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辐照技术与食品品质安全研究

辐照技术与食品品质安全研究

-----------------------作者：

-----------------------日期：

浙江大学

研究生课程论文

辐照技术与食品品质安全的研究进展

课程名称食品品质与研究进展

考试时间2007.11

学号10716056

姓名李博

辐照技术与食品品质安全研究进展

摘要：

本文介绍了食品辐照技术的原理、应用及其对营养成分和食品安全的影响，罗列了应用该技术的商业化食品，并对其应用前景进行了展望。

关键词：

辐照技术；营养成分；食品安全

AReviewofIrradiationTechnologyandItsInfluenceonFoodQualityandSafety

Abstract:

Foodirradiationtechnologywasintroducedinthearticle,referingtoitstheory,application,influenceonnutrientcomponentsandfoodsafety.Commercialfoodprocessedbyirradiationwasdisplayedandprospectofthetechnologywasalsodiscussed.

Keywords:

irradiationtechnology;nutrientcomponents;foodsafety

食品辐照就是将预包装或散装的食品暴露于受控水平下的电离辐射并处理一段时间的过程，主要用于抑制发芽、推迟成熟，杀虫杀菌等。

目前，世界各国对食品辐照的认可和应用越来越广泛，消费者了解和接受的程度也越来越高。

据联合国粮农组织（FAO）、国际原子能机构（IAEA）、世界卫生组织（WHO）公布的统计报告显示，全世界已有40多个国家批准辐照食品200余种，年市场销售总量达40万吨左右，食品辐照加工已经被FAO/IAEA/WHO推荐为国际重点推广项目[1]。

然而，目前仍有不少人在心理上难以接受辐照食品，原因之一是他们担心或者认为辐照过的食品具有放射性；原因之二是不清楚辐照对食品的营养成分到底有多大的影响。

其实这些担心大可不必，早在上世纪四十年代世界各国就已陆续开展了该技术与食品安全品质的研究，取得了一系列丰硕的成果[2]。

1.辐照技术的原理

食品被辐照时，电离辐射能量传入微生物或害虫内部，引起其DNA、RNA、蛋白质、脂类等有机分子中化学键的断裂、蛋白质与DNA分子交联、DNA序列中的碱基改变，最终使其死亡或不能繁殖，从而使食品免受或减少导致腐败和变质的各种因素的影响。

此外该技术能够抑制食品（如水果、蔬菜等活体）的生理生化过程（如发芽和成熟），从而达到食品保藏或保鲜的目的。

不同生物的D值（杀灭90%此种生物所需的辐照量是不同的，且会随温度和食品种类的变化而变化。

用于食品辐照的放射源为放射性同位素钴-60或铯-137产生的γ射线、最大能量为5MeV的X射线、最大能量为10MeV的电子加速器产生的电子束等。

这些放射源能量较低，不足以引发感应放射性，而辐照过程中产生的微量辐解产物与食品中天然存在或经加热处理产生的物质相同或类似，无特殊毒副作用[3]。

2.食品辐照技术的应用领域

2.1辐照杀菌

食品和农产品在加工和储运过程中极易被各种腐败和致病微生物所感染，如何控制其中的微生物，避免产品的腐败变质，减少食源性疾病和食物中毒的发生，一直是农产品储藏加工领域研究的重点。

辐射加工技术能杀灭食品和农产品中各种腐败微生物和致病微生物。

食品辐照杀菌可分选择性辐照灭菌、针对性辐照灭菌和辐照灭菌。

选择性辐照灭菌就是利用一定剂量的电离辐射使食品中腐败微生物的数量降低，以防止食品变质，延长货架期，一般采用的吸收剂量为1-5kGy。

针对性辐照灭菌就是利用一定剂量的电离辐射，杀死食品内除病毒以外的无孢子病源细菌。

辐照灭菌是利用电离辐射消灭食品中全部微生物，经过这样处理的食品可以保证食品在室温条件下长期储藏不会腐败，也不会因微生物而引起食品中毒，要达到此目的就需要较高的辐照剂量，一般采用12D10剂量。

经过彻底灭菌的辐照食品可在常温下保藏较长的时间，适宜为特殊人员（如地质勘探人员、登山人员、军人和宇航员等）以及器官移植病人、免疫缺陷病人、白血病患者提供无菌食品。

