食品品质与研究进展

浙江大学研究生课程论文辐照技术与食品品质安全的研究进展课程名称食品品质与研究进展考试时间2007.11学号10716056姓名李博辐照技术与食品品质安全研究进展1摘要：本文介绍了食品辐照技术的原理、应用及其对营养成分和食品安全的影响，罗列了应用该技术的商业化食品，并对其应用前景进行了展望。关键词：辐照技术；营养成分；食品安全AReviewofIrradiationTechnologyandItsInfluenceonFoodQualityandSafetyAbstract:Foodirradiationtechnologywasintroducedinthearticle,referingtoitstheory,application,influenceonnutrientcomponentsandfoodsafety.Commercialfoodprocessedbyirradiationwasdisplayedandprospectofthetechnologywasalsodiscussed.Keywords:irradiationtechnology;nutrientcomponents;foodsafety食品辐照就是将预包装或散装的食品暴露于受控水平下的电离辐射并处理一段时间的过程，主要用于抑制发芽、推迟成熟，杀虫杀菌等。目前，世界各国对食品辐照的认可和应用越来越广泛，消费者了解和接受的程度也越来越高。据联合国粮农组织(FAO)、国际原子能机构(IAEA)、世界卫生组织(WHO)公布的统计报告显示，全世界已有40多个国家批准辐照食品200余种，年市场销售总量达40万吨左右，食品辐照加工已经被FAO/IAEA/WHO推荐为国际重点推广项目[1]。然而，目前仍有不少人在心理上难以接受辐照食品，原因之一是他们担心或者认为辐照过的食品具有放射性；原因之二是不清楚辐照对食品的营养成分到底有多大的影响。其实这些担心大可不必，早在上世纪四十年代世界各国就已陆续开展了该技术与食品安全品质的研究，取得了一系列丰硕的成果[2]。1.辐照技术的原理食品被辐照时，电离辐射能量传入微生物或害虫内部，引起其DNA、RNA、蛋白质、脂类等有机分子中化学键的断裂、蛋白质与DNA分子交联、DNA序列中的碱基改变，最终使其死亡或不能繁殖，从而使食品免受或减少导致腐败和变质的各种因素的影响。此外该技术能够抑制食品(如水果、蔬菜等活体)的生理生化过程(如发芽和成熟)，从而达到食品保藏或保鲜的目的。不同生物的D值（杀灭90%此种生物所需的辐照量是不同的，且会随温度和食品种类的变化而变化。用于食品辐照的放射源为放射性同位素钴-60或铯-137产生的γ射线、最大能量为5MeV的X射线、最大能量为10MeV的电子加速器产生的电子束等。这些放射源能量较低，不足以引发感应放射性，而辐照过程中产生的微量辐解产物与食品中天然存在或经加热处理产生的物质相同或类似，无特殊毒副作用[3]。2.食品辐照技术的应用领域22.1辐照杀菌食品和农产品在加工和储运过程中极易被各种腐败和致病微生物所感染，如何控制其中的微生物，避免产品的腐败变质，减少食源性疾病和食物中毒的发生，一直是农产品储藏加工领域研究的重点。辐射加工技术能杀灭食品和农产品中各种腐败微生物和致病微生物。食品辐照杀菌可分选择性辐照灭菌、针对性辐照灭菌和辐照灭菌。选择性辐照灭菌就是利用一定剂量的电离辐射使食品中腐败微生物的数量降低，以防止食品变质，延长货架期，一般采用的吸收剂量为1-5kGy。针对性辐照灭菌就是利用一定剂量的电离辐射，杀死食品内除病毒以外的无孢子病源细菌。辐照灭菌是利用电离辐射消灭食品中全部微生物，经过这样处理的食品可以保证食品在室温条件下长期储藏不会腐败，也不会因微生物而引起食品中毒，要达到此目的就需要较高的辐照剂量，一般采用12D10剂量。经过彻底灭菌的辐照食品可在常温下保藏较长的时间，适宜为特殊人员(如地质勘探人员、登山人员、军人和宇航员等)以及器官移植病人、免疫缺陷病人、白血病患者提供无菌食品。