食品工艺-食品加工-第六章-食品辐射保藏课件.ppt

第六章 食品的辐照保掌握食品辐照保藏的基本原理了解影响电离辐照杀菌的因素了解辐照在食品保藏中的应用了解辐照对食品品质的影响什么辐照n辐射是利用电离辐射（主要是指钴-60射线和电子加速器产生的电子束）与物质相互作用的物理效应、化学效应和生物效应，对食品原料进行加工处理的过程。比比看，发生了什么变化？国际食品辐照标志国际食品辐照标志 Radura 辐照处理 调味品中草药脱水菜辐照食品必须标明标志辐照食品必须标明标志消费者为什么不喜欢辐照食品消费者为什么不喜欢辐照食品:因为不了解因为不了解食品辐照杀菌的特点及意义1018Hz的射线可以使食品分子电离，称为电离放射线，有杀菌作用。杀菌效果好，剂量可调；（1Mrad）食品中的化学变化也很小；没有外加非食品物质的残留瞬间、均一到达内部，杀灭病菌和害虫食品辐照杀菌的特点及意义节约能源、生产效率高、日夜连续作业处理方法简单，不用打开包装v杀菌剂量不同时酶不能完全失活v主要由游离基引起的变化导致食品感官方面的不利变化。v杀死微生物的剂量对人来说已经很大，所以操作中防护很重要国内外发展简况n食品辐照早在20世纪40年代就开始进行，50年代美国等加强了研究，70年代证明了辐照食品的卫生安全性，80年代各国开始建立规程、法规、标准。国内外发展简况n1980年FAO/IAEA/WHO辐照食品安全联合专家委员会结论：辐照食品总平均剂量10kGy以下不需要做毒理学实验，无特殊营养和微生物学问题。n1984年代表130多个国家的食品法典委员会（CAC）向成员国建议辐照食品标准及辐照食品设施推荐规程。国内外发展简况n40多个国家批准了100多种辐照食品。大规模商业化应用从20世纪90年代开始。n虽然从技术讲已相对成熟，但由于公众接受性、各类别食品标准、法规以及检验、辐照设施等尚存在一定问题，辐照食品仍未被广泛接受。辐照可取代化学熏蒸。1997年蒙特利尔公约会议决定发达国家在2005年前、发展中国家在2015年前要彻底禁用溴甲烷，使辐照的替代作用更突出出来。国内外发展简况n 食源性疾病近年来在美国、日本等地多有发生，沙门氏菌、弯曲菌、大肠杆菌、单核细胞李斯特菌、弧菌等所致的疾病与辐照食品近年的发展有明显的关联。n 1997年美国2500万磅牛肉末受大肠杆菌O157：H7的污染，9万人致病，25人死亡，导致了美国历史上最大一次冻汉堡包的回收（约1万吨）。这件事直接导致了1997年12月美国FDA批准了红肉辐照。国内外发展简况食品辐照保藏的发展我国自20世纪50年代开始工艺、安全性、辐照装置、剂量检测和卫生标准方面的研究20世纪80年代150多座60Co装置建立1984年卫生部批准颁布了马铃薯、洋葱、蘑菇、大米、花生及香肠等7种辐照食品的卫生标准食品辐照保藏的发展花粉、果脯、杏仁、番茄、蜜桔、荔枝、扒鸡、猪肉、熟肉制品、酒相继获批准20世纪90年代以来，更多食品辐照标准批准、新建和扩建了更多的辐照装置，企业也开始参与批准实施食品辐照的机构名单进行食品辐照的国家名单第二节 辐射基本原理一、辐射类型低频辐射线（非电离辐射）：n波长较长、能量小（频率低），仅能使物质分子产生转动或振动而产生热，也可起到加热杀菌作用。高频辐射线（电离辐射）：n频率较高、能量大，如X-，-射线，可使物质的原子受到激发或电离，因而可起到杀菌作用（冷杀菌）。二、-、-、-、X-射线1.放射性同位素n原子序数84时原子核不稳定，能以一定速率放出射线，称为放射性同位素。放射性同位素。n天然的不稳定同位素，使用原子反应堆及粒子加速器等人工制造的同位素。-射线：当n：p+1.5:1,从原子核中放出带2p+和2n的高速粒子流（氦核）-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+)np+-(带负电的高速电子)；若核内p+n时(一般指在加速器中)，p+1.02Mevn+（带正电）二、-、-、-、X-射线 X-射线 若核内质子从K层捕获电子，转变成中子，p+e-n，当K层（低能态）电子被捕获后剩下一空穴，则高能态（外层）电子会捕获进去，释放出能量X-射线。