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輻照殺菌技術(shù)
輻射滅菌是利用電離輻射殺死大多數物質(zhì)上的微生物的一種有效方法。用于滅菌的電磁波有微波、紫外線(xiàn)(UV)、X射線(xiàn)和γ射線(xiàn)等。它們都能通過(guò)特定的方式控制微生物生長(cháng)或殺死微生物。例如微波可以通過(guò)熱產(chǎn)生殺死微生物的作用;紫外線(xiàn)使DNA分子中相鄰的嘧啶形成嘧啶二聚體，抑制DNA復制與轉錄等功能，殺死微生物;X射線(xiàn)和γ射線(xiàn)能使其它物質(zhì)氧化或產(chǎn)生自由基(OH·H)再作用于生物分子，或者直接作用于生物分子，打斷氫鍵、使雙鍵氧化、破壞環(huán)狀結構或使某些分子聚合等方式，破壞和改變生物大分子的結構，從而抑制或殺死微生物。
簡(jiǎn)介
即使可見(jiàn)光在長(cháng)時(shí)間照射后，也能損害微生物或殺死它們，因為所有光合生物含有葉綠素(或細菌葉綠素)、細胞色素、黃素蛋白等光敏感色素，它吸收光能變成激發(fā)態(tài)或被活化，并將吸收的能量轉移到氧，產(chǎn)生氧自由基作用于細胞，導致機體突變或死亡。輻射滅菌的效果受其它因子制約，例如光可使嘧啶二聚體解體，降低紫外線(xiàn)作用效果，氧可提高X射線(xiàn)或γ射線(xiàn)作用效果等。實(shí)行輻射滅菌的裝置包括微波爐、紫外光燈、陰極射線(xiàn)管、X射線(xiàn)發(fā)生器、放射性核素等。商業(yè)上用于大量物品滅菌使用的放射性源是鈷-60和銫-137，它們發(fā)射出γ射線(xiàn)，相對而言比較廉價(jià)。輻射滅菌用途很廣，例如醫療器械和用具(如注射器燈)、食品、實(shí)驗室的許多塑料制品和多種培養基都是用這種方法滅菌。
食品輻射(或輻照)殺菌是利用一定劑量的波長(cháng)極短的電離射線(xiàn)對食品進(jìn)行殺菌(包括原材料)，放射線(xiàn)同位素鈷60、銫137產(chǎn)生的γ-射線(xiàn)或低能加速器放射出的β-射線(xiàn)對包裝食品進(jìn)行輻照處理。延遲新鮮食物某些生理過(guò)程(發(fā)芽和成熟)的發(fā)展，或對食品進(jìn)行殺蟲(chóng)、消毒、殺菌、防霉等處理，達到延長(cháng)保藏時(shí)間，穩定、提高食品質(zhì)量目的的操作過(guò)程。在食品殺菌常用的射線(xiàn)有χ-射線(xiàn)、γ-射線(xiàn)和電子射線(xiàn)。電子射線(xiàn)主要由電子加速器中獲得，χ-射線(xiàn)由χ-射線(xiàn)發(fā)生器產(chǎn)生，γ-射線(xiàn)主要由放射性同位素獲得，常用的放射線(xiàn)同位素有60Co和137Cs。γ-射線(xiàn)的穿透力很強，適合于完整食品及各種包裝食品的內部殺菌處理，電子射線(xiàn)的穿透力較弱，一般用于小包裝食品或冷凍食品的殺菌，特別適用于對食品的表面殺菌處理。
起源
輻照殺菌技術(shù)起源于1943年美國麻省理工學(xué)院為美國軍方從事"射線(xiàn)對漢堡包處理"的研究開(kāi)始，至今已有63年的發(fā)展史。1970年，由美、蘇、英、荷、中、法、丹、德、加、日、意等24國簽訂協(xié)議，制定了國際食品輻照計劃(IFIP),此計劃由FAO(聯(lián)合國糧農組織)、IAEA(國際原子能機構)主持，WHO(世界衛生組織)參加制定，根據IFIP連續6年的國際合作研究結果表明:食品、藥品輻照過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是一種物理過(guò)程，正如熱加工和冷藏一樣。其結論是"任何食品、藥品當其總體平均吸收劑量不超過(guò)10kGy(1百萬(wàn)特拉)時(shí)，不需再做毒性試驗，營(yíng)養學(xué)和微生物學(xué)上也是安全的"，因此稱(chēng)之為"國際安全線(xiàn)"。1984年食品法典委員會(huì )(CAC)向成員國建議輻照食品CAC標準及輻照食品設施推薦規程。
節省能源、安全可靠、效果好、成本低的包裝食品殺菌技術(shù)相繼得到開(kāi)發(fā)和應用，大大促進(jìn)了包裝食品的生產(chǎn)與發(fā)展。食品容易變質(zhì)，所以食品與肉制品行業(yè)一直在努力尋找有效的食品防腐方法。有人大力推薦輻照方法，稱(chēng)其為最佳的滅菌或冷殺菌方法，可使致病菌減少至安全食用的水平。
加拿大、以色列、法國、日本等國家普遍使用放射物質(zhì)鈷60，它放射出的強力γ射線(xiàn)可徹底摧毀細菌的遺傳因子，徹底破壞他們的生理活性，使用高劑量時(shí)幾乎可以消滅任何細菌。
常見(jiàn)的污染食品的致病菌有埃希氏大腸菌、沙門(mén)氏菌、Campylobacter菌以及常提到的污染肉及肉制品的李斯特菌。為更有效地抑制致病菌和生產(chǎn)出符合衛生標準的食品，科研人員和食品工程師一直在努力進(jìn)行有關(guān)的研究工作?，F有的方法各有所長(cháng)，有些情況下還會(huì )影響食品的質(zhì)量、口感和風(fēng)味。
