輻照技術在食品中的應用及研究進展

王辰龍　吳翔　徐宏青

摘要輻照技術是一種新型、綠色、高效的加工技術，已經應用于食品加工、化工、材料等諸多領域。主要介紹了輻照技術原理，闡述了輻照對食品中營養成分的影響，及其在食品工業中的應用，并展望了輻照技術在食品工業中的發展前景。

關鍵詞輻照；食品；應用

中圖分類號TS205文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2018）08-0023-03

Application and Research Progress of Irradiation Technology in Food

WANG Chenlong1，WU Xiang2，XU Hongqing2（1.Market Authority for Food and Drug Testing Center of Xian Gaoling District， Xian ，Shaanxi 710200；2.AgroProducts Processing Research Institute ，Anhui Academy of Agricultural Sciences， Hefei ，Anhui 230031）

AbstractIrradiation technology is a new type of high technology and has been used in food processing， chemical industry and material.The principle of irradiation technology is introduced， the influence of irradiation on the nutritional components in food and its application in food industry are expounded， and the future development of irradiation technology in food industry is forecasted.

Key wordsIrradiation；Food；Application

輻照技術是利用60Co、137Cs 等放射性元素產生的γ射線、電子加速器產生的電子束或X射線等，與物質相互作用所產生的物理效應、化學效應和生物效應，對被加工物品進行處理，以達到預期目標的方法。輻照技術具有以下特點：①屬于“冷加工”技術，能較好地保持物質原有的內外在品質。②可對包裝好的產品進行處理，操作簡便、快捷。③沒有化學藥物殘留，不污染環境。④殺蟲、殺菌比較徹底，安全性高。⑤成本低，能耗少，節省能源[1]。

輻照技術是一項新興的高新技術，已經應用于食品加工、化工、材料等諸多領域，并在食品工業中發揮了巨大的實用價值。由于公眾缺乏對輻照食品安全性的了解，導致其發展緩慢。客觀評價輻照食品的安全性，有利于推進輻照技術在食品工業中的應用。

1食品輻照概述

1.1起源

20世紀40年代，美國軍方為了解決軍用食品供給，開始研究食品輻照技術。食品輻照是人類利用核技術開發出來的一種新型的食品保藏技術，食品經過一定劑量的射線或電子束輻射，可消除食品中的病原微生物、破壞生物毒素或抑制某些生理過程，從而達到食品保藏或保鮮的目的[2]。

1.2技術原理

食品輻照是利用原子能，作用于被輻照物質中的“敏感物質”，延緩其某些生理過程，或對食品及其包裝材料進行殺菌、消毒等處理，以達到延長貨架期、保持或改善品質的一項技術。輻照滅菌是作用于微生物內部的DNA、RNA或蛋白質等有機分子，使其發生化學鍵斷裂、分子交聯或堿基序列改變，從而使細菌、病毒、微生物死亡，以達到延長食品儲藏期的目的[3]。

早在1980年，聯合國糧農組織/世界衛生組織/國際原子能機構（FAO/WHO/IAEA）聯合專家委員會根據長期的毒理學、營養學、微生物學資料以及輻照化學的研究結果宣布：總平均劑量不超過10 kGy輻照的食品是安全的，不存在毒理學上的危害，不需要對經過該劑量輻照處理的食品再作毒理試驗[4-5]。隨著試驗方法的

改進和檢測技術的提高，國際食品法典委員會（CAC）在2003年通過了《輻照食品國際通用標準》[6]和《食品輻射加工工藝國際推薦準則》[7]，在法規上取消了食品輻照加工中10 kGy最大吸收劑量的限制[8]。

國外研究食品輻照起步較早，研究時間較長，根據Roberts[9]，Ehlermann[10]的研究表明，食品工業中常用的輻照計量對食品來說是安全的。

2輻照對食品中成分的影響

2.1輻照對水分的影響水是食品的重要組成成分，新鮮的食品、農產品和水產品等都含有大量水分，其水分活度的高低對食品的保藏具有重要影響。水分子受輻照后易發生電離，產生具有很強的氧化性或還原性的過氧化氫、羥基自由基等，使水分活度升高。而食品中富含蛋白質、脂肪、糖類和維生素，易與輻照產生的物質等發生反應，從而破壞營養物質的結構，降低其生理價值。因此食品中的水分是影響輻照品質的重要因素之一[11-12]。

