食品的辐射保藏

第六章食品的辐射保藏第一节概述天然的辐射是无时无刻都在发生的自然想象，地球上所有的生命都在接受来自地球本身或外太空的宇宙射线的照射。

19世纪人们就已经发现了辐射引起物质变化的现象，随着辐射生物效应研究的深入，人们发现高能辐射可以杀灭危害食品的微生物和害虫，由此引起了利用辐射保藏食品的研究。

辐射是指能量在空间和其他介质中的传递，存在形式有电磁波、粒子流等。

辐射无处不在，是自然状态的正常现象。

按照频率从低到高(波长从长到短，能量从低到高)按次序排列，电磁波可以分为：音波、超音波、长波、中波、短波、超短波、微波、远红外线、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ射线。

以可见光为界，频率低于(波长长于)可见光的电磁波对生物体产生的主要是热效应，频率高于可见光的射线对生物体主要产生化学效应。

按辐射的效应分，可分为电离辐射与非电离辐射两类，一般人们通常提及的都是电离辐射，包括最令人闻之色变的核辐射。

电离辐射是使物质产生电离作用的电磁辐射(如X射线、γ射线)，或粒子辐射(如α粒子、β粒子、质子等高速的带电微粒与不带电的中子流)，能量和频率都很高，波长很短。

非电离辐射主要是热效应辐射，能量和频率比较低，波长比较长或者很长的辐射，通常是波长大于100纳米(nm)的电磁波，由于其能量低，不能引起水和机体组织电离，故称为非电离辐射，如可见光、电视电磁波、电脑电磁波、各种无线电波、声波、超声波、家电辐射等。

人们日常生活中遇到的辐射与核辐射的原理是一致的，惟一不同的是强度没核辐射高。

一、食品辐照是指利用电离辐射射线与食品相互作用产生的一系列物理化学和生物相应，达到延长食品保藏期和提高食品质量的保藏技术。

利用射线照射食品或原材料，杀菌，杀虫，防霉以及延迟新鲜食品某些生理过程，（抑制果实发芽，延迟后熟等作用）达到延长保藏时间，这样的操作过程就是食品辐照。

伦琴发现X射线，开始了电离射线对微生物的致死作用的研究，1912年瑞典首次对草莓进行辐射处理，1921年美国申请了第一分有关食品辐射保鲜食品技术的专利。

目前，食品的辐射保藏技术在国内外已经得到广泛应用。

应用于，新鲜肉类及制品，粮食、水果蔬菜调味品的加工进行杀菌杀虫，抑制发言延迟后熟等，从而可以最大限度的减少食品的损失，使他在一定期限内不发芽，不腐败变质不发生品质和风味的变化。

二、食品辐照保藏的特点长期以来人们采用干燥、加热、冷藏、罐藏、腌渍、化学处理等方法来保存食品以满足人们日常生活的需求，食品的辐照技术与传统方法相比具有特有的优越性，主要表现在1. 辐射处理过程食品温度升高很小，而且可以在常温或低温状态下进行，因此经过适当辐射处理的食品在质地和色香味方面变化较小，并且营养成分损失也比较小，有利于维持食品的质量2. 辐照技术与加热杀菌相比，射线的穿透力强，也可以在包装及未解冻情况下辐照食品杀死深藏在食品内部的害虫、寄生虫、微生物等。

3. 辐照过的食品无需使用化学添加剂，无化学残留，不会留下非食品残留物，这是化学保藏无法比拟的。

4. 能耗低，节省能源，显著提高加工效率。

5. 适用范围广，不论食品是固态、液态、冻结状态、干货还是鲜活，大包装小包装还是散货都可以进行杀菌处理，可按照目的进行剂量的调整。

局限性：1. 投资大，设备投资大，及专门设备来产生射线2. 安全防护，需要提供安全防护措施，保证射线不泄漏，必须遮蔽射线，对不同产品不同辐射目的要选择控制好合适的辐照剂量。

