食品技术原理之第7章.ppt

食品加工与保藏原理食品加工与保藏原理第七章第七章 食品的辐射保藏食品的辐射保藏 食品辐射食品辐射(照照)的意义及特点的意义及特点食品辐射的基本原理食品辐射的基本原理食品的辐照效应食品的辐照效应食品的辐射及其影响因素食品的辐射及其影响因素食品辐照的卫生与安全食品辐照的卫生与安全第一节第一节 食品辐射食品辐射(照照)的意义及特点的意义及特点 食品的辐射保藏是是利用射线照食品的辐射保藏是是利用射线照射食品，灭菌、杀虫，抑制鲜活射食品，灭菌、杀虫，抑制鲜活食品的生命活动，从而达到防霉、食品的生命活动，从而达到防霉、防腐、延长食品货架期目的的一防腐、延长食品货架期目的的一种食品保藏方法。种食品保藏方法。与微波的区别：与微波的区别：辐射是利用原子核衰变产生的电磁波来辐射是利用原子核衰变产生的电磁波来处理食品，而微波则是将电能转化为电处理食品，而微波则是将电能转化为电磁波来处理食品。磁波来处理食品。一、原子辐射研究的历史发展一、原子辐射研究的历史发展1896年年，亨亨利利贝贝克克莱莱在在研研究究各各种种物物质质的的磷磷光光现象时，发现了放射性。现象时，发现了放射性。1896年年，Roentgen发发现现了了X射射线线，并并对对这这种种射线的特性做了完整而准确的计算。射线的特性做了完整而准确的计算。1898年年斯斯密密特特和和居居里里夫夫妇妇独独立立地地观观察察到到钍钍化化合合物物发发射射类类似似的的射射线线。同同时时居居里里夫夫妇妇从从铀铀盐盐中中分分离离出出了了一一个个新新元元素素，取取名名镭镭(由由拉拉丁丁词词radius而来，意为射线而来，意为射线)。1921年年Schraty获得获得X射线杀菌专利。射线杀菌专利。美美国国最最早早于于本本世世纪纪四四十十年年代代开开始始进进行行辐辐射射(照照)保保藏藏食食品品的的研研究究，当当时时主主要要是是用用于于军军事事上上。1943年年发发表表了了对对汉汉堡堡包包进进行行辐辐照照杀杀菌菌的的论论文文后后，美美国国由由此此解解决决了了海海军军食食品品保保存问题。尔后研究遍及美国存问题。尔后研究遍及美国90多所大学及科研单位。多所大学及科研单位。五五十十年年代代初初前前苏苏联联、欧欧洲洲和和日日本本也也相相继继进进行行了了广广泛泛的的研研究。究。我我国国食食品品辐辐射射(照照)的的研研究究则则最最早早于于1958年年开开始始，70年年代代中中在在四四川川、河河南南、天天津津、北北京京、上上海海、东东北北地地区区、湖湖南南、广东等地相继开展了食品辐照的研究。广东等地相继开展了食品辐照的研究。在在国国际际原原子子能能机机构构(IAEA)、联联合合国国粮粮农农组组织织(FAO)和和世世界界卫卫生生组组织织(WHO)的的倡倡议议下下，1970年年在在巴巴黎黎成成立立了了“食食品品辐辐射射(照照)国国际际计计划划”(IFIP)，先先后后共共有有24个个国国家家参参加该计划，分工协作进行研究。加该计划，分工协作进行研究。1976年三大组织评定：马铃薯、鸡肉、小麦、木瓜、草莓年三大组织评定：马铃薯、鸡肉、小麦、木瓜、草莓中国中国1984年批准年批准7种，一直到种，一直到97年，基本覆盖了大多数食品年，基本覆盖了大多数食品1.“冷杀菌冷杀菌”；2.具有良好的保鲜效果；具有良好的保鲜效果；3.辐照处理食品能耗低；辐照处理食品能耗低；4.对环境的污染小。对环境的污染小。