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輻照殺菌技術


  輻射滅菌是利用電離輻射殺死大多數物質上的微生物的一種有效方法。用于滅菌的電磁波有微波、紫外線(UV)、X射線和γ射線等。它們都能通過特定的方式控制微生物生長或殺死微生物。例如微波可以通過熱產生殺死微生物的作用;紫外線使DNA分子中相鄰的嘧啶形成嘧啶二聚體,抑制DNA復制與轉錄等功能,殺死微生物;X射線和γ射線能使其它物質氧化或產生自由基(OH·H)再作用于生物分子,或者直接作用于生物分子,打斷氫鍵、使雙鍵氧化、破壞環狀結構或使某些分子聚合等方式,破壞和改變生物大分子的結構,從而抑制或殺死微生物。

  簡介

  即使可見光在長時間照射后,也能損害微生物或殺死它們,因為所有光合生物含有葉綠素(或細菌葉綠素)、細胞色素、黃素蛋白等光敏感色素,它吸收光能變成激發態或被活化,并將吸收的能量轉移到氧,產生氧自由基作用于細胞,導致機體突變或死亡。輻射滅菌的效果受其它因子制約,例如光可使嘧啶二聚體解體,降低紫外線作用效果,氧可提高X射線或γ射線作用效果等。實行輻射滅菌的裝置包括微波爐、紫外光燈、陰極射線管、X射線發生器、放射性核素等。商業上用于大量物品滅菌使用的放射性源是鈷-60和銫-137,它們發射出γ射線,相對而言比較廉價。輻射滅菌用途很廣,例如醫療器械和用具(如注射器燈)、食品、實驗室的許多塑料制品和多種培養基都是用這種方法滅菌。

  食品輻射(或輻照)殺菌是利用一定劑量的波長極短的電離射線對食品進行殺菌(包括原材料),放射線同位素鈷60、銫137產生的γ-射線或低能加速器放射出的β-射線對包裝食品進行輻照處理。延遲新鮮食物某些生理過程(發芽和成熟)的發展,或對食品進行殺蟲、消毒、殺菌、防霉等處理,達到延長保藏時間,穩定、提高食品質量目的的操作過程。在食品殺菌常用的射線有χ-射線、γ-射線和電子射線。電子射線主要由電子加速器中獲得,χ-射線由χ-射線發生器產生,γ-射線主要由放射性同位素獲得,常用的放射線同位素有60Co和137Cs。γ-射線的穿透力很強,適合于完整食品及各種包裝食品的內部殺菌處理,電子射線的穿透力較弱,一般用于小包裝食品或冷凍食品的殺菌,特別適用于對食品的表面殺菌處理。

  起源

  輻照殺菌技術起源于1943年美國麻省理工學院為美國軍方從事"射線對漢堡包處理"的研究開始,至今已有63年的發展史。1970年,由美、蘇、英、荷、中、法、丹、德、加、日、意等24國簽訂協議,制定了國際食品輻照計劃(IFIP),此計劃由FAO(聯合國糧農組織)、IAEA(國際原子能機構)主持,WHO(世界衛生組織)參加制定,根據IFIP連續6年的國際合作研究結果表明:食品、藥品輻照過程,實質上是一種物理過程,正如熱加工和冷藏一樣。其結論是"任何食品、藥品當其總體平均吸收劑量不超過10kGy(1百萬特拉)時,不需再做毒性試驗,營養學和微生物學上也是安全的",因此稱之為"國際安全線"。1984年食品法典委員會(CAC)向成員國建議輻照食品CAC標準及輻照食品設施推薦規程。

  節省能源、安全可靠、效果好、成本低的包裝食品殺菌技術相繼得到開發和應用,大大促進了包裝食品的生產與發展。食品容易變質,所以食品與肉制品行業一直在努力尋找有效的食品防腐方法。有人大力推薦輻照方法,稱其為最佳的滅菌或冷殺菌方法,可使致病菌減少至安全食用的水平。

  加拿大、以色列、法國、日本等國家普遍使用放射物質鈷60,它放射出的強力γ射線可徹底摧毀細菌的遺傳因子,徹底破壞他們的生理活性,使用高劑量時幾乎可以消滅任何細菌。

  常見的污染食品的致病菌有埃希氏大腸菌、沙門氏菌、Campylobacter菌以及常提到的污染肉及肉制品的李斯特菌。為更有效地抑制致病菌和生產出符合衛生標準的食品,科研人員和食品工程師一直在努力進行有關的研究工作?,F有的方法各有所長,有些情況下還會影響食品的質量、口感和風味。

  對肉制品行業來說,屠宰后的家畜胴體通常要用醋酸、乳酸或氯水配成的液體進行沖洗,再用蒸汽和真空方法進行清洗,以除掉表面的污物。然后進行剝皮,并用鹽水浸泡。肉制品的加工過程可能會包括高溫烹煮、巴氏殺菌或紫外光照射處理等過程。

