辐照食品贮藏保鲜的研究及应用

辐照食品贮藏保鲜的研究及应用 1 辐照保鲜技术的历史发展 .......................... 2 辐照保鲜技术的原理 .............................. 3 2 2.1辐射完全杀菌(Radappertization ) ............. 4 2.2辐射针对性杀菌(Radicition) .................. 4 2.3辐射选择性杀菌(Radurization) ................ 5 3 应用辐照保鲜的食品种类 .......................... 5 3.1畜禽肉类 .................................... 5 3.2水产品 ...................................... 5 3.3蛋类 ........................................ 6 3.4水果类 ...................................... 6 3.5蔬菜类 ...................................... 6 3.6谷物及其制品 ................................ 7 4 食品辐照保鲜装置 ................................ 7 4.1 γ射线辐照器 .............................. 7 4.2电子加速器辐照器 ............................ 7 5 辐照保鲜食品安全性、毒理性评估 .................. 8 6 结束语 .......................................... 8 1 辐照食品贮藏保鲜的研究及应用 摘要:辐照保鲜是食品保鲜的新工艺，有着极大的发展前景及实用价值。本文就口前国内外对食品辐照保鲜技术研究的进展做一概述。简单描述了食品辐照保鲜技术的应用方式以及相应的可应用该技术的食品种类，并对食品辐照保鲜机械的开发情况做一介绍。与传统方法相比，它有着能耗低、无毒物残留、无污染等优点，已成为国际上常用的一种保鲜方法。该文对其历史发展、保鲜原理、应用和安全性进行了综述。 关键词:食品;辐照;保鲜 辐照，一种新的灭菌保鲜技术，用(铯137,钴60等)对粮、蔬、果、肉、调味品、中药等进行灭菌，和减活，中国相关食品产量已占全球总量的三分之一。辐照食品指的是利用辐照加工帮助保存食物，辐照能杀死食品中的昆虫以及它们的卵及幼虫。消除危害全球人类健康的食源性疾病，使食物更安全，延长食品的货架期。 传统食品贮藏保鲜的主要方法是使用化学杀菌剂，但长期使用化学药剂会导致病菌产生抗药性而降低化学药剂的防病效果，同时频繁和高浓度使用化学药剂会造成农药在果蔬上的残毒量增加而威胁人类的健康。因此，迫切需要寻求新的安全高效的保鲜技术以逐步取代化学杀菌剂在果蔬保鲜上的使用。辐照保鲜技术是人类利用核技术开发出来的一项新型的果蔬贮藏保鲜技术。该技术是WTO认可的一项技术，据2011年的统计，全球已有70个国家和地区批准了548种食品和调味品可用辐照处理。土豆、洋葱、大蒜、冻虾、调味品等10多个品种己实现了商业化，取得了明显的经济和社会效益圈。我国也于1958年开始食品辐照加工研究，2U世纪70年代开展了辐照杀虫，抑制发芽，鱼、肉、蛋的辐照保藏，水果保鲜及葡萄酒促进陈化等研究工作。 1 辐照保鲜技术的历史发展 辐照保鲜技术是1905年申请专利，并于20世纪发展起来的一种保鲜技术。该技术的发展和激光器的出现密不可分。自20世纪50年代激光器问世以来，辐射保鲜的研究己逾50 a的历史。在20世纪50 ^} 60年代，许多国家开展了食品 2 辐照技术和效果研究;20世纪70年代各国致力于证实辐照食品的卫生安全性;20世纪80年代确立了辐照食品的国际标准;20世纪90年代辐照食品正在稳步地向商业化发展。