第三節(jié)食品物理保鮮

第三節(jié)食品物理保鮮第1頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理概念：利用γ射線、X射線以及電子書等電離輻射射線與物質作用產生的物理效應、化學效應和生物效應，達到殺蟲滅菌、防止霉變、提高食品的衛(wèi)生質量、保持營養(yǎng)品質及風味及延長貯藏期和貨架期的目的。輻射保藏的特點：（1）食品在受輻射過程中溫度升高甚微，因此，被輻射適當處理后的食品在感官性狀如色、香味和質地等方面與新鮮食品差別很小，特別適合于一些不耐熱的食品和藥品。（2）射線穿透力強，在不拆包裝和解凍的情況下，可殺滅其深藏于谷物、果實或凍肉內部的害蟲和微生物，也節(jié)省了包裝材料，避免再污染。（3）射線處理過的食品不會留下任何殘留物，與化學處理相比是一大特點。第2頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月第3頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理（4）節(jié)省能源：據76年國際原子能機構（IAEA）通報的估計，食品采用冷藏需消耗能量為90千瓦時/T，巴氏消毒230千瓦時/T，熱力殺菌300千瓦時/T，脫水處理（干燥）700千瓦時/T，而輻射殺菌只需6.34千瓦時/T，輻射巴氏消毒0.76千瓦時/T。（5）適應范圍廣：能處理各種不同類型的食物品種，如從裝箱的馬鈴薯到袋裝的面粉、肉類、水果、蔬菜、谷物、水產等多種體積的食品；不同狀態(tài)，固體液體。（6）加工效率高、整個工序可連續(xù)化、自動化。只要規(guī)模大，就能獲得巨大的利益。谷物20萬噸以上，馬鈴薯2.5萬噸以上，洋蔥5000噸。

因此，輻射保藏是一種獲得經濟效益和有發(fā)展前途的保藏方法，也是和平利用原子能的一個重要方面。第4頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理（一）輻射的起源與發(fā)展1895年倫琴發(fā)現X-射線后，Mink于1896年就提出X-射線的殺菌作用。二次大戰(zhàn)期間，美國麻省理工學院的羅克多爾將射線處理漢堡包，揭開了輻射保藏食品研究的序幕。50年代起北美、歐洲、日本等30多個國家先后投入大量的費用進行研究；60年代一些第三世界國家也加入該行列，目前從事這方面研究的有50-60個國家。第5頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理國際原子能組織（IAEA）、聯合國糧農組織（FAO）、世界衛(wèi)生組織（WHO）等的支持和組織下，進行了種種國際協作研究。到1976年25種輻射處理食品在18個國家得到無條件批準或暫定批準，允許供作為商品供一般使用。1980年10月27日上述組織聯合舉行的第四次專門委員會議作出結論：用10kGy以下平均最大劑量照射任何食品，在毒理學、營養(yǎng)學及微生物學上都絲毫不存在問題，而且今后無須再對經低于此劑量輻照的各種食品進行毒性實驗。1999年，以上三結構在WHO890號報告中宣布：超過10kGy高劑量輻照食品也是安全的結論。但具體實施的時候要綜合考慮食品的衛(wèi)生安全，結構完整性，功能特性和食用品質所確定的最高耐受劑量。第6頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理目前許多國家將輻射用于食品的加工與保藏。前蘇聯、美國、加拿大、法國、日本、中國等國家均批準在一些食品中使用輻照。日本、加拿大建立了輻射工廠用于食品保藏、有魚蝦、果蔬等。歐洲（丹麥、保加利亞、法國等）用于抑制土豆、大蒜、洋蔥發(fā)芽。發(fā)展中國家，印度、伊朗、泰國、智利、阿根廷等用于糧食（谷物）的防霉、防蟲。第7頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理我國自1958年開始，70年代的研究工作取得了一定的成效。1984年11月國家衛(wèi)生部批準7項（馬鈴薯、洋蔥、大蒜、花生、蘑菇、香腸）輻照食品允許消費。之后又有20多種食品通過了不同級別的技術鑒定。80年代，一些省市建立了一起容量較大的輻射應用試驗基地，如北京、上海、天津、湖南、四川、廣東等地。1996年頒布了“輻照食品管理辦法”，現已公布了大量的食品輻照工藝標準。第8頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理（二）輻射處理原理及生物學效應食品輻照時，射線把能量或電荷傳遞給食品以及食品上的微生物和昆蟲，引起的各種效應造成它們體內的酶鈍化和各種損傷，進而迅速影響其整個生命過程，導致代謝、生長異常、損傷擴大直至生命死亡。食品中的鮮活食品存在著生命活動，采后的代謝處在緩慢的階段，輻射所產生的影響進一步延緩了它們的后熟作用，使食品更加適于貯藏。1、輻射的物理學原理輻射指能量傳遞的一種方式，在電磁波譜中，根據能量相應的大小，可使電磁波分成無線電波、微波、紅外、可見光、紫外線，χ和γ射線。通常根據輻射的作用形式可將輻射分為電離輻射和非電離輻射兩種類型。通常按輻射的頻率來劃分。第9頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月

