食品輻射保藏

1、第四章     食品輻射保藏,,教學(xué)目的和要求 掌握輻射對(duì)微生物、食品成份的影響及影響因素； 了解輻射的生物學(xué)效應(yīng)及安全性 掌握食品輻射保藏工藝及注意事項(xiàng)重點(diǎn)： 輻射保藏食品的優(yōu)缺點(diǎn) 食品經(jīng)輻射處理所產(chǎn)生的化學(xué)及生物學(xué)效應(yīng) 食品輻射保藏工藝難點(diǎn)： 食品經(jīng)輻射處理所產(chǎn)生的化學(xué)及生物學(xué)效應(yīng) 輻射保藏處理時(shí)劑量如何確定,食品輻射

2、保藏是利用射線照射食品，使食品產(chǎn)生一系列生物和生理效應(yīng)，從而達(dá)到防霉、防腐、延長食品貨架期的一種食品保藏方法。,第一節(jié)        概述,食品輻射保藏就是利用原子能射線的輻射能量對(duì)新鮮肉類及其制品、水產(chǎn)品及其制品、蛋及其制品、糧食、水果、蔬菜、調(diào)味料、飼料以及其他加工產(chǎn)品進(jìn)行殺菌、殺蟲、抑制發(fā)芽、延遲后熟等處理。最大限度的減少食品的損失，使它在一定期限內(nèi)不發(fā)芽、不

3、腐敗變質(zhì)，不發(fā)生食品的品質(zhì)和風(fēng)味變化，由此可以增加食品的供應(yīng)量，延長食品的保藏期。輻射保藏技術(shù)是一門新的技術(shù)，比現(xiàn)有保藏技術(shù)有其優(yōu)越性的一面。是繼傳統(tǒng)的物理、化學(xué)保藏之后又一發(fā)展較快的食品保藏新技術(shù)和新方法。,一、現(xiàn)有保藏技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),食品冷凍保藏—低溫。抑制微生物活動(dòng)和減少酶活。優(yōu)點(diǎn)：能夠較好保持新鮮食品原有的風(fēng)味和營養(yǎng)價(jià)值；缺點(diǎn)：能耗大，需建立冷藏鏈。食品罐藏—提高溫度殺滅微生物和酶。優(yōu)點(diǎn)：絕大部分殺滅微生物，可以長期保藏

4、；缺點(diǎn)：熱對(duì)風(fēng)味組織結(jié)構(gòu)和色澤有影響。食品干藏—降低水分活度（aw），控制微生物和減少酶活。優(yōu)點(diǎn)：簡便宜行，重量減輕或體積變小，食品可增香變脆；缺點(diǎn)：自然脫水后的食品難復(fù)水，易變色?；瘜W(xué)保藏—通過外加化學(xué)物質(zhì)抑制微生物及酶等作用。優(yōu)點(diǎn)：操作簡便易行。缺點(diǎn)：化學(xué)物質(zhì)殘留。,二、輻射保藏的優(yōu)越性（意義、特點(diǎn)）,“冷殺菌”；具有良好的保鮮效果殺死微生物效果顯著，劑量可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)（準(zhǔn)確控制）輻照處理食品能耗低沒有非食品

5、物質(zhì)殘留 節(jié)約了包裝材料 操作適應(yīng)范圍廣輻射裝置加工效率高,二、輻射保藏的優(yōu)越性（意義、特點(diǎn)）,食品在受輻射過程中溫度升高甚微，因此，被輻射適當(dāng)處理后的食品在感官性狀如色、香味和質(zhì)地等方面與新鮮食品差別很小，特別適合于一些不耐熱的食品和藥品。射線穿透力強(qiáng)，在不拆包裝和解凍的情況下，可殺滅其深藏于谷物、果實(shí)或凍肉內(nèi)部的害蟲和微生物，也節(jié)省了包裝材料，避免再污染。射線處理過的食品不會(huì)留下任何殘留物，與化學(xué)處理相比是一大特點(diǎn)。,

6、節(jié)省能源：據(jù)76年國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）通報(bào)的估計(jì)，食品采用冷藏需消耗能量為90千瓦時(shí)/T，巴氏消毒230千瓦時(shí)/T，熱力殺菌300千瓦時(shí)/T，脫水處理（干燥）700千瓦時(shí)/T，而輻射殺菌只需6.34千瓦時(shí)/T，輻射巴氏消毒0.76千瓦時(shí)/T。適應(yīng)范圍廣：能處理各種不同類型的食物品種，如從裝箱的馬鈴薯到袋裝的面粉、肉類、水果、蔬菜、谷物、水產(chǎn)等。多種體積的食品；不同狀態(tài)，固體、液體。,加工效率高、整個(gè)工序可連續(xù)化、自動(dòng)化。只要規(guī)

7、模大，就能獲得巨大的利益。谷物20萬噸以上，馬鈴薯2.5萬噸以上，洋蔥5000噸。 輻射保藏是一種獲得經(jīng)濟(jì)效益和有發(fā)展前途的保藏方法，也是和平利用原子能的一個(gè)重要方面。,三、國內(nèi)外發(fā)展簡況,1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X-射線后，Mink于1896年就提出X-射線的殺菌作用。二次大戰(zhàn)期間，美國麻省理工學(xué)院的羅克多爾將射線處理漢堡包，揭開了輻射保藏食品研究的序幕。50年代起北美、歐洲、日本等30多個(gè)國家先后投入大量的費(fèi)

