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1、1,食 品 保 藏,食品与包装工程系 周亚军 教授/硕士生导师,2,第五章 食品辐射保藏,概述 辐射加工： 是利用电离辐射（主要钴-60射线和电子加速器产生的电子束）与物质相互作用的物理、化学和生物效应，对物质或材料进行加工处理的过程。 食品辐射保藏： 是利用原子能射线的辐射能对新鲜肉类、水产、蛋及其制品，粮食、水果、蔬菜、调味料、饮料及其它加工产品进行杀菌、杀虫，抑制发芽，延迟后熟等处理。,3,食品辐射保藏优点： 最大限度减少食品损失，使它在一定期限不发芽、不腐败变质、不发生品质和风味的变化 辐射加工是种高效加工手段 穿透性强 可常温下进行 节能 无残毒 易控制 目前辐射加工技术已渗透于多行
2、业,4,辐射保藏与其他方法比较的优点： 与化学药物保藏比较，无化学物质残留 与热处理保藏比较，能较好保持食品原有新鲜状态 与冷冻保藏相比，节省能源 辐射是种较好的保藏食品的物理方法 不足： 不完全适用所有食品，有选择性,5,国内外发展简况,辐射技术加工食品在20世纪40年代开始，50年代美国等加强研究，70年代证明辐照食品的卫生安全性，80年代各国建立规程、法规、标准 1980年FAO/IAEA/WHO辐照食品安全联合专家委员会结论：辐照食品总平均剂量1000krad以下不需要做毒理学实验，无特殊营养和微生物学问题 1984年，代表130多个国家食品法典委员会（CAC）向成员国建议辐照食品CA
3、C标准及设施推荐规程 迄今，40多国家批准100多种辐照食品。辐照技术大规模商业化应用于20世纪90年代。 辐照技术已成熟，但公众接受性、各食品的标准、法规及检验、辐照设施等问题，辐照食品未被广泛接受。,6,从健康环境和安全角度，溴甲烷、二溴已烷和环氧乙烷越来越被禁用，食品辐照可取代化学熏蒸。 1997年蒙特利尔公约会议决定发达国家在2005年前、发展中国家在2015年前要彻底禁用溴甲烷，这使食品辐照的替代作用更突出。 食源性疾病近年在美国、日本等地多有发生，沙门氏菌、弯曲菌、大肠杆菌、单核细胞李斯特菌、弧菌等所致疾病与辐照食品近年发展密切相关。 如1997年美国2500万磅牛肉受大肠杆菌O1
4、57：H7的污染，9万人致病，25人死亡，导致美国历史上最大一次冻汉堡包的回收（约1万吨）。此事直接导致了1997年12月美国FDA批准了红肉辐照。,7,我国辐射加工食品产业化发展很快 1984-1994年共批准18种辐照食品 1996年又正式颁布“辐照食品卫生管理办法” 1997年公布“辐照食品类别卫生标准”，鼓励对进口食物、食品原料及国内6大类食品进行辐照处理,8,第二节 辐射基本原理,一、辐射类型 辐射是能量传递的一种方式 在电磁波谱中，根据能量相应的大小可将电磁波分成无线电波、微波、红外、可见、紫外线、X射线和射线。,9,频率,波长,=C,=C/,低频辐射区1015Hz,高频辐射线10
5、18Hz,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,10,低频辐射线（非电离辐射）： 波长较长、能量小（频率低），仅能使物质分子产生转动或振动而产生热，也可起到加热杀菌作用。 高频辐射线（电离辐射）： 频率较高、能量大，如X-，-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）。,11,二、-、-、-、X-射线,1. 放射性同位素 当原子序数在84以上，原子核是不稳定的，能以一定的速率放出射线，由这种原