  種類

  輻照完全殺菌

  將密封包裝后的食品以2500~5000千拉德輻照,能使所有損壞食品的致病性微生物死滅,從而達到商品消毒目的。輻照前可在食品中加入食鹽和三磷酸鈉等,能減少食品的水分損失,又能增強射線對細菌的殺傷能力。經輻照完全殺菌法處理后的牛肉、雞肉、火腿、豬肉、香腸、魚蝦等在常溫(21℃~38℃)下能貯藏2年以上,可保持色香味佳。

  輻照消毒殺菌

  劑量100~1000千拉德,可有效地限制有損大眾健康的生物及致敗性微生物生長,能有效清除對高蛋白質食品如肉類、乳制品、蛋制品危害極大的沙門氏菌,用50萬拉德照射,就能使之成億倍減少,也能殺死冷凍食品深處的沙門氏菌?,F全世界已有20多個國家批準應用輻照殺菌的食品供人類食用,如雞肉、豬肉、鮮魚、蘑菇、香料、土豆、大米、洋蔥、小麥等。輻照食品安全可靠,經世界各國40多年實踐證明,輻照食品從未發現有放射性物質殘留,能保持原有質量和色香味。在美國,輻照食品已帶上太空,宇航員食用后證明對身體也無害。輻照食品的優點是保藏期長,照射一次可保鮮數年,既殺死細菌,又抑制與延緩食品本身的新陳代謝,消除了食品變質根源。輻照殺菌可節省大量能量,任何食物用輻照法殺菌后僅采用普通包裝便可貯藏,省去大量制罐、冷凍冷藏等材料以及能量,以輻照保藏已可代替部分冰箱。

  機理

  射線輻射對食品的作用分為初級和次級,初級是微生物細胞間質受高能電子射線照射后發生的電離作用和化學作用,次級是水分經輻射和發生電離作用而產生各種游離基和過氧化氫再與細胞內其它物質作用。這兩種作用會阻礙微生物細胞內的一切活動,從而導致微生物細胞死亡。食品輻射殺菌的目的不同,采用的輻射劑量也不同,完全殺菌的輻照劑量為25~50kGy,其目的是殺死除芽孢桿菌以外的所有微生物。消毒殺菌的輻射劑量為1~10kGy,其目的是殺死食品中不產芽孢的病原體和減少微生物污染,延長保藏期??傊?,對于不同的微生物,需要控制不同的輻射劑量和電子能量。

  輻射殺菌

  水產品、肉制品、蛋類、蜂花粉經射線輻照后能較長時間保存。肉類制品經預處理后,真空密封包裝和冷凍,-40℃輻照,對肉制品無不良影響。經輻射完全殺菌的牛肉、雞肉、火腿、香腸、魚蝦在常溫下皆可貯藏較長時間,若在低氧或無氧條件下處理則貯藏時間更長。蛋類輻照殺菌一般用10kGy左右的劑量便可殺滅沙門氏菌,鮮蛋若用80kGy的電子射線照射后,涂上聚乙烯醇塑料薄層,于28℃~30℃貯存一個多月,好蛋率達91.0%~91.3%,蛋液及冰凍蛋液可用β-及γ-射線輻照,滅菌效果良好。蜂花粉用1.0kGy的劑量照射,能有效地殺滅花粉中的微生物,花粉的溫升也不明顯,這對保存花粉的營養成分是十分有好處的。除此之外,輻射還廣泛用于包裝材料和包裝容器的表面殺菌,一般劑量為20~30kGy便可達到殺菌要求。高壓電子束則適用對單層薄膜進行殺菌處理。

  輻照作用

  折疊殺蟲消毒滅菌

  原理為:在輻照過程中,伽瑪射線穿透輻照貨箱內的貨物,作用于微生物,直接或間接破壞微生物的核糖核酸、蛋白質和酶,從而殺死微生物,起到消毒滅菌的作用。

  其優點:由于射線的穿透力強,可殺滅大小包裝、散裝、液體、固體、干貨、鮮果內部的病菌和害蟲,尤其適用于一些不宜進行加熱、熏蒸、濕煮處理的食品。輻照加工屬于冷加工,不會引起食品內部溫度的明顯升高,因而易于保持食品的香味和外觀品質。例如輻照保藏的馬鈴薯可抑制發芽,飽滿而不發皺,硬度好,養分也沒有明顯的損失,與冷藏或化學保藏的馬鈴薯比較,有較強的競爭力。食品輻照是物理加工過程,不需添加化學藥物,沒有藥物殘留,也未發現感生放射性,不污染環境,是一種安全環保的食品加工法。輻照加工可以改進食品的工藝質量。例如輻照的牛肉更嫩滑,輻照酒可提高陳釀度,輻照的大豆易于消化吸收等。輻照食品可殺滅沙門氏菌和寄生蟲,改進食品衛生質量。

  高劑量完成滅菌的食品適于醫院特需病人、宇航員、航海、登山、探險和地質隊的特殊需要。輻照食品能在常溫下長期保存,便于長途運輸和國際貿易。由于輻照能徹底殺蟲滅菌,可作為一種特別檢疫措施,防止病蟲害的傳播。

  技術特點

  1、可以在常溫或低溫下進行,處理過程食品溫升很小,有利于維持食品的質量;

