01 食品輻照的意義及其特點

(一) 基本概念

食品輻照是指利用射線照射食品(包括原材料)，延遲新鮮食物某些生理過程(發芽和成熟)的發展，或對食品進行殺蟲、消毒、殺菌、防霉等處理，達到延長保藏時間， 穩定、提高食品質量目的的操作過程。

(二) 技術特點

1、 可以在常溫或低溫下進行，處理過程食品溫升很小，有利于維持食品的質量;

2、 射線(如γ-射線)的穿透力強，可以在包裝下及不解凍情況下輻照食品，殺滅深藏在食品內部的害蟲、寄生蟲和微生物;

3、 輻照過的食品不會留下任何殘留物;

4、 和食品冷凍保藏等方法相比，輻照保藏方法能節約能源;

5、 可以改進某些食品的工藝和質量;

6、 需要較大投資及專門設備來產生輻射線(輻射源)并提供安全防護措施，保證輻射線不泄露;

7、 對不同產品及不同輻照目的要選擇控制好合適的輻照劑量，才能獲得最佳的經濟效應和社會效益。

8、 輻照食品標簽上要加以標注。

02 國內外食品輻照的進展

(一) 國外

1896年--明克(Minck)經實驗證實X-射線對原生蟲有致死作用。

1921年--斯徹瓦特日(Schwatz)使用X-射線殺死肉中的旋毛蟲(Trichinella Spiralis)并獲得美國專利。

1930年--烏斯特(Wüst)證實"所有食品包裝在密封金屬罐中，再用強力倫琴射線照射可殺滅所有細菌"，并獲得法國專利。

第二次世界大戰結束后--隨著放射性同位素的大量應用和電子加速器等機械輻射源的問世，促進了射線處理食品的發展。

1953年--艾森豪威爾(Eisehower)促使美國軍方深入研究食品輻照。

1957年--美國軍方負責，為期5年的輻照食品研究計劃啟動，投入了大量人力、物力。

1960年--在美國軍隊開始試用輻照食品。

1963年--在美國軍方Natick實驗室舉行首次輻照食品國際會議。

1965年--加拿大建立起世界最大的馬鈴薯輻照工廠。

1970年--FAO/IAEA/WHO的專家在日內瓦會議上確立食品輻照領域的國際計劃(IFIP)。

1976年--聯合國糧農組織認為五種輻照產品(即馬鈴薯、小麥、雞肉、木瓜和草莓)是絕對安全的。

1978年--世界用于輻照消毒滅菌的60Co工廠有80家(其中60家用于醫療消毒)。

1980年--FAO/IAEA/WHO的會議認為，受輻照食品平均吸收劑量10千戈瑞(kGy)及以下，沒有毒性危害，無必要再進行毒性試驗。

1988年--世界用于輻照消毒滅菌的60Co工廠發展到182家，全世界輻照食品產量約50萬噸。

1997年以后--WHO進一步廢除10 kGy的上限量，國際食品法規委員會(CAC)相繼提出輻照食品的通用標準及法規，

(二) 國內

1958年--開始食品輻照研究工作。

七十年代中期--國內多個地區相繼進行輻照保藏食品的研究，輻照品種有肉類、水產品、水果、干果、蔬菜、糧食、蛋類等。

八十年代--食品輻照已進入一定規模的生產階段

九十年代初--我國建成輻照裝置近150多臺，其中設計裝機能量1.11×1016貝可以上的裝置超過50座。

1984年～1997年--國家衛生部頒布的食品輻照衛生標準基本覆蓋了絕大部份食品。

我國食品輻照不僅用于保藏、防疫、醫療等目的，而且已用于提高產品質量等加工目的。

03 放射性同位素與輻射

1、原子

2、 同位素

一種元素的原子中其中子數(N)并不完全相同，若原子具有同一質子數(Z)而中子數(N)不同就稱為同一元素的同位素。

3、 放射性同位素

不穩定同位素衰變過程中伴有各種輻射線產生，這些不穩定同位素稱為放射性同位素。

4、 輻射

放射性同位素能放射出α、β(β+及β-)和γ射線，其過程稱為輻射。

(1) α射線(或稱α粒子)：是從原子核中射出帶正電的高速粒子流(帶正電荷原子核);

(2) β射線：是從原子核中射出的高速電子流(或正電子流);

(3) γ射線：是波長非常短(波長1～0.001nm)的電磁波束(或稱光子流)

5、 電離輻射

是指α、β、γ等射線的輻射作用，其結果能使被輻射(輻照)物質產生電離。

6、 α(β或γ)衰變

是指原子核放射出α粒子(β粒子或光子)。

04 輻照量單位與劑量測量

(一)放射性強度與放射性比度

1、放射性強度

又稱放射性活度，是度量放射性強弱的物理量。

曾采用的單位有：

(1) 居里(Curie簡寫Ci)