3. 高剂量下的感官性状的变化，化学变化虽然很小，但有可能发生不好的感官变化。

4. 接受性，由于各国的历史，生活习惯及法规差异，目前各国允许辐照的食品种类仍差异较大，多数国家要求辐照食品在标签上要加以特别标注。

第二节辐照的基本概念一、辐射线的产生原子是元素的基本单位，他是由位于外侧带负电的电子和内侧带正电的原子核构成，而带正电的质子和不带电的中子构成了原子核。

一种元素的原子、中子数并不完全相同，当原子有同一质子数而中子说不同时就称该原子为同一元素的同位素，自然界中存在着一些天然的不稳定同位素，不稳定同位素按照一定的规律衰变，衰变的过程伴有各种辐射线的产生（自发的放出带点或者不带电的粒子），这些不同稳定同位素称为放射性同位素。

α射线* 从原子核中射出带正电的高速粒子流* 具有很强的电离能力* 穿透物质的能力很小β射线从原子核中放出的带正电荷或负电荷的高速粒子流* 本质是高速电子流* 电离能力不及α射线* 穿透物质的本领比α射线强得多.* 可由放射性同位素产生也可由电子加速器产生X-射线* 若核内质子在外层电子云中，从K层捕获电子e－，转变成中子（k-捕获），使质子数减少。

当K层（低能态）电子被捕获后剩下一空穴，则高能态（外层）电子会补充进去，释放出能量-X-射线，指原子核外电子所放出的能量。

γ-射线* γ-射线：当原子核在发射了α和β或κ－捕获之后，核的能级处于激发态（高能态），当这种激发态回到基态时，原子就发出光子流（即不带电荷的核子流），称γ-射线，发源于原子核本身。

* 能量可高达几十万电子伏特以上* 穿透物质的能力很强* 但其电离能力较α、β射线小。

用于食品辐照的射线，需要穿透能力好，能达到食品深处，使内部均能受到辐射处理，同时最大限度杀死食品表面的微生物，X-射线、γ-射线具有这些性质，因此基本上已经用于食品的辐照，β射线也在某些范围内使用。

辐照食品，通常使用X-射线、γ-射线或电子射线照射食品，这些高能带电或不带电的射线会引起食品组分以及存在于食品中的微生物、昆虫、等发生一系列的变化。

二、辐射源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系统。

辐射源是食品辐照处理装置的核心部分，用于食品保藏的辐射源有放射性同位素、电子加速器和X射线发生器。

1.放射性同位素食品辐照处理用的最多的是钴60和铯137辐射源。

钴60辐射源，自然界不存在是人工制备的同位素。

钴60经过β衰变后放出两个能量不同的γ光子最后变成稳定的镍。

铯137也是人工制备的，经β衰变后放出γ光子最后变成稳定的钡。

铯137的γ-射线能量比钴60弱，穿透力也弱，同时，分离麻烦，安全防护困难，因此生产上常用钴60.2.电子加速器利用电磁场作用，使电子获得较高能量，即将电能转变成辐射能，从而产生高能电子射线或X射线的装置。

加速器产生的是带负电的电子流，与放射性同位素中的β射线具有相同的性质，因此电子加速器也称人工β射线源。

特点：1）电子加速器产生的电子流强度和密度大，钴60辐射源的γ射线倾向于把它的能量分散的通过一个大的体积，而电子加速器则是将电子束流集中地照射在一个很小的体积中，并且可以调节和定向控制，便于改变穿透距离、方向和剂量。

