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1、第三章 食品原料保鲜原理与技术,第一部分 食品化学保藏,第一节 概述一、概念1.在食品生产和贮运过程中适用食品添加剂提高食品的耐藏性和尽可能保持原有品质的措施，主要作用保持或提高食品品质和延长食品保藏期。2.保藏食品添加剂：,防腐剂抗氧化剂保持质构作用添加剂,3.化学保藏剂（保鲜剂）：任何添加到食品中用于防止或者延迟食品变质的添加物。不包括盐、糖、醋、香料以及熏烟，或者主要功能为杀虫或者草药功能的物质。,二、化学保藏的原理 抑制微生物生长和推迟化学反应发生，在有限时间内保持食品原来品质状态，属于暂时性保藏。,防腐剂只能延长细菌生长滞后期，因而只有未遭细菌严重污染的食品，利用化学防腐剂才有效。抗
2、氧化剂也是如此，在化学反应尚未发生前添加。,并不能改善低质食品的品质，即如果食品腐败变质和氧化反应已经开始，决不能利用防腐剂和抗氧化剂将已经腐败变质的食品变成优质食品。,三、特点,第二节 食品添加剂及其使用问题,一、食品添加剂 1.概念 2.食品添加剂与食品配料的区别,为改善食品的色、香、味以及防腐变质，适应食品加工工艺的需要而加入到食品中的化学合成物质或天然物质。,食品配料：是公认安全的物质，无需进行毒理评价，用量比较大，一般在3%以上，如盐、糖、大豆蛋白、奶油、淀粉、植脂末等。食品添加剂：需要经过毒理学检验，并有一定ADI值。,二、使用原则,符合食品添加剂使用卫生标准，遵守 食品添加剂卫生
3、管理办法。杜绝滥用食品添加剂，尽量少用或不用。,第二部分 食品辐射保藏,第一节 概述辐射保藏：利用原子能射线的辐射能量照射食品或原材料，进行杀菌、杀虫、消毒、防霉等加工处理，抑制根类食物的发芽和延迟新鲜食物生理过程的成熟发展，以达到延长食品保藏期的方法和技术。,缺点,有时酶不能完全失活；,控制适合辐照剂量，可能产生不好的感官性变化；,需较大投资及专门设备产生辐射源，操作人员需采取防护措施；,各国允许辐照食品种类差别较大，多数需特别标注。,Growth,Start,Jump,采用辐射技术加工食品早在20世纪40年代就已开始进行，50年代美国等国家加强了研究，70年代证明了辐照食品的卫生安全性，8
4、0年代各国开始建立规程、法规、标准。,1984年，代表130多个国家的食品法典委员会（CAC）向成员国建议辐照食品CAC标准及辐照食品设施推荐规程。,1980年FAO/IAEA/WHO辐照食品安全联合专家委员会结论：辐照食品总平均剂量10kGy以下不需要做毒理学实验，无特殊营养和微生物学问题。,国内外发展简况,国内外发展简况,从健康环境和安全角度，溴甲烷、二溴已烷和环氧乙烷越来越被禁用，食品辐照可取代化学熏蒸。1997年蒙特利尔公约会议决定发达国家在2005年前、发展中国家在2015年前彻底禁用溴甲烷，这使食品辐照的替代作用更突出。食源性疾病近年来在美国、日本等地多有发生，沙门氏菌、弯曲菌、大
5、肠杆菌、单核细胞李斯特菌、弧菌等所致的疾病与辐照食品近年的发展有明显关联。如1997年美国2500万磅牛肉末受大肠杆菌O157：H7污染，9万人致病，25人死亡，导致了美国历史上最大一次冻汉堡包的回收（约1万吨）。此事件直接导致1997年12月美国FDA批准了红肉辐照。,我国辐射加工食品产业化发展也很快，1984-1994年共批准18种辐照食品，1996年正式颁布“辐照食品卫生管理办法”，1997年公布“辐照食品类别卫生标准”，进一步鼓励对进口食物、食品原料以及国内6大类食品进行辐照处理。,第二节 辐射基本原理,一、辐射类型 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将电磁波
