1、第四章第四章食品辐射保藏食品辐射保藏教学目的和要求教学目的和要求 掌握辐射对微生物、食品成份的影响及影响因素；掌握辐射对微生物、食品成份的影响及影响因素； 了解辐射的生物学效应及安全性了解辐射的生物学效应及安全性 掌握食品辐射保藏工艺及注意事项掌握食品辐射保藏工艺及注意事项重点重点： 辐射保藏食品的优缺点辐射保藏食品的优缺点 食品经辐射处理所产生的化学及生物学效应食品经辐射处理所产生的化学及生物学效应 食品辐射保藏工艺食品辐射保藏工艺难点难点： 食品经辐射处理所产生的化学及生物学效应食品经辐射处理所产生的化学及生物学效应 辐射保藏处理时剂量如何确定辐射保藏处理时剂量如何确定食品辐射保藏是利用射
2、线照射食品，使食品食品辐射保藏是利用射线照射食品，使食品产生一系列生物和生理效应，从而达到防霉、产生一系列生物和生理效应，从而达到防霉、防腐、延长食品货架期的一种食品保藏方法。防腐、延长食品货架期的一种食品保藏方法。第一节第一节概述概述u食品辐射保藏就是利用食品辐射保藏就是利用原子能射线的辐射能量原子能射线的辐射能量对新鲜肉类及对新鲜肉类及其制品、水产品及其制品、蛋及其制品、粮食、水果、蔬菜、其制品、水产品及其制品、蛋及其制品、粮食、水果、蔬菜、调味料、饲料以及其他加工产品进行调味料、饲料以及其他加工产品进行杀菌、杀虫、抑制发芽、杀菌、杀虫、抑制发芽、延迟后熟延迟后熟等处理。等处理。u最大限度
3、的减少食品的损失，使它在一定期限内不发芽、不最大限度的减少食品的损失，使它在一定期限内不发芽、不腐败变质，不发生食品的品质和风味变化，由此可以增加食腐败变质，不发生食品的品质和风味变化，由此可以增加食品的供应量，延长食品的保藏期。品的供应量，延长食品的保藏期。u辐射保藏技术是一门辐射保藏技术是一门新新的技术，比现有保藏技术有其优越性的技术，比现有保藏技术有其优越性的一面。是继传统的物理、化学保藏之后又一发展较快的食的一面。是继传统的物理、化学保藏之后又一发展较快的食品保藏新技术和新方法。品保藏新技术和新方法。一、现有保藏技术的优缺点一、现有保藏技术的优缺点u食品冷冻保藏食品冷冻保藏低温。抑制微
4、生物活动和减少酶活。低温。抑制微生物活动和减少酶活。 优点：能够较好保持新鲜食品原有的风味和营养价值；优点：能够较好保持新鲜食品原有的风味和营养价值； 缺点：缺点：能耗大，需建立冷藏链能耗大，需建立冷藏链。u食品罐藏食品罐藏提高温度杀灭微生物和酶。提高温度杀灭微生物和酶。 优点：绝大部分杀灭微生物，可以长期保藏；优点：绝大部分杀灭微生物，可以长期保藏； 缺点：热对缺点：热对风味组织结构和色泽风味组织结构和色泽有影响。有影响。u食品干藏食品干藏降低水分活度（降低水分活度（aw），控制微生物和减少酶活。），控制微生物和减少酶活。 优点：简便宜行，重量减轻或体积变小，食品可增香变脆；优点：简便宜行，
5、重量减轻或体积变小，食品可增香变脆； 缺点：自然脱水后的食品缺点：自然脱水后的食品难复水，易变色难复水，易变色。u化学保藏化学保藏通过外加化学物质抑制微生物及酶等作用。通过外加化学物质抑制微生物及酶等作用。 优点：操作简便易行。优点：操作简便易行。 缺点：缺点：化学物质残留化学物质残留。二、辐射保藏的优越性（意义、特点）二、辐射保藏的优越性（意义、特点）“冷杀菌冷杀菌”；具有良好的保鲜效果；具有良好的保鲜效果杀死微生物效果显著，剂量可根据需要进行杀死微生物效果显著，剂量可根据需要进行调节（准确控制）调节（准确控制）辐照处理食品能耗低辐照处理食品能耗低没有非食品物质残留没有非食品物质残留 节约了
6、包装材料节约了包装材料 操作适应范围广操作适应范围广辐射装置加工效率高辐射装置加工效率高 二、辐射保藏的优越性（意义、特点）二、辐射保藏的优越性（意义、特点） u食品在受辐射过程中温度升高甚微，因此，被辐食品在受辐射过程中温度升高甚微，因此，被辐射适当处理后的食品在射适当处理后的食品在感官性状感官性状如色、香味和质如色、香味和质地等方面与新鲜食品地等方面与新鲜食品差别很小差别很小，特别适合于一些，特别适合于一些不耐热不耐热的的食品和药品食品和药品。u射线射线穿透力强穿透力强，在，在不拆包装不拆包装和和解冻解冻的情况下，可的情况下，可杀灭其深藏于谷物、果实或冻肉内部的害虫和微杀灭其深藏于谷物、果
