05 第五章 食品辐射保藏.ppt

第1页：第五章 食品辐射保藏

第五章食品辐射保藏

概述–辐射加工是利用电离辐射（主要是指钴-60γ射线和电子加速器产生的电子束）与物质相互作用的物理效应、化学效应和生物效应，对物质或材料进行加工处理的过程。

各种保藏方法优缺点概述

辐射保藏的优点–辐射加工是一种高效加工手段，–具有穿透性强、–可在常温下进行、–节能、–无残毒、–易控制等独特优势。–目前辐射加工技术已向很多行业渗透。

第2页：我国辐照食品的发展和现状

国内外发展简况–采用辐射技术加工食品早在20世纪40年代就已开始进行，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。–辐照加工技术虽然从技术讲已相对成熟，但由于公众接受性、各类别食品的标准、法规以及检验、辐照设施等尚存在一定问题，辐照食品仍未被广泛接受。

第3页：辐照食品在亚洲的发展

–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、单核细胞李斯特峻、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批准了红肉辐照。

第4页：我国辐照食品的商业化应用

我国辐射加工食品产业化发展也很快，1984-1994年共批准了18中辐照食品，1996年又正式颁布了“辐照食品卫生管理办法”，1997年公布了“辐照食品类别卫生标准”，进一步鼓励对进口食物、食品原料以及国内的6大类食品进行辐照处理。

第5页：第二节 辐射基本原理

第二节辐射基本原理一、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。

第6页：食品辐射保藏的定义

γ频率λ波长λγ=Cγ=C/λ低频辐射区γ<1015Hz高频辐射线γ>1018HzE能量无线电波微波红外可见紫外X射线和γ射线105Hz 101010151018 10203km 3cm 3μm 3nm 0.3nm4×10-10ev 4×10-54×10-3 4 4×102 4k 4M

第7页：原子的蜕变

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-，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）。

第8页：电离辐射作用

二、α-、β-、γ-、X-射线1. 放射性同位素–当原子序数在84以上，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。–自然界中有天然的不稳定同位素，但还有一些不稳定同位素是使用原子反应堆及粒子加速器等人工制造的。（1）α-射线：当同位素中，n：p+>1.5:1,从原子核中放射出带2p+和2n的带正电高速粒子流（氦核）

称为α-射线。（2）β-射线：当核内中子数和质子数不等时，若某一中子释放出能量转变成质子（n>p+) n→p++β-( 带负电的高速电子)；若核内p+>n时(这种情况一般指在加速器中)，p++1.02Mev→n+β+ （带正电荷的高速电子）β--和β+-粒子是带正电荷和负电荷的高速电子。

第9页：辐射剂量单位

（3）X-射线若核内质子在外层电子云中，从K层捕获电子，转变成中子，p++e-→n当K层（低能态）电子被捕获后剩下一空穴，则高能态（外层）电子会捕获进去，释放出能量

X-射线。所以，X-射线指原子核外电子所放出的能量。（4）γ-射线当原子核在发射了α-和β-射线或k-捕获后，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——γ-射线（即不带电荷的粒子流）。以上这些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穿透程度的能力。

第10页：γ射线

α-射线：相对质量较大，电离能力大，穿透能力小

β-射线：为α-射线质量的几千分子一，点电量为其的一般，穿透能力比α-射线大。

γ-射线：电离能力比α-、β-射线小，但穿透能力比它们大。

X-射线：电离能力小，穿透能力很强。

第11页：X射线

2. 放射性衰变

每个放射性同位素放出射线后，就转变成另一个原子核，从不稳定的元素变成稳定同位素，原子核转变过程称为放射性衰变。

若放射性强度因衰变而降低到原来的一半所需要的时间称为半衰期。

第12页：加速电子

三、辐射用多种单位

第13页：电离辐射的其它类型

四、辐射源

人工放射性同位素

电子加速器

第14页：第三节 辐射的化学效应

第三节食品辐射技术的化学与生物学效应一、辐射化学效应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：–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。

