食品工艺学第七章食品辐射保.pptx

食品工艺学第七章食品辐射保n电离辐射与非电离辐射电离辐射与非电离辐射n食品辐照定义（食品辐照定义（GB/T18524-2001)GB/T18524-2001)利用电离辐射在食品中产生的辐射化学与辐射生物学效应而达到抑利用电离辐射在食品中产生的辐射化学与辐射生物学效应而达到抑制发芽、延迟或促进成熟、杀虫、杀菌、防腐或灭菌等目的的辐照制发芽、延迟或促进成熟、杀虫、杀菌、防腐或灭菌等目的的辐照过程。过程。n辐射保藏的优点辐射保藏的优点n常温下进行常温下进行n节能节能n无残留无残留n穿透性强穿透性强n易控制等独特优势。易控制等独特优势。目前辐射加工技术已向很多行业渗透。目前辐射加工技术已向很多行业渗透。n缺点：投资大、泄漏安全性问题、消费者接受性缺点：投资大、泄漏安全性问题、消费者接受性第一节第一节 概述概述二、国内外辐照保藏进展（自学）二、国内外辐照保藏进展（自学）n我国批准在部分食品中使用，需严格按生产规范使用。我国批准在部分食品中使用，需严格按生产规范使用。n我国辐照食品产量占世界我国辐照食品产量占世界1/3左右，左右，2010已达约已达约20万吨。万吨。表7-1 中国批准允许辐照的食品类别及剂量类 别品 种目 的吸收剂量（kGy）产品卫生标准豆类绿豆、红豆等杀虫0.2GB14891.8谷类及其制品大米、面粉、玉米渣、小米等杀虫0.40.6干果果脯空心莲、桂园、核桃、山楂、大枣、小枣等控制生虫，减少损失，延长储藏0.4-1.0GB14891.3熟畜禽肉熟猪肉、熟牛肉、熟羊肉、熟兔肉、盐水鸭、烤鸭、烧鸡、扒鸡等延长保质期8.0GB14891.1冷冻分割禽肉类猪、牛、羊、鸡鸭等杀沙门氏菌2.5GB14891.7香辛料五香粉、八角、花椒等杀菌、防霉、提高卫生质量10GB14891.4花粉玉米、荞麦、高粱、芝麻、油莱等花粉或混合保鲜、防霉、延长贮存期8GB14891.2薯干酒类以薯干或新鲜薯为原料改进薯干酒的品质、提高其质量4GB14891.9猪肉旋毛虫猪肉灭活旋毛虫0.65GB14891.6新鲜水果蔬菜土豆、洋葱、大蒜、生姜、番茄、荔枝、苹果抑止发芽、贮藏保鲜或推迟后熟延长货架期1.5（具体视目的品种而异）GB14891.5方便面固体汤料方便面固体汤料杀菌，防霉，延长保质期8具体辐照生产规范参照具体辐照生产规范参照GB/T18525.X;GB/T18526.X;GB/T18527.XGB/T18525.X;GB/T18526.X;GB/T18527.X第二节第二节 辐照的基本概念辐照的基本概念1.1.放射性同位素（了解、自学）放射性同位素（了解、自学）n当原子序数在当原子序数在8484以上，原子核是不稳定的，能以一定的速率放出射线，由这种元素称为放射性同位以上，原子核是不稳定的，能以一定的速率放出射线，由这种元素称为放射性同位素。素。n自然界中有天然的不稳定同位素，但还有一些不稳定同位素是使用原子反应堆及粒子加速器等人工自然界中有天然的不稳定同位素，但还有一些不稳定同位素是使用原子反应堆及粒子加速器等人工制造的。制造的。n-射线：当同位素中，射线：当同位素中，n n：p+1.5:1,p+1.5:1,从原子核中放射出带从原子核中放射出带2p+2p+和和2n2n的带正电高速粒子流（氦核）的带正电高速粒子流（氦核）称称为为-射线。射线。