知识讲堂 | 食品辐照技术如何挑战微生物世界，守护餐桌安全

来源：灰藻科技　　浏览量：219　　发布时间：2024-01-13 14:27:38

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关键词：#食品辐照| #微生物灭活 |#冷杀菌技术| #食品安全与保质期

| 引言

食品辐照技术利用伽马射线等电离辐射延长保质期，通过冷杀菌杀灭微生物和害虫，保持食品新鲜及营养。自X射线发现以来，该技术逐步应用于各类食品并受国际监管机构认可。然而，消费者认知、法规差异、感官变化、抗辐射微生物风险及潜在有害副产物等问题亦是其实际应用中的挑战。本文将从历史、原理、应用及局限性等方面对其进行介绍。

食品辐照技术

图1、食品辐照常见场景来源：https://microbenotes.com/food-irradiation-food-preservation-technique/

| 食品辐照保藏历史上的重要事件

1895年 – X射线的发现

1905年 – 第一项使用电离辐射进行食品保存的专利诞生

1950年 – 开始对食品辐照保藏进行研究

1953年 – 食品辐照的首次商业化应用

1958年 – 美国食品药品监督管理局（FDA）批准使用辐照技术对食品产品进行灭菌

1963年 – FDA批准使用辐照控制小麦和小麦面粉中的昆虫

1980年 – 国际食品法典委员会（CODEX Alimentarius）采纳关于食品辐照保藏使用的指导原则

1986年 – FDA批准使用辐照控制猪肉产品中的旋毛虫

1990年代 – 欧盟批准使用辐照对香料和草药进行杀虫和微生物去污处理

1990年 – 批准使用辐照对肉类和禽类进行病原体控制

2000年 – 批准对蛋壳蛋进行辐照处理

2003年 – 世界卫生组织（WHO）与国际原子能机构（IAEA）联合发布声明，认可食品辐照的安全性和有效性。

食品辐照符号

图2、食品辐照符号来源：https://microbenotes.com/food-irradiation-food-preservation-technique/

| 辐射剂量

辐射剂量是指食品吸收的辐射能量的数量，这一概念被称为辐射剂量。其计量单位是戈瑞（Gy）。

1 Gy等于每千克物质吸收1焦耳的能量。

根据国际食品法典委员会（CODEX）关于辐照食品的一般标准，输送到食品上的最大剂量不应超过10kGy（即10千戈瑞）。

美国食品药品监督管理局（FDA）负责监管用于辐照食品的辐射源及其辐射剂量。

在食品辐照过程中，使用适宜的辐射剂量是最关键的因素。

| 辐照灭菌的不同处理形式

1、辐照保鲜（Radurisation）：这是一种辐射处理方式，通过将食品产品进行辐射处理，以延长其储存期并保持其天然品质。这种方式旨在抑制发芽、害虫控制、减缓成熟以及破坏病原寄生虫和微生物。该模式通常使用较低剂量的辐射。

2、辐照杀菌（Radicidation）：这种辐射处理方法采用较高剂量的辐射，有针对性地杀死食物中的微生物，如沙门氏菌等。该技术对食品产品施加2-10kGy的剂量，从技术角度而言对人体健康是安全的。

3、辐照罐头化（Radappertisation）：这是一种工业灭菌形式，利用最高剂量的辐射（10-50 kGy）来消灭食品产品中所有存在的微生物。它特别为罐头食品制造商设计，适用于香料、肉类制品以及病人专用营养食品等产品的无菌化处理。

| 常用的三种辐照器

1、放射性核素源产生的伽马射线：如60Co或137Cs放射性同位素发射的伽马射线。这类辐射具有高穿透能力，特别适用于工业化大规模处理，能够深入食品内部进行消毒灭菌。

2、机器源产生的电子束：由电子加速器生成的电子束。其成本相对较低，但穿透深度有限，最大只能达到约8厘米。因此，它主要应用于薄层分散在表面的食品。

3、机器源产生的X射线：通过X射线发生器产生。相比电子束，X射线具有更好的穿透能力，同样适用于对食品进行辐照处理。

| 影响食品辐照处理的因素以及食品辐照的特点

1、食品类型：不同类型的食物对辐射的敏感性不同，其水分含量、脂肪含量、矿物质和维生素成分等均会影响辐照效果。

2、辐射剂量：辐射剂量是决定食品辐照处理效果的关键因素之一。剂量的选择取决于想要达到的目的，如灭菌、杀虫或延长保质期，并需确保在不影响食品安全性和品质的前提下进行。

3、处理设施设计：辐照处理厂的设计必须符合安全操作规程，包括精确控制射线源的强度、均匀性及产品在辐照室内的摆放方式，以确保所有食物接受到预定的剂量。

4、暴露时间和温度：食品在辐照过程中的暴露时间长短及其自身的温度都会影响辐照效率和最终产品质量。温度管理尤为重要，因为过高的温度可能加剧食品内部化学反应，导致品质下降。

