第六章食品辐射保藏

第六章食品辐射保藏

第六章、食品辐射保藏问题 • 1、食品辐射保藏的含义与主要应用： • 2、食品辐射保藏优缺点 • 3、辐射对微生物的作用(机制） • 4、放射性衰变与半衰期的含义 • 5、放射性强度及其单位 • 6、辐射剂量与吸收剂量的含义及其关系 • 7、食品辐射的化学效应基本过程 • 8、食品辐射的生物学效应 • 9、辐照场的组成与贮源方式 • 10、食品辐照的安全性论述与理解

6.1 食品辐射保藏概述 食品辐射保藏就是利用原子能射线的辐射能量对肉类制品、粮食、水果、蔬菜、调味料、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。目前我国实际应用辐照保藏的食品种类还不是十分普遍，主要应用：①香辛料杀菌，包括汤料包杀菌；②抑制马铃薯、洋葱等发芽；③干制品，如核桃等杀虫；④药材/药物杀菌杀虫；⑤其它物品辐照用途，如材料改性、育种、木制文物、档案资料等。

6.1.1食品辐射保藏的主要应用： 1、杀菌：香辛料杀菌、如方便面汤料包 2、杀虫与虫卵：干制品、如核桃、中药材等的杀菌、杀虫与虫卵。 3、抑制发芽：抑制马铃薯、洋葱等发芽。总之，辐射有时能解决常规方法难以解决的包保藏问题。

6.1.2、辐射保藏的优越性 1、食品感官质量影响小食品在受辐射过程中温度升高甚微。因此，被辐射适当处理后的食品在感官性状如色、香、味、型等感官方面与新鲜食品差别不大，特别适合于不宜采用其它保藏方法的食品如调味品的杀菌等。

2、射线穿透力强 包装好的食品，在不拆包装和解冻的情况下，可杀灭其深藏于谷物、果实或冻肉内部的害虫和微生物，也节省了包装材料，避免再污染。

3、无残留：一般强度的射线处理过的食品不会留下任何残留物。与化学处理相比是一大特点。 与热处理类似，高强度的辐射处理，导致食品中一些成分可以发生化学反应，产生不同的物质，所以超过一定强度的辐射处理食品需要继续毒理学试验，证明其安全性以后，经过法定机构批准应用和上市。

4、节省能源： 据76年国际原子能机构（IAEA）通报的估计，食品采用冷藏需消耗能量为90千瓦时/T，巴氏消毒230千瓦时/T，热力杀菌300千瓦时/T，脱水处理（干燥）700千瓦时/T，而辐射杀菌只需6.34千瓦时/T，辐射巴氏消毒0.76千瓦时/T。

5、适应范围广： 能处理各种不同类型的食物品种，如从装箱的马铃薯到袋装的面粉、肉类、水果、蔬菜、谷物、水产等。多种体积的食品；不同状态，固体、液体。 6、加工效率高：整个工序可连续化、自动化。液态食品管道输送处理而更加方便。

6.1.3、国内外发展简况（一般了解）1895年伦琴发现X-射线后，Mink于1896年就提出X-射线的杀菌作用。 二次大战期间，美国麻省理工学院的罗克多尔将射线处理汉堡包，揭开了辐射保藏食品研究的序幕。50年代起北美、欧洲、日本等30多个国家先后投入大量的费用进行研究；60年代一些第三世界国家也加入该行列，目前从事这方面研究的有50-60个国家。

国际原子能组织（IAEA）、联合国粮农组织（FAO）、世界卫生组织（WHO）等的支持和组织下，进行了种种国际协作研究。国际原子能组织（IAEA）、联合国粮农组织（FAO）、世界卫生组织（WHO）等的支持和组织下，进行了种种国际协作研究。到1976年25种辐射处理食品在18个国家得到无条件批准或暂定批准，允许供作为商品供一般使用。 1980年10月27日上述组织联合举行的第四次专门委员会议作出结论：用10kGy以下平均最大剂量照射任何食品，在毒理学、营养学及微生物学上都丝毫不存在问题，而且今后无须再对经低于此剂量辐照的各种食品进行毒性实验。

