基本介紹
- 中文名：輻射保鮮
- 外文名：Fruit preservation by irradiation
- 套用：食品殺菌、殺蟲，防霉等處理
- 優點：減少營養損失
- 原理：高能電子束電離細胞物質
定義,輻照對微生物的作用,輻照對食品成分的影響,輻射殺菌的種類,輻射完全殺菌,輻射針對性殺菌,輻射選擇性殺菌,影響因素,溫度,氧氣,保護物質和增感物質,食品中的套用,畜禽肉蛋類,水產類,果蔬類,穀物及其製品,缺點,
定義
輻射保鮮，主要利用鈷60、銫137等放射性元素的γ射線以及電子加速和X射線來輻照果品，使果蔬內部水和其他物質發生電離，生產游離基團，殺滅有害物質，從而保鮮貯藏水果的方法。輻照後延長果品貯藏或貨架期，減少採後損失。
γ射線輻照能夠殺滅病原微生物或抑制其生長，殺滅有害昆蟲，使其不育或降低其繁殖力，延緩水果的成熟過程，抑制後熟和衰老，保持水果新鮮度。即使在完全殺菌的吸收劑量下[25千戈瑞(kGy)]，也不導致果品溫度上升。到1986年，已有美國、前蘇聯、日本等33個國家批准或暫時批准了共19種輻照食品的商業化套用。中國在1984年批准了馬鈴薯等7種輻照食品的商業化套用。全世界已有20多個商業性輻射器用於食品輻照。在世界範圍內已有70種以上的食品允許採用輻照處理延長貯期或貨架期，除蟲或滅菌防腐。
輻照作為一種采後處理技術，其套用前影產限。對某些熱帶水果如杧果、番木瓜和香蕉的輻照除蟲和殺菌防腐雖然是可行的，但比用其他方法，則較不經濟。果品輻照保鮮的成功取決於品種和成熟度、輻照劑量、半透性包裝材料、輻照前化學藥劑處理和貯藏溫度。
輻照對微生物的作用
由於微生物對放射線造成的損傷具有一定的修復功能，故放射線對於不同微生物的致死效果也各有差異。其次，由於微生物受到電離放射線的輻照，細胞中的細胞物質引起電離，產生化學變化，使細胞直接死亡。同時也會對維持生命的重要物質產生影響，致其死亡。例如，存在細胞中的水分，當在放射線高能量的作用下，引起化學反應，分解為OH-及氫原子，從而間接引起微生物細胞的致死作用。
活菌數減少一個對數周期(90%的菌被殺死)所需要的射線劑量稱為D值，單位為“戈瑞”(Gy)，一般常用千戈瑞表示(kGy)。注意此處的D值單位與加熱殺菌的D值單位不一致。
有研究發現，微生物細胞中的脫氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)對放射線反應最為敏感。它直接影響細胞的分裂和蛋白質的合成。
輻照對食品成分的影響
食品受放射線照射後，對成分會產生一定的影響。在碳水化合物方面，首先將引起纖維素、半纖維素、果膠、澱粉等長碳鏈化合物碳鏈切斷，生成葡萄糖、果糖等還原糖。從而使食品機械強度降低、抗菌力下降、黏度變小、澱粉的碘反應色調發生變化、對澱粉酶的敏感性增大。
有些維生素受輻照也會引起變化，最不穩定的是維生素C和B族維生素中的維生素B。這種變化與加熱處理的情況類似。胺基酸受輻照會引起脫氨作用生成胺。含硫胺基酸被分解生成硫化氫和甲硫醇，這是顯著的異臭成分。脂肪是對輻照最敏感的成分之一。放射線的能量可使脂肪的活性亞甲基脫氫，造成一連串的氧化連鎖反應，產生自由基，促進脂肪酸的酸敗。