5.投资大设备特殊。投资大设备特殊。6.改善工艺质量改善工艺质量二、食品辐射的特点二、食品辐射的特点 IAEA报道：保藏方法耗能（MJ.t-1）冷藏食品324巴氏消毒828热杀菌1080辐射灭菌22.68辐照巴氏杀菌2.74冷藏马铃薯1080辐照马铃薯67.6第二节第二节食品辐射的基本原理食品辐射的基本原理 一、核辐射与半衰期一、核辐射与半衰期 1、核辐射、核辐射 a a 射线：射线：2质子质子2中子中子 b b 射线：电子射线：电子 g g 射线：类似可见光射线：类似可见光中子：质子1.5：1发射射线中子过剩质子过剩质子捕获电子人工产生放射性元素：58Fe（n，）59Fe26 16S（n，p）15P32 2、半衰期、半衰期不同的放射性同位素，其半衰期是不同不同的放射性同位素，其半衰期是不同的。的。例如：例如：t1/2(238U)=4.5109年年t1/2(212Po)=3.010-7s用作食品辐射加工的辐射源用作食品辐射加工的辐射源60Co的半衰期的半衰期为为5.27年，年，137Cs为为30年。年。二、食品辐射的基本原理二、食品辐射的基本原理 食品辐照时，射线把能量或电荷传递给食品以食品辐照时，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，符合储藏的是进一步延缓了它们后熟的进程，符合储藏的需要。需要。第三节第三节食品的辐照效应食品的辐照效应 一、食品辐射加工的计量单位一、食品辐射加工的计量单位 1.放射性强度的单位放射性强度的单位(量度放射性同位素的量度放射性同位素的)放射性强度是度量放射性强弱的物理量，放射性强度是度量放射性强弱的物理量，常用的单位有居里常用的单位有居里(Ci)、贝克、贝克(Bq)和克镭和克镭当量。当量。2.照射量及其单位照射量及其单位(量度放射性同位素放射出的射线的量度放射性同位素放射出的射线的)照射量照射量(Exposure)是用来量度是用来量度X射线或射线或g射线在空气中电离能力的物理量，其单射线在空气中电离能力的物理量，其单位为伦琴位为伦琴(R)。国际标准单位。国际标准单位C/kg 3.吸收剂量、剂量率及其单位吸收剂量、剂量率及其单位(量度被辐射物体吸收量的量度被辐射物体吸收量的,相对可以信赖的相对可以信赖的)被照射物质所吸收的射线的能量称为吸收量，被照射物质所吸收的射线的能量称为吸收量，其单位为拉德其单位为拉德(rad)或戈瑞或戈瑞(Gy)。1Gy1J/kg 4.剂量当量、剂量当量率及其单位剂量当量、剂量当量率及其单位剂量当量就是用来量度不同类型的辐射剂量当量就是用来量度不同类型的辐射所引起的不同的生物学效应，其单位为所引起的不同的生物学效应，其单位为雷姆雷姆(rem)或希沃特或希沃特(Sv)。单位时间内的剂量当量称为剂量当量率，单位时间内的剂量当量称为剂量当量率，其单位用其单位用rems-1或或remh-1等表示。等表示。钴玻璃钴玻璃 二、食品辐射装置二、食品辐射装置 食品的辐射装置包括辐射源、防护设备、食品的辐射装置包括辐射源、防护设备、输送系统和自动控制与安全系统。输送系统和自动控制与安全系统。1.辐射源辐射源 辐射源是食品辐射加工的核心部分，它可以分辐射源是食品辐射加工的核心部分，它可以分为放射性同位素和电子加速器两大类。为放射性同位素和电子加速器两大类。