  2、射線(如γ-射線)的穿透力強,可以在包裝下及不解凍情況下輻照食品,殺滅深藏在食品內部的害蟲、寄生蟲和微生物;

  3、輻照過的食品不會留下任何殘留物;

  4、和食品冷凍保藏等方法相比,輻照保藏方法能節約能源;

  5、可以改進某些食品的工藝和質量;

  6、需要較大投資及專門設備來產生輻射線(輻射源)并提供安全防護措施,保證輻射線不泄露;

  7、對不同產品及不同輻照目的要選擇控制好合適的輻照劑量,才能獲得最佳的經濟效應和社會效益。

  8、輻照食品標簽上要加以標注。

  裝置

  一種是利用鈷-60伽瑪源,一種是利用加速器。他們兩者的比較,從射線的發射功率上來講,14KW的加速器,相當于100萬居里的鈷-60放射源;但由于鈷-60源是呈球形狀發射射線,所以對射線的利用率低,大約只有20%,其它方向的射線都被浪費,而加速器的射線方向是一個方向,對射線的利用率高,達93%以上。所以如果將射線的利用率考慮在內,則14KW的電子加速器相當于460-470萬居里的放射源。

  加速器可以發射兩種不同的粒子:電子束和X射線;其對被輻照物質的輻照效應來講是一樣的。我們也可以采用移動靶技術,按照我們的需要來及時選取不同的射線粒子進行輻照-但一般情況下不這么做,因為由電子轉化成X射線的轉化過程中有大量的功率被損耗。X射線的物理性質和伽瑪射線的完全一樣。

  主要應用領域

  1、利用電子束輻照快速晶閘管、芯片,可改變優化產品的性能。

  2、降解水產品、蜂制品中殘留氯霉素,達到出口國的農藥殘留衛生標準。

  3、農副產品、食品、海、水產品的保鮮。達到殺菌、殺蟲、抑制發芽、延長貨架期的目的。

  4、一次性醫療衛生用品的消毒滅菌(醫用敷料、紗布、手套、手術用醫療器械等)

  5、中成藥、保健品的殺菌利用電子束,能有效殺死中成藥、保健品中的各種有害病菌,達到實用衛生要求。

  6、黃玉、珍珠、水晶致色,提高產品品質,增加產品附加值。

  7、高分子材料的降解。利用電子束降解PTFE,獲取微米級和納米級超細粉。

  8、寵物飼料的殺菌。利用電子束能有效殺死寵物飼料中各種細菌,特別是沙門氏菌。從而達到寵物食用的衛生標準。

  9、各種玩具的殺菌。為了保證各種玩具在生產過程中產生的細菌污染會直接影響到兒童的身體健康,要對它進行電子束殺菌,從而達到衛生要求。

  10、化妝品原料中的有害菌和化妝品在生產中因污染產生的細菌將對皮膚帶來潛在危險,而高溫滅菌又會破壞化妝品自身的特性,影響其質量,利用電子束滅菌是在常溫下進行的,對于不耐高溫的化妝品是一種理想的滅菌方法。

  11、商品養護(防霉)。各種商品經電子束輻照后可起到防霉作用,從而達到對商品的養護。

  發展狀況

  美國目前有一個很明顯的趨勢,就是采用輻照方法完成肉或肉制品的全部殺菌操作。盡管美國的這種輻照殺菌的趨勢已十分明朗,但歐洲卻有些反其道而行之。歐洲對輻照殺菌的應用很少,每年大約只有5萬噸。其中荷蘭約有1.8萬噸輻照殺菌的食品,法國有2萬噸,比利時有1萬噸,其它歐洲國家每年只有2000噸。輻照殺菌對于冷凍禽肉、海產食品、草本食品配料和調味品、蔬菜干制品、蛋粉、奶粉、元蔥、馬鈴薯、大蒜及水果的催熟等,應慎用。英國已批準了這方面的應用,并于1991年授權Isotron公司獨家從事食品的輻照殺菌業務。該公司所處理的食品產品不允許超過3年。

  從世界范圍看,輻照殺菌已在40多個國家獲得批準使用,其中有21個國家正在大量使用。大約有40種食品獲準采用輻照殺菌,每年的處理量約為50萬噸。與熱殺菌不同的是,行業內都把輻照殺菌稱為"冷殺菌"。

  美國食品藥品管理局(FDA)1985年批準將輻照殺菌用于殺死豬肉中的旋毛蟲。5年后,FDA批準了禽肉的輻照殺菌。直到1993年美國農業部才批準了這項應用。1997年FDA批準了輻照殺菌對紅肉的應用,而美國農業部尚未批準該項應用。

  而在歐洲,盡管有個別國家曾對禽肉和海產食品等做過輻照殺菌,但對紅肉的輻照尚無先例,歐盟也無相關法規。據說歐洲委員會正在制訂將用于歐洲各國的輻照食品方面的法規和標準。預計這些法規與標準能在2000年正式實施。同時,歐洲委員會也以開出了能應用輻照殺菌的食品清單。正式批準使用的只有草本食品配料和調味品。