2.2辐照杀虫寄生虫通过食物传染给人类，应用射线辐照带有寄生虫的食物，是杀死寄生虫，并防止其传染给人类最行之有效的措施之一。实验证明，150-300Gy的射线可以使猪肉中的旋毛虫不育，并阻止其幼虫在宿主消化道内发育成熟。危害农产品的害虫包括仓储害虫、检疫性害虫及寄生虫，实验证明，用较低的剂量辐照能杀灭农产品中的这些害虫，达到减少农产品损失的目的。不同时期、不同科目的害虫对辐照的敏感性不同。国内外大量实验结果表明，500Gy足以控制侵入稻米、玉米、小麦和豆类的害虫，同时辐照处理对这些农产品的质量和加工品质没有明显影响。2.3抑制发芽大蒜、洋葱、马铃薯等鳞茎和块根类蔬菜在采摘后有休眠期，它们在休眠期内生长暂停，内部代谢维持在很低的水平。休眠期一过，其呼吸强度加强，生理代谢加剧。这类蔬菜在休眠期过后极易发芽，引起腐烂变质，马铃薯发芽后还会产生有毒物质，使其丧失食用价值。因此，必须采取有效措施控制鳞茎和块根类蔬菜在储藏期间的发芽问题。辐照能通过影响果蔬的生理代谢和生长点的结构，干扰生理活性物质的正常合成，达到有效抑制发芽的目的。辐照抑制发芽的剂量为50-150Gy，在此剂量范围内，能够有效抑制马铃薯、甘薯、大蒜、洋葱、生姜的发芽。2.4延迟成熟和延长储藏期辐照通过推迟植物内源激素乙烯的产生和呼吸跃变的出现，降低储藏期呼吸强度和提高乙烯的作用阈值来达到延长果蔬储藏寿命的目的。辐照用于延缓成熟3时间时，辐照剂量的确定应该兼顾果蔬对辐照的耐受性，不同的品种、不同的采摘期对水果蔬菜的辐照耐受性都有很大的影响。草莓、龙眼、芒果和蔬菜可以忍受1-2kGy的辐照剂量；香蕉、苹果、柑橘、甜瓜等可以耐受0.3-1kGy的辐照剂量；葡萄、桃、梨等果蔬所能耐受的剂量在0.3kGy以下。蘑菇在储藏期间容易出现开伞现象，用0.5-1.0kGy的剂量辐照，可以有效地抑制蘑菇的开伞。2.5食品辐照检疫处理辐照检疫是利用辐照杀灭农产品和食品中的检疫对象的一种技术，可以作为农产品国际贸易中的一种检疫手段。农产品和食品的检疫处理通常是以化学熏蒸为主，但熏蒸剂处理对环境和操作人员健康产生严重危害，因而主要熏蒸剂已被禁用或逐渐被禁用。其它检疫方法如热处理会降低许多商品的质量，冷处理则需要更长的时间，难以适应不断增长的农产品贸易的需要。辐照处理在多年的研究应用中显示出其作为一种检疫处理方法特有的优势，即具有操作方便、无环境污染、安全可靠以及经济适用等优点，已成为食品辐照技术的一个新的发展方向[4]。2.6降低食物致敏性食物过敏(hypersensitivity)是指食物中的某些物质(一般为蛋白质)进入肌体后，体内的免疫系统将其视为入侵的病原，发生免疫应答，引发不良的机体反应，是一种顽固性和高复发性的疾病。当前医学上对此疾病仍无良策，过敏患者只有避免食用具致敏性的食物。人们在研究中发现辐照对食物过敏原具有破坏作用，一般的食物过敏原对蛋白酶、酸和热的降解作用有一定的耐受性，常规的处理很难达到对致敏原的脱敏作用，但辐照技术可以促进生物大分子的降解、交联和分子构象的改变，降低蛋白质的热稳定性，破坏其抗原决定簇，可望成为降低食物过敏反应的重要技术[5]。3辐照对食品营养成分的影响3.1辐照对蛋白质的影响辐照后蛋白质的变化取决于辐照剂量、温度、pH值、氧气、水的含量和食品的复杂体系。蛋白质由于它的多级结构而具有独特的性质，对低剂量辐照表现不敏感。如果辐照的样品是纯蛋白质的固体，辐照过程就不会产生自由基，也不会引起蛋白质分解；如果辐照的样品是蛋白质的水溶液或者是含有蛋白质的混合物，由于在辐照过程中产生水或者混合物中某种物质的自由基，引起蛋白质分解，产生氨基酸。如果辐照含硫的氨基酸如甲硫氨酸、胱氨酸和半胱氨酸，就会产生一些挥发性的物质诸如硫醇和硫烷。因此，辐照电离能可以使蛋白质的末端氨基酸脱氨基和脱羧基，也可以使蛋白质的肽链断裂，这些反应就导致酰胺类物质和相应的酸或酮类化合物的产生。