效应 细胞内蛋

15、白质、DNA受损，即DNA分子碱 基发生分解或氢键断裂等，致使微生物细胞 活动紊乱，甚至停止。 细胞膜受损，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。 32 n（2）间接效应 n 当水分子被激活和电离后，成为游离基，起氧 化还原作用，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，而使细胞生理机能受到 影响。 33 （3）微生物对辐射的敏感性 D10：辐射处理后残存微生物下降到原数的 10%所需要的辐射剂量，表示某种微生物对 辐射的敏感性。 to menu 微生物对辐射的敏感度：G-G酵母霉菌 N D log = N0 D10 N0最初的微生物数 N使用D剂量后残留的微生物数 D初期使用剂量 D10微生物残存数减到原数10%时的剂量 34 2.辐射对病毒的作用 通常使用高达30KGy的剂量才能抑制病毒 的活 性。 3.辐射对昆虫的作用 辐射敏感性与昆虫细胞的生殖活性成正比， 与它们的分化程度成反比。 4.辐射对寄生虫的作用 辐射可使寄生虫不育或死亡。 35 1.果蔬类 n防止微生物的腐败作用 n控制害虫感染及蔓延 n延缓后熟期，防止老化 n抑制发芽，延缓新陈代谢作用 四、辐照在