8、用進(jìn)行研究；60年代一些第三世界國家也加入該行列，目前從事這方面研究的有50-60個(gè)國家。,國際原子能組織（IAEA）、聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）、世界衛(wèi)生組織（WHO）等的支持和組織下，進(jìn)行了種種國際協(xié)作研究。到1976年25種輻射處理食品在18個(gè)國家得到無條件批準(zhǔn)或暫定批準(zhǔn)，允許供作為商品供一般使用。1980年10月27日上述組織聯(lián)合舉行的第四次專門委員會(huì)議作出結(jié)論：用10kGy以下平均最大劑量照射任何食品，在毒理學(xué)、營養(yǎng)學(xué)及微生

9、物學(xué)上都絲毫不存在問題，而且今后無須再對(duì)經(jīng)低于此劑量輻照的各種食品進(jìn)行毒性實(shí)驗(yàn)。,目前許多國家將輻射用于食品的加工與保藏。前蘇聯(lián)、美國、加拿大、法國、日本、中國等國家均批準(zhǔn)在一些食品中使用輻照。日本、加拿大建立了輻射工廠用于食品保藏、有魚蝦、果蔬等。歐洲（丹麥、保加利亞、法國等）用于抑制土豆、大蒜、洋蔥發(fā)芽。發(fā)展中國家，印度、伊朗、泰國、智利、阿根廷等用于糧食（谷物）的防霉、防蟲。,我國自1958年開始，70年代的研究工作取得了

10、一定的成效。1984年11月國家衛(wèi)生部批準(zhǔn)7項(xiàng)（馬鈴薯、洋蔥、大蒜、花生、蘑菇、香腸）輻照食品允許消費(fèi)。之后又有20多種食品通過了不同級(jí)別的技術(shù)鑒定。80年代，一些省市建立了一起容量較大的輻射應(yīng)用試驗(yàn)基地，如北京、上海、天津、湖南、四川、廣東等地。后期有浙江、深圳等。,第二節(jié)     輻射的基本原理,一、 輻射類型輻射指能量傳遞的一種方式，在電磁波譜中，根據(jù)能量相應(yīng)的大小，可使電磁波分成無線

11、電波、微波、紅外、可見光、紫外線，χ和γ射線。通常根據(jù)輻射的作用形式可將輻射分為電離輻射和非電離輻射兩種類型。通常按輻射的頻率來劃分。,,,,υ頻率,λ波長,λ υ =C,υ =C/λ,低頻輻射區(qū)υ <1015Hz,高頻輻射線υ >1015Hz,E 能量,,,,,,,,,,,,,,,,,,,無線電波,微波,紅外,可見,紫外,X射線和γ射線,,,,105Hz 1010 1015 1018

12、 1020,3km 3cm 3μm 3nm 0.3nm,4×10-10 ev 4×10-5 4×10-3 4 4×102 4k ev 4M ev,1 非電離輻射,低頻輻射線 υ＜1015，波長較長（頻率較低），能量小，如微波、紅外線的能量僅能使物質(zhì)分子產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)而產(chǎn)生熱，則起到加熱殺菌作用。是非電離輻射。,

13、2 電離輻射,高頻輻射線υ ＞1015，頻率較高，能量大，有激發(fā)和電離兩種作用：（1）υ 在1015~1018Hz ，如紫外線的能量，僅能使被照射物質(zhì)的原子受到激發(fā)（激發(fā)為使電子從低能態(tài)到高能態(tài)），亦可起到抑菌殺菌的作用；,（2）υ ＞1018Hz，如X-，γ-射線，能量很大，在使物質(zhì)的原子受到激發(fā)的同時(shí)，還能引起原子的電離（使電子從各個(gè)原子中彈出而本身原子變成帶相反電荷的離子），因而可起到殺菌作用。能使受輻射物質(zhì)的原子發(fā)生電離作用

14、的輻射稱為電離輻射。 本書中輻射保藏即是指電離輻射（ υ ＞1018Hz） 這與低頻輻射不同，不是加熱，故又稱為冷殺菌。,二、放射性同位素與輻射,一個(gè)原子具有一個(gè)帶正電荷的原子核，核外圍有電子云。原子核內(nèi)有質(zhì)子和中子,也就是其質(zhì)量的組成部分。質(zhì)子帶正電荷,中子不帶電荷.核的直徑約為10-12cm,是整個(gè)原子質(zhì)量的只要所在地。整個(gè)原子(包括運(yùn)轉(zhuǎn)的電子)的直徑約為10-8cm。,1．  放射性同位素,原子核=

15、P++n，P+為帶正電荷質(zhì)子，n為不帶電荷中子，核內(nèi)質(zhì)子數(shù)決定化學(xué)元素的特性，一般情況下（指在輕原子核范圍內(nèi)）P+=n，組成原子的質(zhì)量。但有些元素，P+相同而n不同的原子所組成的元素稱為同位素，P+=n時(shí)原子穩(wěn)定，P+≠n則不穩(wěn)定。當(dāng)原子序數(shù)在84以上的同位素，原子核是不穩(wěn)定的，能以一定的速率放出射線，由這種原子組成的元素稱為放射性同位素。放射性同位素能發(fā)射α-、β--、β+-及γ-射線 。,2.α-、β-、γ-及 X-射線,α-

16、射線：當(dāng)同位素中n：P+＞1.5：1，從原子核中放射出帶2P+和2n的帶正電高速粒子流（氦核）—稱為α-射線；β-射線：當(dāng)核內(nèi)中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)不等時(shí)；若某一中子釋放出能量轉(zhuǎn)變成質(zhì)子（n＞P+） n→P++β－（帶負(fù)電荷的高速離子）若核內(nèi)P+＞n時(shí)，（這種情況一般指在加速器中） P++1.02MeV→n+β+（帶正電荷的高速離子）β－和β+→β-射線，即從原子核中射出的帶電的高速電子。

