第四章食品的輻照加工技術(shù)

第四章

食品的輻照加工技術(shù)概述輻照產(chǎn)生的效應和對食品成分的影響影響輻照加工效果的因素輻照技術(shù)在食品加工中的應用§4.1概述一、食品輻照技術(shù)的概念食品輻照技術(shù)即把食品直接放置于輻照場中，利用輻照源所放射出來的α、γ射線或電子束，通過直接或間接作用在食品中引起一系列的化學、生物學變化，殺滅食品中的微生物與害蟲，從而到達殺菌保鮮的作用。由于食品輻照加工過程中無需對食品進行加熱，所以又被稱為“冷巴斯德殺菌法〞。隨著輻照食品化學的開展，輻照技術(shù)也愈來愈多地直接用于食品加工，以期改善食品的加工工藝，提高制品的質(zhì)量和產(chǎn)量。輻照食品標簽二、食品輻照技術(shù)的開展輻照食品技術(shù)的開展經(jīng)歷了漫長的歲月。早在倫琴發(fā)現(xiàn)X射線的第二年(即1896年)，Minck就提出了X—射線對細菌的作用與實際應用問題；1898年第一次證明了X射線對病原菌有致死作用；1899年證實了它對寄生蟲有致死作用。這些早期發(fā)現(xiàn)推動了電離輻照在糧食和其他農(nóng)產(chǎn)品的輻照保藏方面的應用。朗納(Runnen)1916年證實，經(jīng)X射線處理后的昆蟲煙草甲不能繁殖。輻照殺菌保藏技術(shù)最早出現(xiàn)在1930年，已收入美國專利集中。第二次世界大戰(zhàn)以后，隨著放射性同位素的大量應用和電子加速器的問世，食品輻照加工有了明顯開展，目前食品輻照加工技術(shù)已經(jīng)成為食品工業(yè)的重要組成局部。倫琴

三、食品輻照加工技術(shù)的優(yōu)點①能耗低。如冷藏食品每噸耗能90kWh，巴斯德消毒為230kWh，而輻照消毒僅為0.76kWh。由此可見，輻照保藏能大幅降低能耗。②應用范圍廣，有利于輻照裝置的綜合利用。由于射線的穿透力強可殺滅大小包裝、散裝、液體、固體干貨、鮮果內(nèi)部的病菌和害蟲，對于一些難于進行加熱、熏蒸、濕蒸殺菌的食品、藥品尤其適用。③輻照加工屬于冷加工，不會引起食品內(nèi)部溫度的明顯升高，因而，易于保持食品的色香味和外觀品質(zhì)。例如：輻照馬鈴薯不僅可抑制發(fā)芽，而且輻照產(chǎn)品飽滿不發(fā)皺，硬度好，養(yǎng)分也沒有明顯的損失，與冷藏或化學保藏的馬鈴薯比較有較強的競爭力。④食品輻照是物理加工過程，不需要化學藥物，沒有藥物殘留，放射性不污染環(huán)境，是一種平安的食品加工方法。⑤輻照加工可以優(yōu)化食品的加工工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量。例如：輻照牛肉更嫩滑，輻照酒可以提高陳釀度，輻照的大豆易于消化吸收等。⑥輻照加工可殺滅沙門氏茵和寄生蟲，改進食品衛(wèi)生質(zhì)量，高劑量完成的無菌食品適于醫(yī)院特需病人、宇航員及航海、登山、探險和地質(zhì)人員的特殊需要。輻照食品能在常溫下長期保存，便于運輸和國際貿(mào)易。⑦輻照裝置的一次投資很大，但與肉類的低溫庫相比并不高，而建成后的運轉(zhuǎn)費用遠低于冷藏法，所以輻照處理的總本錢與較低?！?.2輻照生產(chǎn)的效應和對食品成分的影響

一、輻照源

目前用于食品的輻照源主要有三種：γ射線X射線電子束射線1.γ射線主要由放射性較高、半衰期長的放射性同位素獲得，常用的放射性元素有60Co和137Cs；2.X射線是X射線發(fā)生器工作在5兆電子伏的最大能量時產(chǎn)生的電子束；3.電子射線由電子加速器獲的。它們共同特點是波長很短一般在10-8～10-12m范圍內(nèi)，具有足夠的破壞共價鍵的能量而對生物體造成影響，并且將高能量轉(zhuǎn)移到靶物時，無明顯的升溫現(xiàn)象，可保持原有食品的特性，具有較強的穿透力。三種射線穿透力比較，其中γ射線穿透力最強，能穿透較大較厚食品，且輻照劑量各部位均勻，適用于完整食品及各種包裝食品的內(nèi)部處理。X射線與電子射線穿透力較弱，可用于食品外表處理，及片狀食品的處理，對內(nèi)部不宜輻照的食品更為適用。國際輻照單位和測定委員會將輻照劑量定義為：電離輻照某一體積源物質(zhì)的平均能量與該體積元物質(zhì)的質(zhì)量之比，即：

