輻照技術(shù)在食品中的應(yīng)用及研究進(jìn)展

王辰龍　吳翔　徐宏青

摘要輻照技術(shù)是一種新型、綠色、高效的加工技術(shù)，已經(jīng)應(yīng)用于食品加工、化工、材料等諸多領(lǐng)域。主要介紹了輻照技術(shù)原理，闡述了輻照對(duì)食品中營(yíng)養(yǎng)成分的影響，及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用，并展望了輻照技術(shù)在食品工業(yè)中的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞輻照；食品；應(yīng)用

中圖分類號(hào)TS205文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2018）08-0023-03

Application and Research Progress of Irradiation Technology in Food

WANG Chenlong1，WU Xiang2，XU Hongqing2（1.Market Authority for Food and Drug Testing Center of Xian Gaoling District， Xian ，Shaanxi 710200；2.AgroProducts Processing Research Institute ，Anhui Academy of Agricultural Sciences， Hefei ，Anhui 230031）

AbstractIrradiation technology is a new type of high technology and has been used in food processing， chemical industry and material.The principle of irradiation technology is introduced， the influence of irradiation on the nutritional components in food and its application in food industry are expounded， and the future development of irradiation technology in food industry is forecasted.

Key wordsIrradiation；Food；Application

輻照技術(shù)是利用60Co、137Cs 等放射性元素產(chǎn)生的γ射線、電子加速器產(chǎn)生的電子束或X射線等，與物質(zhì)相互作用所產(chǎn)生的物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和生物效應(yīng)，對(duì)被加工物品進(jìn)行處理，以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的方法。輻照技術(shù)具有以下特點(diǎn)：①屬于“冷加工”技術(shù)，能較好地保持物質(zhì)原有的內(nèi)外在品質(zhì)。②可對(duì)包裝好的產(chǎn)品進(jìn)行處理，操作簡(jiǎn)便、快捷。③沒有化學(xué)藥物殘留，不污染環(huán)境。④殺蟲、殺菌比較徹底，安全性高。⑤成本低，能耗少，節(jié)省能源[1]。

輻照技術(shù)是一項(xiàng)新興的高新技術(shù)，已經(jīng)應(yīng)用于食品加工、化工、材料等諸多領(lǐng)域，并在食品工業(yè)中發(fā)揮了巨大的實(shí)用價(jià)值。由于公眾缺乏對(duì)輻照食品安全性的了解，導(dǎo)致其發(fā)展緩慢?？陀^評(píng)價(jià)輻照食品的安全性，有利于推進(jìn)輻照技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用。

1食品輻照概述

1.1起源

20世紀(jì)40年代，美國軍方為了解決軍用食品供給，開始研究食品輻照技術(shù)。食品輻照是人類利用核技術(shù)開發(fā)出來的一種新型的食品保藏技術(shù)，食品經(jīng)過一定劑量的射線或電子束輻射，可消除食品中的病原微生物、破壞生物毒素或抑制某些生理過程，從而達(dá)到食品保藏或保鮮的目的[2]。

1.2技術(shù)原理

食品輻照是利用原子能，作用于被輻照物質(zhì)中的“敏感物質(zhì)”，延緩其某些生理過程，或?qū)κ称芳捌浒b材料進(jìn)行殺菌、消毒等處理，以達(dá)到延長(zhǎng)貨架期、保持或改善品質(zhì)的一項(xiàng)技術(shù)。輻照滅菌是作用于微生物內(nèi)部的DNA、RNA或蛋白質(zhì)等有機(jī)分子，使其發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、分子交聯(lián)或堿基序列改變，從而使細(xì)菌、病毒、微生物死亡，以達(dá)到延長(zhǎng)食品儲(chǔ)藏期的目的[3]。

早在1980年，聯(lián)合國糧農(nóng)組織/世界衛(wèi)生組織/國際原子能機(jī)構(gòu)（FAO/WHO/IAEA）聯(lián)合專家委員會(huì)根據(jù)長(zhǎng)期的毒理學(xué)、營(yíng)養(yǎng)學(xué)、微生物學(xué)資料以及輻照化學(xué)的研究結(jié)果宣布：總平均劑量不超過10 kGy輻照的食品是安全的，不存在毒理學(xué)上的危害，不需要對(duì)經(jīng)過該劑量輻照處理的食品再作毒理試驗(yàn)[4-5]。隨著試驗(yàn)方法的