17、,X-射線：若核內(nèi)質(zhì)子在外層電子云中，從K層捕獲電子e－，轉(zhuǎn)變成中子（k-捕獲），使質(zhì)子數(shù)減少。P++ e－→n當(dāng)K層（低能態(tài)）電子被捕獲后剩下一空穴，則高能態(tài)（外層）電子會(huì)補(bǔ)充進(jìn)去，釋放出能量—X-射線，指原子核外電子所放出的能量。γ-射線：當(dāng)原子核在發(fā)射了α和β或κ－捕獲之后，核的能級(jí)處于激發(fā)態(tài)（高能態(tài)），當(dāng)這種激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)，原子就發(fā)出光子流（即不帶電荷的核子流），稱γ-射線，發(fā)源于原子核本身。,3. 四種射線的特點(diǎn),以上

18、所講的四種射線都具有使被輻射物質(zhì)的原子或分子發(fā)生電離作用的能力和不同程度的穿透能力。但是由于射線性質(zhì)的不同，從而電離能力和穿透能力各不相同。α-射線：相對(duì)質(zhì)量較大，電離能力很強(qiáng)，穿透能力很小；一張紙就能阻擋它的通過。,β-射線：為氫核質(zhì)量的幾千分之一，帶電量為α-射線的一半，電離能力比α-射線小，穿透能力比α-射線大；γ-射線：電離能力比α、β小，但穿透能力比α、β大；X-射線：電離能力小，穿透力很高,4．放射性衰變,每個(gè)放射性同

19、位素經(jīng)放出射線后，就轉(zhuǎn)變成另一個(gè)原子核，從不穩(wěn)定的元素變成穩(wěn)定同位素。原子核的轉(zhuǎn)變過程稱為放射性衰變。,(1) 衰變規(guī)律,原子核衰變數(shù)N與原子核總數(shù)N0有關(guān)。實(shí)踐證明：在單位時(shí)間內(nèi)，衰變著的原子核的數(shù)目和其總數(shù)成正比，這一過程是不可逆的,可用公式表示如下: N=N0e-λt,N:　原子核數(shù) N0: 原子核總數(shù) t : 時(shí)間 λ : 衰變常數(shù),（2）半衰期,放射

20、性強(qiáng)度因衰變降低到原來一半所需的時(shí)間稱為半衰期?；蛟訑?shù)衰變至一半時(shí)所需的時(shí)間。對(duì)于單獨(dú)的一種放射性元素而言，半衰期和衰變常數(shù)一樣也是常數(shù)。半衰期以t1/2表示，則根據(jù)前面公式可得： 1/2N0=N0e-λt1/2 λt1/2=ln2=0.6931 即衰變常數(shù)與任意同位素的半衰期的乘積為0.6931，這樣可利用半衰期求出其衰變常數(shù)。 常見放射性同位素的半衰期,常見放射性同位素

21、的半衰期,,三．輻射用各種單位,（一）   能量單位電子伏特ev. 表示輻射能量單位普通用eV，即相當(dāng)于１個(gè)電子在真空中通過電位差為１伏特的電場被加速所獲得的動(dòng)能。 ?。眅v=1.602×10-12爾格（erg） 1Mev=106ev ，1kev=103ev,,,（二）放射性強(qiáng)度,衡量放射性強(qiáng)弱程度的一個(gè)物理量。指單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生核衰變的次數(shù)。以前曾用居里， 1Ci=3.7&

22、#215;1010衰變／秒　即每秒中有3.7×1010次原子核衰變?，F(xiàn)法定單位用貝克Bq，即每秒中有一個(gè)原子核衰變?yōu)?貝克。1Bq=1S－1，因此，1Ci=3.7×1010Bq。,（三）輻射計(jì)量,指被照射物質(zhì)吸收輻射能量程度的一些物理量。常用輻射量、物料吸收劑量和吸收劑量速率來表示。輻射（照射）量是用X-射線或γ-射線輻射源的輻射場內(nèi)空氣電離的程度來表示。吸收劑量是指在輻射源的輻射場內(nèi)單位質(zhì)量被輻射物質(zhì)吸收

23、的輻射能量。簡稱劑量。單位質(zhì)量的被照射物質(zhì)在單位時(shí)間中所吸收的能量稱為吸收劑量速率。,法定單位為庫侖/千克（C/kg），以前曾用倫琴（R）在標(biāo)準(zhǔn)狀況下（0℃，760mmHg），1cm3空氣（0.00129g）能形成一個(gè)正電或負(fù)電的靜電單位的X-射線或γ-射線照射量——1R。一個(gè)正電或負(fù)電的離子具有4.80×10－10e.s.u（靜電單位）。即一個(gè)靜電單位的離子量為2.08×109個(gè)正電或負(fù)電離子（離子對(duì)），即1

24、倫琴可使1cm3空氣產(chǎn)生2.08×109個(gè)正電或負(fù)電離子（離子對(duì)）。1R=2.58×10－4C/kg（空氣）,1．輻射量（照射量）,2．  吸收劑量,是電離輻射授予被輻射物質(zhì)單位質(zhì)量的平均能量，即被輻射物質(zhì)吸收的輻射能量，法定單位為J/kg，也稱為戈瑞（Gy）以前曾用拉德（Rad）即1克被輻射物質(zhì)吸收100爾格（erg）射線能量為1Rad。1Rad=100erg/g=6.24×1013eV/g

25、。1Gy=100Rad=104erg/g照射量和吸收劑量是完全不同的概念，有區(qū)別（照射量指空氣電離程度來講）但兩者都是描述輻射計(jì)量的，又相互聯(lián)系。,1個(gè)電子的電荷量是4.8×10－10e.s.u.產(chǎn)生一個(gè)e.s.u.需要的離子對(duì)數(shù)為2.08×109，而電子在空氣中產(chǎn)生一對(duì)離子所消耗的平均能量為33.73eV（電離功）1R照射量相當(dāng)于0.0129g空氣中吸收了2.08×109×33.73eV=

