γ輻照在食品加工中的作用及應用

宋衛東，張宏娜，陳海軍，朱 軍，郭東權，趙惠東，王 允，趙梅紅

(河南省科學院同位素研究所有限責任公司，河南省輻射加工工程研究中心，河南鄭州450015)

γ輻照在食品加工中的作用及應用

宋衛東，張宏娜，陳海軍，朱 軍，郭東權，趙惠東，王 允，趙梅紅

(河南省科學院同位素研究所有限責任公司，河南省輻射加工工程研究中心，河南鄭州450015)

γ射線輻照技術作為食品加工的綠色高新技術，近年來在食品質量安全控制領域引起了廣泛的關注。結合國內外食品輻照加工研究和應用實例，介紹了食品輻照技術原理、特點、安全性及在保證食品質量安全方面的作用。

γ射線，食品輻照，食品質量安全

1 γ輻照食品技術簡介以及在食品加工中的作用

1.1 食品輻照技術原理

食品輻照技術是利用60Co、137Se等放射源產生的γ射線、5MeV以下的X射線及電子加速器產生的10MeV以下的高能電子束，對食品進行非熱加工的新技術。目前食品輻照加工中，無論是基礎研究還是商業化應用大多是利用γ射線輻照技術，其原理是γ射線與物質相互作用后，將其部分能量傳遞給物質的原子或分子，這個原子就變成離子，而離子就生成了一對陽離子和陰離子，這些離子通過電離輻射在食品中產生的輻射物理、化學和生物學效應，達到殺蟲、滅菌、抑制發芽、延長生理過程，進一步達到延長食品貨架期或保證食品質量安全的目的。

1.2 食品輻照技術特點

a.食品輻照屬于“冷加工”技術，輻照在常溫下進行，能很好地保持食品的內外在品質;b.γ射線穿透力強，食品輻照加工操作簡便、快捷;c.輻照食品沒有化學藥物殘留，不污染環境;d.輻照食品殺蟲、殺菌徹底，衛生安全性高;e.食品輻照加工處理成本低，能耗少，節省能源。

1.3 輻照食品的衛生安全性

輻照食品的衛生安全性，是人們最為關心的問題。幾十年來，國際上反復進行的輻照食品安全性實驗表明，經過輻照的食品在營養價值、感官性狀、安全性上與非輻照食品基本相同。食用輻照食品對人類的生長、生育、壽命均無不良影響，且不會致癌、致畸，也未發現因輻照而產生的有害物質。1980年FAO/WHO/IAEA宣布“任何食品當其總體平均吸收劑量不超過10kGy時沒有毒理學危險，不再要求做毒理學實驗，同時在營養學和微生物學上也是安全的”［7］。1997年FAO/WHO/IAEA提出沒有必要設定食品輻照劑量的上限。1999年FAO/WHO/IAEA做出結論:超過10kGy劑量的輻照食品也是安全衛生的［8］。

1.4 控制食品中的害蟲

1.4.1 γ射線輻照處理可以殺滅糧食及其制品中各個蟲態的害蟲，能夠徹底解決化學熏蒸劑防治中存在的害蟲抗性、蟲卵、蟲蛹難殺等難題，可以有效替代化學熏蒸技術，消除化學熏蒸帶來的殘留和污染，確保糧食及其制品安全貯藏、運輸和銷售。

1.4.2 γ射線輻照處理可以使水果中的果實蠅等害蟲致死或不育，延長其貨架期。

1.4.3 γ射線輻照處理可以有效殺滅香辛料、脫水蔬菜等干制食品中的螨類害蟲。

1.4.4 γ射線輻照處理可以有效控制食源性寄生蟲對人體健康和食品質量安全產生的威脅。

1.4.5 γ射線對糧食、水果、蔬菜等進行輻照檢疫處理，可防止外來生物入侵。

1.5 控制食品中的有害微生物

γ射線輻照加工技術能殺滅食品和農產品中各種腐敗微生物和致病微生物。食品輻照殺菌可分選擇性輻照滅菌、針對性輻照滅菌和輻照滅菌。選擇性輻照滅菌就是利用一定劑量的電離輻射使食品中腐敗微生物的數量降低，以防止食品變質，延長貨架期。針對性輻照滅菌就是利用一定劑量的電離輻射，殺死食品內除病毒以外的無孢子病源細菌。輻照滅菌是利用電離輻射消滅食品中全部微生物，經過這樣處理的食品可以保證其在室溫條件下長期儲藏不會腐敗，也不會因微生物而引起食品中毒，要達到此目的就需要較高的輻照劑量，一般采用12倍的D10值。經過徹底滅菌的輻照食品可在常溫下保藏較長的時間，適宜為特殊人員(如地質勘探人員、登山人員、軍人和宇航員等)以及器官移植病人、免疫缺陷病人、白血病患者提供無菌食品。另外，目前輻照處理是唯一可以對冷凍、冷鮮食品進行有效殺菌的技術［9］。