(1)放射性同位素放射性同位素60Co辐射源、辐射源、137Cs辐射源辐射源(2)电子加速器电子加速器电子射线、电子射线、X射线射线核废料核废料99Mo、131Sr、137Cs 电子射线电子射线电子射线射程短，密度大，穿透力差，电子射线射程短，密度大，穿透力差，一般适用于食品表面的照射。如对易腐一般适用于食品表面的照射。如对易腐食品辐射时，选定适当的食品辐射时，选定适当的“加速能加速能”，就可使射线不穿透食品内部，只进行表就可使射线不穿透食品内部，只进行表面杀菌。面杀菌。X射线射线X射线具有高穿透能力，可以用于食品射线具有高穿透能力，可以用于食品辐射加工。但是由于电子加速器作辐射加工。但是由于电子加速器作X射线射线源效率低，而且能量中包含大量低能部源效率低，而且能量中包含大量低能部分，难以均匀照射大块样品，故没有得分，难以均匀照射大块样品，故没有得到广泛的应用。到广泛的应用。2.防护设备防护设备3.输送与安全系统输送与安全系统 三、食品辐射效应三、食品辐射效应(一一)食品辐射的物理效应食品辐射的物理效应1.g g射线和射线和X射线的作用射线的作用康普顿散射、康普顿散射、感生放射性感生放射性2.电子射线的作用电子射线的作用库仑散射、库仑散射、契连科夫效应库仑散射、库仑散射、契连科夫效应 电电子子射射线线经经散散射射、电电离离轫轫致致辐辐射射等等作作用用后后，消消耗耗了了大大部部分分能能量量，速速度度大大为为减减慢慢，有有的的被被所所经经过过的的原原子子所所俘俘获获，使使原原子子或或原原子子所所在在的的分分子子变变成成负负离离子子，有有的的与与阳阳离离子子相相碰碰发发生生阴阴、阳阳离离子子湮湮灭灭，放放出出两两个个光光子子，其其光光子子对对被被照照射射物物的的作作用与上述的光子一样。用与上述的光子一样。为了防止被照射物诱发产生放射性，电子射线为了防止被照射物诱发产生放射性，电子射线的能量不得超过的能量不得超过10MeV，大多数采用，大多数采用5MeV。(二二)食品辐射的化学效应食品辐射的化学效应辐射的化学效应是指被辐射物质中的分辐射的化学效应是指被辐射物质中的分子所发生的化学变化。食品的辐射处理，子所发生的化学变化。食品的辐射处理，发生化学变化的物质，除了食品本身及发生化学变化的物质，除了食品本身及包装材料之外，还有附着在食品表面及包装材料之外，还有附着在食品表面及内部的微生物、昆虫和寄生虫等生物体。内部的微生物、昆虫和寄生虫等生物体。直接作用和间接作用直接作用和间接作用约束间接作用的途径约束间接作用的途径冷冻状态辐照真空或惰性气体中添加游离基受体 辐射化学效应的强弱用辐射化学效应的强弱用G值值表示，所谓表示，所谓G值就值就是介质中每吸收是介质中每吸收100eV能量时发生变化的分子能量时发生变化的分子数。数。例如：麦芽糖溶液经过辐射发生降解的例如：麦芽糖溶液经过辐射发生降解的G值为值为4.0，则表示麦芽糖溶液每吸收，则表示麦芽糖溶液每吸收100eV的辐射能，的辐射能，就有就有4个麦芽糖分子发生降解。不同介质的个麦芽糖分子发生降解。不同介质的G值值可能相差很大，可能相差很大，G值大的，辐射引起的化学效值大的，辐射引起的化学效应较强烈；应较强烈；G值相同者，吸收剂量大者所引起值相同者，吸收剂量大者所引起的化学效应较强烈。例如的化学效应较强烈。