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1、电子辐照照在杀灭灭粮食虫害害领域的的应用研研究王振清王振清，男，1956年生，教授级高工，从事粮食工程方面的研究工作。通讯地址：河南郑州市嵩山南路140号，电子信箱：HNZZWZHQ163.COM。杨杨景田22张虎1缪纯2（1.河河南工业业大学郑郑州粮油油食品工工程建筑筑设计院院，2.清华大大学科技技园）摘要本文文分析了了化学熏熏蒸剂面面临的存存在的问问题，介介绍电子子辐照粮粮食的杀虫灭灭菌机理理和技术术特征，阐述了辐照技术在粮食仓储业及植物检疫处理中的应用历史、现状及未来走势；简论在大型粮食集散地建立电子辐照处理设施的技术与经济可行性。关键词粮粮食辐照照熏蒸杀杀虫电子子束粮食及食食品辐照照研
2、究始始于200世纪440年代代，迄今今已有660多年年研究应应用历史史。粮食食辐照处处理旨在在杀灭粮粮食中的的仓储害害虫、霉霉菌及检检疫性危危险病菌菌、有害害杂草籽籽实。达达到减少少储粮损损失，防防止外来来生物入入侵，控控制人动物共共患疾病病传播等等多重目目标。近近年来，随随着我国国对植物物检疫日日趋严格格，辐照照法作为为粮食检检疫处理理措施的的重要性性日益突突出。1现有化化学熏蒸蒸技术的的应用及及存在问问题进入新世世纪，中中国粮食食仓储业业面临许许多新的的问题和和挑战。其其中比较较突出的的就是常常用化学学熏蒸技技术遇到到的挑战战。1.1常常用的熏熏蒸剂使使用情况况（1） 磷化氢常用的谷谷物及
3、其其加工产产品熏蒸蒸剂。自自19336年来来在世界界上广泛泛应用，上上个世纪纪六十年年代在中中国开始始应用，至至今仍是是“王牌熏熏蒸剂”。（2）溴溴甲烷常用熏蒸蒸剂，可可以作为为杀虫剂剂和消毒毒杀菌剂剂，19932年年开始使使用。对对大气中中的臭氧氧层有破破坏作用用。在中中国常用用于检疫疫害虫的的熏蒸。（3） 环氧乙烷烷（氧化化乙烯，EETO）广泛用于于消毒医医疗用品品和仪器器，在中中国也用用于杀灭灭粮食检检疫对象象如小麦麦矮腥黑黑穗病（TTCK）。但但20以下反反应缓慢慢或不反反应，中中国大部部分地区区不能常常年使用用。另外还有有一些熏熏蒸剂在在中国少少量使用用，如氯氯化苦、敌敌敌畏、氰氰氢
4、酸等等。1.2化化学熏蒸蒸技术面面临的问问题以上各种种熏蒸剂剂都存在在一种或或几种不不良性质质，限制制了它们们的适用用范围。目目前只有有磷化氢氢、氯化化苦、敌敌敌畏、溴溴甲烷、环氧乙烷等少数几种熏蒸剂尚在一定范围使用。随着人们们对自然然界认识识的加深深和环保保意识的的增强，更更多的熏熏蒸剂面面临淘汰汰的命运运。（1）环环保因素素比较典型型的例子子是溴甲甲烷。溴溴甲烷是是破坏大大气臭氧氧层物质质（ODDP），对对大气臭臭氧层的的破坏能能力为00.7，包包括中国国在内1120个个国家参参加的蒙蒙特利尔尔协议呼呼吁限制制和淘汰汰溴甲烷烷的应用用。此外外在用溴溴甲烷熏熏蒸作业业时，粮粮食中会会残留有有
5、机溴等等潜在致致癌物质质。（2）熏熏蒸剂残残留毒性性因素上世纪八八十年代代前后的的研究发发现，环环氧乙烷烷熏蒸处处理后的的粮食残残留有毒毒物质。国国内研究究表明，用用环氧乙乙烷熏蒸蒸后的小小麦，能能检出有有毒物质质2-氯氯乙醇。国国外研究究表明，残残留物中中有1,2-乙乙二醇、22,2-氧化二二乙醇、溴溴乙醇等等有毒物物质。国国际上已已经确认认环氧乙乙烷是一一种典型型的诱变变剂和致致癌物。220000年2月月，国际际化学品品临时评评审委员员会（IICRCC）对环环氧乙烷烷作出如如下决定定：“该化学学品可用用于农药药、工业业原料和和医疗消消毒，是是一种明明确的人人类致癌癌物。”国际组组织WHHO