1.6 輻照可延緩植物性食品的生理代謝，減少其腐爛變質，延長貨架期

輻照能通過影響果蔬的生理代謝和生長點的結構，干擾生理活性物質的正常合成，達到有效抑制發芽的目的。新鮮蔬菜、水果、蘑菇等經射線輻照后，其代謝速度得到延緩，細胞分裂受到抑制，正常生長和衰老均被阻止。如輻照可以抑制大蒜、土豆、馬鈴薯、洋蔥等發芽，延緩香蕉、木瓜的成熟，防止蘑菇開傘。

1.7 降解食品中的有害化學殘留物，保證食品質量安全

食品中農藥、獸藥等有害化學污染物殘留是影響食品質量安全的一個重要因素，輻照是降解這些有害殘留物降低其危害的唯一有效方法。

1.8 降解食品本身存在的有害成分，提高食品質量安全

輻照處理能夠降解去除谷物及制品中的各種霉菌、黃曲霉毒素、伏馬菌素等生物毒素。輻照處理還對牛奶、蛋和蝦等食物中的過敏原有破壞作用，可有效降低過敏原的致敏性，保證食用安全。

2 γ射線輻照技術在食品加工中的應用

2.1 輻照殺蟲

危害食品的害蟲包括倉儲害蟲、檢疫性害蟲、螨類及寄生蟲。害蟲侵蝕不僅可以造成食品數量的損失，而且害蟲的分泌物、排泄物、吐絲結繭、蟲尸引起發霉發熱等均會降低食品的質量，尤其是赤擬谷盜、螨類的分泌物和排泄物不但有很重的異味，而且會產生對人體有害的物質，降低食品品質。寄生蟲還會通過食物傳染給人類，給人體健康造成危害。害蟲對輻照比較敏感，因此，可以將輻照作為控制食品中害蟲侵蝕的有效手段。大量研究表明，用較低的劑量(200～1000Gy)輻照處理，能使害蟲在一定時間內死亡或無繁殖能力，達到減少食品損失、保證食品質量與安全的目的。

輻照殺蟲的劑量包括最低有效劑量和最高耐受劑量兩個概念。最低有效劑量指保證達到輻照殺蟲目的的工藝劑量下限;最高耐受劑量指不影響產品品質和功能特性的工藝劑量上限［10］。輻照殺蟲工藝劑量的設定必須滿足這兩個要求，才能保證食品的質量與安全。2001年12月我國頒布了《谷類及其制品殺蟲工藝標準》，該標準適用于包裝大米、面粉、高粱米、玉米渣、黃米、燕麥片、小米的輻照殺蟲。標準中規定工藝劑量設定為最低有效劑量0.3kGy到各種谷類制品的最高耐受劑量0.5～1.0kGy之間［10］。例如，小麥及面粉的最高耐受劑量為1kGy，經1kGy以上輻照后的小麥及面粉，粘度值顯著下降［11］。稻谷超過0.5kGy的輻照以后，口感發生明顯變化，支鏈淀粉含量下降，飯質變軟，就我國的飲食習慣而言，口感下降［12］，因此我國將0.5kGy設定為稻谷和大米的最高耐受劑量，但有些國外學者認為這恰恰改善了蒸煮品質。0.8kGy輻照對各種雜糧的顏色、口感和香味均無明顯影響，但對玉米渣、高粱米、燕麥片等的粘度產生明顯的影響，且輻照劑量增加，粘度則下降［13］，因此將0.8kGy設定為雜糧的最高耐受劑量。0.25～0.45kGy的輻照處理可以使香辛料、脫水蔬菜等干制食品中螨類產生不育，0.5～0.7kGy的劑量能夠使其死亡，并且對干制食品的內外在品質沒有影響。美國食品和藥物管理局(FDA)批準了豬肉中的旋毛蟲輻照的最低吸收劑量為0.3kGy，最高輻照劑量不得超過1kGy。研究表明［14］，感染了旋毛蟲的豬肉經0.15～0.3kGy輻照后能夠導致旋毛蟲不育，3～5kGy就可以使其立即致死，超過1kGy的劑量輻照將會對豬肉的色澤風味產生不良影響，低于1kGy的劑量就能控制旋毛蟲對人體健康的危害，保證豬肉質量安全。

