60Co-γ射線輻照降解技術(shù)

60Co-γ射線輻照降解技術(shù)60Co-γ射線輻照降解技術(shù)及其物理、化學效應食品輻射（或輻照）殺菌是利用一定劑量的波長極短的電離射線對食品進行殺菌（包括原材料），放射線同位素鈷60、銫157產(chǎn)生的γ-射線或低能加速器放射出的β-射線對包裝食品進行輻照處理。在能量的傳遞和轉(zhuǎn)移過程中，產(chǎn)生強大的物理效應和生物效應，達到殺蟲、殺菌、抑制生理過程、提高食品衛(wèi)生質(zhì)量、保持營養(yǎng)品質(zhì)及風味、延長貨架期的目的。γ射線是波長為0.001～1nm的電磁波束，是原子核從激發(fā)狀態(tài)躍遷到低能態(tài)勢放出的一種光子流，其能量約為幾十萬電子伏以上，穿透物質(zhì)的能力很強，足以離解或激活原子。設備：輻照源：60Co裝置上的放射源是放射性同位素60Co（圓片形、圓柱形、硬幣形、片狀）控制傳送貨物進出的裝置循環(huán)式輻射區(qū)加工控制系統(tǒng)輻照檢測測量裝置（輻照源）Co→↑→放射性同位素Co→↑→裝入相應形狀的不銹鋼密封反應堆中用中子照射容器中焊接密封好→↑→把幾十只棒狀的60Co固定好插入支持框架中的平板形輻射源→↑→放在能防輻射的特殊混凝土建筑物內(nèi)用于γ射線的設備必須有輻照源，控制傳送貨物進出的裝置和循環(huán)式輻射區(qū)。同時還必須有足夠安全的加工控制系統(tǒng)，輻照檢測和測量裝置。60Co裝置上的放射源是放射性同位素60Co，它是在反應堆中用中子照射59Co產(chǎn)生的人工放射性同位素，其半衰期為5.25年，每年放射性強度下降12.6%。60Co是一種發(fā)電中核產(chǎn)物的副產(chǎn)品，造價相當?shù)土?。常用的源強?0萬到100萬居里，最大可達數(shù)13百萬居里。60Co輻照源有各種形狀，比如有圓片形、圓柱形、硬幣形或片狀的。將60Co輻照源裝入相應形狀的不銹鋼密封容器中焊接密封好。把幾十只棒狀的60Co固定好插入支持框架中的平板形輻射源，一般一支具有10000Ci的輻射能。源為雙層不銹鋼包殼，內(nèi)外包殼氬弧焊密封，活性材料為直徑1mm、長1mm的鍍鎳金屬鈷粒。用于輻射的60Co的放射性比度為10～60Ci/g左右。60Co輻照源裝置必須放在能防輻射的特殊混凝土建筑物內(nèi)。放射源不使用時，沉入深水井中，工作人員可安全進入照射室。需要照射的物品可用機械提升到照射位置，對物品進行分批連續(xù)照射。物理、化學效應γ射線的物理、化學效應主要表現(xiàn)在以下幾點：（1）康普頓效應當入射的γ射線光子受到一個原子中結(jié)合松散的電子碰撞，被散射的γ射線光子和電子向不同方向逸出，此時光子能量有所衰減，光子丟失的所有能量幾乎都轉(zhuǎn)移給電子作為能量，對于許多醫(yī)療設備中的聚合物和纖維素物質(zhì)中能量大于0.1MeV光子，主要的相互作用是康普頓效應。食品受輻照時，康普頓電子的形成取決于光子的能量和每克受輻照物質(zhì)的電子數(shù)。（2）光電效應光電效應最早是赫茲在1887年發(fā)現(xiàn)的。γ射線光子的能量小于0.1MeV時，入射的γ射線光子與原子的內(nèi)層軌道電子發(fā)生作用，光子被吸收，光子的能量轉(zhuǎn)移給從原子逸出的內(nèi)層電子。