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1、第七章 食品辐射处理本讲稿第一页，共三十一页2第一节第一节 概述概述一、食品的辐射保藏的定义一、食品的辐射保藏的定义 利用利用原子能射线原子能射线照射食品或原材料，照射食品或原材料，进行灭菌、杀虫、抑制鲜活食品的生命进行灭菌、杀虫、抑制鲜活食品的生命活动，从而达到防霉、防腐、延长食品活动，从而达到防霉、防腐、延长食品货架期为目的的一种食品保藏方法。货架期为目的的一种食品保藏方法。利用电离辐射主要是指钴利用电离辐射主要是指钴6060 、铯、铯137137射射线和电子加速器产生的电子束。线和电子加速器产生的电子束。本讲稿第二页，共三十一页3二、辐射保藏的优越性二、辐射保藏的优越性1、食品在受辐射过
2、程中温度升高甚微。食品在受辐射过程中温度升高甚微。2 2、射线穿透力强。、射线穿透力强。3 3、射线处理过的食品不会留下任何残留物。、射线处理过的食品不会留下任何残留物。4 4、节省能源。、节省能源。5 5、适应范围广。、适应范围广。6 6、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。本讲稿第三页，共三十一页4三、国内外发展简况三、国内外发展简况u1895年年伦伦琴琴发发现现X-射射线线后后，Mink于于1896年年就就提提出出X-射射线线的的杀杀菌菌作用。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
3、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研究；行研究；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的有究的有50-60个国家。个国家。本讲稿第四页，共三十一页5u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
4、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批准，允许供作为商品供一般使用。定批准，允许供作为商品供一般使用。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经低于此剂量辐照的各种食品进行毒性实验。对经低于此剂量辐照的各种食品进行毒性实验。本讲稿第五页，共三十一页6u目前许多国家将辐射用于食品的加工与保藏
5、。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准在在一一些食品中使用辐照。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、大大蒜蒜、洋葱发芽。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粮食（谷物）的防霉、防虫。于粮食（谷物）的防霉、防虫。本讲稿第六页，共三十一页7u我国自我国自1958年开始，年开始，70年代
6、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。u到到1994年年止止，我我国国卫卫生生部部已已经经先先后后批批准准了了18种种辐辐照照食食品品（马马铃铃薯薯、洋洋葱葱、大大蒜蒜、香香肠肠、稻稻谷谷、苹苹果果、花花生生、蘑蘑菇菇、扒扒鸡鸡、花花粉粉、果果脯脯、生杏仁、番茄、猪肉、荔枝、蜜桔、薯干酒、熟肉）生杏仁、番茄、猪肉、荔枝、蜜桔、薯干酒、熟肉）。u1997年年，我我国国批批准准豆豆类类、谷谷类类及及其其制制品品、干干果果果果脯脯类类、熟熟畜畜禽禽肉肉类类、冷冷冻包装畜禽肉类、香新料类、新鲜水果蔬菜类辐照卫生标准。冻包装畜禽肉类、香新料类、新鲜水果蔬菜类辐照卫生标准。u80年年
7、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、上海、天津、湖南、四川、广东等地。京、上海、天津、湖南、四川、广东等地。本讲稿第七页，共三十一页8第二节第二节 辐射基本原理辐射基本原理一、辐射类型一、辐射类型低频辐射（非电离辐射）低频辐射（非电离辐射）：1015，辐辐射源波长较长、产生能量小（频率低），射源波长较长、产生能量小（频率低），仅能使物质分子产生转动或振动而产生热，仅能使物质分子产生转动或振动而产生热，可起到可起到加热杀菌加热杀菌的作用。的作用。高频辐射（电离辐射）高频辐射（电离辐射）：1015，辐射辐射源频率较高、产生能量