υ頻率

λ波長λ

υ=Cυ=C/λ低頻輻射區(qū)υ<1015Hz高頻輻射線υ>1015HzE能量無線電波微波紅外可見紫外X射線和γ射線105Hz1010101510181020

3km3cm3μm3nm0.3nm4×10-10ev4×10-54×10-34

4×1024kev4Mev第10頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理非電離輻射：低頻輻射線υ＜1015，波長較長（頻率較低），能量小，如微波、紅外線的能量僅能使物質分子產生轉動或振動而產生熱，則起到加熱殺菌作用。是非電離輻射。

電離輻射：高頻輻射線υ＞1015，頻率較高，能量大，有激發(fā)和電離兩種作用：（1）υ在1015-1018Hz

，如紫外線的能量，僅能使被照射物質的原子受到激發(fā)（激發(fā)為使電子從低能態(tài)到高能態(tài)），亦可起到殺菌的作用，這與低頻輻射不同，不是加熱，故又稱為冷殺菌。

（2）υ＞1018Hz，如X-，γ-射線，能量很大，在使物質的原子受到激發(fā)的同時，還能引起原子的電離（使電子從各個原子中彈出而本身原子變成帶相反電荷的離子），因而可起到殺菌作用。能使受輻射物質的原子發(fā)生電離作用的輻射稱為電離輻射。第11頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理輻射或照射的計量單位：輻照或輻射量、物質吸收量以及他們的速率。①放射性活度：是度量放射性強弱的物理量。處于某一特定能態(tài)的放射性核在單位時間內的衰變數。單位是貝可勒爾，符號為Bq。1Bq=1s-1②照射量：度量射線在空氣中電離能力的物理量。③吸收劑量和吸收劑量率吸收劑量：吸收劑量是指在輻射源的輻射場內單位質量被輻射物質吸收的輻射能量。簡稱劑量。單位是戈瑞，符號Gy。單位質量的被照射物質在單位時間中所吸收的能量稱為吸收劑量速率。單位是：Gy/s。第12頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理2、輻射的化學效應是指被輻射物質中的分子所發(fā)生的化學變化。電離輻射使物質產生化學變化的問題至今仍不是很清楚。由電離輻射使食品產生多種離子、粒子及質子的基本過程有：直接初級輻射——即物質接受輻射能后，形成離子、激發(fā)態(tài)分子或分子碎片——與輻射程度有關。間接次級輻射——初級輻射的產物相互作用生成與原物質不同的化合物——與溫度等其他條件有關。

食品經輻射后，會產生自由基如有機過氧化物，從而影響產品質量。第13頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理食品及其他生物有機體的主要化學成分在輻射下的變化。（1）水水是微生物、昆蟲的重要成分，食品中也含有水分。水分子對輻射很敏感，當它接受了射線的能量后，水分子首先被激活，然后由激活了的水分子和食品中的其他成分發(fā)生反應。食品中其他成分通過水的輻解而受間接影響可能大于輻射的直接影響。水接受輻射后的最后產物是氫和過氧化氫，形成的機制很復雜?，F已知的中間產物主要有三種：水合電子（eaq），氫氧基（OH·），氫基（H·）。第14頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理（2）氨基酸與蛋白質有機化合物因輻射而分解的產物也很復雜，取決于原物質的化學性質和輻射條件，有的從高分子---低分子，有的反而從低分子---高分子。射線照射到食品蛋白質分子，很容易使它的二硫鍵、氫鍵、鹽鍵、醚鍵斷裂，破壞蛋白質分子的三級、二級結構，改變物理化學性質，從而影響其風味及感官變化。肉照射后易產生揮發(fā)性物質，影響風味，而低溫使生成的揮發(fā)性成分降低，故為了使輻照殺菌的肉不產生異味，最好在凍結溫度下照射。一般在-40℃或更低。第15頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理射線照射，引起氨基酸、蛋白質分子的化學變化有：（1）脫氨：如甘氨酸e-+NH3+CH2COOH-→NH3+CH2COO-（2）放出CO2:a.

脫氨的脫羧反應b.