n-射线：当核内中子数和质子数不等时，若某一中子释放出能量转变成质子（射线：当核内中子数和质子数不等时，若某一中子释放出能量转变成质子（np+)npnp+)np+-(带负带负电的高速电子电的高速电子)；若核内；若核内p p+nn时时(这种情况一般指在加速器中这种情况一般指在加速器中)，p p+1.02Mevn+1.02Mevn+（带正电荷的高速（带正电荷的高速电子）电子）nX-X-射线射线 若核内质子在外层电子云中，从若核内质子在外层电子云中，从K K层捕获电子，转变成中子，层捕获电子，转变成中子，p p+e+e-n n K K捕获后剩下一空穴，则外层高能电子会补充进去，释放出能量捕获后剩下一空穴，则外层高能电子会补充进去，释放出能量X-X-射线。射线。所以，所以，X-X-射线指原子核外电子所放出的能量。射线指原子核外电子所放出的能量。n-射线射线 当原子核在发射了当原子核在发射了-和和-射线或射线或k-k-捕获后，核的能级处于激发态（高能态），当这种激发态捕获后，核的能级处于激发态（高能态），当这种激发态回到基态时，原子就发出光子流回到基态时，原子就发出光子流-射线射线 （即不带电荷的粒子流）。（即不带电荷的粒子流）。以上这些射线都具有不同的电离作用和穿透能力。以上这些射线都具有不同的电离作用和穿透能力。n-射线：相对质量较大，电离能力大，穿透能力小射线：相对质量较大，电离能力大，穿透能力小n-射线：电离能力比射线：电离能力比-射线小，穿透能力比射线小，穿透能力比-射线大。射线大。n-射线：电离能力比射线：电离能力比-、-射线小，但穿透能力比它们大。射线小，但穿透能力比它们大。nX-X-射线：电离能力小，穿透能力很强。射线：电离能力小，穿透能力很强。二、辐照量单位与剂量测量二、辐照量单位与剂量测量（一）放射性强度：（一）放射性强度：n定量放射性强弱的物理量。定量放射性强弱的物理量。n单位：居里（单位：居里（Ci)Ci)、贝克（、贝克（Bq)Bq)和克镭当量和克镭当量（二）照射量：（二）照射量：n度量度量X-X-或或-射线在空气中电离能力的物理量。射线在空气中电离能力的物理量。n单位：伦琴（单位：伦琴（R),R),库仑库仑/千克（千克（C/kg)C/kg)（三）吸收剂量（重点）（三）吸收剂量（重点）n在辐射源的辐射场内单位质量被辐照物质所吸收的射线的能量称为吸收在辐射源的辐射场内单位质量被辐照物质所吸收的射线的能量称为吸收剂量。剂量。n单位拉德（单位拉德（rad)rad)，现为戈瑞（，现为戈瑞（Gy)Gy):1Gy=100rad=1J/kg :1Gy=100rad=1J/kg n吸收剂量测量吸收剂量测量剂量测量体系：量热计、液体或固体化学剂量计及剂量测量体系：量热计、液体或固体化学剂量计及目视剂量标签目视剂量标签国家基准国家基准国家传递标准计量测量体系国家传递标准计量测量体系常规剂量剂常规剂量剂三、辐射源与食品辐照装置三、辐射源与食品辐照装置（一）辐照源（重点掌握）（一）辐照源（重点掌握）（一）辐照源（重点掌握）（一）辐照源（重点掌握）按食品辐照加工通用标准（按食品辐照加工通用标准（按食品辐照加工通用标准（按食品辐照加工通用标准（CDDEX STAN106-1983),CDDEX STAN106-1983),CDDEX STAN106-1983),CDDEX STAN106-1983),可以用于可以用于可以用于可以用于离子辐照源的有：来自离子辐照源的有：来自离子辐照源的有：来自离子辐照源的有：来自60606060CoCoCoCo或或或或137137137137CsCsCsCs的的的的-射线，射线，射线，射线，X-X-X-X-射线射线射线射线（能级（能级（能级（能级5Mev),5Mev),5Mev),5Mev),加速电子（能级加速电子（能级加速电子（能级加速电子（能级10Mev)10Mev)10Mev)10Mev)。