輻照吸收劑量是指任意介質(zhì)吸收電離輻射的物理量，它與輻射效應相關(guān)，而與電離輻射的種類及能量無關(guān)。國際單位為戈瑞〔Gy〕：1Gy=1J/kg=100Rad在食品輻照處理中，一般用食品對輻照線的吸收劑量作為衡量輻照效果的標準。1.化學效應輻照對食品及其他生物物質(zhì)的化學效應，至今還有許多機理未弄清。但一般認為，電離輻照使食品或其他生物體產(chǎn)生各種離子、粒子或質(zhì)子的根本過程可分為直接作用(效應)和間接作用(效應)。直接效應使物質(zhì)形成離子、激發(fā)態(tài)分子或分子碎片。間接效應是輻照直接作用形成產(chǎn)物間的相互作用，生成與原始物質(zhì)不同的化合物。直接效應無需特殊條件，而間接效應與溫度等其他條件有關(guān)。電離輻照處理的食品也會發(fā)生假設干化學變化，而且劑量越大，變化程度越大。食品輻照后，含有不飽和脂肪酸的脂肪發(fā)生了氧化變化；碳水化合物有可能因輻照而使糖水解以及淀粉的氧化和降解；蛋白質(zhì)中的局部氨基酸可能會發(fā)生分解、氧化，局部蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)或者裂解。但是在適宜劑量下這些變化不明顯，而且這些變化在采用其他方法加工時也同樣存在。食品中的維生素對輻照較為敏感。脂溶性的維生素E和維生素A對輻照的敏感性最強，水溶性的維生素C和維生素B1的敏感性強，只有維生素B5對輻照不敏感。但輻照處理對維生素的破壞程度要比熱處理小。如果在冷凍狀態(tài)下照射，維生素的敏感性更弱。只有食品受到25～50kGy高劑量輻照后，其維生素的破壞程度才與熱處理相當。二、輻照產(chǎn)生的根本效應2生物學效應輻照使細胞分子產(chǎn)生一系列的生理生化反響，干擾微生物代謝，特別是其中的脫氧核糖核酸。破壞細胞膜，引起酶系統(tǒng)紊亂致死.水分子輻照后離子化，形成H+、OH-、H2O2等基團。這些中間產(chǎn)物能在不同途徑中進行反響，在水的間接作用下，使生物活性物質(zhì)鈍化，細胞受損，當損傷到一定程度時，就使細胞生理機能完全喪失。3生理學效應通過輻照可以抑制水果后熟。其機理主要是改變體內(nèi)乙烯的生產(chǎn)率從而影響其生理活動。輻照還可以改變蔬菜的呼吸強度，防止老化，其效果與輻照劑量有關(guān)。對根菜類輻照可抑制其發(fā)芽。1.輻照對食品感觀的影響