不脫氨的脫羧反應（3）含硫氨基酸的氧化（巰基）e-+NH3+CH2CH(CH2SH)COO-→H2S+NH2CH(CH2)COO-

（4）交聯蛋白質凝聚(該蛋白質分子通過硫氫基的氧化生成分子內或分子間的二硫鍵，或由酪氨酸和苯丙氨酸的苯環(huán)偶合而發(fā)生交聯)。（5）降解蛋白質發(fā)生裂解，產生較小的碎片。（6）輻射降解與交聯同時發(fā)生，若降解小而交聯大，則交聯會掩蓋降解，故降解不易觀察到。第16頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理（3）酶酶是機體組織的重要成分，因酶的主要組成是蛋白質，故它對輻射的反應與蛋白質相似，如變性作用等。純酶稀溶液對輻射敏感，若增加其濃度也必須增加輻射劑量才能產生同樣的鈍化效果。若在食品體系中，酶很容易受到保護，同時也受外界條件變化（溫度、pH、含氧量）的影響。如提高溫度會增加酶對輻射的敏感度，在有氧狀態(tài)下干燥胰蛋白酶極易鈍化。此外，有時酶由于蛋白質分子降解，使酶活性中心暴露出來，反而致使酶反應更有利。因此對分解酶類活性的食品，在輻射前應先通過加熱滅酶。酶會因有巰基（-SH）的存在而增加其對輻射的敏感性。第17頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理（4）糖類一般來說相當穩(wěn)定，只有大劑量照射下才引起氧化和分解。在食品輻射保藏的劑量下，所引起的物質性質變化極小。輻照對單獨存在時的糖類的影響如下：單糖只有在C4上發(fā)生氧化產生糖酮酸。低分子糖類：旋光度降低、褐變、還原性和吸收光譜變化、產生H2、CO、CO2、CH4等氣體。多糖類：熔點降低、旋光度降低、褐變、結構和吸收光譜變化。如直鏈淀粉黏度下降（淀粉降解）；果膠：植物組織受損（解聚）；經輻照后結構發(fā)生變化，對酶的敏感性也隨之發(fā)生變化，并引起α-1，4-糖苷鍵偶發(fā)性斷裂及生成H2、CO、CO2氣體。第18頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理（５）脂類

一般來說，飽和脂肪是穩(wěn)定的，不飽和脂肪容易發(fā)生氧化。輻射脂類的主要作用是在脂肪酸長鏈中-C-C-鍵外斷裂。輻射對脂類所產生的影響可分為三個方面：理化性質的變化；受輻射感應而發(fā)生自動氧化；發(fā)生非自動氧化性的輻射分解。脂肪酸酯和某些天然油脂在受50kGy以下劑量照射，品質變化極少；但其他成為異臭發(fā)生源。如肉類風味變化，牛奶產生蠟燭味，魚類產生異臭。輻照可促使脂類的自動氧化，有氧存在，其促進作用更明顯，從而促進游離基的生成，使氫過氧化物和抗氧化物質分解反應加快，生成醛、醛酯、含氧酸、乙醇、酮等。

第19頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理飽和脂類在無氧狀態(tài)下輻照時會發(fā)生非自動氧化性分解反應，產生H2、CO、CO2、碳氫化合物、醛和高分子化合物。不飽和脂肪酸也會產生類似的物質，其生成的碳氫化合物為鏈烯烴、二烯烴、二烯烴和二聚物形成的酸。磷脂類的輻射分解物也是碳氫化合物類、醛類和酯類。對含有脂肪的食品輻照時也鑒定出了過氧化物、酯類、酸類、和碳氫化合物等，這與天然脂肪和典型脂肪的情況相同。但是應注意的是，與剛照射后相比，這種影響多出現于貯藏期中。第20頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理（６）維生素維生素是食品中重要的微量營養(yǎng)物質。維生素對輻照食品的敏感性在評價輻照食品的營養(yǎng)價值上是一個很重要的指標。水溶性維生素中以VC的輻射敏感性最強，其他水溶性如VB1，VB2，泛酸，VB6，葉酸也較敏感，VB5（煙酸）對輻射很不敏感，較穩(wěn)定。脂溶性維生素對輻射均很敏感，尤其是VE,VK更敏感。第21頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理３、輻射作用的生物學過程生物體從吸收能量到最終表現生物學效應，共可分為四個階段：物理階段、物理化學階段、生物化學階段和生物學階段。４、輻射的生物學效應生物學效應指輻射對生物體如微生物、昆蟲、寄生蟲、植物等的影響。這種影響是由于生物體內的化學變化造成的。已證實輻射不會產生特殊毒素，但在輻射后某些機體組織中有時發(fā)現帶有毒性的不正常代謝產物。輻射對活體組織的損傷主要是有關其代謝反應，視其機體組織受輻射損傷后的恢復能力而異，這還取決于所使用的輻射總劑量的大小。第22頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理(1)抑制發(fā)芽和果實后熟電離輻射抑制植物器官發(fā)芽的原因是由于植物分生組織被破壞，核酸和植物激素代謝受到干擾，以及核蛋白發(fā)生變性。研究發(fā)現59Gy以上的輻射的將使馬鈴薯和洋蔥的核酸合成顯著減弱，并改變其組成，引起分解。土豆、洋蔥輻射可抑制發(fā)芽，0.04-0.08kGy，常溫下貯存達到一年。水果在后熟之前其呼吸率降至極小值，當后熟開始時呼吸作用大幅度的增長，并達到頂峰，然后進入水果的老化期，在老化期呼吸率又降低。如果在水果后熟之前呼吸率最小時用輻射處理，此時輻射能抑制其后熟期，主要是能改變植物體內乙烯的生長率（乙烯有催熟作用）從而推遲水果后熟。番茄、青椒、黃瓜、洋梨等。第23頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理（2）導致微生物和昆蟲的死亡昆蟲的細胞對輻照相當敏感，采用輻照殺滅昆蟲非常有效，尤其是幼蟲。對微生物也有殺傷作用，具體的殺傷能力取決于微生物對輻射的敏感性。為了表示某種微生物對輻射的敏感性，就通常以每殺死90%微生物所需用的戈瑞數來表示，即殘存微生物數下降到原數的10%時所需用戈瑞的劑量，并用D10值來表示。第24頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理人們通過大量的實驗發(fā)現，微生物（細菌）殘存數與輻射劑量存在如下關系:logN/N0=-D/D10