26、7.02×1010eV=0.112erg能量。1R照射量時(shí)，1g空氣的吸收能量為0.112erg/0.00129=86.8erg/g=0.868Rad即空氣的吸收劑量為0.868Rad=8.68×10－3Gy。,3．  吸收劑量速率,單位質(zhì)量的被照射物質(zhì)在單位時(shí)間中所吸收的能量稱為吸收劑量速率。單位為Gy/s。吸收劑量速率與照射距離和輻射強(qiáng)度有關(guān)。距離越近，吸收劑量速率越大，距離相同，輻射強(qiáng)度越大，則吸

27、收劑量越大。物料不同，吸收劑量速率也是不一樣的。,四、輻射源,（一）   人工放射性同位素 在食品輻射時(shí)供電離輻射用的放射線主要為β-和γ-射線，經(jīng)常采用人工制備的放射性同位素60Co（鈷，半衰期5.26年）和137Cs（銫，半衰期30.3年）,鈷和銫衰變圖,60Co經(jīng)β-衰變后放出兩個(gè)能量不同的γ-光子最后變?yōu)?0Ni；137Cs經(jīng)β-衰變后放出γ-光子最后變?yōu)?37Ba,制備方法，將自然界中存在的穩(wěn)定

28、同位素59Co金屬制成棒形、長方形、薄片形、顆粒形、圓筒形或所需要的形狀，置于反應(yīng)堆活性區(qū)，經(jīng)中子一定時(shí)間照射，少量59Co原子吸收一個(gè)中子后即生成60Co輻射源。目前在商業(yè)上采用60Co作為γ-射線源。,（二）電子加速器,利用電磁場作用，使電子獲得較高能量，即將電能轉(zhuǎn)變成輻射能，這樣儀器設(shè)備裝置有靜電加速器、高頻高壓加速器、絕緣磁芯變壓器，直流加速器有兩種方式：1.直接加高壓，很高電壓使電子獲得動(dòng)能如范德格拉夫加速器（靜電加速器）

29、；2.不是直接利用高電壓，但反復(fù)多次將電子加速，如回旋加速器，電子感應(yīng)加速器。利用加速器使電子帶電形成高能量粒子——人工β-射線源。,范德格拉夫加速器,直流高壓電源6通過針尖電暈放電將負(fù)電荷噴射到高速運(yùn)行的輸電帶4上，電荷被帶到球型高壓電極1內(nèi)，電刷7收集電荷。在電荷累積下，在球型電極形成高壓電場。電子槍5發(fā)射的電子，在高壓電場下，沿著加速管3被加速，即得到電子射線。,用高能電子來轟擊重金屬靶，則產(chǎn)生X-射線——X-射線發(fā)生器。特

30、點(diǎn)：電子加速器優(yōu)點(diǎn)是可以控制開停，能量可以調(diào)節(jié)控制?？傻玫奖确派湫酝凰卦摧椛淠芰扛叩枚?，如1萬Ci60Co→150W，而加速器可達(dá)10-15kW。X-射線轉(zhuǎn)換率不高，一般不用于食品輻射。,思考題,1 輻射保藏食品優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)？2 輻射的類型及劃分的界限3 放射性同位素發(fā)射的射線種類、產(chǎn)生的條件及各自的特點(diǎn)4 輻射量、吸收劑量、吸收劑量速率及相應(yīng)的單位5 食品輻射常用的人工放射性同位素,第三節(jié)  食品輻射技

31、術(shù)的化學(xué)與生物學(xué)效應(yīng),電離輻射之所以用來保藏食品，這是由輻射對(duì)被照射物質(zhì)中發(fā)生的化學(xué)效應(yīng)與生物學(xué)效應(yīng)所決定的。,一、食品輻射化學(xué)效應(yīng),電離輻射使物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)變化的問題至今仍不是很清楚。 由電離輻射使食品產(chǎn)生多種離子、粒子及質(zhì)子的基本過程有：直接 初級(jí)輻射——即物質(zhì)接受輻射能后，形成離子、激發(fā)態(tài)分子或分子碎片——與輻射程度有關(guān)。間接 次級(jí)輻射——初級(jí)輻射的產(chǎn)物相互作用生成與原物質(zhì)不同的化合物——與溫度等其他條件有關(guān)。,1.

32、  水分子,水分子對(duì)輻射很敏感，當(dāng)它接受了射線的能量后，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發(fā)生反應(yīng)。水接受輻射后的最后產(chǎn)物是氫和過氧化氫，形成的機(jī)制很復(fù)雜?，F(xiàn)已知的中間產(chǎn)物主要有三種：水合電子（eaq），氫氧基（OH·），氫基（H·）。見P222,水分子被輻射后可能反應(yīng)途徑 （eaq）+H2O=H·+ OH· H·+ OH·=H2O

33、 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,這些中間產(chǎn)物能在不同的途徑中進(jìn)行反應(yīng)， e

34、aq是一個(gè)還原劑， OH·是一個(gè)氧化劑， H·有時(shí)是氧化劑但有時(shí)又是還原劑。這些中間產(chǎn)物很重要，因?yàn)樗鼈兛梢院推渌袡C(jī)體的分子接觸而進(jìn)行反應(yīng)，特別是在稀溶液中或含水的食品中，大多由于水的輻射而產(chǎn)生了間接效應(yīng)進(jìn)行了氧化反應(yīng)。,,從上可看出物質(zhì)分子吸收了輻射能而發(fā)生了化學(xué)效應(yīng)，表示物質(zhì)輻射化學(xué)效應(yīng)的數(shù)值稱G值。G值即吸收100eV能量的物質(zhì)所產(chǎn)生化學(xué)變化的分子數(shù)。輻射的化學(xué)效應(yīng)是以每吸收100eV（電子伏）能量時(shí)被照

