輻照技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用研究

◎ 李其曄

（西安工程大學(xué)，陜西 西安 710048）

結(jié)合聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可了解到，因?yàn)橄x害、微生物污染引發(fā)的全球食品損失，在食品總產(chǎn)量中的占比可達(dá)到25%～35%。為實(shí)現(xiàn)對食品的殺蟲、殺菌處理，傳統(tǒng)食品殺菌技術(shù)主要采用熱處理、化學(xué)處理等方式方法，但仍會(huì)出現(xiàn)化學(xué)物質(zhì)殘留、食品品質(zhì)劣變等問題。輻照技術(shù)作為一項(xiàng)新型的殺菌保鮮技術(shù)，主要分為X-攝線、γ-射線、電子束輻照等類型，將其應(yīng)用于食品加工中，可收獲可觀的殺菌、脫毒、改善食品品質(zhì)等效果。如今，輻照技術(shù)在食品加工中應(yīng)用的安全性已得到眾多國際組織的認(rèn)可，同時(shí)，全球已有40余個(gè)國家批準(zhǔn)輻照技術(shù)在200余種食品加工中的應(yīng)用[1]。因此，本文將對輻照技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用進(jìn)行研究分析。

1 輻照技術(shù)概述

1.1 輻照技術(shù)的原理

輻照技術(shù)作為對食品開展非熱加工的新技術(shù)，食品在輻照期間溫度不會(huì)出現(xiàn)大幅轉(zhuǎn)變，所以可充分保持食品的色、香、味及營養(yǎng)成分。輻射技術(shù)的原理主要可分為紫外線殺菌原理和射線殺菌原理兩種。①紫外線殺菌原理。紫外線殺菌可作用于改變細(xì)胞質(zhì)的性質(zhì)，即在微生物細(xì)胞吸入紫外線后，受光化學(xué)反應(yīng)影響，使細(xì)胞內(nèi)成分尤其是原漿蛋白、核酸、酶類等發(fā)生化學(xué)變化，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)發(fā)生變性。在此過程中，通過誘導(dǎo)DNA中的胸腺嘧啶產(chǎn)生二聚體，使DNA斷裂并難以修復(fù)，進(jìn)一步抑制DNA復(fù)制及細(xì)胞分裂。對于細(xì)菌細(xì)胞而言，DNA發(fā)生細(xì)微轉(zhuǎn)變都會(huì)讓整個(gè)細(xì)胞體出現(xiàn)損毀，進(jìn)而破壞其正常功能，達(dá)到殺滅微生物的目的[2]。但因?yàn)樽贤饩€穿透力有限，所以通常僅適用于物料表面或者環(huán)境方面的殺菌。值得一提的是，尤以波長在250～260 nm的紫外線殺菌效果最佳。②射線殺菌原理。微生物細(xì)胞經(jīng)射線照射處理后，存在于溶質(zhì)中的生物活性物質(zhì)會(huì)受到輻射的直接效應(yīng)，處在于細(xì)胞中的多量溶劑則會(huì)受到水分子引起的輻射間接效應(yīng)，也就是水分子吸入射線能量后被激活轉(zhuǎn)變成離子或者自由基，接著與細(xì)胞內(nèi)其他物質(zhì)發(fā)生作用引發(fā)化學(xué)鍵破裂，讓物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步與生物體發(fā)生一系列物理反應(yīng)或者化學(xué)反應(yīng)，對其新陳代謝及生長發(fā)育予以抑制或者破壞，進(jìn)一步達(dá)到殺菌、減少損失、延長食品貯存時(shí)間的效果。

1.2 輻照技術(shù)的特征

對于輻照技術(shù)的特征而言，主要表現(xiàn)于以下幾點(diǎn)。①輻照技術(shù)作為一種“冷處理”的處理手段，通常在常溫下開展，輻照期間形成的熱量偏少，基本上不會(huì)改變食品的內(nèi)部物質(zhì)，進(jìn)而可很好地保持食品固有的外觀及風(fēng)味。②輻照技術(shù)憑借其高能量的射線，可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)勁的穿透效果，在無需開啟包裝的情況下即可穿透食品包裝材料進(jìn)入食品內(nèi)部，在抑制發(fā)芽、延緩成熟、殺蟲滅菌等方面發(fā)揮著十分有效的作用。③輻照技術(shù)應(yīng)用過程中，化學(xué)物質(zhì)零添加，有害物質(zhì)零殘留，沒有任何破壞生態(tài)環(huán)境的副作用。④輻照處理不會(huì)產(chǎn)生極大的能源消耗，有助于節(jié)約能源。國際原子能機(jī)構(gòu)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，熱處理消毒耗能為300（kW·h）·t-1，冷藏農(nóng)產(chǎn)品輻照耗能為90（kW·h）·t-1，而農(nóng)產(chǎn)品輻照滅菌貯存僅需6.3（kW·h）·t-1，可節(jié)約70%～90%的能源[3]。⑤輻照技術(shù)具有極高的技術(shù)含量，自動(dòng)化水平高，可為商業(yè)化應(yīng)用提供極大便利。雖然輻照技術(shù)前期建設(shè)應(yīng)用需要投入較高的成本，但運(yùn)行成本偏低，可創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 輻射技術(shù)的安全性

