第八章 食品的辐照(20110324)

但是辐照的方法，不完全适用于所有食品的保藏，要有选 择性的应用。
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The main disadvantage is the high capital cost of irradiation plant.
Other problems are:
① ② ③ ④ loss of nutritional value, the possible development of resistance to radiation in microorganisms, inadequate analytical procedures for detecting whether foods have been irradiated， public resistance due to fears of induced radioactivity.
•
•
所以：
I=I0e-λt
8-2
• 衰变常数λ越大，则衰变就越快。 • 原子核数目衰变到原来的一半(即N=N0/2)或放射性强 度减少到原来的一半(即I=I0/2)所经历的时间称为半衰 期，用t1/2表示，由式8-2得：t1/2=ln2/λ=0.693/λ
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• 不同的放射性同位素，其半衰期是不同的。 • 例如：t1/2(238U) = 4.5×109年； • t1/2(212P) = 3.0×10-7s；
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4. 剂量当量、剂量当量率及其单位
剂量当量(dose equivalent)就是用来量度不同类型的辐 照所引起的不同的生物学效应，其单位为雷姆(rem)或 希沃特(Sv)，后者与Gy、Bq同为国际单位制中具有专 门名称的导出单位。 • 1 Sv = 100 rem
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• 剂量当量(H)与吸收剂量(D)的关系为： • H = D·Q·N
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式中： λ ——衰变常数(每个原子核在单位时间内的自衰变的几率) N0——t =0时原子核的数目 表示元素放射性强弱的物理量称为放射性强度(I)，通常以单 位时间内发生核衰变的次数来表示，即：
dN I== λ ⋅ N 0 ⋅ e -λt dt
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• 当t=0时，I=I0，代入上式即得：I0= λ·N0，
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国 际 单 位 制 所 采 用 的 吸 收 剂 量 单 位 为 戈 瑞 (Gray ， Gy)，Gy与rad的关系是： 1 Gy = 100 rad = 6.24×109 MeV/g = 1 J/kg 单位质量被照射物质在单位时间内所吸收的能量称为 剂量率，其单位为rad/h、rad/min或rad/s。
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α−ray是从原子核中射出的带两个质子和两个中 子的高速离子流，即氦的原子核(He)。 α粒子的动能可达几兆电子伏特以上，但由于α粒 子质量比电子大得多，通过物质时极易使其中原 子电离而损失能量，所以它的穿透能力较弱，易 为薄层物质所阻挡。
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β−ray是从原子核射出的高速电子流(或正电子 流)，电子的动能可达几兆电子伏特以上。 由于电子的质量小，速度大，通过物质时不易使 其中的原子电离，所以它的能量损失较慢，穿透 物质的本领比α射线强得多。
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3.吸收剂量、剂量率及其单位
(量度被辐照物体吸收量的) 被照射物质所吸收的射线的能量称为吸收剂量 (absorbed dose)，其单位为拉德(rad)或戈瑞(Gy)。 1g任何物质若吸收的能量为100尔格(rg)，则吸收剂量 为1rad。 • 即：1 rad = 1000 rg/g = 6.24×107 MeV/g
• 式中的Q为品质因数，不同辐照的Q值可能不同。 • 例如， • X射线和γ射线为1，而α射线为10；N为修正因子，通 常指由于沉积在体内的放射性物质分布不均匀，对外 源来说，N目前被定为1。
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• 单位时间内的剂量当量称为剂量当量率，其单 位用rem/s或rem/h等表示。
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若知道某一放射性同位素与放射性镭源的Kγ 值，把前者 除以后者即得该放射性同位素1mCi(或1Ci)相当于多少mg 镭当量(或g镭当量)。 例如：
60Co
γ辐射源的Kγ辐射源的 Kγ = 8.25， 则1mCi 60Co γ辐射源相当于1.60mg镭当量； 1mCi 137Cs γ辐射源相当于0.43mg镭当量。
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Characteristics of Food Irradiation
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The main advantages of irradiation are as follows.
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ There is little or no heating of the food and therefore negligible change to sensory characteristics.——“冷杀菌” Packaged and frozen foods may be treated. Fresh foods may be preserved in a single operation, and without the use of chemical preservatives. Energy requirements are very low. Changes in nutritional value of foods are comparable with other methods of food preservation. Processing is automatically controlled and has low labour costs.