8、大，如源频率较高、产生能量大，如X-X-，-射射线，可使物质的原子受到激发或电离，因线，可使物质的原子受到激发或电离，因而可起到杀菌作用（而可起到杀菌作用（冷杀菌冷杀菌）。）。本讲稿第八页，共三十一页9二、放射性同位素与辐射二、放射性同位素与辐射u一一个个原原子子具具有有一一个个带带正正电电荷荷的的原原子子核核，核核外围有电子云。外围有电子云。本讲稿第九页，共三十一页101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，一一般般情况下（指在轻原子核范围内）情况下（指在轻原子核范围内）P+=n，组成原子的质量。，组成原子的质量。u
9、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，能能以以一一定定的速率放出射线，由这种原子组成的元素称为的速率放出射线，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。本讲稿第十页，共三十一页11-射线：相对质量较大，电离能力大，穿射线：相对质量较大，电离能力大，穿透能力小。透能力小。-射线：为射线：为-射线质量的几千分之一
10、，点射线质量的几千分之一，点电量为其一倍，穿透能力比电量为其一倍，穿透能力比-射线大。射线大。-射线：电离能力比射线：电离能力比-、-射线小，射线小，但穿透能力比它们大。但穿透能力比它们大。X-X-射线：电离能力小，穿透能力很强。射线：电离能力小，穿透能力很强。都具有使被辐射物质的原子或分子发生电离作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。用的能力和不同穿透程度的能力。本讲稿第十一页，共三十一页12 放射性同位素放出射线后，就转变成放射性同位素放出射线后，就转变成另一个原子核，从不稳定元素变成稳定同另一个原子核，从不稳定元素变成稳定同位素，原子核转变过程称为位素，
11、原子核转变过程称为放射性衰变放射性衰变。若放射性强度因衰变而降低到原来的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一半所需要的时间称为半衰期半衰期。本讲稿第十二页，共三十一页13三、辐射单位三、辐射单位本讲稿第十三页，共三十一页14四、辐射源四、辐射源人工放射性同位素人工放射性同位素电子加速器电子加速器本讲稿第十四页，共三十一页15第三节第三节 辐射对食品质量的影响辐射对食品质量的影响一、辐射的化学效应一、辐射的化学效应 由电离辐射使食品产生各种粒子、离子及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初级辐射和次级辐射。质子的基本过程有初级辐射和次级辐射。1.1.初级辐射初级
12、辐射:使物质形成离子、激发态分子或使物质形成离子、激发态分子或分子碎片。分子碎片。2.2.次级辐射次级辐射：使初级辐射的产物相互作用，生：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。成与原始物质不同的化合物。本讲稿第十五页，共三十一页16二、辐射的生物学效应二、辐射的生物学效应1.1.辐射对微生物的作用辐射对微生物的作用（1 1）直接效应）直接效应细胞内蛋白质、细胞内蛋白质、DNADNA受损，即受损，即DNADNA分子碱基发分子碱基发生分解或氢键断裂等，致使微生物细胞活动紊乱，生分解或氢键断裂等，致使微生物细胞活动紊乱，甚至停止。甚至停止。细胞膜受损，酶释放出来，酶功能紊乱，干扰细胞
13、膜受损，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。微生物代谢，使新陈代谢中断，从而使微生物死亡。（2 2）间接效应）间接效应 当水分子被激活和电离后，成为游离基，起当水分子被激活和电离后，成为游离基，起氧化还原作用，这些激活的水分子就与微生物内氧化还原作用，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的生理活性物质相互作用，而使细胞生理机能受到影响。到影响。本讲稿第十六页，共三十一页17（3 3）微生物对辐射的敏感性）微生物对辐射的敏感性D D1010：辐射处理后残存微生物下降到原数的辐射处理后残存微生物下降到原数的10%10%所所需要
