9食品辐照

第九章
食品辐照
食品辐照原理 食品辐照方法及应用 辐照对食品品质的影响 食品辐照安全性
学习目的与要求
• 了解食品辐照的概念、原理 • 了解食品辐照保藏用射线的种类及各自 的特点 • 了解食品辐照在食品保藏和加工中的应 用现状 • 掌握食品辐照的化学效应、物理效应和 生物学效应机理 • 掌握辐照对食品品质的影响
现有保藏技术的优缺点
食品冷冻保藏—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； 缺点：能耗大，需建立冷藏链。
食品罐藏—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； 缺点：热对风味组织结构和色泽有影响。
食品干藏 — 降低水分活度（ aw ），控制微生物和减少酶活。
水辐射产物的间接作用
水辐射效应的重要性在于：电离形成的中间产物 （如： 高度活性的e-水化、OH · 、和H · 等），会导致食品和其 他生物物质发生变化（水的间接作用）。对稀水溶液， 间接作用可能是化学变化的唯一重要原因，甚至在水含 量低的体系中，间接作用仍然是主要的影响因素。 氢原子 水化电子（e-水化） 羟基自由基(OH -）
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。 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。
因此，辐射保藏是一种获得经济效益和有发展前途的保藏 方法，也是和平利用原子能的一个重要方面。
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美国最早于二十世纪四十年代开始进行辐射 ( 照 ) 保藏食 品的研究，当时主要是用于军事上。1943年发表了对汉 堡包进行辐照杀菌的论文后，美国由此解决了海军食品 保存问题。尔后研究遍及美国90多所大学及科研单位。
五十年代初前苏联、欧洲和日本也相继进行了广泛的研 究。 我国食品辐射 ( 照 ) 的研究则最早于 1958 年开始， 70年代 中在四川、河南、天津、北京、上海、东北地区、湖南、 广东等地相继开展了食品辐照的研究。 在国际原子能机构 (IAEA) 、联合国粮农组织 (FAO) 和世 界卫生组织(WHO)的倡议下，1970年在巴黎成立了“食 品辐射(照)国际计划”(IFIP)，先后共有24个国家参加该 计划，分工协作进行研究。
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90kw· h /T，巴氏消毒230kw· h /T， 热力杀菌300kw· h /T，脱水处理（干燥）700kw· h /T，而辐 射杀菌只需6.34kw· h /T，辐射巴氏消毒0.76kw· h /T。
食品辐射保藏就是利用原子能射线的辐射能量对新鲜肉类及 其制品、水产品及其制品、蛋及其制品、粮食、水果、蔬菜、 调味料、饲料以及其他加工产品进行杀菌、杀虫、抑制发芽、 延迟后熟等处理。
辐照食品——经辐照技术处理后的食品。在我国《辐照食品 卫生管理办法》附则中定义：辐照食品是指用钴-60、铯137产生的γ射线或电子加速器产生的低于10MeV电子束照射 加工保藏的食品。 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 品的供应量，延长食品的保藏期。 辐射保藏技术是一门新的技术，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 品保藏新技术和新方法。
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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。
一般情形
辐照的化学效应是指被辐照物质中的分子所发生的化
学变化。
初级辐射与次级辐射化学变化： 初级辐射是使被照射物 质形成离子、激发态分子 或分子碎片，由激发分子 可进行单分子分解产生新 的分子产物或自由基，而 辐射的产物相互作 用，生成与原始物 质不同的化合物。 次级辐射是初级
转化成较低的激发状态。
我国自1958年开始，70年代的研究工作取得了一定的成 效。
1984年 11月国家卫生部批准 7项（马铃薯、洋葱、大蒜、 花生、蘑菇、香肠）辐照食品允许消费。之后又有20多 种食品通过了不同级别的技术鉴定。 80年代，一些省市建立了一起容量较大的辐射应用试验 基地，如北京、上海、天津、湖南、四川、广东等地。
能量不高的电子射线能把自己的能量传递给被照射物质
原子中的电子并使之受到激发。 若受到激发的电子已达到连续能级区域，它们就会跑出 原子，使原子发生电离。 电子射线能量越高，在其电子径迹上电离损耗能量比率 （物理学称线性能量传递）越低：电子射线能越低，在 其电子径迹上电离损耗能量比率反而越高。