目前许多国家将辐射用于食品的加工与保藏。 美国、加拿大、法国、日本、中国等国家均批准在一些食品中使用辐照。在我国的超市中已经能够看到一些经过辐射处理的食品。

6.2 辐射的基本知识 • 6.2.1、放射性同位素与辐射 • 工业用食品辐照装置是以辐射源为核心，并配有严格的安全防护设施和自动输送、报警系统。 • 所有的运转设备、自动控制、报警与安全系统必须组合得极其严密。

1、放射性同位素 • 原子核中质子数相同，中子数不同的一类原子的总称为同位素，自然界中有1800多种同位素，稳定的有300多种，不稳定的有1800多种，不稳定的同位素称为放射性同位素。 • 2、放射性衰变 • 每个放射性同位素经放出射线后，就转变成另一个原子核，从不稳定的元素变成稳定同位素。原子核的转变过程称为放射性衰变。

3、半衰期（衰期速度） 放射性强度因衰变而随时间不断减弱，此特点在筹建辐照场时必须考虑的问题。放射性强度因衰变降低到原来一半所需的时间称为半衰期。或原子数衰变至一半时所需的时间。对于单独的一种放射性元素而言，半衰期和衰变常数一样也是常数。 60Co的半衰期为5.27年，137Cs为30年，14C为5730年。

6.2.2、放射性强度及其单位 1、能量单位电子伏特ev. 表示辐射能量单位普通用eV，即相当于１个电子在真空中通过电位差为１伏特的电场被加速所获得的动能。１ev=1.602×10-12尔格（evg）；1Mev=106ev ，1kev=103ev。

2 、放射性强度：衡量放射性强弱程度的一个物理量。指单位时间内发生核衰变的次数。居里：1Ci=3.7×1010衰变／秒　即每秒中有3.7×10的10次方个原子核衰变。现法定单位用贝克Bq，即每秒中有一个原子核衰变为1贝克。 1Bq=1S－1，因此Ci=3.7×1010Bq。 3 、辐射剂量：法定单位为库仑/千克（C/kg），以前曾用伦琴（R）。

4、吸收剂量 • 是电离辐射授予被辐射物质单位质量的平均能量，即被辐射物质吸收的辐射能量，法定单位为J/kg，也称为戈瑞（Gy）。 • 以前曾用拉德（Rad）即1克被辐射物质吸收100尔格（erg）射线能量为1Rad。1Rad=100erg/g=6.24×1013eV/g。 • 1Gy=100Rad=104erg/g。

5、辐射剂量与吸收剂量的关系 • 在辐照场仪器测定的是辐射剂量，而食品保藏通常讲的是吸收剂量，它们之间可以换算。 • D＝f × X ；式中：D为吸收剂量， X为辐射剂量， f为转换系数 • 空气转换系数f ＝ 0.83 • 食品转换系数f ＝0.92~0.97 • 对空气来讲， 1伦琴就等于0.83拉德（Rad）

6、当量剂量（equivalent dose） • 把乘上了适当的修正系数后的吸收剂量（absorbed dose）称为当量剂量（equivalent dose），用符号H表示。它不仅与吸收剂量有关，而且与射线种类、能量有关。 • 当量剂量只限于防护中应用，当量剂量(equivalent dose)是反映各种射线或粒子被吸收后引起的生物效应强弱的电离辐射量。 • 国际制单位：Sv（希沃特），1Sv=1J∙ kg^-1，比较大，在防护中常用毫希辐、微希辐表示。

当量剂量与人体抵抗力

6.2.3、辐射源的来源1、人工放射性同位素 在食品辐射时供电离辐射用的放射线主要为γ-射线，经常采用人工制备的放射性同位素Co60（钴，半衰期5.27年）和Cs137（铯，半衰期30年）。Co60经β-衰变后放出两个能量不同的γ-光子最后变为Ni60；Cs137经β-衰变后放出γ-光子最后变为Ba137。

2、电子加速器（实际在食品上很少） • 是用电磁场使电子获得较高能量，将电能转变成射线（高能电子射线，X射线）的装置。 • 高能电子射线又称电子流、电子束，其能量越高，穿透能力就越强。 • 电子加速器的电子密度大，电子束（射线）射程短，穿透能力差，一般适用于食品表层的辐照。 • X射线：加速器产生的高能电子打击在重金属靶子上会产生能量从零到入射电子能量的X射线。