二、-、-、-、X-射线-射线 当原子核在发射了-和-射线或k-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-射线（即不带电荷的粒子流）。以上这些射线都具有使被辐射物质的原子或分子发生电离作用。二、-、-、-、X-射线-射线：质量较大，电离能力大，穿透能力小-射线：-射线质量的几千分之一，带电量的一半，穿透能力比-射线大。-射线：电离能力比-、-射线小，但穿透能力比它们大。X-射线：电离能力小，穿透能力很强。二、-、-、-、X-射线三、辐射用多种单位 辐照或辐射的计量单位辐射或辐照量辐射或辐照量是用x或射线辐照源的辐照辐照场内空气电离的程度场内空气电离的程度来表示，用以描述电磁辐射在空气中的电离能力。用于度量x或射线在某体积元的单位质量所产生的电离，不能用于其它类型的辐射。且不包括吸收光子的二次电子产生的韧致辐射。SI单位：molkg-1。单位时间被照射空气受到的辐射量，molkg-1 s-1辐照或辐射的计量单位放射线能量的单位eV：任何单位电荷带电粒子越过1V电位差所需能量居里（Ci）：和1g镭相同衰变物质的能量，相当于每秒3.7 1010个原子核衰变的所释放的能量，SI单位Bq，1Bq=1衰变/秒。1kCi=3.7 1013Bq。伦琴（R）:标况下0.001293g空气中生成1个单位电荷粒子对时x或射线的剂量辐照或辐射的计量单位吸收剂量：吸收剂量：辐照源的辐照场内单位质量被辐照物质吸收的辐照能量。SI单位：Jkg-1,戈瑞（Gy），其意义为1kg被辐照物质吸收1J辐照能量的剂量。吸收剂量率：单位时间的吸收剂量，Gyh.四、辐射源人工放射性同位素电子加速器第三 辐射的化学与生物学效应一、辐射化学效应由电离辐射使食品产生各种粒子、离子及质子的基本过程：n初级辐射，使物质形成离子、激发态分子或分子碎片。n次级辐射,是使初级辐射的产物相互作用，生成与原始物质不同的化合物。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。食品辐照的化学效应物质吸收100eV能量所产生的化学变化的分子数称为G值。水经辐照被活化，然后和其他成分反应，水经辐照被活化，然后和其他成分反应，终产物是氢和过氧化氢等。终产物是氢和过氧化氢等。中间产物包括水和电子（还原剂）、氢基（氧化剂）、氢氧基（氧化、还原剂）在稀溶液和含水多的食品中，这些中间产物会引发氧化还原反应食品辐照的化学效应营养成分的变化：营养成分的变化：氨基酸氨基酸脱氨基产生氨，有水分子存在时有间接效应，不同氨基酸分子及不同反应条件得到产物和得率都不同。蛋白质蛋白质辐照后导致一级结构发生变化，二级结构和三级结构遭到破坏，产生分子变形，凝聚、粘度降低，溶解度变化食品辐照的化学效应肉制品肉制品含脂肪和蛋白较多，为了杀菌要较高剂量辐照，照射时产生甲硫醇、链状烷烃、链状烯烃，影响辐照风味，冻结温度（-40）下照射挥发性成分较少。肉制品照射时未发现氨基酸组成发生变化，因此营养成分未损失。但可能引起肉制品变色。水产、乳制品、小麦等都发现辐照引起的风味、物性变化。食品辐照的化学效应酶酶的浓溶液比稀溶液辐照变化敏感度低。食品体系中酶受到其他物质保护，需要较高辐照剂量才能钝化。干燥无氧条件下酶易钝化，但胰蛋白酶有氧条件下易钝化。-HS存在酶对辐照敏感性增加。温度、抗坏血酸钠也影响酶对辐照敏感性食品辐照的化学效应小糖类小糖类照射后旋光度降低、褐变，结构和吸收光谱发生变化。发生次级反应生成一系列产物食品辐照的化学效应多糖类多糖类辐照后融点降低、褐变、旋光度减少、结构和吸收光谱发生变化。降解成小糖。果品因果胶解聚而软化，动物糖原分解。