食品技术原理-辐射保藏

一、食品的辐射化学效应
电离辐射穿透食品物料的程度取决于食
品性质和辐射的特性。 辐射作用时的效应取决于其改变分子的 能力及其电离电位。
β-粒子一般具有较大的能力，能在它们通过
物质时产生电离作用。能量级较高的电子束 具有较高的穿透深度并能沿着其径迹(比能 量低的电子束)产生更多的变更分子和电离 作用。
低频辐射线（非电离辐射） 高频辐射线（电离辐射）。
低频辐射线（非电离辐射） 波长较长、能量小（频率低），仅能使物质 分子产生转动或振动而产生热，也可起到加 热杀菌作用。 高频辐射线（电离辐射） 频率较高、能量大，如X-射线，γ-射线，可 使物质的原子受到激发或电离，因而可起到 杀菌作用（冷杀菌）。


①以甘氨酸为例，经辐照后就可得到氢、二氧化 碳、氨、甲胺、乙酸、甲酸、乙醛酸和甲醛。 ②如果是赖氨酸之类的二氨基一元羧酸，经辐照 后，除生成多羟基胺外，还可生成β-丙氨酸、α-氨 基正丁酸、氧代氨基酸、戊撑二胺、谷氨酸和天 冬氨酸。 ③一氨基二羧基的谷氨酸经氧化脱氨反应，除生 成α-氧代戊二酸外，还可生成氨基酸、有机酸、氨 和甲醛。 ④具有巯基或二硫基的含硫氨基酸对射线的敏感 性极强，经辐照后，会因含硫部分氧化和游离基 反应而发生分解，产生H2S。
（一）辐射的剂量单位
1、辐射量(辐照量) ：此概念仅用于X-射线和-辐 射光子，国际单位为：库/千克。如果把射线所及 之处看做是辐射场的话，则辐射量就是辐射场的 一种量度。 单位时间内的照射量称为照射量率，简称辐照 率。 2、吸收剂量在一定范围内的某点处，单位质量被 辐照物质所吸收的辐射能的量称为吸收剂量 (D)国 际单位（Gy）
四、食品辐照分类
按照所要达到的目的把应用于食品上的辐
射分为三大类
辐射阿氏杀菌 辐射巴氏杀菌
辐射耐贮杀菌。
1、辐射阿氏杀菌 (radappertization)
此杀菌也称商业性杀菌，所使用的辐射
剂量（10~50kGy）。 可以使食品中的微生物数量减少到零或 有限个数。最好配合低温贮藏，否则会 引起风味、色泽和组织的变化。 常用于肉类和香料调味品的消毒。

我国辐照食品研究工作在下列方面有商业化、实用 化的广阔前景。 进出口水果及农畜产品的辐照检疫处理 低质酒类辐照改性 干果、脱水蔬菜和肉类辐照杀虫 调味品的辐照灭菌 辐照处理和其他保藏处理方法综合应用的研究。

