《食品技术原理》教案——第四章 食品辐射保藏.docx

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1、第一节概述一、食品辐射保藏食品辐射保藏即利用射线能处理食品所产生的生物和生理效应,使食品的保藏期得以延长的一种食品保藏技术。利用射线照射食品可以起到杀虫、杀菌、抑制发芽、延迟后熟等作用。这一技术是继传统的物理、化学方法之后以又一发展较快的食品保藏新技术和新方法。二、辐射保藏食品特点与传统的方法相比，辐射保藏食品技术有许多优点，主要表现在：1）杀死微生物效果显著，剂量可根据需要进行调节（准确控制）2）食品受射线照射过程中升温甚微，从而可以保持食品原有的新鲜感官特征.3）食品可以在包装以后不再拆包装的情况下接受照射处理，节约了材料，也避免了再污染的可能4）操作适应范围广。在同一射线处理场所可以处理

2、多种体积、状态、类型不同的食品5）没有非食品物质残留射线处理过的食品不会留下任何残留物,这与熏蒸杀虫和其他化学处理相比是最突出的优点6）节约能源根据国际原子能机构通报的估计，与传统的冷藏、热处理、干燥脱水方法相比，辐射处理可节约70%90%的能源7）辐射装置加工效率高整个工序可连续作业，易实现自动化辐射处理食品主要缺点：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是微乎其微的，但敏感强的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（食品中存在游离基）。辐射不适用于所有食品，使用范围受到限制3）辐射剂量对人体有危害，所以使用辐射处

3、理食品必须非常谨慎，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，必须经常连续的对照射区和工作人员进行监测检查。三、食品辐射保藏发展史自1895年（19世纪末）伦琴发现X一射线后第二年，有人就发表论文，提出X一射线对细菌的作用及其实际应用问题，但由于当时放射源强度不够和其他原因，以后三年时间研究者得出结论：X一射线无杀菌作用。后来，随着射线源的增大和实验的改进，开始着重研究射线灭菌机理，但应用研究较少。二战期间，美国麻省理工学院的罗克多尔进行了射线处理应用于汉堡包保鲜的研究工作，拉开了辐射保藏食品研究的序幕。50年代起，北美、欧洲及日本等30多个国家先后抽入了大量的

4、费用，逐步开展了辐射保藏食品的研究。60年代起，包括我国在内的一些发展中国家也加入了这一研究的行列。目前从事这方面研究的国家有50多个。受到研究的食品种类有粮食、粮食制品、水果、蔬菜、各种肉类、肉制品、家禽、水产品、香料和动物饲料等。人们从多方面对这项技术进行了研究。其中包括食品辐照的机理和灭菌原理，辐照食品工艺，辐射食品化学、营养学、微生物学、毒理学和剂量学等与此同时，自60年代初起，联合国粮农组织、国际原子能机构、世界卫生组织联合主持召开了国际辐射保藏食品的科学讨论会。1980年10月由以上三个组织的专家委员建议：批准经兆拉德（IOKGy）以下处理的任何食品均可供食用.在实际应用方面，一些

5、国家先后批准了一批辐射产品的商业化应用。其中辐照马铃薯是获得最多国家批准食用的一种商业化产品。其他一些辐射产品在不同范围和程度上获准产业化生产。其中包括：鲜鳄鱼片、虾、去内脏鸡、谷物、面粉、芒果、草莓、蘑菇、芦笋、大蒜、洋葱、调味品等在所有的食品处理方法中，还没有其他任何一种技术受到如电离辐射技术那样旷日持久、内容广泛、耗费巨大的研究。正如其他保藏方法一样，辐射保藏有其局限性，不完全适用于所有食品，必须有选择地使用。从人们对这一新的技术观念，市场接受性和经济可行性方面来看，这种方法的推广仍然受到其他传统保藏方法的很大挑战和阻碍。食品辐射保藏的各种问题还有待进一步解决。四、食品辐射处理发展动向食

