【正文】 效應(yīng) ? 生物學(xué)效應(yīng)指輻射對(duì)生物體如微生物、病毒、昆蟲、寄生蟲、植物等的影響 ? 這些影響是由于生物體內(nèi)的化學(xué)變化造成的。 次級(jí)輻射 :使初級(jí)輻射的產(chǎn)物相互作用，生成與原始物質(zhì)不同的化合物。 ? 若放射性強(qiáng)度因衰變而降低到原來(lái)的一半所需要的時(shí)間稱為半衰期。 ? X射線： 電離能力小，穿透能力強(qiáng)。 14 ? α 射線： 相對(duì)質(zhì)量較大，電離能力大，穿透能力小 ? β 射線： 為 α 射線質(zhì)量的幾千分之一，點(diǎn)電量為其一半，穿透能力比 α 射線大。 （ 4） γ 射線 ? 當(dāng)原子核在發(fā)射了 α 和 β 射線或 k捕獲后，核的能級(jí)處于激發(fā)態(tài)（高能態(tài)），當(dāng)這種激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)，原子就發(fā)出 光子流 —— γ 射線 （即不帶電荷粒子流）。 （ 2） β 射線： 當(dāng)核內(nèi)中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)不等時(shí)，若某一中子釋放出能量轉(zhuǎn)變成質(zhì)子（ np+) n→p + +β ( 帶負(fù)電的高速電子 )；若核內(nèi) p+n時(shí) (這種情況一般指在加速器中 )， p++→n+β + （帶正電荷的高速電子） β 和 β +粒子是帶正電荷和負(fù)電荷的高速電子 13 （ 3） X射線 ? 若核內(nèi)質(zhì)子從外層電子云中的 K層捕獲電子，轉(zhuǎn)變成中子， p+ +e →n ? 當(dāng) K層（低能態(tài)）電子被捕獲后剩下一空穴，高能態(tài)（外層）電子會(huì)捕獲進(jìn)去，釋放出能量 — X射線。 – 自然界中有天然的不穩(wěn)定同位素，但還有一些不穩(wěn)定同位素是使用原子反應(yīng)堆及粒子加速器等人工制造的。 ? 高頻輻射線（電離輻射）： – 頻率較高、能量大，如 X， γ 射線，可使物質(zhì)的原子受到激發(fā)或電離，因而可起到殺菌作用（冷殺菌）。 7 – 我國(guó)輻射加工食品 產(chǎn)業(yè)化發(fā)展很快 – 19841994年共批準(zhǔn) 18種輻照食品 – 1996年又正式頒布 “ 輻照食品衛(wèi)生管理辦法 ” – 1997年公布 “ 輻照食品類別衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) ” ，鼓勵(lì)對(duì)進(jìn)口食物、食品原料及國(guó)內(nèi) 6大類食品進(jìn)行輻照處理 8 第二節(jié) 輻射基本原理 一、輻射類型 ? 輻射是能量傳遞的一種方式 – 在電磁波譜中，根據(jù) 能量相應(yīng)的大小可將電磁波分成無(wú)線電波、微波、紅外、可見(jiàn)、紫外線、 X射線和 γ 射線。 – 如 1997年美國(guó) 2500萬(wàn)磅牛肉受大腸桿菌 O157： H7的污染， 9萬(wàn)人致病， 25人死亡，導(dǎo)致美國(guó)歷史上最大一次凍漢堡包的回收（約 1萬(wàn)噸）。 – 1997年蒙特利爾公約會(huì)議決定發(fā)達(dá)國(guó)家在 2022年前、發(fā)展中國(guó)家在 2022年前要徹底禁用溴甲烷，這使食品輻照的替代作用更突出。 – 輻照技術(shù)已成熟，但公眾接受性、各食品的標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)及檢驗(yàn)、輻照設(shè)施等問(wèn)題，輻照食品未被廣泛接受。 3 ?食品輻射保藏優(yōu)點(diǎn)： – 最大限度減少食品損失 ， 使它在一定期限不發(fā)芽 、 不腐敗變質(zhì) 、 不發(fā)生品質(zhì)和風(fēng)味的變化 – 輻射加工是種高效加工手段 – 穿透性強(qiáng) – 可常溫下進(jìn)行 – 節(jié)能 – 無(wú)殘毒 – 易控制 – 目前輻射加工技術(shù)已滲透于多行業(yè) 4 ?輻射保藏與其他方法比較的優(yōu)點(diǎn) ： – 與化學(xué)藥物保藏比較 ， 無(wú)化學(xué)物質(zhì)殘留 – 與熱處理保藏比較 ， 能較好保持食品原有新鮮狀態(tài) – 與冷凍保藏相比 ， 節(jié)省能源 – 輻射是種較好的保藏食品的 物理方法 ?