食品加工与保藏原理食品的辐射保藏

二、食品辐射装置
食品的辐射装置包括辐射源、 防护设备、输送系统和自动控制与 安全系统。
1. 辐射源
辐射源是食品辐射加工的核心部分， 它可以分为放射性同位素和电子加速器 两大类。 (1) 放射性同位素 60Co辐射源、 137Cs辐射源 (2) 电子加速器 电子射线
电子射线射程短，密度大，穿透力 差，一般适用于食品表面的照射。如对 易腐食品辐射时，选定适当的“加速 能”，就可使射线不穿透食品内部，只 进行表面杀菌。
3. 吸收剂量、剂量率及其单位 (量度被辐射物体吸收量的)
被照射物质所吸收的射线的能量称 为吸收量，其单位为拉德(rad)或戈瑞 (Gy)。
4. 剂量当量、剂量当量率及其单位
剂量当量就是用来量度不同类型的 辐射所引起的不同的生物学效应，其单 位为雷姆(rem)或希沃特(Sv)。 单位时间内的剂量当量称为剂量当 量率，其单位用rem· s-1或rem· h-1等表 示。
第五节
食品辐照的卫生与安全
FAO、IAEA和WHO联合专家委员会于 1980年10月27日至11月3日在日内瓦召 开了关于辐照食品卫生会议。依据以前 各届专家委员会的建议和这些机构组织 的其他技术或法律专家会议所作出的结 论，允许食品辐照的最大能量水平是： 电子射线为10MeV；g射线和X射线为 5MeV。
食品加工与保藏原理
第七章 食品的辐射保藏
食品的辐射保藏是是利用射 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。
第一节 食品辐射(照)的意义及特点
与微波的区别： 辐射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。
电子射线经散射、电离轫致辐射等 作用后，消耗了大部分能量，速度大为 减慢，有的被所经过的原子所俘获，使 原子或原子所在的分子变成负离子，有 的与阳离子相碰发生阴、阳离子湮灭， 放出两个光子，其光子对被照射物的作 用与上述的光子一样。 为了防止被照射物诱发产生放射性， 电子射线的能量不得超过10MeV，大多 数采用5MeV。
辐射对生物体作用的机理目前尚未十分 清楚，但可能与下列原因有关： (1) 由于射线的辐照，细胞中的DNA和 RNA受到损伤，植物体生长点上的细胞 不能发生分裂，所以马铃薯、洋葱等经 辐照后不会发芽。参见表7-2。 (2) 食品辐照时，干扰了ATP的合成，使 细胞的核酸减少，抑制了植物体的发芽。
表7-2 马铃薯经辐射后核酸含量的变化
美国最早于本世纪四十年代开始进行辐射(照)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。尔后研究遍及美国 90 多所大学及科研 单位。 五十年代初前苏联、欧洲和日本也相继进行了广泛 的研究。 我国食品辐射 ( 照 ) 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。 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“食品辐射 ( 照) 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。
食品及其他生物有机体的主要化学组成 是水、蛋白质、糖类、脂类及维生素等， 这些化合物分子在射线的辐射下会发生 一系列的化学变化。
1. 水
大多数食品均含有丰富的水分，水也是 构成微生物、昆虫等生物体的重要成分， 食品经辐射引起的水分变化十分复杂。 水辐射的化学效应可概括为： H2O → 2.7OH·+0.55H·+2.7e-水化+0.45H2 +0.71H2O2 +2.7H3O·
