食品辐照技术幻灯片.ppt
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1、食品辐照技术第1页,共65页,编辑于2022年,星期三一、食品辐照技术的概述一、食品辐照技术的概述1.1.食品辐照技术的发展食品辐照技术的发展18951895年年,物理学家,物理学家威廉威廉康拉德康拉德伦琴伦琴(Wilhelm Conrad RoentgenWilhelm Conrad Roentgen)发现了发现了X X射线射线.18981898年年P.villardP.villard发现发现射线;射线;18981898年年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radiusradius而来,意为射线而来,意为射线)。1904190
2、4年英国公开第一项年英国公开第一项射射线杀菌专利;线杀菌专利;19431943年美国麻省理工学院的罗克多尔利用射线年美国麻省理工学院的罗克多尔利用射线处理汉堡包处理汉堡包,揭开了,揭开了辐辐射保藏食品研究的序幕射保藏食品研究的序幕。2第2页,共65页,编辑于2022年,星期三1958195819591959原苏联原苏联首次批准了用首次批准了用60Co-60Co-射线抑制马铃薯发芽和杀射线抑制马铃薯发芽和杀灭谷物害虫灭谷物害虫。日本、荷兰、英国、法国、加拿大、比利时、意大利及东欧一些国家日本、荷兰、英国、法国、加拿大、比利时、意大利及东欧一些国家从从2020世纪世纪5050年代初开始辐照抑制发芽
3、、灭菌和杀虫的研究。荷兰是批年代初开始辐照抑制发芽、灭菌和杀虫的研究。荷兰是批准辐照食品最多的国家。准辐照食品最多的国家。2020世纪世纪6060年代后期许多发展中国家也开始对食品辐照进行研究。到年代后期许多发展中国家也开始对食品辐照进行研究。到19741974年为止年为止,已有已有1515个国家通过了个国家通过了2222种许可用射线照射食品的认证。种许可用射线照射食品的认证。3第3页,共65页,编辑于2022年,星期三在在19831983年和年和19981998年年,世界卫生组织先后世界卫生组织先后声明辐照食品是声明辐照食品是安全安全的的,不存在毒理学、营养学和微生物学上的任何问题。不存在毒
4、理学、营养学和微生物学上的任何问题。食品辐照技术因不用任何化学物质食品辐照技术因不用任何化学物质,加工后的食品中不会有加工后的食品中不会有任何残留任何残留,也不会对环境造成危害。也不会对环境造成危害。食品辐照作为一种先进技术,正在丰富、发展和完善食品辐照作为一种先进技术,正在丰富、发展和完善人类传统的食品加工与保藏的技术内容。人类传统的食品加工与保藏的技术内容。4第4页,共65页,编辑于2022年,星期三1.辐射的类型辐射指能量传递的一种方式,在电磁波谱中,根据能量相应的大小,可使电磁波分成无线电波、微波、红外、可见光、紫外线,和射线。A.非电离辐射低频辐射线 HZ,波长较长(频率较低),能量
5、小,如微波、红外线的能量仅能使物质分子产生转动或振动而产生热,则起到加热杀菌作用,是非电离辐射。5二、食品辐照技术的基本概念第5页,共65页,编辑于2022年,星期三.电离辐射高频辐射线 HZ,频率较高、能量大,如X-射线,-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)。在 HZ,如紫外线的能量,仅能使被照射物质的原子受到激发(激发为使电子从低能态到高能态),亦可起到抑菌杀菌的作用。6第6页,共65页,编辑于2022年,星期三7 频率 波长=C=C/低频辐射区1018HzE能量无线电波微波红外可见紫外X射线和射线105Hz 1010 1015 1018 1020 3km 3
6、cm 3m 3nm 0.3nm410-10 ev 410-5 410-3 4 4102 4k 4M 第7页,共65页,编辑于2022年,星期三l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。8电子壳中子(不同)质子(同)同位素l3.放射性同位素与辐射第8页,共65页,编辑于2022年,星期三9有些同位素,其质子数和中子数差异较大,其原子核是不稳定的,它们按照一定的规律(指数规律)衰变。第9页,共65页,编辑于2022年,星期三4.放射性同位素与辐射l辐射源:放射性同位素(60Co、137Cs)、电子加速器。l主要射线:射线 射线 射线 X射线l辐射:放射性同位素衰
