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辐照技术在消毒与虫害防制行业中的应用

2021-11-05 15:23     来源:中国卫生有害生物防制协会     辐照杀菌X射线伽马射线食品辐照保鲜

一、应用进展

辐照灭菌是利用电离辐射原理杀死大多数物质上的微生物的一种有效方法。其作用原理是通过X射线或γ射线等特定的方式控制微生物生长或杀死微生物。X射线和γ射线能使其它物质氧化或产生自由基(OH·H)再作用于生物分子,或者直接作用于生物分子,打断氢键、使双键氧化、破坏环状结构或使某些分子聚合等方式,来破坏和改变生物大分子的结构,从而抑制或杀死微生物。辐照灭菌通过杀死食品中的细菌,昆虫不育技术(SIT)控制昆虫种群,以及对医疗产品和用品进行消毒等技术来广泛应用于消毒及虫害防制行业。近两年,随着新冠病毒全球大流行,辐照技术用于对抗新冠病毒的技术正在紧密研发,并取得了一定的效果。

本文通过对辐照技术在新冠疫情全球大流行中的应用、食品安全领域中的应用、害虫防制领域中的应用、医院消毒灭菌领域中的应用这四个方面来阐述辐照技术在消毒和虫害防制行业中的应用前景及发展障碍。

二、应用效果

辐照技术在以下这四个方面的应用都取得了一定的效果:

(一)辐照技术在虫害防制中的应用

辐照技术用于通过昆虫不育技术(SIT)控制昆虫种群,该技术首先在美国开发并已成功使用60多年。目前,SIT技术已应用于六个大洲。自该技术推出以来,SIT技术已成功控制了许多种类昆虫的种群,包括:蚊子、飞蛾、螺旋蝇蛆、采采蝇和各种果蝇(地中海果蝇[Mediterranean fruit fly]、墨西哥果蝇[Mexicanfruit fly]、东方果蝇[oriental fruit fly]和瓜蝇[melon fly]等),这项技术是通过饲养大量接受过辐照(γ射线或 X 射线)的昆虫,并将它们引入自然种群。通过SIT技术处理过的昆虫保持性竞争的优势,但不能产生后代。SIT 技术对环境无害,在大规模使用杀虫剂也无法根除的害虫的情况下,它也被证明是一种有效的害虫管理手段。SIT技术不同于传统的生物控制,它展示出了一系列有益的差异:一是引入的昆虫不能产生后代,因此不能在自然环境中建立种群;二是仅影响目标害虫的繁殖,因此具有物种特异性,不会影响其他物种;三是不涉及将非本地物种引入生态系统。目前,IAEA、FAO、WHO以及相关国际组织正在一些国家推动新的SIT 计划。

在美国南部、墨西哥、中美洲和巴拿马,SIT在根除螺旋蝇蛆方面取得了非常成功的效果。螺旋蝇蛆是一种对温血动物有潜在致命性的寄生昆虫。1998 年,在利比亚首次发现螺旋蝇蛆,为防止其传播到世界其他地区,通过SIT技术成功根除此种害虫。

1981年,墨西哥宣布使用SIT技术成功对抗地中海果蝇,同时,在阿根廷和智利北部也开展了此类行动:1994-95年在阿根廷的两个水果种植区通过SIT技术实现了地中海果蝇的根除;智利同样实现了消灭95%地中海果蝇的成功。目前,该计划已推广到南美洲所有地区和部分非洲地区。

SIT技术已证实对南部非洲的地中海果蝇有效,现在正被应用于损害柑橘类作物的苹果蠹蛾。IAEA和FAO正在评估使用SIT技术防制甘蔗螟虫以及苹果蠹蛾,用于增加苹果和梨的产量。

SIT技术在抗击农业疾病传播害虫方面有重要应用。据 IAEA称,采采蝇的存在阻碍了撒哈拉以南非洲近三分之二的畜牧业的发展,每年造成约40亿美元的经济损失,然而,SIT技术与常规虫害防制相结合,正在开始改变这一切。1997年,坦桑尼亚的桑给巴尔岛宣布已无采采蝇。在IAEA的支持下,埃塞俄比亚建立了世界上最大的采采蝇群体饲养基地。SIT技术的最近一次备受瞩目的应用是在巴西以及更广泛的拉丁美洲和加勒比地区用来对抗致命的寨卡病毒。

(二)辐照技术在新冠疫情中的应用

随着冠状病毒 (Covid-19)的全球大流行,辐照技术具有助于对抗冠状病毒的医疗应用。在俄罗斯,截至2020年4月28日底,辐照设施已对7,853,480个医用口罩,以及151,000套便携式实验室套件成功进行了消毒。

在中国,中核集团开展冷链食品中新冠灭活模拟工艺研究,通过3个多月的研究,利用2种模拟新冠病毒开展了一系列辐照灭活工艺试验,模拟表明:较低的辐射吸收剂量就可以达到灭活效果,且对食品安全不构成影响。

(三)辐照技术在食品安全中的应用

全世界,大约25-30%的食物在食用前因变质而损失。食品辐照技术是将食品通过γ射线以杀死可引起食源性疾病的细菌来延长食品保质期的过程。在世界范围内,已有60 多个国家出台了法律或法规,允许对包括香料、谷物、水果、蔬菜和肉类在内的食品进行辐照。虽然食品辐照技术在研究和应用中一直被证明是安全的,但消费者对辐照的担忧在很大程度上限制了其使用。

(四)辐照技术在医院灭菌中的应用

高能电子束辐照技术已用于对医疗产品和用品进行消毒,例如,利用辐照技术对注射器、手套、衣服和仪器的消毒会防止因热消毒而产生的损坏。如今,许多医疗产品都通过来自钴 60 源的γ射线进行消毒,这种技术通常比蒸汽加热消毒更便宜且更有效。随着新冠疫情的爆发,世界范围内对消毒的需求大大增加。如何提供安全、有效、快速的消毒行为已成为世界范围内的研究方向。在中国,在疫情爆发期间,通过高能电子束辐照技术为医用防护材料提供了辐照灭菌,然后将其送往疫区,其大大提高了疫区对物品消毒的效率。辐照灭菌在医疗用品中的应用以其无污染、无残留、有效性、易操作、方便、无二次污染、对产品的直接包装材料无特殊要求等优点得到了广泛的应用。

三、辐照技术应用于消毒和虫害行业中的不足

(一)致物变性。过量的辐照会使物品变性,例如高分子材料中的聚丙烯受到辐照后会产生游离自由基和过氧自由基,从而变黄。

(二)基建投资较大。建设电子加速器、消毒配套及其辐射防护设备投资昂贵,考虑到其运行成本,目前仅用于大批量物品的集中消毒。

四、应用标准

在标准制定方面,由于核技术在消毒与虫害防制领域的应用还处于发展中的阶段,所以除已相对成熟的针对食品辐照杀菌消毒行业已在60多个国家出台了相关法律法规外,其他应用还没有相关行业标准的制定。

五、结束语

辐照技术目前已被广泛应用在农业、工业、虫害、医药等行业。在消毒领域具有无残留无污染,且良好的经济效益,以后会越来越受到重视,其应用也会越来越广泛。
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