35、射物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)變化的分子數(shù)目來表示的。（即能傳遞100eV能量的分子數(shù)）,2．氨基酸與蛋白質(zhì),有機(jī)化合物因輻射而分解的產(chǎn)物也很復(fù)雜，取決于原物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和輻射條件，有的從高分子--- 低分子，有的反而從低分子---高分子。射線照射到食品蛋白質(zhì)分子，很容易使它的二硫鍵、氫鍵、鹽鍵、醚鍵斷裂，破壞蛋白質(zhì)分子的三級(jí)、二級(jí)結(jié)構(gòu)，改變物理性質(zhì)。,射線照射，引起氨基酸、蛋白質(zhì)分子的化學(xué)變化有：（1）脫氨 如甘氨酸e-+NH3+C

36、H2COOH-→NH3+CH2COO-（2）放出CO2 a.   脫氨的脫羧反應(yīng) b.   不脫氨的脫羧反應(yīng)（3） 含硫氨基酸的氧化（巰基）e-+NH3+CH2CH（CH2SH）COO-→H2S+ NH2CH（CH2）COO-,（4）交聯(lián) 蛋白質(zhì)凝聚（該蛋白質(zhì)分子通過硫氫基的氧化生成分子內(nèi)或分子間的二硫鍵，或由酪氨酸和苯丙氨酸的苯環(huán)偶合而發(fā)生交聯(lián)）。（5） 降解 蛋

37、白質(zhì)發(fā)生裂解，產(chǎn)生較小的碎片。（6）輻射降解與交聯(lián)同時(shí)發(fā)生，若降解小而交聯(lián)大，則交聯(lián)會(huì)掩蓋降解，故降解不易觀察到。,3．  酶酶是機(jī)體組織的重要成分，因酶的主要組成是蛋白質(zhì)，故它對(duì)輻射的反應(yīng)與蛋白質(zhì)相似，如變性作用等。純酶稀溶液對(duì)輻射敏感，若增加其濃度也必須增加輻射劑量才能產(chǎn)生同樣的鈍化效果。若在食品體系中，酶很容易受到保護(hù)，同時(shí)也受外界條件變化（溫度、 pH、含氧量）的影響。如提高溫度會(huì)增加酶對(duì)輻射的敏感度，在有氧狀

38、態(tài)下干燥胰蛋白酶極易鈍化。此外，有時(shí)酶由于蛋白質(zhì)分子降解，使酶活性中心暴露出來，反而致使酶反應(yīng)更有利。因此對(duì)分解酶類活性的食品，在輻射前應(yīng)先通過加熱滅酶。酶會(huì)因有巰基（-SH）的存在而增加其對(duì)輻射的敏感性。,4．    脂類,一般來說，飽和脂肪是穩(wěn)定的，不飽和脂肪容易發(fā)生氧化。輻射脂類的主要作用是在脂肪酸長鏈中-C-C-鍵外斷裂。 輻射對(duì)脂類所產(chǎn)生的影響可分為三個(gè)方面：理化性質(zhì)的變化；受輻射感應(yīng)

39、而發(fā)生自動(dòng)氧化；發(fā)生非自動(dòng)氧化性的輻射分解。脂肪酸酯和某些天然油脂在受50kGy以下劑量照射，品質(zhì)變化極少；但其他成為異臭發(fā)生源。如肉類風(fēng)味變化，牛奶產(chǎn)生蠟燭味，魚類產(chǎn)生異臭。輻照可促使脂類的自動(dòng)氧化，有氧存在，其促進(jìn)作用更明顯，從而促進(jìn)游離基的生成，使氫過氧化物和抗氧化物質(zhì)分解反應(yīng)加快，生成醛、醛酯、含氧酸、乙醇、酮等。,飽和脂類在無氧狀態(tài)下輻照時(shí)會(huì)發(fā)生非自動(dòng)氧化性分解反應(yīng)，產(chǎn)生H2、CO、CO2、碳?xì)浠衔铩⑷┖透叻肿踊衔?。?/p>

40、飽和脂肪酸也會(huì)產(chǎn)生類似的物質(zhì)，其生成的碳?xì)浠衔餅殒溝N、二烯烴、二烯烴和二聚物形成的酸。磷脂類的輻射分解物也是碳?xì)浠衔镱悺⑷╊惡王ヮ?。?duì)含有脂肪的食品輻照時(shí)也鑒定出了過氧化物、酯類、酸類、和碳?xì)浠衔锏?，這與天然脂肪和典型脂肪的情況相同。但是應(yīng)注意的是，與剛照射后相比，這種影響多出現(xiàn)于貯藏期中。,5．  碳水化合物 一般來說相當(dāng)穩(wěn)定，只有大劑量照射下才引起氧化和分解。在食品輻射保藏的劑量下，所引起的物質(zhì)性質(zhì)變化

41、極小。輻照對(duì)單獨(dú)存在時(shí)的糖類的影響如下：單糖只有在C4上發(fā)生氧化產(chǎn)生糖酮酸低分子糖類：旋光度降低、褐變、還原性和吸收光譜變化、產(chǎn)生H2、CO、CO2、CH4等氣體。,多糖類：熔點(diǎn)降低、旋光度降低、褐變、結(jié)構(gòu)和吸收光譜變化。如直鏈淀粉黏度下降（淀粉降解）果膠 植物組織受損（解聚）經(jīng)輻照后結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，對(duì)酶的敏感性也隨之發(fā)生變化，并引起α-1，4-糖苷鍵偶發(fā)性斷裂及生成H2、CO、CO2氣體。,6．  維生素,維生