對肉制品行業(yè)來(lái)說(shuō)，屠宰后的家畜胴體通常要用醋酸、乳酸或氯水配成的液體進(jìn)行沖洗，再用蒸汽和真空方法進(jìn)行清洗，以除掉表面的污物。然后進(jìn)行剝皮，并用鹽水浸泡。肉制品的加工過(guò)程可能會(huì )包括高溫烹煮、巴氏殺菌或紫外光照射處理等過(guò)程。
種類(lèi)
輻照完全殺菌
將密封包裝后的食品以2500~5000千拉德輻照，能使所有損壞食品的致病性微生物死滅，從而達到商品消毒目的。輻照前可在食品中加入食鹽和三磷酸鈉等，能減少食品的水分損失，又能增強射線(xiàn)對細菌的殺傷能力。經(jīng)輻照完全殺菌法處理后的牛肉、雞肉、火腿、豬肉、香腸、魚(yú)蝦等在常溫(21℃~38℃)下能貯藏2年以上，可保持色香味佳。
輻照消毒殺菌
劑量100~1000千拉德，可有效地限制有損大眾健康的生物及致敗性微生物生長(cháng)，能有效清除對高蛋白質(zhì)食品如肉類(lèi)、乳制品、蛋制品危害極大的沙門(mén)氏菌，用50萬(wàn)拉德照射，就能使之成億倍減少，也能殺死冷凍食品深處的沙門(mén)氏菌?，F全世界已有20多個(gè)國家批準應用輻照殺菌的食品供人類(lèi)食用，如雞肉、豬肉、鮮魚(yú)、蘑菇、香料、土豆、大米、洋蔥、小麥等。輻照食品安全可靠，經(jīng)世界各國40多年實(shí)踐證明，輻照食品從未發(fā)現有放射性物質(zhì)殘留，能保持原有質(zhì)量和色香味。在美國，輻照食品已帶上太空，宇航員食用后證明對身體也無(wú)害。輻照食品的優(yōu)點(diǎn)是保藏期長(cháng)，照射一次可保鮮數年，既殺死細菌，又抑制與延緩食品本身的新陳代謝，消除了食品變質(zhì)根源。輻照殺菌可節省大量能量，任何食物用輻照法殺菌后僅采用普通包裝便可貯藏，省去大量制罐、冷凍冷藏等材料以及能量，以輻照保藏已可代替部分冰箱。
機理
射線(xiàn)輻射對食品的作用分為初級和次級，初級是微生物細胞間質(zhì)受高能電子射線(xiàn)照射后發(fā)生的電離作用和化學(xué)作用，次級是水分經(jīng)輻射和發(fā)生電離作用而產(chǎn)生各種游離基和過(guò)氧化氫再與細胞內其它物質(zhì)作用。這兩種作用會(huì )阻礙微生物細胞內的一切活動(dòng)，從而導致微生物細胞死亡。食品輻射殺菌的目的不同，采用的輻射劑量也不同，完全殺菌的輻照劑量為25~50kGy，其目的是殺死除芽孢桿菌以外的所有微生物。消毒殺菌的輻射劑量為1~10kGy，其目的是殺死食品中不產(chǎn)芽孢的病原體和減少微生物污染，延長(cháng)保藏期?？傊?，對于不同的微生物，需要控制不同的輻射劑量和電子能量。
輻射殺菌
水產(chǎn)品、肉制品、蛋類(lèi)、蜂花粉經(jīng)射線(xiàn)輻照后能較長(cháng)時(shí)間保存。肉類(lèi)制品經(jīng)預處理后，真空密封包裝和冷凍，-40℃輻照，對肉制品無(wú)不良影響。經(jīng)輻射完全殺菌的牛肉、雞肉、火腿、香腸、魚(yú)蝦在常溫下皆可貯藏較長(cháng)時(shí)間，若在低氧或無(wú)氧條件下處理則貯藏時(shí)間更長(cháng)。蛋類(lèi)輻照殺菌一般用10kGy左右的劑量便可殺滅沙門(mén)氏菌，鮮蛋若用80kGy的電子射線(xiàn)照射后，涂上聚乙烯醇塑料薄層，于28℃~30℃貯存一個(gè)多月，好蛋率達91.0%~91.3%，蛋液及冰凍蛋液可用β-及γ-射線(xiàn)輻照，滅菌效果良好。蜂花粉用1.0kGy的劑量照射，能有效地殺滅花粉中的微生物，花粉的溫升也不明顯，這對保存花粉的營(yíng)養成分是十分有好處的。除此之外，輻射還廣泛用于包裝材料和包裝容器的表面殺菌，一般劑量為20~30kGy便可達到殺菌要求。高壓電子束則適用對單層薄膜進(jìn)行殺菌處理。
輻照作用
折疊殺蟲(chóng)消毒滅菌
原理為:在輻照過(guò)程中，伽瑪射線(xiàn)穿透輻照貨箱內的貨物，作用于微生物，直接或間接破壞微生物的核糖核酸、蛋白質(zhì)和酶，從而殺死微生物，起到消毒滅菌的作用。
其優(yōu)點(diǎn):由于射線(xiàn)的穿透力強，可殺滅大小包裝、散裝、液體、固體、干貨、鮮果內部的病菌和害蟲(chóng)，尤其適用于一些不宜進(jìn)行加熱、熏蒸、濕煮處理的食品。輻照加工屬于冷加工，不會(huì )引起食品內部溫度的明顯升高，因而易于保持食品的香味和外觀(guān)品質(zhì)。例如輻照保藏的馬鈴薯可抑制發(fā)芽，飽滿(mǎn)而不發(fā)皺，硬度好，養分也沒(méi)有明顯的損失，與冷藏或化學(xué)保藏的馬鈴薯比較，有較強的競爭力。食品輻照是物理加工過(guò)程，不需添加化學(xué)藥物，沒(méi)有藥物殘留，也未發(fā)現感生放射性，不污染環(huán)境，是一種安全環(huán)保的食品加工法。輻照加工可以改進(jìn)食品的工藝質(zhì)量。例如輻照的牛肉更嫩滑，輻照酒可提高陳釀度，輻照的大豆易于消化吸收等。輻照食品可殺滅沙門(mén)氏菌和寄生蟲(chóng)，改進(jìn)食品衛生質(zhì)量。
高劑量完成滅菌的食品適于醫院特需病人、宇航員、航海、登山、探險和地質(zhì)隊的特殊需要。輻照食品能在常溫下長(cháng)期保存，便于長(cháng)途運輸和國際貿易。由于輻照能徹底殺蟲(chóng)滅菌，可作為一種特別檢疫措施，防止病蟲(chóng)害的傳播。
技術(shù)特點(diǎn)
1、可以在常溫或低溫下進(jìn)行，處理過(guò)程食品溫升很小，有利于維持食品的質(zhì)量;