• 用作食品辐照加工的辐射源 60Co的半衰期为5.25年； 137Cs的为30年。 • 半衰期越短的放射性同位素，衰变越快，在单位时间内 放射出的射线越多。
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Food Irradiation Units
（参见书P284）
1.放射性强度的单位 (量度放射性同位素的)
放射性强度(radioactivity)是度量放射性强弱的物理 量，常用的单位有居里(Ci)、贝克(Bq)和克镭当量。 1Ci是指放射性同位素在1秒钟内发生3.7×1010次核衰 变时的放射性强度。 1Bq表示放射性同位素每秒有1个原子核衰变， 即：1 Bq = 1/S = 2.703×10-11 Ci
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γ−ray是原子核从高能态跃迁到低能态时放射出 去的一种光子流。其波长极短，能量高达几十 万电子伏特以上，具有很强的穿透能力。
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2. Half Life （参见书P283-284）
如果原子核放射一个α粒子(β粒子或γ光子)，则这一原子 核就进行了一次α(β或γ)衰变。 设某一放射性同位素在时刻t时未衰变的原子核数为N， 则在单位时间内衰变的原子核数为λ·N，若dt时间内有dN 个原子核发生衰变，则： -dN/dt = λ·N 上式积分可得： N=N0·e-λt 8-1
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2.照射量及其单位
(量度放射性同位素放射出的射线的) 照射量(exposure dose)是用来量度X射线或γ射线在空 气中电离能力的物理量，其单位以前为伦琴(R)，现 在用C/kg。
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在 标 准 状 态 下 (1atm 、 0℃) ， 1cm3 的 干 燥 空 气 (0.001293g)在X射线或γ射线照射下，生成正负离子电 荷分别为1静电单位(e·s·u)时的照射量即为1R。 一个单一电荷离子的电量为 4.80×10-10 e·s·u，1R能使 1cm3的干燥空气产生2.08×109离子对。
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8.2 Theory of Food Irradiation
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Nucleus Radialization and Half life
1. Nucleus Radialization
• 元素周期表中原子序数大于84的同位素，其质子数和中 子数相差较大，原子核是不稳定的，它们能以各自不同 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，大多数同位素放射出的射线为α、β和γ射线，其过 程称为辐射(radiation)。
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美国最早于本世纪四十年代开始进行辐照(射)保藏食 品的研究，当时主要是用于军事上。1943年发表了对 汉堡包进行辐照杀菌的论文后，美国由此解决了海军 食品保存问题，之后研究遍及美国90多所大学及科研 单位。 类似于罐头食品的出现 五十年代初前苏联、欧洲和日本也相继进行了广泛的 研究。
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我国食品辐照(射)的研究则最早于1958年开始，70年代 中在四川、河南、天津、北京、上海、东北地区、湖南、 广东等地相继开展了食品辐照的研究。 • 大体来说经历了三个历史阶段，50年代开创，60~70年 代的应用开发和80~90年代以来的全面发展。 在国际原子能机构(IAEA)、联合国粮农组织(FAO)和世 界卫生组织(WHO)的倡议下，1970年在巴黎成立了“食 品辐照(射)国际计划”(IFIP)，先后共有24个国家参加该 计划，分工协作进行研究。
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8.1 Introduction
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Difference between food irradiation and microwave processing is, 辐照是利用原子核衰变产生的电磁波来处理食品， 而微波则是将电能转化为电磁波来处理食品。
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History
1896年，Henry Becquerel在研究各种物质的磷光现 象时，发现了放射性。 1896年，Wilhelm Roentgen发现了X射线，并对这种 射线的特性做了完整而准确的计算，并因此获得了 1901年的诺贝尔物理学奖。 1896年，Minck就提出了X射线用于杀菌和杀虫方面 的实际应用问题。
• 安全问题： • 日本福岛核电厂事故、前苏联切尔诺贝利核电厂事故、美国 三里岛核电厂事故等
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Introduction Theory of Food Irradiation Equipment of Food Irradiation Effects of Food Irradiation Applications of Food Irradiation Hygiene and Safety of Food Irradiation
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放 射 γ 射 线 的 放 射 性 同 位 素 (γ 辐 射 源 ) 和 1 克 镭 ( 密 封 在 0.5mm厚的铂滤片内)在同样条件下所引起的电离作用相 等时，其放射性强度就称为1g镭当量(1000mg镭当量)。 γ辐射源的放射性强度的mCi/Ci与mg镭当量(g镭当量)之 间可通过γ常数Kγ进行换算。常数Kγ表示每mg居里的任何 γ辐射源在1h内给予相距1cm处的空气的剂量伦琴数。
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1898年，斯密特和Pierre & Marie Curie独立地观察到 钍化合物发射类似的射线。同时，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)。Henry Becquerel和Pierre & Marie Curie 后来又发现了元素钋(Po)，他们共同分享了1903年的诺 贝尔物理学奖。 1921年，Schwatz获得X射线杀虫美国专利。 1930年，Wüst获得X射线杀菌法国专利。
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References:
1. 2. 3. 4. 5. FAO/IEAE/WHO，辐射食品卫生，北京：原子能出版 社，1983 李承华，辐射技术基础，北京：原子能出版社，1988 陈其勋主编，中国食品辐照进展，北京：原子能出版 社，1998 周家春主编，翁新楚副主编，食品工业新技术，北京： 化学工业出版社，2005 曾庆孝主编，芮汉明，李汴生副主编，食品加工与保藏 原理(第二版)，北京：化学工业出版社，2007
Principle of Food Processing and Preservation
Chapter 8 Food Irradiation
CHEN ZHONG Food College South China University of Technology
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• 食品的辐照(射)保藏是利用射线照射食品，灭菌、 杀虫，抑制鲜活食品的生命活动，从而达到防霉/防 腐、延长食品货架期目的的一种食品保藏方法。