6、分成无线电波、微波、红外、可见、紫外线、X射线和射线。,频率,波长,=C,=C/,低频辐射区1015Hz,高频辐射线1018Hz,E能量,无线电波,微波,红外,可见,紫外,X射线和射线,105Hz 1010 1015 1018 1020,3km 3cm 3m 3nm 0.3nm,410-10 ev 410-5 410-3 4 4102 4k 4M,低频辐射线（非电离辐射）：波长较长、能量小（频率低），仅能使物质分子产生转动或振动而产生热，也可起到加热杀菌作用。高频辐射线（电离辐射）：频率较高、能量大，如X-，-射线，可使物质的原子受到激发或电离，因而可起到杀菌作用（冷杀菌）。,二、-、-、-、
7、X-射线,1.放射性同位素当原子序数在84以上，原子核不稳定，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。自然界中有天然的不稳定同位素，但还有一些是使用原子反应堆及粒子加速器等人工制造。（1）-射线：当同位素中，n：p+1.5:1,从原子核中放射出带2p+和2n的带正电高速粒子流（氦核）称为-射线。（2）-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（np+)np+-(带负电的高速电子)；若核内p+n时(这种情况一般指在加速器中)，p+1.02Mevn+（带正电荷的高速电子）-和+-粒子是带正电荷和负电荷的高速电子。,（3）X-射线 若核内质子在外层电子云
8、中，从K层捕获电子，转变成中子，p+e-n 当K层（低能态）电子被捕获后剩下一空穴，则高能态（外层）电子会捕获进去，释放出能量X-射线（原子核外电子所放出的能量）。（4）-射线 当原子核在发射了-和-射线或k-捕获后，核的能级处于激发态（高能态），当这种激发态回到基态时，原子发出光子流-射线（即不带电荷的粒子流）。,以上这些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穿透程度的能力。,同位素(isotopes),-射线：相对质量较大，电离能力大，穿透能 力小-射线：为-射线质量的几千分之一，穿透能力比-射线大。-射线：电离能力比-、-射线小，但穿透能力比它们大。X-射线：电离能力
9、小，穿透能力很强。,粒子(Beta particles),射线(Gamma rays),2.放射性衰变,每个放射性同位素放出射线后，就转变成另一个原子核，从不稳定的元素变成稳定同位素，原子核转变过程称为放射性衰变。若放射性强度因衰变而降低到原来的一半所需要的时间称为半衰期。,辐射剂量,“剂量”指在辐照场内，单位质量被辐照物质吸收的辐照能量。dQ/dm居里(Ci)放射线单位.1Ci表示和1g镭相同衰变物质的能量伦琴(R)照射剂量测定单位0.001293g标况空气中生成1个静电单位电荷离子,射线或射线的照射剂量,辐照能量的剂量单位,1Kg被辐照物质被吸收1J辐照能量的剂量单位为1戈瑞（Gray,G
10、y)1g被辐照物质吸收1尔格辐照能量的剂量单位为1拉德（rad)(1J=107尔格）,辐照量与吸收剂量,吸收剂量反映的是被照射物质吸收辐照能量的程度；辐照量为或射线辐照场强度的量度，描述的是电磁辐射在空气中的电离程度；居里、伦琴是用于放射量的单位，拉德、戈瑞是吸收剂量的单位。,四、辐射源,人工放射性同位素电子加速器防护设备,第三节 食品辐照保藏原理,辐照效应：物理学效应、化学效应、生物学效应。一、辐射物理学效应（一）原子能射线与物质作用 hM M+e（二）电子射线作用,康普顿散射光电子、康普顿电子、电子对,第三节 食品辐照保藏原理,二、辐射化学效应 由电离辐射使食品产生各种粒子、离子及质子的基
11、本过程：初级辐射，使物质形成离子、激发态分子或分子碎片。次级辐射,使初级辐射的产物相互作用，生成与原始物质不同的化合物。初级辐射一般无特殊条件，而次级辐射与温度等其它条件有关。,酶,氨基酸与蛋白质,糖类,脂类,水,维生素,氨基酸与蛋白质辐照干燥状态氨基酸，主要反应脱氨基作用而产生氨辐照氨基酸水溶液,由于水分子存在会产生辐照间接效应;不同氨基酸、放射线剂量以及有无氧气和水分,得到生成物及其得率均不同,含有巯基和二硫键的含硫氨基酸对放射线有极高的敏感性,会发生羟基化、脱氨、氧化及脱羧反应,放射线引起的-SH基氧化、脱氨、脱羧以及苯酚和多环式氨基酸自由基的氧化反应,会导致蛋白质的结构变化,产生分子变