42、素是食品中重要的微量營養(yǎng)物質(zhì)。維生素對(duì)輻照食品的敏感性在評(píng)價(jià)輻照食品的營養(yǎng)價(jià)值上是一個(gè)很重要的指標(biāo)。水溶性維生素中以VC的輻射敏感性最強(qiáng)，其他水溶性如VB1、VB2、泛酸、VB6、葉酸也較敏感，VB5（煙酸）對(duì)輻射很不敏感，較穩(wěn)定。脂溶性維生素對(duì)輻射均很敏感，尤其是VE、VK更敏感,二．食品輻射的生物學(xué)效應(yīng),生物學(xué)效應(yīng)指輻射對(duì)生物體如微生物、昆蟲、寄生蟲、植物等的影響。這種影響是由于生物體內(nèi)的化學(xué)變化造成的。已證實(shí)輻射不會(huì)產(chǎn)生特殊

43、毒素，但在輻射后某些機(jī)體組織中有時(shí)發(fā)現(xiàn)帶有毒性的不正常代謝產(chǎn)物。輻射對(duì)活體組織的損傷主要是有關(guān)其代謝反應(yīng)，視其機(jī)體組織受輻射損傷后的恢復(fù)能力而異，這還取決于所使用的輻射總劑量的大小。,（一）   微生物,1．  輻射對(duì)微生物的作用(機(jī)制）（1）直接效應(yīng) 指微生物接受輻射后本身發(fā)生的反應(yīng)，可使微生物死亡。細(xì)胞內(nèi)DNA受損 即DNA分子堿基發(fā)生分解或氫鍵斷裂等。由于DNA分子本身受到損傷而致使細(xì)胞死亡

44、-直接擊中學(xué)說細(xì)胞內(nèi)膜受損 膜內(nèi)由蛋白質(zhì)和脂肪（磷脂），這些分子的斷裂，造成細(xì)胞膜泄露，酶釋放出來，酶功能紊亂，干擾微生物代謝，使新陳代謝中斷，從而使微生物死亡。,（2）間接效應(yīng) （來自被激活的水分子或電離所得的游離基）當(dāng)水分子被激活和電離后，成為游離基，起氧化還原反應(yīng)作用，這些激活的水分子就與微生物內(nèi)的生理活性物質(zhì)相互作用，而使細(xì)胞生理機(jī)能受到影響。那么對(duì)微生物來說需要多大的輻射劑量才能殺死微生物呢？這取決于微生物對(duì)輻射的敏感性

45、。,2．  微生物對(duì)輻射的敏感性,為了表示某種微生物對(duì)輻射的敏感性，就通常以每殺死90%微生物所需用的戈瑞數(shù)來表示，即殘存微生物數(shù)下降到原數(shù)的10%時(shí)所需用戈瑞的劑量，并用DM值來表示。人們通過大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，微生物（細(xì)菌）殘存數(shù)與輻射劑量存在如下關(guān)系: logN/N0 =-D/DM  N0：初始微生物數(shù) N：使用D劑量后殘留的微生物數(shù) D：初始劑量

46、 DM：微生物殘留數(shù)減到原數(shù)的10%時(shí)的劑量,輻射劑量與微生物殘存數(shù)的關(guān)系,微生物（細(xì)菌）種類不同，對(duì)輻射的敏感性各不同，因而DM也不同。見P227表1-4-8.并且微生物所處環(huán)境不同，則輻射敏感也不相同。,輻射保藏的滅菌對(duì)象在低酸性和中性食品（pH>4.5）中，嗜熱脂肪芽孢桿菌（平蓋酸敗菌）比肉毒桿菌A型或B型更耐熱，若用加熱滅菌則（嗜熱）D121℃=40~50min，而肉毒桿菌加熱滅菌為D121℃=6~12S。但對(duì)于輻射則

47、容易被殺滅（敏感，λ０小），因而在輻射保藏中是將肉毒桿菌A型作為徹底滅菌的對(duì)象菌。以對(duì)這種菌的殺菌程度定為10-12為指標(biāo)，則完全殺菌劑量為：12D=50kGy一般來說，ＤM G+>G-, 酵母菌>霉菌 (敏感) 注意：輻射并不能使微生物毒素除去，如黃曲霉素對(duì)γ－射線相當(dāng)穩(wěn)定，300kGy大劑量毒素?zé)o變化，可能毒素較穩(wěn)定。,（二）   病毒,病毒是最小的生物體，它沒有呼吸作用，是以食品和酶為

48、寄主。通常使用高達(dá)30kGy的劑量才能抑制。如脊髓灰色質(zhì)病毒和傳染性肝炎病毒據(jù)推測來自食品污染。用γ－射線照射有助于殺死病毒。,（三）霉菌和酵母,酵母與霉菌對(duì)輻射的敏感性與無芽孢細(xì)菌相同。霉菌會(huì)造成新鮮果蔬的大量腐敗，用2kGy左右的輻射劑量即可抑制其發(fā)展。酵母可使果汁及水果制品腐敗，可用熱處理與低劑量輻射結(jié)合的辦法殺滅。,（四）   昆蟲,輻射對(duì)昆蟲的效應(yīng)是與其組成細(xì)胞的效應(yīng)密切相關(guān)的。對(duì)于昆蟲細(xì)胞來說，輻射敏感

49、性與它們的生殖活性成正比，與它們的分化程度成反比。處于幼蟲期的昆蟲對(duì)輻射比較敏感，成蟲（細(xì)胞)對(duì)輻射的敏感性較小，高劑量才能使成蟲致死，但成蟲的性腺細(xì)胞對(duì)輻射是敏感的，因此使用低劑量可造成絕育或引起配子在遺傳上的紊亂。輻射對(duì)昆蟲總的損傷作用是致死，“擊倒”（貌似死亡，隨后恢復(fù)），壽命縮短，推遲換羽，不育，減少卵的孵化，延遲發(fā)育，減少進(jìn)食量和抑制呼吸。這些作用都是在一定劑量水平下發(fā)生的，而在其它低劑量下，甚至可能出現(xiàn)相反的效應(yīng)，如延長壽

