辐射保藏.ppt

8 食品的辐射保藏,1 概述,自1895年伦琴（Roentgen）发现X射线以来，人们逐渐发现辐射对生物体具有一定的影响，进而对辐射的基础理论与应用研究越来越广泛和深入。 在解决食品保藏的技术性与经济合理性等方面，传统的、甚至一些新的食品保藏技术或多或少存在不足，随着人类对辐射技术认识的增加及能源供应的日夜紧张，经济、便捷、有效、低能耗的食品保藏新技术受到人们的期待和关注。,世界卫生组织（WHO）在1983年和1998年指出辐射食品没有毒理学、营养学以及微生物学方面的问题。 国际食品法典委员会（CAC）于1984年通过“辐照食品通用标准”、“辐照食品推荐规程”等标准之后，不仅引起了国际组织和各国政府的广泛关注，而且也进一步促进了食品辐射保藏的迅速发展。 从20世纪40年代开始，许多国家就辐照食品相关问题进行了广泛的研究，已经取得了明显的经济和社会效益，全世界已有四十多个国家批准了80多种辐射食品和近百种辐射调味品投放市场，其中土豆、洋葱、大蒜、冻虾、调味品等十几种已经实现了商业化。,食品辐射保藏就是利用原子能射线的辐射能量对食品进行杀菌、杀虫、抑制发芽、延迟后熟等处理，从而延长食品的保藏期的保藏方法。,8.1.1 食品辐射保藏的特点,食品辐射保藏的优点： （1）对食品原有特性影响小 食品在受射线照射过程中升温甚微，从而可以保持食品原有的新鲜状态，甚至在冷冻状态下也能进行辐射处理。 射线穿透性强，能瞬间、均匀地到达处理对象内部，杀灭病菌和害虫。（对包装的食物）,（2）安全、无化学物质残留 食品进行同位素辐射处理并非与同位素直接接触，因而并无放射性物质的直接污染；而且适当的辐射处理，不会使食品产生放射性。这与熏蒸杀虫及其他化学处理相比是一突出的优点。 （3）能耗少、费用低 据国际原子能机构通报，与传统的冷藏、热处理和干燥脱水方法相比，辐射处理可节约70%-90%的能源。,表811 食品不同杀菌、保藏方式的能耗比较,（4）具有多功效性 辐射处理对食品的作用是多方面的。辐射处理在食品上的应用可因处理对象的差异和处理方法等的不同而达到抑制食物自身生命活动、杀灭微生物、昆虫等目的。 （5）辐射装置加工效率高，操作适应范围广 辐射装置安装好后可以日夜不停地连续工作，在同一射线处理场所可以处理多种体积、状态、类型的食品，而且，剂量可以根据需要很方便地进行调节控制。,辐射保藏食品方法的不足之处，主要表现在以下方面： （1）一般情况下，经过杀菌剂量的照射，酶不能完全被钝化；而且，不同的食品以及食品包装对辐射处理的吸收、敏感或耐受性具有差异，这导致食品辐射技术的复杂化和差异化。 （2）超过一定剂量或过高剂量的辐射处理会导致食品发生质地和色泽的损失，一些香料、调味料也容易因辐射而产生异味，尤其是对高蛋白质和高脂肪的食品特别突出地存在这样的问题。 （3）辐射保藏方法不适用于所有的食品，应用受到限制。,8.1.2 食品辐射的安全性及应用前景,8.1.2.1 食品辐射的安全性 辐射食物有无潜在的毒性和是否符合营养标准，这是人们所关心的问题。 经过大量的研究，世界卫生组织认为高达7kGy剂量辐射的食品，对人类消费者是绝对安全的。 1980年10月27日举行的第四届专门委员会会议作出的结论是：“用10kGy以下的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射的各种食品进行毒性试验。”