6、品辐射保藏的研究，国际上一直有两种发展方向：高剂量辐射：用于牛肉、鸡肉的辐射灭菌，特别着重于卫生安全性方面低剂量辐射：所用辐射剂量低，成本也较低，适于大量推广，用于杀虫、保鲜第二节辐射的基本原理一、辐射与射线的概念辐射：也称电离辐射，是辐射源放出射线（电离辐射线），释放能量，能使受辐射物质的原子发生电离作用的一种物理过程。电离辐射线有不同种类：如高速带正电粒子流构成的一射线，由带负电粒子流B一射线,在电磁波谱中的X和丫射线都可以引起物质发生电离作用。辐射源辐射是一种能量转变的过程。如放射性同位素在放出射线的同时，自身从非稳定态的放射性同位素变成了稳定的另一种元素，因此是一个原子能转变为辐射能的

7、过程。又如,电子束射线所得到的辐射能是通过加速器由电能转变而来的。因此射线所具有的能量往往称为辐射能，其单位用eV（电子伏）来表示。KeV（千电子伏），MeV（兆电子伏）射线都具有程度不同的穿透物质的能力，并具有使受到作用的物质产生各种基本的物理效应。能使受辐射物质的原子发生电离作用的辐射称为电离辐射。相应的射线称为电离辐射线，但一般称为射线。射线物质和使物质发生电离的能力与射线的带电情况和能量有关,一般不同种类的射线有不同的带电情况和能量水平。同一种类射线也有不同能量水平。二、核反应原子核因外来的因素而引起核结构的变化，此过程就称为原子核的反应。现在己能实现的核反应有100O多种，反应产物有

8、稳定的也有不稳定的，利用人工反应所得到的放射性核素称人工放射性核素。可用如下几种方法制得。反应堆中子照射：慢中子反应从核燃料废物中提取加速器生产：加速器将带电粒子加速一一轰击靶核三、核衰变1、O一衰变放射性原子核放出a一粒子变成另一种核的过程，即a一衰变a一粒子：2个单位正电荷，质量数4。其电离能力强，射程短，穿透力弱。2、B一衰变2. 1B-衰变B一一粒子实际上即负电子，原子核内中子过多造成不平衡时，放出B一一粒子B一一粒子具有连续能谱，穿透能力一粒子2.2B.一衰变B+一离子即正电子，只有人工放射性核素才有B.一衰变B+一离子能谱也连续3、电子俘获（k一电子俘获）原子核从一个轨道上俘获一个

9、电子，使核内一个质子变成中子，并放出中微子。电子俘获过程伴随着X一射线，一射线的产生。4、Y辐射处于激发态的原子核通过放出丫一光子回到基态，这个过程称为丫一辐射。丫一射线穿透力很强。四、放射性衰变规律4.1 衰变定律放射性核素的原子核是不断自发地发生衰变的，它们衰变时遵循一定规律，各种放射性核素都有它自身的衰变规律。单位时间内，衰变着的原子核的数目和其总数成正比。N=NoeT人为衰变常数又因为放射性强度A=,而把与N成正比，即A=0”dtdt4.2 半衰期即衰变常数与任意放射性核素的半衰期乘积为 常用半衰期表示放射性核素的衰变特性。居里（ci）贝克勒尔（Bq）IBq=I次衰变/秒 lci=3.

10、 710q放射性下降初始值一半所需的时间称为半衰期。用tv2表示，对于某一种放射性核素而言，半衰期和衰变常数（入）一样，是常数。它们有如下关系：t.,=In2=0.6913,/20.6913o由此，可半衰期求、（衰变常数），4.3放射性强度单位定义：单位时间内核衰变的数目表示。lci=3.7X10次核衰变数/秒，lmci=3.7IO7次核衰变数/秒IHCi=3.7X10次核衰变数/秒放射性比度/比放射性：单位质量的物质内所含的放射性强度。Bq/g放射性浓度：单位容积的溶液内所含的放射性强度。Bq/ml五、辐射源照射食品的装置及设施要根据照射目的的临界剂量、食品种类、杀菌程度和防止照射后再污染的

11、方法等因素来确定。用于食品辐射处理的辐射源有以下三种：5.1 放射性核燃料在核反应堆中产生的天然放射性元素和人工感应放射性同位素,会在衰变过程中发射各种放射物和能量粒子。有a一粒子，B一粒子，Y一粒子及中子。食品进行辐射处理时希望1、辐射深入食品内部杀菌及钝化酶，2、不使食品中原子结构破坏和使食品呈放射性。食品辐射处理主要用Y一粒子，B一粒子5.2 电子加速器产生B一粒子。辐射剂量可通过调节电压实现5.3 X一射线源采用高能电子束轰击高质量金属靶，电子被吸收，能量一部分变为短波长射线，另一部分能量在靶内被消耗掉。电子束能量越高，转换为X射线的效率就越高。X一射线波长由电压、电子束对靶的入射角度

