食品辐照保藏

食品辐照保藏较为全面的知识点梳理，包括了原理、特点、一些重要定义等。

食品辐照保藏

• 概念
  • 低频辐射线（非电离辐射）
    • 波长较长，能量小
    • 仅能使物质分子产生振动或转动产生热，也可起到加热杀菌的作用
  • 高频辐射线（电离辐射）
    • 频率较高，能量大，如紫外，X射线，γ射线
    • 使物质的分子受到激发或电离，可以冷杀菌
  • 放射性同位素
    • 同位素：原子具有同一质子数而中子数不同称此为同一元素的同位素
    • 原子序数84以上的原子核很不稳定，按一定规律衰变，伴随放出带电或不带电粒子，这些不稳定放射性同位素称为放射性同位素/核素
  • 半衰期
    • 原子核数目衰变到原来的一半或放射性强度减少到原来一半所经历的时间
  • 放射线种类
    • α-
      • 原子核自发放出α粒子（He核）
    • β
      • 原子核自发放出β粒子
    • β+
      • 原子核自发放出β＋粒子
    • γ衰变
      • 原子核从激发态跃迁到较低能态或基态放出γ射线
      • 原子核发射α或β射线或k捕获后，核的能级处于激发态，激发态回到基态时，原子发出光子流——γ射线或形成内转换电子
      • γ射线能穿透混凝土
      • γ射线与物质相互作用
    • 电子俘获
      • 原子核俘获一个核外绕行电子而使核内一个质子转变为中子和中微子
      • 电子被俘获后剩下一个空穴，外层（高能态）电子跃迁到空穴内，释放出能量——X射线
  • 放射性强度（活度）
    • 度量放射性物质放射性强弱的物理量
    • 单位：居里（Ci）/克镭当量
  • 照射剂量
    • 量度X射线或γ射线在空气中电离能力的物理量
    • 量度放射性同位素放射出射线的能量
    • 单位：伦琴(R)、库伦
  • 吸收剂量（名词解释考点）
    • 在辐照源的辐照场内，单位质量被照射物质所吸收的辐射能量称为吸收剂量，单位为拉德或戈瑞
    • 1Gy=1J/Kg（换算也得记）
  • 剂量当量
    • 用来量度不同类型的辐射所引起的不同的生物学效应
    • 希沃特（Sv）用来反映辐射对生物的影响效率或者危害健康程度
    • 单位：雷姆、希沃特
  • 1R(伦琴)照射量对应1rad吸收剂量，对应1rem剂量当量；1Gy对应1Sv
    • 对于空气和生物体
  • G值
    • 表示辐射化学效应的强弱，是介质中每吸收100eV能量时发生变化的分子数
• 特点
  • 优
    • 射线处理无需提高食品温度
      • 感官性状、质地、色香味都能保留
    • 穿透力强
      • 瞬间杀灭深藏于谷物、果实或冻肉中的害虫、寄生虫和微生物
    • 应用范围广，方法简单
      • 处理各种不同类型的食物，食品可以在辐照前进行包装和烹调
      • 降低成本，节约时间
    • 无残留物
      • 减少环境中化学药剂残留
    • 节约能源
      • 可节约70%~97%的能量消毒
    • 加工效率高
      • 整个工序可以自动作业，易于自动化
    • 无二次污染
  • 缺
    • 使酶失活比较困难
    • 产生自由基，化学变化很微量，可能在感官上产生不好的变化
    • 安全性操作，杀死微生物的量也能杀死人
    • 需要大投资和专用设备
• 带电粒子与物质相互作用
  • γ射线与物质
    • 不带电的电磁波，通过物质时不能使物质直接电离
    • 光电效应
    • 康普顿效应
    • 电子对效应
    • 核反应
  • 中子与物质相互作用
    • 通过物质时不与壳层电子作用，直接进入原子核，与核子相互作用发生弹性或非弹性散射及核反应
    • 自发产生α、β、γ射线
• 食品辐照杀菌
  • 食品辐照时，辐射产生的射线把能量或电荷传递给食品以及食品上的微生物和昆虫，引起的各种效应所造成它们体内的酶钝化和各种损伤会迅速影响其整个生命过程，导致代谢和生长异常、损伤扩大直至生命死亡
  • 效应
    • 化学效应
      • G值大的，辐射引起的化学效应强烈；G值相同者，吸收剂量大的引起的化学效应强烈
      • 初级辐射/直接效应
        • 辐照使物质形成离子、激发态分子或分子碎片
      • 次级辐射/间接效应
        • 初级辐射的产物相互作用，形成与原物质成分不同的化合物
      • 食品被辐射后水分会发生变化（先冷冻后辐照）
    • 营养成分变化
      • 蛋白质和氨基酸
        • 蛋白质结构被破坏，大分子裂解、小分子聚结（辐射降解、辐射交联）
        • 蛋白质辐照时交联与降解同时发生，但往往交联大于降解，所以降解常被掩盖不易觉察
        • 干燥氨基酸经辐照可脱氨基产生氨
      • 酶
        • 引起的作用于蛋白质类似
        • 酶中所含的巯基容易氧化→酶对辐射敏感性增大
        • 在复杂的食品体系中，由于其他物质的伴生存在而使酶得以保护，如D-异Vc可以保护胃蛋白酶，欲使酶钝化需要相当大的辐射剂量
      • 糖类
        • 降解作用和辐射产物的形成
        • 低分子糖类旋光度减小、褐变、还原性和吸收光谱改变
        • 淀粉和纤维素降解成糊精、麦芽糖、葡萄糖等
          • 黏度下降
        • 辐照引起果胶质降解，使水果变软
      • 脂类
        • 饱和脂肪比较稳定，不饱和脂肪容易氧化，出现脱羧、氢化、脱氨等作用