6.3、食品辐射的化学效应 电离辐射使物质产生化学变化的问题至今仍不是很清楚。由电离辐射使食品产生多种离子、粒子及质子。

6.3.1 直接作用：生物大分子直接吸收辐射能后引起的辐射效应，即辐射能量的吸收与辐射损伤发生在同一分子中。初级辐射——即物质接受辐射能后，形成离子、激发态分子或分子碎片——与辐射程度有关。 6.3.2 间接作用：生物大分子从周围水分子中吸收辐射能后引起的辐射效应，即辐射能量的吸收与辐射损伤发生在不同分子中。次级辐射——初级辐射的产物相互作用生成与原物质不同的化合物——与温度等其他条件有关。

6.4 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、昆虫、寄生虫、植物等的影响。这种影响是由于生物体内的化学变化造成的。（1）已证实辐射不会产生特殊毒素，但在辐射后某些机体组织中有时发现带有毒性的不正常代谢产物。（2）辐射对活体组织的损伤主要是有关其代谢反应，视其机体组织受辐射损伤后的恢复能力而异，这还取决于所使用的辐射总剂量的大小。

6.4.1辐射对微生物的作用 1 、辐射对一般微生物的作用机制（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。细胞内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。细胞内膜受损膜内由蛋白质和脂肪（磷脂），这些分子的断裂，造成细胞膜泄露，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。

（2）间接效应 （来自被激活的水分子或电离所得的游离基）。当水分子被激活和电离后，成为游离基，起氧化还原反应作用，这些激活的水分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。

2、辐射对病毒的作用 病毒是最小的生物体，它没有呼吸作用，是以食品和酶为寄主。通常使用高达30kGy的剂量才能抑制。如脊髓灰色质病毒和传染性肝炎病毒据推测来自食品污染。用γ－射线照射有助于杀死病毒。

3、辐射对霉菌和酵母的作用 酵母与霉菌对辐射的敏感性与无芽孢细菌相同。霉菌会造成新鲜果蔬的大量腐败，用2kGy左右的辐射剂量即可抑制其发展。酵母可使果汁及水果制品腐败，可用热处理与低剂量辐射结合的办法杀灭。

4、辐射对昆虫的作用 • 辐射对昆虫的效应是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)对辐射的敏感性较小，高剂量才能使成虫致死，但成虫的性腺细胞对辐射是敏感的，因此使用低剂量可造成绝育或引起配子在遗传上的紊乱。

5、辐射对寄生虫的作用 辐射可使寄生虫不育或死亡。猪肉中旋毛虫的不育剂量0.12kGy；死亡剂量7.5 kGy。牛肉中绦虫的致死剂量3.0~5.0KGy。

6、辐射对植物的作用 辐射主要应用在植物性食品（主要是水果和蔬菜）抑制块茎、鳞茎类发芽，推迟蘑菇开伞、调节后熟和衰老上。（1）、抑制发芽电离辐射抑制植物器官发芽的原因是由于植物分生组织被破坏，核酸和植物激素代谢受到干扰，以及核蛋白发生变性。

（2）、调节呼吸和后熟 • 水果在后熟之前其呼吸率降至极小值，当后熟开始时呼吸作用大幅度的增长，并达到顶峰，然后进入水果的老化期，在老化期呼吸率又降低。 • 如果在水果后熟之前呼吸率最小时用辐射处理，此时辐射能抑制其后熟期，主要是能改变植物体内乙烯的生长率（乙烯有催熟作用）从而推迟水果后熟。番茄、青椒、黄瓜、洋梨等。

6.5、辐照场的结构特点及辐照操作商业辐照室和科研小型辐照室示意图6.5、辐照场的结构特点及辐照操作商业辐照室和科研小型辐照室示意图

6.5. 1、辐照场组成： 辐射加工处理的系统包括：控制中心、辐照室、迷宫通道、传输装置、通风系统、辅助车间等。辐照室由钢筋混凝土一次浇灌构筑而成，墙壁厚度都在1米以上。国内的放射源：一般在3万~50万居里之间。多采用钴源，做成板状或棒状。小型的小一些，工业化的大一些。

辐照电子加速器全图

自屏蔽通用γ辐照装置

自屏蔽通用γ辐照装置 • 主要技术参数：辐射场尺寸：250×500×1000mm最大载入样品尺寸：230×450×3100mm放射源：22根1mγ；辐照源：钴-60和卸料元件辐照方式：静态和动态；控制方式：定时和定目标值。辐射场剂量率范围：10～1000Gy/min • 应用方向：核级材料和设备辐照老化试验，辐照加工方面。

