食品辐照保藏

食品辐照保藏
第一节 概述
食品辐射(照)保藏就是利用原子能射线的辐射 能量对食品及其原料进行杀菌、杀虫、抑制发 芽、延迟后熟等处理，以达到延长食品保质期 的方法和技术。
• 食品辐照所用原子能射线主要有γ射线或电 子加速器产生的低于10MeV的电子束。
• 我国《辐照食品卫生管理办法》中定义： 辐照食品是指用钴-60、铯-137产生的γ射线 或电子加速器产生的低于10MeV的电子束 照射加工保藏的食品。
R
吸收剂量 Gy&J/kg rad
一）能量单位
• 电子伏特eV ：辐射能量单位通常用eV，即相当于 １个电子在真空中通过电位差为１伏特的电场被 加速所获得的动能。
（二）放射性强度
也称放射性活度，是衡量放射性活跃程度的一个 物理量。指单位时间内发生核衰变的次数。 以前曾用居里，1Ci=3.7×1010衰变／秒，即每秒 中有3.7×1010次原子核衰变。 现法定单位用贝克Bq，即每秒中有一个原子核衰 变为1贝克。 1Bq=1s－1，因此，1Ci=3.7×1010Bq。
化学保藏—通过外加化学物质抑制微生物及酶等作用。 ➢ 优点：操作简便易行。 ➢ 缺点：化学物质残留。
二、辐射保藏的优越性（意义、特点）
食品在受辐射过程中温度升高甚微，可在常温或 低温下进行，又被称为“冷杀菌”。被辐射适当 处理后的食品的感官性状与新鲜食品差别很小，特 别适合于一些不耐热的食品和药品。
在国际原子能组织 （IAEA ）、联合国粮农组织 （ FAO）、世界卫生组织（WHO）等的支持和组织下 ，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，而且今后无须再对低于此剂量辐照的各种食品 进行毒性实验。
• H2O辐射后可能反应途径： 这些中间产物能在不同的 （eaq）+H2O=H·+ OH·
H·+ OH·=H2O
途径中进行反应， eaq是还
H·+ H·=H2 OH·+ OH·=H2O2
原剂，OH·是氧化剂，H·
H·+H2O2=H2O+ OH· OH·+ H2O2=H2O+HO2·
有时是氧化剂有时又是还
我国自1958年开始，1984年11月国家卫生部批 准7项（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。
• 迄今为止，已有40多个国家批准了100多种类的辐 照食品。但辐照技术真正大规模商业化应用，是 从20世纪90年代开始的。
α-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。
β-射线：为氢核质量的几千分之一，带电量为α射线的一半，电离能力比α-射线小，穿透能力比 α-射线大；无法穿透铅片。
γ-射线：电离能力比α、β小，但穿透能力比α、β 大；可穿透一块铅。
X-射线：电离能力小，穿透力很高
4．放射性衰变
3．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。
• 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。
四、辐射源
（一）人工放射性同位素 在食品辐射时供电离辐射用的放射线主 要为β-和γ-射线，经常采用人工制备的放 射性同位素60Co（钴，半衰期5.26年）和 137Cs（铯，半衰期30.3年）
一、现有保藏技术的优缺点
食品冷冻保藏—低温抑制微生物活动和减少酶活。 ➢ 优点：能够较好保持新鲜食品原有的风味和营养价值； ➢ 缺点：能耗大，需建立冷藏链。
食品罐藏—提高温度杀灭微生物和酶。 ➢ 优点：绝大部分杀灭微生物，可以长期保藏； ➢ 缺点：热对风味组织结构和色泽有影响。
食品干藏—降低水分活度（Aw），控制微生物和减少酶活。 ➢ 优点：简便宜行，重量减轻或体积变小，食品可增香变脆 ➢ 缺点：自然脱水后的食品难复水，易变色。
（三）辐射计量
指被照射物质吸收辐射能量程度的一些物理量。
常用辐射量、物料吸收剂量和吸收剂量速率来表示
➢ 辐射（照射）量是用X-射线或γ-射线辐射源的辐射场内空 气电离的程度来表示。
➢ 吸收剂量是指在辐射源的辐射场内单位质量被辐射物质 吸收的辐射能量。
➢ 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。
目前在商业上采用60Co作为γ-射线源。
（二）电子加速器
