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1、第六章食品辐射保藏本讲稿第一页，共八十六页第一节第一节概述概述u食品辐射保藏就是利用食品辐射保藏就是利用原子能射线的辐射能量原子能射线的辐射能量对新鲜肉类及其制品、对新鲜肉类及其制品、水产品及其制品、蛋及其制品、粮食、水果、蔬菜、调味料、饲料以水产品及其制品、蛋及其制品、粮食、水果、蔬菜、调味料、饲料以及其他加工产品进行及其他加工产品进行杀菌、杀虫、抑制发芽、延迟后熟杀菌、杀虫、抑制发芽、延迟后熟等处理。等处理。u最大限度的减少食品的损失，使它在一定期限内不发芽、不腐败最大限度的减少食品的损失，使它在一定期限内不发芽、不腐败变质，不发生食品的品质和风味变化，由此可以增加食品的供应变质，不发生食
2、品的品质和风味变化，由此可以增加食品的供应量，延长食品的保藏期。量，延长食品的保藏期。u辐射保藏技术是一门辐射保藏技术是一门新新的技术，比现有保藏技术有其优越性的一面。的技术，比现有保藏技术有其优越性的一面。是继传统的物理、化学保藏之后又一发展较快的食品保藏新技术是继传统的物理、化学保藏之后又一发展较快的食品保藏新技术和新方法。和新方法。本讲稿第二页，共八十六页一、现有保藏技术的优缺点一、现有保藏技术的优缺点u食品冷冻保藏食品冷冻保藏低温。抑制微生物活动和减少酶活。低温。抑制微生物活动和减少酶活。优点：能够较好保持新鲜食品原有的风味和营养价值；优点：能够较好保持新鲜食品原有的风味和营养价值；缺
3、点：缺点：能耗大，需建立冷藏链能耗大，需建立冷藏链。u食品罐藏食品罐藏提高温度杀灭微生物和酶。提高温度杀灭微生物和酶。优点：绝大部分杀灭微生物，可以长期保藏；优点：绝大部分杀灭微生物，可以长期保藏；缺点：热对缺点：热对风味组织结构和色泽风味组织结构和色泽有影响。有影响。u食品干藏食品干藏降低水分活度（降低水分活度（aw），控制微生物和减少酶活。），控制微生物和减少酶活。优点：简便宜行，重量减轻或体积变小，食品可增香变脆；优点：简便宜行，重量减轻或体积变小，食品可增香变脆；缺点：自然脱水后的食品缺点：自然脱水后的食品难复水，易变色难复水，易变色。u化学保藏化学保藏通过外加化学物质抑制微生物及酶等
4、作用。通过外加化学物质抑制微生物及酶等作用。优点：操作简便易行。优点：操作简便易行。缺点：缺点：化学物质残留化学物质残留。本讲稿第三页，共八十六页二、辐射保藏的优越性（意义、特点）二、辐射保藏的优越性（意义、特点）u食食品品在在受受辐辐射射过过程程中中温温度度升升高高甚甚微微，因因此此，被被辐辐射射适适当当处处理理后后的的食食品品在在感感官官性性状状如如色色、香香味味和和质质地地等等方方面面与与新新鲜鲜食品食品差别很小差别很小，特别适合于一些，特别适合于一些不耐热不耐热的的食品和药品食品和药品。u射射线线穿穿透透力力强强，在在不不拆拆包包装装和和解解冻冻的的情情况况下下，可可杀杀灭灭其其深深藏
5、藏于于谷谷物物、果果实实或或冻冻肉肉内内部部的的害害虫虫和和微微生生物物，也节省了包装材料，避免再污染。也节省了包装材料，避免再污染。u射射线线处处理理过过的的食食品品不不会会留留下下任任何何残残留留物物，与与化化学学处处理理相比是一大特点。相比是一大特点。本讲稿第四页，共八十六页u节节省省能能源源：据据76年年国国际际原原子子能能机机构构（IAEA）通通报报的的估估计计，食食品品采采用用冷冷藏藏需需消消耗耗能能量量为为90千千瓦瓦时时/T，巴巴氏氏消消毒毒230千千瓦瓦时时/T，热热力力杀杀菌菌300千千瓦瓦时时/T，脱脱水水处处理理（干干燥燥）700千千瓦瓦时时/T，而而辐辐射射杀杀菌菌只
6、只需需6.34千千瓦瓦时时/T，辐辐射射巴巴氏氏消消毒毒0.76千瓦时千瓦时/T。u适适应应范范围围广广：能能处处理理各各种种不不同同类类型型的的食食物物品品种种，如如从从装装箱箱的的马马铃铃薯薯到到袋袋装装的的面面粉粉、肉肉类类、水水果果、蔬蔬菜菜、谷谷物物、水水产产等等。多种体积的食品；不同状态，固体、液体。多种体积的食品；不同状态，固体、液体。本讲稿第五页，共八十六页u加工效率高、整个工序可连续化、自动化。加工效率高、整个工序可连续化、自动化。只要规模大，就能获得巨大的利益。只要规模大，就能获得巨大的利益。谷谷物物20万万吨吨以以上上，马马铃铃薯薯2.5万万吨吨以以上上，洋洋葱葱5000