7、实或冻肉内部的害虫和微生物，也节省了包装材料，避免再污染。生物，也节省了包装材料，避免再污染。u射线处理过的食品射线处理过的食品不会不会留下任何留下任何残留物残留物，与化学，与化学处理相比是一大特点。处理相比是一大特点。u节省能源：节省能源：据据76年国际原子能机构（年国际原子能机构（IAEA）通报的通报的估计，食品采用冷藏需消耗能量为估计，食品采用冷藏需消耗能量为90千瓦时千瓦时/T，巴巴氏消毒氏消毒230千瓦时千瓦时/T，热力杀菌热力杀菌300千瓦时千瓦时/T，脱水脱水处理（干燥）处理（干燥）700千瓦时千瓦时/T，而辐射杀菌只需而辐射杀菌只需6.34千千瓦时瓦时/T，辐射巴氏消毒辐射巴氏
8、消毒0.76千瓦时千瓦时/T。u适应范围广：适应范围广：能处理各种不同类型的食物品种，如能处理各种不同类型的食物品种，如从装箱的马铃薯到袋装的面粉、肉类、水果、蔬菜、从装箱的马铃薯到袋装的面粉、肉类、水果、蔬菜、谷物、水产等。多种体积的食品；不同状态，固体、谷物、水产等。多种体积的食品；不同状态，固体、液体。液体。u加工效率高、整个工序可连续化、自动化。加工效率高、整个工序可连续化、自动化。只要规模大，就能获得巨大的利益。只要规模大，就能获得巨大的利益。谷物谷物20万吨以上，马铃薯万吨以上，马铃薯2.5万吨以上，洋葱万吨以上，洋葱5000吨。吨。辐射保藏是一种获得经济效益和有发展辐射保藏是一种
9、获得经济效益和有发展前途的保藏方法，也是和平利用原子能的一前途的保藏方法，也是和平利用原子能的一个重要方面。个重要方面。三、国内外发展简况三、国内外发展简况u1895年伦琴发现年伦琴发现X-射线后，射线后，Mink于于1896年就提出年就提出X-射线射线的杀菌作用。的杀菌作用。u二次大战期间，美国麻省理工学院的罗克多尔将射线处理二次大战期间，美国麻省理工学院的罗克多尔将射线处理汉堡包，揭开了辐射保藏食品研究的序幕。汉堡包，揭开了辐射保藏食品研究的序幕。u50年代起北美、欧洲、日本等年代起北美、欧洲、日本等30多个国家先后投入大量的多个国家先后投入大量的费用进行研究；费用进行研究；u60年代一些
10、第三世界国家也加入该行列，目前从事这方面年代一些第三世界国家也加入该行列，目前从事这方面研究的有研究的有50-60个国家。个国家。u国际原子能组织（国际原子能组织（IAEA）、联合国粮农组织（）、联合国粮农组织（FAO）、）、世界卫生组织（世界卫生组织（WHO）等的支持和组织下，进行了种种）等的支持和组织下，进行了种种国际协作研究。到国际协作研究。到1976年年25种辐射处理食品在种辐射处理食品在18个国家个国家得到无条件批准或暂定批准，允许供作为商品供一般使得到无条件批准或暂定批准，允许供作为商品供一般使用。用。u1980年年10月月27日上述组织联合举行的第四次专门委员会日上述组织联合举行
11、的第四次专门委员会议作出结论：用议作出结论：用10kGy以下平均最大剂量照射任何食品，以下平均最大剂量照射任何食品，在毒理学、营养学及微生物学上都丝毫不存在问题，而在毒理学、营养学及微生物学上都丝毫不存在问题，而且今后无须再对经低于此剂量辐照的各种食品进行毒性且今后无须再对经低于此剂量辐照的各种食品进行毒性实验。实验。u目前许多国家将辐射用于食品的加工与保藏。目前许多国家将辐射用于食品的加工与保藏。前苏联、美国、加拿大、法国、日本、中国等国家前苏联、美国、加拿大、法国、日本、中国等国家均批准在一些食品中使用辐照。均批准在一些食品中使用辐照。日本、加拿大建立了辐射工厂用于食品保藏、有鱼日本、加拿
12、大建立了辐射工厂用于食品保藏、有鱼虾、果蔬等。虾、果蔬等。欧洲（丹麦、保加利亚、法国等）用于抑制土豆、欧洲（丹麦、保加利亚、法国等）用于抑制土豆、大蒜、洋葱发芽。大蒜、洋葱发芽。发展中国家，印度、伊朗、泰国、智利、阿根廷等发展中国家，印度、伊朗、泰国、智利、阿根廷等用于粮食（谷物）的防霉、防虫。用于粮食（谷物）的防霉、防虫。u我国自我国自1958年开始，年开始，70年代的研究工作取得了一年代的研究工作取得了一定的成效。定的成效。u1984年年11月国家卫生部批准月国家卫生部批准7项（马铃薯、洋葱、项（马铃薯、洋葱、大蒜、花生、蘑菇、香肠）辐照食品允许消费。大蒜、花生、蘑菇、香肠）辐照食品允许消
13、费。之后又有之后又有20多种食品通过了不同级别的技术鉴定。多种食品通过了不同级别的技术鉴定。u80年代，一些省市建立了一起容量较大的辐射应年代，一些省市建立了一起容量较大的辐射应用试验基地，如北京、上海、天津、湖南、四川、用试验基地，如北京、上海、天津、湖南、四川、广东等地。后期有浙江、深圳等。广东等地。后期有浙江、深圳等。第二节第二节辐射的基本原理辐射的基本原理一、一、辐射类型辐射类型u辐射指能量传递的一种方式，在电磁波谱中，辐射指能量传递的一种方式，在电磁波谱中，根据能量相应的大小，可使电磁波分成无线电根据能量相应的大小，可使电磁波分成无线电波、微波、红外、可见光、紫外线，波、微波、红外、
