軟電子束殺菌技術在食品中的應用

◎ 張耀強，何新益，劉壽山

（1.天津農學院食品科學與生物工程學院，天津 300384；2.天津市農副產品深加工技術工程中心，天津 300384；3.天津市農副產品加工科教興農集成創新示范基地，天津 300384）

隨著食品行業的蓬勃發展，新生產工藝、生產設備及新技術的應用促進了生產效率、產品品質的不斷提升。隨著社會的發展，人們對食品的需求有所轉化，由單純的好吃轉變為了既要好吃更要安全。食品行業作為與消費者接觸最為緊密的一個行業，其安全是重中之重。產品品質安全是每個食品企業的基礎準繩，但即使把安全放在這樣的高度仍有問題發生。現在食品行業中的很多企業，除了把控前端生產過程外，也把食品殺菌、儲藏運輸等作為重點關注問題。食品如果殺菌不完全或儲藏和運輸過程中被細菌污染，會造成不同程度的食品安全問題。

目前的殺菌技術、儲藏技術相較傳統手法有了較大提升，且相對完善。但在食品行業中仍存在部分企業，對食品食用安全性不管不顧，仍在使用一些較為落后的手法的現象，比如非法使用一些防腐劑或者采用熏蒸技術，導致食品結構、風味有較大變化，不僅如此，這種陳舊手法還易造成食品的化學污染，從而危害人體健康。目前，我國對產品輻照有明確規定，可輻照食品階級及其輻照劑量均有詳細說明，輻照殺菌技術因相對其他殺菌技術對食品品質影響較小的優勢，受到國內外學者的廣泛關注。目前我國食品行業應用最廣泛的是以鈷-60 為放射源的γ 射線輻照，其穿透力強，可以徹底殺滅食品中的微生物；但是γ射線輻照引發的安全性問題使人們擔憂。軟電子束輻照殺菌技術中輻射的產生和消失是通過加速器開關控制，不存在放射性污染、核泄漏等安全問題，是一種理想的γ 射線輻照替代技術。

1 軟電子束輻照的起源

1948 年，美國已經開始使用高壓電子加速器發生的陰極射線照射食品并對食品進行消毒[1]，這一技術在發達國家中得到了較好的應用。因電子束輻照能降解食品中農藥及獸藥殘留[2]，引發了我國眾多學者的關注。清華大學研究了鹽酸克倫特羅、呋喃唑酮、呋喃妥因以及一些代謝產物水溶液的電子束輻照降解效果。濃度為30 mg·L-1的呋喃唑酮和呋喃妥因水溶液，在輻照劑量為8 kGy 時，已不能檢測到相關物質；濃度為667 μg·L-1的氨基脲的水溶液在吸收劑量為 4 kGy 時，其降解率達到76%。當輻照劑量大于6 kGy時，克倫特羅水溶液降解率可達95%以上[3-4]。但電子束能量過大（10.5 MeV 以上）時，可能會產生誘感放射性問題，所以用于輻照食品的電子束（β-射線）能量被限制在10 MeV 以下。針對這一問題，世界衛生組織對近30 年的輻射數據、輻射效果進行分析，證明電子束殺菌是安全的。但10 MeV 的電子束能量偏高，并不適用于所有的食品，特別是對于一些谷物類食品。針對這一情況，日本農林?。ú浚﹪⑹称肪C合研究所研究了一種被稱為軟電子束的低能級電子束用于食品殺菌，使輻射這一冷殺菌技術有了更廣泛的應用[5]。

2 軟電子束輻照的原理

軟電子束，是低于0.3 MeV 的低能級電子束，在距高電子束發生器出口約17 cm 的地方，其電子能量較低，為0.06 ～0.2 MeV；此電子束穿透力弱，只穿透食品表面50 ～100 μm 深，其主要作用在于軟電子束的輻射作用，使微生物膜電荷分布不均，影響微生物的物質交換。且軟電子束會產生電離作用，誘發產生過氧化物，破壞細胞中蛋白質和核酸、酶的結構，實現迅速殺菌。

3 軟電子束輻照的優點

軟電子束輻照的優點：①設備安全性高。電子加速器與鈷源裝置相比體積小，但相比之下連續性較好。②軟電子束輻照不會改變食品品質。軟電子束因為只對表面殺菌，不會對內部結構進行破壞，所以可以在最大程度上保持風味和品質。③成本低。軟電子束穿透力較弱，穿透深度小，只要金屬板就可以遮蔽輻射對周圍環境的影響，可以將設備建在食品加工廠內部，造價為高能量電子束發射源的30%左右，且無需運輸，省去了相應成本。④輻照處理簡單。軟電子束輻照技術易于實現規模化的大生產，且可以實現在線處理。⑤能耗低。與傳統的殺菌技術相比，軟電子束在同等殺菌條件下，所需能耗最低。