可以看出，食品受輻射會引起成分的變化，導致異味的發生、過氧化物的增加和物理性質變差，但以上變化一般是利用單一成分進行輻照試驗的。由於食品是由多種成分有機結合及成分之間相互保護作用．整體食品的變化情況與以上不完全一樣。在食品上，對於利用殺菌劑量的輻照，蛋白質並不引起分解，碳水化合物也較為穩定，脂肪的變化也小，食品中的其他成分的變化則更少。另外，在輻照方法上，應儘量採用低溫輻照、缺氧輻照，或利用增感劑以及選擇最佳的輻照時間等，這樣對於減輕輻照對食品的副作用是完全可能的。
輻射殺菌的種類
輻射完全殺菌
處理方式所用的電離輻射劑量足以使微生物的數量減少或使有生存能力的微生物降低到很小程度。在後處理沒有污染的情況下，以目前現有的方法沒有檢出腐敗微生物，也沒有毒素被檢出。這種處理的目的是希望生產出幾乎是無菌的穩定的食品。處理過的食品，只要不再受污染，可在任何條件下長時間保藏。輻射完全殺菌所需的劑量在幾萬戈瑞。
輻射針對性殺菌
這種處理所使用的輻射劑量足以降低某些有生命力的特定非芽孢致病菌(如沙門菌)的數量，結果用任何標準方法都不能檢出病菌的存在。劑量範圍一般為5～10kGy。這種處理不能殺滅所有的微生物，因為食品中有可能存在比對象菌更耐輻射的芽孢菌或其他細菌。因而這種處理方式強調的是食品的衛生安全性，而不能保證長期貯藏的微生物學安全性。因此，這種方法處理的食品貯存時必須有其他手段的配合，如低溫或降低產品的水分活性等。
輻射選擇性殺菌
此處理套用的電離輻射劑量足以提高保藏品質．並可使生存的特定腐敗微生物的數量顯著減少。由於生長在不同食品上的微生物種類不同，這些微生物的耐輻射性也不同．並且殘存的微生物在一定條件下的生長速度也不同，所以這種處理的劑量水平隨食品的種類和處理後貯藏條件和貯藏期要求而異。但一般說來，輻射殺滅微生物一般以殺滅90%微生物所需的劑量來表示．即殘存微生物下降到原菌數的10%時所需用的劑量，並用Dm(或DM)來表示。引起腐敗變質的微生物的耐輻射性都不大，Dm值不大，所以這種處理的劑量範圍多在1～2kGy。與輻射針對性殺菌處理一樣。用這種方式處理過的食品的貯存期是有限的，多數情況下要與冷藏或凍藏結合才能達到一定的貯存期。
影響因素
溫度
在凍結狀態下，微生物對放射線的抵抗性為一般狀態的1．5～2倍。研究者認為，這是由於在凍結時，細胞中自由基和其他反應性物質的移動減少，以致間接致死的效果降低。另一方面，從輻照對食品的破壞來看，溫度的影響非常顯著，表現為溫度越高、破壞性越大。因此，為了使殺菌的副作用減小，一般在較低溫度的環境下進行。
氧氣
一般說來，氧氣的存在，可提高射線殺菌的效果，如沙門菌在厭氧狀態下，對放射線的抵抗力是通氣狀態的3倍。但就放射線對食品成分的破壞而言，厭氧狀態較佳。厭氧狀態下的射線破壞程度不到通氣狀態的1/10。故實際運用放射線做食品殺菌時，仍是在厭氧狀態下進行的。
保護物質和增感物質
將試驗物質放在pH 7．0、0．1mol/L的磷酸緩衝液中，進行D值的比較，使D值增高的(對有機物質起保護作用)成為保護物質，使D值降低的(促進殺菌)稱為增感物質。
胺基酸、葡萄糖等以及其他對生物體有保護作用的一些成分，對微生物受放射線的輻照具有保護作用，特別是半胱氨酸、谷胱甘肽等化合物，是有效的保護物質。經研究發現，增感的物質種類較多，如碘乙酸等，可使微生物對放射線的感受性提高10～100倍。因此，這樣的物質被添加後，射線的殺菌劑量可以減少萃l/10～1/100，但現在能夠用於食品的僅是維生素K。