14、可见光、紫外线，和和射线。射线。u通常根据辐射的作用形式可将辐射分为电离辐通常根据辐射的作用形式可将辐射分为电离辐射和非电离辐射两种类型。通常按辐射的频率射和非电离辐射两种类型。通常按辐射的频率来划分。来划分。 频率频率 波长波长=C=C/低频辐射区低频辐射区1015HzE能量能量无线电波无线电波微波微波红红外外可见可见紫外紫外X射线和射线和射线射线105Hz10101015101810203km3cm3m3nm0.3nm410-10ev410-5410-3441024kev4Mev1非电离辐射非电离辐射u低频辐射线低频辐射线1015，波长较长（频率较低），波长较长（频率较低），能量小，如微波
15、、红外线的能量仅能使物质分子能量小，如微波、红外线的能量仅能使物质分子产生产生转动转动或或振动振动而产生热，则起到加热杀菌作用。而产生热，则起到加热杀菌作用。是非电离辐射。是非电离辐射。2电离辐射电离辐射高频辐射线高频辐射线1015，频率较高，能量大，有，频率较高，能量大，有激发激发和和电离电离两种作用：两种作用：（1）在在10151018Hz，如紫外线的能量，仅能使，如紫外线的能量，仅能使被照射物质的原子受到激发（激发为使电子从低被照射物质的原子受到激发（激发为使电子从低能态到高能态），亦可起到抑菌杀菌的作用；能态到高能态），亦可起到抑菌杀菌的作用；（2）1018Hz，如如X-，-射线，能量
16、很大，在使射线，能量很大，在使物质的原子受到激发的同时，还能引起原子的物质的原子受到激发的同时，还能引起原子的电离电离（使电子从各个原子中弹出而本身原子变成带相反（使电子从各个原子中弹出而本身原子变成带相反电荷的离子），因而可起到杀菌作用。能使受辐射电荷的离子），因而可起到杀菌作用。能使受辐射物质的原子发生电离作用的辐射称为电离辐射。物质的原子发生电离作用的辐射称为电离辐射。本书中辐射保藏即是指电离辐射（本书中辐射保藏即是指电离辐射（1018Hz）这与低频辐射不同，不是加热，故又称为这与低频辐射不同，不是加热，故又称为冷杀菌冷杀菌。二、放射性同位素与辐射二、放射性同位素与辐射u一个原子具有一个
17、带正电荷的原子核，核外围有电子云。一个原子具有一个带正电荷的原子核，核外围有电子云。u原子核内有质子和中子原子核内有质子和中子,也就是其质量的组成部分。质也就是其质量的组成部分。质子带正电荷子带正电荷,中子不带电荷中子不带电荷.核的直径约为核的直径约为10-12cm,是整个是整个原子质量的只要所在地。整个原子原子质量的只要所在地。整个原子(包括运转的电子包括运转的电子)的的直径约为直径约为10-8cm。1放射性同位素放射性同位素u原子核原子核=P+n，P+为带正电荷质子，为带正电荷质子，n为不带电荷中子，为不带电荷中子，核内质子数决定化学元素的特性，一般情况下（指在核内质子数决定化学元素的特性
18、，一般情况下（指在轻原子核范围内）轻原子核范围内）P+=n，组成原子的质量。组成原子的质量。u但有些元素，但有些元素，P+相同而相同而n不同的原子所组成的元素称为不同的原子所组成的元素称为同位素，同位素，P+=n时原子稳定，时原子稳定，P+n则不稳定。则不稳定。u当原子序数在当原子序数在84以上的同位素，原子核是不稳定的，以上的同位素，原子核是不稳定的，能以一定的速率放出射线，由这种原子组成的元素称能以一定的速率放出射线，由这种原子组成的元素称为放射性同位素。为放射性同位素。u放射性同位素能发射放射性同位素能发射-、-、+-及及-射线射线。2.-、-、-及及X-射线射线u-射线：当同位素中射线
19、：当同位素中n：P+1.5：1，从原子核中放射出带从原子核中放射出带2P+和和2n的带正电高速粒子流（氦核）的带正电高速粒子流（氦核）称为称为-射线；射线；u-射线：当核内中子数和质子数不等时；射线：当核内中子数和质子数不等时；若某一中子释放出能量转变成质子（若某一中子释放出能量转变成质子（nP+）nP+（带负电荷的高速离子）带负电荷的高速离子）若核内若核内P+n时，（这种情况一般指在加速器中）时，（这种情况一般指在加速器中）P+1.02MeVn+（带正电荷的高速离子）带正电荷的高速离子）和和+-射线，即从原子核中射出的带电的高速电子。射线，即从原子核中射出的带电的高速电子。uX-射线：若核内