  如果這些法規的實施范圍未超出現有法規,則法國、比利時與荷蘭就會停止對禽肉制品的輻照,當然也不會用輻照方法對紅肉制品進行殺菌處理了。

  英國Isotron公司的市場部經理AndySpry博士表示,推廣輻照殺菌遇到的最大問題是消費者的擔憂。他說,很難讓公眾及食品經銷商相信輻照殺菌系統是安全的,有些大的經銷商曾經也認識到輻照殺菌技術是安全的,但因為激烈的市場競爭,他們只關心其市場分額、營業成本和風險,尚未看到輻照殺菌的好處。他們只關注非輻照產品,誰也不愿在應用輻照殺菌技術方面做第一。但關于輻照殺菌的話題已從"是否安全"轉到"是否有必要采用"了。

  Puridec公司是世界上能為輻照工廠提供輻射源鈷60棒的兩家供應商之一,其市場開發部經理CathieDeeley博士說,"關于輻照殺菌的安全性,所有能做的都做了,能說的也都說了?,F在能做的就是不要停止,不斷推廣。"

  這些業內人員都表示,食品輻照殺菌規模太小,需要一個有市場號召力的企業來牽頭,整個食品行業也需要一個推廣和宣傳的運動。

  在1998年第5屆歐洲肉類加工年會"Meat98"上,Puridec公司的RogerLangley先生指出,如果不進行必要的宣傳與培訓,我們聽到消費者的議論肯定是"天然食品安全,輻照食品不安全"。事實上恰恰相反,有些天然食品的安全性就不如輻照食品好。我們將推出一項精心設計的宣傳活動,按產品類別分別介紹輻照防腐的切實需求和益處,是公眾了解它對消費者和食品加工業有何價值。

  FoodTechnologyService公司的總裁與首席執行官E.W.PeteEllis先生正在與ColoradoBoxedBeef公司共同推進對紅肉進行輻照殺菌。他表示,對消費者的培訓需要公共衛生部門的官員提供支持與引導。他說,我不相信大的禽肉生產商對輻照技術的應用會猶豫不決,但他們的邏輯還是比較謹慎的。就像他們說要等消費者需要時再不輻照食品送上。這就有點脫離實際了。因為消費者的需要在市場上表現出來之前是無法確知的。所以對新產品,應盡管先讓其上市。這是否有點像"先有雞還是先有蛋"這個哲學問題?

  國外

  1896年--明克(Minck)經實驗證實X-射線對原生蟲有致死作用。

  1921年--斯徹瓦特日(Schwatz)使用X-射線殺死肉中的旋毛蟲(Trichinella Spiralis)并獲得美國專利。

  1930年--烏斯特(Wüst)證實"所有食品包裝在密封金屬罐中,再用強力倫琴射線照射可殺滅所有細菌",并獲得法國專利。

  第二次世界大戰結束后--隨著放射性同位素的大量應用和電子加速器等機械輻射源的問世,促進了射線處理食品的發展。

  1953年--艾森豪威爾(Eisehower)促使美國軍方深入研究食品輻照。

  1957年--美國軍方負責,為期5年的輻照食品研究計劃啟動,投入了大量人力、物力。

  1960年--在美國軍隊開始試用輻照食品。

  1963年--在美國軍方Natick實驗室舉行首次輻照食品國際會議。

  1965年--加拿大建立起世界最大的馬鈴薯輻照工廠。

  1970年--FAO/IAEA/WHO的專家在日內瓦會議上確立食品輻照領域的國際計劃(IFIP)。

  1976年--聯合國糧農組織認為五種輻照產品(即馬鈴薯、小麥、雞肉、木瓜和草莓)是絕對安全的。

  1978年--世界用于輻照消毒滅菌的60Co工廠有80家(其中60家用于醫療消毒)。

  1980年--FAO/IAEA/WHO的會議認為,受輻照食品平均吸收劑量10千戈瑞(kGy)及以下,沒有毒性危害,無必要再進行毒性試驗。

  1988年--世界用于輻照消毒滅菌的60Co工廠發展到182家,全世界輻照食品產量約50萬噸。

  1997年以后--WHO進一步廢除10 kGy的上限量,國際食品法規委員會(CAC)相繼提出輻照食品的通用標準及法規。

  國內

  1958年--開始食品輻照研究工作。

  七十年代中期--國內多個地區相繼進行輻照保藏食品的研究,輻照品種有肉類、水產品、水果、干果、蔬菜、糧食、蛋類等。

  八十年代--食品輻照已進入一定規模的生產階段

  九十年代初--我國建成輻照裝置近150多臺,其中設計裝機能量1.11×1016貝可以上的裝置超過50座。

  1984年~1997年--國家衛生部頒布的食品輻照衛生標準基本覆蓋了絕大部分食品。

  影響

  色澤

  輻照處理對各種食品色素的影響不同。植物性色素對輻照處理較穩定,動物性色素對輻照敏感。輻照的水解物能導致肌紅蛋白和脂肪的氧化,引起褪色。輻照能加深冷凍禽胸肉穩定的紅色或粉紅色,紅色的加深依據于肉的種類、肌內的類型、輻射的劑量、包裝材料的不同而不同。根據Nhm等人的報道,經輻照的肉,其還原性增加,產生CO,CO與血紅色素強烈親和,提高了紅色或粉紅色的強度。據相關的研究報道,用低于1%的CO輔以氣調包裝可以保持肉穩定的草莓紅色,紅色保持8周,并延長了其貨架壽命。Kusmider進一步研究指出,包裝時添加低于1%的CO能大大地改善新鮮牛肉末的色澤和風味,在4.5kGy的劑量輻射時,CO能降低脂肪氧化,并提供一種穩定的草莓紅顏色。也就是說,用CO包裝并輔以低或中劑量的輻照,能給鮮牛肉末帶來怡人的安全的顏色,且品質損害最小。