X射线
X射线具有高穿透能力，可以用于食 品辐射加工。但是由于电子加速器作X射 线源效率低，而且能量中包含大量低能 部分，难以均匀照射大块样品，故没有 得到广泛的应用。
2. 防护设备 3. 输送与安全系统
三、食品辐射效应
(一) 食品辐射的物理效应 1. g射线和X射线的作用 康普顿散射、 感生放射性 2. 电子射线的作用 库仑散射、库仑散射、契连科夫效应
(1) 造成遗传物质DNA的损伤； (2) 辐射化学效应的产物与细胞组成发生反应。
第四节 食品的辐射及其影响因素
一、食品辐射的类型 联合国粮农组织(FAO)、国际原子能机构 (IAEA)和世界卫生组织(WHO)联合专家 委员会把食品辐射分为下列三类：低剂 量辐照、中等剂量辐照、大剂量辐照。
二、食品辐射保藏的效果及其影响因素 食品进行辐射处理时，必须根据食品的种 类和预期的目的，控制辐射剂量和照射条 件，才能达到良好的保藏效果。 (一) 食品辐射保藏 1. 粮食的辐射保藏 2. 果蔬的辐射保藏 3. 畜、禽、鱼肉的辐射保藏 4. 香料和调味品的辐射保藏
2. 蛋白质和酶
蛋白质
结构破坏 辐射交联 辐射降解
蛋白质辐照时交联与降解同时发生， 而往往是交联大于降解，所以降解常被 掩盖而不易觉察。
酶 酶的主要组成部分是蛋白质，所以 辐射对酶所引起的作用与蛋白质类似， 酶中所含的巯基(-SH)由于容易氧化会增 大酶对辐射的敏感性，但在复杂的食品 体系中，由于其他物质的伴生存在而使 酶得以保护，欲使酶钝化需要相当大的 辐射剂量。
用作食品辐射加工的辐射源60Co的半衰 期为5.27年，137Cs为30年。
二、食品辐射的基本原理
食品辐照时，射线把能量或电荷传递给食品以 及食品上的微生物和昆虫，引起的各种效应会 造成它们体内的酶钝化和各种损伤会迅速影响 其整个生命过程，导致代谢、生长异常、损伤 扩大直至生命死亡。而食品则不同，除了鲜活 食品之外均不存在着生命活动，鲜活食品的新 陈代谢也处在缓慢的阶段，辐射所产生的影响 是进一步延缓了它们后熟的进程，符合储藏的 需要。
思考题：
1. 2. 3. 4. 简述食品的辐射保藏机理。 试解释“G值”的含义。 食品辐射常用的辐射源有哪些？ 从食品安全的角度出发，辐射的能量应控制 在多少以下》？
另外，通过以下五个方面的研究： 1、食品的辐照剂量 2、食品的包装方法和包装材料 3、辐射化学 4、动物或家畜喂养实验 5、辐照食品的毒理学研究 FAO、 IAEA和 WHO联合专家委员会得出结 论，任何商品食物辐照总平均剂量达10kGy水 平时，不具有毒理学上的危害性，这样处理的 食品毋需进行毒理学检查。用10kGy剂量辐照 过的食品，不会引起特殊的营养或微生物问题。
一、原子辐射研究的历史发展
1. 1896年，亨利· 贝克莱在研究各种物质的磷光 现象时，发现了放射性。 2. 1896 年， 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。 3. 1898 年斯密特和居里夫妇独立地观察到钍化 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)。 4. 1921年Schraty获得X射线杀菌专利。
(二) 提高食品辐射保藏效果的措施 食品的辐射保藏处理，欲取得满意的效 果除了根据食品的种类和辐射目的采用 适宜的辐射剂量外，还可以采取一些辅 助措施，以便提高辐射的效果或降低辐 射剂量，保护食品的营养成分少受损失。
1. 2. 3. 4. 5.