6、/IILO/UNIIP成立立的环氧氧乙烷专专家组也也认为：“环氧乙乙烷是一一种致癌癌物，在在环境中中应尽量量维持在在低水平平。”目前，许许多国家家开始逐逐步禁用用环氧乙乙烷。（3）虫虫害抗性性增加的的因素几乎所有有化学熏熏蒸剂存存在着虫虫类的抗抗性问题题。联合合国粮农农组织（FFAO）曾曾在611个国家家采集样样品，对对储粮害害虫抗性性进行监监测。目目前已知知有311种害虫对887种杀杀虫剂和和12种种熏蒸剂剂产生了了抗性。比较典型型的是磷磷化氢，在在我国已已应用330多年年，目前前80%以上的的储粮用用其熏蒸蒸处理。近近年来，许许多害虫虫对磷化化氢也产产生了比比较严重重的抗性性，使磷磷化氢的
7、的杀虫效效果大打打折扣。例例如郑州州粮食学学院19995年年-19997年年在中国国19个个省采集集了6种种害虫773个品品系测定定其对磷化化氢的抗抗性，发发现其中中米象中中的抗性性品系抗抗性系数数最高达达10552倍；谷蠹最最大抗性性系数达达5966倍。如如果任其其发展下下去，磷磷化氢也也将被淘淘汰。1.3应应对方法法面队以上上的挑战战，有四四个可选选的对策策：（1）筛筛选新的的熏蒸剂剂。这是是一项非非常困难难的工作作，在可可见的将将来还看看不到能能替代磷磷化氢的的化学品品。（2）改改良现有有熏蒸剂剂的使用用方法。这这是值得得推荐的的对策之之一。例例如通过过对杀虫虫剂合理理的轮用用或混用用，
8、杀灭灭某些熏熏蒸剂的的抗性品品系；或或通过合合理的用用药方式式提高杀杀灭抗性性品系的的效果，多多能延长长现有熏熏蒸剂的的使用寿寿命。（3）采采用非化化学药剂剂的替代代防治技技术，例例如采用用物理方方法替代代化学方方法。其其中辐射射技术是是最有前前途的现现代储粮粮技术之之一。因因其能耗耗低，无无污染，无无残留，处处理后粮粮食卫生生，安全全等优点点，有希希望成为为取代化化学熏蒸蒸的方法法。2电子辐辐照处理理技术的的机理、特特点与适适用性2.1电电子辐照照粮食杀虫虫灭菌机机理与一一般规律律利用高能能电子束束射线的的致电离离、激发发作用，使使粮食中中有害生生物产生生一系列列物理、化化学及生生物学效效应
9、，对对粮虫粮粮菌构成成辐射损损伤，进进而导致致其代谢谢功能紊紊乱，遗遗传物质质错位、断断裂，最最终致虫虫、菌失失活，停停止生长长，不育育或死亡亡。不同同生物体体对电离离辐射的的敏感性性不同，其其致死剂剂量与生生物组织织的复杂杂程度相相关。生生物组织织越复杂杂，致死死剂量越越低，即即辐射敏敏感性与与生物体体本身的的大小成成反比（见见表1）。较小小剂量的的辐照可可造成虫虫、菌的的不育或或缓期死死亡，在在实际工工业应用用中，为为节约能能量，提提高处理理量，减减少对粮粮食品质质的损害害，多将将达到不不育和缓缓期致死死剂量视视同有效效致死剂剂量。表1. 粮食中中不同生生物体的的辐照致致死剂量量生物体 剂