2、射線(xiàn)(如γ-射線(xiàn))的穿透力強，可以在包裝下及不解凍情況下輻照食品，殺滅深藏在食品內部的害蟲(chóng)、寄生蟲(chóng)和微生物;
3、輻照過(guò)的食品不會(huì )留下任何殘留物;
4、和食品冷凍保藏等方法相比，輻照保藏方法能節約能源;
5、可以改進(jìn)某些食品的工藝和質(zhì)量;
6、需要較大投資及專(zhuān)門(mén)設備來(lái)產(chǎn)生輻射線(xiàn)(輻射源)并提供安全防護措施，保證輻射線(xiàn)不泄露;
7、對不同產(chǎn)品及不同輻照目的要選擇控制好合適的輻照劑量，才能獲得最佳的經(jīng)濟效應和社會(huì )效益。
8、輻照食品標簽上要加以標注。
裝置
一種是利用鈷-60伽瑪源，一種是利用加速器。他們兩者的比較，從射線(xiàn)的發(fā)射功率上來(lái)講，14KW的加速器，相當于100萬(wàn)居里的鈷-60放射源;但由于鈷-60源是呈球形狀發(fā)射射線(xiàn)，所以對射線(xiàn)的利用率低，大約只有20%，其它方向的射線(xiàn)都被浪費，而加速器的射線(xiàn)方向是一個(gè)方向，對射線(xiàn)的利用率高，達93%以上。所以如果將射線(xiàn)的利用率考慮在內，則14KW的電子加速器相當于460-470萬(wàn)居里的放射源。
加速器可以發(fā)射兩種不同的粒子:電子束和X射線(xiàn);其對被輻照物質(zhì)的輻照效應來(lái)講是一樣的。我們也可以采用移動(dòng)靶技術(shù)，按照我們的需要來(lái)及時(shí)選取不同的射線(xiàn)粒子進(jìn)行輻照-但一般情況下不這么做，因為由電子轉化成X射線(xiàn)的轉化過(guò)程中有大量的功率被損耗。X射線(xiàn)的物理性質(zhì)和伽瑪射線(xiàn)的完全一樣。
主要應用領(lǐng)域
1、利用電子束輻照快速晶閘管、芯片，可改變優(yōu)化產(chǎn)品的性能。
2、降解水產(chǎn)品、蜂制品中殘留氯霉素，達到出口國的農藥殘留衛生標準。
3、農副產(chǎn)品、食品、海、水產(chǎn)品的保鮮。達到殺菌、殺蟲(chóng)、抑制發(fā)芽、延長(cháng)貨架期的目的。
4、一次性醫療衛生用品的消毒滅菌(醫用敷料、紗布、手套、手術(shù)用醫療器械等)
5、中成藥、保健品的殺菌利用電子束，能有效殺死中成藥、保健品中的各種有害病菌，達到實(shí)用衛生要求。
6、黃玉、珍珠、水晶致色，提高產(chǎn)品品質(zhì)，增加產(chǎn)品附加值。
7、高分子材料的降解。利用電子束降解PTFE，獲取微米級和納米級超細粉。
8、寵物飼料的殺菌。利用電子束能有效殺死寵物飼料中各種細菌，特別是沙門(mén)氏菌。從而達到寵物食用的衛生標準。
9、各種玩具的殺菌。為了保證各種玩具在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的細菌污染會(huì )直接影響到兒童的身體健康，要對它進(jìn)行電子束殺菌，從而達到衛生要求。
10、化妝品原料中的有害菌和化妝品在生產(chǎn)中因污染產(chǎn)生的細菌將對皮膚帶來(lái)潛在危險，而高溫滅菌又會(huì )破壞化妝品自身的特性，影響其質(zhì)量，利用電子束滅菌是在常溫下進(jìn)行的，對于不耐高溫的化妝品是一種理想的滅菌方法。
11、商品養護(防霉)。各種商品經(jīng)電子束輻照后可起到防霉作用，從而達到對商品的養護。
發(fā)展狀況
美國目前有一個(gè)很明顯的趨勢，就是采用輻照方法完成肉或肉制品的全部殺菌操作。盡管美國的這種輻照殺菌的趨勢已十分明朗，但歐洲卻有些反其道而行之。歐洲對輻照殺菌的應用很少，每年大約只有5萬(wàn)噸。其中荷蘭約有1.8萬(wàn)噸輻照殺菌的食品，法國有2萬(wàn)噸，比利時(shí)有1萬(wàn)噸，其它歐洲國家每年只有2000噸。輻照殺菌對于冷凍禽肉、海產(chǎn)食品、草本食品配料和調味品、蔬菜干制品、蛋粉、奶粉、元蔥、馬鈴薯、大蒜及水果的催熟等，應慎用。英國已批準了這方面的應用，并于1991年授權Isotron公司獨家從事食品的輻照殺菌業(yè)務(wù)。該公司所處理的食品產(chǎn)品不允許超過(guò)3年。
從世界范圍看，輻照殺菌已在40多個(gè)國家獲得批準使用，其中有21個(gè)國家正在大量使用。大約有40種食品獲準采用輻照殺菌，每年的處理量約為50萬(wàn)噸。與熱殺菌不同的是，行業(yè)內都把輻照殺菌稱(chēng)為"冷殺菌"。
美國食品藥品管理局(FDA)1985年批準將輻照殺菌用于殺死豬肉中的旋毛蟲(chóng)。5年后，FDA批準了禽肉的輻照殺菌。直到1993年美國農業(yè)部才批準了這項應用。1997年FDA批準了輻照殺菌對紅肉的應用，而美國農業(yè)部尚未批準該項應用。
而在歐洲，盡管有個(gè)別國家曾對禽肉和海產(chǎn)食品等做過(guò)輻照殺菌，但對紅肉的輻照尚無(wú)先例，歐盟也無(wú)相關(guān)法規。據說(shuō)歐洲委員會(huì )正在制訂將用于歐洲各國的輻照食品方面的法規和標準。預計這些法規與標準能在2000年正式實(shí)施。同時(shí)，歐洲委員會(huì )也以開(kāi)出了能應用輻照殺菌的食品清單。正式批準使用的只有草本食品配料和調味品。