  氣味

  輻照處理一般都會使食品特有的香氣損失,同時也產生令人不愉快的"輻射臭氣味",尤其是肉類食品。Pratl報道,用24kGy劑量輻照處理生火腿有臭味產生。Nam等人比較了火雞雞胸肉的有氧包裝和真空包裝的輻照效果,實驗指出:輻照時會產生揮發性的異味,伴隨著脂肪的氧化和揮發性硫的生成,有氧包裝的異味較在胡氧包裝的火雞雞胸肉的揮發性物質的形成隨著輻射劑量的增加和貯藏時間的延長而增加。Ahn等人指出,含硫化合物是輻照冷凍豬肉產生異味的根源。蛋白質的輻照水解物在輻照肉產生異味方面起著重要作用。

  質地

  低劑量輻射處理食品不會對食品質地產生明顯的影響,相反還可以抑制軟化,破壞一些引起果實后熟的有關酶的活性,延緩一些水果后果熟。高劑量輻照處理食品時,都會有不同程度的軟化作用,這種軟化是由食品大分子物質的解聚而引起的。Setsuko等人實驗指出:用具有300kV或低一些的電子輻照干物料的表面能去除污染(如豆子、香辛料、脫水蔬菜和茶葉),不會產生有害作用。用170kV的電壓處理大豆,可減少微生物的數量到不可檢測的水平。用軟電子處理的大豆,其豆乳的膠凝性質比高壓殺菌的豆乳要好,用軟電子殺菌能改善大豆用于加工豆乳和豆腐的品質。Mckenna等人指出,輻照能增加鮭魚的感官嫩度和汁液評分,增加鯰魚片的風味強度。

  輻射

  食品在正常推薦的劑量輻射后其營養成分,如蛋白質、糖類、微量元素及礦物質的損失很少,但維生素和脂肪對輻照敏感。維生素經輻射后的損失程度與食品種類、輻照劑量、溫度、氧量及維生素的種類有關,一般來說,脂溶性維生素較水溶性維一素對輻照敏感。用殺菌劑量比較輻照處理與加熱處理食品的水溶性維生素的破壞作用,可以發現兩者幾乎沒有差別,而脂溶性經維生素損失較大,尤以維生素E、K損失是大。在水溶性維生素中維生素C損失最大,煙酸損失最小,脂肪經高劑量輻射后,因氧化反應產生的自由基及其衍生物會促進脂肪的氧化而使其發生酸敗變性,導致脂肪的消化吸收率降低。

  輻照劑量

  1、輻照目的

  2、輻照品種

  3、輻照源的強度

  4、食品的輻照物理化學效應

  5、劑量率

  6、安全防護設備

  狀態

  1、食品種類

  2、食品化學組成分及組織結構

  3、食品生長發育階段、成熟狀況、呼吸代謝的快慢

  4、污染的微生物、蟲害等種類與數量

  環境條件

  1、氧氣

  2、溫度

  協同作用

  1、低溫下輻照

  2、添加自由基清除劑

  3、使用輻照增敏劑

  4、與其它保藏方法并用

  5、選擇適宜的輻照裝置。

  劑量測量

  強度與比度

  1、放射性強度

  又稱放射性活度,是度量放射性強弱的物理量。

  曾采用的單位有:

  (1)居里(Curie簡寫Ci)

  若放射性同位素每秒有3.7×1010次核衰變,則它的放射性強度為1居里(Ci)。

  (2)貝可勒爾(Becqurel,簡稱貝可Bq)

  1貝可表示放射性同位素每秒有一個原子核衰變。

  (3)克鐳當量

  放射γ射線的放射性同位素(即γ輻射源)和1克鐳(密封在0.5mm厚鉑濾片內)在同樣條件下所起的電離作用相等時,其放射性強度就稱為1克鐳當量。

  2、放射性比度

  將一個化合物或元素中的放射性同位素的濃度稱為"放射性比度",也用以表示單位數量的物質的放射性強度。

  照射量

  照射量(Exposure)是用來度量X射線或γ射線在空氣中電離能力的物理量。

  使用的單位有:

  (1)倫琴(Roentgen,簡寫R)

  (2)SI庫侖/千克(C·kg-1)

  吸收劑量

  1、吸收劑量單位

  (1)吸收劑量

  被照射物質所吸收的射線的能量稱為吸收劑量,其單位有:

  (1)拉德(rad)