2.2辐照杀虫

寄生虫通过食物传染给人类，应用射线辐照带有寄生虫的食物，是杀死寄生虫，并防止其传染给人类最行之有效的措施之一。

实验证明，150-300Gy的射线可以使猪肉中的旋毛虫不育，并阻止其幼虫在宿主消化道内发育成熟。

危害农产品的害虫包括仓储害虫、检疫性害虫及寄生虫，实验证明，用较低的剂量辐照能杀灭农产品中的这些害虫，达到减少农产品损失的目的。

不同时期、不同科目的害虫对辐照的敏感性不同。

国内外大量实验结果表明，500Gy足以控制侵入稻米、玉米、小麦和豆类的害虫，同时辐照处理对这些农产品的质量和加工品质没有明显影响。

2.3抑制发芽

大蒜、洋葱、马铃薯等鳞茎和块根类蔬菜在采摘后有休眠期，它们在休眠期内生长暂停，内部代谢维持在很低的水平。

休眠期一过，其呼吸强度加强，生理代谢加剧。

这类蔬菜在休眠期过后极易发芽，引起腐烂变质，马铃薯发芽后还会产生有毒物质，使其丧失食用价值。

因此，必须采取有效措施控制鳞茎和块根类蔬菜在储藏期间的发芽问题。

辐照能通过影响果蔬的生理代谢和生长点的结构，干扰生理活性物质的正常合成，达到有效抑制发芽的目的。

辐照抑制发芽的剂量为50-150Gy，在此剂量范围内，能够有效抑制马铃薯、甘薯、大蒜、洋葱、生姜的发芽。

2.4延迟成熟和延长储藏期

辐照通过推迟植物内源激素乙烯的产生和呼吸跃变的出现，降低储藏期呼吸强度和提高乙烯的作用阈值来达到延长果蔬储藏寿命的目的。

辐照用于延缓成熟时间时，辐照剂量的确定应该兼顾果蔬对辐照的耐受性，不同的品种、不同的采摘期对水果蔬菜的辐照耐受性都有很大的影响。

草莓、龙眼、芒果和蔬菜可以忍受1-2kGy的辐照剂量；香蕉、苹果、柑橘、甜瓜等可以耐受0.3-1kGy的辐照剂量；葡萄、桃、梨等果蔬所能耐受的剂量在0.3kGy以下。

蘑菇在储藏期间容易出现开伞现象，用0.5-1.0kGy的剂量辐照，可以有效地抑制蘑菇的开伞。

2.5食品辐照检疫处理

辐照检疫是利用辐照杀灭农产品和食品中的检疫对象的一种技术，可以作为农产品国际贸易中的一种检疫手段。

农产品和食品的检疫处理通常是以化学熏蒸为主，但熏蒸剂处理对环境和操作人员健康产生严重危害，因而主要熏蒸剂已被禁用或逐渐被禁用。

其它检疫方法如热处理会降低许多商品的质量，冷处理则需要更长的时间，难以适应不断增长的农产品贸易的需要。

辐照处理在多年的研究应用中显示出其作为一种检疫处理方法特有的优势，即具有操作方便、无环境污染、安全可靠以及经济适用等优点，已成为食品辐照技术的一个新的发展方向[4]。

2.6降低食物致敏性

食物过敏（hypersensitivity）是指食物中的某些物质（一般为蛋白质）进入肌体后，体内的免疫系统将其视为入侵的病原，发生免疫应答，引发不良的机体反应，是一种顽固性和高复发性的疾病。

当前医学上对此疾病仍无良策，过敏患者只有避免食用具致敏性的食物。

人们在研究中发现辐照对食物过敏原具有破坏作用，一般的食物过敏原对蛋白酶、酸和热的降解作用有一定的耐受性，常规的处理很难达到对致敏原的脱敏作用，但辐照技术可以促进生物大分子的降解、交联和分子构象的改变，降低蛋白质的热稳定性，破坏其抗原决定簇，可望成为降低食物过敏反应的重要技术[5]。

3辐照对食品营养成分的影响

3.1辐照对蛋白质的影响

辐照后蛋白质的变化取决于辐照剂量、温度、pH值、氧气、水的含量和食品的复杂体系。

蛋白质由于它的多级结构而具有独特的性质，对低剂量辐照表现不敏感。

如果辐照的样品是纯蛋白质的固体，辐照过程就不会产生自由基，也不会引起蛋白质分解；如果辐照的样品是蛋白质的水溶液或者是含有蛋白质的混合物，由于在辐照过程中产生水或者混合物中某种物质的自由基，引起蛋白质分解，产生氨基酸。