利用电磁场使电子获得较高能量，即将电能转变成 辐射能。有静电加速器、高频高压加速器、绝缘磁芯 变压器。直流加速器有两种方式： 1.直接加高压：高电压使电子获得动能，如范德格拉夫 加速器（静电加速器）； 2.不是直接利用高电压，但反复多次将电子加速，如回 旋加速器，电子感应加速器。
钴和铯衰变图
60Co经β-衰变后放出两个能量不同的γ-光子最后变为60Ni 137Cs经β-衰变后放出γ-光子最后变为137Ba
制备方法：将自然界中存在的稳定同位素59Co金属 制成棒形、长方形、薄片形、颗粒形、圆筒形或所 需要的形状，置于反应堆活性区，经中子一定时间 照射，少量59Co原子吸收一个光子后即生成60Co辐 射源。
射线穿透力强，在不拆包装和不解冻的情况下， 可杀灭其深藏于谷物、果实或冻肉内部的害虫和微 生物，也节省了包装材料，避免再污染。
射线处理过的食品不会留下任何残留物。
节省能源：据国际原子能机构（IAEA）通报，食品 采用冷藏需消耗能量为90千瓦时/T，巴氏消毒230千 瓦时/T，热力杀菌300千瓦时/T，脱水处理（干燥） 700千瓦时/T，而辐射杀菌只需6.34千瓦时/T，辐射巴 氏消毒0.76千瓦时/T。
1．辐射量（照射量）
法定单位为库仑/千克（C/kg），以前为伦琴（R）
➢ 在标准状况下（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γ-射线照 射量—1R。
➢ 1伦琴可使1cm3空气产生2.08×109个离子对 ➢ 1R=2.58×10－4C/kg（空气）
质不同的化合物—与温度等其他条件有关
1. 水分子
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。
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：水化电子（eaq），羟基自由基（OH·），氢 原子自由基（H·）。
H2+ OH·= H2O+ H·
原剂。
H·+O2=HO2·
HO2·+ HO2·= H2O2+O2
辐射化学效应的强弱用G值表示。 G值即每吸收100eV能量时被照射物质产生化学变
化的分子数目。（即能传递100eV能量的分子数 ）
2．氨基酸与蛋白质
有机化合物因辐射而分解的产物也很复杂，取决 于原物质的化学性质和辐射条件，有的从高分子 —低分子，有的反而从低分子—高分子。 射线辐照食品蛋白质分子，很容易使它的二硫键 、氢键、盐键、醚键断裂，破坏蛋白质分子的三 级、二级结构，改变物理性质。 蛋白质水溶液还会发生交联，主要是由于巯基氧 化生成分子内或分子间的二硫键，或者酪氨酸和 苯丙氨酸的苯环发生偶合。
P+相同而n不同的原子所代表的元素称为同位素， P+=n时原子稳定，P+≠n则不稳定。
原子序数在84以上时，原子核是不稳定的，能以一 定的速率放出射线，由这种原子组成的元素称为放 射性同位素。
α-、β-、γ-及X-射线
四种射线的特点
这四种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程度 的穿透能力。但是由于射线性质的不同， 从而电离能力和穿透能力各不相同。
第二节 辐照的基本概念
一、 辐射类型 辐射指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、可见光、紫外线，X射线和γ射线 根据辐射的作用形式可将辐射分为电离辐射和非 电离辐射两种类型，具体按辐射的频率来划分
二、放射性同位素与辐射
原子包括一个带正电荷的原子核，核外围有电子云 。
氨基酸、蛋白质的化学变化
（1）脱氨 如甘氨酸，e-+NH3+CH2COO-→NH3+CH2COO-
（2）放出CO2 a. 脱氨的脱羧反应 b. 不脱氨的脱羧反应
适应范围广：能处理各种不同类型的食物品种，从装 箱的马铃薯到袋装的面粉、肉类、水果、蔬菜、谷物 、水产等。不同体积、不同状态、固体液体食品
加工效率高、整个工序可连续化、自动化。
➢ 只要规模大，就能获得巨大的利益。 ➢ 谷物20万吨以上，马铃薯2.5万吨以上，洋葱5000吨
辐射保藏是一种获得经济效益和有发展前途的保藏方 法，也是和平利用原子能的一个重要方面。
三、国内外发展简况
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。
➢ 前苏联、美国、加拿大、法国、日本、中国等国家均批 准在一些食品中使用辐照。
➢ 日本、加拿大建立了辐射工厂用于食品保藏、有鱼虾、 果蔬等。