第15页：辐射的化学效应

水

氨基酸与蛋白质

酶

糖类

脂类

维生素

第16页：辐射的生物学效应

二、食品辐射的生物学效应

生物学效应指辐射对生物体如微生物、病毒、昆虫、寄生虫、植物等的影响，这些影响是由于生物体内的化学变化造成的。

第17页：辐射的生物学效应续

（一）微生物1. 辐射对微生物的作用（1）直接效应：指微生物接受辐射后本身发生的反应，可使微生物死亡。A. 细胞内蛋白质、DNA受损，即DNA分子碱基发生分解或氢键断裂等，由于DNA分子本身受到损伤而致使细胞死亡

直接击中学说B. 细胞内膜受损，膜由蛋白质和磷脂组成，这些分子的断裂造成细胞膜泄漏，酶释放出来，酶功能紊乱，干扰微生物代谢，使新陈代谢中断，从而使微生物死亡

第18页：电离辐射杀菌机制

（2）间接效应

来自被激活的水分子或电离的游离基

当水分子被激活和电离后，成为游离基，起氧化还原作用，这些激活的水防呢子就与微生物内的生理活性物质相互作用，而使细胞生理机能受到影响。

第19页：辐射杀菌

2. 微生物对辐射的敏感性为了表示某种微生物对辐射的敏感性，就通常以每杀死90%微生物所需要的戈瑞数来表示，即残存微生物下降到原数的10%所需要的剂量，并用D10值表示：N Dlog —= -—N0D10其中：N0表示最初的微生物数N表示使用D剂量后残留的微生物数D表示初期剂量D10表示微生物残存数减到原数的10%时的剂量

第20页：辐射对微生物的致死作用

不同微生物的辐射敏感性

第21页：辐射对微生物的致死作用续

微生物对辐射的敏感性

一般来说

G-> G+> 酵母> 霉菌(敏感度)

第22页：D值的计算

（二）病毒

通常使用高达30KGy的剂量才能抑制。

第23页：12D概念与肉毒梭菌

（三）昆虫

辐射对昆虫的效应与其组成细胞的效应密切相关的，对于昆虫细胞来说，辐射敏感性与它们的生殖活性成正比，与它们的分化程度成反比。处于幼虫期的昆虫对辐射比较敏感，成虫细胞对射线的敏感性较小，高剂量才能使成虫致死，但是成虫的性腺细胞对辐射是敏感的。因此，低剂量可造成绝育或引起遗传上的紊乱。

辐射对昆虫总的损伤作用是：致死、“击倒”（貌似死亡，随后恢复）、寿命缩短、推迟换羽、不育、减少卵的孵化、延迟发育、减少进食量和抑制呼吸，这些作用都是在一定剂量水平夏发生的，而在其它剂量下，甚至可能出现相反的效应，如延长寿命、增加产卵、增进卵的孵化和促进呼吸。

第24页：食品辐照的发展阶段

成年前的昆虫经辐射可产生不育；辐照过的卵可以发育成幼虫，但不能发育成蛹；照射的蛹可发展为成虫，但成虫不育；用0.13-0.25KGy照射可使卵和幼虫有一定的发育能力，但能够阻止它们发育到成虫阶段；用0.4-1.0KGy剂量，能阻止所有卵和幼虫、蛹发育到下一阶段；甲虫成虫不育需要0.13-0.25KGy，而蛾需要0.45-1.00KGy才行；螨需要蛹0.25-0.45KGy剂量才能达到不育，30-50KGy才能致死。

第25页：辐射剂量与剂量率

（四）寄生虫

辐射可使寄生虫不育或死亡

猪肉内旋毛虫，–不育剂量，0.12KGy，死亡7.5KGy

牛肉绦虫，–致死3.0-5.0KGy

第26页：辐射对寄生虫的作用

（五）植物

水果：–对于有呼吸变换期的水果，在其呼吸率达最小值时是辐射处理的关键时刻，在此时辐射能抑制其后熟期，主要是能改变体内乙烯的生产率从而影响其生理活动。–能使化学成分发生变化，如维生素C的破坏、原果胶变成果胶及果胶酸盐、纤维素及淀粉的降解、某些酸的破坏及色素的变化等。