,目前，在食品辐射处理的有效性、安全性和经济性等方面的研究上，以美国为主已取得了进展； 在用低剂量照射抑制马铃薯发芽方面，前苏联（1958）、加拿大（1960）、美国（1964）已获得了法律认可； 在应用辐照技术防治小麦及面粉中的害虫方面，前苏联（1959）、美国（1963）也获得了法律认可； 在日本，从20世纪50年代后期就开始对农副产品、水产品、酿造食品和肉类等进行辐射研究，用辐射抑制马铃薯发芽作为一项研究成果获得了法律认可。,我国已经颁布了辐照新鲜蔬菜、水果类卫生标准、辐照香辛料类卫生标准、辐照豆类、谷类及其制品卫生标准等九类辐照食品的国家标准。 在辐射食品卫生安全性的研究工作方面我国处于世界上领先地位，已对37种辐射食品在理化分析、毒理学试验及动物试验的基础上进行了人体试食实验，得出的结论结束了由印度学者引起的世界上长达10多年的多倍体之争。,目前，我国所用射线类型、剂量都不会产生诱感放射性: 首先，辐射食品时，食品并没有和放射源直接接触，不存在放射性污染问题； 其次，组成食品的基本元素C、O、N、P、S等变成放射性核素需要10MeV以上的高能射线进行照射。中国辐射食品大都采用60Co、射线，其能量为1.32MeV和1.17MeV，即使是用低能量电子束辐射也达不到10MeV。,当然，食品中含有可能或“容易”生成放射性核素的其他微量元素，如锶、锡、钡、镉和银等，这些元素在受到照射后，有可能产生寿命极短的诱感放射性。但根据最近的报告，使用核素放射源，能量在16MeV以下的射线所诱导的诱感放射性都是可以忽略的。所以，辐射食品是安全的。,8.1.2.2 食品辐射技术的应用前景,在食品辐射保藏的研究方面，国际上一直存在两种发展方向，即高剂量辐射和低剂量辐射: 以美国为主的一些国家发展高剂量辐射研究，进行牛肉、鸡肉的辐射灭菌，投入了大量的资金（高达上千万美元），特别着重于卫生安全性方面的研究。 发展中国家为主的一些国家进行中低剂量辐射的研究，由于所用的辐射剂量低，成本也较低，适于大量推广，而且杀虫、保鲜也正是发展中国家食品保藏中迫切需要解决的问题，容易为广大消费者接受。,从食品辐射保藏的研究发展总趋势看，中低剂量辐射是食品辐射技术发展的一个主要方向。 例如，辐射保藏鸡肉，原来美国研究的是用50kGy左右的剂量进行处理，而在1986年l0月，美国农业部已将鸡肉（包括牛肉、猪肉）保鲜的辐射剂量改为3kGy，经过这样剂量辐射处理的鲜肉不用冷冻，在5左右不打开包装可以保存2-3个星期。 随着研究的进行和认识的深化，辐射处理食品在20世纪末期得到了迅速的发展，在发展中国家也得到了很好的应用，并发挥了重要的作用。目前，世界上有40多个国家批准了200多种辐射食品，辐射食品的年销售量已经达到30万吨左右。,辐照食品及研究在我国具有广阔的前景，目前主要应用于： （1）进出口水果及农畜产品的辐射检疫处理。 （2）低质酒类辐射改性。 （3）干果、脱水蔬菜和肉类辐射杀虫。 （4）调味品的辐射灭菌。 （5）辐射处理和其他保藏处理方法的综合应用。,8.2 辐射的基本原理 8.2.1 放射性同位素及辐射,同位素：同一种元素的原子中中子数（N）并不完全相同，若原子具有同一质子数（Z），而中子数（N）不同就称为同一元素的同位素。 同位素的稳定性 放射性同位素 放射性同位素能发射-、-、-及-射线。 -射线（或称-粒子）是快速运动的氦核（He），每一氦核含有两个质子和两个中子。 -及-粒子是带正电荷与负电荷的高速电子。 -射线是波长非常短的电磁波束（波长0.0011纳米），在真空中的传播速度为300000km/s，具有较高的能量。,射线的电离能力：-射线 -及-射线 -射线 射线的穿透能力：-射线 Z时，从核中会发射出-粒子而使核内质子数趋向增加，也就是中子放出-粒子而转换为质子。 n（中子） p（质子）-,若ZN，则发射正电子即-粒子。 p1.02MeV n 若核内质子捕获外围的电子e，则转变成中子（k-捕获），使质子数减少。 pe n 在这个过程中，常常由于外层及k层上的电子的能量不同，k层的空穴被外层的电子补充进去，同时发射x-射线。 在发射一个-粒子或-粒子或者k-捕获之后，核的能级就不能处于基态而呈激发态的核，这种激发态的核的过剩能量可发射出一个或多个-光子。,8.2.2 放射性衰变,8.2.2.1 衰变定律 放射性同位素的原子核的衰变并不同时发生，它是遵循一定的衰变规律衰变的。 在单位时间内，衰变的原子核的数目和其总数成正比： 式中F原子核衰变数 F0原子核总数 t时间 衰变常数,8.2.2.2 半衰期 半衰期是初始原子数衰变至一半时所需的时间，用t1/2来表示。 即衰变常数与半衰期的乘积为0.693，据此，我们可以利用半衰期计算出衰变常数。,表821 常用放射性同位素的半衰期,8.2.2.3 辐射计量单位,放射性强度表示放射性的强弱程度，常用单位有居里（Ci）、贝可（Bq）。1居里即每秒中有3.7×1010个原子衰变。1贝可表示每秒钟有一次衰变。即1Ci3.7×1010Bq。 电子能量常用电子伏特（eV）表示，相当于一个电子在真空中通过电位差为一伏特的电场被加速所获得的动能。1eV1.6×10-19J。 在同一辐射源辐射、相同处理条件下，物料不同，吸收辐射能的程度不同，所引起的辐射效应也可能不同。 在辐射场内，单位质量被辐射物质吸收的辐射能量称为辐射吸收剂量。 辐射剂量的SI单位为J/kg。专用单位为Gy，1Gy1J/kg。,8.2.3 辐射源,8.2.3.1 放射性同位素 天然放射性同位素和人工放射性同位素会在衰变过程中发射出各种射线，其中有、-及射线以及中子等。 食品辐射处理时，希望使用具有良好穿透力的放射物，为的是它们不仅使食品表面的微生物和酶钝化，而且产生的这种作用能深入到食品内部。另方面，又不希望使用如中子那样的高能放射物，因为中子会使食品中的原子结构破坏而使食品呈放射性。所以，对食品进行辐射处理主要用射线和射线。,8.2.3.2 电子加速器 加速器内装有直流高压电源“6”，通过针尖电晕放电将负电荷喷到高速运行的输送带“4”上，电荷被带至球形高压电极“1”内，电刷“7”收集电荷。在电荷累积下，在球形电极上形成高压电场。电子枪“5”发射的电子，在高压电场作用下，沿着加速管“3”被加速，即得到电子射线。,图821 电子加速器结构示意图 1.球形高压电极 2.支架 3.真空加速管 4.输电带 5.电子枪 6.直流高压电源 7.电刷 8.金属靶 9.均压环 10.转轴 11.真空泵,8.2.3.3 X射线源 利用高能电子冲击原子量较大的金属（如金、钽）靶时，电子被吸收，其能量有部分被转变成为短波长的电磁射线（X射线源）。,在可利用电离射线中，普遍认为电子束、射线以及X射线最适合于食品辐射保藏。目前允许使用的辐射源有60Co、137Cs；不超过10MeV的加速电子；束能不超过5MeV的X射线源。