生成一系列次级反应产物。在商业照射剂量下，糖类特性变化很小食品辐照的化学效应u脂类照射后生成烯烃、过氧化物及氢过氧化物等，进一步生成醛、酮等小分子。辐照促进油脂自氧化u维生素C和脂溶性维生素对辐照敏感。低温下保存的维生素更多些。二、食品辐射的生物学效应生物学效应指辐射对生物体如微生物、病毒、昆虫、寄生虫、植物等的影响，（一）微生物1.辐射对微生物的作用（1）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。（一）微生物A.细胞内蛋白质、DNA受损，即DNA分子碱基发生分解或氢键断裂等，由于DNA分子本身受到损伤而致使细胞死亡直直接击中学说接击中学说B.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，从而使微生物死亡（一）微生物照射前后（2）间接效应n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，而使细胞生理机能受到影响。2.微生物对辐射的敏感性 通常以每杀死通常以每杀死90%微生物所需要微生物所需要的戈瑞数来表示某种微生物对辐射的敏的戈瑞数来表示某种微生物对辐射的敏感性，记为感性，记为D10不同微生物的辐射敏感性微生物对辐射的敏感性G-G+酵母 霉菌(敏感度)（二）病毒通常使用高达30KGy的剂量才能抑制。（三）昆虫昆虫细胞辐射敏感性与它们的生殖活性成正比，与它们的分化程度成反比。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，高剂量才能致死，但成虫性腺细胞对辐射敏感。低剂量可造成绝育或引起遗传上的紊乱。（三）昆虫昆虫总的损伤作用是：致死、“击倒”（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、减少进食量和抑制呼吸，不适宜的剂量甚至出现相反效应，如延长寿命、增加产卵、增进卵的孵化和促进呼吸。成年前的昆虫经辐射可产生不育；辐照过的卵可以发育成幼虫，但不能发育成蛹；照射的蛹可发展为成虫，但成虫不育；用0.13-0.25KGy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；用0.4-1.0KGy剂量，能阻止所有卵和幼虫、蛹发育到下一阶段；甲虫成虫不育需要0.13-0.25KGy，而蛾需要0.45-1.00KGy才行；螨需要蛹0.25-0.45KGy剂量才能达到不育，30-50KGy才能致死。（三）昆虫（四）寄生虫辐射可使寄生虫不育或死亡猪肉内旋毛虫，n不育剂量，0.12KGy，死亡7.5KGy牛肉绦虫，n致死3.0-5.0KGy（五）植物水果：n对呼吸跃变型水果，在其呼吸率达最小值时辐射处理能抑制其后熟，主要是能改变体内乙烯的生产率。n能使化学成分发生变化，如维生素C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。蔬菜n可影响新鲜蔬菜的代谢反应，其效果与剂量有关。如可改变蔬菜的呼吸率，防止老化，改变化学成分。n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，剂量过高会腐烂。n对蘑菇可防止开伞延迟后熟。（五）植物本节思考题1.辐射有哪些化学效应及生物学效应？2.辐射保藏食品的原理 从辐射效应对微生物、酶、病虫害、果蔬等的影响角度回答。第四节 辐射的应用及其卫生安全性一、辐射保藏的三种形式1.辐射阿氏灭菌:所用的辐射辐射剂量可以使食品上的微生物减少到零或有限个数。处理之后，食品可在任何条件下贮藏，但要防止再污染，其剂量在11045104GY。第四节 辐射的应用及其卫生安全性2.辐射巴氏灭菌:所用的剂量使在食品中检测不出特定的无芽孢致病菌（如沙门氏菌），剂量在5103104GY之间。