50、命，增加產(chǎn)卵，增進(jìn)卵的孵化和促進(jìn)呼吸。,成年前的昆蟲經(jīng)輻射可產(chǎn)生不育，輻射過的卵可以發(fā)育為幼蟲，但不能發(fā)育成蛹，照射的蛹可發(fā)育為成蟲，但其成蟲是不育的。用0.13~0.25kGy照射可使卵和幼蟲有一定的發(fā)育能力，但能夠阻止它們發(fā)育到成蟲階段。用0.4~1.0kGy照射后，能阻止所有卵、幼蟲和蛹發(fā)育到下一階段。成蟲甲蟲不育需要0.13~0.25kGy劑量，而蛾需要0.45~1.0kGy才行。螨需要用0.25~0.45kGy劑量的照射才能達(dá)

51、到不育。蛾、螨、甲蟲　不育　0.1~0.5KGy ，致死　　30~50KGy,（五）寄生蟲,輻射可使寄生蟲不育或死亡。豬肉中旋毛蟲　不育劑量0.12kGy 死亡7.5 kGy牛肉中絳蟲　　致死劑量3.0~5.0KGy,（六）植物,輻射主要應(yīng)用在植物性食品（主要是水果和蔬菜）抑制塊莖、鱗莖類發(fā)芽，推遲蘑菇開傘、調(diào)節(jié)后熟和衰老上。 1.抑制發(fā)芽電離輻射抑制植物器官發(fā)芽的原因是由于植物分生組織被破壞，核酸和植物激素代謝受到干擾，

52、以及核蛋白發(fā)生變性。研究發(fā)現(xiàn)59Gy以上的輻射的將使馬鈴薯和洋蔥的核酸合成顯著減弱，并改變其組成，引起分解。土豆、洋蔥輻射可抑制發(fā)芽，0.04~0.08kGy，常溫下貯存達(dá)到一年。,2.調(diào)節(jié)呼吸和后熟,水果在后熟之前其呼吸率降至極小值，當(dāng)后熟開始時(shí)呼吸作用大幅度的增長，并達(dá)到頂峰，然后進(jìn)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時(shí)用輻射處理，此時(shí)輻射能抑制其后熟期，主要是能改變植物體內(nèi)乙烯的生長率（乙烯有催熟

53、作用）從而推遲水果后熟。番茄、青椒、黃瓜、洋梨等。對(duì)于柑橘類和澀柿則促進(jìn)成熟。輻射在調(diào)節(jié)果蔬后熟、衰老等方面的應(yīng)用還不成熟，許多問題有待解決。,第四節(jié) 輻射在食品保藏中的應(yīng)用及衛(wèi)生安全性,一、輻射應(yīng)用類型食品輻射處理取決于保藏的目的。由于食品種類不同，食品腐敗變質(zhì)的因素也不一樣，根據(jù)食品處理后所要求達(dá)到的保藏期，常有三種方式。輻射阿氏殺菌、輻射巴氏殺菌、輻射耐貯殺菌,1. 輻射阿氏殺菌（輻射完全殺菌）,足以使微生物的數(shù)量減少到

54、零或有限個(gè)數(shù)，在后處理沒有污染的情況下，以目前現(xiàn)在方法檢不出腐敗微生物；也沒有毒素檢出，可長時(shí)間保藏。一般使用高劑量10~50kGy，肉類特別是牛肉，高劑量會(huì)產(chǎn)生異味，此時(shí)可在冷凍溫度－30℃以下輻射。因?yàn)楫愇缎纬纱蠖嗍腔瘜W(xué)反應(yīng)，因冷凍時(shí)水中的自由基流動(dòng)性減少，可防止自由基與肉類形成分子的相互反應(yīng)。,2. 輻射巴氏殺菌（消毒）,足以降低某些有生命力的特定非芽孢致病菌（如沙門氏菌）的數(shù)量，用現(xiàn)有方法檢不出。這種方法因食品中可能有芽孢菌或

55、存在，因此不能保證長期貯存。必須與其他保藏方法如低溫或降低水分活度等結(jié)合。另外，若食品中已存在大量微生物（繁殖）也不能用該法處理。因?yàn)檩椛洳荒艹ギa(chǎn)生的微生物毒素。輻射劑量：5kGy~10kGy,3. 輻射耐貯殺菌,足以降低腐敗菌數(shù)量，延緩微生物大量增殖出現(xiàn)的時(shí)間。（防止繁殖）用于推遲新鮮果蔬的后熟期，提高耐貯期。輻射劑量：＜5kGy。,二、輻射處理的食品種類,1、畜禽肉類 2、 水產(chǎn)品 3、 蛋類 4、 果蔬類

56、5、谷物及其制品,各種應(yīng)用所需的劑量范圍,,三、食品輻射保藏工藝,1.食品輻射保藏的工藝流程,食品輻照是為了達(dá)到保藏的目的，這就需要研究各種因素對(duì)保藏效果的影響，探討各種工藝條件對(duì)食品保藏質(zhì)量所引起的變化。,,2.工藝條件控制,在輻照器的控制中，記錄停頓時(shí)間或傳送機(jī)速度、劑量率和輻射源與產(chǎn)品幾何布置的變化是十分重要的。輻照過程要考慮的因素有：輻射源的強(qiáng)度、尺寸和排列；輻射源進(jìn)出通道的結(jié)構(gòu)和機(jī)械裝置；不同食品的傳送速度和停頓時(shí)間。自動(dòng)

