食品辐照效应与辐照保藏原理

食品辐照效应与辐照保藏原理食品经射线照射会发生一系列的辐照效应，主要有物理学效应、化学效应和生物学效应辐照保藏食品，通常是用射线、丫射线、电子射线照射食品，这些高能带电X或不带电的射线照射食品会引起食品及食品中的微生物、昆虫等发生一系列物理、化学反应，使有生命物质的新陈代谢、生长发育受到抑制或破坏，达到杀菌、灭虫，改进食品质量，延长保藏期的目的

（一）射线和丫射线与物质的作用a射线、射线都是高能电磁辐射线，它们又常被称为“光子”，当与被照射物a Y（如食品、微生物、昆虫和包装材料）原子中的电子相遇，光子有时会把全部能量交给电子（光子被吸收），使电子脱离原子成为光电子如果射线的光子与被照射物的电子发生弹性碰撞，当光子的能量略大于电子在原子中的结合能时，光子把部分能量传递给电子，自身的运动方向发生偏转,朝着另一方向散射，获得能量的电子（也称次电子，康普顿电子），从原子中逸出，上述过程称康普顿散射（Compton Scatlering）如果了射线和射线的能量大于某一阂值时，能量和某些原子核作用而射出中X子或其他粒子，因而使被照射物产生犷放射性（Radioaclivity）能否产生这种放射性（也称感生放射性），取决于射线的能量和被辐照物质的性质

（二）电子射线的作用当辐射源射出的电子射线（高速电子流）通过被照射物时，受到原子核库仑场的作用，会发生没有能量损失的偏转，称库仑散射库仑散射可以多次发生、甚至经过多次散射后，带电粒子会折返回去，发生所谓的“反向散射

二、食品辐照的化学效应电离辐射穿透食品物料的程度取决于食品性质和辐射的特性辐射作用时的效应取决于其改变分子的能力及其电离电位•射线的穿透力比.粒子大Y B一粒子一般具有较大的能力，能在它们通过物质时产生电离作用B能量级较高的电子束具有较高的穿透深度，并能沿着其径迹比能量低的电子束产生更多的变更分子和电离作用当中等能量级的电离辐射通过食品时，在电离辐射与分子级和原子级的食品粒子之间有撞击现象，当来自撞击的能量足以使电子从原子轨道移去时，即导致产生离子对当撞击现象提供足够能量使原子之间的化学键断裂时，即发生分子变化，形成游离基游离基为分子的一部分、原子团或具有不成对电子的单个原子稳定分子几乎总是具有偶数电子的，不成对电子构型是不稳定的形式所以游离基具有较大的相互反应、与其他分子反应的趋势，使其奇数电子成对并达到稳定氧气经辐射后导致臭氧的形成，氮气和氧气混合后经辐射形成氮的氧化物，溶于水可成硝酸等化合物直接作用生物学家提出了射线与基质直接碰撞的靶理论，认为辐照作用主要是由于这种直接碰撞引起的此作用的理论经过延伸来解释在食品中的变化例如食品色泽或组织的变化可能是由于丫-射线或高能-粒子与特殊的色素或蛋白质分子直接撞击8而引起的间接作用食品中的水分也会因辐照而产生辐射效应水分子对辐射很敏感，当它接受了射线的能量后，首先被激活，然后和食品中的其他成分发生反应水接受辐射后的最后产物是氢和过氧化氢等，形成的机制很复杂现己知的中间产物有三种:

①水合电子叫

②氢氧基

③氢基e0H.H其反应的可能途径如下|约束间接作用的途径在冻结状态下辐射即使在冻结水中也会产生游离基，虽然程度可能较轻但是，冻结状态能阻止游离基的扩散和移动，降低了游离基与食品组分的接触儿率，可显著地约束间接作用对食品成分的影响在真空中或在惰性气体环境中辐射氢基与氧起反应会产生过氧化物基，过氧化物基乂可生成过氧化氢若将氧从系统中除去，此反应则降低到最小限度，食品成分可受到一定程度的保护但是，除氧和尽量减少这些反应对食品中的微生物也有同样的保护作用，其辐射效果就会大大降低添加游离基的接受体抗坏血酸是一种对游离基有较大亲和力的化合物，将抗坏血酸和某些其他物料添加到食品中，通过与之起反应而导致游离基的消耗，从而可保护敏感性色素、香味化合物和食品成分在采用以上途径保护食品成分的同时，也降低了辐射对微生物和醐的作用因此，在实际应用中，需相应地提高辐射处理剂量，以达到食品保藏的目的.氨基酸和蛋白质1氨基酸经辐射后，可鉴定的生成物及生成物的数量都因氨基酸的种类、辐射剂量、氧和水分的存在与否等因素而发生变化若以廿氨酸为例，经辐照后就可得到氢、二氧化碳、氨、甲胺、乙酸、甲酸、乙醛酸和甲醛如果是赖氨酸之类的二氨基一元竣酸，经辐照后，除生成多羟基胺外，还可生成丙氨酸、氨基正丁酸、氧代氨基酸、戊撑二胺、谷氨酸和天冬氨酸具有疏B-Q-基或二硫基的含硫氨基酸对射线的敏感性极强，经辐照后，会因含硫部分氧化和游离基反应而发生分解蛋白质随着辐射剂量的不同，会因琉基氧化、脱氨基、脱梭、芳香族和杂环氨基酸游离基氧化等而引起其一级、二级和三级结构发生变化，导致分子变性,发生凝聚、粘度下降和溶解度降低等变化贮藏肉类需用以上的高剂量进行辐照从辐照肉中分离出来的挥发性物lOkGy质，主要是甲硫醉、链烷烧类和链烯煌类肉类经杀菌剂量照射后，会生成多种微量的挥发性物质，但可以认为，只要所进行的辐照不引起氨基酸的组分发生变化，就不会造成肉类蛋白质的营养性损失水产品经低剂量辐射后也会出现游离氨基酸增加、褐变和酶反应等问题；牛乳经辐照后，风味变化显著，・SH基、・S・S.基增加，粘度增加；蛋清经辐照后粘度下降；小麦（面筋）经辐照后吸水性下降，酶消化性增强.酶2在无氧条件下，干燥的酶经过辐照后的失活在不同种酶之间，一般变化不大;但在水溶液中，其失活过程因酶的种类不同而有差别关于酶因辐照而引起的失活中的分子损伤，目前还了解的不够不过据研究，核糖核酸酶受辐照后形成聚集体，其失活与特定原子团的损伤无关.碳水化合物3研究发现对低分子糖类进行辐照时，不管是固体状态还是水溶液，随着辐照剂量的增加，都会出现旋光度降低、褐变、还原性和吸收光谱变化等现象，而且在辐照过程中还会有、、、等气体生成H2CO CO2CH4多糖类经辐照后会发生熔点降低、旋光度降低、吸收光谱变化、褐变和结构变化等现象在低于的剂量照射下，淀粉粒的结构几乎没有变化，但研究发现，200kGy直链淀粉、支链淀粉、葡聚糖及各种禾谷类、薯类等淀粉的相对分子质量和碳链的长度会降低.脂类4辐射对脂类所产生的影响可分为以下三个方面

①整个理化性质发生变化

②受辐射感应而发生自动氧化变化

③发生非自动氧化性的辐射分解饱和的脂类在无氧状态下辐照时，会发生非自动氧化性分解反应，产生、、H2CO、碳氢化合物、醛和高分子化合物C02不饱和脂肪酸经辐照后也会生成与饱和脂肪酸相类似的物质，其生成的碳氢化合物为链烯燃、二烯烧、二烯煌和二聚物形成的酸.维生素5维生素对辐照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在脂溶性维生素中，维生素的辐照敏感性最强；水溶性维生素中，维生素、E B1维生素对辐照最不稳定维生素的辐射稳定性一般与辐照时食品组成、气相条件、C温度及其他环境因素有关一般来说，食品中的维生素要比单纯溶液中的维生素稳定性强.食品包装材料6选择高分子材料作为辐照食品的包装时，除考虑包装材料的性能和使用效果外，还应考虑到在辐照剂量范围内包装材料本身的化学、物理变化，以及与被包装食品的相互作用某此高分子材料对辐照作用很敏感，介质吸收辐照能后，会引起电离作用而发生各种化学变化如发生降解、交联、不饱和键的活化、析出气体（主要是氢气）、促使氧化反应并形成氧化物（在有氧存在时）

