食品辐照技术：原理、应用与安全性评估

食品辐照技术：原理、应用与安全性评估

食品辐照技术是一种利用高能射线对食品进行处理的技术，它通过破坏微生物和昆虫的细胞结构来达到灭菌和延长保质期的目的。这种技术在食品工业中有着广泛的应用，尤其在肉类、蛋类、水产品、水果和蔬菜等易腐食品的保存方面表现突出。本文将详细介绍食品辐照技术的原理、效果及其安全性评估。

辐照技术在食品领域的应用

食品辐照保存机理

• 利用高能射线的电离能力和强大的穿透能力，引起生物体内部分子和原子的激发和电离，从而扰乱了生物体正常的新陈代谢，抑制了生命和酶的活动。
• 辐射处理可以杀灭食品中的微生物和昆虫，而对食品本身的营养价值并无明显的影响。

食品辐照生物学、化学效应

生物学效应

• 使细胞分子产生辐射诱变，干扰微生物代谢，特别是其中脱氧核糖核酸的合成受影响。
• 破坏微生物细胞内膜，引起微生物酶系统紊乱，导致微生物死亡。
• 水分子受辐射后离子化，形成—H、—OH、—HO2、—H2O2等基团，这些中间产物能在不同途径中参与化学反应，在水基团的作用下，生物活性物质钝化，细胞受损，当损伤达一定程度后，微生物细胞生活机能完全丧失。

生理学效应

• 微生物被照射→DNA损伤→代谢异常→细胞组织死亡
• 被激活的水分子或电离的游离基与微生物体内的活性物质相互作用，而使细胞生理机能受到影响。
• 病毒：一般采用加热和辐照并举的方法，可有效抑制病毒的活动
• 细菌：辐照剂量愈高，对细菌的杀灭率愈强。
• 霉菌和酵母菌：对辐照的敏感性与无芽孢细菌相同。
• 电离辐射对虫类的作用
• 昆虫辐照的损伤作用：致死、缩短寿命、不育、延迟发育、减少进食和抑制呼吸。
• 寄生虫35 kGy 致死；0.2.03 kGy 抑制生长；0.12 kGy 不育。

化学效应

• 由射线与基质直接碰撞，使之形成离子、激发态分子或分子碎片；
• 初级辐射的产物相互作用，生成与原始物质不同的化合物。
• 辐射处理的食品也会发生若干化学变化，而且剂量越大，变化程度也越大，但在适当的剂量下，这些变化不明显，而且这些变化在采用其它方法加工或处理时也同样存在。

辐照对食品成分的影响

辐照对蛋白质与氨基酸的影响

• 蛋白质：结构破坏、辐射交联、辐射降解
• 氨基酸经辐射发生脱氨基、氧化和脱羧反应；
• 导致蛋白质分子变性，发生凝聚、粘度下降和溶解度降低等变化。

辐照对维生素的影响

• 水溶性维生素、脂溶性维生素对辐照均很敏感。其损失率随着辐射剂量的增大而增大。

辐照对糖类的影响

• 一般来说，碳水化合物对辐照处理是相当稳定的，只有在大剂量辐照处理下，才引起氧化和分解。
• 在辐射过程中发生的变化主要是降解作用和辐解产物的形成。
• 蛋白质和氨基酸对糖类辐解有保护作用。
• 对果蔬方面的研究，辐照的大蒜，其糖的浓度未受影响；辐照的洋葱经贮藏后，糖的浓度与对照无差别。用1.5kGy辐照苹果和苹果制品，其糖的浓度也没有变化。

辐照对脂类的影响

• 辐照对脂肪的变化，取决于脂肪的类型、剂量、温度和氧化速度以及环境条件诸因素。但其主要作用是使脂肪酸长链中的C—C键发生断裂，因而形成链烷，继发反应可生成通常的链烯。
• 脂肪酸长链中C-C键断裂；
• 受辐射感应而发生自动氧化（不饱和脂肪酸）；
• 发生非自动氧化性的辐射分解。

