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食品辐照的基本常识:食品辐照工艺、辐射源与食品辐照装置等

食品辐照 辐照杀菌 辐照保鲜
发布:2020-10-14 14:01:36     来源:食品研发与生产

01 食品辐照的意义及其特点

(一) 基本概念

食品辐照是指利用射线照射食品(包括原材料),延迟新鲜食物某些生理过程(发芽和成熟)的发展,或对食品进行杀虫、消毒、杀菌、防霉等处理,达到延长保藏时间, 稳定、提高食品质量目的的操作过程。

(二) 技术特点

1、 可以在常温或低温下进行,处理过程食品温升很小,有利于维持食品的质量;

2、 射线(如γ-射线)的穿透力强,可以在包装下及不解冻情况下辐照食品,杀灭深藏在食品内部的害虫、寄生虫和微生物;

3、 辐照过的食品不会留下任何残留物;

4、 和食品冷冻保藏等方法相比,辐照保藏方法能节约能源;

5、 可以改进某些食品的工艺和质量;

6、 需要较大投资及专门设备来产生辐射线(辐射源)并提供安全防护措施,保证辐射线不泄露;

7、 对不同产品及不同辐照目的要选择控制好合适的辐照剂量,才能获得最佳的经济效应和社会效益。

8、 辐照食品标签上要加以标注。

02 国内外食品辐照的进展

(一) 国外

1896年--明克(Minck)经实验证实X-射线对原生虫有致死作用。

1921年--斯彻瓦特日(Schwatz)使用X-射线杀死肉中的旋毛虫(Trichinella Spiralis)并获得美国专利。

1930年--乌斯特(Wüst)证实"所有食品包装在密封金属罐中,再用强力伦琴射线照射可杀灭所有细菌",并获得法国专利。

第二次世界大战结束后--随着放射性同位素的大量应用和电子加速器等机械辐射源的问世,促进了射线处理食品的发展。

1953年--艾森豪威尔(Eisehower)促使美国军方深入研究食品辐照。

1957年--美国军方负责,为期5年的辐照食品研究计划启动,投入了大量人力、物力。

1960年--在美国军队开始试用辐照食品。

1963年--在美国军方Natick实验室举行首次辐照食品国际会议。

1965年--加拿大建立起世界最大的马铃薯辐照工厂。

1970年--FAO/IAEA/WHO的专家在日内瓦会议上确立食品辐照领域的国际计划(IFIP)。

1976年--联合国粮农组织认为五种辐照产品(即马铃薯、小麦、鸡肉、木瓜和草莓)是绝对安全的。

1978年--世界用于辐照消毒灭菌的60Co工厂有80家(其中60家用于医疗消毒)。

1980年--FAO/IAEA/WHO的会议认为,受辐照食品平均吸收剂量10千戈瑞(kGy)及以下,没有毒性危害,无必要再进行毒性试验。

1988年--世界用于辐照消毒灭菌的60Co工厂发展到182家,全世界辐照食品产量约50万吨。

1997年以后--WHO进一步废除10 kGy的上限量,国际食品法规委员会(CAC)相继提出辐照食品的通用标准及法规,

(二) 国内

1958年--开始食品辐照研究工作。

七十年代中期--国内多个地区相继进行辐照保藏食品的研究,辐照品种有肉类、水产品、水果、干果、蔬菜、粮食、蛋类等。

八十年代--食品辐照已进入一定规模的生产阶段

九十年代初--我国建成辐照装置近150多台,其中设计装机能量1.11×1016贝可以上的装置超过50座。

1984年~1997年--国家卫生部颁布的食品辐照卫生标准基本覆盖了绝大部份食品。

我国食品辐照不仅用于保藏、防疫、医疗等目的,而且已用于提高产品质量等加工目的。

03 放射性同位素与辐射

1、原子

2、 同位素

一种元素的原子中其中子数(N)并不完全相同,若原子具有同一质子数(Z)而中子数(N)不同就称为同一元素的同位素。

3、 放射性同位素

不稳定同位素衰变过程中伴有各种辐射线产生,这些不稳定同位素称为放射性同位素。

4、 辐射

放射性同位素能放射出α、β(β+及β-)和γ射线,其过程称为辐射。

(1) α射线(或称α粒子):是从原子核中射出带正电的高速粒子流(带正电荷原子核);

(2) β射线:是从原子核中射出的高速电子流(或正电子流);

(3) γ射线:是波长非常短(波长1~0.001nm)的电磁波束(或称光子流)

5、 电离辐射

是指α、β、γ等射线的辐射作用,其结果能使被辐射(辐照)物质产生电离。

6、 α(β或γ)衰变

是指原子核放射出α粒子(β粒子或光子)。

04 辐照量单位与剂量测量

(一)放射性强度与放射性比度

1、放射性强度

又称放射性活度,是度量放射性强弱的物理量。

曾采用的单位有:

(1) 居里(Curie简写Ci)

若放射性同位素每秒有3.7×1010次核衰变,则它的放射性强度为1居里(Ci)。

(2) 贝可勒尔(Becqurel,简称贝可Bq)

1贝可表示放射性同位素每秒有一个原子核衰变。

(3) 克镭当量

放射γ射线的放射性同位素(即γ辐射源)和1克镭(密封在0.5mm厚铂滤片内)在同样条件下所起的电离作用相等时,其放射性强度就称为1克镭当量。

2、放射性比度

将一个化合物或元素中的放射性同位素的浓度称为"放射性比度",也用以表示单位数量的物质的放射性强度。

(二)照射量

照射量(Exposure)是用来度量X射线或γ射线在空气中电离能力的物理量。

使用的单位有:

(1) 伦琴(Roentgen,简写R)

(2) SI库仑/千克(C·kg-1)

(三)吸收剂量

1、吸收剂量单位

(1) 吸收剂量

被照射物质所吸收的射线的能量称为吸收剂量,其单位有:

(1) 拉德(rad)

(2) 戈瑞(Gray,简称Gy)。

(2)剂量率

是指单位质量被照射物质在单位时间内所吸收的能量。

(3)剂量当量

是用来度量不同类型的辐照所引起的不同的生物学效应,其单位为希(沃特)(Sv)。

(4)剂量当量率

是指单位时间内的剂量当量,单位为Sv·s-1或Sv·h-1。

2、吸收剂量测量

(1) 国家基准--采用Frickle剂量计(硫酸亚铁剂量计)

(2) 国家传递标准剂量测量体系--丙氨酸/ESR剂量计(属自由基型固体剂量计),硫酸铈-亚铈剂量计,重铬酸钾(银)-高氯酸剂量计,重铬酸银剂量计等

(3)常规剂量计--无色透明或红色有机玻璃片(聚甲基丙烯酸甲酯),三醋酸纤维素,基质为尼龙或PVC的含有隐色染料的辐照显色薄膜等。

05 辐射源与食品辐照装置

(一)辐射源

1、放射性同位素

(1) 钴-60(60Co)辐射源

(2) 铯-137(137Cs)辐射源

2、电子加速器

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。

(1)电子射线

电子射线又称电子流、电子束,其能量越高,穿透能力就越强。

电子加速器的电子密度大,电子束(射线)射程短,穿透能力差,一般适用于食品表层的辐照。

(2)X射线

加速器产生的高能电子打击在重金属靶子上会产生能量从零到入射电子能量的X射线。

(二)防护设备

常用于防护设备的材料有:

1、 铅--铅容器可以用来储存辐射源

2、 钢材--容器和设备的结构骨架

3、 铁--用于制作防护门,铁钩和盖板等。

4、 水--将辐射源(如60Co、137Cs等)储存在深井内

5、 混凝土墙--既是建筑结构又是屏蔽物

(三)输送与安全系统

工业用食品辐照装置是以辐射源为核心,并配有严格的安全防护设施和自动输送、报警系统。所有的运转设备、自动控制、报警与安全系统必须组合得极其严密。

06 食品辐照的物理学、化学、生物学效应

食品辐照的物理学效应

(一) α射线和γ射线与物质的作用

1、 光子

2、 光电子

3、 康普顿散射

(二)电子射线的作用

1、 库仑散射

2、 轫致辐射

3、 契连科夫(Cerenkov)效应

食品辐照的化学效应

(一) 蛋白质和酶

1、 导致某些蛋白质中二硫键、氢键、盐键和醚键等的断裂

2、 促使蛋白质的一级结构发生变化

3、 发生脱氨基作用、脱羧作用和氧化作用

4、 蛋白质水溶液经射线照射会发生辐照交联

5、 多数食品酶对辐射效果有很大的阻力,有助于酶制剂的辐照处理。

(二)糖类

1、 纯态糖类经辐照后发现有明显的降解作用和辐解产物形成

2、 混合物的降解效应通常比单个组分的辐解效应小。

(三)脂类

主要是辐照诱导自氧化产物和非氧化的辐照产物,因而饱和脂肪酸比较稳定,不饱和脂肪酸容易氧化,出现脱羧、氢化、脱氨等作用。

(四)维生素

1、 脂溶性维生素

(1) 最敏感:维生素A和E

(2) 稳定:维生素D

2、 水溶性维生素

(1)最敏感:维生素B1和C

维生素辐照损失数量受剂量、温度、氧气存在与食品类型等影响。一般来说,在无氧或低温条件下辐照可减少食品中任何维生素的损失。

(五)食品包装材料

辐照巴氏灭菌条件下(10~30kGy),所有用于包装食品的薄膜的性质基本上未受到影响,对食品安全也未构成危害。

食品辐照的生物学效应

食品辐照的生物学效应与生物机体内的化学变化有关,不同物质达到各种生物效应所必需的剂量各有不同。

(一)微生物

辐照保藏主要是直接控制或杀灭食品中的腐败性微生物及致病微生物。

电离辐射杀灭微生物一般以杀灭90%微生物所需的剂量(Gy)来表示,即残存微生物数下降到原菌数10%时所需用的Gy剂量,并用D10值来表示。

1、细菌

2、酵母与霉菌

3、病毒

(二)虫类

1、昆虫

2、寄生虫

(三)果蔬

1、 抑制呼吸高峰

2、 改变果蔬中的化学成分

3、 影响新鲜蔬菜代谢反应

4、 抑制发芽

07 食品辐照的应用

根据食品辐照应用的目的和所需剂量进行分类:

(一)耐藏辐照(Radurization)

这种辐照处理主要目的是降低食品中腐败微生物及其它生物数量,延长新鲜食品的后熟期及保藏期(如抑制发芽等)。一般剂量在5kGy以下。

(二)辐照巴氏杀菌(Radicidaton)

这种辐照处理使食品中检测不出特定的无芽孢的致病菌(如沙门氏菌)。所使用的辐照剂量范围为5~10kGy。

(三)辐照阿氏杀菌(Radappertization)

所使用的辐照剂量可以将食品中的微生物减少到零或有限个数。经过这种辐照处理后,食品在无再污染条件下可在正常条件下达到一定的贮存期,剂量范围大于10kGy。

08 食品辐照工艺

(一)食品辐照保藏

1、果蔬类

(1) 目的

① 防止微生物的腐败作用

② 控制害虫感染及蔓延

③ 延缓后熟期、防止老化。

(2) 剂量的选定

(3) 与其它保藏手段协同处理

2、粮食类

主要目的是避免或减少由于昆虫的危害和霉菌活动导致的霉烂变质,即杀虫灭霉。

3、畜、禽肉及水产类

通常需要与热处理或低温协同作用。

4、香辛料和调味品

辐照处理既能控制昆虫的侵害,又能减少微生物的数量,保证原料的质量,避免热处理和化学处理等传统方法所带来的不良影响。

5、蛋类

蛋类辐照主要采用辐照巴氏杀菌剂量,以杀灭沙门氏菌为对象。

(二)辐照改变食品品质

1、 黄豆:减少发芽后的肠内胀气因子

2、 小麦:改善面粉品质

3、 葡萄:出汁率

4、 脱水蔬菜:大大缩短复水时间

5、 白酒:辐照陈化

(三)辐照的其它应用

食品辐照的另一重要应用是对果蔬的检疫处理。

09 影响食品辐照效果的因素

(一)辐照剂量

1、 辐照目的

2、 辐照品种

3、 辐照源的强度

4、 食品的辐照物理化学效应

5、 剂量率

6、 安全防护设备

(二)食品接受辐照时的状态

1、 食品种类

2、 食品化学组成分及组织结构

3、 食品生长发育阶段、成熟状况、呼吸代谢的快慢

4、 污染的微生物、虫害等种类与数量

(三)辐照过程环境条件

1、 氧气

2、 温度

(四)辐照与其它保藏方法的协同作用

1、 低温下辐照

2、 添加自由基清除剂

3、 使用辐照增敏剂

4、 与其它保藏方法并用

5、 选择适宜的辐照装置。

10 辐照食品的安全性

(一) 安全性试验和评价涉及的学科领域

1、 毒理学

2、 营养学

3、 微生物学

(二) 结论

1、 世界卫生组织(WHO)

(1) 辐照不会导致对人类健康有不利影响的食品成分的毒性变化;

(2) 辐照食品不会增加微生物学的危害;

(3) 辐照食品不会导致人们营养供给的损失

2、 联合国粮农组织、国际原子能机构与世界卫生组织联席会议

11 辐照食品的管理法规

(一) 国际

1983年,FAO/WHO国际食品法规委员会采纳了"辐照食品的规范通用标准(世界范围标准)"和"食品处理辐照装置运行经验推荐规范"。

1984年,食品辐照国际咨询小组(ICGFI)成立

CAC食品添加剂法典委员会(CCFA)发布的CXS 106-1983 辐照食品通用标准、CXC 19-1979 食品辐照加工推荐性国际操作规范

CAC分析和采样方法法典委员会(CCMAS)发布的CXS 231-2001 辐照食品通用检测方法等

(二) 国内

GB 18524-2016 食品安全国家标准 食品辐照加工卫生规范

GB 10252-2009 γ辐照装置的辐射防护与安全规范

GB 23748-2016 食品安全国家标准 辐照食品鉴定 筛选法

GB 31642-2016 食品安全国家标准 辐照食品鉴定 电子自旋共振波谱法等

来源:网络搜集

注意:个别内容有些老旧,阅读时注意鉴别,仅供参考。

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