當γ射線輻照食品時，它們的單個光子與構(gòu)成食品、微生物和昆蟲物質(zhì)原子相互作用。（3）電子對形成當能量大于1.02MeV的γ光子掠過原子核附近，在原子核的庫侖場作用下，γ光子會轉(zhuǎn)換為正負電子對，滿足電荷守恒。這一過程稱為電子對產(chǎn)生過程。γ射線與物質(zhì)發(fā)生效應的結(jié)果是產(chǎn)生了次級電子，次級電子作用為帶電粒子繼續(xù)與物質(zhì)作用，將能量消耗在引起物質(zhì)電離和激發(fā)上。（4）對水中有機物結(jié)構(gòu)的破壞作用當水受到輻照時，水分子被激發(fā)或電離，形成大量的離子對。H2O→H2O·激發(fā)H2O→H2O+e－電離e＋+H2O→H2O所形成的H2O·、H2O＋和H2O－極不穩(wěn)定，迅速分解成氫離子、氫氧離子和自由基OH·、H2O－和H·。H＋、OH－及自由基OH·與H·又可迅速相互作用而形成水分子及過氧化氫和氧原子等。若水中有溶解狀態(tài)的游離氧存在時，H·又可與氧產(chǎn)生大量強化自由基H2O·和過氧化氫。水分子電離以后形成的OH·和H·與周圍的有機分子RH相互作用的典型反應式為：RH+OH·→R·+H2O；RH+H·→R·+H2自由基離子和所產(chǎn)生的自由基兩者均破壞正常分子結(jié)構(gòu)并損傷生物靶。60Co-γ射線輻照降解蘋果汁中棒曲霉素60Co-γ射線輻照降解技術(shù)的優(yōu)點60Co-γ射線輻照是非常有效的蘋果汁棒曲霉降解技術(shù)保持蘋果汁原有的成分和風味60Co-γ射線輻照殺菌是一種特殊的"冷加工"技術(shù)，它在常溫下殺菌，γ射線能量高、穿透力強，在殺菌的同時，不會引起食品內(nèi)部溫度的升高，能夠最大限度的保持食品特有的風味，不影響產(chǎn)品的營養(yǎng)和食用品質(zhì)，即使在冷凍狀態(tài)下也能進行輻照處理，因此被稱作"冷"滅菌法。1.60Co-γ射線輻射對蘋果汁營養(yǎng)成分的影響。蘋果汁在正常推薦的劑量輻射后其營養(yǎng)成分，如蛋白質(zhì)、糖類、微量元素及礦物質(zhì)的損失很少，但維生素和脂肪對輻照敏感。維生素經(jīng)輻射后的損失程度與食品種類、輻照劑量、溫度、氧量及維生素的種類有關(guān)，一般來說，脂溶性維生素較水溶性維一素對輻照敏感。用殺菌劑量比較輻照處理與加熱處理食品的水溶性維生素的破壞作用，可以發(fā)現(xiàn)兩者幾乎沒有差別，而脂溶性經(jīng)維生素損失較大，尤以維生素E、K損失是大。在水溶性維生素中維生素C損失最大，煙酸損失最小，脂肪經(jīng)高劑量輻射后，因氧化反應產(chǎn)生的自由基及其衍生物會促進脂肪的氧化而使其發(fā)生酸敗變性，導致脂肪的消化吸收率降低。2.60Co-γ射線輻照處理對食品色澤和質(zhì)地的影響。色澤輻照處理對各種食品色素的影響不同。植物性色素對輻照處理較穩(wěn)定，動物性色素對輻照敏感。因此60Co-γ射線對蘋果汁進行殺菌對蘋果汁的色澤影響不大。質(zhì)地低劑量60Co-γ射線輻射處理食品不會對食品質(zhì)地產(chǎn)生明顯的影響2.2沒有藥物殘留，不污染環(huán)境60Co-γ射線輻照技術(shù)不會誘發(fā)產(chǎn)生放射性，更無放射性殘留，其安全性已得到國際專家的肯定，被世界所公認。