改進(jìn)和檢測(cè)技術(shù)的提高，國際食品法典委員會(huì)（CAC）在2003年通過了《輻照食品國際通用標(biāo)準(zhǔn)》[6]和《食品輻射加工工藝國際推薦準(zhǔn)則》[7]，在法規(guī)上取消了食品輻照加工中10 kGy最大吸收劑量的限制[8]。

國外研究食品輻照起步較早，研究時(shí)間較長(zhǎng)，根據(jù)Roberts[9]，Ehlermann[10]的研究表明，食品工業(yè)中常用的輻照計(jì)量對(duì)食品來說是安全的。

2輻照對(duì)食品中成分的影響

2.1輻照對(duì)水分的影響水是食品的重要組成成分，新鮮的食品、農(nóng)產(chǎn)品和水產(chǎn)品等都含有大量水分，其水分活度的高低對(duì)食品的保藏具有重要影響。水分子受輻照后易發(fā)生電離，產(chǎn)生具有很強(qiáng)的氧化性或還原性的過氧化氫、羥基自由基等，使水分活度升高。而食品中富含蛋白質(zhì)、脂肪、糖類和維生素，易與輻照產(chǎn)生的物質(zhì)等發(fā)生反應(yīng)，從而破壞營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，降低其生理價(jià)值。因此食品中的水分是影響輻照品質(zhì)的重要因素之一[11-12]。

2.2輻照對(duì)碳水化合物的影響碳水化合物屬于大分子物質(zhì)，受輻照后相對(duì)穩(wěn)定。研究證明，低劑量的輻照不會(huì)使高含糖量的食品品質(zhì)發(fā)生變化，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也不因輻射而改變[12]。固態(tài)的糖輻照后，易發(fā)生分解。輻照溶液中的糖類，主要是由于水電離產(chǎn)生的自由基所造成的，主要產(chǎn)物有甲醛、丙醛、乙二醛、醛糖酸、糖聚合體、脫氧化合物等。輻照低聚糖和多糖，還會(huì)發(fā)生糖苷鍵的斷裂，形成更小單位的糖類[13]。一般情況下，低劑量的輻照殺菌過程，對(duì)糖的消化率和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值沒有影響。

2.3輻照對(duì)維生素的影響

維生素分子對(duì)輻照較為敏感，其影響程度取決于輻照劑量、溫度、氧氣和食物類型[14]。低溫或缺氧狀態(tài)下輻照可以減少維生素的損失。輻照對(duì)水溶性維生素的破壞主要是由于射線作用于水溶液產(chǎn)生自由基的間接效應(yīng)所致，各種水溶性維生素接受輻照后，均有不同程度的損失，其中VC對(duì)輻照最為敏感，高濃度的VC溶液對(duì)輻照的敏感性要高于低濃度溶液。由于在食品中維生素都是與其他物質(zhì)復(fù)合存在，受到一定程度的“保護(hù)”，對(duì)輻照的敏感性大大降低。脂溶性維生素受到輻照后，也會(huì)有不同程度的損失，其中VE最為敏感。輻照所造成的維生素?fù)p失，與其他食品加工方式相比（如熱加工）所造成的損失要輕微得多[15]。

2.4輻照對(duì)脂肪的影響

脂肪屬于大分子物質(zhì)，在動(dòng)物性食品中含量較多，輻照使得脂肪分子加速氧化，出現(xiàn)令人不愉快的異味。氧化程度的高低取決于脂肪的不飽和程度、輻照劑量和氧氣濃度等。有文獻(xiàn)表明，脂肪的氧化程度隨輻照劑量的增加而增加，可通過測(cè)定過氧化值來證明。輻照一些高脂肪類的食品，會(huì)產(chǎn)生 “輻照異味”[16]，這些異味的產(chǎn)生是由于輻照過程所產(chǎn)生的“輻解產(chǎn)物”，從而影響食品的感官品質(zhì)[17]。輻照所引起的脂肪氧化和脂肪酸的降解是輻照異味產(chǎn)生的主要途徑。有文獻(xiàn)報(bào)道，經(jīng)輻照的肉制食品中，會(huì)產(chǎn)生一些有揮發(fā)性的醛類，可通過測(cè)定硫代巴比妥酸（TBA）值反映其氧化程度。