2）加速器需要的时候启动与停机，停机后即不再产生辐射，又无放射性污染，便于检修，但装置造价高。

3）电子射线的射程短，穿透能力弱，一般只适用于食品的表面辐射处理。

3.X射线发生器电子加速器产生的电子射线打击在重金属靶子上，可以产生X射线，这种加速器叫X射线发生器。

三、辐照剂量食品辐照的研究中在表示生物体辐照效应时，常用的辐照剂量物理量有照射量和吸收剂量1．照射量度量X射线或γ-射线电离能力的物理量。

单位质量空气中产生的同一种电荷离子的总电荷量。

标准的辐射单位库伦每千克2.吸收剂量电离辐射使单位质量任何物体所吸收的平均能量(量度被辐射物体吸收量)。

电离辐射的平均能量与受辐照物的质量的比值。

在任何既定的辐照条件下，由于不同食品具有不同的辐照吸收性质，因此必须规定被辐照特定食品的吸收剂量，才能有效地促进食品中微生物、酶及其他成分发生变化。

第三节食品辐照原理辐照保藏食品的原理与射线照射时引起食品以及食品中的微生物、昆虫等发生一系列的物理化学变化有关系，这些反应称为辐射效应。

保藏食品主要利用的是辐照的生物学效应，辐照处理可以使危害食品的微生物、昆虫的新陈代谢改变，生长发育受到抑制或破坏；食品品质的改良式利用辐照处理时发生的物理和化学反应。

一、食品辐照物理效应1、x射线和γ射线与物质的作用* 光电效应* 低能光子（0～0.5MeV）与物质的原子作用，被照物质原子中的电子脱离原子成为光电子。

* 康普顿散射* 当光子的能量（0.5～1.5MeV）略大于电子在原子中的结合能时，产生低能量光子和康普顿电子。

* 电子对效应。

* 当射线的光子能量较高时（>1.022MeV），它可与物质相互作用，产生一对正负电子而其本身消失，这就是电子对效应。

2、高能电子与物质的作用方式* 电子射线通过被照射物时，可发生：* 激发、电离* 使被照物原子中的电子被激发或脱离原子；* 库仑散射* 弹性碰撞，发生没有能量损失的偏转；* 轫致辐射* 非弹性碰撞，动能转变，放射出光子。

* 电子俘获* 被原子俘获，使原子或原子所在的分子变成了负离子。

二食品辐射的化学效应食品经过辐射处理后可能发生的化学变化，除了设计食品本身和包装材料以外，还有浮着在食品上的微生物、昆虫等生物体。

辐照对食品的化学作用一般认为可分为两种效应，直接效应和间接效应。

1、直接效应主要是由射线与基质直接碰撞，或与细胞核亚细胞结构撞击，使之形成离子、激发态分子或分子碎片的过程。

直接效应适用于微生物和其他单细胞生物。

一般来说，在含水量少的干燥食品或冷冻组织中，直接效应为辐照效应的主要作用方式。

2、间接效应间接效应主要发生在食品物质的水相中，是指机体内含有水分受到辐照电离激活后产生的中间产物与食品中其他组分或有机体得分子间相互作用所引起的辐照效应。

水接受辐射后的最终产物是氢和过氧化氢，已知的中间产物主要是水和电子，氢氧基和氢基。

这些都是活性物质，很容易和食品中的其他组分或者发生反应。

* 利用高能射线的电离能力和强大的穿透能力，引起生物体内部分子和原子的激发和电离，从而扰乱了生物体正常的新陈代谢，抑制了生命和酶的活动。

* 辐射处理可以杀灭食品中的微生物和昆虫，而对食品本身的营养价值并无明显的影响。

* 食品辐照时，微生物或昆虫一般多集中在食品的表层，故它们和食品表层最先接受射线的作用。

* 在适量的辐射剂量下，食品内发生变化的分子、原子占食品分子的极少数。

* 分子的微小变化，都可能导致生物酶的失活，生理生化反应的延缓或停止，新陈代谢的中断、生长发育停顿、生命受到威胁，甚至死亡，因而对生命活动影响较大。

* 然而，作为动物性食品原料已无生命失去新陈代谢能力，植物性食品虽然有生命存在但新陈代谢非常缓慢，因此能发生变化的极少数分子对食品产生的影响很小，有的几乎不产生影响。

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