7、吨。吨。因因此此，辐辐射射保保藏藏是是一一种种获获得得经经济济效效益益和和有有发发展展前前途途的的保保藏藏方方法法，也也是是和和平平利利用用原原子子能能的的一个重要方面。一个重要方面。本讲稿第六页，共八十六页三、国内外发展简况三、国内外发展简况u1895年伦琴发现年伦琴发现X-射线后，射线后，Mink于于1896年就提出年就提出X-射线的杀菌作用。射线的杀菌作用。u二二次次大大战战期期间间，美美国国麻麻省省理理工工学学院院的的罗罗克克多多尔尔将将射射线线处处理理汉汉堡包，揭开了辐射保藏食品研究的序幕。堡包，揭开了辐射保藏食品研究的序幕。u50年年代代起起北北美美、欧欧洲洲、日日本本等等30多多
8、个个国国家家先先后后投投入入大大量量的的费费用用进进行行研究；研究；u60年年代代一一些些第第三三世世界界国国家家也也加加入入该该行行列列，目目前前从从事事这这方方面面研研究究的的有有50-60个国家。个国家。本讲稿第七页，共八十六页u国国际际原原子子能能组组织织（IAEA）、联联合合国国粮粮农农组组织织（FAO）、世世界界卫卫生生组组织织（WHO）等等的的支支持持和和组组织织下下，进进行行了了种种种种国国际际协协作作研研究究。到到1976年年25种种辐辐射射处处理理食食品品在在18个个国国家家得得到到无无条条件件批批准准或或暂暂定定批批准准，允许供作为商品供一般使用。允许供作为商品供一般使用
9、。u1980年年10月月27日日上上述述组组织织联联合合举举行行的的第第四四次次专专门门委委员员会会议议作作出出结结论论：用用10kGy以以下下平平均均最最大大剂剂量量照照射射任任何何食食品品，在在毒毒理理学学、营营养养学学及及微微生生物物学学上上都都丝丝毫毫不不存存在在问问题题，而而且且今今后后无无须须再再对对经经低于此剂量辐照的各种食品进行毒性实验。低于此剂量辐照的各种食品进行毒性实验。本讲稿第八页，共八十六页u目前许多国家将辐射用于食品的加工与保藏。目前许多国家将辐射用于食品的加工与保藏。前前苏苏联联、美美国国、加加拿拿大大、法法国国、日日本本、中中国国等等国国家家均均批批准在一些食品中
10、使用辐照。准在一些食品中使用辐照。日日本本、加加拿拿大大建建立立了了辐辐射射工工厂厂用用于于食食品品保保藏藏、有有鱼鱼虾虾、果果蔬等。蔬等。欧欧洲洲（丹丹麦麦、保保加加利利亚亚、法法国国等等）用用于于抑抑制制土土豆豆、大大蒜、洋葱发芽。蒜、洋葱发芽。发发展展中中国国家家，印印度度、伊伊朗朗、泰泰国国、智智利利、阿阿根根廷廷等等用用于于粮食（谷物）的防霉、防虫。粮食（谷物）的防霉、防虫。本讲稿第九页，共八十六页u我国自我国自1958年开始，年开始，70年代的研究工作取得了一定的成效。年代的研究工作取得了一定的成效。u1984年年11月月国国家家卫卫生生部部批批准准7项项（马马铃铃薯薯、洋洋葱葱、
11、大大蒜蒜、花花生生、蘑蘑菇菇、香香肠肠）辐辐照照食食品品允允许许消消费费。之之后后又又有有20多多种种食食品品通通过过了了不不同同级级别别的的技术鉴定。技术鉴定。u80年年代代，一一些些省省市市建建立立了了一一起起容容量量较较大大的的辐辐射射应应用用试试验验基基地地，如如北北京京、上上海海、天天津津、湖湖南南、四四川川、广广东东等等地地。后后期期有有浙浙江江、深深圳圳等。等。u我校在社桥有一个辐射装置。我校在社桥有一个辐射装置。本讲稿第十页，共八十六页第二节第二节辐射的基本原理辐射的基本原理一、一、辐射类型辐射类型辐辐射射指指能能量量传传递递的的一一种种方方式式，在在电电磁磁波波谱谱中中，根根
12、据据能能量量相相应应的的大大小小，可可使使电电磁磁波波分分成成无无线线电电波波、微波、红外、可见光、紫外线，微波、红外、可见光、紫外线，和和射线。射线。通通常常根根据据辐辐射射的的作作用用形形式式可可将将辐辐射射分分为为电电离离辐辐射射和和非非电离辐射两种类型。通常按辐射的频率来划分。电离辐射两种类型。通常按辐射的频率来划分。本讲稿第十一页，共八十六页 频率频率 波长波长=C=C/低频辐射区低频辐射区1015HzE能量能量无线电波无线电波微波微波红外红外可见可见紫外紫外X射线和射线和射线射线105Hz10101015101810203km3cm3m3nm0.3nm410-10ev410-541