食品辐照的安全性

• 毒性物质生成：未确证会产生有毒、致癌、和致畸物质。
• 微生物类变异：不会增加细菌、酵母菌和病毒的致病性。
• 营养物质破坏：低剂量辐射的营养损失微不足道。
• 放射性物质残留：食品在进行辐照时是外照射，没有直接接触放射性核素，因此，不会污染放射性物质，这与核爆炸和核源泄漏事故截然不同，故不存在残留问题。
• 放射性污染：由电离辐射使食品中某些元素变成放射性元素。食品辐照的能量都低于在食品中可能诱导放射性的能量阈值，所以不会产生诱导放射性核素及其化合物。

允许食品辐射的最大能量水平

• γ射线：5 MeV
• x射线：5 MeV
• 电子射线：10 MeV

与传统食品储存方法相比，辐照技术的优点

辐照保藏不同于化学熏蒸法和腌制法，不需要加入添加物，与加热、冷冻等方法一样，是一种物理保藏法，具有许多传统保藏法不可比拟的优点:

• 射线穿透力强，可对通过控制剂量和辐照工艺对带包装熟食进行均匀彻底处理，相比于热处理杀菌，辐照过程较易控制；
• 辐照处理是“冷加工”，可保持食品原有的鲜度和风味，有的甚至可提高食品的工艺质量；
• 辐照食品无残留物，无“三废”产生，不污染环境，可提高食品卫生质量并有利于环保；
• 节约能源，电子直线加速器运行过程中只需消耗电能，与热处理、干燥和冷冻保藏食品法相比，能耗降低几倍到十几倍；
• 可对带包装的食品进行杀菌处理，消除了在食品生产和制备过程中可能出现的严重交叉污染问题；
• 杀菌效果好，并可通过调整辐照剂量达到对各类食品杀菌的要求；

常见几类食品的辐照杀菌

禽畜肉类制品、蛋类、水产品及某些水果蔬菜含有丰富的营养成分，造成这类食品变质的主要原因是受微生物的作用，这几类食品辐射处理主要是为了杀菌。

• 畜禽肉类 的腐败变质主要是由腐败细菌引起的，一般在辐照前都采用适当的热处理使自溶酶钝化，但过高的温度又会影响肉类的口感和品质，所以采取辐照灭菌完善工艺，同时为了防止辐照过程中的“二次污染”，一般会采用真空包装来隔绝空气、水汽、微生物。低剂量辐射处理方式通常只是为了延长肉类产品的货架期。
• 水产品 捕捞后容易死亡，也容易腐烂。世界卫生组织、联合国粮农组织、国际原子能机构共同认定并批准，以10～20万Ｇｙ辐射剂量来处理鱼，可以减少微生物，延长鲜鱼在3℃以下的保鲜期。
• 蛋类 的应用辐照针对性杀菌，其中沙门氏菌是对象致病菌。蛋白质在受到辐射时会发生降解使蛋液的粘度降低，因此，一般蛋液及冰冻蛋液用电子射线或γ射线辐射，灭菌效果都比较好。而对带壳鲜蛋可用电子射线处理，剂量应控制在10kGy左右，更高的剂量会使蛋带有H2S等异味。
• 水果 腐败大多是由霉菌引起的，通常辐射处理是为了抑制霉菌的生长。
• 蔬菜类 辐射处理的主要是为了抑制发芽和延缓新陈代谢作用。对脱水蔬菜采用6～10kGy剂量范围的γ射线，不仅可以有效杀灭脱水蔬菜中的微生物，还可以使贮藏保鲜效果达1年以上，而且经生物学检验、营养成分分析和吸收剂量测定，各项指标均符合标准。
• 谷物及其制品 的辐照处理应以控制虫害及霉菌的繁殖为主。针对昆虫处理所需的剂量范围按立即致死、几天内死去和不育要求分别为3～5kGy、1kGy和0.1～0 .2kGy。而控制谷类中霉菌所需的剂量范围约在2～4kGy之间。

参考文献

《食品辐照保藏知识》