放射性同位素：放射性同位素：放射性同位素：放射性同位素：60606060Co,Co,Co,Co,137137137137CsCsCsCs：-射线射线射线射线电子加速器电子加速器电子加速器电子加速器:X-:X-:X-:X-射线、电子束射线、电子束射线、电子束射线、电子束（二）防护设备：铅、铁混凝土和水（二）防护设备：铅、铁混凝土和水（二）防护设备：铅、铁混凝土和水（二）防护设备：铅、铁混凝土和水（三）输送与安全系统（三）输送与安全系统（三）输送与安全系统（三）输送与安全系统大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点一、食品辐射的物理学效应（了解）一、食品辐射的物理学效应（了解）（一）原子能射线与物质的作用（一）原子能射线与物质的作用光电子光电子康普顿散射康普顿散射电子、正电子对电子、正电子对感生放射性感生放射性(诱感放射性）诱感放射性）（二）电子射线的作用（二）电子射线的作用散射散射电离电离轫致辐射轫致辐射降低能量后被原子捕获降低能量后被原子捕获,使原子使原子(或原子所在分子或原子所在分子)变成负离子变成负离子;或者与阳离子相遇或者与阳离子相遇,发生阴阳离子湮灭发生阴阳离子湮灭,释放出两个光子。释放出两个光子。第三节第三节 食品辐照保藏原理食品辐照保藏原理辐照的化学效应是指被辐照物质中分子所发生的化学变化：辐照的化学效应是指被辐照物质中分子所发生的化学变化：辐照的化学效应是指被辐照物质中分子所发生的化学变化：辐照的化学效应是指被辐照物质中分子所发生的化学变化：n n初级辐射：是使物质形成离子、激发态分子或分子碎初级辐射：是使物质形成离子、激发态分子或分子碎初级辐射：是使物质形成离子、激发态分子或分子碎初级辐射：是使物质形成离子、激发态分子或分子碎片。片。片。片。n n次级辐射：是初级辐射的产物相互作用，生成与原始次级辐射：是初级辐射的产物相互作用，生成与原始次级辐射：是初级辐射的产物相互作用，生成与原始次级辐射：是初级辐射的产物相互作用，生成与原始物质不同的化合物。物质不同的化合物。物质不同的化合物。物质不同的化合物。n n初级辐射一般无特殊条件，而次级辐射与温度等其它条初级辐射一般无特殊条件，而次级辐射与温度等其它条初级辐射一般无特殊条件，而次级辐射与温度等其它条初级辐射一般无特殊条件，而次级辐射与温度等其它条件有关。件有关。件有关。件有关。n水：H，OH，间接作用n氨基酸与蛋白质n酶n糖类n脂类n维生素P286-287二、食品辐照的化学效应二、食品辐照的化学效应二、食品辐照的化学效应二、食品辐照的化学效应三、食品辐射的生物学效应三、食品辐射的生物学效应n生物学效应指辐射对生物体如微生物、酶、生物学效应指辐射对生物体如微生物、酶、昆虫、寄生虫、果蔬等的影响，这些影响是昆虫、寄生虫、果蔬等的影响，这些影响是由于生物体内的化学变化造成的。由于生物体内的化学变化造成的。（一）微生物（一）微生物（一）微生物（一）微生物1.1.辐射对微生物的作用（辐照杀灭微生物的原理）辐射对微生物的作用（辐照杀灭微生物的原理）直接效应：指微生物接受辐射后本身发生的反应，可使微生物死亡。直接效应：指微生物接受辐射后本身发生的反应，可使微生物死亡。