13、0-3441024kev4Mev本讲稿第十二页，共八十六页1非电离辐射非电离辐射u低低频频辐辐射射线线1015，波波长长较较长长（频频率率较较低低），能能量量小小，如如微微波波、红红外外线线的的能能量量仅仅能能使使物物质质分分子子产产生生转转动动或或振振动动而产生热，则起到加热杀菌作用。是非电离辐射。而产生热，则起到加热杀菌作用。是非电离辐射。本讲稿第十三页，共八十六页2电离辐射电离辐射高高频频辐辐射射线线1015，频频率率较较高高，能能量量大大，有有激激发发和和电离电离两种作用：两种作用：（1）在在10151018Hz，如如紫紫外外线线的的能能量量，仅仅能能使使被被照照射射物物质质的的原原子
14、子受受到到激激发发（激激发发为为使使电电子子从从低低能能态态到到高高能能态态），亦可起到抑菌杀菌的作用；，亦可起到抑菌杀菌的作用；本讲稿第十四页，共八十六页（2）1018Hz，如如X-，-射线，能量很大，在使物质的射线，能量很大，在使物质的原子受到激发的同时，还能引起原子的原子受到激发的同时，还能引起原子的电离电离（使电子从各（使电子从各个原子中弹出而本身原子变成带相反电荷的离子），个原子中弹出而本身原子变成带相反电荷的离子），因而可起到杀菌作用。能使受辐射物质的原子发生电因而可起到杀菌作用。能使受辐射物质的原子发生电离作用的辐射称为电离辐射。离作用的辐射称为电离辐射。本书中辐射保藏即是指电离
15、辐射（本书中辐射保藏即是指电离辐射（1018Hz）这与低频辐射不同，不是加热，故又称为这与低频辐射不同，不是加热，故又称为冷杀菌冷杀菌。本讲稿第十五页，共八十六页二、放射性同位素与辐射二、放射性同位素与辐射u一个原子具有一个带正电荷的原子核，核外围有电子云。一个原子具有一个带正电荷的原子核，核外围有电子云。u原原子子核核内内有有质质子子和和中中子子,也也就就是是其其质质量量的的组组成成部部分分。质质子子带带正正电电荷荷,中中子子不不带带电电荷荷.核核的的直直径径约约为为10-12cm,是是整整个个原原子子质质量量的的只只要要所所在地。整个原子在地。整个原子(包括运转的电子包括运转的电子)的直径
16、约为的直径约为10-8cm。本讲稿第十六页，共八十六页1放射性同位素放射性同位素u原原子子核核=P+n，P+为为带带正正电电荷荷质质子子，n为为不不带带电电荷荷中中子子，核核内内质质子子数数决决定定化化学学元元素素的的特特性性，一一般般情情况况下下（指指在在轻轻原原子子核核范范围围内）内）P+=n，组成原子的质量。，组成原子的质量。u但但有有些些元元素素，P+相相同同而而n不不同同的的原原子子所所组组成成的的元元素素称称为为同同位位素，素，P+=n时原子稳定，时原子稳定，P+n则不稳定。则不稳定。u当当原原子子序序数数在在84以以上上的的同同位位素素，原原子子核核是是不不稳稳定定的的，能能以以
17、一一定定的速率放出射线，由这种原子组成的元素称为放射性同位素。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。u放射性同位素能发射放射性同位素能发射-、-、+-及及-射线射线。本讲稿第十七页，共八十六页2.-、-、-及及X-射线射线u-射射线线：当当同同位位素素中中n：P+1.5：1，从从原原子子核核中中放放射射出出带带2P+和和2n的带正电高速粒子流（氦核）的带正电高速粒子流（氦核）称为称为-射线；射线；u-射线：当核内中子数和质子数不等时；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（若某一中子释放出能量转变成质子（nP+）nP+（带负电荷的高速离子）带负电荷的高
18、速离子）若核内若核内P+n时，（这种情况一般指在加速器中）时，（这种情况一般指在加速器中）P+1.02MeVn+（带正电荷的高速离子）（带正电荷的高速离子）和和+-射线，即从原子核中射出的带电的高速电子。射线，即从原子核中射出的带电的高速电子。本讲稿第十八页，共八十六页uX-射射线线：若若核核内内质质子子在在外外层层电电子子云云中中，从从K层层捕捕获获电电子子e，转转变变成成中中子子（k-捕捕获获），使使质质子子数数减减少少。P+en当当K层层（低低能能态态）电电子子被被捕捕获获后后剩剩下下一一空空穴穴，则则高高能能态态（外外层层）电电子子会会补补充充进进去去，释释放放出出能能量量X-射射线线
19、，指指原原子子核核外外电电子子所所放放出的能量。出的能量。u-射射线线：当当原原子子核核在在发发射射了了和和或或捕捕获获之之后后，核核的的能能级级处处于于激激发发态态（高高能能态态），当当这这种种激激发发态态回回到到基基态态时时，原原子子就就发发出出光光子子流流（即即不不带带电电荷荷的的核核子子流流），称称-射射线线，发发源源于原子核本身。于原子核本身。本讲稿第十九页，共八十六页3.四种射线的特点四种射线的特点 以以上上所所讲讲的的四四种种射射线线都都具具有有使使被被辐辐射射物物质质的的原原子子或或分分子子发发生生电电离离作作用用的的能能力力和和不不同同程程度度的的穿穿透透能能力力。但但是是由