优点：简便宜行，重量减轻或体积变小，食品可增香变脆； 缺点：自然脱水后的食品难复水，易变色。
化学保藏—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。 缺点：化学物质残留。
辐射保藏的优点
1. 2. 3. 4. “冷杀菌”； 具有良好的保鲜效果； 辐照处理食品能耗低； 对环境的污染小。
的性质，如
10.5MeV的γ射线对14N照射可使其射出中子，并产生 N的放射性同位素；
18.8MeV的γ射线对12C照射，可诱发产生放射线；
15.5MeV 的γ射线对16O照射，下可产生放射线。 因此，为了不引起感生放射作用。食品辐照源的能量水平 一般不得超过10MeV。
（二）电子射线的作用
和一个电子结合）而消失，产生湮没辐射。
湮没辐射发出两个光子，每个光子能量为 0.5lMeV。 光子的能量越大，电子对的形成越显著。
感生放射
射线能量大于某一阈值，射线对某些原子核作用会射出中 子或其他粒子，因而使被照射物产生了放射性，称为感 生放射性。为防止感生放射，必须谨慎选用辐照源。 能否产生感生放射性，取决于射线的能量和被辐照射物质
缺点与局限性
投资大, 及专门设备来产生辐射线（辐射源）， 安全防护并需要提供安全防护措施，以保证辐射线不 泄露；对不同产品及不同辐照目的要选择控制好合适 的辐照剂量，才能获得最佳的经济效应和社会效益。 高剂量下的感观性状变化
ห้องสมุดไป่ตู้
接受性由于各国的历史、生活习惯及法规差异，目前
世界各国允许辐照的食品种类仍差别较大，多数国家 要求辐照食品在标签上要加以特别标注。
电子射线最终去向
• 电子射线经散射、电离、轫致辐射等作用后， • 消耗了大部分能量，速度大为减慢，
• 有的被所经过的原子俘获，使原子或原子所在的分子
变成负离子； • 有的与阳离子相遇，发生阴、阳离子湮灭，放出两个 光子，其光子对被照射物的作用与上述的光子一样。
二、食品辐照的化学效应
一般情形 化学效应强弱的表示
辐射保藏的特点
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、香味和质 地等方面与新鲜食品差别很小，特别适合于一些 不耐热的食品和药品。 射线穿透力强，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，避免再污染。
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。
第一节 食品辐照原理
食品辐照时，射线把能量或电荷传递给食品以及 食品上的微生物和昆虫，引起的各种效应会造成它们 体内的酶钝化和各种损伤会迅速影响其整个生命过程， 导致代谢、生长异常、损伤扩大直至生命死亡。 而食品则不同，除了鲜活食品之外均不存在着生 命活动，鲜活食品的新陈代谢也处在缓慢的阶段，辐 射所产生的影响是进一步延缓了它们后熟的进程，符 合储藏的需要。 辐照效应，主要有物理学效应、化学效应和生物学效应。
氢原子
在水的辐照中，即使氢原子数目低但也可以由某些有 机化合物的直接激发或电离产生。
在水溶液中，氢原子的反应介于羟基自由基和水化电 子的反应之间，其加成到芳香族化合物或烯属化合物 的速度常数为羟基自由基的几分之一，也可以从醇、 糖等脂肪族化合物的碳一氢键中抽除氢原子；
它们在与硫代化合物的每一次碰撞中抽去氢原子，但 氢原子也可以迅速地加到二硫化物上，分裂-S -S 键为 -S. 和 HS-；与蛋白质的反应主要可能是含硫氨基酸和 芳香族氨基酸。
轫致辐射
电子射线在原子核库仑场作用下，本身速度减 慢的同时放射出光子，这种辐射称轫致辐射。
轫致辐射放出的光子，能量分布的范围较宽，能量很
大的相当于γ射线的光子，能量较大的就相当于X射线 光子，这些光子对被照射物的作用如同γ射线与X射线。
若放射出的光子在可见光或紫外光范围，就称之为契
连科夫（Cerenkov）效应。该效应放出的可见光或紫 外线，对被照射物的作用就如同日常可见光或紫外线。
康普顿散射
• 如射线的光子与被照射物的
电子发生弹性碰撞，当光子 的能量略大于电子在原子中
的结合时，光子把部分能量
传递给电子，自身的运动方 向发生偏转，朝着另一方向
散射，获得能量的电子（也
称次电子，康普顿电子）， 从原子中逸出，上述过程称 康普顿散射。
湮没辐射（电子对效应）
光子能量较高(>1.02MeV)时，光子在原子核库 仑场的作用下会产生电子和正电子对（正电子
（一）原子能射线与物质的作用
• 原子能射线（x射线、γ射线、β射线）都是高能电磁辐 射线“光子”，本质上是电离辐射，具有波粒两相性。 与被照射物原子相遇，会产生不同的效应。 电离作用 康普顿散射 湮没辐射(电子对效应) 感生放射