食品辐照技术

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2.蛋白质
变性：射线会使某些蛋白质中二硫键、氢键、盐键和醚键 变性 等断裂，从而使蛋白质的三级结构和二级结构遭到破坏， 导致蛋白质变性。 一级结构：辐照也会促使蛋白质的一级结构发生变化，除 一级结构 了-SH氧化外，还会发生脱（α-）氨基作用、脱（α- ） 羧作用和氧化作用。 交联：蛋白质水溶液经射线照射会发生交联，由巯基氧化 交联 生成分子内或分子间的二硫键，也可以由酪氨酸和苯丙氨 酸的苯环偶合而发生。交联导致蛋白质发生凝聚作用，甚 至出现一些不溶解的聚集体。
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高剂量下辐照脂肪
用60kGy辐照猪肉，辐照产物烃类产量，1kg脂肪中烃的含量如下： 十七碳烯 90 mg， mg， 34 22 55 38 mg， mg， mg， mg，
十六碳二烯 89 十七烷 十六碳烯 十五烷 十四烯
所产生的主要烃类的质量也随剂量和辐照温度而直线增加。 当辐照剂量大于20kGy时“辐照脂肪”气味可察觉，在较高剂量时变得更强 烈。 有人估计30kGy辐照产生的烃量相当于170℃，24h加热所产生的烃量。
λ波长
3km
3cm
3µm 3nm 0.3nm γ=C/λ
4×10-10 ev 4×10-5 4×10-3
4 4×102 4k
4M
E能量 无线电波 微波 红外 紫外 可见 低频辐射区γ<1015Hz 高频辐射线γ>1018Hz
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X射线和γ射线
3. 放射性同位素与辐射
同位素
中子（不同） 质子（同）
电子壳
Ｂ.电离辐射 高频辐射线γ＞ HZ，频率较高、能量大，如X-射 线，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）。 γ在 HZ，如紫外线的能量，仅能使被照 射物质的原子受到激发（激发为使电子从低能态到 高能态），亦可起到抑菌杀菌的作用。
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γ频率
105Hz
1010
1015 1018 1020 λγ=C
辐射：放射性同位素衰变产生各种射线过程及加速器产 生高能射线的过程。 α是氦原子核束、β是电子束、γ是电磁波束、 X是 电子束
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α射线：相对质量较大，电离能力很强，穿透能力很小； 一张纸就能阻挡它的通过； β射线：为氦核质量的几千分之一，带电量为α射线的 一半，电离能力比α射线小，穿透能力比α射线大； γ射线：电离能力比α、β小，穿透能力比α、β大； X射线：电离能力小，穿透力很高。
第四章
食品辐照与保藏
谢岩黎 博士
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一、食品辐照技术的概述
1.食品辐照技术的发展 1.食品辐照技术的发展 1895年 物理学家威廉 康拉德 伦琴（ 康拉德·伦琴 1895年，物理学家威廉·康拉德 伦琴（Wilhelm Conrad Roentgen）发现了X射线. Roentgen）发现了X射线. 1898年P. villard发现γ射线； villard发现 射线； 发现γ 1898年 1898年居里夫妇从铀盐中分离出了一个新元素 取名镭 从铀盐中分离出了一个新元素， 1898年 居里夫妇从铀盐中分离出了一个新元素， 取名镭 (由 拉丁词radius而来，意为射线) radius而来 拉丁词radius而来，意为射线)。 1904年英国公开第一项γ 线杀菌专利； 1904年英国公开第一项γ射线杀菌专利； 年英国公开第一项 1943年美国麻省理工学院的罗克多尔利用射线处理汉堡包， 1943年美国麻省理工学院的罗克多尔利用射线处理汉堡包， 年美国麻省理工学院的罗克多尔利用射线处理汉堡包 辐射保藏食品研究的序幕。 揭开了辐射保藏食品研究的序幕 揭开了辐射保藏食品研究的序幕。
不稳定同位素衰变过程中伴有各种辐射线产生， 这些不稳定同位素称为放射性同位素。
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有些同位素，其质子数和中子数差异较大，其原子核是不稳定的， 它们按照一定的规律（指数规律）衰变。
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4.放射性同位素与辐射
辐射源: 放射性同位素(60Co、 137Cs)、电子加速器。 、 主要射线: α射线 β射线 γ射线 X射线
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从表7-6可看出，50kGy的辐照剂量产生的还原力变化类似100℃加热10h的变化。
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4．脂类 一般来说，饱和脂肪是稳定的，不饱和脂肪容易 发生氧化。辐射脂类的主要作用是在脂肪酸长链 中-C-C-键外断裂。 辐射对脂类所产生的影响可分为三个方面： 理化性质的变化； 受辐射感应而发生自动氧化； 发生非自动氧化性的辐射分解。
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目前用于食品加工的电离辐射主要包括：60Co或
137Cs核素衰变释放的γ射线；能量不大于10MeV的
X射线。 这些辐射有以下特点：有较强穿透物质的能力， 能使其受到均匀的辐射；辐射的能量都低于食品 种各组成元素可能诱生放射性的阈能，因此不会 在食品中诱生放射性。
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3.辐射单位