20、由于于射射线线性性质质的的不不同同，从从而而电电离离能能力力和和穿穿透透能能力力各各不不相同。相同。-射射线线：相相对对质质量量较较大大，电电离离能能力力很很强强，穿穿透透能能力力很很小；一张纸就能阻挡它的通过。小；一张纸就能阻挡它的通过。本讲稿第二十页，共八十六页u-射射线线：为为氢氢核核质质量量的的几几千千分分之之一一，带带电电量量为为-射射线线的的一一半半，电电离离能能力力比比-射射线线小小，穿透能力比穿透能力比-射线大；射线大；u-射射线线：电电离离能能力力比比、小小，但但穿穿透透能能力力比比、大；大；uX-射线：电离能力小，穿透力很高射线：电离能力小，穿透力很高本讲稿第二十一页，共八
21、十六页4放射性衰变放射性衰变每每个个放放射射性性同同位位素素经经放放出出射射线线后后，就就转转变变成成另另一一个个原原子子核核，从从不不稳稳定定的的元元素素变变成成稳稳定定同同位位素素。原原子子核核的的转转变变过过程程称称为为放射性衰变。放射性衰变。本讲稿第二十二页，共八十六页(1)衰变规律衰变规律u原子核衰变数原子核衰变数N与原子核总数与原子核总数N0有关。有关。u实践证明实践证明,在单位时间内在单位时间内,衰变着的原子核的数目和其总衰变着的原子核的数目和其总数成正比数成正比,这一过程是不可逆的这一过程是不可逆的,可用公式表示如下可用公式表示如下:N=N0e-tN:原子核数原子核数N0:原子
22、核原子核总总数数t:时间时间:衰变常数衰变常数本讲稿第二十三页，共八十六页（2）半衰期）半衰期放放射射性性强强度度因因衰衰变变降降低低到到原原来来一一半半所所需需的的时时间间称称为为半半衰衰期期。或或原原子子数数衰衰变变至至一一半半时时所所需需的的时时间间。对对于于单单独独的的一一种种放放射射性性元元素素而而言言，半半衰衰期期和和衰衰变变常常数数一一样样也也是是常常数数。半半衰衰期以期以t1/2表示，表示，则则根据前面公式可得：根据前面公式可得：1/2N0=N0e-t1/2t1/2=ln2=0.6931即即衰衰变变常常数数与与任任意意同同位位素素的的半半衰衰期期的的乘乘积积为为0.6931，这
23、这样样可可利利用半衰期求出其衰变常数。用半衰期求出其衰变常数。常见放射性同位素的半衰期常见放射性同位素的半衰期本讲稿第二十四页，共八十六页常见放射性同位素的半衰期常见放射性同位素的半衰期本讲稿第二十五页，共八十六页三辐射用各种单位三辐射用各种单位（一）（一）能量单位能量单位电电子子伏伏特特ev.表表示示辐辐射射能能量量单单位位普普通通用用eV，即即相相当当于于个个电电子子在在真真空空中中通通过过电电位位差差为为伏伏特特的的电电场被加速所获得的动能。场被加速所获得的动能。ev=1.602*10-12尔格（尔格（evg）1Mev=106ev，1kev=103ev本讲稿第二十六页，共八十六页（二）放
24、射性强度（二）放射性强度衡衡量量放放射射性性强强弱弱程程度度的的一一个个物物理理量量。指指单单位位时时间间内内发发生核衰变的次数。生核衰变的次数。以以前前曾曾用用居居里里，1Ci=3.7*1010衰衰变变秒秒即即每每秒秒中有中有3.7*1010次原子核衰变。次原子核衰变。现现法法定定单单位位用用贝贝克克Bq，即即每每秒秒中中有有一一个个原原子子核核衰衰变为变为1贝克。贝克。1Bq=1S1，因此，因此，1Ci=3.71010Bq。本讲稿第二十七页，共八十六页（三）辐射计量（三）辐射计量u 指被照射物质吸收辐射能量程度的一些物理量。指被照射物质吸收辐射能量程度的一些物理量。u常用辐射量、物料吸收剂
25、量和吸收剂量速率来表示。常用辐射量、物料吸收剂量和吸收剂量速率来表示。辐射（照射）量是用辐射（照射）量是用X-射线或射线或-射线辐射源的辐射场内空气电离射线辐射源的辐射场内空气电离的程度来表示。的程度来表示。吸收剂量是指在辐射源的辐射场内单位质量被辐射物质吸收吸收剂量是指在辐射源的辐射场内单位质量被辐射物质吸收的辐射能量。简称剂量。的辐射能量。简称剂量。单位质量的被照射物质在单位时间中所吸收的能量称为吸收剂量速单位质量的被照射物质在单位时间中所吸收的能量称为吸收剂量速率。率。本讲稿第二十八页，共八十六页u法定单位为库仑法定单位为库仑/千克（千克（C/kg），以前曾用伦琴（），以前曾用伦琴（R）
