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食品辐照保藏
1辐照保藏的原理
食品辐照技术是一种用电离辐射照射的方法来保藏食品,以达到抑制食品发芽、杀虫、灭菌、调节熟度保持食品鲜度和卫生、延长货架期和贮存期，从而达到减少损失保存食品目的的一项技术。食品在辐照过程中，通过辐射区域时所吸收的能量称为辐照剂量，通常以Gray或kiloGray(kGy)为计量单位(1Gray=0．001 kGy=1J／k曲。
2 辐照保鲜技术的生物效应及机理
●利用高能射线的电离能力和强大的穿透能力，引起生物体内部分子和原子的激发和电离，从而扰乱了生物体正常的新陈代谢，抑制了生命和酶的活动。
●辐射处理可以杀灭食品中的微生物和昆虫，而对食品本身的营养价值并无明显的影响。
2.1 生物学效应
（1）使细胞分子产生辐射诱变，干扰微生物代谢，特别是其中脱氧核糖核酸的合成受影响；
（2）破坏微生物细胞内膜，引起微生物酶系统紊乱，导致微生物死亡；
（3）水分子受辐射后离子化，形成—H、—OH、—HO2、—H2O2等基团，这些中间产物能在不同途径中参与化学反应，在水基团的作用下，生物活性物质钝化，细胞受损，当损伤达一定程度后，微生物细胞生活机能完全丧失。
2.2 生理学效应
通过辐射水平来抑制其后熟期，其机理主要是改变水果体内乙烯的产生率而影响其生理活动。辐照还可以改变蔬菜的呼吸强度，防止细胞老化，其效果与辐射剂量有关。同时，也可延滞果蔬种子的萌发。
●电离辐射对微生物的直接作用
微生物被照射→DNA损伤→代谢异常→细胞组织死亡
●电离辐射对微生物的间接作用
被激活的水分子或电离的游离基与微生物体内的活性物质相互作用，而使细胞生理机能受到影响。
病毒:一般采用加热和辐照并举的方法，可有效抑制病毒的活动。
细菌:辐照剂量愈高，对细菌的杀灭率愈强。
霉菌和酵母菌:对辐照的敏感性与无芽孢细菌相同。
●电离辐射对虫类的作用
昆虫 辐照的损伤作用:致死、缩短寿命、不育、延迟发育、减少进食和抑制呼吸。
寄生虫 辐照剂量（猪旋毛虫）
3~5kGy致死
0.2~.03 kGy抑制生长
0.12kGy不育
2.3 化学效应
表达:用G表示辐照化学效应的强弱。
G值：物质吸收100eV能量所产生化学变化的分子数。
直接作用（初级辐射）:主要是由射线与基质直接碰撞，使之形成离子、激发 态分子或分子碎片。
间接作用（次级辐射）:初级辐射的产物相互作用，生成与原始物质不同的化合物。
辐射处理的食品也会发生若干化学变化，而且剂量越大，变化程度也越大。在果蔬食品中，含有不饱和脂肪酸的脂肪发生了氧化变化；碳水化合物有可能因辐照而使糖水解，以及使糖和淀粉氧化和降解；蛋白质中的部分氨基酸可能要发生分解、氧化，部分蛋白质分子发生交联或裂解。但在适当的剂量下，这些变化不明显，而且这些变化在采用其它方法加工或处理时也同样存在。其中果蔬食品中的维生素对辐照较为敏感。脂溶性以ＶＥ和ＶＫ对辐照最敏感，水溶性以ＶＣ和ＶＢ对辐照最敏感，只有ＶＢ5对辐照不敏感。但维生素的破坏程度均比热处理小，如果冷冻状态下照射，其维生素敏感性显著下降。只有食品受到25～50ｋＧＹ辐射后，其维生素的破坏程度与热处理相同。
3. 辐射对食品成分的影响
3.1电离辐射引起水分子的变化
水分子对辐射很敏感，被活化的水与其他有机物反应，产生辐射的间接效应。
水分子的电离和激发