如果這些法規的實(shí)施范圍未超出現有法規，則法國、比利時(shí)與荷蘭就會(huì )停止對禽肉制品的輻照，當然也不會(huì )用輻照方法對紅肉制品進(jìn)行殺菌處理了。
英國Isotron公司的市場(chǎng)部經(jīng)理AndySpry博士表示，推廣輻照殺菌遇到的最大問(wèn)題是消費者的擔憂(yōu)。他說(shuō)，很難讓公眾及食品經(jīng)銷(xiāo)商相信輻照殺菌系統是安全的，有些大的經(jīng)銷(xiāo)商曾經(jīng)也認識到輻照殺菌技術(shù)是安全的，但因為激烈的市場(chǎng)競爭，他們只關(guān)心其市場(chǎng)分額、營(yíng)業(yè)成本和風(fēng)險，尚未看到輻照殺菌的好處。他們只關(guān)注非輻照產(chǎn)品，誰(shuí)也不愿在應用輻照殺菌技術(shù)方面做第一。但關(guān)于輻照殺菌的話(huà)題已從"是否安全"轉到"是否有必要采用"了。
Puridec公司是世界上能為輻照工廠(chǎng)提供輻射源鈷60棒的兩家供應商之一，其市場(chǎng)開(kāi)發(fā)部經(jīng)理CathieDeeley博士說(shuō)，"關(guān)于輻照殺菌的安全性，所有能做的都做了，能說(shuō)的也都說(shuō)了?，F在能做的就是不要停止，不斷推廣。"
這些業(yè)內人員都表示，食品輻照殺菌規模太小，需要一個(gè)有市場(chǎng)號召力的企業(yè)來(lái)牽頭，整個(gè)食品行業(yè)也需要一個(gè)推廣和宣傳的運動(dòng)。
在1998年第5屆歐洲肉類(lèi)加工年會(huì )"Meat98"上，Puridec公司的RogerLangley先生指出，如果不進(jìn)行必要的宣傳與培訓，我們聽(tīng)到消費者的議論肯定是"天然食品安全，輻照食品不安全"。事實(shí)上恰恰相反，有些天然食品的安全性就不如輻照食品好。我們將推出一項精心設計的宣傳活動(dòng)，按產(chǎn)品類(lèi)別分別介紹輻照防腐的切實(shí)需求和益處，是公眾了解它對消費者和食品加工業(yè)有何價(jià)值。
FoodTechnologyService公司的總裁與首席執行官E.W.PeteEllis先生正在與ColoradoBoxedBeef公司共同推進(jìn)對紅肉進(jìn)行輻照殺菌。他表示，對消費者的培訓需要公共衛生部門(mén)的官員提供支持與引導。他說(shuō)，我不相信大的禽肉生產(chǎn)商對輻照技術(shù)的應用會(huì )猶豫不決，但他們的邏輯還是比較謹慎的。就像他們說(shuō)要等消費者需要時(shí)再不輻照食品送上。這就有點(diǎn)脫離實(shí)際了。因為消費者的需要在市場(chǎng)上表現出來(lái)之前是無(wú)法確知的。所以對新產(chǎn)品，應盡管先讓其上市。這是否有點(diǎn)像"先有雞還是先有蛋"這個(gè)哲學(xué)問(wèn)題?
國外
1896年--明克(Minck)經(jīng)實(shí)驗證實(shí)X-射線(xiàn)對原生蟲(chóng)有致死作用。
1921年--斯徹瓦特日(Schwatz)使用X-射線(xiàn)殺死肉中的旋毛蟲(chóng)(Trichinella Spiralis)并獲得美國專(zhuān)利。
1930年--烏斯特(Wüst)證實(shí)"所有食品包裝在密封金屬罐中，再用強力倫琴射線(xiàn)照射可殺滅所有細菌"，并獲得法國專(zhuān)利。
第二次世界大戰結束后--隨著(zhù)放射性同位素的大量應用和電子加速器等機械輻射源的問(wèn)世，促進(jìn)了射線(xiàn)處理食品的發(fā)展。
1953年--艾森豪威爾(Eisehower)促使美國軍方深入研究食品輻照。
1957年--美國軍方負責，為期5年的輻照食品研究計劃啟動(dòng)，投入了大量人力、物力。
1960年--在美國軍隊開(kāi)始試用輻照食品。
1963年--在美國軍方Natick實(shí)驗室舉行首次輻照食品國際會(huì )議。
1965年--加拿大建立起世界最大的馬鈴薯輻照工廠(chǎng)。
1970年--FAO/IAEA/WHO的專(zhuān)家在日內瓦會(huì )議上確立食品輻照領(lǐng)域的國際計劃(IFIP)。
1976年--聯(lián)合國糧農組織認為五種輻照產(chǎn)品(即馬鈴薯、小麥、雞肉、木瓜和草莓)是絕對安全的。
1978年--世界用于輻照消毒滅菌的60Co工廠(chǎng)有80家(其中60家用于醫療消毒)。
1980年--FAO/IAEA/WHO的會(huì )議認為，受輻照食品平均吸收劑量10千戈瑞(kGy)及以下，沒(méi)有毒性危害，無(wú)必要再進(jìn)行毒性試驗。
1988年--世界用于輻照消毒滅菌的60Co工廠(chǎng)發(fā)展到182家，全世界輻照食品產(chǎn)量約50萬(wàn)噸。
1997年以后--WHO進(jìn)一步廢除10 kGy的上限量，國際食品法規委員會(huì )(CAC)相繼提出輻照食品的通用標準及法規。
國內
1958年--開(kāi)始食品輻照研究工作。
七十年代中期--國內多個(gè)地區相繼進(jìn)行輻照保藏食品的研究，輻照品種有肉類(lèi)、水產(chǎn)品、水果、干果、蔬菜、糧食、蛋類(lèi)等。
八十年代--食品輻照已進(jìn)入一定規模的生產(chǎn)階段