A细胞内蛋白质、细胞内蛋白质、DNADNA受损，即受损，即DNADNA分子碱基发生分解或氢键断裂等，由分子碱基发生分解或氢键断裂等，由于于DNADNA分子本身受到损伤而致使细胞死亡分子本身受到损伤而致使细胞死亡直接击中学说直接击中学说A细胞内膜受损，膜由蛋白质和磷脂组成，这些分子的断裂造成细胞膜细胞内膜受损，膜由蛋白质和磷脂组成，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，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，从而使微生物死亡从而使微生物死亡间接效应：间接效应：A来自被激活的水分子或电离的游离基；来自被激活的水分子或电离的游离基；A当水分子被激活和电离后，成为游离基，起氧化还原作用，这些激活当水分子被激活和电离后，成为游离基，起氧化还原作用，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。受到影响。2.2.微生物对辐射的敏感性微生物对辐射的敏感性微生物对辐射的敏感性微生物对辐射的敏感性为了表示某种微生物对辐射的敏感性，就通常以每杀死为了表示某种微生物对辐射的敏感性，就通常以每杀死90%微生物所需微生物所需要的戈瑞数来表示，即残存微生物下降到原数的要的戈瑞数来表示，即残存微生物下降到原数的10%所需要的剂量，所需要的剂量，并用并用D10值表示：值表示：N Dlog =-N0 D10 其中：其中：N0 表示最初的微生物数表示最初的微生物数 N表示使用表示使用D剂量后残留的微生物数剂量后残留的微生物数 D表示初期剂量表示初期剂量 D10表示微生物残存数减到原数的表示微生物残存数减到原数的10%时的剂量时的剂量D10与敏感性的关系与敏感性的关系微生物对辐射的敏感性微生物对辐射的敏感性（P288,Table 7-5)P288,Table 7-5)n一般来说一般来说nG G-G G+n霉菌霉菌 酵母酵母 n繁殖体繁殖体 芽孢芽孢n通常使用高达通常使用高达30kGy30kGy的剂量才能抑制病毒，敏感的剂量才能抑制病毒，敏感性最差。性最差。（二）酶（二）酶n辐照对食品中酶的效应视体系而定。辐照对食品中酶的效应视体系而定。n总的来说，酶所处的环境条件越复杂，酶的辐总的来说，酶所处的环境条件越复杂，酶的辐照敏感性越低。照敏感性越低。n不同的酶效果不同。有的抑制、有的促进。不同的酶效果不同。有的抑制、有的促进。（三）虫类（三）虫类1 1、昆虫、昆虫n处于幼虫期的昆虫对辐射比较敏感，成虫细胞对射线的敏感性较小，高处于幼虫期的昆虫对辐射比较敏感，成虫细胞对射线的敏感性较小，高剂量才能使成虫致死，但是成虫的性腺细胞对辐射是敏感的。因此，低剂量才能使成虫致死，但是成虫的性腺细胞对辐射是敏感的。因此，低剂量可造成绝育或引起遗传上的紊乱。剂量可造成绝育或引起遗传上的紊乱。n辐射对昆虫总的损伤作用是：致死、辐射对昆虫总的损伤作用是：致死、“击倒击倒”（貌似死亡，随后恢复）、（貌似死亡，随后恢复）、寿命缩短、推迟换羽、不育、减少卵的孵化、延迟发育、减少进食量和寿命缩短、推迟换羽、不育、减少卵的孵化、延迟发育、减少进食量和抑制呼吸，这些作用都是在一定剂量水平下发生的，而在其它剂量下，抑制呼吸，这些作用都是在一定剂量水平下发生的，而在其它剂量下，甚至可能出现相反的效应。甚至可能出现相反的效应。