例如G值等于值等于3，吸收剂量，吸收剂量为为1Mrad时，每千克介质发生变化的摩尔数为时，每千克介质发生变化的摩尔数为3.110-6，剂量提高到，剂量提高到6Mrad时，则每千克发生时，则每千克发生变化的摩尔数达变化的摩尔数达1.910-2。食品及其他生物有机体的主要化学组成食品及其他生物有机体的主要化学组成是水、蛋白质、糖类、脂类及维生素等，是水、蛋白质、糖类、脂类及维生素等，这些化合物分子在射线的辐射下会发生这些化合物分子在射线的辐射下会发生一系列的化学变化。一系列的化学变化。1.水水 大大多多数数食食品品均均含含有有丰丰富富的的水水分分，水水也也是是构构成成微微生生物物、昆昆虫虫等等生生物物体体的的重重要要成成分分，食食品经辐射引起的水分变化十分复杂。品经辐射引起的水分变化十分复杂。水辐射的化学效应可概括为：水辐射的化学效应可概括为：H2O2.7OH+0.55H+2.7e-水化水化+0.45H2+0.71H2O2+2.7H3O 2.蛋白质和酶蛋白质和酶蛋白质蛋白质结构破坏结构破坏辐射交联辐射交联辐射降解辐射降解蛋白质辐照时交联与降解同时发生，而蛋白质辐照时交联与降解同时发生，而往往是交联大于降解，所以降解常被掩往往是交联大于降解，所以降解常被掩盖而不易觉察。盖而不易觉察。酶酶 酶的主要组成部分是蛋白质，所以辐射酶的主要组成部分是蛋白质，所以辐射对酶所引起的作用与蛋白质类似，酶中对酶所引起的作用与蛋白质类似，酶中所含的巯基所含的巯基(-SH)由于容易氧化会增大酶由于容易氧化会增大酶对辐射的敏感性，但在复杂的食品体系对辐射的敏感性，但在复杂的食品体系中，由于其他物质的伴生存在而使酶得中，由于其他物质的伴生存在而使酶得以保护，欲使酶钝化需要相当大的辐射以保护，欲使酶钝化需要相当大的辐射剂量。剂量。3.糖类糖类 糖类在辐射过程中发生的变化主要是降糖类在辐射过程中发生的变化主要是降解作用和辐解产物的形成，若干故态糖解作用和辐解产物的形成，若干故态糖类的辐解产物见表类的辐解产物见表7-1。糖糖辐解产物辐解产物G值值500krad时浓度时浓度(10mgkg-1)葡萄糖葡萄糖甲醛甲醛0.060.095乙醛乙醛丙酮丙酮葡糖醛酸葡糖醛酸0.44.1葡糖酸葡糖酸0.88.25-脱氧葡糖酸脱氧葡糖酸0.323果糖果糖甲醛甲醛2.54蔗糖蔗糖甲醛甲醛0.160.25果糖果糖葡萄糖葡萄糖甘露糖醇甘露糖醇甲醛甲醛0.81.26果糖果糖0.565.2表表7-1 辐射不同固态糖类的主要辐解产物辐射不同固态糖类的主要辐解产物 4.脂类脂类 脂肪和脂肪酸被射线照射时，脂肪和脂肪酸被射线照射时，饱和脂肪饱和脂肪比较稳比较稳定，而定，而不饱和脂肪不饱和脂肪容易氧化，出现脱羧、氢化、容易氧化，出现脱羧、氢化、脱氨等作用。脱氨等作用。有氧有氧存在时，由于会发生自动氧存在时，由于会发生自动氧化作用，饱和脂肪也会被氧化。辐射促进自动化作用，饱和脂肪也会被氧化。辐射促进自动氧化过程可能是由于促进自由基的形成和氢过氧化过程可能是由于促进自由基的形成和氢过氧化物的分解，并使抗氧化剂遭到破坏。氧化物的分解，并使抗氧化剂遭到破坏。食品中的脂类组分受辐射而产生的化合物，除食品中的脂类组分受辐射而产生的化合物，除了有辐射诱导的自动氧化产物外，也有非氧化了有辐射诱导的自动氧化产物外，也有非氧化的分解产物。的分解产物。5.维生素维生素 食品中维生素在辐射中的稳定性和食品的性质食品中维生素在辐射中的稳定性和食品的性质及成分有密切的关系，其损失率随着辐射剂量及成分有密切的关系，其损失率随着辐射剂量的增大而增大。