檢疫處理是促進食品正常貿易和保證食品質量的重要措施。目前，化學熏蒸處理是國際貿易中應用最廣泛的檢疫措施，但由于熏蒸處理引起的環境污染等一系列不良影響，近年來輻照檢疫技術已成為國際社會研究的熱點，被認為是替代化學熏蒸處理的最有應用前景的檢疫方法之一。美國是最早批準輻照檢疫的國家，在新鮮水果和蔬菜的輻照檢疫上做了大量研究。包括果實蠅在內的主要經濟和檢疫害蟲的輻照檢疫最低有效劑量為0.15～0.3kGy，最大允許輻照劑量為1kGy［14］。

2.2 輻照殺菌

采用輻照不但殺菌范圍廣，而且對細菌的破壞力也很強，只有極少的病菌在輻照后能夠存活下來，其數量已不足以對人體構成危害。我國自1958年以來數百個科研單位和大專院校，先后進行了輻照豆類、谷類、水果蔬菜類、中藥材類、畜禽肉類及其制品等輻照處理的實驗研究，結果發現，經過一定劑量輻照后，微生物含量大大降低，有的甚至被全部殺滅。河南省科學院同位素研究所利用γ射線輻照殺菌技術在脫水蔬菜、香辛料、低溫肉制品、大豆蛋白、核桃粉、紅曲米粉等產品中的商業化應用表明，6kGy的輻照處理后，可以殺滅脫水蔬菜的各類致病菌，并且對其理化指標無不良影響，不影響其正常食用及商品價值。3～7kGy的輻照劑量能夠使微生物數量達到可接受水平，同時不會導致香辛料的感官品質發生明顯變化。6kGy以上劑量的γ輻照可以殺滅低溫肉制品中的細菌，其感官品質、營養品質與冷藏對照無明顯差異，衛生指標優于冷藏對照。采用3～5kGy劑量的輻照處理，大豆蛋白可以在保持原有的各項理化指標，功能性和感觀的前提下，衛生學質量得到大幅度提高。當控制的輻照殺菌劑量在8～9kGy時，輻射不僅對核桃粉中的菌落總數、耐熱芽孢和耐熱桿菌芽孢等都具有很好的殺滅效果，而且其對產品的外觀不產生影響。6kGy以上的γ射線可以有效殺滅紅曲米粉中的微生物，輻照紅曲米粉的感官指標、主要營養成分與未輻照無明顯差異，但輻照劑量超過8kGy會導致色價明顯降低。商業化應用效果表明，采用靜態堆碼輻照，工藝劑量上限和下限分別為6kGy和8kGy，總體平均吸收劑量控制在7kGy，可確保紅曲米粉的衛生質量、色價損失率在2%以下。

2.3 抑制發芽、延遲成熟和延長儲藏期

大蒜、洋蔥、馬鈴薯等鱗莖和塊莖類蔬菜在采摘后有休眠期，它們在休眠期內生長暫停，內部代謝維持在很低的水平。休眠期一過，其呼吸強度加強，生理代謝加劇。這類蔬菜在休眠期過后極易發芽，引起腐爛變質，馬鈴薯發芽后還會產生有毒物質，使其喪失食用價值。因此，必須采取有效措施控制鱗莖和塊根類蔬菜在儲藏期間的發芽問題。應用輻照技術處理抑制鱗莖和塊莖類食品發芽非常有效，輻照處理已經成為抑制鱗莖和塊莖類食品發芽的一項成熟技術，并在許多國家得到商業化應用。我國是開展輻照抑制鱗莖與塊根作物發芽研究和商業化應用較早的國家之一。1977年河南省科學院同位素研究所承擔了國家科委“馬鈴薯、洋蔥和大蒜輻射貯藏研究”項目，該項目于1981年通過了國家科委組織的技術鑒定。在此基礎上，國家科委于1982年在鄭州投資建立了第一個商業化的輻照裝置。目前河南省輻照大蒜量約3萬t/年，相當于全國食品輻照加工總量的一半，創直接經濟效益300～400萬元。