26、在在标标准准状状况况下下（0，760mmHg），1cm3空空气气（0.00129g）能能形形成成一一个正电或负电的静电单位的个正电或负电的静电单位的X-射线或射线或-射线照射量射线照射量1R。一一个个正正电电或或负负电电的的离离子子具具有有4.801010e.s.u（静静电电单单位位）。即即一一个个静静电电单单位位的的离离子子量量为为2.08109个个正正电电或或负负电电离离子子（离离子子对对），即即1伦伦琴可使琴可使1cm3空气产生空气产生2.08109个正电或负电离子（离子对）。个正电或负电离子（离子对）。1R=2.58104C/kg（空气）空气）1辐射量（照射量）辐射量（照射量）本讲稿第
27、二十九页，共八十六页2吸收剂量吸收剂量 是是电电离离辐辐射射授授予予被被辐辐射射物物质质单单位位质质量量的的平平均均能能量量，即即被被辐辐射射物物质质吸吸收收的的辐辐射射能能量量，法法定定单单位位为为J/kg，也称为，也称为戈瑞戈瑞（Gy）以以前前曾曾用用拉拉德德（Rad）即即1克克被被辐辐射射物物质质吸吸收收100尔尔 格格（erg）射射 线线 能能 量量 为为 1Rad。1Rad=100erg/g=6.241013eV/g。1Gy=100Rad=104erg/g照照射射量量和和吸吸收收剂剂量量是是完完全全不不同同的的概概念念，有有区区别别（照照射射量量指指空空气气电电离离程程度度来来讲讲）
28、但但两两者者都都是是描描述辐射计量的，又相互联系。述辐射计量的，又相互联系。本讲稿第三十页，共八十六页1个个电电子子的的电电荷荷量量是是4.81010e.s.u.产产生生一一个个e.s.u.需需要要的的离离子子对对数数为为2.08109，而而电电子子在在空空气气中中产产生生一一对对离离子子所所消消耗耗的的平平均均能能量量为为33.73eV（电离功）（电离功）1R照照 射射 量量 相相 当当 于于 0.0129g空空 气气 中中 吸吸 收收 了了2.0810933.73eV=7.021010eV=0.112erg能能量。量。1R照照 射射 量量 时时，1g空空 气气 的的 吸吸 收收 能能 量量
29、 为为0.112erg/0.00129=86.8erg/g=0.868Rad即即 空空气的吸收剂量为气的吸收剂量为0.868Rad=8.68103Gy。本讲稿第三十一页，共八十六页3吸收剂量速率吸收剂量速率单单位位质质量量的的被被照照射射物物质质在在单单位位时时间间中中所所吸吸收的能量称为吸收剂量速率。单位为收的能量称为吸收剂量速率。单位为Gy/s。吸吸收收剂剂量量速速率率与与照照射射距距离离和和辐辐射射强强度度有有关关。距距离离越越近近，吸吸收收剂剂量量速速率率越越大大，距距离离相相同同，辐射强度越大，则吸收剂量越大。辐射强度越大，则吸收剂量越大。物料不同，吸收剂量速率也是不一样的。物料不同
30、，吸收剂量速率也是不一样的。本讲稿第三十二页，共八十六页四、辐射源四、辐射源（一）（一）人工放射性同位素人工放射性同位素在在食食品品辐辐射射时时供供电电离离辐辐射射用用的的放放射射线线主主要要为为-和和-射射线线，经经常常采采用用人人工工制制备备的的放放射射性性同同位位素素60Co（钴钴，半半衰衰期期5.26年年）和和137Cs（铯，半衰期（铯，半衰期30.3年）年）本讲稿第三十三页，共八十六页钴和铯衰变图钴和铯衰变图60Co经经-衰变后放出两个能量不同的衰变后放出两个能量不同的-光子最后变为光子最后变为60Ni；137Cs经经-衰变后放出衰变后放出-光子最后变为光子最后变为137Ba本讲稿第
31、三十四页，共八十六页u制制备备方方法法，将将自自然然界界中中存存在在的的稳稳定定同同位位素素59Co金金属属制制成成棒棒形形、长长方方形形、薄薄片片形形、颗颗粒粒形形、圆圆筒筒形形或或所所需需要要的的形形状状，置置于于反反应应堆堆活活性性区区，经经中中子子一一定定时时间间照照射射，少少量量59Co原原子子吸收一个中子后即生成吸收一个中子后即生成60Co辐射源。辐射源。u目前在商业上采用目前在商业上采用60Co作为作为-射线源射线源。本讲稿第三十五页，共八十六页（二）电子加速器（二）电子加速器 利利用用电电磁磁场场作作用用，使使电电子子获获得得较较高高能能量量，即即将将电电能能转转变变成成辐辐射