添加化学药品 改变温度条件 改变气体条件 合理包装 低温储藏
核酸 照射剂量 (krad) 核酸含量(mg· g-1干物质) 12月 3月 4月
wk.baidu.com
0
RNA 5
140
61
140
83
154
84
8
0 DNA 5 8
57
170 131 108 121 121
65
170 120 123
(3) 植物组织处于休眠状态时，其生长点缺乏 植物生长激素或生长激素被钝化，若把经过辐 射的马铃薯放入一种生长激素—赤霉素酸溶液 中，马铃薯就开始发芽(表7-3)。
第三节 食品的辐照效应
一、食品辐射加工的计量单位
1. 放射性强度的单位 (量度放射性同位素的)
放射性强度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。
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)是用来量度X射线 或g射线在空气中电离能力的物理量，其 单位为伦琴(R)。
(4) 对于具有呼吸高峰的果实，在高峰开始出 现前夕，体内乙烯的合成明显增加，从而促进 成熟的到来。若在高峰前对果实进行辐照处理， 由于干扰了果实体内乙烯的合成，就能够抑制 其高峰的出现，延长果实的储藏期。
表7-3 赤霉素酸对g辐照的马铃薯发芽的影响
处理法 处理 数 发芽率
剂量 (krad)
8
赤霉素酸浓 度(ppm)
0
5日 后
0
10日 后
0
15日 后
0
20日 后
0
8
12 12 12
250
0 250 500 20
7
0 5 8
16
0 12 14
20
0 17 20
20
0 20 20
2. 导致微生物和昆虫的死亡
食品经辐射后，附着在食品上的微生物和昆虫 发生了一系列生理学与生物学效应而导致死亡， 其机理是一个十分复杂的问题，目前还没有完 全搞清楚，一般认为与下面两点有密切关系：
4.1
8.2 3 4
蔗糖
甲醛
果糖 葡萄糖
0.16
0.25
甘露糖醇
甲醛 果糖
0.8 0.56
1.26 5.2
4. 脂类
脂肪和脂肪酸被射线照射时，饱和脂肪比 较稳定，而不饱和脂肪容易氧化，出现脱羧、 氢化、脱氨等作用。有氧存在时，由于会发生 自动氧化作用，饱和脂肪也会被氧化。辐射促 进自动氧化过程可能是由于促进自由基的形成 和氢过氧化物的分解，并使抗氧化剂遭到破坏。 食品中的脂类组分受辐射而产生的化合物， 除了有辐射诱导的自动氧化产物外，也有非氧 化的分解产物。
二、食品辐射的特点
1. 2. 3. 4. “冷杀菌”； 具有良好的保鲜效果； 辐照处理食品能耗低； 对环境的污染小。
第二节 食品辐射的基本原理
一、核辐射与半衰期
1、核辐射 a射线 b射线 g射线
2、半衰期 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
3. 糖类
糖类在辐射过程中发生的变化主要 是降解作用和辐解产物的形成，若干故 态糖类的辐解产物见表7-1。
表7-1 辐射不同固态糖类的主要辐解产物
糖
葡萄糖
辐解产物
甲醛 乙醛 丙酮
G值
0.06
500krad时浓度(10mg· kg-1)
0.095
葡糖醛酸
葡糖酸 5-脱氧葡糖酸 果糖 甲醛
0.4
0.8 0.32 2.5
主要参考文献
1. 曾庆孝主编，芮汉明，李汴生副主编，食品 加工与保藏原理，北京：化学工业出版社， 2002.11 2. 陈其勋主编，中国食品辐照进展，北京：原 子能出版社，1998.12 3. FAO/IEAE/WHO，辐射食品卫生，北京：原 子能出版社，1983，5~6 4. 李承华，辐射技术基础，北京：原子能出版 社，1988
5. 维生素
食品中维生素在辐射中的稳定性和 食品的性质及成分有密切的关系，其损 失率随着辐射剂量的增大而增大。
(三) 食品辐射的生物学效应
1. 抑制蔬菜发芽和果实后熟
蔬菜中的马铃薯和洋葱，主要是通过 控制其休眠来进行储藏的。在结束休眠 后，如果温度和湿度适宜时，便会旺盛 地发芽；果实采收后的成熟现象称为后 熟，后熟的速度影响着储藏期的长短。
(二) 食品辐射的化学效应 辐射的化学效应是指被辐射物质中 的分子所发生的化学变化。食品的辐射 处理，发生化学变化的物质，除了食品 本身及包装材料之外，还有附着在食品 表面及内部的微生物、昆虫和寄生虫等 生物体。
辐射化学效应的强弱用G值表示，所谓G 值就是介质中每吸收100eV能量时发生变化的 分子数。 例如，麦芽糖溶液经过辐射发生降解的G 值为4.0，则表示麦芽糖溶液每吸收100eV的辐 射能，就有4个麦芽糖分子发生降解。不同介 质的G值可能相差很大，G值大的，辐射引起 的化学效应较强烈；G值相同者，吸收剂量大 者所引起的化学效应较强烈。例如G值等于3， 吸收剂量为1Mrad时，每千克介质发生变化的 摩尔数为3.1×10-6，剂量提高到6Mrad时，则 每千克发生变化的摩尔数达1.9×10-2。