14、的辐射剂量，表示某种微生物对辐射的敏感需要的辐射剂量，表示某种微生物对辐射的敏感性。性。to menu微生物对辐射的敏感度：微生物对辐射的敏感度：G-G-G G酵母霉菌酵母霉菌 NDlog=N0D10 N N0 0最初的微生物数最初的微生物数N N使用使用D D剂量后残留的微生物数剂量后残留的微生物数D D初期使用剂量初期使用剂量D D1010微生物残存数减到原数微生物残存数减到原数10%10%时的剂量时的剂量本讲稿第十七页，共三十一页182.2.辐射对病毒的作用辐射对病毒的作用 通常使用高达通常使用高达3030KGyKGy的剂量才能抑制的剂量才能抑制病毒的活性。病毒的活性。3.3.辐射对昆虫
15、的作用辐射对昆虫的作用辐射敏感性与昆虫细胞的生殖活性成辐射敏感性与昆虫细胞的生殖活性成正比，与它们的分化程度成反比。正比，与它们的分化程度成反比。4.4.辐射对寄生虫的作用辐射对寄生虫的作用 辐射可使寄生虫不育或死亡。辐射可使寄生虫不育或死亡。本讲稿第十八页，共三十一页19第四节第四节 辐照在食品保藏中的应用辐照在食品保藏中的应用一、辐射保藏的三种形式一、辐射保藏的三种形式1.1.辐射阿氏杀菌（辐射阿氏杀菌（radappertization）所使用的辐射剂量（所使用的辐射剂量（101050KGy50KGy）可）可以使食品中的微生物数量减少到零或有限以使食品中的微生物数量减少到零或有限个数。这种
16、辐射处理后，食品可在任何条个数。这种辐射处理后，食品可在任何条件下贮藏，但要防止再污染。件下贮藏，但要防止再污染。2.辐射巴氏杀菌辐射巴氏杀菌（radicidation）只只杀杀灭灭无无芽芽孢孢病病原原细细菌菌（除除病病毒毒外外）。所所使使用用的的辐辐射射剂剂量量（5 510KGy10KGy）使使食食品品在在检检测测时时不出现无芽孢病原菌（如沙门氏菌）。不出现无芽孢病原菌（如沙门氏菌）。3.3.辐射耐储杀菌（辐射耐储杀菌（radurizationradurization）能能提提高高食食品品的的贮贮藏藏性性，降降低低腐腐败败菌菌的的原原发发菌菌数数，并并延延长长新新鲜鲜食食品品的的后后熟熟期期
17、及及保保藏藏期期，辐辐射剂量在射剂量在5KGy5KGy以下以下。本讲稿第十九页，共三十一页20二、现有的一些商业化应用二、现有的一些商业化应用1.1.果蔬类果蔬类防止微生物的腐败作用防止微生物的腐败作用控制害虫感染及蔓延控制害虫感染及蔓延延缓后熟期，防止老化延缓后熟期，防止老化本讲稿第二十页，共三十一页21（1 1）辐射对水果的影响）辐射对水果的影响对于有呼吸变换期的水果，在其呼吸率达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，主要是能改变体内辐射能抑制其后熟期，主要是能改变体内乙烯的生成率从而影响其生理活动。
18、乙烯的生成率从而影响其生理活动。辐射能使水果的化学成分发生变化，如维辐射能使水果的化学成分发生变化，如维生素生素C C的破坏、原果胶变成果胶及果胶酸的破坏、原果胶变成果胶及果胶酸盐、纤维素及淀粉的降解、某些酸的破坏盐、纤维素及淀粉的降解、某些酸的破坏及色素的变化等。及色素的变化等。辐射在水果中的商业化应用辐射在水果中的商业化应用控制辐射剂量，杀灭霉菌控制辐射剂量，杀灭霉菌辐射水果抑虫辐射水果抑虫延迟后熟期，对香蕉等热带水果十分有效延迟后熟期，对香蕉等热带水果十分有效增强水果中色素的合成增强水果中色素的合成本讲稿第二十一页，共三十一页22（2 2）辐射对蔬菜的影响）辐射对蔬菜的影响辐射可影响新鲜
19、蔬菜的代谢反应，如改变辐射可影响新鲜蔬菜的代谢反应，如改变蔬菜的呼吸率，防止老化，改变其化学成蔬菜的呼吸率，防止老化，改变其化学成分等，作用效果与辐射剂量有关。分等，作用效果与辐射剂量有关。根菜类如土豆、洋葱等辐射后可抑制发芽，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，但辐照剂量过高，在光照下皮层也不发绿，但辐照剂量过高，会腐烂。会腐烂。辐照可防止蘑菇开伞，延迟后熟。辐照可防止蘑菇开伞，延迟后熟。辐射在蔬菜中的商业化应用辐射在蔬菜中的商业化应用 抑制发芽，延缓新陈代谢作用抑制发芽，延缓新陈代谢作用本讲稿第二十二页，共三十一页232.2.谷类及其制品谷类及其制品:以控制虫害及其
20、蔓延为主。以控制虫害及其蔓延为主。3.3.肉禽类肉禽类(1)(1)高剂量辐射处理高剂量辐射处理 处理后不需要冷冻保藏。所用辐射剂量处理后不需要冷冻保藏。所用辐射剂量能破坏抗辐射性强的肉毒梭状芽孢杆菌菌能破坏抗辐射性强的肉毒梭状芽孢杆菌菌株，对低盐、无酸的肉类使用剂量为株，对低盐、无酸的肉类使用剂量为4.54.5MradMrad，产品必须密闭包装防止辐射后再产品必须密闭包装防止辐射后再受微生物污染。受微生物污染。(2)(2)低剂量辐射处理低剂量辐射处理:处理后需冷冻保藏。处理后需冷冻保藏。本讲稿第二十三页，共三十一页244.4.水产品水产品 高剂量辐射处理效果同于肉类，但异高剂量辐射处理效果同于