這種物理加工方法也不會污染環(huán)境。2.3輻照殺菌效果徹底60Co-γ射線等電離輻射具有極強的穿透力，可以殺滅果實內(nèi)部的害蟲及蟲卵，殺滅微生物的效果遠遠大于傳統(tǒng)方法。另外，人們還可以根據(jù)產(chǎn)品的要求任意調(diào)節(jié)輻照劑量，從而達到不同的殺菌程度，直至完全滅菌。2.4能夠?qū)崿F(xiàn)對產(chǎn)成品、包裝蘋果汁的加工處理60Co-γ射線的穿透力強，能夠達到產(chǎn)品深處及大包裝蘋果汁內(nèi)部，不受產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和包裝的影響，殺菌、殺蟲徹底。而且輻照時不受溫度影響，不用打開包裝，特別適宜對已包裝好的成品蘋果汁進行消毒殺菌處理，避免了產(chǎn)品在生產(chǎn)加工過程中的二次污染，方法快捷方便。2.5輻照技術(shù)處理成本低，能耗少食品輻照技術(shù)在國內(nèi)外已進入商業(yè)化，60Co-γ射線裝置應運而生，輻照食品的批量生產(chǎn)已成為可能，大大降低了食品輻照的成本。而且輻照滅菌速度快，操作簡便，加工易控制，可實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。360Co-γ射線輻照蘋果汁的安全性評價輻照食品的衛(wèi)生安全性，是人們最為關(guān)心的問題。原子彈爆炸，以及核泄漏事件的發(fā)生，使世界各國消費者對核普遍存在恐懼心理，影響了人們對輻照食品的接受性。消費者在購買輻照食品時，首先關(guān)心的是輻照處理過的食品是否有放射性危險，食品經(jīng)輻照處理后，會不會誘發(fā)放射性，有沒有放射殘留呢？回答是否定的。核污染是指有放射性粉塵（核裂變的放射性核素）混入食品，因而使食品被污染了放射性物質(zhì)。與核污染不同，當輻照處理食品時，食品本身不直接接觸放射源，不可能沾染上放射性物質(zhì)殘留，它只是接受由放射性物質(zhì)產(chǎn)生的射線，受到的僅僅是放射源產(chǎn)生的γ射線（電磁波）的作用，因而不會受到放射性污染。FAO食品輻照衛(wèi)生安全聯(lián)合專家委員會的結(jié)論：為了保護食品，在10kGy（1兆拉德）劑量以內(nèi)輻照任何食品不會引起毒理學的危害。60Co-γ射線對蘋果汁中棒曲霉進行降解，輻照劑量大大低于10kGy。而且1997年FAO高劑量研究小組宣告的，就全超過10kGy的輻照劑量處理的食品是安全的和具有營養(yǎng)適宜性的結(jié)論是正確的。作用原理射線輻射對食品的作用分為初級和次級，初級是微生物細胞間質(zhì)受高能電子射線照射后發(fā)生的電離作用和化學作用，次級是水分經(jīng)輻射和發(fā)生電離作用而產(chǎn)生各種游離基和過氧化氫再與細胞內(nèi)其它物質(zhì)作用。這兩種作用會阻礙微生物細胞內(nèi)的一切活動，從而導致微生物細胞死亡。原理為:在輻照過程中，伽瑪射線穿透輻照貨箱內(nèi)的貨物，作用于微生物，直接或間接破壞微生物的核糖核酸、蛋白質(zhì)和酶，從而殺死微生物，起到消毒滅菌的作用。