5、食品辐照特点：

（1）冷消毒：食品辐照是一种非加热的“冷”消毒方法，能够在不显著提高食品温度的情况下杀灭微生物。

（2）保鲜效果：有效延长新鲜水果、蔬菜等产品的货架寿命，减少因细菌、霉菌或害虫引起的腐败变质。

（3）绿色技术：与传统化学处理相比，食品辐照是一种环保且无残留的绿色技术。

（4）营养稳定性：适当剂量的辐照通常不会引起食品中主要营养成分的显著损失，例如蛋白质、碳水化合物和大部分矿物质的稳定性较高。

（5）感官品质保持：经过合理辐照处理的食品，在质地、口感、香味和色泽等方面可以保留原有特性，几乎无明显变化。

（6）无放射性残留：食品经辐照后自身并不会变成放射性物质，因此消费者无需担心食用辐照食品会导致摄入放射性元素。

| 食品辐照的原理

食品辐照的原理是利用专门设计的机器，主要包括电子加速器、X射线发生器或放射性同位素，产生安全的电离辐射。

•电子加速器产生的高速电子束能够穿透食物（最深可达8厘米）。

•直接效应：当电磁辐射或粒子束直接击中生物材料中的分子复合体时，会改变或破坏其生物功能，可能导致染色体异常或突变。但在食品保存过程中，直接效应的作用相对较小。

•间接效应：电离辐射激活高水分食品中的原子，通过水的辐射分解产生自由基。主要生成高度活性的氢离子（H·）和羟基离子（OH·），这两种离子结合形成氢、羟和过氧化氢离子。氧气也参与反应，形成起主导作用的过氧化氢离子，通过氧化作用对微生物起到抑制效果。这些自由基干扰生化反应，并改变分子结构，包括通过抽走氢原子及消除磷酸基团的方式断裂单链和双链DNA分子，同时也会使嘌呤和嘧啶碱基发生羟基化。这种间接效应在杀灭微生物、延长食品保质期方面起着关键作用。

水的辐射分解所涉及的反应包括：

1、水的电离

H2O + energy → H2O + e+–

2、羟基自由基的形成

H2O+ e+ – → H + OH+

3、氢自由基的形成

H2O + e– → H + OH–

4、重组反应:

H + H → H+2

OH + OH → H2O2

5、其他反应:

H + OH → H2O

H + H2O → H2 + OH

OH + H2O2 → H2O + HO2

H + O2 → HO2

HO2 + HO2 → H2O2 + O2

| 食品辐照的应用

食品辐照的应用广泛，具体包括但不限于以下方面：

1、延迟绿色香蕉的成熟：通过低剂量辐照处理，可以抑制香蕉中的酶活性，延缓其后熟过程，从而延长绿色香蕉的储存和运输期限。

2、抑制土豆和洋葱发芽：辐照能够破坏这些块茎作物内部的生长点或萌芽中心的活性，防止其在储藏期间过早发芽，保持品质并延长货架期。

3、防止土豆变绿：土豆表皮下的叶绿素在接触阳光时会引发变绿现象。通过辐照处理，可以降低这一反应的发生，保持土豆原有的白色或淡黄色外观。

4、软化豆类并缩短烹饪时间：对于一些豆类如大豆、豌豆等，经过适当剂量的辐照，其纤维结构得以部分破坏，使得豆类更容易软化，进而减少烹煮所需的时间。

5、提高葡萄汁的出汁率：对葡萄进行辐照处理，有助于细胞壁破裂，使得在压榨过程中能更有效地提取果汁，从而增加果汁的产量。

6、加快李子等水果的干燥速度：通过辐照预处理，可以促进水果内部水分的蒸发，加速脱水过程，提高烘干效率和产品质量。这对于制作干果产品具有重要意义。

剂量范围（kGy）	在食品上的应用	照射目的
0.05 – 0.15	土豆、洋葱、大蒜、山药	抑制萌芽
0.1 – 0.3	肉	销毁寄生虫
0.1 – 0.5	谷物、面粉、咖啡豆、干果	昆虫灭虫
1.0 – 5.0	水果和蔬菜	减少微生物
0.5 -1.5	蘑菇、水果	延缓成熟

微生物灭活

图3、食品辐照来源：https://microbenotes.com/food-irradiation-food-preservation-technique/

| 食品辐照的缺点

1、高昂的初始成本：建立和运行辐照设施需要较大的投资，包括购买设备、培训人员以及遵守严格的安全与监管规定，导致初期投入较高。

2、公众认知问题：部分消费者对食品辐照技术存在误解或担忧，认为其可能影响食品质量和安全性，因此接受度有限。

3、感官特性变化：虽然适当剂量的辐照通常不会显著改变食品的口感、风味、色泽和质地，但过量或不当处理可能导致食品某些感官品质发生不利变化。

4、法规制约：不同国家和地区对食品辐照的规定各异，可能存在严格的剂量限制、标签要求和批准程序，这给实际应用带来了一定难度。

5、对抗特定微生物的效果有限：对于某些具有高抗辐射能力的微生物，例如孢子形成菌，常规的食品辐照可能无法有效灭活，仍需结合其他保藏手段。

6、无意过度辐照的风险：在操作过程中可能会出现意外过量辐照的情况，不仅可能导致食品营养成分损失加剧，还可能产生新的食品安全风险。

7、耐辐射微生物产生毒素的可能性：尽管辐照可以杀死大多数微生物，但是一些耐辐射的微生物在存活后可能继续生长并产生对人体有害的毒素。

8、潜在有害副产物生成：在食品辐照过程中，特别是当使用高剂量时，有可能通过化学反应生成未知的有害副产品，从而引发食品安全方面的顾虑。

| 总结

食品辐照技术利用电离辐射延长保质期，确保食品安全并抑制病原微生物，对生活具有重要意义。通过伽马射线、电子束和X射线处理，保持食物新鲜，减少损耗与疾病风险，尤其适用于果蔬、肉类等产品的保鲜及长途运输。尽管在消费者认知、法规限制和剂量控制上存在挑战，并有产生有害副产物的风险，但随着国际认可度提高和技术标准规范，食品辐照已逐渐成为优化供应链、保障公众健康的有效手段。