10、剂量（kkGy）昆虫 0.1-11.0非芽孢细细菌 00.5-10病毒 10-20002.2 电子束束辐照技技术特点点利用电子子束辐照照粮食的技术经经过多年年研究、实实践与发发展，已已成为一一项成熟熟的储粮粮新技术术，与化化学熏蒸蒸法比较较，其主主要优点点是：（1）灭灭菌杀虫虫彻底：可以1100%杀灭粮粮虫。电电子束辐辐照对杀杀灭虫卵卵有特效效。经处处理后的的粮食，若若无二次次污染，可可永不生生虫，这这样就可可取消下下级库点点的杀虫虫熏蒸作作业。此此外，电电子束可可有效杀杀灭病菌菌如小麦麦矮腥黑黑穗病、印印度腥黑黑穗病和和霉菌等等，还能能杀灭粮粮食中夹带带的有害害杂草籽籽实。从从这种意意义上说
11、说，电子子辐照是是一种新新型高效效的粮食食杀虫、广广谱灭菌菌技术。（2）食食用安全全：电子子束辐照照处理后后的粮食食、营养养成分不不变，对对加工后后制品和和食品的的品质无无不利影影响，保保障消费费者健康康安全。（3）操操作安全全：电子子加速器器起闭容容易，停停机后电电子束自自行终止止，对操操作人员员无危害害。（4）工工艺简单单：只需需进行粮粮食提升升、输送送、束下下辐射处处理和回回收等简简单工序序。（5）经经济性好好：据测测算，用用电子束束辐照法灭灭菌比化化学熏蒸蒸节约成成本800%；用用电子束束法杀虫虫比化学学熏蒸节节约成本本50%。由于于免除后后方库的的多次熏熏蒸灭菌菌杀虫作作业，节节省了
12、人人力和保保粮费用用，间接接效益也也十分可可观。2.3 电子束束辐照的的适用性性电子束辐辐照设施施特别适适用于粮粮食专用用接卸港港，大型型粮食走走廊的粮粮食集散散地等需需要集中中处理（或或检疫目目的）的的场合，并并具有以以下特点点：（1）有有利于检检疫防治治的系统统化处理理。在港港口粮食食中转库库对粮食食病、虫虫、草害害进行集集中性一一次辐照照处理、可可以减少少粮食的的长距离离移动带带来的疫疫情传播播危险，可可以免除除后方粮粮库的杀杀虫作业业，节约约费用，减减少环境境污染。（2）全全天候动动态处理理的特性性，适合合港口粮粮库随时时接运粮粮食的特特点。辐辐照装置置可以实实现自动动化连续续作业，处
13、处理量大大且均匀匀，不受受外部气气候、温温度等制制约。（3）工工艺简单单，适合合港口机机械化作作业的要要求。电电子束辐辐照处理理技术只只需进行行粮食提提升、输输送、束束下辐射射处理和和回收等等简单工工序，可可以利用用港口粮粮库的现现有设备备进行工工艺布置置。3电子束束辐照粮粮食的设施构构成利用电子子束辐照照粮食的的设施主主要由以以下几部部分组成成：电子子束发生生系统、束束下装置置系统、辐辐照处理理工作塔塔及辅助助系统等等四部分分。3.1电电子束发发生系统统电子束是是由工业业化电子子加速器器产生。电电子加速速器是基基本的辐辐射加工工工具，主主要包括括（1）高高压发生生器；（22）高真真空机组组；
14、（33）SFF6气体体充填器器；（44）变频频机与自自控系统统；（55）冷却却和通风风系统。3.2束束下装置置系统束下装置置系统是是指保证粮粮食接受受电子束束均匀照照射且保保持一定定产量的的相关设备备及部件件。包括括：（11）粮食食提升和和传输设设备；（22）粮流流形成管管道；（33）专用用辐照槽槽；（44）上下下缓冲仓仓；（55）闸阀阀门等特特殊管件件。3.3辐辐照处理理工作塔塔辐照处理理工作塔塔由辅助助间与附附属车间间组成。上上述设备备系统大大部分均均安装其其中，辐辐照工作作塔要求求有特殊殊的防护护设计，防防止射线线外漏。3.4辅辅助系统统包括电子子束水冷冷却系统统、通风风系统、除除尘系统