如果辐照含硫的氨基酸如甲硫氨酸、胱氨酸和半胱氨酸，就会产生一些挥发性的物质诸如硫醇和硫烷。

因此，辐照电离能可以使蛋白质的末端氨基酸脱氨基和脱羧基，也可以使蛋白质的肽链断裂，这些反应就导致酰胺类物质和相应的酸或酮类化合物的产生。

如果辐照的样品是蛋白质水溶液，首先会激发水合电子和羟基自由基的产生，然后会导致肽链断裂或者使自由基迁移到易激发的氨基酸侧链上，诸如胱氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、色氨酸和赖氨酸。

辐照作用下，蛋白质的氢键和二硫键容易断裂，导致蛋白质变性，空间构象破坏。

一方面由于二硫键的减少或硫氢键的氧化，蛋白质分子的二级和三级结构受到破坏，另一方面由于在其它位置形成了新键，使蛋白结构发生了变化。

尤其在辐照球蛋白的过程中，分子间会形成加速辐解的二硫键。

以上的这些变化都是相对于纯的化学物质而言，而食品中除蛋白质外还包含其它不同的成份，它们各自对辐照又有相互保护作用。

蛋白质经辐照后，可以通过间接作用和直接作用而发生变化。

这种变化可作为用来衡量辐照对食品中营养成份变化的指标。

因为蛋白质产生的辐解产物在数量上是非常小的，可以完全证明辐照没有明显减少蛋白质的营养价值。

大量的辐照实验也表明，其氨基酸的种类、含量均无明显的变化，一些氨基酸的含量还有所增加，但辐照后蛋白质的结构和功能都发生了变化，由此也引起了生物体（或生物组织）代谢的延缓或加强，或丧失代谢机能等现象的发生。

经7kGy辐照剂量辐照的腊牛肉，其蛋白质的损失仅为0.2％，影响较小。

3.2辐照对糖类的影响

对于糖类化合物，固态和在溶液的糖辐照后都会发生变化。

糖类在大剂量辐照过程中发生的变化主要是降解作用和辐解产物的形成。

固态的糖辐照后，其辐解产物取决于晶体结构和水分含量，与辐照过程中的气体条件无关。

糖晶体对辐照极其敏感，一旦辐照的局部能量传递到晶格，糖晶体就会辐解，晶体对光的散射和透射率降低，其辐解产物与传递的能量有直接关系。

辐照糖类可产生以下变化：

融点降低和旋光性改变。

吸收谱在260-280nm范围内，吸收强度也随时间减少。

辐解产物有：

H2、CO、CO2、H2O、CH4、甲醛、乙醛、丙酮、丙醛等。

辐照固态的糖会产生具有氧化性的化合物，这也能说明在氧饱和的水中溶解辐照糖块其pH会降低。

在辐照糖的水溶液中，水自身辐解产物的间接作用代替了对糖类的直接作用，尤其是最容易起反应的自由基如羟基自由基。

与固态糖类的辐解产物相类似，其旋光性和折射率都会降低。

辐照单糖水溶液会产生H2、CO、CO2、甲醛、丙醛、乙二醛、醛糖糖酸、糖醛酸、糖聚合体、脱氧化合物。

如果有些辐解产物的浓度较高，表现出一定的致癌性风险。

在有氧的情况下，羧酸的含量会增加。

辐照低聚糖和多糖，除了上面提及到反应外，还发生糖苷键的断裂。

多糖如淀粉被辐照后，黏度会降低；辐照剂量再高淀粉连凝胶都不能形成，淀粉颗粒变得很脆易碎，增加了淀粉酶的反应。

如果辐照富含糖类的食物，有可能会形成少量的对人身体有潜在危害的物质（诸如甲醛、丙醛、脱氧糖类），然而由于受辐照食物其它成分不断反应和相互保护的影响，这些物质的含量是非常低的。

