食品辐照加工技术

食品辐照加工技术教学目标了解辐照食品发展史及现状；掌握食品辐照时发生的各种变化；掌握食品辐照工艺；了解辐照食品安全性。第一节概述一、食品辐照技术的概念是利用辐射源产生的射线或加速器产生的高能电子束辐照食品及农产品，抑制发芽、推迟成熟、杀虫灭菌和改进品质的储藏保鲜和加工技术。属于和平利用的核技术。二、食品辐照技术的特点1、优点：①采用高能和穿透力强的射线，能够穿透食品的包装材料和食品深层，具有很强的杀灭害虫和微生物的效果，对包装无严格要求。②产生的热量极少，是一种“冷处理”的物理方法，可保持食品原有的色、香、味等特性及食用品质。在冷冻状态下也能进行。③能耗低。食品冷藏每吨耗能90kw/h,热处理消毒300kw/h，辐照灭菌6.3kw/h。④无污染、无残留，卫生安全、运行成本低。⑤放射线辐射均匀、瞬间即逝，而且对其辐照过程和剂量可以进行准确控制。第一节概述二、食品辐照技术的特点2、缺点：①经辐射处理后，食品所发生的化学变化从量上来讲虽然是微乎其微的，但敏感性强的食品和经高剂量照射的食品可能会发生不愉快的感官性质变化。因此不适用于所有的食品，要有选择性地应用。②能够致死微生物的剂量对人体来说是相当高的，所以必须非常谨慎，对辐照装置的运行和辐射防护有严格的要求。③初期建设投入较高第一节概述二、食品辐照技术的发展1、开创阶段（1895年～1949年）1895年，伦琴发现X-射线。1896年，法国贝可勒尔（H.Becguerel）发现铀的放射性。1898年，发现X-射线对病原菌的致死作用。1899年，证实X-射线对寄生虫有致死作用。20世纪50年代以前，主要用于军事目的，加上人力、财力不足及缺乏大功率的X-射线机和大的辐射源，研究处于初级阶段，不够深入。第一节概述二、食品辐照技术的发展2、研究和开发阶段（1950年～1969年）1953年，美国总统艾森豪威尔向联合国提出和平利用原子能计划。1955年，在日内瓦召开了第一届世界和平利用原子能大会。1957年，成立了国际原子能机构（IAEA）。这阶段，公众对食品辐照持积极态度，主要开展了辐照杀虫、杀菌、抑制发芽、延长食品货架期的条件（辐照剂量、产品成熟度、包装材料、温度、气体等）的研究。第一节概述二、食品辐照技术的发展3、辐照食品卫生安全性和技术可行性研究阶段（1970年～1988年）20世纪70年代，国际上掀起了反核运动，存在公众偏见、媒体信息误导，食品卫生部门严格控制，食品加工、贸易部门持观望和消极态度。1976年，FAO/IAEA/WHO辐照食品联合专家委员会（JECFI）首次阐明食品辐照同热加工和冷藏一样，是一种物理过程，辐照食品卫生安全性评价应与食品添加剂与食品污染区别开来。同年，有25种辐射处理的食品在18个国家得到无条件批准或暂定批准，允许作为商品供一般食用。第一节概述二、食品辐照技术的发展3、辐照食品卫生安全性和技术可行性研究阶段（1970年～1988年）1980年10月27日举行的第四届专门委员会会议作出的结论是：“用10kGy以下的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试验。”此结论推动了世界各国对辐照食品研究的热潮。第一节概述二、食品辐照技术的发展4、食品辐照法规的协调和商业化阶段（1988年～）2003年，国际食品法典委员会（CAC）在罗马召开第26届大会，通过了修订后的《辐照食品国际通用标准》，《食品辐照加工工艺国际推荐准则》。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、功能性和感官品质发生负面作用，不影响消费者健康安全的情况下，食品辐照剂量可高于10kGy。第一节概述我国第一所核应用技术研究所于1962年在成都建成，开始了食品辐射研究工作。有许多利用小型60Co或电子辐射源进行食品辐照研究的研究所遍及全国，据统计有200多个单位从事过或正在进行着食品辐射的研究和生产工作。