九十年代初--我國建成輻照裝置近150多臺，其中設計裝機能量1.11×1016貝可以上的裝置超過(guò)50座。
1984年~1997年--國家衛生部頒布的食品輻照衛生標準基本覆蓋了絕大部分食品。
影響
色澤
輻照處理對各種食品色素的影響不同。植物性色素對輻照處理較穩定，動(dòng)物性色素對輻照敏感。輻照的水解物能導致肌紅蛋白和脂肪的氧化，引起褪色。輻照能加深冷凍禽胸肉穩定的紅色或粉紅色，紅色的加深依據于肉的種類(lèi)、肌內的類(lèi)型、輻射的劑量、包裝材料的不同而不同。根據Nhm等人的報道，經(jīng)輻照的肉，其還原性增加，產(chǎn)生CO，CO與血紅色素強烈親和，提高了紅色或粉紅色的強度。據相關(guān)的研究報道，用低于1%的CO輔以氣調包裝可以保持肉穩定的草莓紅色，紅色保持8周，并延長(cháng)了其貨架壽命。Kusmider進(jìn)一步研究指出，包裝時(shí)添加低于1%的CO能大大地改善新鮮牛肉末的色澤和風(fēng)味，在4.5kGy的劑量輻射時(shí)，CO能降低脂肪氧化，并提供一種穩定的草莓紅顏色。也就是說(shuō)，用CO包裝并輔以低或中劑量的輻照，能給鮮牛肉末帶來(lái)怡人的安全的顏色，且品質(zhì)損害最小。
氣味
輻照處理一般都會(huì )使食品特有的香氣損失，同時(shí)也產(chǎn)生令人不愉快的"輻射臭氣味"，尤其是肉類(lèi)食品。Pratl報道，用24kGy劑量輻照處理生火腿有臭味產(chǎn)生。Nam等人比較了火雞雞胸肉的有氧包裝和真空包裝的輻照效果，實(shí)驗指出:輻照時(shí)會(huì )產(chǎn)生揮發(fā)性的異味，伴隨著(zhù)脂肪的氧化和揮發(fā)性硫的生成，有氧包裝的異味較在胡氧包裝的火雞雞胸肉的揮發(fā)性物質(zhì)的形成隨著(zhù)輻射劑量的增加和貯藏時(shí)間的延長(cháng)而增加。Ahn等人指出，含硫化合物是輻照冷凍豬肉產(chǎn)生異味的根源。蛋白質(zhì)的輻照水解物在輻照肉產(chǎn)生異味方面起著(zhù)重要作用。
質(zhì)地
低劑量輻射處理食品不會(huì )對食品質(zhì)地產(chǎn)生明顯的影響，相反還可以抑制軟化，破壞一些引起果實(shí)后熟的有關(guān)酶的活性，延緩一些水果后果熟。高劑量輻照處理食品時(shí)，都會(huì )有不同程度的軟化作用，這種軟化是由食品大分子物質(zhì)的解聚而引起的。Setsuko等人實(shí)驗指出:用具有300kV或低一些的電子輻照干物料的表面能去除污染(如豆子、香辛料、脫水蔬菜和茶葉)，不會(huì )產(chǎn)生有害作用。用170kV的電壓處理大豆，可減少微生物的數量到不可檢測的水平。用軟電子處理的大豆，其豆乳的膠凝性質(zhì)比高壓殺菌的豆乳要好，用軟電子殺菌能改善大豆用于加工豆乳和豆腐的品質(zhì)。Mckenna等人指出，輻照能增加鮭魚(yú)的感官嫩度和汁液評分，增加鯰魚(yú)片的風(fēng)味強度。
輻射
食品在正常推薦的劑量輻射后其營(yíng)養成分，如蛋白質(zhì)、糖類(lèi)、微量元素及礦物質(zhì)的損失很少，但維生素和脂肪對輻照敏感。維生素經(jīng)輻射后的損失程度與食品種類(lèi)、輻照劑量、溫度、氧量及維生素的種類(lèi)有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，脂溶性維生素較水溶性維一素對輻照敏感。用殺菌劑量比較輻照處理與加熱處理食品的水溶性維生素的破壞作用，可以發(fā)現兩者幾乎沒(méi)有差別，而脂溶性經(jīng)維生素損失較大，尤以維生素E、K損失是大。在水溶性維生素中維生素C損失最大，煙酸損失最小，脂肪經(jīng)高劑量輻射后，因氧化反應產(chǎn)生的自由基及其衍生物會(huì )促進(jìn)脂肪的氧化而使其發(fā)生酸敗變性，導致脂肪的消化吸收率降低。
輻照劑量
1、輻照目的
2、輻照品種
3、輻照源的強度
4、食品的輻照物理化學(xué)效應
5、劑量率
6、安全防護設備
狀態(tài)
1、食品種類(lèi)
2、食品化學(xué)組成分及組織結構
3、食品生長(cháng)發(fā)育階段、成熟狀況、呼吸代謝的快慢
4、污染的微生物、蟲(chóng)害等種類(lèi)與數量
環(huán)境條件
1、氧氣
2、溫度
協(xié)同作用
1、低溫下輻照
2、添加自由基清除劑
3、使用輻照增敏劑
4、與其它保藏方法并用
5、選擇適宜的輻照裝置。
劑量測量
強度與比度
1、放射性強度
又稱(chēng)放射性活度，是度量放射性強弱的物理量。
曾采用的單位有:
(1)居里(Curie簡(jiǎn)寫(xiě)Ci)
若放射性同位素每秒有3.7×1010次核衰變，則它的放射性強度為1居里(Ci)。
(2)貝可勒爾(Becqurel，簡(jiǎn)稱(chēng)貝可Bq)
1貝可表示放射性同位素每秒有一個(gè)原子核衰變。
(3)克鐳當量
放射γ射線(xiàn)的放射性同位素(即γ輻射源)和1克鐳(密封在0.5mm厚鉑濾片內)在同樣條件下所起的電離作用相等時(shí)，其放射性強度就稱(chēng)為1克鐳當量。
2、放射性比度
將一個(gè)化合物或元素中的放射性同位素的濃度稱(chēng)為"放射性比度"，也用以表示單位數量的物質(zhì)的放射性強度。
照射量