2.5輻照對(duì)氨基酸的影響

各種蛋白質(zhì)是由不同數(shù)量和種類氨基酸組成，由于食品中游離氨基酸所在環(huán)境體系復(fù)雜，其經(jīng)輻照后的反應(yīng)多樣，主要發(fā)生脫氨作用生成長(zhǎng)碳鏈脂肪酸，同時(shí)產(chǎn)生小分子H2S等。王守經(jīng)等[18]試驗(yàn)研究表明，輻照前后生姜中各種氨基酸含量與對(duì)照組相比，氨基酸含量變化不顯著，只有蛋氨酸和精氨酸含量減少較多。郭峰等[19]研究，在低溫（-10 ℃）條件下輻照凍干牛肉片，結(jié)果表明經(jīng)4 kGy輻照后，牛肉中各種氨基酸含量變化不顯著。袁芳[20]以豆腐干為研究對(duì)象，采用高效液相色譜法（HPLC）測(cè)定樣品經(jīng)輻照前后氨基酸含量的變化情況，結(jié)果表明豆腐干經(jīng)0～10 kGy劑量的輻照后，各種氨基酸含量變化不顯著。

2.6輻照對(duì)蛋白質(zhì)的影響

蛋白質(zhì)是人體所需八大營(yíng)養(yǎng)素之一，也是食品主要組成成分之一。蛋白質(zhì)由氨基酸組成，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，共分為4級(jí)結(jié)構(gòu)，分別具有不同的生物學(xué)功能。食品中的蛋白質(zhì)與其他成分共同存在于一個(gè)體系中，因此輻照對(duì)蛋白質(zhì)的作用機(jī)制比較復(fù)雜，主要是通過輻照作用于蛋白質(zhì)所處環(huán)境中的水所產(chǎn)生自由基，使蛋白質(zhì)發(fā)生脫羧、氨基氧化、二硫鍵斷裂和肽鏈的降解或交聯(lián)反應(yīng)，改變了蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)，從而改變其某些生物學(xué)特性[21-22]。但是在商業(yè)允許的輻照劑量下，其蛋白質(zhì)、氨基酸含量與傳統(tǒng)加熱殺菌所造成的損失相比大大降低。經(jīng)一定劑量的輻照后，蛋白質(zhì)所攜帶的過敏原基團(tuán)被改變，達(dá)到了脫敏的效果；其膠凝性、起泡性和乳化性的改變對(duì)食品工業(yè)帶來了某些有利的作用[21，23]。

3輻照技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用

3.1保持食品新鮮度

3.1.1抑制發(fā)芽和延緩成熟。

果蔬采后仍進(jìn)行著有機(jī)體的代謝過程，通過呼吸作用消耗能量和養(yǎng)分。如不加以控制，過度的代謝過程會(huì)導(dǎo)致果蔬發(fā)芽、變色、失水或腐敗，不僅影響感官，甚至?xí)蛊涫ナ秤脙r(jià)值，更嚴(yán)重者會(huì)受到微生物浸染而產(chǎn)生有毒物質(zhì)，使食用者受到危害。有試驗(yàn)研究證明，低劑量的輻照可以抑制果蔬發(fā)芽，特別是鱗莖類[24]；同時(shí)還對(duì)果蔬的新陳代謝和果蔬表面微生物起到了抑制和殺滅作用，從而延長(zhǎng)了貯存期。

3.1.2防止蟲害。

谷類在貯藏過程中常會(huì)受到蟲害的影響，對(duì)谷物進(jìn)行輻照處理是預(yù)防蟲害的有效手段。谷類及其制品經(jīng)輻照后，γ射線產(chǎn)生的一系列效應(yīng)，使害蟲及蟲卵的遺傳物質(zhì)和蛋白質(zhì)等發(fā)生不可逆變化，造成害蟲死亡或不育。此外，輻照還可以除去因貯藏環(huán)境不當(dāng)導(dǎo)致糧食霉變的真菌毒素等。試驗(yàn)研究[25-26]也證明，低劑量的輻照可以達(dá)到良好的殺蟲抑菌效果，同時(shí)保證了糧食的營(yíng)養(yǎng)與加工特性。

3.1.3果蔬保鮮。

王少丹等[27]研究電子輻照可以殺滅青椒表面食源性致病菌大腸桿菌和李斯特菌，同時(shí)可以抑制蔬菜中酶的活性，相應(yīng)地降低植物體的生命活力，從而延長(zhǎng)保質(zhì)期。王秋芳等[28]研究表明，輻照可有效殺滅葡萄表面的霉菌、酵母菌和大腸桿菌。楊俊麗等[29]研究表明，經(jīng)3.5 kGy輻照后的草莓，可以延長(zhǎng)貯藏期，對(duì)其口感和品質(zhì)沒有顯著影響。其他研究也表明，低劑量的輻照對(duì)多數(shù)果蔬都能起到一定的保鮮作用，而不影響其品質(zhì)和主要營(yíng)養(yǎng)成分，達(dá)到延長(zhǎng)貨架期的目的。