首先輻照后的食品會產(chǎn)生異味，這主要是食品中的蛋白質(zhì)和氨基酸等含氮物質(zhì)經(jīng)照射后會產(chǎn)生NH3、H2S、酰胺和碳基化合物。脂肪經(jīng)照射后會產(chǎn)生碳基化合物和過氧化物等，而導致食品的酸敗，其酸敗的程度主要是取決于照射劑量、溫度、氧的含量和溫度等。其次是色澤的變化。輻照處理不同食品對色素的影響不同。植物性色素對輻照較穩(wěn)定，動物性色素對輻照較敏感。如在空氣中輻照火腿會嚴重褐變，牛肉在用50kGy劑量輻照時也發(fā)生揭變。因此，為了防止褐變的發(fā)生，目前采用在真空包裝條件下輻照處理。三、輻照對食品質(zhì)量的影響輻照加工對結(jié)晶氨基酸只發(fā)生直接作用，而對氨基酸溶液那么發(fā)生直接和間接兩種作用。間接作用是指由于輻照使水產(chǎn)生電離而生成的羥基自由基、氫原子和過氧自由基等與氨基酸發(fā)生化學反響；關(guān)于氨基酸溶液的輻照降解產(chǎn)物，現(xiàn)在已根本研究清楚。例如，在無氧條件下輻照丙氨酸可形成丙酸、甲烷、乙基胺、CO、丙酮酸、乙醛等；在有氧條件下，還會產(chǎn)生乙酸和甲酸；甘氨酸的輻照降解產(chǎn)物與此類似。這說明輻照可使氨基酸溶液脫氨，而且碳鏈局部亦有分解。各種氨基酸有其不同的結(jié)構(gòu)，因而其水溶液的輻照降解產(chǎn)物也不同。在進行大劑量的輻照時，胱氨酸溶液的輻照降解產(chǎn)物中有H2S氣味，說明輻照降解發(fā)生在-S-S-鍵的位置。蛋氨酸的輻照降解產(chǎn)物中有硫酸，導致溶液有較強的爛白菜味道。2.輻照對蛋白質(zhì)的影響蛋白質(zhì)水溶液的輻照降解常見的有以下幾種：(1)蛋白質(zhì)吸收光譜的改變蛋白質(zhì)溶液經(jīng)輻照后可見光局部吸收光譜改變不大，而紫外線局部發(fā)生明顯變化，不同種類的蛋白質(zhì)對輻照的敏感性不同。鹽類對其有保護作用。光譜改變的程度也與pH值和蛋白質(zhì)的濃度有關(guān)。(2)分子聚合作用蛋白質(zhì)分子經(jīng)輻照而產(chǎn)生聚合作用，其結(jié)果使相對分子質(zhì)量增加，體積增大。(3)H2S的釋放蛋白質(zhì)中－SH基的增加常表示－S—S－鍵發(fā)生分解。－SH增加假設伴隨游離氨基酸產(chǎn)生，那么表示蛋白質(zhì)有分解；假設不伴隨游離氨基酸的產(chǎn)生，那么僅為變性。無論是哪種情況，在輻照降解產(chǎn)物中都有可能產(chǎn)生H2S。(4)粘度的改變通常輻照后蛋白質(zhì)溶液的粘度比未輻照前有所增加。在一定輻照劑量范圍內(nèi)，粘度增加與劑量呈線性關(guān)系；而當輻照劑量較低時粘度反而降低。(5)其他變化輻照可使蛋白質(zhì)分子發(fā)生裂解和聚合，裂解和聚合是同時發(fā)生的，只是主次不同而已；輻照可使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和抗原性發(fā)生變化；輻照使蛋白質(zhì)電泳性和陰陽離子結(jié)合能發(fā)生變化；輻照后蛋白質(zhì)中形成羰基；輻照后蛋白質(zhì)的酶解能力發(fā)生變化等。電磁輻照對稀水溶液中單糖的作用主要是通過間接反響產(chǎn)生，其輻照降解產(chǎn)物取決于糖本身的性質(zhì)。例如，葡萄糖輻照后可生成葡萄糖醛酸、葡萄糖酸、糖二酸、乙二酸、阿拉伯糖、赤蘚糖、甲醛和二羥丙酮。水溶液中單糖的輻照降解主要是羥基的氧化。在枯燥的條件下對食品進行輻照時，食品中的糖類可與蛋白質(zhì)或氨基酸發(fā)生聚合反響而生成褐色的聚合物，這就是典型的美拉德反響。寡多糖的輻照降解產(chǎn)物與單糖相似；纖維素和淀粉類的多糖的輻照降解產(chǎn)物為蔗糖、葡萄糖、麥芽糖、糊精等單糖和低聚糖；果膠是幾種糖的混合物，經(jīng)輻照后會發(fā)生解聚作用；糖原是動物組織內(nèi)的多糖，輻照降解產(chǎn)物是類似的小分子糖類。例如，木材纖維素經(jīng)65～75kGy劑量的輻照后，其水溶性固形物的含量增加，生成戊糖和復原糖類；將葡聚糖和淀粉輻照降解，生成葡萄糖、麥芽糖等。3.輻照對碳水化合物的影響4.輻照對脂肪的影響脂類的輻照降解產(chǎn)物主要是由長鏈脂斷裂而形成的烴類，在有氧存在下由自由基引發(fā)反響形成烴的過氧化物，以及過氧化物分解產(chǎn)生的過氧化氫和氧化生成的醛酮類產(chǎn)物。脂類輻照變化取決于脂肪的類型、吸收劑量、溫度、氧化速度和環(huán)境條件等。通常，動物性脂肪進行輻照時比植物性脂肪更容易發(fā)生化學變化。采用低溫處理和除氧(充氮、抽真空和充惰性氣體等)可以減少化學反響的發(fā)生。輻照會引起脂類的一些氧化反響，生成酮、醛等有難聞氣味的物質(zhì)，導致脂肪變質(zhì)，消化速度下降。在實際輻照加工過程中，脂肪會受到周圍環(huán)境的保護作用，脂肪的變化很小，所以輻照加工食品并不會因為脂肪類的變化而失去營養(yǎng)價值。5.輻照對維生素的影響維生素是食品中重要的微量營養(yǎng)素，許多食品加工的方法都會引起維生素的損失，電離輻照引起的損失最多的營養(yǎng)素也是維生素。維生素分為水溶性維生素和脂溶性維生素兩大類。由于化學結(jié)構(gòu)的差異，電離輻照對它們的影響也不盡相同，而且與其存在的環(huán)境密切相關(guān)。溶液中維生素C、維生素B2和煙酸受不同劑量輻照時的相對敏感性維生素劑量/kGy濃度/μg?mL-1保存率/％維生素C0.1010098.00.2510085.60.5010068.71.5010019.82.001003.5維生素B22.505089.6煙酸（單獨使用）4.001072.0煙酸＋草酸4.001034.5煙酸＋維生素C4.001014.0油溶性的耐輻射性大?。壕S生素K>維生素D>維生素A>維生素E