激发分子分解产生自由基

一部分水化电子与水生成自由基

自由基相互反应：

水化电子之间、水化电子与自由基之间反应

水辐射的化学效应可概括为：

3.2辐射对蛋白质与氨基酸的影响
●蛋白质：结构破坏、辐射交联、辐射降解
●氨基酸经辐射发生脱氨基、氧化和脱羧反应；
●导致蛋白质分子变性，发生凝聚、粘度下降和溶解度降低等变化。
3.3 辐射对糖类的影响
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。
蛋白质和氨基酸对糖类辐解有保护作用。
3.3 辐射对糖类的影响
一般来说，碳水化合物对辐照处理是相当稳定的，只有在大剂量辐照处理下，才引起氧化和分解。辐照对稀溶液中的单糖，如葡萄糖经受氧化和断裂后的产物取决于糖本身的性质。
多糖经辐照后，结构发生变化，小麦、玉米、马铃薯、大米、裸麦、大豆等的淀粉以及直链淀粉对淀粉酶作用的灵敏性发生变化,而且辐照直链淀粉比辐照支链淀粉损伤重，可以从测定的寡糖类区别出来。
对果蔬方面的研究，辐照的大蒜，其糖的浓度未受影响；辐照的洋葱经贮藏后，糖的浓度与对照无差别。用1.5kGy辐照苹果和苹果制品，其糖的浓度也没有变化。
★辐射不同固态糖类的主要辐解产物
糖
辐解产物
G值
500krad时浓度(10mg·kg-1
葡萄糖
甲醛
0.06
0.095