放射源的贮源方式：利用水对γ射线的吸收屏蔽作用，一般用水井法、深度在6米以上，井内贮去离子水。源提升系统设有电动和手动两种方式，设有迫降装置，提升系统与其它系统有联锁和报警信号。放射源的贮源方式：利用水对γ射线的吸收屏蔽作用，一般用水井法、深度在6米以上，井内贮去离子水。源提升系统设有电动和手动两种方式，设有迫降装置，提升系统与其它系统有联锁和报警信号。 • 辐照室一般采用中心室微机自动控制、屏幕直接辅助监视。包括剂量监测与质量控制系统：水平和立体剂量分布监测、产品的吸收剂量监测、工作场所剂量监测。

6.5.2、辐射加工处理的操作原则 人与辐射源绝对不能相见：只有钴源降到井底，人员才能进入辐照室工作。人员清场锁门后，才能升起钴源、开始辐照食品，完成规定剂量后，降下钴源，人员即可进入了。人与源始终避开，如此反复。

教学参考书：辐照食品及其安全性 • 哈益明主编；化学工业出版社 • 内容简介：本书从食品安全的角度系统地总结了国内外辐照食品的卫生安全方面的研究成果，以期消除人们对辐照食品的误解和顾虑。　　本书内容包括辐照食品加工原理、辐照设施和运行管理、辐照食品卫生安全性以及几种辐照食品的研究现状、卫生安全性和加工工艺，着重阐述了辐照食品的毒理学分析、营养安全和微生物学安全性，以及国际国内的法规、标准和检测是否经过辐照的基本原理。

辐照食品及其安全性目录 • 本书可供食品储藏加工、食品科学、食品质量与安全等领域的科研人员、管理人员和企业人员参考，也可以作为农业院校、综合性大学相关专业的教学参考书。 • 参考文献：辐照食品国际通用标准；食品辐照加工工艺国际推荐准则；辐照食品卫生管理办法；食品辐照通用技术要求；冷冻水产品辐照杀菌工艺；辐照香辛料及脱水蔬菜热释光鉴定方法 • 第一章　导论：一、辐照食品的发展历程；　二、辐照食品的发展现状与展望；

第二章　食品的辐照保藏技术概论 • 第一节　食品辐照的基本原理；一、电离辐射的概念；二、电离辐射的测量方法；三、食品辐照技术的应用领域；四、食品辐照技术的特点第二节　辐照食品的质量因素：一、辐照食品的质量要素；二、食品的变质及其控制； • 第三节　辐照对食品成分影响的安全评价：一、辐照对食品中水分的化学效应；二、辐照对食品中蛋白质的影响；三、辐照对食品中碳水化合物的作用；四、辐照对食品中脂类化合物的作用；五、辐照对食品中维生素含量的影响第四节　辐照对食品中有关生物的作用：一、食品辐照的生物效应；二、辐照对细菌、病毒的杀灭作用；三、辐照对酵母、霉菌的灭活效应；四、辐照对昆虫、食源性寄生虫的杀灭作用；

第三章　食品辐照设施与安全运行控制 • 第一节　辐射剂量学与辐射防护基础：一、辐射剂量学概论　二、辐射量的计算与分析；三、辐射防护基础第二节　辐照装置与运行安全：一、食品辐照用辐射源类型；二、食品辐照装置的类型；三、辐照装置的安全运行第三节　食品辐照过程的安全控制：一、辐照食品质量的安全控制；二、辐照食品加工质量的安全性；

第四章　辐照食品的卫生安全性 • 第一节　概述：一、辐照食品卫生安全研究的国际现状；二、我国辐照食品安全性研究的状况；三、FAO／IAEA／wHO辐照食品卫生安全性的评价第二节　辐照食品的毒理学分析：一、食品毒理学评价的一般程序；二、辐照食品毒理学试验方法；三、辐照食品毒理学研究的结论第三节　辐照食品的营养安全性：一、食品中的营养成分；二、食品营养成分的辐射化学效应；三、辐照食品的营养安全性第四节　辐照食品的微生物安全性：一、微生物污染对食品安全性的影响；二、微生物的耐辐射特性；三、辐照对致病菌和寄生虫的杀灭作用；参考文献