照射量(Exposure)是用來(lái)度量X射線(xiàn)或γ射線(xiàn)在空氣中電離能力的物理量。
使用的單位有:
(1)倫琴(Roentgen，簡(jiǎn)寫(xiě)R)
(2)SI庫侖/千克(C·kg-1)
吸收劑量
1、吸收劑量單位
(1)吸收劑量
被照射物質(zhì)所吸收的射線(xiàn)的能量稱(chēng)為吸收劑量，其單位有:
(1)拉德(rad)
(2)戈瑞(Gray，簡(jiǎn)稱(chēng)Gy)。
(2)劑量率
是指單位質(zhì)量被照射物質(zhì)在單位時(shí)間內所吸收的能量。
(3)劑量當量
是用來(lái)度量不同類(lèi)型的輻照所引起的不同的生物學(xué)效應，其單位為希(沃特)(Sv)。
(4)劑量當量率
是指單位時(shí)間內的劑量當量，單位為Sv·s-1或Sv·h-1。
2、吸收劑量測量
(1)國家基準--采用Frickle劑量計(硫酸亞鐵劑量計)
(2)國家傳遞標準劑量測量體系--丙氨酸/ESR劑量計(屬自由基型固體劑量計)，硫酸鈰-亞鈰劑量計，重鉻酸鉀(銀)-高氯酸劑量計，重鉻酸銀劑量計等
(3)常規劑量計--無(wú)色透明或紅色有機玻璃片(聚甲基丙烯酸甲酯)，三醋酸纖維素，基質(zhì)為尼龍或PVC的含有隱色染料的輻照顯色薄膜等
保藏原理
物理學(xué)效應
(一)α射線(xiàn)和γ射線(xiàn)與物質(zhì)的作用
1、光子
2、光電子
3、康普頓散射
(二)電子射線(xiàn)的作用
1、庫侖散射
2、軔致輻射
3、契連科夫(Cerenkov)效應
化學(xué)效應
(一)水
純水輻照的化學(xué)效應應可概括為圖
(二)蛋白質(zhì)和酶
1、導致某些蛋白質(zhì)中二硫鍵、氫鍵、鹽鍵和醚鍵等的斷裂
2、促使蛋白質(zhì)的一級結構發(fā)生變化
3、發(fā)生脫氨基作用、脫羧作用和氧化作用
4、蛋白質(zhì)水溶液經(jīng)射線(xiàn)照射會(huì )發(fā)生輻照交聯(lián)
5、多數食品酶對輻射效果有很大的阻力，有助于酶制劑的輻照處理。
(三)糖類(lèi)
1、純態(tài)糖類(lèi)經(jīng)輻照后發(fā)現有明顯的降解作用和輻解產(chǎn)物形成
2、混合物的降解效應通常比單個(gè)組分的輻解效應小。
(四)脂類(lèi)
主要是輻照誘導自氧化產(chǎn)物和非氧化的輻照產(chǎn)物，因而飽和脂肪酸比較穩定，不飽和脂肪酸容易氧化，出現脫羧、氫化、脫氨等作用。
(五)維生素
1、脂溶性維生素
(1)最敏感:維生素A和E
(2)穩定:維生素D
2、水溶性維生素
(1)最敏感:維生素B1和C
維生素輻照損失數量受劑量、溫度、氧氣存在與食品類(lèi)型等影響。一般來(lái)說(shuō)，在無(wú)氧或低溫條件下輻照可減少食品中任何維生素的損失。
(六)食品包裝材料
輻照巴氏滅菌條件下(10~30kGy)，所有用于包裝食品的薄膜的性質(zhì)基本上未受到影響，對食品安全也未構成危害。
生物學(xué)效應
食品輻照的生物學(xué)效應與生物機體內的化學(xué)變化有關(guān)，不同物質(zhì)達到各種生物效應所必需的劑量各有不同。
表用β和γ輻射線(xiàn)達到各種生物效應所必需的劑量
(一)微生物
輻照保藏主要是直接控制或殺滅食品中的腐敗性微生物及致病微生物。
電離輻射殺滅微生物一般以殺滅90%微生物所需的劑量(Gy)來(lái)表示，即殘存微生物數下降到原菌數10%時(shí)所需用的Gy劑量，并用D10值來(lái)表示。
1、細菌
2、酵母與霉菌
3、病毒
(二)蟲(chóng)類(lèi)
1、昆蟲(chóng)
2、寄生蟲(chóng)
(三)果蔬
1、抑制呼吸高峰
2、改變果蔬中的化學(xué)成分
3、影響新鮮蔬菜代謝反應
4、抑制發(fā)芽
折疊輻照工藝
食品輻照保藏
1、果蔬類(lèi)
(1)目的
?、俜乐刮⑸锏母瘮∽饔?/p>
?、诳刂坪οx(chóng)感染及蔓延
?、垩泳徍笫炱?、防止老化。
(2)劑量的選定
(3)與其它保藏手段協(xié)同處理
2、糧食類(lèi)
主要目的是避免或減少由于昆蟲(chóng)的危害和霉菌活動(dòng)導致的霉爛變質(zhì)，即殺蟲(chóng)滅霉。
3、畜、禽肉及水產(chǎn)類(lèi)
通常需要與熱處理或低溫協(xié)同作用。
4、香辛料和調味品
輻照處理既能控制昆蟲(chóng)的侵害，又能減少微生物的數量，保證原料的質(zhì)量，避免熱處理和化學(xué)處理等傳統方法所帶來(lái)的不良影響。
5、蛋類(lèi)
蛋類(lèi)輻照主要采用輻照巴氏殺菌劑量，以殺滅沙門(mén)氏菌為對象。
改變品質(zhì)
1、黃豆:減少發(fā)芽后的腸內脹氣因子
2、小麥:改善面粉品質(zhì)
3、葡萄:出汁率
4、脫水蔬菜:大大縮短復水時(shí)間
5、白酒:輻照陳化
輻照的其它應用
食品輻照的另一重要應用是對果蔬的檢疫處理。
應用
透過(guò)中子吸收，由穩定的鈷-59可以產(chǎn)生同位素鈷-60。對醫學(xué)和工業(yè)方面的應用，同位素鈷-60是x射線(xiàn)管的重要替代物。鈷-60發(fā)射的γ輻射能量為1.17和l.33兆電子伏，這兩種輻射對檢查金屬中的缺陷特別有作用。用帶有鈷射線(xiàn)照相設備的掃描裝置掃描，可以揭示金屬的內部裂縫、焊接缺陷和非金屬夾雜物。同位素鈷-60源的優(yōu)點(diǎn)是小型輕便，無(wú)需電源。鈷的半衰期為5.27年，因此鈷源可長(cháng)期使用而無(wú)需更換。另一方面，射線(xiàn)能量是固定的，強度也不會(huì )改變，但x射線(xiàn)機上發(fā)出的射線(xiàn)能量和強度是可以改變的。如果用射線(xiàn)照相法給薄樣品拍照，用銥-192比較方便。它的半衰期是74.2天，光子能量約0.4兆電于伏。