  (2)戈瑞(Gray,簡稱Gy)。

  (2)劑量率

  是指單位質量被照射物質在單位時間內所吸收的能量。

  (3)劑量當量

  是用來度量不同類型的輻照所引起的不同的生物學效應,其單位為希(沃特)(Sv)。

  (4)劑量當量率

  是指單位時間內的劑量當量,單位為Sv·s-1或Sv·h-1。

  2、吸收劑量測量

  (1)國家基準--采用Frickle劑量計(硫酸亞鐵劑量計)

  (2)國家傳遞標準劑量測量體系--丙氨酸/ESR劑量計(屬自由基型固體劑量計),硫酸鈰-亞鈰劑量計,重鉻酸鉀(銀)-高氯酸劑量計,重鉻酸銀劑量計等

  (3)常規劑量計--無色透明或紅色有機玻璃片(聚甲基丙烯酸甲酯),三醋酸纖維素,基質為尼龍或PVC的含有隱色染料的輻照顯色薄膜等

  保藏原理

  物理學效應

  (一)α射線和γ射線與物質的作用

  1、光子

  2、光電子

  3、康普頓散射

  (二)電子射線的作用

  1、庫侖散射

  2、軔致輻射

  3、契連科夫(Cerenkov)效應

  化學效應

  (一)水

  純水輻照的化學效應應可概括為圖

  (二)蛋白質和酶

  1、導致某些蛋白質中二硫鍵、氫鍵、鹽鍵和醚鍵等的斷裂

  2、促使蛋白質的一級結構發生變化

  3、發生脫氨基作用、脫羧作用和氧化作用

  4、蛋白質水溶液經射線照射會發生輻照交聯

  5、多數食品酶對輻射效果有很大的阻力,有助于酶制劑的輻照處理。

  (三)糖類

  1、純態糖類經輻照后發現有明顯的降解作用和輻解產物形成

  2、混合物的降解效應通常比單個組分的輻解效應小。

  (四)脂類

  主要是輻照誘導自氧化產物和非氧化的輻照產物,因而飽和脂肪酸比較穩定,不飽和脂肪酸容易氧化,出現脫羧、氫化、脫氨等作用。

  (五)維生素

  1、脂溶性維生素

  (1)最敏感:維生素A和E

  (2)穩定:維生素D

  2、水溶性維生素

  (1)最敏感:維生素B1和C

  維生素輻照損失數量受劑量、溫度、氧氣存在與食品類型等影響。一般來說,在無氧或低溫條件下輻照可減少食品中任何維生素的損失。

  (六)食品包裝材料

  輻照巴氏滅菌條件下(10~30kGy),所有用于包裝食品的薄膜的性質基本上未受到影響,對食品安全也未構成危害。

  生物學效應

  食品輻照的生物學效應與生物機體內的化學變化有關,不同物質達到各種生物效應所必需的劑量各有不同。

  表用β和γ輻射線達到各種生物效應所必需的劑量

  (一)微生物

  輻照保藏主要是直接控制或殺滅食品中的腐敗性微生物及致病微生物。

  電離輻射殺滅微生物一般以殺滅90%微生物所需的劑量(Gy)來表示,即殘存微生物數下降到原菌數10%時所需用的Gy劑量,并用D10值來表示。

  1、細菌

  2、酵母與霉菌

  3、病毒

  (二)蟲類

  1、昆蟲

  2、寄生蟲

  (三)果蔬

  1、抑制呼吸高峰

  2、改變果蔬中的化學成分

  3、影響新鮮蔬菜代謝反應

  4、抑制發芽

  折疊輻照工藝

  食品輻照保藏

  1、果蔬類

  (1)目的

 ?、俜乐刮⑸锏母瘮∽饔?/p>

 ?、诳刂坪οx感染及蔓延

 ?、垩泳徍笫炱?、防止老化。

  (2)劑量的選定

  (3)與其它保藏手段協同處理

  2、糧食類

  主要目的是避免或減少由于昆蟲的危害和霉菌活動導致的霉爛變質,即殺蟲滅霉。

  3、畜、禽肉及水產類

  通常需要與熱處理或低溫協同作用。

  4、香辛料和調味品

  輻照處理既能控制昆蟲的侵害,又能減少微生物的數量,保證原料的質量,避免熱處理和化學處理等傳統方法所帶來的不良影響。

  5、蛋類

  蛋類輻照主要采用輻照巴氏殺菌劑量,以殺滅沙門氏菌為對象。

  改變品質

  1、黃豆:減少發芽后的腸內脹氣因子

  2、小麥:改善面粉品質

  3、葡萄:出汁率

  4、脫水蔬菜:大大縮短復水時間

  5、白酒:輻照陳化

  輻照的其它應用

  食品輻照的另一重要應用是對果蔬的檢疫處理。

  應用

  透過中子吸收,由穩定的鈷-59可以產生同位素鈷-60。對醫學和工業方面的應用,同位素鈷-60是x射線管的重要替代物。鈷-60發射的γ輻射能量為1.17和l.33兆電子伏,這兩種輻射對檢查金屬中的缺陷特別有作用。用帶有鈷射線照相設備的掃描裝置掃描,可以揭示金屬的內部裂縫、焊接缺陷和非金屬夾雜物。同位素鈷-60源的優點是小型輕便,無需電源。鈷的半衰期為5.27年,因此鈷源可長期使用而無需更換。另一方面,射線能量是固定的,強度也不會改變,但x射線機上發出的射線能量和強度是可以改變的。如果用射線照相法給薄樣品拍照,用銥-192比較方便。它的半衰期是74.2天,光子能量約0.4兆電于伏。