若放射性同位素每秒有3.7×1010次核衰變，則它的放射性強度為1居里(Ci)。

(2) 貝可勒爾(Becqurel，簡稱貝可Bq)

1貝可表示放射性同位素每秒有一個原子核衰變。

(3) 克鐳當量

放射γ射線的放射性同位素(即γ輻射源)和1克鐳(密封在0.5mm厚鉑濾片內)在同樣條件下所起的電離作用相等時，其放射性強度就稱為1克鐳當量。

2、放射性比度

將一個化合物或元素中的放射性同位素的濃度稱為"放射性比度"，也用以表示單位數量的物質的放射性強度。

(二)照射量

照射量(Exposure)是用來度量X射線或γ射線在空氣中電離能力的物理量。

使用的單位有：

(1) 倫琴(Roentgen，簡寫R)

(2) SI庫侖/千克(C·kg-1)

(三)吸收劑量

1、吸收劑量單位

(1) 吸收劑量

被照射物質所吸收的射線的能量稱為吸收劑量，其單位有：

(1) 拉德(rad)

(2) 戈瑞(Gray，簡稱Gy)。

(2)劑量率

是指單位質量被照射物質在單位時間內所吸收的能量。

(3)劑量當量

是用來度量不同類型的輻照所引起的不同的生物學效應，其單位為希(沃特)(Sv)。

(4)劑量當量率

是指單位時間內的劑量當量，單位為Sv·s-1或Sv·h-1。

2、吸收劑量測量

(1) 國家基準--采用Frickle劑量計(硫酸亞鐵劑量計)

