辐照杀菌技术及在食品中的应用

辐照杀菌技术及在食品中的应用食工0913陈文生辐照杀菌的含义:利用射线杀灭食品中微生物的技术，属于“冷杀菌”的范畴发展历程:伦琴发现X射线后，mink发现X射线可杀菌。以后研究多，应用少。二战时：MIT的罗克多用来处理汉堡包。应用开始。50年代起，欧美日等30多国家开始大量研究应用60年代。第三世界共20多国家开始研究。我国的发展情形58年开始70年代后，进入新的研究阶段，研究的对象种类：粮食，肉类，水产品，水果，蔬菜，蛋类等。我国批准的辐照食品食品辐照杀菌的分类及基本概念辐射源电子加速器产生X射线放射性同位素电子射线产生γ射线加速器产生的高能电子打击重金属靶时，在原子核库仑场中减速时产生，这类射线穿透能力高，可用于食品辐照杀菌。电子射线的穿透能力与其所带能量成正相关。使带电粒子不断地加速以获得很大能量的一种装置。通常由离子源（或电子枪）、加速聚焦系统和控制系统三部分组成。加速后粒子的能量一般在10万电子伏以上，目前最大的加速器能使带电粒子获得几千亿电子伏的能量。60Co137Cs应用广分类辐射杀菌的优点1.常温，物理冷杀菌2．在包装条件下处理3．适应范围广。种类，体积，状态等，可同时处理4．处理过没有残留物。这与熏蒸杀虫和其他化学处理相比是一突出的优点5．节约能源。与冷藏、热处理和干燥比，可节约70-90%的能源6．效率高，连续化，自动化概述缺点与局限性投资大需要专门设备来产生辐射线（辐射源）安全防护并需要提供安全防护措施，以保证辐射线不泄露；对不同产品及不同辐照目的要选择控制好合适的辐照剂量，才能获得最佳的经济效应和社会效益。高剂量下的感观性状变化接受性由于各国的历史、生活习惯及法规差异，目前世界各国允许辐照的食品种类仍差别较大，多数国家要求辐照食品在标签上要加以特别标注。概述辐照在食品中的应用（一）辐照应用类型（二）食品辐照保藏（三）食品辐照加工（四）辐照的其他应用辐照应用类型1.辐射阿氏杀菌（radappertization）2.辐射巴氏杀菌（radicidation）3.辐射耐贮杀菌（radurization）4.辐照在食品保藏中的应用1.辐射阿氏杀菌（radappertization）所使用的辐照剂量可以将食品中的微生物减少到零或有限个数。经过这种辐照处理后，食品在无再污染条件下可在正常条件下达到一定的贮存期。为高剂量辐照，剂量范围30～50kGy。2.辐射巴氏杀菌（radicidation）所使用的辐照剂量可以使食品中检测不出特定的无芽袍的致病菌（如沙门氏菌等）。为中剂量辐照，辐照剂量范围为1～10kGy。3.辐射耐贮杀菌（radurization）主要目的是降低食品中腐败微生物及其他生物数量，延长新鲜食品的后熟期及保藏期（如抑制发芽等）。为低剂量辐照，一般剂量在1kGy以下。食品辐照保藏1.果蔬类2.粮食类3.畜、禽肉及水产类4.香辛料和调味品5.蛋类1.果蔬类果品辐照的目的主要是防止微生物的腐败作用，控制害虫感染及蔓延；延缓后熟期，防止老化。水果的辐照处理，除可延长保藏期外，还可促进水果中色素的合成、使涩柿提前脱涩和增加葡萄的出汁率。蔬菜的辐照处理主要是抑制发芽，杀死寄生虫。防止微生物的腐败作用水果腐败的微生物主要是霉菌灭霉菌剂量依水果种类及贮藏期而定影响射线对微生物杀灭效果的因素辐照与其他方法结合辐照延迟水果的后熟期对香蕉等热带水果十分有效，香蕉：对绿色香蕉辐照剂量常低于0.5kGy，但对有机械伤的香蕉一般无效。