  收獲后的馬鈴薯或洋蔥,經過一定的休眠期,就會一齊發芽。這是日常生活中常見的現象。如果在其休眠期間,利用鈷-60的伽瑪射線進行照射,就可以破壞其發芽組織,保證在半年以上不發芽,而食品的味道和成分決不會因此發生任何變化。

  另外,輻射的殺傷力可加以利用。污水通常是采用"活性污泥法"進行處理的。由此產生的沉積物、淤渣泥漿也是十分討厭的,需要進一步處理。日本用的處理辦法是把污泥放到焚燒爐中焚燒。而德國則采用鈷-60的伽瑪射線進行處理,為此,在慕尼黑附近建造了一個專用的試驗場。該試驗場一直在工作,每天處理的污泥漿可達100立方米左右。這就是利用輻射殺傷力的一個實例。

  污泥漿本身含有很多磷、氮等優質肥料。但是另一方面,人們也擔心在污泥中隱藏了各種各樣的細菌。因此,先要用鈷-60的伽瑪射線進行輻照滅菌,然后才能用作肥料。在日本,正在研究采用艷-137進行照射的方法,以代替價格比較昂貴的鈷-60。

  放射性同位素的殺傷力的應用,大家比較熟悉的就是在治療方面,其中之一是對癌癥的放射治療。許多人可能已經聽說過,患了癌癥的病人要接受鈷-60的放射治療。也就是說,利用放射性殺傷細胞的性能去殺傷癌細胞。

  利用放射性同位素發出的射線徹底滅菌,是射線殺傷力的一種最直接的利用。這也是大家最容易想到的一種射線應用。尤其是人們經常利用射線對醫療器械進行滅菌消毒。這是另一種典型的以毒攻毒的方法。

  早期對手術時縫合傷口用的縫線、腸壁縫合線進行消毒。這些縫合線是膠質物,用牛、羊的骨膠或皮膠制成,手術后縫在體內慢慢被消化吸收,不需要拆線。這些原料的來源和本身的性能使得這些縫線容易沾染細菌,再說,它們本身就是蛋白質,不能利用加熱的辦法來消毒。因此,這種縫線常常會引起感染事故。所以,對耐熱性差而又必須滅菌消毒的這類物品,利用射線進行消毒是非常合適的。

  后來,隨著石油化學的發展,塑料制的一次性(用過一次就扔的)醫療器具逐漸增多。因為它具有如下一些優點:可以防止在醫院內部引起交叉感染、使用方便、節省人力等。對這些醫療器械的消毒,過去一直采用氣體消毒法??捎酶邷卣羝?,或者利用環氧乙烷氣體來進行,但對塑料制品來說,這種消毒法也是不能用的了。采用射線滅菌法進行消毒的物品迅速增加。據說,約有近30%的包裝型醫療用具是利用射線進行滅菌消毒的。

  平時,人們經常能看到用一次就扔掉的注射器。只要把包裝用的聚乙烯塑料袋剪開,取出注射器即可扎入胳膊進行注射。像這樣,把注射器裝進塑料袋后,連同包裝一起直接進行消毒,只有輻射滅菌消毒法才具備這種方便的特點。

  除了注射器和手術用的縫合線可以利用射線進行滅菌消毒以外,還有一些物品,例如插入支氣管用的探針導管、手術用的橡皮手套、取血用的采血板、放入子宮的避孕環、人工腎臟透視器等等,也都采用射線消毒技術。此外,無菌實驗動物的飼料也可以采用射線進行滅菌消毒。各個國家應用射線消毒的情況也是多種多樣的。例如在印度,盤尼西林,四環素等醫藥品的消毒是采用射線滅菌法。而俄羅斯,甚至認為塑料制的醫療用品、疫苗、血清等等,只有利用射線滅菌消毒法才是唯一可靠、適用的消毒方法。

  消毒設施的基本原理很簡單:里面裝有強度很大的鈷-60放射源,其周圍裝有傳送帶裝置;靠著傳送帶的不斷移動,需要消毒的物品緩慢透過鈷-60源的旁邊,就可以達到滅菌的目的。

  報道

  ◆50年代首次將輻照殺菌商業性應用于儀器和產品的殺菌;

  ◆陸續有研究報告發表;

  ◆1970年,國際食品輻照項目的聯合專家委員會宣布輻照殺菌是安全;

  ◆1981年有輻照食品保健功能的報告發表。1983年食品法典增加了輻照食品標準;

  ◆1986年英國輻照食品和新型食品顧問委員會發布有關的指導原則。在1992年和1997年世界衛生組織兩次發布關于輻照食品安全的報告;