收獲后的馬鈴薯或洋蔥，經(jīng)過(guò)一定的休眠期，就會(huì )一齊發(fā)芽。這是日常生活中常見(jiàn)的現象。如果在其休眠期間，利用鈷-60的伽瑪射線(xiàn)進(jìn)行照射，就可以破壞其發(fā)芽組織，保證在半年以上不發(fā)芽，而食品的味道和成分決不會(huì )因此發(fā)生任何變化。
另外，輻射的殺傷力可加以利用。污水通常是采用"活性污泥法"進(jìn)行處理的。由此產(chǎn)生的沉積物、淤渣泥漿也是十分討厭的，需要進(jìn)一步處理。日本用的處理辦法是把污泥放到焚燒爐中焚燒。而德國則采用鈷-60的伽瑪射線(xiàn)進(jìn)行處理，為此，在慕尼黑附近建造了一個(gè)專(zhuān)用的試驗場(chǎng)。該試驗場(chǎng)一直在工作，每天處理的污泥漿可達100立方米左右。這就是利用輻射殺傷力的一個(gè)實(shí)例。
污泥漿本身含有很多磷、氮等優(yōu)質(zhì)肥料。但是另一方面，人們也擔心在污泥中隱藏了各種各樣的細菌。因此，先要用鈷-60的伽瑪射線(xiàn)進(jìn)行輻照滅菌，然后才能用作肥料。在日本，正在研究采用艷-137進(jìn)行照射的方法，以代替價(jià)格比較昂貴的鈷-60。
放射性同位素的殺傷力的應用，大家比較熟悉的就是在治療方面，其中之一是對癌癥的放射治療。許多人可能已經(jīng)聽(tīng)說(shuō)過(guò)，患了癌癥的病人要接受鈷-60的放射治療。也就是說(shuō)，利用放射性殺傷細胞的性能去殺傷癌細胞。
利用放射性同位素發(fā)出的射線(xiàn)徹底滅菌，是射線(xiàn)殺傷力的一種最直接的利用。這也是大家最容易想到的一種射線(xiàn)應用。尤其是人們經(jīng)常利用射線(xiàn)對醫療器械進(jìn)行滅菌消毒。這是另一種典型的以毒攻毒的方法。
早期對手術(shù)時(shí)縫合傷口用的縫線(xiàn)、腸壁縫合線(xiàn)進(jìn)行消毒。這些縫合線(xiàn)是膠質(zhì)物，用牛、羊的骨膠或皮膠制成，手術(shù)后縫在體內慢慢被消化吸收，不需要拆線(xiàn)。這些原料的來(lái)源和本身的性能使得這些縫線(xiàn)容易沾染細菌，再說(shuō)，它們本身就是蛋白質(zhì)，不能利用加熱的辦法來(lái)消毒。因此，這種縫線(xiàn)常常會(huì )引起感染事故。所以，對耐熱性差而又必須滅菌消毒的這類(lèi)物品，利用射線(xiàn)進(jìn)行消毒是非常合適的。
后來(lái)，隨著(zhù)石油化學(xué)的發(fā)展，塑料制的一次性(用過(guò)一次就扔的)醫療器具逐漸增多。因為它具有如下一些優(yōu)點(diǎn):可以防止在醫院內部引起交叉感染、使用方便、節省人力等。對這些醫療器械的消毒，過(guò)去一直采用氣體消毒法?？捎酶邷卣羝?，或者利用環(huán)氧乙烷氣體來(lái)進(jìn)行，但對塑料制品來(lái)說(shuō)，這種消毒法也是不能用的了。采用射線(xiàn)滅菌法進(jìn)行消毒的物品迅速增加。據說(shuō)，約有近30%的包裝型醫療用具是利用射線(xiàn)進(jìn)行滅菌消毒的。
平時(shí)，人們經(jīng)常能看到用一次就扔掉的注射器。只要把包裝用的聚乙烯塑料袋剪開(kāi)，取出注射器即可扎入胳膊進(jìn)行注射。像這樣，把注射器裝進(jìn)塑料袋后，連同包裝一起直接進(jìn)行消毒，只有輻射滅菌消毒法才具備這種方便的特點(diǎn)。
除了注射器和手術(shù)用的縫合線(xiàn)可以利用射線(xiàn)進(jìn)行滅菌消毒以外，還有一些物品，例如插入支氣管用的探針導管、手術(shù)用的橡皮手套、取血用的采血板、放入子宮的避孕環(huán)、人工腎臟透視器等等，也都采用射線(xiàn)消毒技術(shù)。此外，無(wú)菌實(shí)驗動(dòng)物的飼料也可以采用射線(xiàn)進(jìn)行滅菌消毒。各個(gè)國家應用射線(xiàn)消毒的情況也是多種多樣的。例如在印度，盤(pán)尼西林，四環(huán)素等醫藥品的消毒是采用射線(xiàn)滅菌法。而俄羅斯，甚至認為塑料制的醫療用品、疫苗、血清等等，只有利用射線(xiàn)滅菌消毒法才是唯一可靠、適用的消毒方法。
消毒設施的基本原理很簡(jiǎn)單:里面裝有強度很大的鈷-60放射源，其周?chē)b有傳送帶裝置;靠著(zhù)傳送帶的不斷移動(dòng)，需要消毒的物品緩慢透過(guò)鈷-60源的旁邊，就可以達到滅菌的目的。
報道
◆50年代首次將輻照殺菌商業(yè)性應用于儀器和產(chǎn)品的殺菌;
◆陸續有研究報告發(fā)表;
◆1970年，國際食品輻照項目的聯(lián)合專(zhuān)家委員會(huì )宣布輻照殺菌是安全;
◆1981年有輻照食品保健功能的報告發(fā)表。1983年食品法典增加了輻照食品標準;
◆1986年英國輻照食品和新型食品顧問(wèn)委員會(huì )發(fā)布有關(guān)的指導原則。在1992年和1997年世界衛生組織兩次發(fā)布關(guān)于輻照食品安全的報告;