經(jīng)輻照處理的食品是否會(huì)產(chǎn)生毒副作用、是否會(huì)受到放射性危害、是否會(huì)使?fàn)I養(yǎng)價(jià)值受損是輻射技術(shù)在食品加工中應(yīng)用時(shí)消費(fèi)者尤為關(guān)心的問題。食品在輻照處理過程中并不會(huì)與輻照源進(jìn)行直接接觸，而經(jīng)由輻照源發(fā)射出的射線接受殺菌處理，依托射線或電子束的能量殺滅病害菌，保證食品的安全性。對食品開展輻照處理，與冷凍、灌裝、烹飪等處理相一致，僅會(huì)讓食品發(fā)生細(xì)微的轉(zhuǎn)變，且該種轉(zhuǎn)變不會(huì)對食品造成任何損害。結(jié)合世界衛(wèi)生組織調(diào)查的相關(guān)結(jié)果，輻照處理方式與巴氏殺菌消毒方式的安全性是相同的，對保障人體健康可實(shí)現(xiàn)極佳的效果。

2 輻照技術(shù)在食品加工中的實(shí)際應(yīng)用

2.1 在保持食品新鮮度中的應(yīng)用

輻照技術(shù)在保持食品新鮮度中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)于以下幾個(gè)方面。

2.1.1 在抑制發(fā)芽及延緩成熟中的應(yīng)用

經(jīng)采摘后的果蔬依然會(huì)進(jìn)行有機(jī)物代謝，經(jīng)由呼吸作用產(chǎn)生能量，消耗養(yǎng)分。與此期間，如果不進(jìn)行針對性處理，一味的代謝會(huì)讓果蔬出現(xiàn)失水、發(fā)芽、變色或者腐敗等情況，不僅會(huì)影響果蔬的外觀形態(tài)，還會(huì)讓果蔬失去食用價(jià)值，更會(huì)在微生物滋生下形成有害物質(zhì)，進(jìn)一步對食用者的身體健康構(gòu)成一定威脅。而將輻照技術(shù)應(yīng)用于新采摘的果蔬加工中，特別是采用低劑量的輻照，可實(shí)現(xiàn)對果蔬發(fā)芽的有效抑制，并且還可對果蔬的新陳代謝、果蔬表層微生物發(fā)揮一定的抑制和殺滅作用，進(jìn)一步使果蔬的貯存期得到有效延長[4]。

2.1.2 在防止蟲害中的應(yīng)用

谷物在貯存過程中往往會(huì)受到蟲害的影響，而對谷物開展輻照處理則是防范蟲害的一項(xiàng)處理方式。谷物及其制品在輻照處理過程中，γ-射線會(huì)形成各種效應(yīng)，讓害蟲、蟲卵的遺傳物質(zhì)及蛋白質(zhì)等發(fā)生不可逆的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而致使害蟲死亡或者不育。此外，輻照還可殺滅由于貯存環(huán)境不理想而引發(fā)糧食霉變的真菌毒素等。相關(guān)研究得出，低劑量的輻照可收獲可觀的殺蟲抑菌效果，并且不會(huì)對糧食的營養(yǎng)及加工特性構(gòu)成影響。

2.1.3 在果蔬保鮮中的應(yīng)用

相關(guān)研究證明，針對青椒表層食源性致病菌如大腸桿菌、李斯特菌，電子輻照可發(fā)揮有效的殺滅效果，并且可作用于抑制果蔬中酶的活性，從而在一定程度上降低植物體的生命活力，進(jìn)一步延長果蔬產(chǎn)品的保質(zhì)期[5]。還有眾多研究表明，低劑量的輻照對大部分果蔬可發(fā)揮一定的保鮮作用，同時(shí)不會(huì)破壞它們的品質(zhì)及相關(guān)營養(yǎng)成分，達(dá)到延長貯存期的效果。

2.2 在食品檢驗(yàn)檢疫中的應(yīng)用

2008年7月15 日，我國開始實(shí)施國家標(biāo)準(zhǔn)《植物檢疫措施準(zhǔn)則 輻照處理》《GB/T 21659—2008》，該標(biāo)準(zhǔn)對限定有害生物或者物品采用電離輻射技術(shù)開展輻照處理的具體程序、技術(shù)準(zhǔn)則予以了規(guī)定。對于輻照技術(shù)在食品檢驗(yàn)檢疫中的應(yīng)用，主要表現(xiàn)在以下兩大方面。