7、变产生各种射线过程及加速器产生高能射线的过程。l是氦原子核束、是电子束、是电磁波束、X是电子束电子束10第10页,共65页,编辑于2022年,星期三射线:相对质量较大,电离能力很强,穿透能力很小;一张纸就能阻挡它的通过;射线:为氦核质量的几千分之一,带电量为射线的一半,电离能力比射线小,穿透能力比射线大;射线:电离能力比、小,穿透能力比、大;X射线:电离能力小,穿透力很高。11第11页,共65页,编辑于2022年,星期三目前用于食品加工的电离辐射主要包括:60Co或137Cs核素衰变释放的射线;能量不大于10MeV的X射线。这些辐射有以下特点:有较强穿透物质的能力,能使其受到均匀的辐射;辐射的
8、能量都低于食品各种组成元素可能诱生放射性的阈能,因此不会在食品中诱生放射性。12第12页,共65页,编辑于2022年,星期三13第13页,共65页,编辑于2022年,星期三3.辐射单位 国际单位 常用单位辐射能量 焦耳(J)电子伏特(ev)放射性强度 贝可(Bq)居里(Ci)辐射剂量 库仑/千克(C/kg)伦琴(R)吸收剂量 戈瑞(Gy)拉德(rad)14第14页,共65页,编辑于2022年,星期三l4.放射性同位素的衰变与半衰期是放射性同位素放出射线的过程是放射性同位素强度由强变弱的过程过程与外界的温度、压力等因素无关,取决于原子核性质按负指数规律衰变半衰期 15t时刻的强度t0时刻的强度衰
9、变常数时间(年)第15页,共65页,编辑于2022年,星期三l半衰期放射性强度减少到原来一半(即I0.5I0),所经历的时间称为该给定同位素的半衰期,并用t0.5表示钴-60的半衰期=5.27年,铯137的半衰期=30.1年 16第16页,共65页,编辑于2022年,星期三5.食品辐照保藏与辐照食品l1.1.食品辐射保藏食品辐射保藏是利用原子能射线的辐射能量照射食品或原是利用原子能射线的辐射能量照射食品或原材料,进行杀菌、杀虫、消毒、防霉等加工处理,抑制根类食物材料,进行杀菌、杀虫、消毒、防霉等加工处理,抑制根类食物的发芽和延迟新鲜食物生理过程的成熟发展,以达到延长食品保的发芽和延迟新鲜食物生
10、理过程的成熟发展,以达到延长食品保藏期的方法和技术。这种技术又称为食品辐照(藏期的方法和技术。这种技术又称为食品辐照(Food Food irradiationirradiation)技术。)技术。l2.2.辐照食品辐照食品经辐照技术处理后的食品。在我国辐照食品卫经辐照技术处理后的食品。在我国辐照食品卫生管理办法附则中定义:辐照食品是指用钴生管理办法附则中定义:辐照食品是指用钴6060、铯、铯137137产产生的生的射线或电子加速器产生的低于射线或电子加速器产生的低于10MeV10MeV电子束照射加工保藏电子束照射加工保藏的食品。的食品。17第17页,共65页,编辑于2022年,星期三三、辐射
11、引起化学与生物学效应三、辐射引起化学与生物学效应1.1.辐射的化学效应辐射的化学效应 由电离辐射使食品产生各种粒子、离子及质子的基本由电离辐射使食品产生各种粒子、离子及质子的基本过程有初级辐射和次级辐射。过程有初级辐射和次级辐射。A.A.初级辐射初级辐射:使物质形成使物质形成过渡态活性粒子、次级电子、次级电子、激发分子、自由基。激发分子、自由基。B.B.次级辐射次级辐射:使初级辐射的产物相互作用,生成与原始物质: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。不同的化合物。18第18页,共65页,编辑于2022年,星期三辐照的化学效应辐照的化学效应1.水分子水分子对辐射很敏感,当它接受了
12、射线的能量后,水分子首先被激活,然后由激活了的水分子和食品中的其他成分发生反应。水接受辐射后的最后产物是氢和过氧化氢,形成的机制很复杂。现已知的中间产物主要有三种:水合电子(eaq),氢氧基(OH),氢基(H)。19第19页,共65页,编辑于2022年,星期三水分子被辐射后可能反应途径:(eaq)+H2O=H+OH H+OH=H2O H+H=H2 OH+OH=H2O2 H+H2O2=H2O+OH OH+H2O2=H2O+HO2 H2+OH=H2O+H H+O2=HO2 HO2+HO2=H2O2+O220第20页,共65页,编辑于2022年,星期三2.蛋白质l变性变性:射线会使某些蛋白质中二硫键
13、、氢键、盐键和醚键等断裂,从而使蛋白质的三级结构和二级结构遭到破坏,导致蛋白质变性。l一级结构一级结构:辐照也会促使蛋白质的一级结构发生变化,除了-SH氧化外,还会发生脱(-)氨基作用、脱(-)羧作用和氧化作用。l交联交联:蛋白质水溶液经射线照射会发生交联,由巯基氧化生成分子内或分子间的二硫键,也可以由酪氨酸和苯丙氨酸的苯环偶合而发生。交联导致蛋白质发生凝聚作用,甚至出现一些不溶解的聚集体。21第21页,共65页,编辑于2022年,星期三l降解降解:用 X 射线照射血纤蛋白会引起部分裂解,产生较小的碎片。卵清蛋白在等电点照射也发现黏度减小(发生了降解)。l降解与交联同时发生降解与交联同时发生,