6、子组成的元素称为放射性同位素。 自然界中有天然的不稳定同位素，但还有一些不稳定同位素是使用原子反应堆及粒子加速器等人工制造的。,12,（1）-射线：当同位素中，（中子：质子）n：p+1.5:1,从原子核中放射出带2p+和2n的带正电高速粒子流（氦核）称为-射线。 （2）-射线：当核内中子数和质子数不等时，若某一中子释放出能量转变成质子（np+) np+ +-( 带负电的高速电子)；若核内p+n时(这种情况一般指在加速器中)， p+1.02Mevn+ （带正电荷的高速电子） -和+-粒子是带正电荷和负电荷的高速电子,13,（3）X-射线 若核内质子从外层电子云中的K层捕获电子，转变成中子， p+
7、 +e- n 当K层（低能态）电子被捕获后剩下一空穴，高能态（外层）电子会捕获进去，释放出能量X-射线。 所以，X-射线指原子核外电子所放出的能量。 （4）-射线 当原子核在发射了-和-射线或k-捕获后，核的能级处于激发态（高能态），当这种激发态回到基态时，原子就发出光子流-射线 （即不带电荷粒子流）。 以上这些射线都具有使被辐射物质的原子或分子发生电离作用的能力和不同穿透程度的能力。,14,-射线：相对质量较大，电离能力大，穿透能力小 -射线：为-射线质量的几千分之一，点电量为其一半，穿透能力比-射线大。 -射线：电离能力比-、-射线小，穿透能力比二者大。 X-射线：电离能力小，穿透能力强。
8、,15,2. 放射性衰变,每个放射性同位素放出射线后，就转变成另一个原子核，从不稳定的元素变成稳定同位素，原子核转变过程称为放射性衰变。 若放射性强度因衰变而降低到原来的一半所需要的时间称为半衰期。,16,三、辐射用单位,17,四、辐射源,人工放射性同位素,如60Co 电子加速器,18,第三节 食品辐射技术的化学与生物学效应,一、辐射化学效应 电离辐射使食品产生各种粒子、离子和质子的基本 过程有两个： 初级辐射:使物质形成离子、激发态分子或分子碎片。 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。 初级辐射一般无特殊条件，而次级辐射与温度等其它条件有关。,19,氧气：经辐射能
9、导致臭氧的形成 氮气和氧气混合后经辐射能形成氮的氧化物，溶于水可成硝酸等化合物 水：对辐射敏感，水分子首先被激活，然后由活化的水分子和食品中的其他成分发生反应 在稀溶液或含水食品中，大多因水的辐射而产生间接效应，进行氧化还原反应 氨基酸与蛋白质： 干燥状态氨基酸：主要反应是脱氨基作用而产生氨 水溶液时：可能形成有胺类、CO2、脂类及其它酸类 蛋白质：吸收能量最初破坏了键而形成氨基酸 蛋白质有变性现象 蛋白质的溶解度，溶液粘度，蛋白质的电泳性及吸收光谱等都有变化,20,酶： 对辐射反应与蛋白质相似，有变性作用 纯酶稀溶液对辐射很敏感，增加浓度必须增加辐射剂量才能产生同样的钝化效果 酶对辐射敏感性
10、因其它物质的伴生存在而减弱 受外界条件变化的影响，如提高温度，增加酶稀释液的敏感性 酶会因-SH基团的存在而增加它对辐射的敏感性 介质pH值及含氧量对有些酶起很大作用，如辐射干燥胰蛋白酶，有氧状态极易钝化并可能有过氧化物形成 在复杂食品体系中酶容易被保护，钝化时就需增大辐射剂量,21,糖类 稀释的单糖溶液也有初级和次级的辐射效应 氧化作用和裂解反应的产物主要视单糖的性质，如葡萄糖辐射后产生葡萄糖醛酸，葡萄糖酸，葡萄糖二酸，乙二醛，甲醛和二羟丙酮 低聚糖可成为单糖，最后产物与单糖辐射相同 多聚糖的辐射如淀粉、纤维素可被降解成葡萄糖、麦芽糖、糊精等 植物组织中果胶质也有解聚现象 动物组织中糖原也会
11、因辐射而断裂成小分子,22,脂类 辐射主要作用是脂肪酸长链中c-c键外断裂产生正烷类 由于次级反应可生成正烯类 在有氧存在时，由于烷自由基的反应而形成过氧化物及氢过氧化物 此反应与常规脂类的自动氧化过程相似，最后导致产生醛、酮,23,维生素 维生素是食品中重要的微量营养物质，许多保藏食品的加工过程中造成维生素损失 纯维生素溶液对辐射很敏感，若在食品中因与其它物质复合存在，敏感性降低 水溶性维生素中以维生素C的辐射敏感性最强，可以与水辐射分解出的自由基发生反应 在冷冻状态下可保护维生素C，是因水分子的自由基流动性较小 其它水溶性维生素B1、B2、泛酸，B6，叶酸对辐射较敏感，B5不敏感 脂溶性维