15、统及辐射射安全联联锁系统统。其中中辐射安安全联锁锁系统是是整个设设施的最最重要的的安全保保证措施施。图1示出出典型的的重力下下流式电电子束辐辐照粮食食的装置置。取样化验后缓冲仓处理后净麦前缓冲仓虫麦粮流形成电子加速器电 子 束辐照室图1电子子束辐照照粮食的的装置工艺艺框图4辐照处处理粮食食的法律律基础（1）119800年，世世界卫生生组织（WWHO）、联联合国粮粮农组织织（FAAO）和和国际原原子能机机构（IIAEAA）联合合宣布：用100kGyy以下剂剂量辐照照的任何何食品不不存在毒毒理学问问题，可可以安全全食用。该该结论是是根据大大量动物物毒理试试验和辐辐解产物物研究结结果而提提出的，得得
16、到了世世界绝大大多数国国家和我我国承认认并共同同遵循。（2）119844年国际际食品法法典委员员会（CCAC）向向成员国国建议辐辐照食品品CACC标准及及辐照食食品设施施的推荐荐规程。（3）119966年我国国政府颁颁布的辐照食食品卫生生管理办办法（中国国卫生部部的477号令），明明确规定定：“为控制制病虫害害而进行行辐照的的含水分分低的食食品，如如谷类、豆豆类、脱脱水食品品及类似似产品，其其总的累累积吸收收量不得得大于110kGGy（第第十七条条第一款款）”。（4）119999年，FFAO/IAEEA/WWHO高高剂量研研究小组组在WHHO8990号报报告中宣宣布：“超过110kGGy高剂剂
17、量辐照照食品也也是安全全的。”即辐照照剂量无无上限的的结论。从从19998年始始，国际际辐照食食品咨询询组（IIGGFFI）根根据上述述结果，对对食品辐辐照通用用标准进进行修改改。这些些修改意意见待CCAC批批准后，将将成为国国际贸易易中食品品辐照的的通用准准则。（5）119977年我国国公布了了6大类类17种种产品的的辐射加加工工艺艺标准，作作为国标标执行。其其中包括括谷类、豆豆类及其其制品的的辐照食食品卫生生标准（GGB1448911.8，119777）。可以说，我我国包括括粮食辐辐照在内内的食品品辐照已已纳入法法制化管管理的轨轨道，是是有法可可依的。5 国内内外研究究与应用用概况5.1国
18、国外研究究及应用用粮食仓储储害虫的的辐射防防治研究究始于220世纪纪初，到到19440年辐辐照装置置建成，才才确立了了杀灭粮粮虫的研研究目标标。随后后的500多年内内，世界界各国对对此项研研究工作作从未间间断。220世纪纪50-70年年代，侧侧重于研研究粮虫虫对射线线的敏感感性特征征和技术术可行性性。700年美国国农业部部立项，对对35种种不同发发育阶段段的鞘翅翅目、鳞鳞翅目昆昆虫进行行研究，并并对辐照照后粮食食加工品品质、感感官反应应做出评评估，认认证了辐辐射杀虫虫的技术术可行性性。600年美国国在萨凡凡那地区区建成世世界第一一座小型型谷物辐辐照器。770年代代墨西哥哥国立核核能实验验室也建
19、建成一座座以电子子束为辐辐射源的的小型玉玉米辐照照示范装装置。与此同时时，前苏苏联在660年开开始粮食食辐照处处理研究究。经过过8年研研究，于于新西伯伯利亚建建成一座座50TT/h的的电子加加速器粮粮食辐照照处理中中间试验验装置。运运行成功功后，于于19880年正正式在敖敖德萨港港口建成成了世界界上实际际投入运运行的工工业化粮粮食辐照照设施。该该设施选选用2台台ELVV-2型型电子加加速器，两两条生产产线并联联使用，处处理量为为2000T/hh.台，年年处理能能力达2200万万吨，迄迄今已安安全运转转25年年，处理理了大量量进出口口粮食。5.2国国内研究究及应用用我国的粮粮食辐照照处理起起步较