木瓜：用1kGy剂量即可延迟木瓜的成熟。芒果：0.4kGy剂量辐照可延长保藏期8d，用1.5kGy可完全杀死果实中的害虫。抑制发芽低剂量0.06～0.15kGy对控制根茎作物如马铃薯、洋葱、大蒜的发芽是有效的。为了获得更好的贮藏效果，蔬菜的辐照处理常结合一定的低温贮藏或其他有效的贮藏方式。如收获的洋葱在3℃暂存，并在3℃的低温下辐照，照射后可在室温下贮藏较长时间，又可以避免内芽枯死、变褐发黑。灭霉菌剂量依水果种类及贮藏期而定生命活动期较短的水果如草毒，用较小的剂量即可停止其生理作用；而对柑橘类要完全控制霉菌的危害，剂量一般要0.3～0.5kGy。若剂量过高（2.8kGy），则会在果皮产生锈斑。影响射线对微生物杀灭效果的因素1剂量2菌种菌株3含菌量4基质（成分，物理状态）辐照与其他方法结合应用实例：将柑橘加热至53℃保持5min，与辐照同时处理，剂量可降至1kGy，还可控制住霉菌及防止皮上锈斑的形成；对表皮黄色、成熟度为25％的木瓜，用50～60℃水洗20s，晾20min，干后包装，用0.75kGyγ射线照射，显著延长保藏期。上海采用辐照与冷藏相结合的方法有效控制苹果和草莓的采后腐败。化学防腐和辐照相结合也可有效延长水果贮藏期，复合处理的协同效应可以降低化学处理的药剂量和辐照剂量，把药物残留量和辐照损伤率降到最低程度。既可延长保藏期，又保证食品的质量和卫生安全。2.粮食类造成粮食耗损的重要原因之一是昆虫的危害和霉菌活动导致的霉烂变质。剂量/剂量kGy效应0.1～0.2昆虫不育1昆虫几天内死亡3～5昆虫立即死亡2～4抑制谷类霉菌蔓延发展0.20～0.75小麦和面粉杀虫1焙烤食品保藏0.6～0.8照后玉米中成虫15～30d内全部死灭0.2～2.0玉米、小麦、大米，其营养成分未发生明显变化3．畜、禽肉及水产类①针对沙门氏菌等非芽孢菌的处理②与其他方法联合处理③高剂量辐照处理肉类④辐照与冷藏结合处理⑤水产品辐照保藏①针对沙门氏菌等非芽孢菌的处理沙门氏菌是最耐辐照的非芽孢致病菌，1.5～3.0kGy剂量可获得99.9％至99.999％的灭菌率；而对O157:H7大肠杆菌，1.5kGy可获得99.9999％的灭菌率（D10＝0.24kGy）；寄生虫Toxoplasmagondii和Trichinellasprialis此的失活剂量分别为0.25kGy和0.3kGy。革兰氏阴性菌对辐照较敏感，1kGy辐照可获得较好效果，但对革兰氏阳性菌作用较小。Lambert等报告，充N2包装的块状猪肉在1kGy辐照后于5℃可存放26d。②与其他方法联合处理通常的辐照量（100kGy）不能使肉的酶失活,可结合加热方法。如用加热使鲜肉内温度升到70℃保持30min，使其蛋白分解酶完全钝化后才进行辐照。③高剂量辐照处理肉类目的：使（已包装）肉类在常温下长期保藏。剂量：杀死抗辐射性强的肉毒芽孢杆菌；对低盐、无酸的肉类（如鸡肉）需用剂量45kGy以上。味道：高剂量辐照灭菌处理会使产品产生异味，程度因肉类品种不同而异），牛肉产生的异味最强。目前防止异味最好的方法是在冷冻温度-30～-80℃下辐照，因为异味的形成大多数是间接的化学效应。在冰冻时水中的自由基的流动性减少，可以防止白由基与肉类成分的相互反应发生。颜色：辐照可引起肉颜色的变化，在有氧存在下更为显著。④辐照与冷藏结合处理目的：用辐照处理冷藏或冷冻家禽，杀灭沙门氏菌和弯曲杆菌（campylobacter），处理猪肉使旋毛虫幼虫失活。