第五章　辐照食品的卫生标准和检测方法 • 第一节　辐照食品卫生安全性的讨论：一、辐照食品无放射性污染；二、辐照食品没有感生放射性；三、辐照食品的公众接受性第二节　辐照食品的标准与法规：一、CAC辐照食品的标准和法规；二、主要国家辐照食品的标准法规；三、中国辐照食品标准现状第三节　辐照食品的标识和包装：一、辐照食品的标识；二、辐照食品的包装；三、辐照食品包装材料的安全性第四节　辐照食品的鉴定方法：一、辐照食品鉴定的发展现状；二、辐照食品的鉴定方法；

第六章　辐照食品的加工原理及技术要点 • 第一节　新鲜水果、蔬菜辐照保鲜及加工工艺：一、新鲜水果、蔬菜辐照保鲜机理；二、新鲜水果、蔬菜辐照保鲜的卫生安全性；三、新鲜水果、蔬菜辐照保鲜的工艺要点第二节　脱水蔬菜、香辛料辐照灭菌及加工工艺：一、脱水蔬菜、香辛料辐照灭菌保藏机理；二、脱水蔬菜、香辛料辐照保藏的卫生安全性；三、脱水蔬菜、香辛料辐照灭菌的工艺要点第三节　水产品辐照灭菌保鲜及加工工艺：一、水产品辐照灭菌保鲜机理；二、水产品辐照灭菌保鲜的卫生安全性；三、水产品辐照灭菌保鲜技术工艺要点第四节　谷类、豆类及其制品辐照杀虫与加工工艺：一、谷类、豆类及其制品辐照杀虫保鲜机理；二、谷类、豆类及其制品辐照的卫生安全性；三、谷类、豆类及其制品辐照技术工艺要点第五节　畜、禽肉类辐照灭菌保鲜及加工工艺：一、畜、禽肉类辐照杀菌保鲜机理；二、畜、禽肉类辐照杀菌的卫生安全性；三、畜、禽肉类辐照灭菌保鲜技术工艺要点。

美国疾控中心关于食品辐照安全十问答 • 食品辐照技术是20世纪发展起来的一种灭菌保鲜技术。美国疾病控制和预防中心就消费者关心的十大问题进行了回答。 • 　一、什么是食品辐照？ • 食品辐照是预防食源性疾病的一种安全、有效的灭菌保鲜技术，可以除去食品中的致病菌。与牛奶业常用的巴斯德灭菌法以及罐装食品工业的加压灭菌法类似，食品辐照技术利用电离辐射杀灭食品中可以导致食源性疾病的细菌和寄生虫。相似的技术也用于为医疗设备消毒，以降低手术时发生感染的风险。美国航天局宇航员在太空中所吃的食品也经过辐照处理，且辐照剂量略高于地面允许的辐照剂量，以避免宇航员在太空中患食源性疾病。 • 　二、辐照对食品产生什么影响： • 研究表明，遵照相关规程对食品辐照之后，其中的致病菌数量显著减少或完全消失；被辐照的食品并不具有辐射性，且不含危险物质，食品的营养价值不受影响。事实上，辐照对食品产生的影响非常小，以至于很难辨别一种食品是否经过了辐照处理。

三、食用辐照食品对人和动物有无影响：科学界已对老鼠、狗等不同种类的动物进行了持续几代的研究，但没有发现任何辐照食品对这些动物造成健康危害。世界卫生组织、美国疾病控制和预防中心、美国农业部以及食品和药物管理局都认可了辐照食品的安全性。 • 　四、美国消费者愿意购买经过辐照的食品吗：如果辐照的目的被明确标明，消费者愿意购买。消费者对消灭食品中的有害细菌以及降低食源性疾病风险的过程非常感兴趣。相关调查显示，在辐照与未辐照食品间作选择时，至少半数以上的消费者表示愿意购买辐照食品；此外，不了解辐照的消费者在获知相关知识后，大约80％的人表示愿意购买辐照食品。 • 五、美国疾控中心关于食品辐照的态度：疾控中心认为，食品辐照技术可以预防很多严重食源性疾病的传播。大量科学证据表明，辐照不会影响食品的营养价值，不会令食品变得不安全。食品辐照技术将来可能成为减少美国食源性疾病的重要措施。 • 　六、如何衡量食品的辐照量：辐照通常使用辐射吸收剂量单位“戈瑞”来衡量，允许剂量取决于被辐照食品的种类及辐照目的。

第六章 食品辐射保藏