14、往往交联大于降解,所以降解常被掩盖而不易察觉。l含蛋白质食品辐照变化的复杂性含蛋白质食品辐照变化的复杂性:因为很可能这种食品的全部成分都吸收电离辐射线而发生化学变化,再对蛋白质作用,同时全部成分的辐射产物之间也可能发生相互作用。l高剂量辐照含蛋白质食品高剂量辐照含蛋白质食品,如肉类及禽类、乳类,常会产生变味(辐照味),已鉴定出各种挥发性辐解产物,大部分是通过间接作用产生的,在低于冻结点的温度下进行辐照可减少辐照味的形成。22第22页,共65页,编辑于2022年,星期三3.糖类l多糖聚合度和粘度下降辐照会引起多糖链的断裂从而引起聚合度和黏度变化,产物 糊精碎片等:辐照小麦淀粉:葡萄糖、麦芽糖、麦
15、芽三糖、麦芽四糖和麦芽五糖。23第23页,共65页,编辑于2022年,星期三24第24页,共65页,编辑于2022年,星期三l小分子糖类降解形成辐解产物降解形成辐解产物:低聚糖或单糖的降解产物有羟基化合物、酸类、过氧化氢,降解作用还会产生气体,如氢气、二氧化碳及痕量甲烷、一氧化碳和水等。降解所形成的新物质降解所形成的新物质会改变糖类的某些性质,如辐照能使葡萄糖和果糖的还原能力下降,但提高了蔗糖、山梨糖醇和甲基-吡喃葡萄糖的还原能力。这些变化是辐照剂量的函数。50kGy对糖还原能力影响与热处理相当对糖还原能力影响与热处理相当。10kGy辐照100g葡萄糖-水合物释放出0.8mg的H2和2.6mg
16、的CO2,但辐照果糖和蔗糖时,则没有CO2产生。固态糖类固态糖类:相同条件下发生降解的程度低于糖溶液。固态糖类辐照降解作用的G值(6-60)比辐照糖溶液时的G值(5)要大得多,因此固态糖降解的百分数会更小。常见的降解产物是甲醛,辐照葡萄糖还会有葡萄糖酸、葡糖醛酸与脱氧葡萄糖酸等产物检出。5kGy剂量下辐照降解产物浓度10mg/g。25第25页,共65页,编辑于2022年,星期三26n从表7-6可看出,50kGy的辐照剂量产生的还原力变化类似100加热10h的变化。第26页,共65页,编辑于2022年,星期三4脂类一般来说,饱和脂肪是稳定的,不饱和脂肪容易发生氧化。辐射脂类的主要作用是在脂肪酸长
17、链中-C-C-键外断裂。辐射对脂类所产生的影响可分为三个方面:理化性质的变化;受辐射感应而发生自动氧化;发生非自动氧化性的辐射分解。27第27页,共65页,编辑于2022年,星期三l高剂量下辐照脂肪用60kGy辐照猪肉,辐照产物烃类产量,1kg脂肪中烃的含量如下:十七碳烯 90 mg,十六碳二烯 89 mg,十七烷 34 mg,十六碳烯 22 mg,十五烷 55 mg,十四烯 38 mg,所产生的主要烃类的质量也随剂量和辐照温度而直线增加。当辐照剂量大于20kGy时“辐照脂肪”气味可察觉,在较高剂量时变得更强烈。有人估计30kGy辐照产生的烃量相当于170,24h加热所产生的烃量。28第28页
18、,共65页,编辑于2022年,星期三29主要烷烃(戊烷)的量是由加热所形成的两倍,而在加热处理中产生的主要烯烃(丁烯)的量较多。第29页,共65页,编辑于2022年,星期三5维生素维生素是食品中重要的微量营养物质。维生素对辐照食品的敏感性在评价辐照食品的营养价值上是一个很重要的指标。(1)水溶性维生素中以VC的辐射敏感性最强,其他水溶性如VB1、VB2、泛酸、VB6、叶酸也较敏感,VB5(烟酸)对辐射很不敏感,较稳定。(2)脂溶性维生素对辐射均很敏感,尤其是VE、VK更敏感。30第30页,共65页,编辑于2022年,星期三31第31页,共65页,编辑于2022年,星期三辐射引起的生物学效应辐射
19、引起的生物学效应1.1.辐射对微生物的作用辐射对微生物的作用(1 1)直接效应)直接效应32细胞内蛋白质、细胞内蛋白质、DNADNA受损,即受损,即DNADNA分子碱基发分子碱基发生分解或氢键断裂等,致使微生物细胞活动紊乱,生分解或氢键断裂等,致使微生物细胞活动紊乱,甚至停止。甚至停止。细胞膜受损,酶释放出来,酶功能紊乱,干细胞膜受损,酶释放出来,酶功能紊乱,干扰微生物代谢,使新陈代谢中断,从而使微生物扰微生物代谢,使新陈代谢中断,从而使微生物死亡。死亡。第32页,共65页,编辑于2022年,星期三(2 2)间接效应)间接效应 当水分子被激活和电离后,成为游离基,起氧化还当水分子被激活和电离后
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