第27页：辐射对昆虫的作用

蔬菜–辐射可影响新鲜蔬菜的代谢反应，其效果育剂量有关。如可改变蔬菜的呼吸率，防止老化，改变化学成分。–根菜类如土豆、洋葱等辐射后可抑制发芽，在光照下皮层也不发绿，但剂量过高，会腐烂。–对蘑菇可防止开伞延迟后熟。

第28页：辐照工艺：延迟后熟

本节思考题1. 辐射有哪些化学效应及生物学效应？2. 辐射保藏食品的原理从辐射效应对微生物、酶、病虫害、果蔬等的影响角度回答。

第29页：抑制发芽

第四节辐射在食品保藏和加工中的应用及其卫生安全性一、辐射保藏的三种形式1. 辐射阿氏灭菌2. 辐射巴氏灭菌3. 辐射耐储杀菌

第30页：杀虫与灭菌

二、现有的一些商业化应用1. 果蔬制品及谷物制品（1）抑制球茎、块茎类作物发芽（2）杀虫（3）抑制微生物，达到保鲜效果2. 肉类3. 调味品4. 食品产品

第31页：改善食品品质

三、卫生安全性1. 有关诱惑放射性–一种元素若在电离辐射的照射下，辐射能量将传递给元素中的一些原子核，在一定条件下会造成激发反应，引起这些原子核的不稳定，由此而发射出中子并产生γ-辐射，这种电离辐射使物质产生放射性（是由电离辐射诱发出来的）

诱惑放射性。–诱惑放射性的可能性取决于被辐射物质的性质以及所使用的射线能量，若射线能量很高，超过某元素的核反应能阈，则该元素会产生放射性。

第32页：辐射对食品成分的影响

食品中的基本元素，氮氢氧–14N > 10.5Mev γ-射线会产生放射性–16O > 15.5Mev γ-射线会产生放射性–12C > 18.8Mev γ-射线会产生放射性–大部分元素核反应能阈都在10Mev以上，目前在食品中允许使用的辐射源只有60Co，（γ1= 1.17Mev，γ2 = 1.33Mev）能量<10Mev, 故不会产生诱惑放射性2. 在轻元素中,放射性同位素的半衰期极短(几秒~几十分钟), 还不等到达消费者手中,放射性就消失了。

第33页：辐射对食品成分的影响续

3. 毒性问题1980年，联合国粮农组织（FAO），国际原子能机构（IAEA），世界卫生组织（WHO），专家会议，认为，在10KGy以内的辐射食品，不需要再进行此剂量范围的毒性试验，再微生物学核营养学上都不存在问题，可以作为“推荐接受”。4. 微生物发生变异的危险

第34页：辐射对维生素的影响

四、消费者接受性方面

第35页：影响辐射效果的因素

五、检验

第36页：辐照食品的安全性

电离辐射与食品物质的相互作用，可在食品组分上诱发复杂的化学变化，这些变化主要是由自由基过程产生的。但是不仅辐照过程可以产生自由基，其它一些过程如热处理、光照、金属离子的催化、酶催化、研磨、超声波以及食品储存过程中氧和过氧化物相互作用也可以产生自由基。因此并不是所有化学变化的结果都能用来指示食品是否已被辐照，只有其中的一些辐照专一性产物，一些在辐照前后含量有明显变化的产物，或者辐照在食品组成诱导的某些化学特性，才能用于辐照食品的检测。

第37页：辐照食品的安全性续

（一）利用辐射对食品成分的化学效应检测辐照食品（1）脂类的辐射变化和含脂辐照食品的检测（A）利用挥发性碳氢化合物和烷基环丁酮检测含脂辐照食品（B）利用有机过氧化合物检测含脂辐照食品

第38页：微生物学安全性

（2）蛋白质的辐射降解和辐照含蛋白质食品的检测（3）利用核酸的变化检测（4）利用乙醇的辐照化学变化检测辐照酒

第39页：毒理学与营养学安全性

2.利用生成的长寿命的自由基检测辐照食品—电子自旋共振法（ESR）

第40页：辐照食品的标识

3.利用热释光和化学发光技术检测辐照食品（1）热释光（2）化学发光法

第41页：小结与思考题

本节思考题

辐射的诱惑放射性概念

辐射食品的主要检测方法，各种检测方法的依据。