的增大而增大。6.包装材料包装材料 包装材料包装材料(三三)食品辐射的生物学效应食品辐射的生物学效应 一一.抑制蔬菜发芽和果实后熟抑制蔬菜发芽和果实后熟蔬菜中的马铃薯和洋葱，主要是通过蔬菜中的马铃薯和洋葱，主要是通过控制其休眠来进行储藏的。在结束休控制其休眠来进行储藏的。在结束休眠后，如果温度和湿度适宜时，便会眠后，如果温度和湿度适宜时，便会旺盛地发芽；果实采收后的成熟现象旺盛地发芽；果实采收后的成熟现象称为后熟，后熟的速度影响着储藏期称为后熟，后熟的速度影响着储藏期的长短。的长短。辐射对生物体作用的机理目前尚未十分辐射对生物体作用的机理目前尚未十分清楚，但可能与下列原因有关：清楚，但可能与下列原因有关：1.由于射线的辐照，细胞中的由于射线的辐照，细胞中的DNA和和RNA受到损伤，植物体生长点上的细胞不能受到损伤，植物体生长点上的细胞不能发生分裂，所以马铃薯、洋葱等经辐照发生分裂，所以马铃薯、洋葱等经辐照后不会发芽。参见后不会发芽。参见表表7-2。2.食品辐照时，干扰了食品辐照时，干扰了ATP的合成，使细的合成，使细胞的核酸减少，抑制了植物体的发芽。胞的核酸减少，抑制了植物体的发芽。核酸核酸照射剂量照射剂量核酸含量核酸含量(mgg-1干物质干物质)(krad)12月月3月月4月月0140140154RNA5618384857650170131170DNA51081208121121123表表7-2马铃薯经辐射后核酸含量的变化马铃薯经辐射后核酸含量的变化 3.植植物物组组织织处处于于休休眠眠状状态态时时，其其生生长长点点缺缺乏乏植植物物生生长长激激素素或或生生长长激激素素被被钝钝化化，若若把把经经过过辐辐射射的的马马铃铃薯薯放放入入一一种种生生长长激激素素赤赤霉霉素酸溶液中，马铃薯就开始发芽素酸溶液中，马铃薯就开始发芽(表表7-3)。3.对于具有呼吸高峰的果实，在高峰开始出对于具有呼吸高峰的果实，在高峰开始出现前夕，体内乙烯的合成明显增加，从而现前夕，体内乙烯的合成明显增加，从而促进成熟的到来。若在高峰前对果实进行促进成熟的到来。若在高峰前对果实进行辐照处理，由于干扰了果实体内乙烯的合辐照处理，由于干扰了果实体内乙烯的合成，就能够抑制其高峰的出现，延长果实成，就能够抑制其高峰的出现，延长果实的储藏期。的储藏期。处理法处理法处理处理数数发芽率发芽率剂量剂量(krad)赤霉素酸浓赤霉素酸浓度度(ppm)5日日后后10日日后后15日日后后20日日后后80000082507162020120200000122505121720125008142020表表7-3赤霉素酸对赤霉素酸对g辐照的马铃薯发芽的影响辐照的马铃薯发芽的影响 二二.导致微生物和昆虫的死亡导致微生物和昆虫的死亡食品经辐射后，附着在食品上的微生物和昆虫发食品经辐射后，附着在食品上的微生物和昆虫发生了一系列生理学与生物学效应而导致死亡，其生了一系列生理学与生物学效应而导致死亡，其机理是一个十分复杂的问题，目前还没有完全搞机理是一个十分复杂的问题，目前还没有完全搞清楚，一般认为与下面两点有密切关系：清楚，一般认为与下面两点有密切关系：(1)造成遗传物质造成遗传物质DNA的损伤；的损伤；(2)辐射化学效应的产物与细胞组成发生反应。辐射化学效应的产物与细胞组成发生反应。