食品中的套用
畜禽肉蛋類
這類製品腐敗變質主要原因是腐敗細菌引起的，相對於其他新鮮食品，這類製品對輻射處理不是很敏感。因此可以套用上面提到的三種殺菌方式進行輻射處理。
大量研究發現。套用高劑量對肉類進行輻射完全殺菌處理時，由於輻射完全殺菌的劑量不足以使產品中所含的酶完全鈍化，為了獲得常溫下穩定的食品。一般在輻照前都採用適當的熱處理使自溶酶鈍化。然而，高劑量的處理常使產品產生異味。目前減少異味最有效的方法是在一80～一30℃範圍內的冷凍溫度和真空條件下進行輻照。為了防止輻照產品的再污染，輻照前就應將產品真空密封於不透水氣、空氣、光線和微生物的容器中。
蛋類的輻射主要是套用輻射針對性殺菌劑量，其中沙門菌是對象致病菌。但由於蛋白質在受到輻射時會發生降解作用，因而輻射會使蛋液的黏度降低。因此，一般蛋液及冰凍蛋液用電子射線或1射線輻射，滅菌效果都比較好。而對帶殼鮮蛋可用電子射線處理。劑量應控制在10kGy左右，更高的劑量會使蛋帶有硫化氫等異味。
水產類
通過對這些研究的綜合分析，世界衛生組織、聯合國糧農組織、國際原子能機構共同認定並批准，以100—200kGy輻射劑量來處理鮮魚，可以減少微生物，延長鮮魚在3℃以下的保鮮期。
果蔬類
導致水果腐敗的微生物大多是黴菌，通常輻射處理是為了抑制黴菌的生長，因此處理時應注意對劑量的控制。許多易腐水果及製品，如草莓、葡萄等用一定劑量的輻射處理後，均可延長保藏時間。其中，在延遲水果後熟過程方面，對香蕉等熱帶水果的效果較好。此外，輻射處理對果品殺蟲也有一定的效果。蔬菜類輻射處理的主要目的是抑制發芽和延緩新陳代謝作用，效果最明顯的有馬鈴薯、洋蔥，這兩種產品經過0．04～0．08kGy劑量的處理後，可在常溫下貯藏1年以上。更多研究表明，輻射處理大蒜、胡蘿b等也有類似的效果。對於脫水蔬菜(如脫水胡蘿蔔、青梗菜、豆芽菜等)的輻照殺菌，效果也十分顯著。採用6～10kGv劑量範圍的γ射線對其進行輻照，不僅可以有效殺滅脫水蔬菜中的微生物，貯藏保鮮效果可達1年以上，且經生物學檢驗、營養成分分析和吸收劑量測定，各項指標均符合國家相關標準。
穀物及其製品
穀物及其製品的輻照處理應以控制蟲害及黴菌的繁殖為主。針對昆蟲處理所需的劑量範圍按立即致死、幾天內死去和不育要求分別為3～5kGy、1kGy和0．1～0．2kGy。而控制穀類中黴菌所需的劑量範圍在2～4kGy。大米則可用5kGy的輻射劑量進行黴菌處理。高於此劑量時，大米的顏色會變暗，但煮沸時，有黏性增加的效應。對於焙烤製品，如麵包、點心、餅乾和通心粉等，使用1kGy的劑量進行照射處理．就可收到除蟲和延長貯存期的效果。
缺點
(1)經過殺菌劑量的照射，一般情況下，酶不能完全被鈍化。
(2)經輻射處理後，食品所發生的化學變化從量上來說雖然是微乎其微的，但敏感性強的食品和經高劑量照射的食品可能會產生不良的感官性質變化，尤其是對高蛋白和高脂肪的食品特別突出。
(3)輻射保藏方法不適用於所有的食品，要有選擇性地套用。
(4)要對輻射源進行充分的遮蔽，必須經常連續性地對輻射區進行監測檢查。