其中后两者具有一定的优势。,8.2.4 诱感放射性问题,在物质受到辐射时，辐射能量将传递给物质中的一些原子，在一定条件下会造成激发反应，引起这些原子核的不稳定，由此而发射出中子，并产生辐射。 这种辐射会使物质产生放射性。 由于同位素放射出的射线或粒子会导致食物损害并有诱导放射性产生的可能，因而引起人们对用它来辐射保藏食物的广泛关注和慎重。 辐射处理是否会引起或产生诱导放射性与如下因素密切有关： （1）辐射处理的类型以及辐射能量大小； （2）被辐射食品的性质。,8.3 食品辐射技术的化学与生物学效应,应用在食品上的辐射处理主要使用的是X射线、射线、电子射线，它们均是具有高能的带电或不带电的射线，以其对活性食品进行处理将对食品物质分子产生直接与间接的作用。 直接的作用使得物质分子吸收部分辐射能量而激发与电离，这些激发与电离的分子并不稳定而容易恢复或产生结构变化； 间接作用则是通过食品中水分的电离和激发将能量转移给物质分子，或者因水的电离或激发产生自由基等活性物质，进而导致物质分子的变化。,8.3.1 食品的辐射化学效应,辐射处理可以使蛋白质分子发生变性，导致蛋白质溶解度、溶液粘性、电泳及吸收光谱等的性质改变，同时蛋白质的免疫反应等也会发生变化。 辐射处理后的脂肪会发生氧化、脱羧、氢化、脱氢等反应，产生一些典型的氧化、过氧化和还原化合物。 碳水化合物对辐射则相对比较稳定，但较大剂量辐射处理仍会使得碳水化合物发生一系列变化。 酶对辐射具有低敏感性。 纯维生素溶液对辐射很敏感，若在食品中，因其与其他物质复合存在，其敏感性会降低。,8.3.2 食品的辐射生物学效应,辐射的生物学效应与生物机体内的化学变化有关，包括直接和间接的两方面。 直接的效应是引起生命体中某些蛋白质和核蛋白分子的改变，破坏新陈代谢，使自身的生长发育和繁殖能力受到一定的危害。 间接的效应是通过引起水和其他的物质电离，生成游离基和离子，导致一系列的生物变化的发生，从而影响到机体的新陈代谢过程，导致微生物或昆虫等的机能被破坏甚至导致其死亡。,表86 不同生物的辐射致死剂量,电离辐照的直接或间接效应可以使微生物致死，但不能去除微生物产生的毒素。 采用较低剂量的辐射就能引起害虫生理发生变化，产生不育现象。较高剂量的辐射对各种害虫及其各个虫期的虫都有很好的致死效果。 辐射对果蔬的影响主要表现在以下方面： （1）辐射能使果蔬的化学成分发生变化，从而引起果蔬的色泽、质地和风味发生变化。 （2）辐射有调节呼吸和抑制后熟的作用。,8.4 辐射在食品保藏中的应用,8.4.1 食品辐射的类型 根据所用射线的类型划分为:X-射线辐射、-射线辐射、电子射线辐射。 按所采用的辐射剂量范围:低剂量辐射、中剂量辐射和高剂量辐射。 低剂量辐射 剂量在1kGy以下。能降低腐败菌数量，并延长新鲜食品的后熟期及保藏期。 中剂量辐射 剂量范围在110kGy。能减少微生物数量、杀灭食品中的无芽孢致病菌。 高剂量辐射 剂量在1050kGy范围内。所使用的辐射剂量可以使食品中的微生物数量减少到零或有限个数。在这种辐射处理以后，只要避免微生物的二次污染，食品可在任何条件下贮藏。,8.4.2 影响辐射剂量决定的因素,辐射食品时，剂量的选择必须考虑处理后食品的安全性和卫生性、食品感官质量、微生物和酶对辐射的耐受性以及辐射费用等因素。