2.2.1 在糧食檢疫中的應(yīng)用

小麥矮腥黑穗菌作為我國進(jìn)口植物檢疫性有害生物，在我國加入世界貿(mào)易組織之前，美國進(jìn)境帶病疫麥問題長期困擾著我國。為解決小麥貿(mào)易中的小麥矮腥黑穗菌問題，有研究人員應(yīng)用γ-射線對小麥矮腥黑穗菌開展對應(yīng)研究，指出冬孢子相對死亡率與輻照劑量自然對數(shù)值呈直線相關(guān)關(guān)系，也就是伴隨輻照劑量升高，相對死亡率也會(huì)出現(xiàn)上升情況。還有研究人員開展了電子束輻照滅活小麥矮腥黑穗菌冬孢子試驗(yàn)，結(jié)果得出5 kGy劑量輻照可讓小麥矮腥黑穗菌冬孢子失去萌發(fā)力而失活。另外，還有研究人員選取電子束輻照稻粒黑粉菌、禾草腥黑粉菌病粒，結(jié)果得出，在輻照劑量達(dá)到5.31 kGy時(shí)，可讓稻粒黑粉菌、禾草腥黑粉菌病粒冬孢子失去萌發(fā)力[6]。

2.2.2 在水果檢疫中的應(yīng)用

水果輻照檢疫技術(shù)現(xiàn)已發(fā)展的相對成熟，并在柑橘、芒果、荔枝和橙類等水果進(jìn)出口檢疫中得到了廣泛應(yīng)用。有研究人員對柑橘大實(shí)蠅的輻照效應(yīng)開展研究，指出90 Gy可作為輻照處理柑橘大實(shí)蠅的應(yīng)用劑量。還有相關(guān)研究得出，60Co-γ射線可作用于殺滅荔枝蒂蛀蟲幼蟲，達(dá)到檢疫處理的效果，并且300 Gy可作為輻照處理荔枝蒂蛀蟲幼蟲的應(yīng)用劑量[7]。

2.3 在提升食品品質(zhì)中的應(yīng)用

輻照改性作為輻照技術(shù)所能實(shí)現(xiàn)的一項(xiàng)重要功能，有研究人員將輻照技術(shù)應(yīng)用于提升食品品質(zhì)中并收獲了理想的效果。對于輻照技術(shù)在提升食品品質(zhì)中的應(yīng)用，主要表現(xiàn)于以下兩大方面。

2.3.1 在提升谷類品質(zhì)中的應(yīng)用

經(jīng)輻照處理后，可讓小麥粉的粉質(zhì)摻合值、吸水量以及面團(tuán)穩(wěn)定性等參數(shù)得到有效提升，究其原因，在輻照影響下，可讓淀粉的結(jié)構(gòu)及特性發(fā)生轉(zhuǎn)變，并且還會(huì)對小麥蛋白的功能特性帶來一定影響，這對改良面粉生產(chǎn)工藝有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。另外，相關(guān)研究表明，通過將輻照技術(shù)應(yīng)用于水稻處理中，有助于提升水稻的蒸煮性及其食用品質(zhì)。經(jīng)電鏡掃描發(fā)現(xiàn)，通過輻照處理后的淀粉顆粒結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)變，同時(shí)直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例也會(huì)發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步改變淀粉的黏度等特性。

2.3.2 在提升酒類品質(zhì)中的應(yīng)用

通過對輻照技術(shù)的應(yīng)用，可顯著提升酒類的老化過程，進(jìn)一步提升酒的品質(zhì)。以黃酒為例，黃酒是以糯米為生產(chǎn)原料，經(jīng)糖化發(fā)酵制成的酒類產(chǎn)品。通過將輻照技術(shù)應(yīng)用于黃酒生產(chǎn)工藝中，可有效提升黃酒中的氨基酸總量，從而改善黃酒的口感，還有助于提升黃酒的營養(yǎng)價(jià)值。還有研究人員將輻照技術(shù)應(yīng)用于啤酒生產(chǎn)工藝中，研究得出，經(jīng)1～3 kGy輻照處理的大麥，可顯著提升啤酒的產(chǎn)出率[8]。

3 結(jié)語

輻照技術(shù)憑借其無污染、無殘留、可充分保持食品風(fēng)味及營養(yǎng)成分、殺菌完全且能耗低等優(yōu)勢，在食品加工中的應(yīng)用越來越廣泛。隨著人們生活水平的不斷提升，人們對高品質(zhì)、高營養(yǎng)的食品提出了越來越迫切的需求。因此，輻照技術(shù)在今后的食品加工中有著十分廣闊的應(yīng)用前景。隨著輻照技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展成熟，輻照食品將逐步進(jìn)入到千家萬戶。