12、形,凝聚,黏度降低,溶解度变化等,肉接受照射后产生挥发性物质主要有甲硫醇,链状烷烃,链状烯烃,冻结温度下照射，产生挥发性物质,但未发现氨基酸组成发生变化放射线杀菌未引起肉蛋白质营养损失新鲜肉、加工肉都会因放射线照射而发生褐变,酶纯酶稀溶液对辐照很敏感在复杂食品体系中酶很容易被保护起来,钝化时需要相当大辐照剂量无氧条件下,干燥酶经照射后失活,与酶的种类无太大关系,糖类糖的旋光度减少,发生褐变,还原性以及吸收光谱等均发生变化稀释单糖溶液有初级和次级辐照效应辐照多聚糖会降解产生葡萄糖、麦芽糖、糊精等植物组织中的果胶质解聚从而使组织变软;动物组织中的糖原会断裂成小分子,剂量为20Mrad以下时,淀粉粒
13、的构造几乎不变,但分子量减少,链长缩短用2Mrad放射线照射直链淀粉,其平均聚合度由1700降为350,支链淀粉的链长变为15个葡萄糖单位以下与加热处理相比,放射线照射能明显地降低淀粉液的黏度,脂类产生正烷类、正烯类、醛类、酮类等化合物照射后产生的异味对食品的感官品质有很大的影响牛乳脂肪因照射产生巧克力或蜡样气味,尤其鱼脂质,由高度不饱和脂肪酸氧化引起的异味更明显放射线照射促进脂质的自动氧化过程,维生素水溶性维生素中以VC的辐照敏感性最强脂溶性维生素对辐照均很敏感,尤其是VE及VK放射线敏感性最高一般维生素在复杂体系或食品中稳定性比在单纯溶液中稳定性高加热条件下辐照处理维生素损失高于冷冻辐照处
14、理,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、病毒、昆虫、寄生虫、植物等影响，由于生物体内化学变化造成。,（一）微生物,1.辐射对微生物的作用（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。A.细胞内蛋白质、DNA受损，即DNA分子碱基发生分解或氢键断裂等，由于DNA分子本身受到损伤而致使细胞死亡直接击中学说B.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，酶释放出来，酶功能紊乱，干扰微生物代谢，使新陈代谢中断，从而使微生物死亡,（2）间接效应,来自被激活的水分子或电离的游离基当水分子被激活和电离后，成为游离基，起氧化还原作用，这些激活的
15、水合离子与微生物内的生理活性物质相互作用，而使细胞生理机能受到影响。,2.微生物对辐射的敏感性,通常以每杀死90%微生物所需要的戈瑞数来表示，即残存微生物下降到原数的10%所需要的剂量，并用D10值表示：N Dlog=-N0 D10 其中：N0 表示最初的微生物数 N表示使用D剂量后残留的微生物数 D表示初期剂量 D10表示微生物残存数减到原数的10%时的剂量,微生物对辐射的敏感性,一般来说G-G+酵母 霉菌(敏感度),（二）病毒,通常使用高达30KGy的剂量才能抑制,（三）昆虫,辐射对昆虫效应与其组成细胞效应密切相关，辐射敏感性与生殖活性成正比，与分化程度成反比。处于幼虫期昆虫较敏感，成虫细
16、胞敏感性较小，高剂量才能使成虫致死，但是成虫的性腺细胞对辐射敏感。低剂量可造成绝育或引起遗传上紊乱。辐射对昆虫总的损伤作用：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发生，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。,成年前昆虫经辐射可产生不育；辐照过的卵可以发育成幼虫，但不能发育成蛹；照射的蛹可发展为成虫，但成虫不育；用照射可使卵和幼虫有一定的发育能力，但能够阻止它们发育到成虫阶段；用剂量，能阻止所有卵和幼虫、蛹发育到下一阶段；甲虫成虫不育需要，而蛾需要才行