N0:初始微生物數N:使用D劑量后殘留的微生物數D:初始劑量D10:微生物殘留數減到原數的10%時的劑量不同的微生物對輻照的敏感性不同一般來說，Ｄ10G->G+>酵母菌>霉菌(敏感)注意：輻射并不能使微生物毒素除去，如黃曲霉素對γ－射線相當穩(wěn)定，300kGy大劑量毒素無變化，可能毒素較穩(wěn)定。

第25頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理（三）影響輻射貯藏效果的因素1、放射線的種類α-射線：相對質量較大，電離能力很強，穿透能力很??；一張紙就能阻擋它的通過。β-射線：為氫核質量的幾千分之一，帶電量為α-射線的一半，電離能力比α-射線小，穿透能力比α-射線大；γ-射線：電離能力比α、β小，但穿透能力比α、β大；X-射線：電離能力小，穿透力很高第26頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理2、照射劑量和劑量率照射劑量的大小與貯藏效果有關。吸收劑量速率與照射距離和輻射強度有關。距離越近，吸收劑量速率越大，距離相同，輻射強度越大，則吸收劑量越大。物料不同，吸收劑量速率也是不一樣的。3、食品本身的性質病菌污染程度、寄生蟲的多少、生長發(fā)育階段、成熟度、呼吸代謝強度等。第27頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一、輻射處理4、輔助措施的增效作用增加輻照殺菌效果的常見因素降低輻照殺菌效果的常見因素5、環(huán)境因素的影響O2效應溫度效應水分效應第28頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月二、電場處理1、概念2、原理3、電場處理的作用形式第29頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月三、減壓貯藏1、減壓貯藏概念:減壓貯藏(hypobaricstorage)又叫低壓換氣貯藏、低壓貯藏，它是將果品放在一個密閉容器內，用真空泵抽氣降低壓力的一種貯藏方法，是蔬菜水果以及其他許多食品保藏的又一個技術創(chuàng)新，是氣調冷藏的進一步發(fā)展。2、減壓貯藏的原理:降低氣壓，空氣的各種氣體組分的分壓都相應降低,減壓處理能促進植物起到類似氣調的作用；另外，促進組織內氣體成分向外擴散，減少了不良氣體的影響，減壓貯藏不僅可以降低呼吸作用，延緩完熟，還有保持綠色、防止組織軟化、減輕冷害和一些貯藏生理病害的效應。第30頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月三、減壓貯藏特點：減壓保鮮技術通過降低貯藏環(huán)境的氣體分壓，形成低O2環(huán)境，抑制了果蔬的呼吸；同時促進了果蔬組織內揮發(fā)性有害氣體向外擴散，從而減少了由這些物質引起的衰老和生理病害，也從根本上消除CO2中毒的可能性；此外，減壓技術還可抑制微生物的生長發(fā)育和孢子的形成，減輕某些微生物侵染；

其貯藏環(huán)境較好，無其他污染。減壓貯藏兼有冷藏和氣調貯藏的優(yōu)點，還可實現快速均勻降氧、清除有害氣體成分、穩(wěn)定貯藏溫度，被稱為保鮮史上的第三次革命，將在易腐難貯果蔬保鮮方面發(fā)揮巨大作用。

第31頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月三、減壓貯藏3、減壓貯藏庫的組成一個完整的減壓貯藏系統(tǒng)包括四個方面的主要內容：降溫、減壓、增濕和通風。具體組成