2.4 輻照降解食品中的抗生素、農藥殘留、獸藥殘留等有害殘留物

射線輻照在降解食品中化學污染物殘留方面表現出良好的應用前景，利用輻照技術降解食品中的化學污染物殘留保證其質量安全已成為國際社會近期的研究熱點。國內已開展了輻照降解氯霉素、鹽酸克倫特羅、呋喃唑酮、呋喃妥因、磺胺等抗生素類藥物殘留［4，15］，茶葉［16］、干枸杞［17］、蘋果汁［18］中有機磷類、菊酯類、氨基甲酸酯類等農藥殘留的研究。結果表明，農藥殘留不僅可以被有效降解，而且降解產物安全。

2.5 輻照降解食品中存在的致敏物質、生物毒素等有害物

近年來，國內外在輻照脫敏的生物化學效應及免疫學效應方面做了一些探索性的研究。2002年美國研究發現，輻照對螨、鏈格孢菌等致敏原有破壞作用，并進一步做了免疫機理研究，證明輻照對幾種過敏原的抗原表位均有破壞作用，使其喪失了致敏活性［19］。韓國、德國、加拿大等的研究小組也做了相關的研究［15］，證實輻照對牛奶、蛋和蝦等食物中的過敏原有破壞作用，并從免疫反應的角度進行了初步的機理研究。張明琦［20］、王爍［21］等研究輻照對蟹、花生致敏蛋白生化性質和抗原性的影響，證明輻照技術可以有效降低致敏蛋白的致敏性。

我國對輻照降解食品中生物毒素的研究剛剛起步，國外一些發達國家已經有實際應用。γ射線對生物毒素的輻射降解因其高效、快速和可避免二次污染等優點，正逐步在毒素降解領域內得到廣泛應用。楊靜［22］采用10kGy和20kGy劑量輻照污染黃曲霉毒素B1的花生，黃曲霉毒素的化學結構被破壞，進一步分析證實降解產物的毒性很低。尹青崗［23］研究表明，利用5kGy劑量輻照30.0mg/kg的玉米赤霉烯酮水溶液，其降解率達到了90%。哈益明［24］等采用2～10kGy的γ射線輻照處理玉米中的伏馬菌素B1后，伏馬菌素B1得到有效降解，當輻照劑量為10kGy時，其降解率達到63.47%左右。

3 結論

食品輻照加工技術是一項綠色高新技術，和其他加工技術比較，具有技術滲透率高，發展潛力大，產值增長率高，投資回報期短等特點，并且在生產加工上具有技術成熟、方便、快捷、經濟、較安全等優點。食品輻照加工技術在解決食品質量安全問題中具有獨特的技術特色和優勢，在控制倉儲物害蟲危害、食源性致病微生物污染及抑制植物性食品發芽、延緩成熟方面已經成功的進行了商業化應用，在降解和破壞食品中有害化學殘留物、致敏物質和生物毒素以及食品進出口檢疫等方面具有很大的應用潛力。

［1］梅子熙(美).食品與農產品的輻照殺蟲［M］.北京:原子能出版社，1989.

［2］趙文彥.輻射加工技術及其應用［M］.北京:兵器工業出版社，2003.

［3］付立新.食品輻照加工技術的現狀與展望［J］.黑龍江農業科學，2005(2):49-51.

［4］哈益明，施惠棟，王鋒，等.電子束食品輻照的研究現狀與應用特點［J］.核農學報，2007，21(1):61-64.

［5］高美須，陳浩，劉春泉，等.食品輻照技術在中國的研究和商業化應用［J］.核農學報，2007，21(6):606-611.

［6］劉戈，唐在民，劉奇峰.關于進一步提高輻照裝置安全性的探討［C］.全國輻照食品技術創新與商業化研討會論文集，2009:11.

［7］施培新.食品輻照加工原理與技術［M］.北京:中國農業科學出版社，2004.

［8］哈益明.輻照食品及其安全性［M］.北京:化學工業出版社，2006.

［9］Tarte RR，Murano EA，Olson DG.Survival and injury of Listeria monocytogenes，Listeria innocua and Listeria ivanov in ground pork following electron beam irradiatio［J］.N J Food Protect，1996，59(6):596-600.

［10］GB/T 18525.2-2001谷類制品輻照殺蟲工藝［S］.北京:中國標準出版社，2001.

［11］朱承相.伽馬輻射對稻谷-小麥品質的影響［J］.糧食儲藏，1981(1):10-19.

［12］林音，李香玲.大米商業化輻照有關技術的研究［J］.核農學報，1994，8(3):177-179.

［13］劉宏躍，林音，李香玲.γ射線輻照對豆類發芽和谷物類食用品質的影響［J］.核農學報，2004，18(2):128-130.