20、质子在外层电子云中，从射线：若核内质子在外层电子云中，从K层捕获层捕获电子电子e，转变成中子（转变成中子（k-捕获），使质子数减少。捕获），使质子数减少。P+en当当K层（低能态）电子被捕获后剩下一空穴，则高能态层（低能态）电子被捕获后剩下一空穴，则高能态（外层）电子会补充进去，释放出能量（外层）电子会补充进去，释放出能量X-射线，指原子射线，指原子核外电子所放出的能量。核外电子所放出的能量。u-射线：当原子核在发射了射线：当原子核在发射了和和或或捕获之后，核捕获之后，核的能级处于激发态（高能态），当这种激发态回到的能级处于激发态（高能态），当这种激发态回到基态时，原子就发出光子流（即不带电荷
21、的核子基态时，原子就发出光子流（即不带电荷的核子流），称流），称-射线，发源于原子核本身。射线，发源于原子核本身。3.四种射线的特点四种射线的特点 以上所讲的四种射线都具有使被辐射物质的原子以上所讲的四种射线都具有使被辐射物质的原子或分子发生电离作用的能力和不同程度的穿透能或分子发生电离作用的能力和不同程度的穿透能力。但是由于射线性质的不同，从而电离能力和力。但是由于射线性质的不同，从而电离能力和穿透能力各不相同。穿透能力各不相同。u-射线：相对质量较大，电离能力很强，穿透能射线：相对质量较大，电离能力很强，穿透能力很小；一张纸就能阻挡它的通过。力很小；一张纸就能阻挡它的通过。u-射线：为氢核
22、质量的几千分之一，带电射线：为氢核质量的几千分之一，带电量为量为-射线的一半，电离能力比射线的一半，电离能力比-射线小，射线小，穿透能力比穿透能力比-射线大；射线大；u-射线：电离能力比射线：电离能力比、小，但穿透能力小，但穿透能力比比、大；大；uX-射线：电离能力小，穿透力很高射线：电离能力小，穿透力很高4放射性衰变放射性衰变每个放射性同位素经放出射线后，就每个放射性同位素经放出射线后，就转变成另一个原子核，从不稳定的元素变转变成另一个原子核，从不稳定的元素变成稳定同位素。原子核的转变过程称为放成稳定同位素。原子核的转变过程称为放射性衰变。射性衰变。(1)衰变规律衰变规律u原子核衰变数原子核
23、衰变数N与原子核总数与原子核总数N0有关。有关。u实践证明：在单位时间内，衰变着的原子核实践证明：在单位时间内，衰变着的原子核的数目和其总数成正比，这一过程是不可逆的的数目和其总数成正比，这一过程是不可逆的,可用公式表示如下可用公式表示如下:N=N0e-tN:原子核数原子核数N0:原子核总数原子核总数t:时间时间:衰变常数衰变常数（2）半衰期）半衰期放射性强度因衰变降低到原来放射性强度因衰变降低到原来一半所需的时间一半所需的时间称为半衰期。或原子数衰变至一半时所需的时间。称为半衰期。或原子数衰变至一半时所需的时间。对于单独的一种放射性元素而言，半衰期和衰变常对于单独的一种放射性元素而言，半衰期
24、和衰变常数一样也是常数。半衰期以数一样也是常数。半衰期以t1/2表示，则根据前面公表示，则根据前面公式可得：式可得：1/2N0=N0e-t1/2t1/2=ln2=0.6931即衰变常数与任意同位素的半衰期的乘积为即衰变常数与任意同位素的半衰期的乘积为0.6931，这样可利用半衰期求出其衰变常数。，这样可利用半衰期求出其衰变常数。常见放射性同位素的半衰期常见放射性同位素的半衰期常见放射性同位素的半衰期常见放射性同位素的半衰期三辐射用各种单位三辐射用各种单位（一）（一）能量单位能量单位 电子伏特电子伏特ev.表示辐射能量单位普通用表示辐射能量单位普通用eV，即即相当于个电子在真空中通过电位差为伏特
25、相当于个电子在真空中通过电位差为伏特的电场被加速所获得的动能。的电场被加速所获得的动能。ev=1.60210-12尔格（尔格（erg）1Mev=106ev，1kev=103ev（二）放射性强度（二）放射性强度衡量放射性强弱程度的一个物理量。指单位时衡量放射性强弱程度的一个物理量。指单位时间内发生核衰变的次数。间内发生核衰变的次数。u以前曾用居里，以前曾用居里，1Ci=3.71010衰变秒即每衰变秒即每秒中有秒中有3.71010次原子核衰变。次原子核衰变。u现法定单位用现法定单位用贝克贝克Bq，即每秒中有一个原子核即每秒中有一个原子核衰变为衰变为1贝克。贝克。u1Bq=1S1，因此，因此，1Ci