利用輻照方法控制蘋果汁中棒曲霉素含量主要通過以下兩種途徑：即抑制產(chǎn)毒霉菌生長和降解棒曲霉素。5kGy的γ射線輻照能完全抑制產(chǎn)棒曲霉素的擴展青霉、曲霉等霉菌的生長。γ射線照射可以對果汁中棒曲霉素產(chǎn)生一定的降解作用。影響因素同等劑量的60Co-γ射線輻照處理對蘋果汁中棒曲霉素的降解能力明顯弱于對乙酸酸化水中棒曲霉素的降解能力。0.5kGy的60Co-γ射線照射對果汁中棒曲霉素的降解率僅為3.60%，約是同等處理條件下乙酸酸化水中棒曲霉素降解率的1/26。所以，影響60Co-γ射線棒曲霉素降解能力強弱的因素不僅有輻照劑量，還應當包括受輻照溶液自身系統(tǒng)因素（乙酸酸化水）。作用效果（1）60Co-γ射線輻照處理對pH4.0乙酸酸化水溶液中棒曲霉素的降解作用極為顯著：不同劑量輻照處理所引起的棒曲霉素降解程度不同：1kGy以上輻照劑量（包括1kGy）的60Co-γ射線照射均可使酸化水中棒曲霉素含量由初始時的2.298mg/L降至為0。0.5kGy劑量的60Co-γ射線亦能對酸化水溶液中的棒曲霉素產(chǎn)生明顯的降解效果，輻照后處理液中棒曲霉素降解率(θ棒曲霉素)可高達93.38%。此外對處理液中殘余棒曲霉素進行的HPLC檢測結(jié)果表明，經(jīng)過輻照處理的棒曲霉素乙酸酸化水溶液中不含有其他副產(chǎn)物，同時酸化水中棒曲霉素之外的其它雜物質(zhì)含量也有明顯減少。（2）60Co-γ射線輻照處理對澄清蘋果汁中棒曲霉素（初始濃度1.631mg/L）也具有有效的降解作用：4kGy劑量輻照處理能使果汁中96.57%的棒曲霉素發(fā)生降解8kGy劑量輻照處理能使果汁中棒曲霉素全部降解。（3）60Co-γ射線輻照能夠?qū)Τ吻逄O果汁的主要理化指標及營養(yǎng)成分產(chǎn)生一定影響：①與對照相比（即未經(jīng)照射的蘋果汁），0.5kGy及其以上劑量的輻照處理均會引起果汁中可溶性固形物的明顯降低，使果汁色值明顯增高、顏色變淺，使果汁中糖含量與D-蘋果酸含量產(chǎn)生一定損失，使果汁中水解氨基酸與游離氨基酸總含量發(fā)生明顯損失；②不同劑量處理對果汁中大部分蛋白質(zhì)水解、游離氨基酸含量的影響作用有極顯著的差異，其差異與氨基酸的種類有直接的關(guān)系。60Co-γ射線輻照降解技術(shù)的展望利用60Co-γ射線輻照降解技術(shù)處理有機污染物，不需要加入任何化學試劑，也不會產(chǎn)生二次污染，具有降解效率高、反應速度快、污染物降解徹底等優(yōu)點，它作為一種新興的降解技術(shù)，受到了廣泛關(guān)注。目前，60Co-γ射線輻照技術(shù)及其與臭氧氧化聯(lián)用技術(shù)多用于降解廢水中有機污染物以及環(huán)境治理，并被國際原子能機構(gòu)列為21世紀原子能應用的主要研究方向。60Co-γ射線輻照降解技術(shù)必將在有毒有害物質(zhì)降解領域發(fā)揮愈來愈重要的作用。60Co-γ射線輻照降解技術(shù)及其物理、化學效應γ射線是波長為0.001～1nm的電磁波束，是原子核從激發(fā)狀態(tài)躍遷到低能態(tài)勢放出的一種光子流，其能量約為幾十萬電子伏以上，穿透物質(zhì)的能力很強，足以離解或激活原子。用于γ射線的設備必須有輻照源，控制傳送貨物進出的裝置和循環(huán)式輻射區(qū)。