［14］汪勛清，哈益明，高美須.食品輻照加工技術［M］.北京:化學工業出版社，2005.

［15］顧可飛，趙志輝，高美須，等.電子束輻照技術在食品安全控制中的應用［J］.中國食物與營養，2008(3):11-14.

［16］張繼彪，鄭正，徐悅，等.γ輻射對水中敵草隆的降解研究［J］.環境化學，2007，26(6):745-748.

［17］陳梅紅，張艷，程淑華.電離輻射降解農藥殘留研究［J］.寧夏農林科技，1999(2):44-35.

［18］惠衛甲，岳田利，袁亞宏，等.蘋果汁中擬除蟲菊酯類和氨基甲酸酯類農藥輻照降解［J］.農業機械學報，2009，40(4): 121-124.

［19］ Rohit k k atial，MD Thomas J Grie，PhD Dawn M Hazelhurst.Deleteriousaffectsofelectron beam radiation on allergen extracts［J］.Journal Allergy Clinical Immunology，2002 (8):276-280.

［20］張明琦，高美須，支玉香，等.輻照對蟹過敏蛋白生化性質和抗原性的影響［J］.中國農業科學，2009，42(9):3259 -3264.

［21］王爍，張春紅，李淑榮.輻照處理對花生致敏蛋白的影響［J］.花生學報，2009，38(2):1-5.

［22］楊靜.農產品中真菌毒素污染輻射降解效應研究［D］.北京:中國農業科學院，2009.

［23］尹青崗.玉米中玉米赤霉烯酮輻照降解技術研究［D］.北京:中國農業科學院，2009.

［24］王鋒，哈益明，周洪杰，等.降解伏馬菌素的方法:中國，200910078702.0.［P/OL］.2009-03-02［2009-07-22］.

Quality assurance and case study of food irradiation by γ-ray

SONG Wei-dong，ZHANG Hong-na，CHEN Hai-jun，ZHU Jun，GUO Dong-quan，ZHAO Hui-dong，WANG Yun，ZHAO Mei-hong
(Isotope Institute Co.，Ltd.，Henan Academy of Sciences/Research Center of Irradiation Processing and Engineering of Henan，Zhengzhou 450015，China)

γ-ray irradiation technology，as a green high-tech of the food，had been paid more attention in the food quality and safety control field recently.Based on the study and application of food irradiation at home and abroad，the principle，characteristics，security were generally introduced，and the role of food irradiation technology in food quality and safety was also related.

γ-ray;food irradiation;food quality and safety

TS201.6

A

1002-0306(2011)09-0454-04

食品安全是人類生存的永恒主題，隨著經濟的發展和生活水平的日益提高，食品國際貿易的快速發展，食品的質量安全問題日益突出，已經成為影響食品工業健康發展亟待解決的主要問題之一，受到全世界的廣泛關注。經過國內外幾十年的研究，業已證明輻照技術是一種有效保證食品質量安全的食品加工方法。食品輻照加工技術是現代的重要高新技術之一，被譽為21世紀食品綠色加工技術［1-3］。近年來，食品輻照技術的應用領域不斷擴大，商業化生產能力得到了快速提升。據聯合國糧農組織(FAO)、國際原子能機構(IAEA)和世界衛生組織(WHO)公布的統計報告顯示［4］，目前，全世界已有54個國家按類別批準了輻照食品，按產品批準的國家有41個，批準輻照農產品和食品240多種。鑒于食品輻照的技術優勢和安全性，全球輻照食品量逐年上升，在2006年已達40萬t左右［5］，食品輻照加工已經被FAO/IAEA/WHO推薦為國際重點推廣項目。我國食品輻照加工的研究工作始于20世紀50年代，產業化應用開始于20世紀的80年代。近年來，我國輻射加工產業增幅顯著，γ輻照裝置獲得了日益廣泛的應用。至2008年底，我國適于商用的設計裝源能力在1.11×1016Bq(30萬居里)以上的γ輻照裝置已達140余座，其中設計裝源能力400萬居里5座，設計裝源能力500萬居里1座，實際裝源量約為4000萬居里［6］。中國是世界上輻照食品的第一大國，2008年我國輻照食品產量達到17萬t，對國民經濟貢獻超過150億元。本文結合長期從事食品輻照技術研究經歷與商業化應用中的實例，就食品輻照技術及γ輻照技術保證食品質量安全方面作一簡要綜述。

2011-03-17

宋衛東(1965-)，男，本科，總工程師，研究方向:民用非動力核技術。