12、、靶的材料性质及窗孔的性质决定0波长较长软X一射线，100kv电压产生，穿透能力较小波长较短硬X一射线，10OkV电压产生，穿透能力较大人们普遍认为电子束（类似物：阴极射线和B一粒子）和丫一射线（X一射线）最适用于食品辐射保藏，原因：这些方法可以保证处理过的食品不产生放射性物质，具有一定穿透能力，产热少。目前食品工业常用的辐射源有6Go,mCs,W10leV加速电子，X一射线源（束能W5MeV）,六、辐射能量及剂量单位6.1辐射能量是由1、辐射源的原子结构发生破裂而发射的。60Co60Ni,370,37+/-光子2、高速电子流产生不同的放射源所发出的放射能有几种形式，它们属于辐射的电磁波谱，其

13、波长频率穿透力和作用异。目前在食品保藏中，有几种辐射能量已经得到了有限的应用。例如紫外线（200-280nm）,表面杀菌，而X一射线仅处于实验阶段。食品辐射处理：指用有限种类的辐射能进行加工，统称为电离辐射。食品辐射保藏也称为冷食品保藏。6.2辐射的剂量单位1、辐射量（辐照量）：仅用于X射线和Y辐射光子是X/Y射线在单位质量空气中打出的全部电子被空气阻止时，在空气中产生一种符号离子的总电荷量。单位：库仑/千克，以前曾用伦琴（R）表示。1R=2.5810,Ckg2、吸收剂量电离辐射授与单位质量任何物质的平均能量。吸收剂量的法定单位Jkg,戈瑞（Gy）以前曾用拉德表示（rad）Irad=O.OlG

14、y吸收剂量不同于照射剂量，它适用于任何电离辐射及被辐射的物质。3、吸收剂量率单位质量的被照射物质在单位时间中所吸收的能量称为吸收剂量率。单位Gy/s吸收剂量率与照射距离和辐射源有关。距离越近，受到的吸收剂量率越大，距离相同时,辐射源越大，受到的吸收剂量率也越大。6.3剂量的分布及测定方法1、辐射剂量的分布辐射剂量根据达到加工目的最适宜的剂量范围以及食品所能耐受的最大剂量确定,在食品辐照中，包装内部和单位包装之间的剂量分布是不均匀的。这就要求同一批食品的最高剂量和最低剂量都处在允许的剂量范围内。这样才能毂辐照处理的目的。目前要求，最高剂量和最低剂量的比值V2,实际定为1.7。这样的辐照加工才符合

15、要求。2、剂量的测定方法绝对标准剂量计，最热计。可以直接读出吸收剂量常规检查中使用钻玻璃计量计，硫酸亚铁剂量计食品辐照时，除了控制最大剂量，最小剂量还要注意辐照剂量率，如果辐照剂量率越高,则辐照时间越短，食品本身组织越不容易受至损伤。第三节辐射引发的食品化学和生物化学效应物质受到放射线照射时所发生的反应大致有以下几种情况：吸收辐射能发生一系列辐射性化学变化发生一系列生物化学性变化细胞/个体死亡/出现遗传性变异等生物效应。如果剂量小可以恢复。决定食品发生变化的因素主要是射线种类。如电子束/B一射线：使原子或分子变成阳离子，分子被激发。丫一射线，X一射线：可以发生光电效应，射线能量低康普顿效应：射线能量中等，产生康普顿电子（康普顿效应：英文名称：Comptoneffect其他名称：康普顿散射（COmPtOnscattering）定义：短波电磁辐射（如X射线，伽玛射线）射入物质而被散射后，除了出现与入射波同样波长的散射外，还出现波长向长波方向移动的散射现象）电子对效应：射线能量高，电子对一、食品的辐射化学效应辐射穿透食品物料的程度于食品性质和辐射的特性。辐射作用时效应取决于其改变分子的能力及其电离电位当