3.辐射耐储杀菌:只降低其腐败菌数并延长新鲜食品的后熟期及保藏期，剂量在5103GY以下。辐照杀菌的影响因素放射线的种类放射线的种类:电离密度越大，杀菌效果越好照射剂量：照射剂量：不同辐射源产生的杀菌剂量不同。照射强度越大，杀菌效果越好间歇照射：间歇照射：间歇照射对杀菌效果没有影响，照射总剂量相同，杀菌效果相同。辐照杀菌的影响因素微生物的状态：微生物的状态：稳定或衰亡期细菌对放射线有较强抗性，对数增长期敏感性强。培养条件也影响微生物对放射线的敏感性。辐照杀菌的影响因素照射时的温度：照射时的温度：常温附近，温度变化对杀菌效果影响不大。低温照射微生物抗性增强但有利保持食品品质。杀菌温度高于室温微生物抗性减弱。照射前加热灭酶，照射后加热改善杀菌效果。辐照杀菌的影响因素氧：氧：氧存在时增强杀菌效果。氧气增效氧气增效比比（100%氧与100%氮的D值比）水分含量：水分含量：没有水分，H+,OH-难以生成，间接效应变小，生成的游离基不能自由移动，所以杀菌效果差。芽孢干燥时间越长，抗性越大。辐照杀菌的影响因素pH值：值：影响不大，极端pH值才可能影响化学物质：化学物质：醇类、硫化氢类、亚硫酸盐类等降低杀菌效果。强毒性物质、水、缓冲液等增强杀菌效果辐照在食品保藏中的应用食品原料杀菌、杀虫、抑芽、调整成熟度等（P290表）1kGy以下剂量抑制马铃薯、洋葱发芽，杀死昆虫和肉类病原寄生虫，延迟鲜活食品后熟；110kGy减少食品微生物负荷量，减少非芽孢致病菌数量、改进食品工艺特性；1050kGy用于商业灭菌和杀灭病毒（相关名词见P291）辐照在食品保藏中的应用放射线源：放射线源：60Co产生的射线；电子射线加速器，输出功率更高；高速电子流撞击金属靶产生X射线，转化率低，食品上难以应用肉禽类应用：肉禽类应用：高剂量辐照后无需冷冻保藏，照射前封装好防止二次污染，热灭酶。-30-80下照射防止产生异味。有效剂量45 kGy辐照在食品保藏中的应用水产类：水产类：高剂量与肉类相同，异味不明显。最高剂量3kGy。与冷藏结合效果更好。可防止储藏和销售时的虫害，减少微生物负荷和致病微生物数量蛋类：蛋类：杀灭沙门氏菌。蛋白分解使蛋液粘度下降。蛋液及冰蛋用和射线辐照，灭菌效果良好。带壳鲜蛋用10kGy射线辐照。高剂量会产生H2S等异味。辐照在食品保藏中的应用果蔬类：果蔬类：防止微生物腐败，控制害虫感染及蔓延，延缓后熟衰老。储藏寿命短剂量低，长则剂量高。柑桔剂量2.8kGy以上时表面产生锈斑；土豆、洋葱、大蒜、萝卜抑制发芽效果很明显。照前应进行妥善预处理。谷类及其制品：谷类及其制品：杀虫灭菌、无残毒、营养损失小辐照在食品保藏中的应用香料和调味品：香料和调味品：控制剂量不使变味。辐照食品的包装：辐照食品的包装：透气性低、机械强度高、密封性能好、防潮、耐热、耐辐照等特性的包装材料。如熟肉制品用铝箔袋。能熏蒸的包装可使辐照后储藏期间能熏蒸杀虫。辐照食品的安全性目前照射剂量不会产生次生辐射。某些食品中的特殊元素如锶、钡、镉等较低剂量可产生次生辐射，要进行控制。动物试验没有发现辐照食品有安全性方面的问题人群试验未发现异常食品辐解产物无毒辐照对食品营养成分的影响蛋白质、氨基酸、损失很少碳水化合物没有什么变化脂类成分变化不大维生素较高剂量下破坏较多辐照对食品色香味的影响真空包装的肉制品颜色不发生变化有氧时处理肉，会产生小分子物质脂肪氧化加速，产生异味可能会产生美拉德反应有些鲜艳颜色褪色金枪鱼照后颜色鲜明感增加低温辐照克服辐照异味食品辐照器射线发射器foodfood射线杀菌导向罩食品辐照器food导向罩food食品离开辐照工艺原料选择 新鲜的，未发生腐败的清洗 除去微生物包装 防止二次污染漂烫 灭酶辐照食品的稳定性和热灭菌食品一样的货架期为了灭酶必须漂烫非杀菌目的辐照食品在微生物适生温度下存放 会变质(类似于巴氏灭菌)三、卫生安全性1.