4 軟電子束輻照技術的應用

軟電子束輻照技術作為電子束輻照殺菌技術的補充，有效彌補了電子束輻照殺菌技術對谷物糧食類殺菌效果不好這一缺陷。曾有相關實驗進行驗證，使用10 MeV 電子束照射小麥后，會導致小麥發生淀粉低分子化、粘度下降、蛋白質變性及組織結構變化；使用10 MeV 電子束照射大米后，會使淀粉分子受到損傷，從而出現油脂酸敗的問題；而使用軟電子束輻照就不會產生上述現象[6]。

雖然軟電子束輻照殺菌技術需要較高技術水平的人來操作，但其處理相對簡單，易于實現規?；笊a。與傳統的鈷-60 輻照源相比，電子加速器裝置體積小，自動化程度高，加速快，處理時間短，可實現原料的在線加工處理，有效提升生產效率。

據具有多年糧食生產經驗的廠家介紹，選擇軟電子束輻照殺菌技術和原料的特性有直接關系。比如對谷物、豆類來說，造成其變質的微生物只附著在表面，故只需對表面進行殺菌，就可以在殺死病原菌和腐敗菌的同時，不影響食品內部品質；再比如對未脫殼的小麥等食物進行軟電子束殺菌處理，之后進行脫殼，可以保證脫殼之后的谷物與未輻射時一樣；在保證殺滅微生物的前提下，不影響產品品質，這是選擇該技術的初衷。同時，廠家也提到了一個大家都關心的安全問題，其表明查閱了相關電子束輻照殺菌的相關文獻資料得知，電子束輻照無化學殘留，而且更健康，而且與其他殺菌技術相比，尤其是鈷-60 軟電子輻射，電子加速器運行安全、事故發生概率較小，避免了放射性廢源處理等諸多安全問題。當然，還有一個不得不說的問題就是能耗。作為一個工廠，盈利是其不變的追求，能耗作為基礎費用，有效降低能量是最直接降低生產成本的方法之一。

5 電子束輻照技術的缺點

①軟電子束輻照技術和電子束輻照技術一樣，最難的是電子束維修；如果使用過程中，設備出現問題或損壞，因未全面普及使用，故修復難度及修復成本較高；而因其精細度較一般殺菌設備來說更加精密，導致了操作和維修也要比其他設備難很多。②因其只能對表面殺菌，導致無法對帶有包裝的產品進行殺菌，導致了脫包過程中時間及成本的增加。③因設備性能所限，無法對大型食品進行殺菌，殺菌產品較為單一，需先對大型食品分解，從而影響了設備生產效率。④目前雖未查詢到高電子束能量不會對肉類蛋白質、脂肪、碳水化合物造成影響，但無相關證據，故軟電子束是否有影響有待考證。

6 展望

我國作為一個人口大國，飲食消費在整個國民消費中所占比例超過一半，故食品安全是現在的重中之重。中國雖然人口眾多，在其他技術領域有較大建樹，但食品加工技術與一些發達國家相比仍有很大差距；基于這種背景，想讓中國人吃得好、吃得營養已經變得越來越難。新中國成立以來，隨著社會主義制度的實施，農產品數量不斷提升，使得人們的生活逐步走向健康的軌道。目前，人們的觀念及需求也不再簡單的吃飽，而是要吃得更加健康、更加美味，隨著人們食品安全意識的不斷提升，對食品安全、殺菌安全、儲藏安全的需求越來越高。

在我國，輻照食品安全是有一套完善的監控體系的。任何進行過輻照的食品均需進行標識，該標準也是輻照食品逐步被人們接受的一個重要前提。目前，并不是所有人都能接受輻照食品，所以輻照食品行業的發展任重而道遠。制定出更為合理的、符合中國國情的輻照標準體系，可為我國發展輻照食品奠定良好的基礎，從而提升產品安全性，保障產品出口，擴大出口貿易。

農產品加工仍是食品行業發展的基礎，不同初加工、深加工農產品將在未來食品體系中越來越重要。而農產品殺菌效果、儲藏效果將變得尤為重要。殺菌方式的選擇也就是未來的一大課題。

當然，軟電子束輻照殺菌技術相比傳統殺菌技術有很大優勢，且是最有效和最安全的。

后期在普及、宣傳工作中仍需加大投入，且政府科研也需要加大支持，重點領域應包括：①軟電子束輻照殺菌技術標準的完善，明確標準、品類、劑量等，控制殺菌效果。②輻照食品的鑒別技術，在執行標準的前提下，需對部分大批量產品，建立起快速、簡便、效果穩定的鑒別方法。

為了食品行業的繁榮發展，需不斷規范輻照食品安全生產流程，對軟電子束的穿透能力、殺菌效果進行驗證，以保證軟電子束技術在食品產業中的應用效果。