三、食品辐照的生物学效应在较低剂量的电离辐射作用下，能引起某些蛋白质和核蛋白分子的改变，破坏新陈代谢，抑制核糖核酸和脱氧核糖核酸的代谢，使自身的生长发育和繁殖能力受到一定的危害食品辐照的生物学效应也与生成的游离基和离子有关当射线穿过生物有机体时,会使其中的水和其他的物质电解，生成游离基和离子，从而影响到机体的新陈代谢过程，严重时则杀死细胞生物学效应指辐射对生物体如微生物、病毒、昆虫、寄生虫、植物等的影响，这些影响是由于生物体内的化学变化造成的

（一）微生物辐射对微生物的作用

1.

（1）直接效应指微生物接受辐射后本身发生的反应，可使微生物死亡细胞内蛋白质、受损，即分子碱基发生分解或氢键断裂等，由于A.DNA DNA分子本身受到损伤而致使细胞死亡——直接击中学说DNA细胞内膜受损，膜由蛋白质和磷脂组成，这些分子的断裂造成细胞膜泄漏，B.酶释放出来，触功能紊乱，干扰微生物代谢，使新陈代谢中断，从而使微生物死亡

（二）昆虫辐射对昆虫的效应与其组成细胞的效应密切相关的，对于昆虫细胞来说，辐射敏感性与它们的生殖活性成正比，与它们的分化程度成反比处于幼虫期的昆虫对辐射比较敏感，成虫细胞对射线的敏感性较小，高剂量才能使成虫致死，但是成虫的性腺细胞对辐射是敏感的因此，低剂量可造成绝育或引起遗传上的紊乱辐射对昆虫总的损伤作用是致死、“击倒”（貌似死亡，随后恢复）、寿命缩短、推迟换羽、不育、减少卵的孵化、延迟发育、减少进食量和抑制呼吸，这些作用都是在一定剂量水平夏发生的，而在其它剂量下，甚至可能出现相反的效应，如延长寿命、增加产卵、增进卵的孵化和促进呼吸

①立即致死害虫受到射线照射后立即死亡所需要的剂量为立即致死量立即致死剂量往往很大，一般要在几干戈瑞才有效如引起谷象立即死亡的剂量为锯谷盗为

2.7kGy,这种剂量具有杀虫迅速的优点，但费用很高

3.4kGy

②缓期致死害虫受到射线照射后要经过一个星期以上的潜伏期才能大量死亡所需的剂量为缓期致死剂量缓期致死剂量一般在几十戈瑞到几百戈瑞谷象为大豆象80-160Gy,为可作为防治常见精翅目储粮害虫的有效致死剂量840Gyo35Gy

③不孕害虫受到射线照射后，丧失生殖能力，产生不孕现象所需的剂量为不孕剂量这种剂量一般在以下用不孕剂量不仅可以降低照射费用，而且可以避免高剂量80Gy照射对食品的不良影响.植物3辐射主要应用在植物性食品（主要是水果和蔬菜）抑制块茎、鳞茎类发芽，推迟蘑菇破膜开伞，调节后熟和衰老上

①抑制发芽电离辐射抑制植物涔官发芽的原因是由于植物分生组织被破坏，核酸和植物激素代谢受到干扰，以及核蛋白发生变性

②调节呼吸和后熟跃变型果实经适当剂量照射后，一般都表现出后熟被抑制、呼吸跃变后延、慢等现象

③辐射与乙烯代谢不论是跃变型或非跃变型果实，辐射都会对乙烯的产量有瞬时性的促进，从而使呼吸加强（释放的增多）增长的程度因果实的种类、成熟度和辐射剂量而C02异但这种增长极短暂，随即就减低辐射剂量较低的，乙烯的生成量再次上升，达到顶峰后又下降乙烯的变化与呼吸的变化基本是吻合的高剂量辐射后，乙烯不再生成，呼吸也表现出紊乱

④辐射与组织褐变组织褐变是辐射伤害最明显、最早表现的症状，也是其他诸如机械伤害、冷害、病虫害等许多伤害的共同症状作为辐射损伤，即使在低照射量范围褐50-400kGy,变程度也随剂量而增高,并因植物品种、产地、成熟度等的不同而不同。