2.2輻照對碳水化合物的影響碳水化合物屬于大分子物質，受輻照后相對穩定。研究證明，低劑量的輻照不會使高含糖量的食品品質發生變化，其營養價值也不因輻射而改變[12]。固態的糖輻照后，易發生分解。輻照溶液中的糖類，主要是由于水電離產生的自由基所造成的，主要產物有甲醛、丙醛、乙二醛、醛糖酸、糖聚合體、脫氧化合物等。輻照低聚糖和多糖，還會發生糖苷鍵的斷裂，形成更小單位的糖類[13]。一般情況下，低劑量的輻照殺菌過程，對糖的消化率和營養價值沒有影響。

2.3輻照對維生素的影響

維生素分子對輻照較為敏感，其影響程度取決于輻照劑量、溫度、氧氣和食物類型[14]。低溫或缺氧狀態下輻照可以減少維生素的損失。輻照對水溶性維生素的破壞主要是由于射線作用于水溶液產生自由基的間接效應所致，各種水溶性維生素接受輻照后，均有不同程度的損失，其中VC對輻照最為敏感，高濃度的VC溶液對輻照的敏感性要高于低濃度溶液。由于在食品中維生素都是與其他物質復合存在，受到一定程度的“保護”，對輻照的敏感性大大降低。脂溶性維生素受到輻照后，也會有不同程度的損失，其中VE最為敏感。輻照所造成的維生素損失，與其他食品加工方式相比（如熱加工）所造成的損失要輕微得多[15]。

2.4輻照對脂肪的影響

脂肪屬于大分子物質，在動物性食品中含量較多，輻照使得脂肪分子加速氧化，出現令人不愉快的異味。氧化程度的高低取決于脂肪的不飽和程度、輻照劑量和氧氣濃度等。有文獻表明，脂肪的氧化程度隨輻照劑量的增加而增加，可通過測定過氧化值來證明。輻照一些高脂肪類的食品，會產生 “輻照異味”[16]，這些異味的產生是由于輻照過程所產生的“輻解產物”，從而影響食品的感官品質[17]。輻照所引起的脂肪氧化和脂肪酸的降解是輻照異味產生的主要途徑。有文獻報道，經輻照的肉制食品中，會產生一些有揮發性的醛類，可通過測定硫代巴比妥酸（TBA）值反映其氧化程度。

2.5輻照對氨基酸的影響

各種蛋白質是由不同數量和種類氨基酸組成，由于食品中游離氨基酸所在環境體系復雜，其經輻照后的反應多樣，主要發生脫氨作用生成長碳鏈脂肪酸，同時產生小分子H2S等。王守經等[18]試驗研究表明，輻照前后生姜中各種氨基酸含量與對照組相比，氨基酸含量變化不顯著，只有蛋氨酸和精氨酸含量減少較多。郭峰等[19]研究，在低溫（-10 ℃）條件下輻照凍干牛肉片，結果表明經4 kGy輻照后，牛肉中各種氨基酸含量變化不顯著。袁芳[20]以豆腐干為研究對象，采用高效液相色譜法（HPLC）測定樣品經輻照前后氨基酸含量的變化情況，結果表明豆腐干經0～10 kGy劑量的輻照后，各種氨基酸含量變化不顯著。

2.6輻照對蛋白質的影響

蛋白質是人體所需八大營養素之一，也是食品主要組成成分之一。蛋白質由氨基酸組成，其結構復雜，共分為4級結構，分別具有不同的生物學功能。食品中的蛋白質與其他成分共同存在于一個體系中，因此輻照對蛋白質的作用機制比較復雜，主要是通過輻照作用于蛋白質所處環境中的水所產生自由基，使蛋白質發生脫羧、氨基氧化、二硫鍵斷裂和肽鏈的降解或交聯反應，改變了蛋白質分子的空間結構，從而改變其某些生物學特性[21-22]。但是在商業允許的輻照劑量下，其蛋白質、氨基酸含量與傳統加熱殺菌所造成的損失相比大大降低。經一定劑量的輻照后，蛋白質所攜帶的過敏原基團被改變，達到了脫敏的效果；其膠凝性、起泡性和乳化性的改變對食品工業帶來了某些有利的作用[21，23]。

3輻照技術在食品工業中的應用

3.1保持食品新鮮度

3.1.1抑制發芽和延緩成熟。

果蔬采后仍進行著有機體的代謝過程，通過呼吸作用消耗能量和養分。如不加以控制，過度的代謝過程會導致果蔬發芽、變色、失水或腐敗，不僅影響感官，甚至會使其失去食用價值，更嚴重者會受到微生物浸染而產生有毒物質，使食用者受到危害。有試驗研究證明，低劑量的輻照可以抑制果蔬發芽，特別是鱗莖類[24]；同時還對果蔬的新陳代謝和果蔬表面微生物起到了抑制和殺滅作用，從而延長了貯存期。