在辐照加工中，由于辐照剂量大多控制在10kGy以下，所以糖类的辐照降解和辐解产物是极其微量的。

3.3辐照对维生素的影响

维生素对辐照很敏感，其损失量取决于辐照剂量、温度、氧气和食物类型。

一般说来，低温缺氧条件下辐照可减少维生索的损失，低温密封状态下也能减少维生素的损失。

不同种类的维生素受辐照的影响程度不一样，水溶性维生素对辐照的敏感性从大到小排列如下：

VitB>VitC>VitB6>VitB2>叶酸>VitB12>尼可酸；脂溶性维生素对辐照的敏感性从大到小排列如下：

VitE>胡萝卜素>VitA>VitK>VitD。

水溶性维生素对辐照的敏感性主要取决于它们是处在水溶液中还是处在食品中，或者它们是否受食品中其它化学物质所保护，其中包括维生素彼此的保护作用。

据有关文献报道，在VitB溶液辐照0.50kGy后，大约损失50％，而全蛋粉辐照同样剂量后，VitB只损失了5％。

辐照时维生素之间的协同保护作用也非常明显。

VitC和烟酸分别接受大剂量辐照时，VitC破坏达90％，而烟酸相当稳定。

然而当两者在一起时，VitC的损失不超过30％，而烟酸破坏增大。

3.4辐照对脂肪的影响

脂肪是食物成分中最不稳定的物质，因此对辐照十分敏感。

辐照可以诱导脂肪加速自动氧化和水解反应，导致令人不快的感官变化和必需脂肪酸的减少；而且辐照后过氧化物的出现对敏感性食物成分例如维生素有消极的影响。

过氧化物的产生可以通过调整辐照食品的气体条件和温度来改变，也可以给肉类添加肌肽、抗氧化剂来控制或者给禽类喂养添加抗氧化剂的饲料来抑制。

有研究认为辐照产生的令人不快的气味与脂肪氧化的程度并没有直接关系，而是与辐照产生的挥发性成分有直接关系。

辐照脂肪的变化幅度和性状取决于被辐照食品的组成、脂肪的类型、不饱和脂肪酸的含量、辐照剂量和氧的存在与否等。

一般来说，辐照饱和脂肪相对稳定，不饱和脂肪则容易发生氧化；氧化程度与辐照剂量大小成正比；当有氧存在时脂肪则发生典型的连锁反应。

试验验证不同性状的动物和植物脂肪，发现某些脂肪对辐照表现很高的稳定性。

脂溶性VA对辐照和自动氧化过程比较敏感，一般把VA选为评判脂肪辐照程度的标准。

此外，也可以用酸价和过氧化值的变化来评定。

有证据表明：

与植物脂肪相比较，辐照动物脂肪更适宜，因为它对自动氧化过程具有较高的抗性，这是通过测定过氧化值得出的。

大量试验表明，在剂量低于50KGy时，处于正常的辐照条件下，脂肪质量的指标只发生非常微小的变化。

只有较大剂量（100kGy以上）辐照时，其物理性质如熔点、折射率、介电常数、粘度和密度才发生显著变化[6]。

4辐照食品的安全性

辐照食品的卫生安全性关系到使用者的健康和食品辐照技术的前途，其包括以下几个方面：

有无残留放射性及诱导放射性、辐照食品的营养卫生、有无病原菌的危害、辐照食品有无产生毒性、有无致畸、致癌、致突变效应等。

为此，世界各国及国际组织对其展开多方面的研究。

在20世纪50年代，辐照食品的健全性试验主要在美国和英国进行，后来各国也都实行。

在此期间，各国还相继实施和召开国际计划和国际会议，并根据往年所取得的试验成果对辐照食品的健全性进行了研究。

联合国粮农组织（FAO）和国际原子能机构（IAEA）根据世界卫生组织（WHO）的建议，于1970年开始了国际食品照射计划（IFIP）。

针对世界上以低于l0kGy剂量辐照食品为对象进行的各种动物试验，为了节省各国动物试验的经费，IFIP在保持统一性的前提下，进行动物试验信息交流。

另外，IFIP还进行有关辐照食品安全性的委托试验。

试验结果表明，没有发现任何辐照食品有害的证据，草本植物、新鲜水果、蔬菜和家禽等。

同样，WHO也综述了500个研究报告，认为食品辐照不存在毒性、微生物和营养问题。

美国曾进行长达7年大规模的毒理学试验，采用58kGy的高剂量辐照鸡肉（共计134t），然后用鸡肉调制成的饲料喂饲狗、大、小白鼠等动物，耗资达800万美元，试验结果归纳成长达35000多页的l2份报告书。

根据这些结果，美FDA再次得到了辐照食品无不良影响的最终结论，这比1980年“辐照食品联合专家委员会”确认的l0kGy剂量的结论具有更大的安全系数。

在日本，关于辐照食品的安全性经过长期的研究，结果表明在一定剂量范围内安全性同样是肯定的。

日本国立卫生试验所祖父尼等将葡萄糖溶液用60Co-γ射线照射l0kGy，照射时充氧，照射后用0.45µm的膜过滤，再用干冰冻结，然后进行回复突变、染色体异常时和微核试验。