3.1.4畜禽水產(chǎn)的保鮮。

哈益明等[30]研究表明，用γ射線輻照對(duì)禽類產(chǎn)品細(xì)菌的滅除率可達(dá)到99%以上，只需要5 kGy安全輻照劑量即可。李俐俐等[31]研究了γ射線輻照對(duì)蝦仁中葡萄球菌的殺滅作用，在輻照劑量達(dá)到6 kGy時(shí)有較好的效果。多數(shù)研究結(jié)果表明，在低劑量輻照后，食品中蛋白質(zhì)的含量變化不顯著，只有少部分蛋白質(zhì)的3級(jí)結(jié)構(gòu)、4級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的部分生物學(xué)功能喪失，由此引起了生物體代謝功能改變或喪失代謝機(jī)能等過程，從而達(dá)到保鮮的目的。

3.1.5調(diào)味品保藏。

調(diào)味品的輻照主要是對(duì)香料和調(diào)味品進(jìn)行殺蟲和滅菌，不但有效抑制了微生物，同時(shí)還保證其原有的香辛味。陳廣球[32]研究采用7.9 kGy輻照黑胡椒后，細(xì)菌、霉菌和大腸菌群均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

3.2改善食品品質(zhì)

3.2.1改善谷類品質(zhì)。

輻照除了殺菌保鮮外，還可以改善食品的品質(zhì)。小麥粉經(jīng)輻照后吸水量、面團(tuán)穩(wěn)定性及粉質(zhì)摻和值都有了一定的改善，主要是因?yàn)檩椪崭淖兞说矸鄣慕Y(jié)構(gòu)與特性，同時(shí)也影響到了小麥蛋白的功能特性，這對(duì)改良面粉工藝具有重要意義。有試驗(yàn)研究[33-34]證明，輻照處理后的水稻，其蒸煮性和食用品質(zhì)都得到了改善。電鏡掃描結(jié)果表明，經(jīng)輻照后的淀粉顆粒結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例發(fā)生變化，從而影響了淀粉的黏度等特性[35-36]。

3.2.2改善酒類品質(zhì)。通過輻照處理可以加速酒類的老化過程，改善酒的品質(zhì)。黃酒是以糯米為原料，經(jīng)過糖化發(fā)酵而成。其經(jīng)過輻照后，氨基酸總量有明顯增加，改善了黃酒的風(fēng)味，還提高了黃酒的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[37]。周建儉[38]研究了釀造啤酒的主要原料大麥經(jīng)γ射線輻照后對(duì)啤酒產(chǎn)出率的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)1～3 kGy輻照后的大麥可以提高啤酒的產(chǎn)出率。還有試驗(yàn)證明，對(duì)酒進(jìn)行輻照會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，使酒變得醇厚，說明輻照對(duì)酒也具有一定的催陳作用。

3.2.3降低農(nóng)藥殘留。

有試驗(yàn)證明[39-41]，輻照可以有效降解食品中的農(nóng)藥殘留，且降解產(chǎn)物安全，有效地保證了食品的安全性。劉春泉等[42]研究表明，對(duì)氯霉素含量較高的河蝦經(jīng)4 kGy的60Co輻照后，可使河蝦中氯霉素的殘留量減少50%。

4發(fā)展現(xiàn)狀及展望

經(jīng)過多年研究與發(fā)展，輻照食品的安全性已得到越來越多國家的承認(rèn)。同時(shí)輻照食品在滅菌、保鮮等方面顯示出其優(yōu)越性，受到廣泛關(guān)注。目前，食品輻照技術(shù)的推廣還有許多問題需要解決。我國的食品輻照技術(shù)研究應(yīng)與國際同步，在國際上得到認(rèn)可，從而減少輻照食品進(jìn)出口貿(mào)易的壁壘；加大科學(xué)宣傳，提供權(quán)威資料，順利推進(jìn)食品輻照技術(shù)商業(yè)化，引導(dǎo)消費(fèi)者正確認(rèn)識(shí)與接受；構(gòu)建完善輻照食品標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)市場(chǎng)監(jiān)管，建立符合我國實(shí)際的輻照食品安全體系。今后一段時(shí)期，食品輻照技術(shù)的研究熱點(diǎn)主要集中在：食品營(yíng)養(yǎng)的提升與輻照工藝的關(guān)系；輻射降解藥物殘留的安全性研究；輻照滅菌保鮮機(jī)理的研究。

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