3.1.2防止蟲害。

谷類在貯藏過程中常會受到蟲害的影響，對谷物進行輻照處理是預防蟲害的有效手段。谷類及其制品經輻照后，γ射線產生的一系列效應，使害蟲及蟲卵的遺傳物質和蛋白質等發生不可逆變化，造成害蟲死亡或不育。此外，輻照還可以除去因貯藏環境不當導致糧食霉變的真菌毒素等。試驗研究[25-26]也證明，低劑量的輻照可以達到良好的殺蟲抑菌效果，同時保證了糧食的營養與加工特性。

3.1.3果蔬保鮮。

王少丹等[27]研究電子輻照可以殺滅青椒表面食源性致病菌大腸桿菌和李斯特菌，同時可以抑制蔬菜中酶的活性，相應地降低植物體的生命活力，從而延長保質期。王秋芳等[28]研究表明，輻照可有效殺滅葡萄表面的霉菌、酵母菌和大腸桿菌。楊俊麗等[29]研究表明，經3.5 kGy輻照后的草莓，可以延長貯藏期，對其口感和品質沒有顯著影響。其他研究也表明，低劑量的輻照對多數果蔬都能起到一定的保鮮作用，而不影響其品質和主要營養成分，達到延長貨架期的目的。

3.1.4畜禽水產的保鮮。

哈益明等[30]研究表明，用γ射線輻照對禽類產品細菌的滅除率可達到99%以上，只需要5 kGy安全輻照劑量即可。李俐俐等[31]研究了γ射線輻照對蝦仁中葡萄球菌的殺滅作用，在輻照劑量達到6 kGy時有較好的效果。多數研究結果表明，在低劑量輻照后，食品中蛋白質的含量變化不顯著，只有少部分蛋白質的3級結構、4級結構發生改變，導致蛋白質的部分生物學功能喪失，由此引起了生物體代謝功能改變或喪失代謝機能等過程，從而達到保鮮的目的。

3.1.5調味品保藏。

調味品的輻照主要是對香料和調味品進行殺蟲和滅菌，不但有效抑制了微生物，同時還保證其原有的香辛味。陳廣球[32]研究采用7.9 kGy輻照黑胡椒后，細菌、霉菌和大腸菌群均符合國家標準。

3.2改善食品品質

3.2.1改善谷類品質。

輻照除了殺菌保鮮外，還可以改善食品的品質。小麥粉經輻照后吸水量、面團穩定性及粉質摻和值都有了一定的改善，主要是因為輻照改變了淀粉的結構與特性，同時也影響到了小麥蛋白的功能特性，這對改良面粉工藝具有重要意義。有試驗研究[33-34]證明，輻照處理后的水稻，其蒸煮性和食用品質都得到了改善。電鏡掃描結果表明，經輻照后的淀粉顆粒結構發生改變，直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例發生變化，從而影響了淀粉的黏度等特性[35-36]。

3.2.2改善酒類品質。通過輻照處理可以加速酒類的老化過程，改善酒的品質。黃酒是以糯米為原料，經過糖化發酵而成。其經過輻照后，氨基酸總量有明顯增加，改善了黃酒的風味，還提高了黃酒的營養價值[37]。周建儉[38]研究了釀造啤酒的主要原料大麥經γ射線輻照后對啤酒產出率的影響，試驗結果表明，經1～3 kGy輻照后的大麥可以提高啤酒的產出率。還有試驗證明，對酒進行輻照會產生揮發性風味物質，使酒變得醇厚，說明輻照對酒也具有一定的催陳作用。

3.2.3降低農藥殘留。

有試驗證明[39-41]，輻照可以有效降解食品中的農藥殘留，且降解產物安全，有效地保證了食品的安全性。劉春泉等[42]研究表明，對氯霉素含量較高的河蝦經4 kGy的60Co輻照后，可使河蝦中氯霉素的殘留量減少50%。

4發展現狀及展望

經過多年研究與發展，輻照食品的安全性已得到越來越多國家的承認。同時輻照食品在滅菌、保鮮等方面顯示出其優越性，受到廣泛關注。目前，食品輻照技術的推廣還有許多問題需要解決。我國的食品輻照技術研究應與國際同步，在國際上得到認可，從而減少輻照食品進出口貿易的壁壘；加大科學宣傳，提供權威資料，順利推進食品輻照技術商業化，引導消費者正確認識與接受；構建完善輻照食品標準，加強市場監管，建立符合我國實際的輻照食品安全體系。今后一段時期，食品輻照技術的研究熱點主要集中在：食品營養的提升與輻照工藝的關系；輻射降解藥物殘留的安全性研究；輻照滅菌保鮮機理的研究。

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