第四章食品的辐射保藏工艺熊善栢

《食品工艺学》主讲教师：熊善柏教授办公室：食品科技楼401室电话：87288375(office)87285712(home)E-mail:[e-mail]授课专业：食品质量与安全本章内容1、概述2、食品辐照杀菌的基本原理3、影响辐照杀菌作用的因素4、辐照在食品保藏中的应用食品辐射保藏：利用射线照射食品或原材料，对食品进行杀菌、杀虫、消毒、防霉等加工处理，或抑制根类食物的发芽和推迟新鲜食物生理过程的成熟发展，以延长食品保藏期的方法和技术。辐照食品：根据食品辐照工艺规范(GIP)生产的符合食品营养和卫生标准的食品。1.1定义1.2食品辐照保藏的优点和局限性优点：能量较高，穿透力强，具有很强的杀虫和灭菌能力;一般在常温下处理，食品的质地、色、香、味变化较小；能耗低，可以节约能源；不污染食品，无残留，卫生安全。局限性：投资大、专用设备、防护要求高，保证辐射线不泄漏；要根据不同产品、不同辐照目的选择合适的辐照剂量；高剂量下的感官性状变化，易产生辐照味；接受性问题，多数国家要求辐照食品在标签上特别标注。1.3发展概况1895伦琴发现X射线1898年人类第一次观察到X射线对病原细菌具有致死作用1958年前苏联卫生部首次批准了利用60Co辐照源进行0.1kGy辐照的马铃薯供人们消费，成为世界上第一个批准辐照食品供人消费的国家1980年，FAO/IAEA/WHO辐照食品联合专家委员会（JECFI）提出“用10kGy以下的最大平均剂量照射的食品，在毒理学、营养学及微生物上完全没有问题，并且今后在此剂量照射下的食品不再需要进行毒理实验”1983年，国际食品法典委员会（CAC）通过《辐照食品通用国际标准》和附属的技术法规，对推动辐照食品的发展起到巨大作用2003年，CAC通过了修订的《辐照食品国际通用标准》和《食品辐照加工工艺国际推荐准则》，在法规上突破了食品辐照加工中10kGy的最大吸收剂量的限制，允许在不对食品结构的完整性、功能特性和感官品质发生负面作用和不影响消费者的健康安全的情况下，食品辐照的最大剂量可以高于10kGy，以实现合理的辐照工艺目标1.3发展概况1958年开始，中国科学院同位素委员会组织了全国12个单位对稻谷杀虫、马铃薯保鲜等进行了有计划的研究1970年代的研究工作取得了一定的成效，开展了辐照杀虫、抑制发芽、鱼肉蛋辐照保藏、水果保鲜及葡萄酒促进陈化等工作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1.3发展概况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。后期有浙江、深圳等;1991年，原国家科委下达了“农副产品辐照加工贮藏保鲜商业化研究”项目，对11种食品进行商业化研究;“九五”期间设立了攻关项目，制订了30多种辐照食品的加工工艺标准，极大地推动了辐照食品的发展。1.3发展概况我国批准允许辐照的食品类别与剂量类别品种目的剂量/kGy豆类、谷类及制品绿豆、红豆、大米、面粉、小米、玉米渣控制生虫0.2（豆类）0.4-0.6（谷类）干果果脯空心莲、桂圆、核桃、山揸、大枣、小枣控制生虫0.4熟畜禽肉六合脯、扒鸡、烧鸡、盐水鸭、熟兔肉灭菌，延长保质期8冷冻分割禽肉类猪、牛、羊、鸡杀沙门氏菌与腐败菌2.5干香料五香粉，八角、花椒杀菌防霉10方便面固体汤料方便面固体汤料杀菌防霉8新鲜水果蔬菜土豆、洋葱、大蒜、生姜、番茄、荔枝、苹果抑制发芽延缓成熟0.1-0.20.5-1.52、食品辐照杀菌的基本原理2.1电离辐射从右至左，无线电波(无线电、电视、雷达微波）→红外线(800nm)→可见光(800-380nm)→紫外辐射(380nm—200nm)→电离辐射(X-射线、r-射线).电磁波普图对微生物有致死作用的4种辐射紫外辐射：对生物体有伤害、可对微生物致死；电离辐射：导致水、有机酸电离，对有机体有强烈的杀伤作用；微波辐射：对生物体有热效应和非热效应，也具有致死作用，脉冲高光：对酶和微生物有一定的致死效应。