第四节第四节 食品的辐射及其影响因素食品的辐射及其影响因素 一、食品辐射的类型一、食品辐射的类型联合国粮农组织联合国粮农组织(FAO)、国际原子能机构、国际原子能机构(IAEA)和世界卫生组织和世界卫生组织(WHO)联合专家联合专家委员会把食品辐射分为下列三类：委员会把食品辐射分为下列三类：低剂低剂量辐照、中等剂量辐照、大剂量辐照量辐照、中等剂量辐照、大剂量辐照。二、食品辐射保藏的效果及其影响因素二、食品辐射保藏的效果及其影响因素食品进行辐射处理时，必须根据食品的种食品进行辐射处理时，必须根据食品的种类和预期的目的，控制辐射剂量和照射条类和预期的目的，控制辐射剂量和照射条件，才能达到良好的保藏效果。件，才能达到良好的保藏效果。(一一)食品辐射保藏食品辐射保藏1.粮食的辐射保藏粮食的辐射保藏2.果蔬的辐射保藏果蔬的辐射保藏3.畜、禽、鱼肉的辐射保藏畜、禽、鱼肉的辐射保藏4.香料和调味品的辐射保藏香料和调味品的辐射保藏 (二二)提高食品辐射保藏效果的措施提高食品辐射保藏效果的措施食品的辐射保藏处理，欲取得满意的效果食品的辐射保藏处理，欲取得满意的效果除了根据食品的种类和辐射目的采用适宜除了根据食品的种类和辐射目的采用适宜的辐射剂量外，还可以采取一些辅助措施，的辐射剂量外，还可以采取一些辅助措施，以便提高辐射的效果或降低辐射剂量，保以便提高辐射的效果或降低辐射剂量，保护食品的营养成分少受损失。护食品的营养成分少受损失。1.添加化学药品添加化学药品2.改变温度条件改变温度条件3.改变气体条件改变气体条件4.合理包装合理包装5.低温储藏低温储藏 第五节第五节 食品辐照的卫生与安全食品辐照的卫生与安全 FAO、IAEA和和WHO联合专家委员会于联合专家委员会于1980年年10月月27日至日至11月月3日在日内瓦召开日在日内瓦召开了关于辐照食品卫生会议。依据以前各了关于辐照食品卫生会议。依据以前各届专家委员会的建议和这些机构组织的届专家委员会的建议和这些机构组织的其他技术或法律专家会议所作出的结论，其他技术或法律专家会议所作出的结论，允许食品辐照的最大能量水平是：允许食品辐照的最大能量水平是：电子电子射线射线为为10MeV；g g射线和射线和X射线射线为为5MeV。另外，通过以下五个方面的研究：另外，通过以下五个方面的研究：1、食品的辐照剂量、食品的辐照剂量2、食品的包装方法和包装材料、食品的包装方法和包装材料3、辐射化学、辐射化学4、动物或家畜喂养实验、动物或家畜喂养实验5、辐照食品的毒理学研究、辐照食品的毒理学研究FAO、IAEA和和WHO联合专家委员会得出结论，联合专家委员会得出结论，任何商品食物辐照总平均剂量达任何商品食物辐照总平均剂量达10kGy水平时，水平时，不具有毒理学上的危害性，这样处理的食品毋需不具有毒理学上的危害性，这样处理的食品毋需进行毒理学检查。用进行毒理学检查。用10kGy剂量辐照过的食品，剂量辐照过的食品，不会引起特殊的营养或微生物问题。不会引起特殊的营养或微生物问题。本章思考题：本章思考题：1.简述食品的辐射保藏机理。简述食品的辐射保藏机理。2.试解释试解释“G值值”的含义。的含义。3.食品辐射常用的辐射源有哪些？食品辐射常用的辐射源有哪些？4.从食品安全的角度出发，辐射的能量从食品安全的角度出发，辐射的能量应控制在多少以下？应控制在多少以下？此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！