正如世界卫生组织所做出的结论:辐照食品就像用巴斯德杀菌法消毒的食物一样安全，而且有益健康。1986年以后辐照食品被批准的总数达到392 种。1983年联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)的食品法典委员会(CAL)正式颁发了《辐照食品通用法规》和《食品辐照设施推荐规程》，从法律上消除 了辐照食品国际贸易上的障碍。 中国从1958年就开始了食品保鲜辐照研究。1984年11月30日中华人民共和国卫生部公布了我国花生、马铃薯、大米、大蒜、洋葱、蘑菇6种辐照食品的卫生标准，这是我国第一次允许使用辐照食品。到1997年我国己批准了24种辐照食品的卫生标准，包括大蒜、花生、蘑菇、马铃薯、大米、洋葱、香肠、苹果、扒鸡、花粉、果脯、生杏仁、番茄、猪肉、荔枝、密桔、薯干、熟肉制品、干果果脯、香辛料、新鲜水果、新鲜蔬菜、冷冻包装畜禽肉类、豆类、谷类、及其制品等。到2001年，我国批准的辐照工艺近20种。 2 辐照保鲜技术的原理 60137 辐照保鲜技术是食品经过一定剂量的电离射线(Coy射线或Csγ射线或电子加速器产生的电子束—最大能量10 MeV或X射线—最大能量5 MeV)的辐照，杀灭食品中的害虫，消除食品中的病原微生物及其它腐败细菌或抑制某些食品中的生物活性和生理过程，从而达到食品贮藏保鲜的目的。辐照对生物体的效应主要现为热、压力、光和电磁场等几方而，对于低功率电离射线特别是可见光范围的电离射线，其产生的热和压力很少，因此，这些电离射线对生物体效应主要表现为光和电磁场效应。一方而电离射线可以直接影响蛋白、酶及生物分子的结构，从而导致酶活性的变化;另一方而也可通过这些酶直接作用于细胞中DNA，诱导抗性基因的表达，使转录活动增强，从而产生新的酶或其它蛋白质分子来提高生物体的抗逆性。基于此，电离射线可以用于食品的辐照贮藏保鲜。辐照线主要包括红外线、紫外线、X射线和γ射线等。其中的短波射线辐照(如紫外线辐照)易使食品中的脂肪氧化，产生臭味，蛋白质也容易变质，产生色变等现象;一些食品的有益成分如维生素、叶绿素也易受紫外线照射而分解。另外 3 X射线和Y射线辐照由于要避免对操作人员的伤害而所需的基建费用比较高，因此均不易于普及。 目前，“红外线杀菌”己成为国外食品保鲜十项新技术之一，这方而以日本的研究较为成熟，国内的报道还处于加热杀菌的初步应用阶段。但是通过其与物质作用的机理分析，认为红外线有其更合适保鲜应用的若干优势，如光子能量小，不易使食物的内部突变和分解。同时它的作用大部分是基于细胞物质的机械振动和电子转移来改变细胞的防御能力和活性。其作用机理如下:当红外线作用于植物细胞时，植物细胞有效的吸收红外线，这一方而促使共振效应的产生，增强酶的活性以及细胞的弹性，打破多种成分变化的动态平衡，使细胞活性得以维持，延缓组织的衰老。另一方而，红外线的介入，可适当地引起细胞表而水分子的微弱电离和细胞膜上电荷的重新分布，这一作用中和了细胞表而多余的有害电荷，使反应向电荷积累的逆过程进行，此外红外线可还原紫外线光氧化作用产生的有害产物，达到修复细胞损伤的光复活作用。崔强等研究表明很多生命物质都对红外线有十分敏感的吸收性质。因此用红外线激光保鲜，可以在某些方而弥补短波射线的缺点，大大降低成本，提高使用的安全程度。目前，红外线激光辐照技术己成功用于怀山药的贮藏抑芽上。 2.1辐射完全杀菌(Radappertization ) 处理方式所用的电离辐射剂量足以使微生物的数量减少或使有生存能力的微生物降低到很小程度。在后处理没有污染的情况下，以目前现有的方法没有检出腐败微生物，也没有毒素被检出。这种处理的目的是希望生产出儿乎是无菌的稳定的食品。处理过的食品，只要不再受污染，可在任何条件下长时间保藏。辐射完全杀菌所需的剂量在儿百万拉德。 2.2辐射针对性杀菌(Radicition) 这种处理所使用的辐射剂量足以降低某些有生命力的特定非芽抱致病菌(如沙门氏菌)的数量，结果用任何标准方法都不能检出病菌的存在。