20、早早。19958年年由中科科院组织织12个个科研单单位成立立了“粮食辐辐照保藏藏研究协协作组”，先后后对小麦麦、稻谷谷、玉米米等进行行辐照杀杀虫研究究及Coo-600装置的的中试试试验，取取得了大大量可喜喜成果。20世纪纪80年年代，我我国食品品辐照研研究进入入第二个个高潮。有关专家们对害虫辐射敏感性及辐射防虫技术可行性进行了深入研究。20世纪90年代始，由国家科委组织开展了食品辐照商业化及辐照工艺一系列研究，于2002年发布了粮食、豆类辐照杀虫工艺标准。与电子辐辐照杀虫虫同步，自自上世纪纪70年年代始，我我国开始始了粮食食辐射杀杀菌的研研究，其其中包括括以粮食食为主要要原料的的饲料杀杀菌和粮
21、粮食中各各类病菌菌的辐照照检疫处处理研究究。研究究的目标标主要针针对饲料料中常见见的各种种致病菌菌、霉菌菌、侵染染病菌、病病毒及人人-动物物共患的的各类疾疾病，如如禽流感感等。辐照后后饲料杀杀菌彻底底，营养养成分损损失小，饲饲料养分分利用率率高，动动物成活活率高、繁繁殖快等等优点。同同样辐照照处理对对粮食杀杀菌也十十分有效效。目前，我我国已在在某粮食食接卸港港建设国国内第一座座大型粮粮食电子子束辐照照处理设设施。该该设施由由两台工工业化电电子加速速器、两两条平行行生产线线组成。粮粮食杀虫虫处理能能力为5500吨吨/时.条，年年处理粮粮食能力力达3000万吨吨以上。6粮食辐辐照的经经济性辐照粮食
22、食的杀虫虫的处理理成本低低于化学学熏蒸，其其运行成成本主要要包括以以下部分分，即水水电费、人人工费和和设施折折旧费等等。下面面以处理理量为110000T/hh电子辐辐照厂为为例，简简单测算算其经济济性：6.1建建设费用用：电子加速速器（22台，880Kww/台） 11000万元元束下系统统及辅助助系统 7000万元土建 9000万元元不可预见见费 3000万元元总计 30000万万元6.2运运行成本本：由于辐照照处理运运营及收收入没有有相应标标准或可可供借鉴鉴的类似似项目，故故仅做初初步估算算和分析析。（1）水水、电动动力费：经计算算，正常常生产时时每年约约需3880万元元。（2）工工资及福福
23、利费：本项目目9人，人人均年工工资、福福利按44.2万万元计。（3）折折旧费：固定资资产折旧旧按固定定资产分分类计算算，残值值率均按按固定资资产原值值的4%计，房房屋建筑筑按300年折旧旧，工艺艺和电气气设备按按20年年折旧；（4）修修理费：修理费费按年折折旧费的的35%计取。（5）管管理费：包括财财务费用用、销售售费用等等，每年年按600万元计计。（6）其其他费用用：在项目目运营过过程中，未未能计入入以上项项目的费费用，及及场地消消毒费、倒倒仓费等等，每年年按200万万元计取取。（7）摊摊销：摊销率率按100%计算算。6.3经经济分析析预计项目目总投资资30000万元，年年收益114400万