維生素E受影響最大，最容易損失。輻照食品中維生素E的損失食品射線種類劑量/kGy損失/%全乳（全脂奶粉）γ1.5很大γ2.440γ4.860乳粉（全粉）β1.036乳脂γ16.882～83人造奶油β1.056堅果（整果）β1.019堅果（研壓）β1.032豬油（O2）β1.056豬油（N2）γ5.05γ20.015γ80.046蛋粉β1.017牛肉（N2）γ2.0無損失豬肉（O2）γ3.037豬肉（O2）β2.0有些損失§4.3影響輻照加工效果的因素一、輻照劑量

劑量的大小直接影響輻照的作用效果，不同的劑量有不同的用途。劑量越大，殺菌效果越好，但負作用也隨之增加。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，通常應根據(jù)食品種類及處理指標將劑量限制在一個適宜范圍內(nèi)。不同輻照劑量的用途劑量用途產(chǎn)品實例低劑量（≤1kGy）防止污染和延遲成熟抑制土豆發(fā)芽，延緩成熟過程殺死小麥、水果、蔬菜中的害蟲和幼蟲殺死食物中的寄生蟲土豆、洋蔥、香蕉、芒果、脫水蔬菜、谷物鮮肉中等劑量（1～10kGy）殺菌減少環(huán)境中微生物和食物中的寄生蟲減少食物中的病源性微生物草莓、葡萄、脫水蔬菜、新鮮或冷凍的魚類、肉類高劑量（10～58kGy）滅菌食品滅菌消滅致病菌食品添加劑或配料的滅菌海鮮、肉類、香料等二、介質(zhì)與狀態(tài)輻照介質(zhì)的組成會影響輻照對微生物的滅菌效果：不同物品種類，其適宜的輻照劑量差異很大也會改變輻照效果。如輻照前肉類食品中參加少許三聚磷酸鈉和氯化鈉，可以防止汁液在輻照時滲出，保護食品的水分，又可增加微生物對輻照的敏感性，降低輻照劑量。一般而言，新鮮狀態(tài)且污染較輕的食品輻照劑量要小些。三、溫度產(chǎn)品溫度越低，反響速率越慢，這是因為低溫凍結(jié)狀態(tài)阻止了自由基的擴散和反響能力。所以，低溫下的輻照可以阻止或減緩輻照分解，有效防止輻照異味及口味變化，減少營養(yǎng)成分的損失，提高輻照食品的質(zhì)量。四、氣氛輻照的氣氛對微生物的敏感性有較大影響。1988年P(guān)atterson在比較包裝在空氣、CO2，和N2中的效果時，發(fā)現(xiàn)細菌在N2中比在其他兩種氣體中對輻照有較強的抗力。另外，特別是肉食品在O2的氣氛中，O2因輻照極易生成具有強氧化性的臭氧，致使肉食品氧化脫色，嚴重影響產(chǎn)品的感官質(zhì)量。五、微生物的種類通常，生活方式越簡單的微生物對輻照的抵抗力越強。如病毒比細菌抵抗力強，細菌比霉菌強。因此能殺滅霉菌的劑量不一定能殺滅所有的細菌，同樣也發(fā)現(xiàn)細菌中有些種屬對輻照有更強的抵抗力。因而食品輻照時，有時會因受污染的微生物種類不同，使輻照劑量有較大變化?！?.4輻照技術(shù)在食品加工中的應用一、輻照殺菌