剂量范围一般5~10kGy。这种处理不能杀灭所有的微生物，因为食品中有可能存在比对象菌更耐辐射的芽抱菌或其他细菌。因而这种处理方式强调的是食品的卫生安全性，而 4 不能保证长期贮存的微生物学安全性。因此，这种方法处理的食品，贮存时必须有其他手段的配合，如低温或降低产品的水分活性等。 2.3辐射选择性杀菌(Radurization) 应所用的电离辐射剂量足以提高保藏品质，并可使生存的特定腐败微生物的数量显著减少。山于生长在不同食品上的微生物种类不同，这些微生物的耐辐射性也不同，并且残存的微生物在一定条件下的生长速度也不同，所以这种处理的剂量水平随食品的种类和处理后贮存条件和贮存期要求而异。但一般说来，引起腐败变质的微生物的耐辐射性都不大，D值不大，所以这种处理的剂量范围多10 -0.2万Gy之间。与辐射针对性杀菌处理一样，用这种方式处理过的食品在0.1 的贮存期是有限的，多数情况下要与冷藏或冻藏结合，才能达到一定的贮存期。 3 应用辐照保鲜的食品种类 3.1畜禽肉类 这类制品腐败变质主要原因是腐败细菌引起的，加上这类产品本身对辐射处理，相对于其他新鲜食品而言，不是很敏感。因此可以应用上面提到的3种杀菌方式进行辐射处理。大量研究发现，应用高剂量对肉类进行辐射完全杀菌处理时，山于辐射完全杀菌的剂量不足以使产品中所含的酶完全钝化为了获得常温下稳定的食品，一般在辐照前都采用适当的热处理使自溶酶钝化。然而，高剂量的处理常使产品产生异味。目前减少异味最有效的方法是在-30,-80?,围的冷冻温度和真空条件下进行辐照。为了防比辐照产品的再污染，辐照前就应将产品真空密封于不透水气、空气、光线和微生物的容器中。 低剂量辐射处理方式通常只是为了延长肉类产品的货架寿命，与高剂量辐射处理方式一样，它也必须在辐射前先经过包装才能避免再污染，且一般要与低温结合才能获得更长的产品保质期。 3.2水产品 鱼、虾、蟹等水产品，是人们所喜爱的食品，山于它们生活在水中，捕捞后 5 容易死亡，也容易腐烂。因此，许多国家对水产品的辐射保鲜进行了研究，包括抑制、杀灭水产品微生物的试验;射线对水产品品质影响的分析;辐射水产品的包装和包装的试验;辐射水产品的保藏条件和水产品辐射装置的试验研究等。与肉类制品一样，水产品既可以用高剂量处理，也可以用低剂量处理。用高剂量处理时，情形与肉类相同，但辐射异味没有肉类明显。通过对这些研究的综合分析，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。 3.3蛋类 蛋类的辐射主要是应用辐射针对性杀菌剂量，其中沙门氏菌是对象致病菌。但山于蛋白质在受到辐射时会发生降解作用，因而辐射会使蛋液的粘度降低。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l0kGy左右，更高的剂量会使蛋带有HS等异味。 2 3.4水果类 导致水果腐败的微生物大多是霉菌，通常辐射处理是为了抑制霉菌的生长，因此处理时应注意对剂量的控制。许多易腐水果及制品，如草毒、葡萄等，用一定剂量的辐射处理后，均收到了延长保藏时间的效果。其中，在延迟水果后熟过程方面，对香蕉等热带水果的效果较好。此外，辐射处理在果品杀虫也有一定的效果。 3.5蔬菜类 蔬菜类辐射处理的主要目的是为了抑制发芽和延缓新陈代谢作用。效果最明显的有马铃薯、洋葱，这2种产品经过0.04,0.08kGy剂量的处理后，可在常温下贮藏1年以上。更多研究表明，辐射处理大蒜、胡萝卜等也有类似的效果。此外对脱水蔬菜(如脱水胡萝卜、青梗菜、豆芽菜等)的辐照杀菌，效果也十分显著的。采用6,l0kGy剂量范围的γ射线对其进行辐照，不仅可以有效杀灭脱水蔬 6 菜中的微生物，贮藏保鲜效果可达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。 