17、；螨需要蛹剂量才能达到不育，30-50KGy才能致死。,（四）寄生虫,辐射可使寄生虫不育或死亡猪肉内旋毛虫，不育剂量，0.12KGy，死亡7.5KGy牛肉绦虫，致死,（五）植物,水果：对于有呼吸变换期水果，在其呼吸率达最小值时是辐射处理关键时刻，在此时辐射能抑制其后熟期，主要是能改变体内乙烯生产率。能使化学成分发生变化，如维生素C破坏、原果胶变成果胶及果胶酸盐、纤维素及淀粉降解、某些酸破坏及色素变化等。,蔬菜辐射可影响新鲜蔬菜代谢反应，其效果与剂量有关。如可改变蔬菜呼吸率，防止老化，改变化学成分。根菜类如土豆、洋葱等辐射后可抑制发芽，在光照下皮层也不发绿，但剂量过高，会腐烂。蘑菇可防止开伞延迟
18、后熟。,思考题,1.辐射有哪些化学效应及生物学效应？2.辐射保藏食品的原理 从辐射效应对微生物、酶、病虫害、果蔬等的影响角度考虑。,第四节 辐射在食品保藏和加工中的应用及其卫生安全性,一、辐射保藏的三种形式1.阿氏灭菌2.巴氏灭菌3.耐贮杀菌,二、卫生安全性,1.有关诱惑放射性 一种元素若在电离辐射照射下，辐射能量将传递给元素中的一些原子核，在一定条件下造成激发反应，引起原子核不稳定，由此而发射出中子并产生-辐射，这种电离辐射使物质产生放射性（是由电离辐射诱发）诱惑放射性。诱惑放射性的可能性取决于被辐射物质性质及所使用射线能量，若射线能量很高，超过某元素的核反应能阈，则该元素会产生放射性。,食
19、品中基本元素氮氢氧2.在轻元素中,放射性同位素半衰期极短(几秒几十分钟),不等到达消费者手中,放射性消失了。,14N 10.5Mev-射线 会产生放射性16O 15.5Mev-射线 会产生放射性12C 18.8Mev-射线 会产生放射性大部分元素核反应能阈都在10Mev以上，目前在食品中允许使用的辐射源只有60Co，（1=1.17Mev，2=1.33Mev）能量10Mev,故不会产生诱惑放射性,3.毒性问题 1980年，联合国粮农组织（FAO），国际原子能机构（IAEA），世界卫生组织（WHO）专家会议认为，在10KGy以内的辐射食品，不需要再进行此剂量范围的毒性试验，在微生物学、营养学上都不
20、存在问题，可以作为“推荐接受”。4.微生物发生变异的危险,辐照食品检测,电离辐射与食品物质的相互作用，可在食品组分上诱发复杂化学变化，主要由自由基过程产生。但是不仅辐照过程可产生自由基，其它一些过程如热处理、光照、金属离子的催化、酶催化、研磨、超声波以及食品储存过程中氧和过氧化物相互作用也可以产生自由基。因此并不是所有化学变化结果都能用来指示食品是否已被辐照，只有其中的一些辐照专一性产物，一些在辐照前后含量有明显变化的产物，或者辐照在食品组成诱导的某些化学特性，才能用于辐照食品检测。,（一）利用辐射对食品成分化学效应检测辐照食品,（1）脂类的辐射变化和含脂辐照食品的检测（A）利用挥发性碳氢化合
21、物和烷基环丁酮检测（B）利用有机过氧化合物检测,（2）蛋白质辐射降解和辐照含蛋白质食品检测（3）利用核酸变化检测（4）利用乙醇辐照化学变化检测辐照酒（二）利用生成长寿命自由基检测辐照食品电子自旋共振法（ESR）,（三）利用热释光和化学发光技术检测辐照食品,（1）热释光（2）化学发光法,辐照在食品保藏中的应用,低剂量(1 KGy)谷物害虫杀灭 抑制发芽 控制猪肉中旋毛虫(Trichinella spiralis)延迟果蔬后熟,中剂量(1-10 KGy)减少肉、禽、鱼中微生物致病菌减少腐败菌延缓草莓及其他水果表面霉菌生长,高剂量(10 KGy),食品商业灭菌,功能改性,杀灭香辛料中微生物,辐照在食品上的应用,肉禽类水产类蛋类,果蔬类谷类及其制品香料和调味品,辐照食品的包装,辐照食品包装使用的材料必须具有透气性低、机械强度高、密封性能好、防潮性好以及耐热、耐辐照等为了增加某些辐照效应可在包装袋内填充空气以外的各种气体或抽真空比较好的辐照包装材料有玻璃纸、人造纤维、聚乙烯膜、聚氯乙烯膜、尼龙、玻璃容器及金属容器等,思考题,辐射诱惑放射性概念辐射保藏三种形式辐照在食品保藏中应用,