26、=3.71010Bq。（三）辐射计量（三）辐射计量u 指被照射物质吸收辐射能量程度的一些物理量。指被照射物质吸收辐射能量程度的一些物理量。u常用辐射量、物料吸收剂量和吸收剂量速率来表示。常用辐射量、物料吸收剂量和吸收剂量速率来表示。辐射（照射）量是用辐射（照射）量是用X-射线或射线或-射线辐射源的辐射场内空射线辐射源的辐射场内空气电离的程度来表示。气电离的程度来表示。吸收剂量是指在辐射源的辐射场内单位质量被辐射物质吸收剂量是指在辐射源的辐射场内单位质量被辐射物质吸收的辐射能量。简称剂量。吸收的辐射能量。简称剂量。单位质量的被照射物质在单位时间中所吸收的能量称为单位质量的被照射物质在单位时间中所
27、吸收的能量称为吸收剂量速率。吸收剂量速率。u法定单位为库仑法定单位为库仑/千克（千克（C/kg），），以前曾用伦琴（以前曾用伦琴（R）在标准状况下（在标准状况下（0，760mmHg），），1cm3空气（空气（0.00129g）能形成一个正电或负电的静电单位的能形成一个正电或负电的静电单位的X-射线或射线或-射线照射射线照射量量1R。一个正电或负电的离子具有一个正电或负电的离子具有4.801010e.s.u（静电单位）。静电单位）。即一个静电单位的离子量为即一个静电单位的离子量为2.08109个正电或负电离子个正电或负电离子（离子对），即（离子对），即1伦琴可使伦琴可使1cm3空气产生空气产生2
28、.08109个正电或个正电或负电离子（离子对）。负电离子（离子对）。1R=2.58104C/kg（空气）空气）1辐射量（照射量）辐射量（照射量）2吸收剂量吸收剂量 是电离辐射授予被辐射物质单位质量的平均能是电离辐射授予被辐射物质单位质量的平均能量，即量，即被辐射物质吸收的辐射能量被辐射物质吸收的辐射能量，法定单位，法定单位为为J/kg，也称为也称为戈瑞戈瑞（Gy） 以前曾用拉德（以前曾用拉德（Rad）即即1克被辐射物质吸收克被辐射物质吸收1 0 0 尔 格 （尔 格 （ e r g ） 射 线 能 量 为射 线 能 量 为 1 R a d 。1Rad=100erg/g=6.241013eV/g
29、。 1Gy=100Rad=104erg/g 照射量和吸收剂量是完全不同的概念，有区别照射量和吸收剂量是完全不同的概念，有区别（照射量指空气电离程度来讲）但两者都是描（照射量指空气电离程度来讲）但两者都是描述辐射计量的，又相互联系。述辐射计量的，又相互联系。 1个电子的电荷量是个电子的电荷量是4.81010e.s.u.产生一产生一个个e.s.u.需要的离子对数为需要的离子对数为2.08109，而电，而电子在空气中产生一对离子所消耗的平均能子在空气中产生一对离子所消耗的平均能量为量为33.73eV（电离功）电离功） 1R照射量相当于照射量相当于0.0129g空气中吸收了空气中吸收了2.081093
30、3.73eV=7.021010eV=0.112erg能量。能量。 1 R 照 射 量 时 ，照 射 量 时 ， 1 g 空 气 的 吸 收 能 量 为空 气 的 吸 收 能 量 为0.112erg/0.00129=86.8erg/g=0.868Rad即空即空气的吸收剂量为气的吸收剂量为0.868Rad=8.68103Gy。3吸收剂量速率吸收剂量速率 单位质量的被照射物质在单位时间中所吸单位质量的被照射物质在单位时间中所吸收的能量称为吸收剂量速率。单位为收的能量称为吸收剂量速率。单位为Gy/s。 吸收剂量速率与照射距离和辐射强度有关。吸收剂量速率与照射距离和辐射强度有关。距离越近，吸收剂量速率越
31、大，距离相同，距离越近，吸收剂量速率越大，距离相同，辐射强度越大，则吸收剂量越大。辐射强度越大，则吸收剂量越大。 物料不同，吸收剂量速率也是不一样的。物料不同，吸收剂量速率也是不一样的。四、辐射源四、辐射源（一）（一）人工放射性同位素人工放射性同位素在在食品辐射食品辐射时供电离辐射用的放射线主时供电离辐射用的放射线主要为要为-和和-射线，经常采用人工制备的放射线，经常采用人工制备的放射性同位素射性同位素60Co（钴，半衰期钴，半衰期5.26年）和年）和137Cs（铯，半衰期铯，半衰期30.3年）年）钴和铯衰变图钴和铯衰变图60Co经经-衰变后放出两个能量不同的衰变后放出两个能量不同的-光子最后