三、辐照食品研究的意义
从健康环境和安全角度，溴甲烷、二溴已烷和环氧乙烷
越来越被禁用，食品辐照可取代化学熏蒸。 1997年蒙特利尔公约会议决定发达国家在2005年前、发 展中国家在2015年前要彻底禁用溴甲烷，这使食品辐照 的替代作用更突出出来。另外，食源性疾病近年来在美 国、日本等地多有发生，沙门氏菌、弯曲菌、大肠杆菌、 单核细胞李斯特菌、弧菌等所致的疾病与辐照食品近年 的发展有明显的关联。 比如1997年美国2500万磅牛肉末受大肠杆菌O157：H7 的污染，9万人致病，25人死亡，导致了美国历史上最 大一次冻汉堡包的回收（约1万吨）。这件事直接导致 了1997年12月美国FDA批准了牛肉辐照。
5、放射线的穿透能力强、均匀、瞬间即逝， 而且对其辐照过程可以进行准确控制 6、食品可以在包装以后不再拆包的情况下进 行辐照处理，节约了材料，也避免了在污 染的可能 7、操作适应范围广。在同一射线处理场所， 可以处理多种体积，状态、类型食品 8、节约能源，自动化可连续生产
缺点
1、经过杀菌剂量的照射，一般情况下，酶不能完 全被钝化。 2、经辐射处理后，食品所发生的化学变化从量上 来讲虽然是微乎其微的，但敏感性强的食品和 经高剂量照射的食品可能会发生不愉快的感官 性质变化。这些变化是因游离基的作用而产生的 3、辐射这种保藏方法不适用于所有的食品，要有选择性 地应用 4、能够致死微生物的剂量对人体来说是相当高的，所以 必须非常谨慎，做好运输及处理食品的工作人员的安全 防护工作。为此，要对辐射源进行充分遮蔽，必须经 常、连续对照射区和工作人员进行监测检查。
采用量热计测定，它是一种绝对标准剂
量计。能直接读出吸收剂量 它根据吸收体的热性能，测量物质中射 线消散的总能量或能量消散速率。
第三节 辐射引发的食品化学和生物化学效应
物质受到放射线照射时所发生的变化大 致有以下几个过程：
吸收辐射能 发生一系列辐射性化学变化 发生一系列生物化学性变化 细胞或个体死亡或出现遗传性变异等生物效 应，剂量小时，辐射损伤得到恢复。
2、辐照巴氏杀菌(radicidation)
利用辐照对食品进行消毒与防腐，称为辐照巴 氏杀菌,剂量范围为5~10kGy 。 主要作用：
杀灭除病毒与生芽孢菌以外的非芽孢病原菌，主要 是沙门氏菌，以及腐败微生物；保证食品室温保藏 的货架稳定性；
3、辐射耐贮杀菌(radurization)
离子对的形成，游离基，游离基与其他分
子的反应，游离基的重新组合，以及在空 气中辐照食品时由于臭氧和氮的氧化物的 影响，都足以使食品产生化学变化。 其在食品辐射保藏中会产生直接作用和间 接作用。二者均可使微生物和酶钝化
(一)食品的辐射化学效应直接作用
生物学家提出了射线与基质直接碰撞的靶理论， 认为辐照作用主要是由于这种直接碰撞引起的。 由电离辐射使食品产生各种粒子、离子及质子 的基本过程有二：
①脂肪酸酯和某些天然脂肪(猪油、橄榄油)在受 到50kGy以下的剂量照射时，品质变化极小。 但是另一些脂类则成为辐照食品中异臭的发生 源。 ②饱和的脂类在无氧状态下辐照时，会发生非 自动氧化性分解反应，产生H2、CO、 CO2碳氢 化合物、醛和高分子化合物。 ③不饱和脂肪酸经辐照后也会生成与饱和脂肪 酸相类似的物质，其生成的碳氢化合物为链烯 烃，二烯烃，二烯烃和二聚物形成的酸。 ④磷脂类的辐照分解物也是碳氢化合物类、醛 类和酯类。
食品辐射保藏可应用于新鲜肉类及其制品，水 产品蛋及蛋制品、粮食、水果、蔬菜、调味品、 饲料以及其他加工产品进行杀菌、杀虫、抑制 发芽、延迟后熟等处理。 最大限度地减少食品的损失，使它在一定限期 内不发芽、不腐败变质、不发生食品的品质和 风味的变化，由此可以增加食品的供应量，延 长食品的保藏期。

二、食品辐射的国内外发展概况
自19世纪末 ，提出了X--射线的杀菌作用以来，直到第
二次世界大战40年代以后，射线辐射保藏食品的研究和 应用才有了实质性的开始 ，50年代美国等国家加强了研 究，70年代证明了辐照食品的卫生安全性，80年代各国 开始建立规程、法规、标准。 1980年FAO/IAEA/WHO辐照食品安全联合专家委员会结 论：辐照食品总平均剂量10kGy以下不需要做毒理学实验， 无特殊营养和微生物学问题。 1984年，代表130多个国家的食品法典委员会（CAC）向 成员国建议辐照食品CAC标准及辐照食品设施推荐规程。 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。

wenku.baidu.com
2、酶
酶的主要组分是蛋白质 ，所以一般认为
辐射对酶的影响基本与蛋白质的情况相 似，如变性作用等。 酶还会因有－SH基团的存在而增加它对 辐射的敏感性。介质的pH值及其含氧量 对某些酶亦起很大作用，例如辐射干燥 胰蛋白酶时，在有氧状态下，极易钝化， 并可能有过氧化物形成。
3· 碳水化合物
4、脂类
辐射对脂类所产生的影响可分为以下三 个方面:
整个理化性质发生变化 受辐射感应而发生自动氧化变化 发生非自动氧化性的辐射分解。
辐射脂类的主要作用是在脂肪酸长链中 C-C键外断裂，而产生正烷类。