乙醛

丙醛

葡糖醛酸
0.4
4.1

葡糖酸
0.8
8.2

5-脱氧葡糖酸
0.32
3
果糖
甲醛
2.5
4
蔗糖
甲醛
0.16
0.25

果糖

葡萄糖

甘露糖醇
甲醛
0.8
1.26

果糖
0.56
5.2
3.4.辐射对脂类的影响
辐照对脂肪的变化，取决于脂肪的类型、剂量、温度和氧化速度以及环境条件诸因素。但其主要作用是使脂肪酸长链中的C—C键发生断裂，因而形成链烷，继发反应可生成通常的链烯。
●脂肪酸长链中C-C键断裂；
●受辐射感应而发生自动氧化（不饱和脂肪酸）；
●发生非自动氧化性的辐射分解 。
3.5.辐射对维生素的影响
水溶性维生素对辐照的敏感性
脂溶性维生素对辐照均很敏感。
其损失率随着辐射剂量的增大而增大。
4辐照技术食品保藏中的应用
4.1 畜禽肉类
这类制品腐败变质主要原因是腐败细菌引起的，加上这类产品本身对辐射处理，相对于其他新鲜食品而言，不是很敏感。因此可以应用上面提到的3种杀菌方式进行辐射处理。一般在辐照前都采用适当的热处理使自溶酶钝化，然而，高剂量的处理常使产品产生异味。目前减少异味最有效的方法是在-30℃～-80℃范围的冷冻温度和真空条件下进行辐照。为了防止辐照产品的再污染，辐照前就应将产品真空密封于不透水气、空气、光线和微生物的容器中。低剂量辐射处理方式通常只是为了延长肉类产品的货架寿命，与高剂量辐射处理方式一样，它也必须在辐射前先经过包装才能避免再污染，且一般要与低温结合才能获得更长的产品保质期。
4.2 水产品
鱼、虾、蟹等水产品，是人们所喜爱的食品，由于它们生活在水中，捕捞后容易死亡，也容易腐烂。因此，许多国家对水产品的辐射保鲜进行了研究，包括抑制、杀灭水产品微生物的试验；射线对水产品品质影响的分析；辐射水产品的包装和包装材料的试验；辐射水产品的保藏条件和水产品辐射装置的试验研究等。与肉类制品一样，水产品既可以用高剂量处理，也可以用低剂量处理。用高剂量处理时，情形与肉类相同，但辐射异味没有肉类明显。通过对这些研究的综合分析，世界卫生组织、联合国粮农组织、国际原子能机构共同认定并批准，以10～20万Ｇｙ辐射剂量来处理鱼，可以减少微生物，延长鲜鱼在3℃以下的保鲜期。
4.3 蛋类
蛋类的辐射主要是应用辐射针对性杀菌剂量，其中沙门氏菌是对象致病菌。但由于蛋白质在受到辐射时会发生降解作用，因而辐射会使蛋液的粘度降低。因此，一般蛋液及冰冻蛋液用电子射线或γ射线辐射，灭菌效果都比较好。而对带壳鲜蛋可用电子射线处理，剂量应控制在10kGy左右，更高的剂量会使蛋带有H2S等异味。
4.4 水果类
导致水果腐败的微生物大多是霉菌，通常辐射处理是为了抑制霉菌的生长，因此处理时应注意对剂量的控制。许多易腐水果及制品，如草莓、葡萄等，用一定剂量的辐射处理后，均收到了延长保藏时间的效果。其中，在延迟水果后熟过程方面，对香蕉等热带水果的效果较好。
4.5 蔬菜类
蔬菜类辐射处理的主要目的是为了抑制发芽和延缓新陈代谢作用。效果最明显的有马铃薯、洋葱，这2种产品经过0.04～0.08kGy剂量的处理后，可在常温下贮藏1年以上。此外对脱水蔬菜(如脱水胡萝卜、青梗菜、豆芽菜等)的辐照杀菌，效果也十分显著的。采用6～10kGy剂量范围的γ射线对其进行辐照，不仅可以有效杀灭脱水蔬菜中的微生物，贮藏保鲜效果可达1年以上，而且经生物学检验、营养成分分析和吸收剂量测定，各项指标均符合标准。
4.6 谷物及其制品
谷物及其制品的辐照处理应以控制虫害及霉菌的繁殖为主。针对昆虫处理所需的剂量范围按立即致死、几天内死去和不育要求分别为3～5kGy、1kGy和0.1～0 .2kGy。而控制谷类中霉菌所需的剂量范围约在2～4kGy之间。大米则可用5kGy的辐射剂量进行霉菌处理。对于焙烤制品，如面包、点心、饼干和通心粉等，使用1kGy的剂量进行照射处理，就可收到除虫和延长贮存期的效果。
5.食品辐射杀菌的类型
禽畜肉类及制品、蛋品、水产品及某些水果蔬菜含有丰富的营养成分，造成这类食品变质的主要原因是受微生物的作用。因此，这类食品保藏前的辐射处理主要是为了杀菌。辐射杀菌处理的方式有3种类型。
(1)辐射耐贮杀菌——低剂量照射（平均辐射剂量在1kGy以下）
----抑制发芽；杀灭昆虫和寄生虫；延缓水果和蔬菜的后熟过程
(2)辐射巴氏杀菌——中剂量照射（平均辐射剂量在1～10kGy之间）
----杀菌、防腐；延长保藏期；改良食品的工艺品质
(3)辐射商业杀菌——高剂量照射（平均辐射剂量在10 ～50kGy之间）
----香料、调味品的商业杀菌
6.影响辐射杀菌的因素
使用同一种辐射源，在相同的辐射剂量下，影响辐射杀菌效果的因素有：
a.微生物的种类与菌龄
b.最初污染菌数
c.介质的组成
d.氧气
e食品的物理状态
7.食品辐射保藏的机理
利用高能射线的电离能力和强大的穿透能力，引起生物体内部分子和原子的激发和电离，从而扰乱了生物体正常的新陈代谢，抑制了生命和酶的活动。
辐射处理可以杀灭食品中的微生物和昆虫，而对食品本身的营养价值并无明显的影响。
8.辐照技术特点
●辐照保藏不同于化学熏蒸法和腌制法，不需要加入添加物，与加热、冷冻等方法一样，是一种物理保藏法，且属于冷处理技术，具有许多传统保藏法不可比拟的优点:
（1）射线穿透力强，可对预先包装好的或烹调好的食品通过剂量控制和辐照工艺进行均匀彻底处理，相比于热处理杀菌，辐照过程较易控制；
（2）辐照处理是“冷加工”，可保持食品原有的鲜度和风味，有的甚至可提高食品的工艺质量；
（3）辐照食品不会留下任何残留物，不污染环境，可提高食品卫生质量并有利于环保；
（4）节省能源，与热处理、干燥和冷冻保藏食品法相比，能耗降低几倍到十几倍；
（5）可对包装、捆扎好的食品进行杀菌处理，消除了在食品生产和制备过程中可能出现的严重交叉污染问题；
（6）杀菌效果好，并可通过调整辐照剂量达到对各类食品杀菌的要求；
（7）辐照灭菌速度快，操作简便，加工易控制，可连续加工，既经济，又省力，适于大规模加工。
●缺点
(1)经过杀菌剂量的照射，一般情况下，酶不能完全被钝化。
(2)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。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。
(3)有些专家认为，辐照会诱发食品产生致突变、致畸形、致癌和有毒因子。后来的研究认为这是没有根据的。
(4)辐射这种保藏方法不适用于所有的食品，要有选择性地应用。
(5)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，做好运输及处理食品的工作人员的安全防护工作。为此，要对辐射源进行充分遮蔽，必须经常、连续对照射区进行监测检查。
9.食品辐射保藏的工艺流程