不足： – 不完全適用所有食品，有選擇性 5 國(guó)內(nèi)外發(fā)展簡(jiǎn)況 – 輻射技術(shù)加工食品在 20世紀(jì) 40年代開(kāi)始， 50年代美國(guó)等加強(qiáng)研究， 70年代證明輻照食品的衛(wèi)生安全性，80年代各國(guó)建立規(guī)程、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn) – 1980年 FAO/IAEA/WHO輻照食品安全聯(lián)合專家委員會(huì)結(jié)論：輻照食品總平均劑量 1000krad以下不需要做毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)，無(wú)特殊營(yíng)養(yǎng)和微生物學(xué)問(wèn)題 – 1984年，代表 130多個(gè)國(guó)家食品法典委員會(huì)（ CAC）向成員國(guó)建議輻照食品 CAC標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)施推薦規(guī)程 – 迄今， 40多國(guó)家批準(zhǔn) 100多種輻照食品。1 食 品 保 藏 食品與包裝工程系 周亞軍 教授 /碩士生導(dǎo)師 2 第五章 食品輻射保藏 ?概述 – 輻射加工： ?是利用電離輻射 （ 主要鈷 60γ 射線和電子加速器產(chǎn)生的電子束 ） 與物質(zhì)相互作用的物理 、 化學(xué)和生物效應(yīng) ， 對(duì)物質(zhì)或材料進(jìn)行加工處理的過(guò)程 。 – 食品輻射保藏： ?是利用原子能射線的輻射能對(duì)新鮮肉類 、 水產(chǎn) 、蛋及其制品 ， 糧食 、 水果 、 蔬菜 、 調(diào)味料 、 飲料及其它加工產(chǎn)品進(jìn)行殺菌 、 殺蟲 ， 抑制發(fā)芽 ， 延遲后熟等處理 。輻照技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用于 20世紀(jì) 90年代。 6 – 從健康環(huán)境和安全角度，溴甲烷、二溴已烷和環(huán)氧乙烷越來(lái)越被禁用，食品輻照可取代化學(xué)熏蒸。 – 食源性疾病近年在美國(guó)、日本等地多有發(fā)生，沙門氏菌、彎曲菌、大腸桿菌、單核細(xì)胞李斯特菌、弧菌等所致疾病與輻照食品近年發(fā)展密切相關(guān)。此事直接導(dǎo)致了 1997年 12月美國(guó) FDA批準(zhǔn)了紅肉輻照。 9 γ頻率 λ波長(zhǎng) λγ=C γ=C/λ 低頻輻射區(qū) γ10 15Hz 高頻輻射線 γ10 18Hz E能量 無(wú)線電波 微波 紅外 可見(jiàn) 紫外 X射線和 γ 射線 105Hz 1010 1015 1018 1020 3km 3cm 3μm 3nm 4 1010 ev 4 105 4 103 4 4 102 4k 4M 10 ? 低頻輻射線（非電離輻射）： – 波長(zhǎng)較長(zhǎng)、能量?。l率低），僅能使物質(zhì)分子產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)而產(chǎn)生熱，也可起到加熱殺菌作用。 11 二、 α 、 β 、 γ 、 X射線 1. 放射性同位素 – 當(dāng)原子序數(shù)在 84以上，原子核是不穩(wěn)定的，能以一定的速率放出射線，由這種原子組成的元素稱為放射性同位素。 12 （ 1） α 射線： 當(dāng)同位素中，（中子：質(zhì)子） n：p+:1,從原子核中放射出帶 2p+和 2n的帶正電高速粒子流（氦核） —— 稱為 α 射線。 ? 所以， X射線指 原子核外電子所放出的能量 。 ? 以上這些射線都具有使被輻射物質(zhì)的原子或分子發(fā)生電離作用的能力和不同穿透程度的能力。 ? γ 射線： 電離能力比 α 、 β 射線小，穿透能力比二者大。 15 2. 放射性衰變 ? 每個(gè)放射性同位素放出射線后，就轉(zhuǎn)變成另一個(gè)原子核，從不穩(wěn)定的元素變成穩(wěn)定同位素， 原子核轉(zhuǎn)變過(guò)程 稱為放射性衰變。 16 三、輻射用單位 國(guó)際單位 常用單位 輻射能量 焦耳 ev 放射性強(qiáng)度 Bq Ci 輻射量 庫(kù)侖 /千克 倫琴 吸收劑量 G y J / k g rad 17 四、輻射源 ? 人工放射性同位素 ,如 60Co ? 電子加速器 18 第三節(jié) 食品輻射技術(shù)的化學(xué)與生物學(xué)效應(yīng) 一、輻射化學(xué)效應(yīng) 電離輻射使食品產(chǎn)生各種粒子、離子和質(zhì)子的基本 過(guò)程有 兩個(gè) ： 初級(jí)輻射 :使物質(zhì)形成離子、激發(fā)態(tài)分子或分子碎片。 ? 初級(jí)輻射一般無(wú)特殊條件，而次級(jí)輻射與溫度等其它條件有關(guān)。 ? 對(duì)某些物質(zhì)的輻射效應(yīng)可分直接和間接的 – 有機(jī)體含水分而產(chǎn)生間接效應(yīng)是輻射反應(yīng)重要部分，在干燥和冷凍組織中很少有這種間接效應(yīng) ? 輻射不會(huì)產(chǎn)生特殊毒素，但某些機(jī)體組織中有時(shí)發(fā)現(xiàn)帶有毒性的不正常的代謝產(chǎn)物 ? 輻射對(duì)活體組織的損傷主要是有關(guān)代謝反應(yīng)，視其機(jī)體組織受輻射損傷后的恢復(fù)能力而異，還取決所用輻射總劑量的大小 25 （一）微生物 （ 1） 直接效應(yīng)： 指微生物接受輻射后本身發(fā)生的反應(yīng)，可使微生物死亡。 B. 細(xì)胞內(nèi)膜受損，膜由蛋白質(zhì)和磷脂組成，分子斷裂造成細(xì)胞膜泄漏，酶釋放出來(lái)，酶功能紊亂，干擾微生物代謝，使新陳代謝中斷，使微生物死亡。 27 為表示某微生物對(duì)輻射的敏感性，通常以每殺死90%微生物所需要的 拉德 數(shù)來(lái)表示，即殘存微生物下降到原數(shù)的 10%所需劑量，并用 D10值表示： N D lg — = — N0 D10 其中： N0表示最初的微生物數(shù) N表示使用 D劑量后殘留的微生物數(shù) D表示初期劑量 D10表示微生物殘存數(shù)減到原數(shù)的 10%時(shí)的劑量 28 不同微生物的輻射敏感性 微生物 環(huán)境 輻射D10(Krad) 加熱 121℃ 肉毒桿菌 A型 磷酸緩沖液 241 612s 罐裝雞肉 311 罐裝咸肉 189 嗜熱脂肪芽孢桿菌 緩沖液 100 4050 min 大腸桿菌 肉湯 10~20 金黃色葡萄球菌 干燥狀態(tài) 65 肉湯 10 29 微生物對(duì)輻射的敏感性 ? 一般來(lái)說(shuō) ? G G+ 酵母 霉菌 (敏感度 ) – G：革蘭氏陰性菌 – G+：革蘭氏陽(yáng)性菌 30 （二）病毒 ? 通常使用高達(dá) 3000Krad劑量才能抑制。 ? 處幼蟲期的昆蟲對(duì)輻射較敏感，成蟲細(xì)胞對(duì)射線的敏感性較小，高劑量才能使成蟲致死 ? 但成蟲的性腺細(xì)胞對(duì)輻射敏感。 ? 輻射對(duì)昆蟲損傷作用： – 致死，“擊倒”（貌似死亡，隨后恢復(fù)），壽命縮短、推遲換羽，不育、減少卵的孵化、延遲發(fā)育、減少進(jìn)食量和抑制呼吸 – 這些作用都是在一定劑量水平下發(fā)生的 – 而在其它劑量下，甚至可能出現(xiàn)相反的效應(yīng)，如延長(zhǎng)壽命、增加產(chǎn)卵、增進(jìn)卵的孵化和促進(jìn)呼吸。 33 （四）寄生蟲 ? 輻射可使寄生蟲不育或死亡 ? 豬肉內(nèi)旋毛蟲， – 不育劑量， 12Krad，死亡 750Krad ? 牛肉絳蟲， – 致死 300500Krad 34 （五）植物 ? 水果： – 對(duì)有呼吸變換期的水果，其呼吸率達(dá)最小值時(shí)是輻射處理的關(guān)鍵時(shí)刻 ?此時(shí)輻射能抑制其后熟期 ?主要改變體內(nèi)乙烯生產(chǎn)率而影響其生理活動(dòng) 。 35 ? 蔬菜 – 輻射影響新鮮蔬菜的代謝反應(yīng)，效果與劑量有關(guān)。 – 根菜類如土豆、洋蔥等輻射后可抑制發(fā)芽，在光照下皮層也不發(fā)綠，但劑量過(guò)高，會(huì)腐爛。 36 本節(jié)思考題 ？ (從輻射效應(yīng)對(duì)微生物、酶、病蟲害、果蔬等影響角度回答 )。 – 劑量： 38 二、現(xiàn)有的一些 商業(yè) 化應(yīng)用 ? 高劑量處理 – 能破壞抗輻射性強(qiáng)的肉毒梭狀芽孢桿菌菌株，對(duì)低鹽、無(wú)酸的肉類需用 – 產(chǎn)品必須密封包裝，防止輻射后再受微生物污染 – 為抑制酶的活性，在輻射處理前先加熱至 70℃ 效果最好 – 高劑量輻射處理會(huì)使產(chǎn)品產(chǎn)生異味，隨肉類的品種不同而異，牛肉產(chǎn)生的異味最強(qiáng) ? 低劑量處理 – 只殺滅腐敗微生物，保持短期運(yùn)輸中的產(chǎn)品質(zhì)量，并可以延長(zhǎng)其市售期 39 ? 高劑量處理與肉同 ? 低劑量的目的是為了延長(zhǎng)新鮮品的貯藏期 – 常用輻射與 3℃ 左右冷藏結(jié)合的方法，在 3℃ 左右可