32、变为光子最后变为60Ni；137Cs经经-衰变后放出衰变后放出-光子最后变为光子最后变为137Bau制备方法，将自然界中存在的稳定同位素制备方法，将自然界中存在的稳定同位素59Co金属制成棒形、长方形、薄片形、颗粒金属制成棒形、长方形、薄片形、颗粒形、圆筒形或所需要的形状，置于反应堆活形、圆筒形或所需要的形状，置于反应堆活性区，经中子一定时间照射，少量性区，经中子一定时间照射，少量59Co原子原子吸收一个中子后即生成吸收一个中子后即生成60Co辐射源。辐射源。u目前在商业上采用目前在商业上采用60Co作为作为-射线源射线源。（二）电子加速器（二）电子加速器 利用电磁场作用，使电子获得较高能量，
33、即将电能转变成辐射利用电磁场作用，使电子获得较高能量，即将电能转变成辐射能，这样仪器设备装置有静电加速器、高频高压加速器、绝能，这样仪器设备装置有静电加速器、高频高压加速器、绝缘磁芯变压器，直流加速器有两种方式：缘磁芯变压器，直流加速器有两种方式：1.直接加高压，很高电压使电子获得动能如范德格拉夫加速器直接加高压，很高电压使电子获得动能如范德格拉夫加速器（静电加速器）；（静电加速器）；2.不是直接利用高电压，但反复多次将电子加速，如回旋加速器，不是直接利用高电压，但反复多次将电子加速，如回旋加速器，电子感应加速器。电子感应加速器。u利用加速器使电子带电形成高能量粒子利用加速器使电子带电形成高能
34、量粒子人工人工-射线源。射线源。范德格拉夫加速器直流高压电源直流高压电源6通过针尖通过针尖电晕放电将负电荷喷射电晕放电将负电荷喷射到高速运行的输电带到高速运行的输电带4上，上，电荷被带到球型高压电电荷被带到球型高压电极极1内，电刷内，电刷7收集电荷。收集电荷。在电荷累积下，在球型在电荷累积下，在球型电极形成高压电场。电电极形成高压电场。电子枪子枪5发射的电子，在高发射的电子，在高压电场下，沿着加速管压电场下，沿着加速管3被加速，即得到电子射被加速，即得到电子射线。线。u用高能电子来轰击重金属靶，则产生用高能电子来轰击重金属靶，则产生X-射线射线X-射线发生器。射线发生器。 特点：电子加速器优点
35、是可以控制开停，能量可特点：电子加速器优点是可以控制开停，能量可以调节控制。以调节控制。 可得到比放射性同位素源辐射能量高得多，如可得到比放射性同位素源辐射能量高得多，如1万万Ci60Co150W，而加速器可达而加速器可达10-15kW。 X-射线转换率不高，一般不用于食品辐射。射线转换率不高，一般不用于食品辐射。思考题1 辐射保藏食品优点及缺点？辐射保藏食品优点及缺点？2辐射的类型及划分的界限辐射的类型及划分的界限3放射性同位素发射的射线种类、产生的放射性同位素发射的射线种类、产生的条件及各自的特点条件及各自的特点4辐射量、吸收剂量、吸收剂量速率及相辐射量、吸收剂量、吸收剂量速率及相应的单位
36、应的单位5食品辐射常用的人工放射性同位素食品辐射常用的人工放射性同位素第三节第三节食品辐射技术的化学与生物学效应食品辐射技术的化学与生物学效应电离辐射之所以用来保藏食品，这是由电离辐射之所以用来保藏食品，这是由辐射对被照射物质中发生的辐射对被照射物质中发生的化学效应化学效应与与生物学效应生物学效应所决定的。所决定的。一、食品辐射化学效应一、食品辐射化学效应电离辐射使物质产生化学变化的问题至今仍不是很清楚。电离辐射使物质产生化学变化的问题至今仍不是很清楚。由电离辐射使食品产生多种离子、粒子及质子的基本过程由电离辐射使食品产生多种离子、粒子及质子的基本过程有：有： 直接直接初级辐射初级辐射即物质接
37、受辐射能后，形成离子、激即物质接受辐射能后，形成离子、激发态分子或分子碎片发态分子或分子碎片与辐射程度有关。与辐射程度有关。 间接间接次级辐射次级辐射初级辐射的产物相互作用生成与原物初级辐射的产物相互作用生成与原物质不同的化合物质不同的化合物与温度等其他条件有关。与温度等其他条件有关。1.水分子水分子u水分子对辐射很敏感，当它接受了射线的能量水分子对辐射很敏感，当它接受了射线的能量后，水分子首先被激活，然后由激活了的水分后，水分子首先被激活，然后由激活了的水分子和食品中的其他成分发生反应。子和食品中的其他成分发生反应。u水接受辐射后的最后产物是氢和过氧化氢，形水接受辐射后的最后产物是氢和过氧化
38、氢，形成的机制很复杂。现已知的中间产物主要有三成的机制很复杂。现已知的中间产物主要有三种：种：水合电子（水合电子（eaq），氢氧基（），氢氧基（OH），氢基），氢基（H）。）。见见P222 水分子被辐射后可能反应水分子被辐射后可能反应途径途径（eaq）+H2O=H+OHH+OH=H2OH+H=H2OH+OH=H2O2H+H2O2=H2O+OHOH+H2O2=H2O+HO2H2+OH=H2O+HH+O2=HO2HO2+HO2=H2O2+O2u这些中间产物能在不同的途这些中间产物能在不同的途径中进行反应，径中进行反应，eaq是一个还是一个还原剂，原剂，OH是一个氧化剂，是一个氧化剂，H有时是氧化剂