辐照可促使脂类的自动氧化，当辐照时 及辐照后，有氧存在时，其促进作用就 更显著，从而促使了游离基的生成，使 氢过氧化物及抗氧化物质的分解反应加 快，并生成醛、醛酯、含氧酸、乙醇、 酮等十多种分解产物。
稀释的单糖溶液有初级和次级的辐射效
应，起氧化作用和裂解反应的产物主要 视单糖的性质如：葡萄糖受辐射后会产 生葡萄糖醛酸，葡萄糖酸、葡萄糖二酸、 乙二醛、甲醛及二羟丙酮等 低聚糖经辐照可成为单糖，最后产物与 单糖辐射相同。
多聚糖的辐射如淀粉、纤维素等可被降解
成葡萄糖、麦芽糖、糊精等。 在植物组织中的果胶质亦有解聚现象，使 组织便软。 动物组织中的糖原也会由于辐射而断裂成 小分子。
1· 剂量的分布：辐照剂量根据达到加工目的最 适宜的剂量范围以及食品所能耐受的最大剂量 确定。在食品辐照中，包装内部和单个包装之 间的剂量分布是不均匀的； 目前，国际和国内的标准都要求最高剂量和最 低剂量的比值要小于2，在辐照加工厂中把这 个比值定为1.7，以确保辐照产品的质量。

2· 剂量的测定方法
二、食品辐射处理的辐射源 （电离辐射）
(一)放射性燃料
用于食品辐照处理通常采用放射性同位素钴 60（ ）作为辐射源。主要有β- 粒子、γ射线。
(二)电子加速器：β-粒子或电子 (三)X-射线源：(X-射线)
三、辐射原理
原子核内，只有中子数和质子数之间呈 一定比例时才是稳定的。无论中子数过 多还是质子数过多，核都呈不稳定性。 这种不稳定的核有变为稳定核的趋势。 原子核因外来的因素而引起核结构的变 化的过程就是人工核反应过程，在这个 过程中放出各种形式的能量。
糖类
脂类 维生素
1、氨基酸和蛋白质

氨基酸经辐射后，可鉴定的生成物及生成物的 数量都因氨基酸的种类、辐射剂量、氧和水分 的存在与否等因素而发生变化。
蛋白质随着辐射剂量的不同，会因巯基氧化、脱氨基、 脱羧、芳香族和杂环氨基酸游离基氧化等而引起其一 级、二级和三级结构发生变化，导致分子变性，发生 凝聚、粘度下降和溶解度降低、蛋白质的电泳性质及 吸收光谱等变化。蛋白质经辐射存在大分子裂解以及 小分子聚结现象。 检测：可用电子自旋共振的方法来测定。
食品辐照的吸收剂量受到源的类型、源
的强度、传送机的速度、射束的几何形 状以及被辐照食品的堆积密度及成分的 复杂性等因素影响。 在任何既定的辐照条件下，由于不同食 品具有不同的辐射吸收性质，故必须规 定被辐照特定食品的吸收剂量，才能有 效地促使食品中微生物、酶和其他成分 发生变化。
(二)剂量的分布及测定方法
（三）、辐射保藏食品的特点

优点： 1、杀死微生物效果显著，剂量可根据需要进行调 节； 2、一定的剂量（＜5kGy）照射不会使食品发生感 官上的明显变化，即使使用高剂量（＞ 10kGy）照射，食品中总的化学变化也很微小 3、食品不会留下任何残留物 4、食品在受射线照射过程中升温甚微，可以忽略 不计，可保持食品原有的新鲜感官特性。在冷 冻状态下也能进行辐射处理
第一节 食品辐射保藏概述
一、食品辐射的基本概念 （一）定义：食品辐射保藏就是利用电离
辐射与物质相互作用的物理效应、化学效 应和生物效应，对食品原料进行加工处理 的过程。该方法是延长食品保藏时间，保 障食品质量的一项物理保藏技术。 经辐射照射的食品称为辐照食品。
（二）、食品辐射保藏的应用目的

初级辐射，是使物质形成离子、激发态分子或分子
碎片。 次级辐射, 是使初级辐射的产物相互作用，生成与 原始物质不同的化合物。
初级辐射一般无特殊条件，而次级辐射与温度 等其它条件有关。
(二)食品的辐射化学效应间接作用
在稀溶液中或含水的食品中，水分也会
因辐照而产生辐射效应产生间接的氧化 还原反应。 首先水分子接受辐射后的最后产物是氢 和过氧化氢等。 过氧化氢是一种强氧化剂 ，容易使食品 发生间接的氧化还原反应。

水分子接受辐射后产生氢和过氧化氢的反应 可能途径如下：
(三)约束间接作用的途径
为了减少食品在辐照过程中的变化，人
们研究约束间接作用的途径，以减少游 离基的影响。其主要方法有：
在冻结状态下辐射 在真空中或在惰性气体环境中辐射
添加游离基的接受体
(四) 辐射对食品成分的影响
氨基酸和蛋白质 酶
可提高食品的贮藏性，降低腐败菌的原
发菌数，并延长新鲜食品的后熟期及保 藏期。 主要用于抑制发芽、延迟生理过程、杀 虫（有害昆虫、寄生虫）等方面。 所用剂量在1~5 kGy.
第二节、辐射的基本原理
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、紫 外线、X射线和γ射线。 包括：