2 2、寄生虫、寄生虫辐射可使寄生虫不育或死亡辐射可使寄生虫不育或死亡猪肉内旋毛虫猪肉内旋毛虫不育剂量，不育剂量，0.12kGy0.12kGy，死亡，死亡7.5kGy7.5kGy牛肉绦虫牛肉绦虫致死致死3.0-5.0kGy3.0-5.0kGy辐照的目的与大致的剂量范围需掌握辐照的目的与大致的剂量范围需掌握n成年前的昆虫经辐射可产生不育；成年前的昆虫经辐射可产生不育；n辐照过的卵可以发育成幼虫，但不能发育成蛹；辐照过的卵可以发育成幼虫，但不能发育成蛹；n照射的蛹可发展为成虫，但成虫不育；照射的蛹可发展为成虫，但成虫不育；n用用0.13-0.25kGy0.13-0.25kGy照射可使卵和幼虫有一定的发育能力，但能够阻照射可使卵和幼虫有一定的发育能力，但能够阻止它们发育到成虫阶段；止它们发育到成虫阶段；n用用0.4-1.0kGy0.4-1.0kGy剂量，能阻止所有卵和幼虫、蛹发育到下一阶段；剂量，能阻止所有卵和幼虫、蛹发育到下一阶段；n甲虫成虫不育需要甲虫成虫不育需要0.13-0.25kGy0.13-0.25kGy，而蛾需要，而蛾需要0.45-1.00kGy0.45-1.00kGy才行；才行；n蛹蛹0.25-0.45kGy0.25-0.45kGy剂量才能达到不育。剂量才能达到不育。（四）果蔬（四）果蔬n水果：水果：n对于有呼吸变换期的水果，在其呼吸率达最小值时是辐射处理的对于有呼吸变换期的水果，在其呼吸率达最小值时是辐射处理的关键时刻，在此时辐射能抑制其后熟期，主要是能改变体内乙烯关键时刻，在此时辐射能抑制其后熟期，主要是能改变体内乙烯的生产率从而影响其生理活动。的生产率从而影响其生理活动。n能使化学成分发生变化，如维生素能使化学成分发生变化，如维生素C C的破坏、原果胶变成果胶及的破坏、原果胶变成果胶及果胶酸盐、纤维素及淀粉的降解、某些酸的破坏及色素的变化等。果胶酸盐、纤维素及淀粉的降解、某些酸的破坏及色素的变化等。蔬菜蔬菜辐射可影响新鲜蔬菜的代谢反应，其效果育剂量有关。如可改辐射可影响新鲜蔬菜的代谢反应，其效果育剂量有关。如可改变蔬菜的呼吸率，防止老化，改变化学成分。变蔬菜的呼吸率，防止老化，改变化学成分。根菜类如土豆、洋葱等辐射后可抑制发芽，在光照下皮层也不根菜类如土豆、洋葱等辐射后可抑制发芽，在光照下皮层也不发绿，但剂量过高，会腐烂。发绿，但剂量过高，会腐烂。对蘑菇可防止开伞延迟后熟。对蘑菇可防止开伞延迟后熟。第四节第四节 辐射对食品质量的影响辐射对食品质量的影响n氨基酸与蛋白质氨基酸与蛋白质n糖类糖类n脂类脂类n维生素维生素 VA、VE敏感，敏感，VD稳定；稳定；VB1、VC敏感敏感P290-294(自学)第五节第五节 辐射在食品保藏中的应用辐射在食品保藏中的应用一、辐照的应用类型一、辐照的应用类型n辐射阿氏灭菌辐射阿氏灭菌:10-50kGy:10-50kGyn辐射巴氏灭菌辐射巴氏灭菌:1-10kGy:1-10kGyn辐射耐贮杀菌辐射耐贮杀菌:1kGy1kGy二、食品辐照保藏二、食品辐照保藏1.果蔬类果蔬类2.粮食类粮食类3.畜禽肉及水产类畜禽肉及水产类4.香辛料及调味品香辛料及调味品5.蛋类蛋类黄泥螺黄泥螺红枣、杏干红枣、杏干三、食品辐照加工三、食品辐照加工n辐照改善产品质构辐照改善产品质构n辐照催陈（陈化）辐照催陈（陈化）n辐照降解多糖生产低聚合度糖等（如壳聚糖降解）辐照降解多糖生产低聚合度糖等（如壳聚糖降解）四、四、辐照的其他应用辐照的其他应用检疫处理检疫处理五、影响食品辐照效果的因素五、影响食品辐照效果的因素n辐照剂量辐照剂量n食品接受辐照时的状态食品接受辐照时的状态n辐照过程环境条件（热、辐照过程环境条件（热、O2)n与其他方法的协同作用与其他方法的协同作用六、辐照食品的包装（六、辐照食品的包装（GB/T-18524)GB/T-18524)n玻璃纸、人造纤维、聚乙烯膜、聚氯乙烯膜、玻璃纸、人造纤维、聚乙烯膜、聚氯乙烯膜、尼龙、玻璃及金属容器。