国际单位 辐射能量 放射性强度 辐射剂量 吸收剂量 焦耳（J） 常用单位 电子伏特(ev)
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降解：用 X 射线照射血纤蛋白会引起部分裂解，产生较小的碎片。卵 降解 清蛋白在等电点照射也发现黏度减小（发生了降解）。 降解与交联同时发生，往往交联大于降解，所以降解常被掩盖而不易察 降解与交联同时发生 觉。 含蛋白质食品辐照变化的复杂性：因为很可能这种食品的全部成分都吸 含蛋白质食品辐照变化的复杂性 收电离辐射线而发生化学变化，再对蛋白质作用，同时全部成分的辐射 产物之间也可能发生相互作用。 高剂量辐照含蛋白质食品，如肉类及禽类、乳类，常会产生变味（辐照 高剂量辐照含蛋白质食品 味），已鉴定出各种挥发性辐解产物，大部分是通过间接作用产生的， 在低于冻结点的温度下进行辐照可减少辐照味的形成。
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主要烷烃（戊 烷）的量是由 加热所形成的 两倍， 而在加热处理 中产生的主要 烯烃（丁烯） 的量较多。
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5．维生素 维生素是食品中重要的微量营养物质。维生素对 辐照食品的敏感性在评价辐照食品的营养价值上 是一个很重要的指标。 （1）水溶性维生素中以VC的辐射敏感性最强，其 他水溶性如VB1、VB2、泛酸、VB6、叶酸也较敏感， VB5（烟酸）对辐射很不敏感，较稳定。 （2）脂溶性维生素对辐射均很敏感，尤其是VE、 VK更敏感。
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三、辐射引起化学与生物学效应
1.辐射的化学效应 1.辐射的化学效应 由电离辐射使食品产生各种粒子、 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。 基本过程有初级辐射和次级辐射。 A.初级辐射:使物质形成过渡态活性粒子、次级电子、 次级电子、 A.初级辐射:使物质形成 初级辐射 次级电子 激发分子、自由基。 激发分子、自由基。 B.次级辐射：使初级辐射的产物相互作用， B.次级辐射：使初级辐射的产物相互作用，生成与 次级辐射 原始物质不同的化合物。 原始物质不同的化合物。
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辐照的化学效应
1. 水分子 水分子对辐射很敏感，当它接受了射线的能量后， 水分子首先被激活，然后由激活了的水分子和食 品中的其他成分发生反应。 水接受辐射后的最后产物是氢和过氧化氢，形成 的机制很复杂。 现已知的中间产物主要有三种：水合电子（eaq）， 氢氧基（OH·），氢基（H·）。
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水分子被辐射后可能反应途径： （eaq）+H2O=H·+ OH· H·+ OH·=H2O H·+ H·=H2 OH·+ OH·=H2O2 H·+H2O2=H2O+ OH· OH·+ H2O2=H2O+HO2· H2+ OH·= H2O+ H· H·+O2=HO2· HO2·+ HO2·= H2O2+O2
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3.糖类
多糖 聚合度和粘度下降辐照会引起多糖链的断裂从而引 起聚合度和黏度变化， 产物 糊精碎片等：辐照小麦淀粉：葡萄糖、麦芽 糖、麦芽三糖、麦芽四糖和麦芽五糖。
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小分子糖类
降解形成辐解产物：低聚糖或单糖的降解产物有羟基化合物、酸类、过氧化氢， 降解形成辐解产物 降解作用还会产生气体，如氢气、二氧化碳及痕量甲烷、一氧化碳和水等。 降解所形成的新物质——会改变糖类的某些性质，如辐照能使葡萄糖和果糖的 降解所形成的新物质 还原能力下降，但提高了蔗糖、山梨糖醇和甲基α-吡喃葡萄糖的还原能力。这 些变化是辐照剂量的函数。50kGy对糖还原能力影响与热处理相当 10kGy辐照 对糖还原能力影响与热处理相当。 对糖还原能力影响与热处理相当 100g葡萄糖-水合物释放出0.8mg的H2和2.6mg的CO2，但辐照果糖和蔗糖时，则 没有CO2产生。 固态糖类：相同条件下发生降解的程度低于糖溶液。固态糖类辐照降解作用的G 固态糖类 值（6-60）比辐照糖溶液时的G值（< 5）要大得多，因此固态糖降解的百分数 会更小。常见的降解产物是甲醛，辐照葡萄糖还会有葡萄糖酸、葡糖醛酸与脱 氧葡萄糖酸等产物检出。5kGy剂量下辐照降解产物浓度<10mg/g。
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1958—1959原苏联首次批准了用60Co1958 1959原苏联首次批准了用60Co-γ射线抑制马铃薯发 1959原苏联首次批准了用60Co 芽和杀灭谷物害虫。 芽和杀灭谷物害虫。 日本、荷兰、英国、法国、加拿大、比利时、 日本、荷兰、英国、法国、加拿大、比利时、意大利及东欧 一些国家从20世纪50年代初开始辐照抑制发芽、 一些国家从20世纪50年代初开始辐照抑制发芽、灭菌和杀虫 20世纪50年代初开始辐照抑制发芽 的研究。荷兰是批准辐照食品最多的国家。 的研究。荷兰是批准辐照食品最多的国家。 20世纪60年代后期许多发展中国家也开始对食品辐照进行研 20世纪60年代后期许多发展中国家也开始对食品辐照进行研 世纪60 究。到1974年为止,已有15个国家通过了22种许可用射线照 1974年为止,已有15个国家通过了22种许可用射线照 年为止 15个国家通过了22 射食品的认证。 射食品的认证。
贝可（Bq) 居里（Ci） 库仑/千克（C/kg）伦琴(R） 戈瑞（Gy） 拉德（rad）