        • 有氧存在时，饱和和不饱和的都被氧化
        • 辐射促进自动氧化：促进自由基的形成和氢过氧化物的分解，使抗氧化剂遭到破坏
        • 脂类受辐射除了产生自动氧化产物，还产生非氧化分解产物
      • 维生素
        • 损失率随辐射剂量的增大而增大
        • 水溶性维生素中Vc对辐照最敏感
        • 脂溶性维生素均对辐照敏感（ADEK）
        • 单独存在的维生素比食品中复合存在的维生素更敏感
    • 生物学效应
      • 直接作用
      • 间接作用
        • 最重要：由机体内部含有水分而产生的间接效应（PPT P35）
      • 微生物
        • 细菌
          • 辐照可直接控制和杀灭食品中的腐败及致病微生物
        • 病毒
          • 杀死病毒需要很高的剂量1k-20k （krad），可加热+辐照处理
        • 酵母和霉菌
          • 种类不同，辐照敏感性不同
          • 200krad左右的辐照试剂量可抑制霉菌发展
          • 杀灭引起水果蔬菜腐败和软化的霉菌所需要的剂量常高于果蔬
          • 可采用其他方法处理（比如涂膜）+辐照
      • 昆虫和寄生虫
        • 成虫的性腺细胞对射线相当敏感，低剂量可引起绝育或遗传紊乱——DNA损伤
        • 致死、击倒、缩短寿命、推迟换羽、不育、减少卵的孵化、延迟发育、减少进食量、抑制呼吸
      • 果蔬
        • 抑制生长激素，控制休眠
        • 破坏遗传物质
        • 抑制后熟
  • 影响电离辐射杀菌的因素
    • 放射线种类
      • 能用于食品辐照的射线
        • 高速电子流
        • γ射线
      • 对任何菌，虽然放射线种类不同，但D值不会发生变化
      • 电离密度越大，杀菌效果越好
    • 照射剂量
      • 根据各种食品辐照的目的，选择最适宜的辐照剂量范围
      • 如果用γ射线要达到杀菌剂量需要数个小时，那加速器产生的电子流则只需几分钟或数秒钟
      • 放射线照射引起的化学反应中，放射线强度、氧的存在与否影响杀菌效果
    • 间歇照射
      • 多次照射达到总的照射要求，对杀菌效果没有影响
      • 即使照射条件不同，只要总剂量相同，就可得到同样的杀菌效果
    • 微生物状态
      • 同一植株，照射前状态不同，敏感性不同
      • 处于稳定和衰亡期的细菌对放射线抵抗性强
      • 处于对数生长期的敏感性强，厌氧低温培养的抵抗性强
    • 照射的温度
      • 接近常温时，温度变化对放射杀菌效果无影响
      • 0℃以下温度照射效果不同，部分菌株在低温下D值增大
      • 温度降到冰点以下，微生物细胞膜损伤，对放射线敏感性增强，但低温间接效应减弱，微生物抵抗性↑——共同作用的结果
      • 低温下放射线对食品成分破坏及品质改变减少，对保持食品品质有益
    • 氧效果
      • 一般氧的存在会增强杀菌效果（氧效果）
      • 细菌芽孢对γ射线或电子流照射，在空气中的敏感性比真空和氮气大
    • 水分含量
      • 芽孢，水分含量低，对放射线的抵抗性大
      • 在水分活度0.01-1.0范围内，随着Aw的降低，D值增大
    • pH
      • 只有极端的pH才会影响微生物对放射线的抵抗性
      • 化学物质的存在对其影响性更大
    • 化学物质
      • 醇、甘油、抗坏血酸钠、葡萄糖、氨基酸等降低放射线作用
      • 毒性强的物质、水、缓冲液等可增强放射线的作用
  • 作用
    • 按剂量分三类
      • 低剂量辐照（耐藏辐照）
        • 1kGy以下
        • 抑制芽孢、杀虫、延缓后熟、改善品质（酒陈化、牛肉嫩化）
      • 中等剂量辐照（辐照巴氏杀菌）
        • 1-10kGy
        • 减菌、延长保质期，防止肉类沙门氏菌中毒
      • 大剂量辐照（辐照阿氏杀菌）
        • 10kGy以上
        • 商业灭菌、杀灭病毒，如医疗器具杀菌
    • 装置
      • 辐射源（核心）
        • 放射性同位素
        • 电子加速器
          • 用电磁场使电子获得较高能量，将电能变成射线
          • 电子射线：能量越高穿透力越强，穿透力用射程表示
          • 密度大、集束性强时穿透性差
      • 辐射场所
      • 防护设备
        • 铅、铁、混凝土、水
        • 150-180混凝土
      • 输送系统
      • 自动控制与安全系统
• 辐照食品
  • 包装
    • 使食品与外界隔绝
    • 要求低透气性、高密封性、防潮、高机械强度、耐热耐辐射
    • 聚乙烯、铝箔
  • 食品品质
    • 营养成分
      • 蛋白质变化小，氨基酸没有明显变化，对品质没有影响
      • 酶难以灭活，引起产品质量变化
      • 糖类、脂类、维生素
    • 色香味
      • 色泽褐变，脂肪氧化产生异味
  • 安全
    • 无残留：纯物理作用，释放能量，被辐射食品不和辐射源接触
    • 食品辐照最大能量水平
      • 电子射线10MeV
      • γ射线和X射线5MeV