32、射能能，这这样样仪仪器器设设备备装装置置有有静静电电加加速速器器、高高频频高高压压加加速速器器、绝绝缘缘磁磁芯芯变变压压器器，直直流加速器有两种方式：流加速器有两种方式：1.直直接接加加高高压压，很很高高电电压压使使电电子子获获得得动动能能如如范范德德格格拉拉夫夫加加速速器器（静静电电加速器）；加速器）；2.不不是是直直接接利利用用高高电电压压，但但反反复复多多次次将将电电子子加加速速，如如回回旋旋加加速速器器，电电子感应加速器。子感应加速器。利用加速器使电子带电形成高能量粒子利用加速器使电子带电形成高能量粒子人工人工-射线源。射线源。本讲稿第三十六页，共八十六页范德格拉夫加速器直流高压电源直
33、流高压电源6通过针尖电通过针尖电晕放电将负电荷喷射到高速晕放电将负电荷喷射到高速运行的输电带运行的输电带4上，电荷被上，电荷被带到球型高压电极带到球型高压电极1内，电内，电刷刷7收集电荷。在电荷累收集电荷。在电荷累积下，在球型电极形成高积下，在球型电极形成高压电场。电子枪压电场。电子枪5发射的电发射的电子，在高压电场下，沿着加子，在高压电场下，沿着加速管速管3被加速，即得到电子被加速，即得到电子射线。射线。本讲稿第三十七页，共八十六页u用用高高能能电电子子来来轰轰击击重重金金属属靶靶，则则产产生生X-射射线线X-射线发生器。射线发生器。特特点点：电电子子加加速速器器优优点点是是可可以以控控制制
34、开开停停，能能量量可可以以调节控制。调节控制。可可得得到到比比放放射射性性同同位位素素源源辐辐射射能能量量高高得得多多，如如1万万Ci60Co150W，而加速器可达，而加速器可达10-15kW。X-射线转换率不高，一般不用于食品辐射。射线转换率不高，一般不用于食品辐射。本讲稿第三十八页，共八十六页思考题1 辐射的类型及划分的界限辐射的类型及划分的界限2放射性同位素发射的射线种类、产生的放射性同位素发射的射线种类、产生的条件及各自的特点。条件及各自的特点。3辐射量、吸收剂量、吸收剂量速率及相辐射量、吸收剂量、吸收剂量速率及相应的单位。应的单位。4食品辐射常用的人工放射性同位素。食品辐射常用的人工
35、放射性同位素。本讲稿第三十九页，共八十六页第三节第三节食品辐射技术的化学与生物学效应食品辐射技术的化学与生物学效应电电离离辐辐射射之之所所以以用用来来保保藏藏食食品品，这这是是由由辐辐射射对对被被照照射射物物质质中中发发生生的的化化学学效效应应与与生物学效应生物学效应所决定的。所决定的。本讲稿第四十页，共八十六页一、食品辐射化学效应一、食品辐射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。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、粒子及质子的基本过程有：由电离辐射使食品产生多种离子、粒子及质子的基本过程有：直直接接初初级级辐辐射射即即物物质质接
36、接受受辐辐射射能能后后，形形成成离离子子、激激发发态态分子或分子碎片分子或分子碎片与辐射程度有关。与辐射程度有关。间间接接次次级级辐辐射射初初级级辐辐射射的的产产物物相相互互作作用用生生成成与与原原物物质质不不同同的化合物的化合物与温度等其他条件有关。与温度等其他条件有关。本讲稿第四十一页，共八十六页1.水分子水分子u水水分分子子对对辐辐射射很很敏敏感感，当当它它接接受受了了射射线线的的能能量量后后，水水分分子子首首先先被被激激活活，然然后后由由激激活活了了的的水水分分子子和和食食品品中中的的其他成分发生反应。其他成分发生反应。u水水接接受受辐辐射射后后的的最最后后产产物物是是氢氢和和过过氧氧
37、化化氢氢，形形成成的的机机制制很很复复杂杂。现现已已知知的的中中间间产产物物主主要要有有三三种种：水水合合电电子子（eaq），氢氢氧氧基基（OH），氢氢基基（H）。见见P222本讲稿第四十二页，共八十六页水分子被辐射后可能反应途水分子被辐射后可能反应途径径（eaq）+H2O=H+OHH+OH=H2OH+H=H2OH+OH=H2O2H+H2O2=H2O+OHOH+H2O2=H2O+HO2H2+OH=H2O+HH+O2=HO2HO2+HO2=H2O2+O2u这些中间产物能在不同的途径这些中间产物能在不同的途径中进行反应，中进行反应，eaq是一个还原是一个还原剂，剂，OH是一个氧化剂，是一个氧化剂，