紫外辐射：对生物体有伤害、可对微生物致死；电离辐射：导致水、有机酸电离，对有机体有强烈的杀伤作用；微波辐射：对生物体有热效应和非热效应，也具有致死作用，脉冲高光：对酶和微生物有一定的致死效应。具有电离作用的射线α-射线：带正电荷的氦原子，电离作用强,但穿透能力弱。β-射线：中子转变为质子时释放出的带负电荷的射线,电离作用不强,但穿透力比α-射线的大。X-射线：发出的高能射线,具有较强的穿透力和强的杀菌效应.γ-射线：原子核从激发态回到基态时发出的光子流，电离能力较α、β射线小,但穿透力强,.Co60电离辐射引起水分子电离产生自由基并引发链反应:γ-射线1）自由基产生：H2O-----→H·+·OH2）链反应：H2+·OH-→H2O+H·H·+O2-→HO2··OH+·OH-→H2O2H·+H2O2-→H2O+·O3）链反应的终止：H·+·OH--→H2O2.2电离辐射的化学效应电离辐射对结晶氨基酸只有直接作用对氨基酸溶液具有直接和间接作用α-氨基酸（水溶液）脱氨脱羧NH3、CO2、H2、胺、α-氨基酸和醛含硫氨基酸氧化H2S、S或气态硫化物半胱氨酸胱氨酸二磺酸盐含环氨基酸可以使环断裂2.2电离辐射的化学效应：氨基酸在食品辐照所用剂量范围内，对氨基酸的影响一般很小；使用大剂量的辐射处理食品，食品中的氨基酸会被破坏；食物中的氨基酸对辐照的稳定性大于溶液中的氨基酸。变性：使蛋白质中二硫键、氢键、盐键和醚键等断裂，使蛋白质的二、三级结构，导致蛋白质变性；交联：巯基氧化生成分子内或分子间的二硫键；酪氨酸和苯丙氨酸的苯环偶合。交联导致蛋白质发生凝聚作用。2.2电离辐射的化学效应：蛋白质蛋白质：发生脱氨、脱羧、氧化、裂解辐照效应与蛋白质结构、组成、存在状态等有关；高剂量辐照含蛋白质食品会产生辐照味，冻结状态可减少辐照味的形成酶蛋白：酶蛋白对辐射敏感且提高温度、氧存在会增加酶对辐射的敏感度；糖类对辐照处理相当稳定，只有在大剂量作用下才会发生氧化和分解；商业辐照剂量下，辐照对糖类熔点、折射率、旋光度和颜色等物理特性影响微小；低分子糖类：旋光度降低、褐变、还原性和吸收光谱变化多糖类：熔点降低、旋光度降低、褐变、结构和吸收光谱变化。如直链淀粉黏度下降（淀粉降解）；果胶：植物组织受损（解聚）2.2电离辐射的化学效应：糖类2.2电离辐射的化学效应：脂肪辐照引起脂肪中脂肪酸氧化，受脂肪类型、辐照剂量、温度、环境条件等影响；饱和脂肪酸较稳定，不饱和脂肪酸容易氧化而出现脱羧、氢化、脱氢等作用；辐照产生的自由基与O2反应形成过氧化物，产生醇、醛、醛酯、烃、氢氧化物、酮酸、酮、内酯等多种化合物；脂类在无氧状态下辐照时会发生非自动氧化性分解反应，产生H2、CO、CO2、碳氢化合物、醛和高分子化合物。高脂肪的食品在辐照后会产生“辐照异味”。水溶性维生素：VC的辐射敏感性最强，VB1、VB2、泛酸、VB6、叶酸较敏感，烟酸对辐射不太敏感；脂溶性维生素对辐射均很敏感，尤其是VE、VK更敏感；食品中维生素对辐照的敏感性：主要受食品的成分、气体环境以及辐照时温度等环境因素的影响；加热条件下辐照处理维生素的损失高于冷冻辐照处理2.2电离辐射的化学效应：维生素直接效应:微生物接受辐射后本身发生的反应，可使微生物死亡。细胞内DNA受损:即DNA分子碱基发生分解或氢键断裂等。由于DNA分子本身受到损伤而致使细胞死亡-直接击中学说。细胞内膜受损：膜内有蛋白质和脂肪(磷脂)，这些分子的断裂，造成细胞膜泄漏，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。2.3电离辐射的生物学效应间接效应:来自被激活的水分子或电离所得的自由基。当水分子被激活和电离后，形成自由基，引起氧化还原反应，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到影响。