1.分類(一)輻照完全殺菌所謂輻照完全殺菌，是采用一定劑量的射線輻照食品，殺死其中所有的微生物(病毒除外)，以完全防止由微生物引起的腐敗和毒素的生成，加工出無菌食品。這種處理方式采用的輻照劑量一般在10～50kGy范圍內(nèi)，可以殺死除芽抱桿菌以外所有微生物，假設處理后沒有污染，在室溫下可貯藏幾年。(二)輻照針對性殺菌輻照針對性殺菌是指完全殺滅食品中沙門氏菌等特定的病原微生物，為人們提供衛(wèi)生、平安食品的一種輻照殺菌方法。這種處理方式所使用的輻照劑量足以降低某些有生命活力的特定非芽孢致病菌(如沙門氏苗)的數(shù)量、劑量范圍在5～10kGy，主要用于畜禽的零售鮮肉及其制品。(三)輻照選擇性殺菌輻照選擇性殺菌是指殺滅食品中的腐敗微生物，以延長其保質(zhì)期的一種輻照殺菌方法。這種處理方式利用電離輻照抑制性微生物的生長和繁殖，提高食品的保藏品質(zhì)，延長儲存期，采用的劑量多在0.1～lkGy之間，主要用在肉類和水產(chǎn)品的貯運上。2.輻照殺菌機理輻照殺菌作用分為直接作用和間接作用。直接作用指X射線直接破壞微生物的核糖核酸、蛋白質(zhì)和酶等與生命有關(guān)的物質(zhì)，使微生物死亡。間接作用指X射線在微生物體內(nèi)先作用于生命重要分子周圍物質(zhì)〔主要是水分子〕產(chǎn)生自由基，自由基再作用于核酸、蛋白質(zhì)和酶等使微生物死亡，到達保藏食品和滅茵消毒的目的。任何食品在一定條件下，用適當?shù)膭┝空丈涠伎傻竭_照射殺菌的目的，但影響輻照效果的因素很多。首先，是微生物的種類，其次是微生物數(shù)量、食品的成份、氧氣及食品的物理狀態(tài)等都會影響照射殺菌的效果。二、輻照保藏與保鮮

不同輻射劑量在食品保藏中的應用輻照目的劑量/kGy輻照對象殺菌1～50完全殺菌（病毒除外，與脫氧、凍結(jié)等結(jié)合）30～50畜肉、海產(chǎn)品、發(fā)酵原料、飼料、病人食品不生芽孢病源微生物的殺滅5～8畜肉、蛋中沙門氏菌的殺滅延長保藏期（殺滅部分腐敗菌）1～3家畜肉、海產(chǎn)品、果蔬、加工食品殺蟲～0.7貯糧害蟲的殺滅0.1～0.2稻米、小麥、豆類、雜糧水果蟲害的殺滅～0.25木瓜、芒果、桔干燥食品中螨類的殺滅0.5～0.7香辛料、干燥蔬菜寄生蟲的殺滅0.5豬肉控制生理～5防止生根發(fā)芽0.05～0.15馬鈴薯、生姜、蒜、洋蔥延長后熟0.2～0.8香蕉、番茄、食用蘑菇等新鮮果蔬促進后熟1.0柿子、桃促進某種成分積累～5辣椒中的類胡蘿卜素改良性質(zhì)高分子變性～100淀粉、蛋白質(zhì)、果膠改良食品品質(zhì)～50促進威士忌等酒的熟成提高可加工性～50小麥面粉烤制面包等的工藝性提高酶活性～100發(fā)酵飼料、原料輻照保藏保鮮作用的機理主要有以下幾個方面：干擾果品的根底代謝過程，降低呼吸作用，延緩成熟、衰老，延長貯藏壽命；適宜劑量和劑量率的輻照能提高園藝產(chǎn)品體內(nèi)防御