1984年11月，经国家卫生部的批准有7项辐照食品（马铃薯、洋葱、大蒜、花生、谷物、蘑菇、香肠）允许食用消费；之后，又有蔬菜、水果、粮食、酒类等20多种食品通过了不同级别的技术鉴定。5、我国食品辐照技术研究概况二、食品辐照技术的发展第一节概述我国在辐照食品卫生安全性方面的研究工作在世界上处于领先地位。我国对37种辐照食品在理化分析、毒理学试验及动物试验的基础上进行的人体试食试验，得出的结论结束了由印度学者引起的世界上长达10多年的多倍体之争。5、我国食品辐照技术研究概况二、食品辐照技术的发展我国辐照食品研究工作有商业化、实用化的广阔前景的主要有：①进出口水果及农畜产品的辐照检疫处理。②低质酒类辐照改性。③干果、脱水蔬菜和肉类辐照杀虫杀菌。④调味品的辐照灭菌。⑤辐照处理和其他保藏处理方法综合应用的研究。第一节概述第一节概述第二节辐射的概念和装置辐射是一种能量传输过程，根据辐射对物质产生的不同效应，可分为电离辐射和非电离辐射。一、基本概念•非电离辐射（低频辐射线）：•波长较长、能量小（频率低），仅能使物质分子产生转动或振动而产生热，也可起到加热杀菌作用。•电离辐射（高频辐射线）：•频率较高、能量大，如x-，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=C/λ低频辐射区γ1015Hz高频辐射线γ1018Hzγ频率λ波长λγ=CE能量无线电波微波红外可见紫外X射线和γ射线105Hz10101015101810203km3cm3μm3nm0.3nm4×10-10ev4×10-54×10-344×1024k4M不同的电磁波产生的机理和产生方式不同。无线电波是可以人工制造的，是振荡电路中自由电子的周期性的运动产生的。红外线、可见光、紫外线；x射线、γ射线分别是原子的振动、原子的外层电子、内层电子和原子核受激发后跃迁产生的。第二节辐射的概念和装置前述的γ-射线属于电磁波谱中的一部分，属于电磁辐射。γ-射线可以由放射性同位素衰变时产生。此外，同位素衰变时还可产生另外一种粒子辐射。粒子辐射，主要包括α射线和β射线。α-射线（也称α-粒子）：是快速运动的氦核，含有两个质子和两个中子，带正电。其穿透物质的能力很小，但电离能力很强。β-射线（包括β＋、β-）：是带正电荷与负电荷的高速电子，穿透物质的能力比α-射线强，但电离能力不如α-射线。γ-射线其本质与可见光相同，只是波长极短，穿透力最强。第二节辐射的概念和装置二、辐射的剂量是指物质被辐射时吸收的辐射能量。在国际单位制中以戈瑞(Gray，简称Gy)表示。辐射时使1Kg的物质吸收1J能量的剂量为1Gy。第二节辐射的概念和装置物质吸收辐射产生的变化类型与辐射剂量大小有关。辐射的剂量与下列因素有关：①辐射源单位时间的能量输出（功率）②物质接受辐射的总时间③辐射源与吸收物质间的空间排列（包括距离）④材料的吸收特性二、辐射的剂量食品辐照过程物质吸收剂量的测量：是将剂量计暴露于辐射线之下而测得的，然后从剂量计所吸收的剂量来计算被食品所吸收的剂量。常用的剂量测量体系有量热计、液体或固体化学剂量计及目视剂量标签。第二节辐射的概念和装置三、食品辐射的装置食品的辐照装置包括辐射源、输送系统和自动控制系统与安全防护系统。第二节辐射的概念和装置（一）辐射源辐射源是食品辐照处理的核心部分，用于食品辐照加工的辐射源有人工放射性同位素和电子加速器。1.放射性同位素辐射源食品辐照处理上用得最多的是60Coγ射线源，也有采用137CSγ射线辐射源。2.电子加速器电子加速器（简称加速器）是用电磁场使电子获得较高能量，将电能转变成射线（高能电子射线，X射线）的装置。用于食品辐照处理的加速器主要有静电加速器（范德格拉夫电子加速器），高频高压加速器（地那米加速器）、绝缘磁芯变压器、微波电子直线加速器、高压倍加器、脉冲电子加速器等。电子加速器可以作为电子射线和X射线的两用辐射源。