38、H有时是氧化剂但有时又是还有时是氧化剂但有时又是还原剂。原剂。u这些中间产物很重要，因为它们这些中间产物很重要，因为它们可以和其他有机体的分子接触而可以和其他有机体的分子接触而进行反应，特别是在稀溶液中或进行反应，特别是在稀溶液中或含水的食品中，大多由于水的辐含水的食品中，大多由于水的辐射而产生了间接效应进行了氧化射而产生了间接效应进行了氧化反应。反应。本讲稿第四十三页，共八十六页u从从上上可可看看出出物物质质分分子子吸吸收收了了辐辐射射能能而而发发生生了了化化学学效效应，表示物质应，表示物质辐射化学效应的数值称辐射化学效应的数值称G值值。uG值值即即吸吸收收100eV能能量量的的物物质质所所
39、产产生生化化学学变变化化的的分分子子数数。辐辐射射的的化化学学效效应应是是以以每每吸吸收收100eV（电电子子伏伏）能能量量时时被被照照射射物物质质产产生生化化学学变变化化的的分分子子数数目目来来表表示的。（即能传递示的。（即能传递100eV能量的分子数）能量的分子数）本讲稿第四十四页，共八十六页2氨基酸与蛋白质氨基酸与蛋白质有有机机化化合合物物因因辐辐射射而而分分解解的的产产物物也也很很复复杂杂，取取决决于于原原物物质质的的化化学学性性质质和和辐辐射射条条件件，有有的的从从高高分分子子-低低分分子，有的反而从低分子子，有的反而从低分子-高分子。高分子。射射线线照照射射到到食食品品蛋蛋白白质质
40、分分子子，很很容容易易使使它它的的二二硫硫键键、氢氢键键、盐盐键键、醚醚键键断断裂裂，破破坏坏蛋蛋白白质质分分子子的的三三级级、二二级结构，改变物理性质。级结构，改变物理性质。本讲稿第四十五页，共八十六页射线照射，引起氨基酸、蛋白质分子的化学变化有：射线照射，引起氨基酸、蛋白质分子的化学变化有：（1）脱氨）脱氨如甘氨酸如甘氨酸e-+NH3+CH2COOH-NH3+CH2COO-（2）放出）放出CO2a.脱氨的脱氨的脱羧脱羧反应反应b.不脱氨的不脱氨的脱羧脱羧反应反应（3）含硫氨基酸含硫氨基酸的氧化（的氧化（巯基巯基）e-+NH3+CH2CH（CH2SH）COO-H2S+NH2CH（CH2）CO
41、O-本讲稿第四十六页，共八十六页（4）交交联联蛋蛋白白质质凝凝聚聚（该该蛋蛋白白质质分分子子通通过过硫硫氢氢基基的的氧氧化化生生成成分分子子内内或或分分子子间间的的二二硫硫键键，或或由由酪酪氨氨酸酸和和苯苯丙丙氨氨酸酸的苯环偶合而发生交联）。的苯环偶合而发生交联）。（5）降解降解蛋白质发生裂解，产生较小的碎片。蛋白质发生裂解，产生较小的碎片。（6）辐辐射射降降解解与与交交联联同同时时发发生生，若若降降解解小小而而交交联联大大，则交联会掩盖降解，故降解不易观察到。则交联会掩盖降解，故降解不易观察到。本讲稿第四十七页，共八十六页3酶酶酶酶是是机机体体组组织织的的重重要要成成分分，因因酶酶的的主主要
42、要组组成成是是蛋蛋白白质质，故故它它对对辐辐射射的的反应与蛋白质相似反应与蛋白质相似，如变性作用等。，如变性作用等。纯纯酶酶稀稀溶溶液液对对辐辐射射敏敏感感，若若增增加加其其浓浓度度也也必必须须增增加加辐辐射射剂剂量量才才能能产产生生同样的钝化效果。同样的钝化效果。若若在在食食品品体体系系中中，酶酶很很容容易易受受到到保保护护，同同时时也也受受外外界界条条件件变变化化（温温度度、pH、含含氧氧量量）的的影影响响。如如提提高高温温度度会会增增加加酶酶对对辐辐射射的的敏敏感感度度，在有氧状态下干燥胰蛋白酶极易钝化。在有氧状态下干燥胰蛋白酶极易钝化。此此外外，有有时时酶酶由由于于蛋蛋白白质质分分子子
43、降降解解，使使酶酶活活性性中中心心暴暴露露出出来来，反反而而致致使使酶酶反反应应更更有有利利。因因此此对对分分解解酶酶类类活活性性的的食食品品，在在辐辐射射前应先通过加热灭酶。前应先通过加热灭酶。酶会因有巯基（酶会因有巯基（-SH）的存在而增加其对辐射的敏感性。）的存在而增加其对辐射的敏感性。本讲稿第四十八页，共八十六页4脂类脂类一一般般来来说说，饱饱和和脂脂肪肪是是稳稳定定的的，不不饱饱和和脂脂肪肪容容易易发发生生氧氧化化。辐辐射射脂脂类类的的主要作用是在脂肪酸长链中主要作用是在脂肪酸长链中-C-C-键外断裂。键外断裂。辐辐射射对对脂脂类类所所产产生生的的影影响响可可分分为为三三个个方方面面
44、：理理化化性性质质的的变变化化；受受辐辐射感应而发生射感应而发生自动氧化自动氧化；发生；发生非自动氧化非自动氧化性的辐射分解。性的辐射分解。脂脂肪肪酸酸酯酯和和某某些些天天然然油油脂脂在在受受50kGy以以下下剂剂量量照照射射，品品质质变变化化极极少少；但但其其他他成成为为异异臭臭发发生生源源。如如肉肉类类风风味味变变化化，牛牛奶奶产产生生蜡蜡烛味，鱼类产生异臭。烛味，鱼类产生异臭。辐辐照照可可促促使使脂脂类类的的自自动动氧氧化化，有有氧氧存存在在，其其促促进进作作用用更更明明显显，从从而而促促进进游游离离基基的的生生成成，使使氢氢过过氧氧化化物物和和抗抗氧氧化化物物质质分分解解反反应应加快，