尼龙、玻璃及金属容器。n充填空气外的气体或真空可增加效果。充填空气外的气体或真空可增加效果。某些食品的辐照并不能消除某些食品的辐照并不能消除全部的微生物及其毒性；全部的微生物及其毒性；黄曲霉毒素及葡萄球菌毒素黄曲霉毒素及葡萄球菌毒素均不能通过辐照失活。均不能通过辐照失活。第六节第六节 食品辐照的安全与法规食品辐照的安全与法规一、辐照食品的安全性（重要）一、辐照食品的安全性（重要）有关感生（诱惑）放射性有关感生（诱惑）放射性n 一种元素若在电离辐射的照射下，辐射能量将传递一种元素若在电离辐射的照射下，辐射能量将传递给元素中的一些原子核，在一定条件下会造成激发反给元素中的一些原子核，在一定条件下会造成激发反应，引起这些原子核的不稳定，由此而发射出中子并应，引起这些原子核的不稳定，由此而发射出中子并产生产生-辐射，这种电离辐射使物质产生放射性（是辐射，这种电离辐射使物质产生放射性（是由电离辐射诱发出来的）由电离辐射诱发出来的）感生（诱惑）放射性。感生（诱惑）放射性。n 诱惑放射性的可能性取决于被辐射物质的性质以及诱惑放射性的可能性取决于被辐射物质的性质以及所使用的射线能量，若射线能量很高，超过某元素的所使用的射线能量，若射线能量很高，超过某元素的核反应能阈，则该元素会产生放射性。核反应能阈，则该元素会产生放射性。n食品中的基本元素，碳、氢、氧、氮等大部分元素核反应能阈都在食品中的基本元素，碳、氢、氧、氮等大部分元素核反应能阈都在10Mev10Mev以上（以上（P300P300），目前在食品中允许使用的辐射源只有），目前在食品中允许使用的辐射源只有6060CoCo，（，（1=1.171=1.17MevMev，2=1.33Mev2=1.33Mev）能量）能量10Mev,10Mev,故不会产生诱惑放射性；故不会产生诱惑放射性；n轻元素中轻元素中,放射性同位素的半衰期极短放射性同位素的半衰期极短(几秒几秒-几十分钟几十分钟),),还不等到达消费还不等到达消费者手中者手中,放射性就消失了。放射性就消失了。n19801980年年FAO/IAEA/WHOFAO/IAEA/WHO辐照食品安全联合专家委员会结论：辐照食品总平均辐照食品安全联合专家委员会结论：辐照食品总平均剂量剂量10kGy10kGy以下不需要做毒理学实验，无特殊营养和微生物学问题；以下不需要做毒理学实验，无特殊营养和微生物学问题；n10kGy10kGy以下安全，超过以下安全，超过10kGy10kGy并非不可用并非不可用n19971997年年FAO/IAEA/WHOFAO/IAEA/WHO：在正常辐照剂量下，按照：在正常辐照剂量下，按照GMPGMP进行辐照的食品是安进行辐照的食品是安全的。全的。二、辐照食品的管理法规二、辐照食品的管理法规辐照食品通用标准（辐照食品通用标准（CODEXSTAN106-1983)CODEXSTAN106-1983)食品辐照加工国际标准食品辐照加工国际标准辐照食品卫生管理办法辐照食品卫生管理办法、辐照食品人体辐照食品人体试食试验暂行规程试食试验暂行规程GB14891.XGB14891.X系列国标，各种辐照食品卫生标准。系列国标，各种辐照食品卫生标准。GB/T18524GB/T18524食品辐照通用技术要求食品辐照通用技术要求GB/T18525GB/T18525、GB/T18526GB/T18526、GB/T18527GB/T18527系列国标系列国标各类食品辐照工艺。各类食品辐照工艺。SN/TSN/T系列进出口标准。系列进出口标准。