12、生素对辐射敏感，尤其维生素E、K更敏感,24,二、食品辐射的生物学效应,生物学效应指辐射对生物体如微生物、病毒、昆虫、寄生虫、植物等的影响 这些影响是由于生物体内的化学变化造成的。 对某些物质的辐射效应可分直接和间接的 有机体含水分而产生间接效应是辐射反应重要部分，在干燥和冷冻组织中很少有这种间接效应 辐射不会产生特殊毒素，但某些机体组织中有时发现带有毒性的不正常的代谢产物 辐射对活体组织的损伤主要是有关代谢反应，视其机体组织受辐射损伤后的恢复能力而异，还取决所用辐射总剂量的大小,25,（一）微生物,1.辐射对微生物的作用 （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
13、胞内蛋白质、DNA受损，即DNA分子碱基发生分解或氢键断裂等，因DNA分子本身受损伤而致使细胞死亡直接击中学说。 B. 细胞内膜受损，膜由蛋白质和磷脂组成，分子断裂造成细胞膜泄漏，酶释放出来，酶功能紊乱，干扰微生物代谢，使新陈代谢中断，使微生物死亡。,26,（2）间接效应,来自被激活的水分子或电离的游离基 当水分子被激活和电离后，成为游离基，起氧化还原作用，这些激活的水分离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。,27,2.微生物对辐射的敏感性,为表示某微生物对辐射的敏感性，通常以每杀死90%微生物所需要的拉德数来表示，即残存微生物下降到原数的10%所需剂量，并用D10
14、值表示： N D lg = - N0 D10 其中： N0表示最初的微生物数 N表示使用D剂量后残留的微生物数 D表示初期剂量 D10表示微生物残存数减到原数的10%时的剂量,28,不同微生物的辐射敏感性,29,微生物对辐射的敏感性,一般来说 G- G+ 酵母 霉菌(敏感度) G-：革兰氏阴性菌 G+：革兰氏阳性菌,30,（二）病毒,通常使用高达3000Krad剂量才能抑制。 使用剂量过高对新鲜食品的质量有影响 采用加热与辐射并用方法，可降低剂量达到使病毒活动抑制的目的,31,（三）昆虫,辐射对昆虫的效应与其组成细胞的效应密切相关 对昆虫细胞，辐射敏感性与其生殖活性成正比，与其分化程度成反比。
15、 处幼虫期的昆虫对辐射较敏感，成虫细胞对射线的敏感性较小，高剂量才能使成虫致死 但成虫的性腺细胞对辐射敏感。因此，低剂量可造成绝育或引起遗传上紊乱。 辐射对昆虫损伤作用： 致死，“击倒”（貌似死亡，随后恢复），寿命缩短、推迟换羽，不育、减少卵的孵化、延迟发育、减少进食量和抑制呼吸 这些作用都是在一定剂量水平下发生的 而在其它剂量下，甚至可能出现相反的效应，如延长寿命、增加产卵、增进卵的孵化和促进呼吸。,32,成年前的昆虫经辐射可产生不育； 辐照过卵可发育成幼虫，不能发育成蛹； 照射的蛹可发展为成虫，但成虫不育； 用13-25Krad照射可使卵和幼虫有一定的发育能力，但能阻止它们发育到成虫阶段；
16、 用40-100Krad剂量，能阻止所有卵和幼虫、蛹发育到下一阶段； 甲虫成虫不育需要13-25Krad，蛾需要45-100Krad才行； 螨需用25-45Krad剂量才能达到不育，3000-5000Krad才能致死。,33,（四）寄生虫,辐射可使寄生虫不育或死亡 猪肉内旋毛虫， 不育剂量，12Krad，死亡750Krad 牛肉绦虫， 致死300-500Krad,34,（五）植物,水果： 对有呼吸变换期的水果，其呼吸率达最小值时是辐射处理的关键时刻 此时辐射能抑制其后熟期 主要改变体内乙烯生产率而影响其生理活动。 辐射能使化学成分发生变化，如维生素C的破坏、原果胶变成果胶质及果胶酸盐、纤维素及淀粉的降解、某些酸的破坏及色素变化等。,35,蔬菜 辐射影响新鲜蔬菜的代谢反应，效果与剂量有关。 辐射改变蔬菜呼吸率，防止老化，改变化学成分。 根菜类如土豆、洋葱