（带来的卫生效益最为明显）剂量：2～7kGy被认为足以杀死上述病原微生物和寄生虫，对大部分食品不会造成感官特性不利的影响。⑤水产品辐照保藏多数采用中低剂量处理，高剂量处理工艺与肉禽类相似，但产生的异味低于肉类。为了延长贮藏期，低剂量辐照鱼类常结合低温（3℃以下）贮藏。不同鱼类有不同的剂量要求，如淡水鲈鱼在1～2kGy剂量下，延长贮藏期5～25d；大洋鲈在2.5kGy剂量下，延长保贮期18～20d；牡砺在20kGy剂量下，延长保藏期达几个月。加拿大批准商业辐照鲜鱼和黑线鳍鱼片以延长保质期的剂量为1.5kGy。4．香辛料和调味品天然香辛料容易生虫长霉常规处理的局限性：熏蒸消毒法有药物残留且易导致香味挥发甚至产生有害物质。辐照处理可避免引起上述的不良效果，控制昆虫侵害，减少微生物的数量，保证原料的质量。全世界至少已有15国批准80多种产品辐照。剂量：允许高达10kGy剂量，但实际上为避免导致香味及颜色的变化，降低成本，香料消毒的辐照剂量应视品种及消毒要求来确定，尽量降低辐照剂量。如胡椒粉、快餐佐料、酱油等直接人口的调味料以杀灭致病菌为主剂量可高些，辐照调味品味道变化的阈值5.蛋类沙门氏菌为辐射处理的对象菌。剂量：辐照巴氏杀菌剂量效果：蛋液及冰蛋液效果较好带壳鲜蛋可用低射线辐照，剂量10kGy高剂量会使蛋白质降解而使蛋液粘度降低或产生H2S等异味。三、食品辐照加工利用辐照化学效应，产生有益的辐照加工效果。各国都在此领域展开研究，有些已投入商业应用。不同的辐射加工目的与效果酒的陈化不同的辐射加工目的与效果处理目的处理效果举例降低某些成分含量如黄豆发芽24h后，用2.5kGy剂量辐照，可减少黄豆中棉子糖和水苏糖（肠内胀气因子）等低聚糖的含量；改善质地小麦经杀虫剂量辐照，其面粉制成面包体积增大，柔软性好和组织均匀，口感提高提高出汁率葡萄经4～5kGy辐照可提高出汁率10％～12%缩短热处理时间空气干燥过的黄豆辐照后，煮熟时间仅为未处理过的65%改善复水性脱水蔬菜，如蚕豆、芹菜，用10～30kGy处理，可使复水时间大大缩短，仅为原来的l/5酒的陈化我国在白酒的辐照催陈（陈化）方面已取得显著成绩。辐照处理薯干酒，使酒中酯、酸、醛量有所增加，酮类化学物减少，甲醇、杂醇含量降低，酒口味醇和，苦涩辛辣味减少，酒质提高。关学雨等用60Coγ射线辐照白兰地酒，证明用0.888kGy和1.331kGy剂量辐照的两种白兰地酒，经存放3个月品尝鉴定，其酒质相当于3年老酒，辐照酒的总酸、总酚均有不同程度的增加，辛酸乙酯和癸酸乙酯等酯的气相色谱的谱峰显著提高，且证明饮用辐照酒是安全的。四、辐照的其他应用果蔬检疫处理。国际贸易法及各国的安全法规常要求对进口的果蔬进行安全处理（特别是热带和亚热带果蔬），以杀灭果蝇等传染性病虫害。常用的二溴乙烷、溴甲烷和环氧乙烷等气体熏蒸的做法，由于涉及消费者的健康和操作人员的安全性，已受到使用限制。（美国环境保护署1984年9月1日通令禁用二溴乙烷。）目前辐照是这方面最可行的替代方法，满足检疫条例，杀灭果蝇所需辐照剂量（0.15kGy）并不改变大多数水果和蔬菜的物理化学性质和感官特性。0.1kGy的低剂量辐照可以防止大多数种类的果蝇卵发育成为成虫。辐照是杀灭在羽化为成虫之前留居种子之内的芒果种子象鼻虫的唯一的一种技术，0.25kGy的剂量足以阻止虫害羽化为成虫。国际上已确立防止所有昆虫虫害的检疫可靠性保证剂量为0.3kGy。谢谢！