57、化程度高的輻射裝置中，可以在控制臺(tái)上檢測并自動(dòng)記錄控制參數(shù)。如輻射源位置、食品移動(dòng)次序、傳送速度、輻射水平等采用電子束輻照器的工藝過程，除了控制傳送速度外，一般還通過調(diào)節(jié)束能流量、束能強(qiáng)度、掃描寬度和掃描速率來控制。,3.輻照器,圖1-4-12、1-4-13分別是60Co、137Csβ-射線輻照器,4.影響食品輻照的因素,影響食品輻照的因素很多，如含水量、pH、溫度、食品的化學(xué)成分、照射時(shí)環(huán)境的溫度及含氧量等。溫度：在接近常溫范圍內(nèi)

58、，溫度對(duì)殺菌效果影響不大；冰點(diǎn)以下輻射間接作用不明顯，微生物抗輻射性增加，但凍結(jié)使細(xì)胞受損后輻射敏感性會(huì)增加；對(duì)于肉類等輻射后易產(chǎn)生“輻射味”的食品輻射處理最好在低溫下進(jìn)行。氧含量：氧存在時(shí)輻射氧化作用加強(qiáng)，一般情況下殺菌效果因氧的存在而加強(qiáng)。防止氧化可采用抽真空和充惰性氣體包裝。含水量：干燥狀態(tài)下游離基移動(dòng)受限，輻射間接作用降低，輻射作用顯著減弱。添加物：抗氧劑可減少輻射氧化，氯化鈉等“敏化劑”可加強(qiáng)殺蟲殺菌效果。,四、輻照食品

59、的包裝,輻射處理前必須根據(jù)產(chǎn)品的性狀、輻射處理目的、運(yùn)輸和貯存的要求以及將來銷售的方便來合理選擇包裝材料。金屬罐如渡錫薄鋼板罐和鋁罐對(duì)使用殺菌劑量的照射是穩(wěn)定的。塑料包裝的食品在劑量低于20kGy輻照對(duì)其物理性質(zhì)沒有明顯影響。金屬箔和各種符合包裝材料是比較理想的食品輻射包裝材料，可接受高達(dá)60kGy的照射。在食品輻射保藏中一般采用的輻射劑量低，因此，比較好的包裝材料有玻璃紙、人造纖維、聚乙烯膜、聚氯乙烯、尼龍、復(fù)合薄膜、玻璃容器

60、及金屬容器。,五、輻照食品的保藏,食品輻照處理的目的是為了延長貯存時(shí)間,而輻照處理后的貯存條件往往會(huì)直接影響其效果。輻照食品的貯存條件,特別是溫度不同程度的影響著輻照保藏的效果及所要求的輻照劑量。通常較低的溫度可延長輻照食品的保藏時(shí)間，但并不是溫度越低越好，象香蕉、番茄、黃瓜等宜貯存在10-15℃條件下，溫度低于5℃就會(huì)發(fā)生冷害。,六、衛(wèi)生安全性,為了確認(rèn)這種放射線照射食品的衛(wèi)生安全性，從50年代就開始了長期的研究。 1.有關(guān)誘

61、感放射性一種元素若在電離輻射的照射下，輻射能量將傳遞給元素中一些原子核，在一定條件下會(huì)造成激發(fā)反應(yīng)，引起這些原子核的不穩(wěn)定，由此而發(fā)射出中子并產(chǎn)生γ-輻射，這種電離輻射使物質(zhì)產(chǎn)生放射性（是由電離輻射誘發(fā)出來的）——誘感放射性。 如人工制造放射性同位素 將59Co27 —60Co27 （中子照射）,誘感放射性的可能性取決于被輻射物質(zhì)的性質(zhì)以及所使用的射線能量，若射線能量很高，超過某元素的核反應(yīng)能閾，則該元素會(huì)產(chǎn)生放射性。

62、目前允許使用的輻射源有60Co（r1=1.17MeV，r2=1.33MeV）；137Cs；不超過10MeV的加速電子；X-射線源，其能束不超過5MeV。能量均＜10MeV。食品中基本元素氮、氧、碳，14N＞10.5MeV，16O＞15.5MeV，12C＞18.8MeV，大部分元素核反應(yīng)能閾都在10 MeV以上。故不會(huì)產(chǎn)生放射性。在輕元素中，放射性同位素的半衰期極短（幾秒鐘~幾十分鐘），還不等食品到達(dá)消費(fèi)者手里，放射能就消失了。,2

63、. 毒性問題,大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)將經(jīng)過50kGy劑量照射過的食品，不要說急性毒性就連慢性毒性也沒有發(fā)現(xiàn)，未發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生有毒、致畸、致癌物。1980年聯(lián)合國糧農(nóng)組織FAO國際原子能組織IAEA，世界衛(wèi)生組織WHO專家會(huì)議，決定在10kGy以內(nèi)的輻射食品，不要再進(jìn)行此劑量范圍的毒性試驗(yàn)，在微生物學(xué)和營養(yǎng)學(xué)上都不存在問題，可以作為“推薦接受”,3.微生物發(fā)生突變的危險(xiǎn),微生物進(jìn)行反復(fù)照射會(huì)產(chǎn)生耐輻射性，輻射引起的突變又可能使微生物獲得抗輻射性而產(chǎn)生耐

64、輻射菌，如用藥物殺菌和熱力殺菌一樣——菌種選育。,4 對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的破壞,低劑量（ < 1kGy)，微不足道；中等劑量(1~10kGy)，可能損失一些維生素；高劑量(10~50kGy)，采用約束間接輻射的措施（低溫、真空、添加游離基受體等）營養(yǎng)價(jià)值降低不大，維生素有損失；見P242-243,從表中可以看出,加熱殺菌及較高溫度下輻照硫胺素?fù)p失均較大；低溫輻照損失較少但隨著劑量的增加損失增大。,,,,,從表中可以看出，對(duì)于牛肉60