軟電子束殺菌技術(shù)在食品中的應(yīng)用

◎ 張耀強，何新益，劉壽山

（1.天津農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)與生物工程學(xué)院，天津 300384；2.天津市農(nóng)副產(chǎn)品深加工技術(shù)工程中心，天津 300384；3.天津市農(nóng)副產(chǎn)品加工科教興農(nóng)集成創(chuàng)新示范基地，天津 300384）

隨著食品行業(yè)的蓬勃發(fā)展，新生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備及新技術(shù)的應(yīng)用促進了生產(chǎn)效率、產(chǎn)品品質(zhì)的不斷提升。隨著社會的發(fā)展，人們對食品的需求有所轉(zhuǎn)化，由單純的好吃轉(zhuǎn)變?yōu)榱思纫贸愿踩?。食品行業(yè)作為與消費者接觸最為緊密的一個行業(yè)，其安全是重中之重。產(chǎn)品品質(zhì)安全是每個食品企業(yè)的基礎(chǔ)準繩，但即使把安全放在這樣的高度仍有問題發(fā)生?，F(xiàn)在食品行業(yè)中的很多企業(yè)，除了把控前端生產(chǎn)過程外，也把食品殺菌、儲藏運輸?shù)茸鳛橹攸c關(guān)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(shù)、儲藏技術(shù)相較傳統(tǒng)手法有了較大提升，且相對完善。但在食品行業(yè)中仍存在部分企業(yè)，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(xiàn)象，比如非法使用一些防腐劑或者采用熏蒸技術(shù)，導(dǎo)致食品結(jié)構(gòu)、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(xué)污染，從而危害人體健康。目前，我國對產(chǎn)品輻照有明確規(guī)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(shù)因相對其他殺菌技術(shù)對食品品質(zhì)影響較小的優(yōu)勢，受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前我國食品行業(yè)應(yīng)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(fā)的安全性問題使人們擔憂。軟電子束輻照殺菌技術(shù)中輻射的產(chǎn)生和消失是通過加速器開關(guān)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(shù)。

1 軟電子束輻照的起源

1948 年，美國已經(jīng)開始使用高壓電子加速器發(fā)生的陰極射線照射食品并對食品進行消毒[1]，這一技術(shù)在發(fā)達國家中得到了較好的應(yīng)用。因電子束輻照能降解食品中農(nóng)藥及獸藥殘留[2]，引發(fā)了我國眾多學(xué)者的關(guān)注。清華大學(xué)研究了鹽酸克倫特羅、呋喃唑酮、呋喃妥因以及一些代謝產(chǎn)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(guān)物質(zhì)；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(chǎn)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(wèi)生組織對近30 年的輻射數(shù)據(jù)、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(nóng)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(shù)有了更廣泛的應(yīng)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(fā)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(zhì)交換。且軟電子束會產(chǎn)生電離作用，誘發(fā)產(chǎn)生過氧化物，破壞細胞中蛋白質(zhì)和核酸、酶的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)迅速殺菌。

3 軟電子束輻照的優(yōu)點

軟電子束輻照的優(yōu)點：①設(shè)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(xù)性較好。②軟電子束輻照不會改變食品品質(zhì)。軟電子束因為只對表面殺菌，不會對內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行破壞，所以可以在最大程度上保持風味和品質(zhì)。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(huán)境的影響，可以將設(shè)備建在食品加工廠內(nèi)部，造價為高能量電子束發(fā)射源的30%左右，且無需運輸，省去了相應(yīng)成本。④輻照處理簡單。軟電子束輻照技術(shù)易于實現(xiàn)規(guī)?；拇笊a(chǎn)，且可以實現(xiàn)在線處理。⑤能耗低。與傳統(tǒng)的殺菌技術(shù)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(shù)的應(yīng)用

軟電子束輻照技術(shù)作為電子束輻照殺菌技術(shù)的補充，有效彌補了電子束輻照殺菌技術(shù)對谷物糧食類殺菌效果不好這一缺陷。曾有相關(guān)實驗進行驗證，使用10 MeV 電子束照射小麥后，會導(dǎo)致小麥發(fā)生淀粉低分子化、粘度下降、蛋白質(zhì)變性及組織結(jié)構(gòu)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(xiàn)油脂酸敗的問題；而使用軟電子束輻照就不會產(chǎn)生上述現(xiàn)象[6]。

雖然軟電子束輻照殺菌技術(shù)需要較高技術(shù)水平的人來操作，但其處理相對簡單，易于實現(xiàn)規(guī)?；笊a(chǎn)。與傳統(tǒng)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(xiàn)原料的在線加工處理，有效提升生產(chǎn)效率。

據(jù)具有多年糧食生產(chǎn)經(jīng)驗的廠家介紹，選擇軟電子束輻照殺菌技術(shù)和原料的特性有直接關(guān)系。比如對谷物、豆類來說，造成其變質(zhì)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(nèi)部品質(zhì)；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(chǎn)品品質(zhì)，這是選擇該技術(shù)的初衷。同時，廠家也提到了一個大家都關(guān)心的安全問題，其表明查閱了相關(guān)電子束輻照殺菌的相關(guān)文獻資料得知，電子束輻照無化學(xué)殘留，而且更健康，而且與其他殺菌技術(shù)相比，尤其是鈷-60 軟電子輻射，電子加速器運行安全、事故發(fā)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(chǔ)費用，有效降低能量是最直接降低生產(chǎn)成本的方法之一。

5 電子束輻照技術(shù)的缺點

①軟電子束輻照技術(shù)和電子束輻照技術(shù)一樣，最難的是電子束維修；如果使用過程中，設(shè)備出現(xiàn)問題或損壞，因未全面普及使用，故修復(fù)難度及修復(fù)成本較高；而因其精細度較一般殺菌設(shè)備來說更加精密，導(dǎo)致了操作和維修也要比其他設(shè)備難很多。②因其只能對表面殺菌，導(dǎo)致無法對帶有包裝的產(chǎn)品進行殺菌，導(dǎo)致了脫包過程中時間及成本的增加。③因設(shè)備性能所限，無法對大型食品進行殺菌，殺菌產(chǎn)品較為單一，需先對大型食品分解，從而影響了設(shè)備生產(chǎn)效率。④目前雖未查詢到高電子束能量不會對肉類蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物造成影響，但無相關(guān)證據(jù)，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(xiàn)在的重中之重。中國雖然人口眾多，在其他技術(shù)領(lǐng)域有較大建樹，但食品加工技術(shù)與一些發(fā)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(yǎng)已經(jīng)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(nóng)產(chǎn)品數(shù)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(jiān)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(yè)的發(fā)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(fā)展輻照食品奠定良好的基礎(chǔ)，從而提升產(chǎn)品安全性，保障產(chǎn)品出口，擴大出口貿(mào)易。

農(nóng)產(chǎn)品加工仍是食品行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，不同初加工、深加工農(nóng)產(chǎn)品將在未來食品體系中越來越重要。而農(nóng)產(chǎn)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(shù)相比傳統(tǒng)殺菌技術(shù)有很大優(yōu)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(lǐng)域應(yīng)包括：①軟電子束輻照殺菌技術(shù)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(shù)，在執(zhí)行標準的前提下，需對部分大批量產(chǎn)品，建立起快速、簡便、效果穩(wěn)定的鑒別方法。

為了食品行業(yè)的繁榮發(fā)展，需不斷規(guī)范輻照食品安全生產(chǎn)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(shù)在食品產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用效果。