结果表明：

通氧后射线照射的葡萄糖水溶液，随着剂量增加，回复突变数增加，是自然回复突变数的2倍以上，明显地表现出诱变性，但诱变性随-80℃的贮藏时间的增加而逐渐减弱；在中华豚鼠肺纤维芽细胞上，与未处理的一样，染色体的异常未显著增加，照射葡萄糖溶液中添加芒果汁，完全抑制了染色体的异常。

在我国，不少部门也对此做了大量的研究及调查，如河南省科学院同位素研究所经多年实践得出：

4-8kGy的γ射线辐照处理脱水蔬菜能有效地杀灭产品中的微生物，使产品的微生物指标符合国家卫生标准或企业质量标准，同时对脱水蔬菜的色泽、气味及口味等感官指标及蛋白质、氨基酸、灰分和复水率等理化指标无不良影响。

这表明对辐照食品来说，其安全性是具有保障的[7]。

5应用辐照技术的商业化食品

目前可辐照的食品有熟禽肉类、花粉、干果果脯类、香辛料类、新鲜水果蔬菜类、冷冻包装畜禽肉类、豆类谷类及其制品等。

已实现商业化的食品有：

脱水蔬菜、肉制品、保健食品、食品添加剂及茶叶等。

5.1脱水蔬菜

4-8kGyγ射线辐照处理脱水蔬菜能有效地杀灭产品中的微生物，使产品的微生物指标符合国家卫生标准或企业质量标准，同时对脱水蔬菜的色泽、气味及口味等感官指标及蛋白质、氨基酸、灰分和复水率等理化指标无不良影响。

5.2低温肉制品

辐照处理的低温肉制品的感官指标、主要营养成分与冷藏对照无明显差异，卫生指标优于或等同于冷藏，能使其保持新鲜和较好的卫生质量，符合国家卫生标准。

5.3保健食品

由于保健食品初始含菌量较低，3-5kGy的剂量即可有效杀灭保健食品中微生物，保证产品的卫生指标符合企业标准的要求，避免高温灭菌等常规方法对功能性成分的破坏，充分体现了辐照灭菌在保健食品灭菌中的独特优势。

5.4食品添加剂

60Co-γ射线辐照处理对食品添加剂有很好的杀菌效果，而对产品的感官指标和理化指标无不良影响，能有效地解决食品添加剂微生物指标不合格的问题[8]。

5.5茶叶

试验证明,辐照技术对绿茶、红茶、乌龙茶杀菌贮藏、延长货架期具有显著效果，且对品质基本上无影响[9-11]。

我国参照ICGFI（国际食品辐照咨询组）制定的《控制香辛料、草本和其他蔬菜调味品的病原菌和微生物辐照工艺规范准则》，并在广泛收集、整理国内有关研究资料的基础上，通过大量的试验，制定了《茶叶辐照杀菌工艺》标准。

所确定的茶叶辐照杀菌工艺剂量分别是红茶类辐照杀菌的最低有效剂量为4kGy，最高耐受剂量为9kGy，花茶、速溶茶和保健茶等再加工茶辐照杀菌的最低有效剂量为4kGy，最高耐受剂量为8kGy；绿茶辐照保鲜的最低有效剂量为3kGy，最高耐受剂量为5kGy。

该工艺剂量，既能保证辐照茶叶的品质，又节约能源[12]。

6辐照技术的应用前景

作为冷处理技术，辐照技术具有许多传统保藏法不可比拟的优点：

（1）杀菌彻底，较易控制；

（2）可保持食品原有的鲜度和风味，有的甚至可提高食品的质量；（3）不会留下任何残留物，不污染环境；（4）节省能源，与热处理、干燥和冷冻保藏相比，能耗降低几倍到十几倍；（5）可对包装、捆扎好的食品进行杀菌处理；（6）灭菌速度快，操作简便，加工易控制[13]。

辐照保藏食品作为一种食品加工方法已受到各个国家的重视，得到大力发展和推广应用，并逐渐卫生标准化、法规化和商业化，辐照食品也愈来愈受到消费者的欢迎。

目前，国际上已有五十多个国家批准了240多个食品进行辐照处理，积极推动食品辐照应用研究已被列入2001年WHO确保食品安全的计划。

所谓安全性不仅仅指食品食用上的安全性，而且还指食品的营养成分不受损害，而这正是辐照食品优势所在。

总之，辐照技术是一项具有潜力和广阔前景的新技术。

随着科学的发展和人们认识水平的提高，合理利用原子能对食品进行辐照，必然会给食品加工和贮藏带来深刻的变化，为人类造福。

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