10.辐照技术的安全性
(1)放射性污染: (诱感放射性)由电离辐射使食品中某些元素产生的放射性。
(2)毒性物质的生成:未确证会产生有毒、致癌、和致畸物质。
(3)微生物类发生变异的危险:不会增加细菌、酵母菌和病毒的致病性。
(4)对营养物质的破坏:低剂量辐射的营养损失微不足道。
食品在进行辐照时是外照射，没有直接接触放射性核素，因此，不会污染放射性物质，这与核爆炸和核源泄漏事故截然不同，故不存在残留问题。
至于诱导放射性，即指因辐射引起食品的构成元素变成放射性元素问题。事实上目前国际上辐照食品中使用的60Coγ射线能量只有1.17--1.33MeV，Cs则更低，只有0.66MeV，电子束能量也在10MeV以下，它们的能量都低于在食品中可能诱导放射性的能量阈值，当然也就不会产生诱导放射性核素及其化合物。
●允许食品辐射的最大能量水平
电子射线：10 MeV；
γ射线：5 MeV；
x射线：5 MeV
11.辐照食品的包装
●在辐射处理中，包装是一个重要的环节。包装的目的，有的是为了调节辐照的气体氛围，如真空包装或塑料密封包装形成自发气调环境；有的是为了防止产品间的交叉污染或辐射处理后的二次污染；有的是为了便于集中堆垛提高辐照效率等。
总之，在辐射处理前必须根据产品性状、辐射处理目的、运输和贮存的要求以及将来出售时的方便，来合理地选择包装材料和形式。
●金属罐如镀锡薄板罐和铝罐，对使用杀菌剂量照射是稳定的。
●塑料包装的食品，在剂量接近20ky或更低时，辐照对其物理性质没有明显影响。在剂量超过20kGy时，塑料薄膜如聚乙烯、聚酯、乙烯基树脂、聚苯乙烯薄膜的物理性质会发生变化。
●金属箔和各种复合包装材料是比较理想的食品辐照包装材料，它们可接受高达60ky剂量的照射。
● 在食品辐射保藏中，一般采用的辐射剂量较低，因此，比较好的辐射包装材料有玻璃纸、人造纤维、聚乙烯膜、聚氯乙烯膜、尼龙、复合薄膜、玻璃容器及金属容器等。