21、肉类，但异味不如肉类明显。低剂量辐射常与味不如肉类明显。低剂量辐射常与3 3左右左右的冷藏结合。使用最高剂量为的冷藏结合。使用最高剂量为300300KradKrad。5.5.蛋类蛋类 应用辐射巴氏杀菌剂量，杀灭其中的应用辐射巴氏杀菌剂量，杀灭其中的沙门氏菌。蛋白质受到辐射降解而使蛋液沙门氏菌。蛋白质受到辐射降解而使蛋液粘度降低。粘度降低。本讲稿第二十四页，共三十一页25第五节第五节 食品辐照的卫生与安全食品辐照的卫生与安全一、卫生安全性一、卫生安全性诱惑放射性诱惑放射性轻元素中轻元素中,放射性同位素的半衰期极短放射性同位素的半衰期极短毒性问题毒性问题微生物发生变异的危险性微生物发生变异的危险性
22、“辐辐射射食食品品总总平平均均剂剂量量10KGy10KGy以以下下不不需需要要进进行行此此剂剂量量范范围围的的毒毒理理学学实实验验，无无特特殊殊营营养养和和微微生物学问题。生物学问题。”本讲稿第二十五页，共三十一页26 一种元素若在电离辐射下，辐射能量将一种元素若在电离辐射下，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，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由此而发射出中子并产生-辐射，这种电辐射，这种电离辐射使物质产生放射性（是由电离辐射诱离辐射使物质产生放射性（是由电离辐射诱发出来的）
23、发出来的）诱惑放射性。诱惑放射性。1414N 10.5Mev-N 10.5Mev-射线会产生放射性射线会产生放射性 16 16O 15.5Mev-O 15.5Mev-射线会产生放射性射线会产生放射性 12 12C 18.8Mev-C 18.8Mev-射线会产生放射性射线会产生放射性 本讲稿第二十六页，共三十一页27二、二、辐射食品的测定方法辐射食品的测定方法1.1.物理法物理法测定原理：膜性质的变化测定原理：膜性质的变化测定项目：电阻抗法、粘度法测定项目：电阻抗法、粘度法适用食品：土豆、调味品适用食品：土豆、调味品本讲稿第二十七页，共三十一页282.2.化学法化学法脂类变化脂类变化碳氢化合物法
24、，适用所有含脂食品，包括碳氢化合物法，适用所有含脂食品，包括鸡肉、牛肉、猪肉、贝类、虾、蟹等；鸡肉、牛肉、猪肉、贝类、虾、蟹等；2-2-羟基环丁酮法，适用含脂食品如鸡肉、羟基环丁酮法，适用含脂食品如鸡肉、猪肉和蛋制品等；猪肉和蛋制品等；过氧化物法，过氧化物法，适用猪肉、蛋粉、奶粉、大适用猪肉、蛋粉、奶粉、大豆粉等豆粉等。核酸变化核酸变化 采采用用DNADNA（碱碱基基损损伤伤和和链链断断裂裂）法法，适适用用鸡鸡肉肉、猪肉等。猪肉等。蛋白质变化蛋白质变化 采采用用酪酪氨氨酸酸法法，适适用用含含苯苯丙丙氨氨酸酸的的食食品品，如如鸡肉。鸡肉。乙醇变化乙醇变化 采用采用d-2d-2，3-3-丁二醇法，
25、适用酒类。丁二醇法，适用酒类。本讲稿第二十八页，共三十一页293.3.发光法发光法化学发光法，基于被辐照物溶于水时发光化学发光法，基于被辐照物溶于水时发光的原理，适用于调味品、姜、洋葱等食品的原理，适用于调味品、姜、洋葱等食品的辐照测定。的辐照测定。热释光法，基于陷落载流子受热发光的原热释光法，基于陷落载流子受热发光的原理，适用于贝类、甲壳类、土豆、洋葱、理，适用于贝类、甲壳类、土豆、洋葱、调味品、鲜蘑菇等食品的辐照测定。调味品、鲜蘑菇等食品的辐照测定。本讲稿第二十九页，共三十一页304.4.生物学和生理学方法生物学和生理学方法 微生物体系变化，基于微生物对辐照敏感性微生物体系变化，基于微生物
26、对辐照敏感性不同的原理，测定食品辐照效果。不同的原理，测定食品辐照效果。发芽试验，由发芽试验，由DNADNA变化测定食品辐照效果。变化测定食品辐照效果。5.5.电子自旋共振法（电子自旋共振法（ESRESR法）法）由由长长寿寿命命自自由由基基生生成成的的原原理理，适适用用带带骨骨肉肉、干干果果、骨骨头头、硬硬果果壳壳、包包装装材材料料等等食食品品辐辐照照效效果的测定。果的测定。本讲稿第三十页，共三十一页31思考题思考题1 1、食品辐射常用的辐射源有哪些？、食品辐射常用的辐射源有哪些？2 2、讨论辐射保藏食品的原理。、讨论辐射保藏食品的原理。3 3、辐射有哪些化学效应及生物学效应？、辐射有哪些化学效应及生物学效应？4 4、辐射的类型有哪些？各自的特点及其适、辐射的类型有哪些？各自的特点及其适用性是什么？用性是什么？5 5、从食品安全的角度出发，辐射的能量应、从食品安全的角度出发，辐射的能量应控制在多少以下？控制在多少以下？6 6、简述辐射食品的检测方法。、简述辐射食品的检测方法。本讲稿第三十一页，共三十一页