(2) 國家傳遞標準劑量測量體系--丙氨酸/ESR劑量計(屬自由基型固體劑量計)，硫酸鈰-亞鈰劑量計，重鉻酸鉀(銀)-高氯酸劑量計，重鉻酸銀劑量計等

(3)常規劑量計--無色透明或紅色有機玻璃片(聚甲基丙烯酸甲酯)，三醋酸纖維素，基質為尼龍或PVC的含有隱色染料的輻照顯色薄膜等。

05 輻射源與食品輻照裝置

(一)輻射源

1、放射性同位素

(1) 鈷-60(60Co)輻射源

(2) 銫-137(137Cs)輻射源

2、電子加速器

是用電磁場使電子獲得較高能量，將電能轉變成射線(高能電子射線，X射線)的裝置。

(1)電子射線

電子射線又稱電子流、電子束，其能量越高，穿透能力就越強。

電子加速器的電子密度大，電子束(射線)射程短，穿透能力差，一般適用于食品表層的輻照。

(2)X射線

加速器產生的高能電子打擊在重金屬靶子上會產生能量從零到入射電子能量的X射線。

(二)防護設備

常用于防護設備的材料有：

1、 鉛--鉛容器可以用來儲存輻射源

2、 鋼材--容器和設備的結構骨架

3、 鐵--用于制作防護門，鐵鉤和蓋板等。

4、 水--將輻射源(如60Co、137Cs等)儲存在深井內

5、 混凝土墻--既是建筑結構又是屏蔽物

(三)輸送與安全系統

工業用食品輻照裝置是以輻射源為核心，并配有嚴格的安全防護設施和自動輸送、報警系統。所有的運轉設備、自動控制、報警與安全系統必須組合得極其嚴密。

06 食品輻照的物理學、化學、生物學效應

食品輻照的物理學效應

(一) α射線和γ射線與物質的作用

1、 光子

2、 光電子

3、 康普頓散射

(二)電子射線的作用

1、 庫侖散射

2、 軔致輻射

3、 契連科夫(Cerenkov)效應

食品輻照的化學效應

(一) 蛋白質和酶

1、 導致某些蛋白質中二硫鍵、氫鍵、鹽鍵和醚鍵等的斷裂

2、 促使蛋白質的一級結構發生變化

3、 發生脫氨基作用、脫羧作用和氧化作用

4、 蛋白質水溶液經射線照射會發生輻照交聯

5、 多數食品酶對輻射效果有很大的阻力，有助于酶制劑的輻照處理。

(二)糖類

1、 純態糖類經輻照后發現有明顯的降解作用和輻解產物形成

2、 混合物的降解效應通常比單個組分的輻解效應小。

(三)脂類

主要是輻照誘導自氧化產物和非氧化的輻照產物，因而飽和脂肪酸比較穩定，不飽和脂肪酸容易氧化，出現脫羧、氫化、脫氨等作用。

(四)維生素

1、 脂溶性維生素

(1) 最敏感：維生素A和E

(2) 穩定：維生素D

2、 水溶性維生素

(1)最敏感：維生素B1和C

維生素輻照損失數量受劑量、溫度、氧氣存在與食品類型等影響。一般來說，在無氧或低溫條件下輻照可減少食品中任何維生素的損失。

(五)食品包裝材料

輻照巴氏滅菌條件下(10～30kGy)，所有用于包裝食品的薄膜的性質基本上未受到影響，對食品安全也未構成危害。

食品輻照的生物學效應

食品輻照的生物學效應與生物機體內的化學變化有關，不同物質達到各種生物效應所必需的劑量各有不同。

(一)微生物

輻照保藏主要是直接控制或殺滅食品中的腐敗性微生物及致病微生物。

電離輻射殺滅微生物一般以殺滅90%微生物所需的劑量(Gy)來表示，即殘存微生物數下降到原菌數10%時所需用的Gy劑量，并用D10值來表示。

1、細菌

2、酵母與霉菌

3、病毒

(二)蟲類

1、昆蟲

2、寄生蟲

(三)果蔬

1、 抑制呼吸高峰

2、 改變果蔬中的化學成分

3、 影響新鮮蔬菜代謝反應

4、 抑制發芽

07 食品輻照的應用

根據食品輻照應用的目的和所需劑量進行分類：

(一)耐藏輻照(Radurization)

這種輻照處理主要目的是降低食品中腐敗微生物及其它生物數量，延長新鮮食品的后熟期及保藏期(如抑制發芽等)。一般劑量在5kGy以下。

(二)輻照巴氏殺菌(Radicidaton)

這種輻照處理使食品中檢測不出特定的無芽孢的致病菌(如沙門氏菌)。所使用的輻照劑量范圍為5～10kGy。

(三)輻照阿氏殺菌(Radappertization)

所使用的輻照劑量可以將食品中的微生物減少到零或有限個數。經過這種輻照處理后，食品在無再污染條件下可在正常條件下達到一定的貯存期，劑量范圍大于10kGy。

08 食品輻照工藝

(一)食品輻照保藏

1、果蔬類

(1) 目的

① 防止微生物的腐敗作用

② 控制害蟲感染及蔓延

③ 延緩后熟期、防止老化。

(2) 劑量的選定

(3) 與其它保藏手段協同處理

2、糧食類

主要目的是避免或減少由于昆蟲的危害和霉菌活動導致的霉爛變質，即殺蟲滅霉。

3、畜、禽肉及水產類

通常需要與熱處理或低溫協同作用。

4、香辛料和調味品

輻照處理既能控制昆蟲的侵害，又能減少微生物的數量，保證原料的質量，避免熱處理和化學處理等傳統方法所帶來的不良影響。

5、蛋類

蛋類輻照主要采用輻照巴氏殺菌劑量，以殺滅沙門氏菌為對象。

(二)輻照改變食品品質

1、 黃豆：減少發芽后的腸內脹氣因子

2、 小麥：改善面粉品質

3、 葡萄：出汁率

4、 脫水蔬菜：大大縮短復水時間

5、 白酒：輻照陳化

(三)輻照的其它應用

食品輻照的另一重要應用是對果蔬的檢疫處理。

09 影響食品輻照效果的因素

(一)輻照劑量

1、 輻照目的

2、 輻照品種

3、 輻照源的強度

4、 食品的輻照物理化學效應

5、 劑量率

6、 安全防護設備

(二)食品接受輻照時的狀態

1、 食品種類

2、 食品化學組成分及組織結構

3、 食品生長發育階段、成熟狀況、呼吸代謝的快慢

4、 污染的微生物、蟲害等種類與數量

(三)輻照過程環境條件

1、 氧氣

2、 溫度

(四)輻照與其它保藏方法的協同作用

1、 低溫下輻照

2、 添加自由基清除劑

3、 使用輻照增敏劑

4、 與其它保藏方法并用

5、 選擇適宜的輻照裝置。

10 輻照食品的安全性

(一) 安全性試驗和評價涉及的學科領域

1、 毒理學

2、 營養學

3、 微生物學

(二) 結論

1、 世界衛生組織(WHO)

(1) 輻照不會導致對人類健康有不利影響的食品成分的毒性變化;

(2) 輻照食品不會增加微生物學的危害;

(3) 輻照食品不會導致人們營養供給的損失

2、 聯合國糧農組織、國際原子能機構與世界衛生組織聯席會議

11 輻照食品的管理法規

(一) 國際

1983年，FAO/WHO國際食品法規委員會采納了"輻照食品的規范通用標準(世界范圍標準)"和"食品處理輻照裝置運行經驗推薦規范"。

1984年，食品輻照國際咨詢小組(ICGFI)成立

CAC食品添加劑法典委員會(CCFA)發布的CXS 106-1983 輻照食品通用標準、CXC 19-1979 食品輻照加工推薦性國際操作規范

CAC分析和采樣方法法典委員會(CCMAS)發布的CXS 231-2001 輻照食品通用檢測方法等

(二) 國內

GB 18524-2016 食品安全國家標準 食品輻照加工衛生規范

GB 10252-2009 γ輻照裝置的輻射防護與安全規范

GB 23748-2016 食品安全國家標準 輻照食品鑒定 篩選法

GB 31642-2016 食品安全國家標準 輻照食品鑒定 電子自旋共振波譜法等

來源：網絡搜集

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