,8.5 影响辐射效果的因素,(1)射线的种类 (2)微生物的状态(微生物菌种或菌株 微生物的增长周期 培养条件 ) (3)辐射时的温度 （常温、高于常温、冰点以下）链接 (4)氧的含量;一般情况下，氧的存在会增强杀菌效果。链接 (5)水分含量；水分含量高，辐射作用明显 。 (6) pH值 只有在极端的情况下，微生物的辐射耐受性才会受pH值的影响。与pH相比，化学物质对其影响更大。 (7)分段间歇辐射 把所给定的辐射剂量分次作用于微生物，不影响其杀菌效果。 （8）食品中的化学物质,使辐射杀菌效果降低的化学物质（保护物质、防御物质）有：醇类、甘油类、硫化氢类、亚硫酸氢盐、硫脲、巯基乙胺，2，3二巯基乙酸、2（2巯基乙氧基）乙醇，谷胱甘肽，二甲基亚砜，L一半肮氨酸、抗坏血酸钠、乙酰琥珀酸、乳酸盐、葡萄糖、氨基酸以及其他培养基成分和食品成分。 这些物质之所以对微生物具有防护作用是由于它们消耗氧气，使氧效果消失、活性强的游离基被捕捉的缘故。 使辐射杀菌效果升高的物质有维生素K5、儿茶酚、氯化钠等。,8.6 辐射保藏应注意的事项,（1）待辐射食品本身的质量 食品的辐射保藏是在原有食品品质优良的前提下进行的，在辐射之前，必须了解原有食品的基本情况（如采收或加工的时间、采收的成熟度、加工的质量）、保藏的目的要求以及微生物污染的类型和程度。 （2）辐射食品的包装 不同的包装材料具有不同机械强度、透气性、辐射稳定性和辐射吸收系数，辐射处理前必须根据产品性状、辐射处理目的、运输和贮存的要求以及将来出售时的方便，合理地选择包装材料和包装形式。 （3）辐射的时机 一般说来，产品收获或加工后放置的时间长，辐射效果差。但在进行果蔬保藏时，由于辐射效果与产品的生理状态密切相关，为延长休眠期、抑制发芽，呼吸跃变型果蔬应在生理休眠期结束前辐射。,8.7 食品的辐射,食品辐射保藏的工艺流程如下： 采收或制备预处理包装运输辐射后处理贮存,8.8 辐射食品的贮存,食品进行辐射处理的目的之一就是延长贮存时间，而辐射处理后的贮存条件往往会直接影响其效果。 一般来说，贮存温度低，对食品贮存时间的延长有利。 当然，贮藏温度并非越低越好，每种产品都有其最适宜的贮藏温度。对于某些果蔬，贮藏温度过低会发生冷害。 此外，保藏温度不同，所需的辐射剂量也有所不同。,低温导致微生物对辐射的抗性增强,一般认为，在冰点以下，由于水分以及水分的辐射化学效应产物的流动性很小，辐射的间接作用不显著，所以微生物的抵抗性增大了。 但是，温度降到冰点以下，水分生成的冰晶体可能会对微生物细胞膜造成损伤，微生物对放射线的敏感性也有可能增大。,食品辐射处理是否应选择高温处理?,虽然低温会导致微生物对辐射的抵抗性增强；但在低温条件下，射线对食品成分的破坏及品质改变都很少，因此，低温辐射杀菌对保持食品的品质是十分有益的。返回,为什么氧的存在可以增大辐射效应?,因为辐射可以使空气中的氧电离，生成游离的OH、HO2、H2O2，并与有机分子自由基反应生成有机氧自由基，导致细菌对辐射敏感性增大。另外，氧的电离还会生成氧化性很强的臭氧。,辐射时是否需要氧的存在 ？,氧的存在会增强杀菌效果。但对于蛋白质和脂肪含量较高的食品，辐射时氧的存在会引起一定的氧化作用，特别是辐射剂量较高时。对于水果、蔬菜之类需低剂量辐射处理的食品，辐射氧化并不利害，但是采用小包装或密封包装进行辐射还是必要的。有时候为了防止辐射过程中维生素E的损失，还要求在充氮环境中辐射处理食品。返回,