有关诱惑放射性有关诱惑放射性n 一种元素辐射时，辐射能量将传递给其它一些原子核，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产生-辐射，这种电离辐射使物质产生放射性（是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）诱惑放诱惑放射性。射性。三、卫生安全性1.有关诱惑放射性n 诱惑放射性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，超过某元素的核反应能阈，则该元素会产生放射性。食品中的基本元素，氮氢氧n14N 10.5Mev-射线 会产生放射性n16O 15.5Mev-射线 会产生放射性n12C 18.8Mev-射线 会产生放射性三、卫生安全性n大部分元素核反应能阈都10Mev，目前在食品中允许使用的辐射源只有60Co，（1=1.17Mev，2=1.33Mev）能量10Mev,故不会产生诱惑放射性三、卫生安全性2.轻元素放射性同位素的半衰期极短半衰期极短(几秒几十分钟),还不等到达消费者手中,放射性就消失了。3.毒性问题毒性问题1980年FAO、IAEA、WHO专家会议认为在10KGy以内的辐射食品，不需要再进行此剂量范围的毒性试验，在微生物学和营养学上都不存在问题。三、卫生安全性4.微生物发生变异微生物发生变异的危险的危险 大量试验证明了辐照处理的安全性，试验过程中未发现因为使用辐照食品而对人或实验动物产生不良影响三、卫生安全性电离辐射与食品物质的相互作用，可在食品组分上诱发复杂的化学变化化学变化，这些变化主要是由自由基过程产生的。但是不仅辐照过程可以产生自由基，其它一些过程如热处理、光照、金属离子的催化、酶催化、研磨、超声波以及食品储存过程中氧和过氧化物相互作用也可以产生自由基。四四、检验、检验并不是所有化学变化的结果都能用来指示食品是否已被辐照，只有其中的一些辐照专一性产物，一些在辐照前后含量有明显变化的产物，或者辐照在食品组成诱导的某些化学特性，才能用于辐照食品的检测。四四、检验、检验（1）脂类的辐射变化和含脂辐照食品的检测（A）利用挥发性碳氢化合物和烷基环丁酮检测含脂辐照食品（B）利用有机过氧化合物检测含脂辐照食品利用辐射对食品成分的利用辐射对食品成分的化学效应检测辐照食品化学效应检测辐照食品（2）蛋白质的辐射降解和辐照含蛋白质食品的检测（3）利用核酸的变化检测（4）利用乙醇的辐照化学变化检测辐照酒利用辐射对食品成分的利用辐射对食品成分的化学效应检测辐照食品化学效应检测辐照食品利用生成的长寿命的自由基检测辐照食品电子自旋共振法（ESR）适用带骨肉,干果,骨头,硬果壳,包装材料等食品辐照效果的测定.3.利用热释光和化学发光技术检测辐照食品化化学学发发光光法法,基于被辐照物溶于水时发光的原理,适用于调味品,姜,洋葱等食品的辐照测热热释释光光法法,基于陷落载流子受热发光的原理,适用于贝类,甲壳类,土豆,洋葱,调味品,鲜蘑菇等食品的辐照测定.4.生物学和生理学方法 微生物体系变化,基于微生物对辐照敏感性不同的原理,测定食品辐照效果.发芽试验,由DNA变化测定食品辐照效果.方法项目原理适用食品物理法电阻抗法膜性质变化土豆粘度法调味品化学法碳氢化合物法脂类变化所有含脂食品，包括鸡肉、牛肉、猪肉、贝类、虾、蟹等2-羟基环丁酮法含脂食品如鸡肉、猪肉和蛋制品过氧化物法猪肉、蛋粉、奶粉、大豆粉等DNA（碱基损伤和链断裂）法核酸变化鸡肉、猪肉等酪氨酸法蛋白质变化含苯丙氨酸的食品，如鸡肉d-2，3-丁二醇法乙醇变化酒类发光法化学发光法被照物溶于水时发光调味品、姜、洋葱等热释光法陷落载流子受热发光贝类、甲壳类、土豆、洋葱、调味品、鲜蘑菇等ESR法长寿命自由基生成带骨肉、干果、骨头、硬果壳、包装材料等生物学和生理学方法微生物体系变化微生物对辐照敏感性不同发芽试验DNA变化本节思考题辐射的诱惑放射性概念辐射食品的主要检测方法，各种检测方法的依据。