三、食品辐射的装置第二节辐射的概念和装置（二）安全防护装置电离辐射作用于人体可造成各种组织和器官的损伤。可分为两种途径：三、食品辐射的装置第二节辐射的概念和装置一种是外照射，即辐射源在人体外部照射；一种是内照射，放射性物质通过呼吸道、食道、皮肤或伤口侵入人体，射线在人体内照射。食品辐照对人体的危害主要是外辐射造成的。其防护措施主要有：时间防护、距离防护和屏蔽防护。屏蔽γ射线一般选用密度大的材料。铅的相对密度大，屏蔽性能好，铅容器可以用来储存辐射源。在加工较大的容器和设备中常需用钢材作结构骨架。铁用于制作防护门、铁钩和盖板等。辐射源一般存放于深水井中，即用水屏蔽。其优点是具有可见性和可入性，但要求有足够的水层厚度（二）安全防护装置三、食品辐射的装置第二节辐射的概念和装置混凝土墙既是建筑结构又是屏蔽物。各种屏蔽材料的厚度必须大于射线所能穿透的厚度，屏蔽材料在施工过程要防止产生空洞及缝隙过大等问题，防止了射线泄漏。屏蔽材料一般并不能将射线全部吸收，要求其对环境强度降到安全剂量以下即可。辐照室必须设置屏蔽门或迷道，使射线在迷道内发生至少3次以上的散射。（二）安全防护装置三、辐射源与辐射安全防护第二节辐射的概念和装置第三节食品的辐照效应前述，用于食品的辐射都属于电离辐射。当物质吸收的辐射能达到某一临界值时，核外电子便离开原子带负电荷，留下的原子带正电荷形成离子。辐射作用于分子时，也可使其化学键发生断裂时，形成游离基。（游离基为分子的一部分、原子团或具有不成对电子的单个原子）。当能量不够大时，电离仅涉及原子的外层电子；但当能量足够高时，可使内层电子甚至原子核受到作用，引起原子核发生变化，导致生成另一种原子。在某些情况下，新形成的原子具有放射性，称“感生放射”。在食品辐照中不希望也不允许使食品产生感生放射。一、辐照对食品中成分的影响第三节食品的辐照效应1、水分食品中的水分对辐射很敏感，水接受辐射后最终形成氢和过氧化氢等，形成的机制很复杂。但中间可形成离子、水合电子（eaq）、羟自由基（OH·）等。当水分接受了射线的能量后，首先被激活，然后上述产物可与食品中的其它成分（糖类、蛋白质、维生素等）发生反应，在此称“间接效应”或“间接作用”。而射线直接作用于水分本身和其它食品成分产生的效应称“直接效应”。例如食品色泽或组织的变化可能是由于γ-射线与特殊的色素或蛋白质分子直接撞击而引起的。一、辐照对食品中成分的影响其反应的可能途径如下：第三节食品的辐照效应1、水分一、辐照对食品中成分的影响对于高水分食品，如新鲜水果、蔬菜、肉等的组分，辐射导致的大多数化学变化都是水分受辐照后产生的离子和自由基产生的间接效应。对于干燥食品、配料的组分，主要化学变化是电离引起的直接效应。在冻结状态下：即使在冻结水中也会产生游离基（程度可能较轻），但是，冻结状态能阻止游离基的扩散和移动，降低了游离基与食品组分的接触几率，可显著地约束间接作用对食品成分的影响。所以，食品的自由水是影响其辐照后果的重要因素。第三节食品的辐照效应2、氨基酸一、辐照对食品中成分的影响电离辐射对结晶氨基酸只有直接作用，但对氨基酸溶液则兼有直接和间接效应。1）电离辐射对α-氨基酸的变化主要有：脱氨基和脱羧基作用，产生NH3、CO2、胺、醛等含S氨基酸被氧化产生H2S、单质S或其它气态硫化物含环氨基酸使环断裂2）食物中的氨基酸稳定性大于水溶液中的氨基酸，很大剂量才能使之破坏，在一般食品辐照剂量范围内，对其影响很小。第三节食品的辐照效应3、蛋白质和酶一、辐照对食品中成分的影响1）溶液中蛋白质可出现如下变化：二硫键、氢键、盐键、醚键等断裂，使其二、三级结构变化，导致变性一级结构改变，脱羧、脱氨、氧化（包括-SH氧化）分子间或分子内交联：-SH氧化形成二硫键，酪氨酸、苯丙氨酸的苯环耦合，导致蛋白质发生凝聚作用，甚至出现不溶的聚集体2）食品中的蛋白质一般应用的剂量范围对其影响很小，不同蛋白质几乎一样高剂量会使食品产生色香味的变化