39、但有时又是有时是氧化剂但有时又是还原剂。还原剂。u这些中间产物很重要，因为这些中间产物很重要，因为它们可以和其他有机体的分它们可以和其他有机体的分子接触而进行反应，特别是子接触而进行反应，特别是在稀溶液中或含水的食品中，在稀溶液中或含水的食品中，大多由于水的辐射而产生了大多由于水的辐射而产生了间接效应进行了氧化反应。间接效应进行了氧化反应。u从上可看出物质分子吸收了辐射能而发生了化从上可看出物质分子吸收了辐射能而发生了化学效应，表示物质学效应，表示物质辐射化学效应的数值称辐射化学效应的数值称G值值。uG值即吸收值即吸收100eV能量的物质所产生化学变化的能量的物质所产生化学变化的分子数。辐射的
40、化学效应是以每吸收分子数。辐射的化学效应是以每吸收100eV（电电子伏）能量时被照射物质产生化学变化的分子子伏）能量时被照射物质产生化学变化的分子数目来表示的。（即能传递数目来表示的。（即能传递100eV能量的分子数）能量的分子数）2氨基酸与蛋白质氨基酸与蛋白质有机化合物因辐射而分解的产物也很复杂，取有机化合物因辐射而分解的产物也很复杂，取决于原物质的化学性质和辐射条件，有的从高决于原物质的化学性质和辐射条件，有的从高分子分子-低分子，有的反而从低分子低分子，有的反而从低分子-高分子。高分子。u射线照射到食品蛋白质分子，很容易使它的二射线照射到食品蛋白质分子，很容易使它的二硫键、氢键、盐键、醚
41、键断裂，破坏蛋白质分硫键、氢键、盐键、醚键断裂，破坏蛋白质分子的三级、二级结构，改变物理性质。子的三级、二级结构，改变物理性质。射线照射，引起氨基酸、蛋白质分子的化学变化有：射线照射，引起氨基酸、蛋白质分子的化学变化有：（1）脱氨）脱氨如甘氨酸如甘氨酸e-+NH3+CH2COOH-NH3+CH2COO-（2）放出）放出CO2a.脱氨的脱氨的脱羧脱羧反应反应b.不脱氨的不脱氨的脱羧脱羧反应反应（3）含硫氨基酸含硫氨基酸的氧化（的氧化（巯基巯基）e-+NH3+CH2CH（CH2SH）COO-H2S+NH2CH（CH2）COO-（4）交联）交联蛋白质凝聚（该蛋白质分子通过硫氢基蛋白质凝聚（该蛋白质分
42、子通过硫氢基的氧化生成分子内或分子间的二硫键，或由酪氨的氧化生成分子内或分子间的二硫键，或由酪氨酸和苯丙氨酸的苯环偶合而发生交联）。酸和苯丙氨酸的苯环偶合而发生交联）。（5）降解降解蛋白质发生裂解，产生较小的碎片。蛋白质发生裂解，产生较小的碎片。（6）辐射降解与交联同时发生，若降解小而交联大，）辐射降解与交联同时发生，若降解小而交联大，则交联会掩盖降解，故降解不易观察到。则交联会掩盖降解，故降解不易观察到。3酶酶u酶酶是机体组织的重要成分，因酶的主要组成是蛋白质，故它是机体组织的重要成分，因酶的主要组成是蛋白质，故它对辐射的反应与蛋白质相似对辐射的反应与蛋白质相似，如变性作用等。，如变性作用等
43、。u纯酶稀溶液对辐射敏感，若增加其浓度也必须增加辐射剂量纯酶稀溶液对辐射敏感，若增加其浓度也必须增加辐射剂量才能产生同样的钝化效果。才能产生同样的钝化效果。u若在若在食品体系食品体系中，中，酶酶很很容易受到保护容易受到保护，同时也，同时也受外界条件变受外界条件变化化（温度、（温度、pH、含氧量）的、含氧量）的影响影响。如提高温度会增加酶对。如提高温度会增加酶对辐射的敏感度，在有氧状态下干燥胰蛋白酶极易钝化。辐射的敏感度，在有氧状态下干燥胰蛋白酶极易钝化。u此外，有时酶由于蛋白质分子降解，使酶活性中心暴露出来，此外，有时酶由于蛋白质分子降解，使酶活性中心暴露出来，反而致使酶反应更有利。因此对分解
44、酶类活性的食品，反而致使酶反应更有利。因此对分解酶类活性的食品，在辐在辐射前应先通过加热灭酶。射前应先通过加热灭酶。u酶会因有巯基（酶会因有巯基（-SH）的存在而增加其对辐射的敏感性。）的存在而增加其对辐射的敏感性。4脂类脂类一般来说，饱和脂肪是稳定的，不饱和脂肪容易发生氧化。一般来说，饱和脂肪是稳定的，不饱和脂肪容易发生氧化。辐射脂类的主要作用是在脂肪酸长链中辐射脂类的主要作用是在脂肪酸长链中-C-C-键外断裂。键外断裂。辐射对脂类所产生的影响可分为三个方面：辐射对脂类所产生的影响可分为三个方面：理化性质理化性质的变化；的变化；受辐射感应而发生受辐射感应而发生自动氧化自动氧化；发生；发生非自