3.6谷物及其制品 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、儿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。大米则可用5kGy的辐射剂量进行霉菌处理。高于此剂量时，大米的颜色会变暗，但煮沸时，有粘性增加的效应。对于焙烤制品，如面包、点心、饼干和通心粉等，使用kGy的剂量进行照射处理，就可收到除虫和延长贮存期的效果。 1 4 食品辐照保鲜装置 4.1 γ射线辐照器 60137这种类型的辐照装置以放射性同位素Co和Cs作辐射源。两者比较起来， 50前者有许多优点，因此目前多采用Co作辐射源。由于γ射线的穿透性强，所以这种辐照装置儿乎适用于所有的食品辐射处理。但对于那些只要求作表面处理的食品，用这种装置进行处理，效率不高，有时还可能造成对食品内部的影响。另外山于造价昂贵，以及国家对辐射源有严格的控制，因此不适合中、小企业投资建设。目前国内已建立了30多个γ射线辐照加工中心，100多家γ射线辐照科研及加工单位。 4.2电子加速器辐照器 这种类型的辐照装置以电子加速器作为辐射源。它在食品处理上的适用范围没有上一类辐照器广泛，原因是电子束的穿透能力不强，只能作食品的表面辐射处理用。如果将电子射线转换成X射线，往往转换效率不高，目前还难以与γ射线相争。但该辐射方法具有射线利用率高，成本低、表面辐照处理的生产率高，安全防护性好等特点。目前国产电子辐照加速器产品已达到国际同类加速器的 先进水平，如上海生产的DD型高频高压电子辐射加速器(即地那米加速器)就是 7 其中较好的产品。另外该类辐照装置投资成本低，在相关领域，易于推广。 5 辐照保鲜食品安全性、毒理性评估 辐照果蔬对人类的影响以其毒理学、微生物学、营养学、辐射化学等方而的广泛内容去衡量，这方面的研究30年来从未间断。从1970“国际食品辐照研究(IFIP)”开始启动，到1981年进行了长达10年的辐照食品卫生安全性研究，期间各国也独自进行探究辐照食品健全性的计划试验，IFIP亦进行一些相关的委托试验，在保持统一性的前提下定期交换各国的各种生物试验结果和讯息资料。根据IFIP的10 年研究成果和各国的研究结果数据显示，没有得出任何关于辐照食品有害的证据，1980年11月FAO、国际原子能机构(IAEA)和WHO3个国际组织的联合专家委员会，联合发表调查结论:“任何食品总体平均剂量低于10kGy，没有毒理学危险，用此剂量辐照的食品不再要求做毒理学实验，同时在营养学和微生物学上也是安全的。许多国家和地区对辐照食品的卫生安全性研究也得到同样的结论。至今尚未看到否定辐照食品卫生安全性的试验结果。 综上所述，辐照技术在食品贮藏保鲜方而，有着其它方法难以比拟的优越性。它将电离辐射对物质作用的物理效应、化学效应和生物效应用于食品食品贮藏，是一种“冷处理”，处理过程中不会引起被处理食品的温度大幅升高，能保持食品的香味和外观品质;在安全剂量范围内也不会有感生放射性，能避免环境污染;并且处理之后的辐照产品能立即被运输、储备，或者立即进食，也不会对身体有害。因此，该技术不仅方便快捷，而且卫生安全性高，不存在化学残留和环境污染问题。随着研究的深入和科技知识的普及，人们对食品辐照保鲜技术的认同感会逐渐加大，也必将会促使辐照技术在食品贮藏保鲜中的大力应用。 6 结束语 随着研究人员的不断探索，食品辐照处理的范围还在不断扩大，食品辐照保鲜技术也越来越受到关注。世界范围内的广泛研究和应用表明，食品辐照保鲜技术是有效的，对人体无害，可以安全应用于食品保藏。并且随着消费者对辐照食品的认可程度和接受程度逐渐增大，辐照性食品市场前景潜力巨大，应用范围会更加广泛，辐照必将成为未来动物性食品贮藏保鲜中具有广阔应用前景的重要方法。 8 参考文献: 1 Fermin.A.,P.K.Rarhaxa and A.J.John. 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