◆1998年美國食品藥品管理局宣布紅肉的輻照殺菌是安全的。而此前早已宣布禽肉和海產(chǎn)食品的輻照殺菌是安全的。
狀況
聯(lián)合國糧農組織、衛生組織、國際原子能機構(FAO/WHO/IAEA)在1995粘9月25日公布的世界37個(gè)聯(lián)合國輻照食品標準種，包括10個(gè)國家輻照草藥的標準，是作為食品管理范疇，其劑量在10-30kGy。而食品方面，由聯(lián)合國糧農組織、衛生組織、國際原子能機構(FAO/WHO/IAEA)所資助的輻照食品安全性蓮荷專(zhuān)家委員會(huì )于1980年12月4日批準，為便于實(shí)物的貯存，任何食物可用10 kGy以下的劑量輻照，不需要進(jìn)行毒理學(xué)方面的檢驗。認為食品輻照是一個(gè)物理過(guò)程，10kGy以下劑量輻照不會(huì )引起毒性危害。從已研究的結果結合國際上對西藥的輻照研究成果來(lái)看，當劑量小于10 kGy時(shí)，γ射線(xiàn)輻照對大多數藥材中有效成分的影響是可以忽略的。藥材中有效成分的輻解主要是水的間接作用引起的，含水量大時(shí)有效成分輻解會(huì )增大。已鑒定的輻解產(chǎn)物尚未發(fā)現對人體有毒，而且這些輻解產(chǎn)物在光解及原藥材中也可以或多或少地存在。據有關(guān)資料報導，在采用的輻射消毒劑量下，輻射對藥品的效應可概括為干燥的藥品和油膏對輻射消毒是最穩定的，水溶液藥品是最不穩定的。
根據大量的文獻報導，關(guān)于產(chǎn)品滅菌劑量的選擇，參照以下的輻照滅菌公式SD=DlogNo/N(SD為滅菌劑量，D為菌的抵抗力，No為滅菌前的染菌數，N為滅菌后的存活菌數)進(jìn)行計算。美國藥典(USP25)規定2.5kGy為有效滅菌劑量。我國衛生部1997年頒發(fā)了"60Co中藥滅菌標準"，該標準限國內流通中藥可用60Co輻照滅菌，規定了允許輻照的藥材和中成藥的品種和劑量。規定的中藥輻照最大吸收劑量標準如下:
滅菌
用于醫藥產(chǎn)品的輻射滅菌
通常利用60Co輻射線(xiàn)源放出的γ射線(xiàn)。放射線(xiàn)同位素60Co是用高純金屬鈷在原子反應堆中輻照后獲得，它的物理半衰期是5.26年，按β-形式衰變，衰變時(shí)放射出兩支能量各為1.17和1.33百萬(wàn)電子伏特的γ射線(xiàn)。γ射線(xiàn)屬于電磁波，以光速前進(jìn)，不受電場(chǎng)或磁場(chǎng)所偏轉，對物質(zhì)的穿透能力很強，屬電離輻射。
γ射線(xiàn)與微波不同，γ射線(xiàn)頻率高達3×1018~3×1021Hz，被輻射分子、原子、離子及電子尚未極化，不隨電磁場(chǎng)變化而轉動(dòng)，故不產(chǎn)生熱效應。γ射線(xiàn)能量大于分子鍵能，故可使分子電離和斷鍵，因而殺菌。一般來(lái)說(shuō)，γ射線(xiàn)可使所有蛋白質(zhì)變性;在溶液中的酶失去活性;脫氧核糖酸在溶液中粘度下降，干燥狀態(tài)時(shí)交聯(lián)或降解，或兩者都有。γ射線(xiàn)殺菌機理分為直接作用和間接作用:
(1)直接作用γ射線(xiàn)直接破壞微生物的核糖核酸、蛋白質(zhì)和酶而致死。微生物內核糖核酸、蛋白質(zhì)和酶分子吸收γ射線(xiàn)能量而被激發(fā)或電離;激發(fā)態(tài)分子的共價(jià)鍵斷裂或與其它分子反應經(jīng)電子傳遞產(chǎn)生自由基;電離分解或其它分子反應，導致微生物分子結構破壞而亡。
(2)間接作用γ射線(xiàn)能量被微生物內生命重要分子周?chē)镔|(zhì)如水吸收而激發(fā)或電離，產(chǎn)生激發(fā)的水分子、電子水離子，或裂解為氫自由基、羥自由基，由此產(chǎn)生一系列的與核糖核酸、蛋白質(zhì)、酶進(jìn)行氧化還原等反應，致微生物死亡。
在輻射微生物學(xué)中:有些微生物對輻射是敏感的，因為這些微生物不具有修復輻射引起的損傷能力，抗輻射的微生物則能頂住輻射損傷。各種微生物之間，對輻射敏感性差異很大，革蘭氏陰性微生物對輻射敏感，有一些革蘭氏陽(yáng)性微生物對輻射異常頑固。牙孢比生長(cháng)的細胞更能抗輻射，所以帶有牙孢物質(zhì)的滅菌應特別注意。對微生物的致死劑量，還取決于所處環(huán)境及其生長(cháng)周期的哪個(gè)階段，不同階段對輻射敏感程度不同。
一般認為，病毒比細菌芽孢對輻射更具有抵抗力，其抗輻射性能隨著(zhù)微生物個(gè)體的減少而增大，芽孢的抗輻射性能按次序比細菌、酵母、霉菌更強些。
注意事項
1、含有紫菀、錦燈籠、乳香、天竺黃和補骨脂一種以上(含一種)藥材的中藥輻照滅菌時(shí)，最大吸收劑量不得超過(guò)3 kGy;含有秦艽、龍膽藥材不得用輻照滅菌;
2、輻照前需測定樣品的染菌量;根據染菌量來(lái)確定輻照劑量。
3、輻照時(shí)盡量采用小包裝輻照。包裝材料必須耐輻照，同時(shí)樣品的包裝必須滿(mǎn)足引起輻照后中藥再次污染微生物的要求。
4、控制中藥的水份，以減少輻解產(chǎn)物的產(chǎn)生。
5、對于一些有變化的品種，可以采用多種方法聯(lián)合滅菌。
詞條標簽：技術(shù)殺蟲(chóng)消毒滅菌生物學(xué)輻照非熱殺菌技術(shù)高新技術(shù)