如果辐照的样品是蛋白质水溶液，首先会激发水合电子和羟基自由基的产生，然后会导致肽链断裂或者使自由基迁移到易激发的4氨基酸侧链上，诸如胱氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、色氨酸和赖氨酸。辐照作用下，蛋白质的氢键和二硫键容易断裂，导致蛋白质变性，空间构象破坏。一方面由于二硫键的减少或硫氢键的氧化，蛋白质分子的二级和三级结构受到破坏，另一方面由于在其它位置形成了新键，使蛋白结构发生了变化。尤其在辐照球蛋白的过程中，分子间会形成加速辐解的二硫键。以上的这些变化都是相对于纯的化学物质而言，而食品中除蛋白质外还包含其它不同的成份，它们各自对辐照又有相互保护作用。蛋白质经辐照后，可以通过间接作用和直接作用而发生变化。这种变化可作为用来衡量辐照对食品中营养成份变化的指标。因为蛋白质产生的辐解产物在数量上是非常小的，可以完全证明辐照没有明显减少蛋白质的营养价值。大量的辐照实验也表明，其氨基酸的种类、含量均无明显的变化，一些氨基酸的含量还有所增加，但辐照后蛋白质的结构和功能都发生了变化，由此也引起了生物体(或生物组织)代谢的延缓或加强，或丧失代谢机能等现象的发生。经7kGy辐照剂量辐照的腊牛肉，其蛋白质的损失仅为0.2％，影响较小。3.2辐照对糖类的影响对于糖类化合物，固态和在溶液的糖辐照后都会发生变化。糖类在大剂量辐照过程中发生的变化主要是降解作用和辐解产物的形成。固态的糖辐照后，其辐解产物取决于晶体结构和水分含量，与辐照过程中的气体条件无关。糖晶体对辐照极其敏感，一旦辐照的局部能量传递到晶格，糖晶体就会辐解，晶体对光的散射和透射率降低，其辐解产物与传递的能量有直接关系。辐照糖类可产生以下变化：融点降低和旋光性改变。吸收谱在260-280nm范围内，吸收强度也随时间减少。辐解产物有：H2、CO、CO2、H2O、CH4、甲醛、乙醛、丙酮、丙醛等。辐照固态的糖会产生具有氧化性的化合物，这也能说明在氧饱和的水中溶解辐照糖块其pH会降低。在辐照糖的水溶液中，水自身辐解产物的间接作用代替了对糖类的直接作用，尤其是最容易起反应的自由基如羟基自由基。与固态糖类的辐解产物相类似，其旋光性和折射率都会降低。辐照单糖水溶液会产生H2、CO、CO2、甲醛、丙醛、乙二醛、醛糖糖酸、糖醛酸、糖聚合体、脱氧化合物。如果有些辐解产物的浓度较高，表现出一定的致癌性风险。在有氧的情况下，羧酸的含量会增加。辐照低聚糖和多糖，除了上面提及到反应外，还发生糖苷键的断裂。多糖如淀粉被辐照后，黏度会降低；辐照剂量再高淀粉连凝胶都不能形成，淀粉颗粒变得很脆易碎，增加了淀粉酶的反应。如果辐照富含糖类的食物，有可能会形成少量的对人身体有潜在危害的物质(诸如甲醛、丙醛、脱氧糖类)，然而由于受辐照食物其它成分不断反应和相互保护的影响，这些物质的含量是非常低的。在辐照加工中，由于辐照剂量大多控制在10kGy以下，所以糖类的辐照降解5和辐解产物是极其微量的。3.3辐照对维生素的影响维生素对辐照很敏感，其损失量取决于辐照剂量、温度、氧气和食物类型。一般说来，低温缺氧条件下辐照可减少维生索的损失，低温密封状态下也能减少维生素的损失。不同种类的维生素受辐照的影响程度不一样，水溶性维生素对辐照的敏感性从大到小排列如下：VitBVitCVitB6VitB2叶酸VitB12尼可酸；脂溶性维生素对辐照的敏感性从大到小排列如下：VitE胡萝卜素VitAVitKVitD。水溶性维生素对辐照的敏感性主要取决于它们是处在水溶液中还是处在食品中，或者它们是否受食品中其它化学物质所保护，其中包括维生素彼此的保护作用。据有关文献报道，在VitB溶液辐照0.50kGy后，大约损失50％，而全蛋粉辐照同样剂量后，VitB只损失了5％。辐照时维生素之间的协同保护作用也非常明显。VitC和烟酸分别接受大剂量辐照时，VitC破坏达90％，而烟酸相当稳定。然而当两者在一起时，VitC的损失不超过30％，而烟酸破坏增大。3.4辐照对脂肪的影响脂肪是食物成分