45、生成醛、醛酯、含氧酸、乙醇、酮等。加快，生成醛、醛酯、含氧酸、乙醇、酮等。本讲稿第四十九页，共八十六页u饱饱和和脂脂类类在在无无氧氧状状态态下下辐辐照照时时会会发发生生非非自自动动氧氧化化性性分分解解反反应应，产产生生H2、CO、CO2、碳碳氢氢化化合合物物、醛醛和和高高分分子子化化合合物物。不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸也也会会产产生生类类似似的的物物质质，其其生生成成的的碳碳氢氢化化合合物物为为链链烯烯烃烃、二二烯烯烃烃、二二烯烯烃烃和和二聚物形成的酸。二聚物形成的酸。u磷磷脂脂类类的的辐辐射射分分解解物物也也是是碳碳氢氢化化合合物物类类、醛醛类类和和酯酯类。类。u对含有脂肪的食品辐照时也鉴定出
46、了过氧化物、酯类、对含有脂肪的食品辐照时也鉴定出了过氧化物、酯类、酸类、和碳氢化合物等，这与天然脂肪和典型脂肪的酸类、和碳氢化合物等，这与天然脂肪和典型脂肪的情况相同。但是应注意的是，与刚照射后相比，这种情况相同。但是应注意的是，与刚照射后相比，这种影响多出现于贮藏期中。影响多出现于贮藏期中。本讲稿第五十页，共八十六页5碳水化合物碳水化合物一一般般来来说说相相当当稳稳定定，只只有有大大剂剂量量照照射射下下才才引引起起氧氧化化和和分分解解。在在食食品品辐辐射射保保藏藏的的剂剂量量下下，所所引引起起的的物物质质性性质质变变化化极小。辐照对单独存在时的糖类的影响如下：极小。辐照对单独存在时的糖类的影
47、响如下：单糖只有在单糖只有在C4上发生氧化产生糖酮酸上发生氧化产生糖酮酸低低分分子子糖糖类类：旋旋光光度度降降低低、褐褐变变、还还原原性性和和吸吸收收光光谱谱变变化化、产生产生H2、CO、CO2、CH4等气体。等气体。本讲稿第五十一页，共八十六页u多多糖糖类类：熔熔点点降降低低、旋旋光光度度降降低低、褐褐变变、结结构构和和吸吸收收光谱变化。光谱变化。如直链淀粉黏度下降（淀粉降解）如直链淀粉黏度下降（淀粉降解）果胶果胶植物组织受损（解聚）植物组织受损（解聚）经经辐辐照照后后结结构构发发生生变变化化，对对酶酶的的敏敏感感性性也也随随之之发发生生变变化化，并并引引起起-1，4-糖糖苷苷键键偶偶发发性
48、性断断裂及生成裂及生成H2、CO、CO2气体。气体。本讲稿第五十二页，共八十六页6维生素维生素 维维生生素素是是食食品品中中重重要要的的微微量量营营养养物物质质。维维生生素素对对辐辐照照食食品品的的敏敏感感性性在在评评价价辐辐照照食食品品的的营营养养价价值值上上是是一一个很重要的指标。个很重要的指标。水水溶溶性性维维生生素素中中以以VC的的辐辐射射敏敏感感性性最最强强，其其他他水水溶溶性性如如VB1、VB2、泛泛酸酸、VB6、叶叶酸酸也也较较敏敏感感，VB5（烟烟酸酸）对对辐射很不敏感，较稳定。辐射很不敏感，较稳定。脂溶性维生素对辐射均很敏感，尤其是脂溶性维生素对辐射均很敏感，尤其是VE、VK
49、更敏感更敏感本讲稿第五十三页，共八十六页二食品辐射的生物学效应二食品辐射的生物学效应 生生物物学学效效应应指指辐辐射射对对生生物物体体如如微微生生物物、昆昆虫虫、寄寄生生虫虫、植植物物等的影响。这种影响是由于生物体内的化学变化造成的。等的影响。这种影响是由于生物体内的化学变化造成的。已已证证实实辐辐射射不不会会产产生生特特殊殊毒毒素素，但但在在辐辐射射后后某某些些机机体体组织中有时发现带有毒性的不正常代谢产物。组织中有时发现带有毒性的不正常代谢产物。辐辐射射对对活活体体组组织织的的损损伤伤主主要要是是有有关关其其代代谢谢反反应应，视视其其机机体体组组织织受受辐辐射射损损伤伤后后的的恢恢复复能能
50、力力而而异异，这这还还取取决决于于所所使使用的辐射总剂量的大小。用的辐射总剂量的大小。本讲稿第五十四页，共八十六页（一）（一）微生物微生物 1辐射对微生物的作用辐射对微生物的作用(机制）机制）（1）直直接接效效应应指指微微生生物物接接受受辐辐射射后后本本身身发发生生的的反反应应，可可使微生物死亡。使微生物死亡。细细胞胞内内DNA受受损损即即DNA分分子子碱碱基基发发生生分分解解或或氢氢键键断断裂裂等等。由由于于DNA分分子子本本身身受受到到损损伤伤而而致致使使细细胞死亡胞死亡-直接击中学说直接击中学说细细胞胞内内膜膜受受损损膜膜内内由由蛋蛋白白质质和和脂脂肪肪（磷磷脂脂），这这些些分分子子的的