2.3电离辐射的生物学效应为了表示某种微生物对辐射的敏感性，就通常以每杀死90%微生物所需用的剂量(Gy)来表示，即残存微生物数下降到原数的10%时所需用的剂量，并用D10值来表示电离辐照杀菌所需要的剂量)0lg(10NNDDN0：初始微生物数N：使用D剂量后残留的微生物数D：初始剂量lg（N0/N）即lgr与剂量的关系是直线的关系2.3电离辐射的生物学效应能量单位:电子伏特(ev),即相当于１个电子在真空中通过电位差为１伏特的电场被加速所获得的动能;放射性强度:居里(Ci)、贝可(Bq)居里（Ci）：放射性同位素每秒有3.7×1010次核衰变，则它的放射性强度为1Ci;贝可（Bq)：法定的放射性强度单位，1Bq表示放射性同位素1s有1个原子核衰变.2.3电离辐射的生物学效应照射量:1R＝2.58×10-4C/kg库仑/千克(C/kg)伦琴(R)：在标准状况(0℃，760mmHg)，1cm3空气能形成一个正电或负电的静电单位的X-射线或γ-射线照射量;吸收剂:1Gy=100rad戈瑞（Gray，Gy）1Gy=1J/kg拉德（rad）：1g任何物质若吸收射线的能量为100erg或6.24×1013eV，则吸收剂量为lrad.2.3电离辐射的生物学效应3、影响辐照杀菌作用的因素不同微生物对电离辐射的敏感度有很大的差异。影响电离辐射致死效果的因素主要有：辐射剂量：辐射剂量越高，活菌残存率越低；氧含量：减少含养量可微生物的抗性增强；含水量：含水量下降，微生物的抗性增强；微生物的种类：不同微生物的敏感性差异大;辐照物料的温度：冷冻可减少射线对食品的影响影响电离辐射致死效果的因素X--射线对大肠杆菌的致死效应存活率(%)1.为在氧中进行辐射,细胞好气性生长;2.为在氮中辐射,细胞好气性生长;3.为在氧中辐射,细胞厌气性生长;4.为在氮中辐射,细胞厌气性生长使菌数减少1百万倍所需的辐射剂量微生物种类剂量(Krad)微生物种类剂量(Krad)细菌肉毒梭菌2000-3000产气肠杆菌100-150乳杆菌500-750大肠杆菌150-200微球菌300-500普通变形菌100-150金黄色葡萄球菌200-400猪霍乱沙门氏菌300-500粪链球菌400-600肠炎沙门氏菌300-500霉菌副伤寒沙门氏菌400-600黄曲霉200-300伤寒沙门氏菌50米曲霉150-200痢疾志贺氏菌200-300黑曲霉300-500副溶血弧菌50-100点青霉150-200不动杆菌50-100酵母流产布鲁氏菌200-300白假丝酵母750-1000莫拉氏菌500-750克鲁斯假丝酵母1000-2000铜绿假单胞菌150-200啤酒酵母750-1000蜡状芽孢杆菌2000-3000椭圆酵母500-750凝结芽孢杆菌1000-2000脆壁酵母750-1000枯草芽孢杆菌1000-2000八胞裂殖酵母300-500食品中微生物耐电离辐射的特征值(D10)微生物lgrD10值/kGy摩拉克斯菌5~105~10耐辐射微球菌2~43~7肉毒杆菌1~22~3.5霉菌芽孢＜10.5~5啤酒酵母＜10.4沙门氏菌约00.2~1金黄色葡萄球菌约00.2~0.6大肠埃希氏杆菌00.1~0.35假单胞菌00.02~0.2影响电离辐射致死效果的因素对电离辐射的敏感性：G-细菌、肠细菌＞G+细菌＞粪链球菌＞芽孢,耐辐射微球菌耐辐射能力最强.对电离辐射的抗性：细菌芽孢＞病毒＞酵母＞霉菌、细菌营养细胞；食品毒素产生菌对电离辐射没有特别的抗性;大部分G-病原菌,如大肠杆菌等细菌的抗辐射的能力也不强。微生物对电离辐射的耐受性冷冻:可防止食品风味被破坏.冷冻条件下，细菌的芽孢对电力辐射的抗性没有增加，而细菌的营养体的抗辐射能力增强。细菌芽孢最耐热，如以细菌芽孢为对象进行辐射处理时，为防止食品风味被破坏，可在冷冻条件下处理，辐射对食品引起的有害变化可减少一半。影响电离