  ◆1998年美國食品藥品管理局宣布紅肉的輻照殺菌是安全的。而此前早已宣布禽肉和海產食品的輻照殺菌是安全的。

  狀況

  聯合國糧農組織、衛生組織、國際原子能機構(FAO/WHO/IAEA)在1995粘9月25日公布的世界37個聯合國輻照食品標準種,包括10個國家輻照草藥的標準,是作為食品管理范疇,其劑量在10-30kGy。而食品方面,由聯合國糧農組織、衛生組織、國際原子能機構(FAO/WHO/IAEA)所資助的輻照食品安全性蓮荷專家委員會于1980年12月4日批準,為便于實物的貯存,任何食物可用10 kGy以下的劑量輻照,不需要進行毒理學方面的檢驗。認為食品輻照是一個物理過程,10kGy以下劑量輻照不會引起毒性危害。從已研究的結果結合國際上對西藥的輻照研究成果來看,當劑量小于10 kGy時,γ射線輻照對大多數藥材中有效成分的影響是可以忽略的。藥材中有效成分的輻解主要是水的間接作用引起的,含水量大時有效成分輻解會增大。已鑒定的輻解產物尚未發現對人體有毒,而且這些輻解產物在光解及原藥材中也可以或多或少地存在。據有關資料報導,在采用的輻射消毒劑量下,輻射對藥品的效應可概括為干燥的藥品和油膏對輻射消毒是最穩定的,水溶液藥品是最不穩定的。

  根據大量的文獻報導,關于產品滅菌劑量的選擇,參照以下的輻照滅菌公式SD=DlogNo/N(SD為滅菌劑量,D為菌的抵抗力,No為滅菌前的染菌數,N為滅菌后的存活菌數)進行計算。美國藥典(USP25)規定2.5kGy為有效滅菌劑量。我國衛生部1997年頒發了"60Co中藥滅菌標準",該標準限國內流通中藥可用60Co輻照滅菌,規定了允許輻照的藥材和中成藥的品種和劑量。規定的中藥輻照最大吸收劑量標準如下:

  滅菌

  用于醫藥產品的輻射滅菌

  通常利用60Co輻射線源放出的γ射線。放射線同位素60Co是用高純金屬鈷在原子反應堆中輻照后獲得,它的物理半衰期是5.26年,按β-形式衰變,衰變時放射出兩支能量各為1.17和1.33百萬電子伏特的γ射線。γ射線屬于電磁波,以光速前進,不受電場或磁場所偏轉,對物質的穿透能力很強,屬電離輻射。

  γ射線與微波不同,γ射線頻率高達3×1018~3×1021Hz,被輻射分子、原子、離子及電子尚未極化,不隨電磁場變化而轉動,故不產生熱效應。γ射線能量大于分子鍵能,故可使分子電離和斷鍵,因而殺菌。一般來說,γ射線可使所有蛋白質變性;在溶液中的酶失去活性;脫氧核糖酸在溶液中粘度下降,干燥狀態時交聯或降解,或兩者都有。γ射線殺菌機理分為直接作用和間接作用:

  (1)直接作用γ射線直接破壞微生物的核糖核酸、蛋白質和酶而致死。微生物內核糖核酸、蛋白質和酶分子吸收γ射線能量而被激發或電離;激發態分子的共價鍵斷裂或與其它分子反應經電子傳遞產生自由基;電離分解或其它分子反應,導致微生物分子結構破壞而亡。

  (2)間接作用γ射線能量被微生物內生命重要分子周圍物質如水吸收而激發或電離,產生激發的水分子、電子水離子,或裂解為氫自由基、羥自由基,由此產生一系列的與核糖核酸、蛋白質、酶進行氧化還原等反應,致微生物死亡。

  在輻射微生物學中:有些微生物對輻射是敏感的,因為這些微生物不具有修復輻射引起的損傷能力,抗輻射的微生物則能頂住輻射損傷。各種微生物之間,對輻射敏感性差異很大,革蘭氏陰性微生物對輻射敏感,有一些革蘭氏陽性微生物對輻射異常頑固。牙孢比生長的細胞更能抗輻射,所以帶有牙孢物質的滅菌應特別注意。對微生物的致死劑量,還取決于所處環境及其生長周期的哪個階段,不同階段對輻射敏感程度不同。

  一般認為,病毒比細菌芽孢對輻射更具有抵抗力,其抗輻射性能隨著微生物個體的減少而增大,芽孢的抗輻射性能按次序比細菌、酵母、霉菌更強些。

  注意事項

  1、含有紫菀、錦燈籠、乳香、天竺黃和補骨脂一種以上(含一種)藥材的中藥輻照滅菌時,最大吸收劑量不得超過3 kGy;含有秦艽、龍膽藥材不得用輻照滅菌;

  2、輻照前需測定樣品的染菌量;根據染菌量來確定輻照劑量。

  3、輻照時盡量采用小包裝輻照。包裝材料必須耐輻照,同時樣品的包裝必須滿足引起輻照后中藥再次污染微生物的要求。

  4、控制中藥的水份,以減少輻解產物的產生。

  5、對于一些有變化的品種,可以采用多種方法聯合滅菌。

  詞條標簽:技術殺蟲消毒滅菌生物學輻照非熱殺菌技術高新技術



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