45、动氧化非自动氧化性的辐射分解。性的辐射分解。u脂肪酸酯和某些天然油脂在受脂肪酸酯和某些天然油脂在受50kGy以下剂量照射，品质变以下剂量照射，品质变化极少；但其他成为异臭发生源。如肉类风味变化，牛奶产化极少；但其他成为异臭发生源。如肉类风味变化，牛奶产生蜡烛味，鱼类产生异臭。生蜡烛味，鱼类产生异臭。u辐照可促使脂类的辐照可促使脂类的自动氧化自动氧化，有氧存在，其促进作用更明显，有氧存在，其促进作用更明显，从而促进游离基的生成，使氢过氧化物和抗氧化物质分解反从而促进游离基的生成，使氢过氧化物和抗氧化物质分解反应加快，生成醛、醛酯、含氧酸、乙醇、酮等。应加快，生成醛、醛酯、含氧酸、乙醇、酮等。u饱
46、和脂类饱和脂类在在无氧无氧状态下辐照时会发生状态下辐照时会发生非自动氧化非自动氧化性分解反应，产生性分解反应，产生H2、CO、CO2、碳氢化合物、碳氢化合物、醛和高分子化合物。不饱和脂肪酸也会产生类似醛和高分子化合物。不饱和脂肪酸也会产生类似的物质，其生成的碳氢化合物为链烯烃、二烯烃、的物质，其生成的碳氢化合物为链烯烃、二烯烃、二烯烃和二聚物形成的酸。二烯烃和二聚物形成的酸。u磷脂类的辐射分解物也是碳氢化合物类、醛类和磷脂类的辐射分解物也是碳氢化合物类、醛类和酯类。酯类。u对含有脂肪的食品辐照时也鉴定出了过氧化物、对含有脂肪的食品辐照时也鉴定出了过氧化物、酯类、酸类、和碳氢化合物等，这与天然脂
47、肪和酯类、酸类、和碳氢化合物等，这与天然脂肪和典型脂肪的情况相同。但是应注意的是，与刚照典型脂肪的情况相同。但是应注意的是，与刚照射后相比，这种影响多出现于贮藏期中。射后相比，这种影响多出现于贮藏期中。5碳水化合物碳水化合物一般来说相当稳定，只有大剂量照射下才引起氧化一般来说相当稳定，只有大剂量照射下才引起氧化和分解。在食品辐射保藏的剂量下，所引起的物质和分解。在食品辐射保藏的剂量下，所引起的物质性质变化极小。辐照对单独存在时的糖类的影响如性质变化极小。辐照对单独存在时的糖类的影响如下：下：u单糖只有在单糖只有在C4上发生氧化产生糖酮酸上发生氧化产生糖酮酸u低分子糖类：旋光度降低、褐变、还原性
48、和吸收光低分子糖类：旋光度降低、褐变、还原性和吸收光谱变化、产生谱变化、产生H2、CO、CO2、CH4等气体。等气体。u多糖类：熔点降低、旋光度降低、褐变、结构多糖类：熔点降低、旋光度降低、褐变、结构和吸收光谱变化。和吸收光谱变化。如直链淀粉黏度下降（淀粉降解）如直链淀粉黏度下降（淀粉降解）果胶果胶植物组织受损（解聚）植物组织受损（解聚）经辐照后结构发生变化，对酶的敏感性也随经辐照后结构发生变化，对酶的敏感性也随之发生变化，并引起之发生变化，并引起-1，4-糖苷键偶发性断糖苷键偶发性断裂及生成裂及生成H2、CO、CO2气体。气体。6维生素维生素 维生素是食品中重要的微量营养物质。维生素对维生素
49、是食品中重要的微量营养物质。维生素对辐照食品的敏感性在评价辐照食品的营养价值上辐照食品的敏感性在评价辐照食品的营养价值上是一个很重要的指标。是一个很重要的指标。u水溶性维生素中以水溶性维生素中以VC的辐射敏感性最强，其他水的辐射敏感性最强，其他水溶性如溶性如VB1、VB2、泛酸、泛酸、VB6、叶酸也较敏感，、叶酸也较敏感，VB5（烟酸）对辐射很不敏感，较稳定。烟酸）对辐射很不敏感，较稳定。u脂溶性维生素对辐射均很敏感，尤其是脂溶性维生素对辐射均很敏感，尤其是VE、VK更更敏感敏感二食品辐射的生物学效应二食品辐射的生物学效应 生物学效应指辐射对生物体如微生物、昆虫、寄生生物学效应指辐射对生物体如
50、微生物、昆虫、寄生虫、植物等的影响。这种影响是由于生物体内的化虫、植物等的影响。这种影响是由于生物体内的化学变化造成的。学变化造成的。u已证实已证实辐射不会产生辐射不会产生特殊特殊毒素毒素，但在辐射后某些机，但在辐射后某些机体组织中有时发现带有毒性的不正常代谢产物。体组织中有时发现带有毒性的不正常代谢产物。u辐射对活体组织的辐射对活体组织的损伤主要是有关其代谢反应损伤主要是有关其代谢反应，视，视其机体组织受辐射损伤后的恢复能力而异，这还取其机体组织受辐射损伤后的恢复能力而异，这还取决于所使用的辐射总剂量的大小。决于所使用的辐射总剂量的大小。（一）（一）微生物微生物 1辐射对微生物的作用辐射对微