24、元，年年运营成成本9660万元元，项目目年收益益率166.000%，投投资回收收期6.3年，项项目具有有很好的的经济效效益。根据乌克克兰敖德德萨利用用电子束束辐照粮食杀虫虫的经验，粮粮食单次次电子杀杀虫的费费用为00.255美元/吨（约约合人民民币2元元/吨）。若若考虑到到一次杀杀虫、多多年有效效，取消消了同一一批粮食食就地储储存的多多次熏蒸蒸处理和和下级库库的再熏熏蒸费用用，其经经济效益益肯定会会远高于于化学熏熏蒸。南京辐照照中心的的辐照杀杀菌商业业化研究究表明，当当电子束束辐照用用于检疫疫处理时时，环氧氧乙烷和和辐照杀杀菌的能能耗比为为45:1，成成本价格格比为11.5-5.55:1。不言
25、而喻喻，若考考虑辐照照处理带带来的环环境与社社会效益益，则粮粮食电子子辐照技技术的优优越性将将更加显显著。7 存在在问题7.1散散落粮食食问题目前，散散粮从码头到到辐照处处理塔的的沿途输输送设备备需全部采采用密闭闭式输送送设备，以以避免在在输送过过程中，病麦、虫麦的撒漏和扩散问题，输送设备作业完后须对运载麦、虫麦的输送线进行消毒、清扫。对个别设备尾部，底座等死角存在的病麦，还需通过人工和机械的办法进行清理消毒，避免污染下一批粮食。希望通过更深一步的研究可更好解决辐照前散落粮食的消毒问题。7.2粮粮流行成成中的粮粮流均匀匀性问题题在辐照前前的粮流流行成过过程中，为为使粮流流均匀接接受到等等量的电
26、电子辐射射，须严严格控制制好通过过粮流的的流速、流流量及通通过辐照照区的粮粮流截面面厚度在在很小范范围内波波动，以以保证对对粮食害害虫的辐辐照效果果。7.3辐辐照槽内内的粉尘尘控制问问题在辐照槽槽内，粮粮食内的的粉尘如如果不随随粮流或或吸风装装置及时时排出，将将会吸附附在辐照照槽壁，由由于长时时间受到到电子辐辐射，将将因高温温而被点点燃，因因此需采采取有效效的手段段严格控控制粉尘尘的滞留留。7.4辐辐照剂量量核心参参数的优优选由于在国国内通过过辐照处理理粮食的的量还不不多，辐辐照剂量量作为电电子辐照照法处理理粮食的的核心参参数，其其最佳辐辐照剂量量还有待待进一步步生产实实验与选选择确定定。8结
27、论与与建议国内外550多年年的粮食食辐照研研究及220多年年的工业业应用实实践表明明，利用用电子束束辐照处处理粮食食害虫是是成熟的的高新技技术，具具备进行行工业化化生产的的条件。随随着全球球辐射加加工业的的日新月月异，特特别是辐辐射检疫疫工作的的需求，电电子辐照照技术会会有更大大的发展展。中国已建建成一大大批现代代化粮库库，这些粮粮库机械械化程度度高，技技术力量量强，对对高新技技术敏感感，具备备了采用用高新技技术与设设备的条条件，是是利用电电子束辐辐照技术术的理想想用武之之地。建建议地方方政府加加大支持持力度，粮粮食部门门、企业业，特别别是具备备条件的的单位要要抓紧科科技创新新年代大大好时机机
28、，大胆胆采用绿绿色储粮粮新技术术，共同同推动我我国粮食食仓储事事业的进进步。参考文献献1 杨景田田，世界界第一座座港口立立筒库粮粮食辐射射杀虫装装置，苏苏联科学学与技术术，19984年年；2 杨景田田，辐射射技术减减少粮食食损失，联联合国开开发计划划署（UUNDPP/966/1112）项项目论文文与总结结报告书书，20000年年；3 杨景田田等，乌乌克兰敖敖德萨的的粮食辐辐射检疫疫处理，粮粮食储藏藏，20002（11）；4 杨景田田，中国国粮食辐辐射杀虫虫研究（俄俄文），电电子辐射射杀死小小麦矮腥腥黑穗病病研究（俄俄文），俄俄罗斯新新西伯利利亚农业业大学学学报（国国际版），220011年；5 施培新新等，食食品辐照照加工原原理与技技术，220033年。