同時還必須有足夠安全的加工控制系統(tǒng)，輻照檢測和測量裝置。60Co裝置上的放射源是放射性同位素60Co，它是在反應堆中用中子照射59Co產(chǎn)生的人工放射性同位素，其半衰期為5.25年，每年放射性強度下降12.6%。60Co是一種發(fā)電中核產(chǎn)物的副產(chǎn)品，造價相當?shù)土?。常用的源強?0萬到100萬居里，最大可達數(shù)13百萬居里。60Co輻照源有各種形狀，比如有圓片形、圓柱形、硬幣形或片狀的。將60Co輻照源裝入相應形狀的不銹鋼密封容器中焊接密封好。把幾十只棒狀的60Co固定好插入支持框架中的平板形輻射源，一般一支具有10000Ci的輻射能。源為雙層不銹鋼包殼，內(nèi)外包殼氬弧焊密封，活性材料為直徑1mm、長1mm的鍍鎳金屬鈷粒。用于輻射的60Co的放射性比度為10～60Ci/g左右。60Co輻照源裝置必須放在能防輻射的特殊混凝土建筑物內(nèi)。放射源不使用時，沉入深水井中，工作人員可安全進入照射室。需要照射的物品可用機械提升到照射位置，對物品進行分批連續(xù)照射。γ射線的物理、化學效應主要表現(xiàn)在以下幾點：（1）康普頓效應當入射的γ射線光子受到一個原子中結(jié)合松散的電子碰撞，被散射的γ射線光子和電子向不同方向逸出，此時光子能量有所衰減，光子丟失的所有能量幾乎都轉(zhuǎn)移給電子作為能量，對于許多醫(yī)療設備中的聚合物和纖維素物質(zhì)中能量大于0.1MeV光子，主要的相互作用是康普頓效應。食品受輻照時，康普頓電子的形成取決于光子的能量和每克受輻照物質(zhì)的電子數(shù)。（2）光電效應光電效應最早是赫茲在1887年發(fā)現(xiàn)的。γ射線光子的能量小于0.1MeV時，入射的γ射線光子與原子的內(nèi)層軌道電子發(fā)生作用，光子被吸收，光子的能量轉(zhuǎn)移給從原子逸出的內(nèi)層電子。當γ射線輻照食品時，它們的單個光子與構(gòu)成食品、微生物和昆蟲物質(zhì)原子相互作用。（3）電子對形成當能量大于1.02MeV的γ光子掠過原子核附近，在原子核的庫侖場作用下，γ光子會轉(zhuǎn)換為正負電子對，滿足電荷守恒。這一過程稱為電子對產(chǎn)生過程。γ射線與物質(zhì)發(fā)生效應的結(jié)果是產(chǎn)生了次級電子，次級電子作用為帶電粒子繼續(xù)與物質(zhì)作用，將能量消耗在引起物質(zhì)電離和激發(fā)上。（4）對水中有機物結(jié)構(gòu)的破壞作用當水受到輻照時，水分子被激發(fā)或電離，形成大量的離子對。H2O→H2O·激發(fā)H2O→H2O+e－電離e＋+H2O→H2O所形成的H2O·、H2O＋和H2O－極不穩(wěn)定，迅速分解成氫離子、氫氧離子和自由基OH·、H2O－和H·。H＋、OH－及自由基OH·與H·又可迅速相互作用而形成水分子及過氧化氫和氧原子等。若水中有溶解狀態(tài)的游離氧存在時，H·又可與氧產(chǎn)生大量強化自由基H2O·和過氧化氫。水分子電離以后形成的OH·和H·與周圍的有機分子RH相互作用的典型反應式為：RH+OH·→R·+H2O；RH+H·→R·+H2自由基離子和所產(chǎn)生的自由基兩者均破壞正常分子結(jié)構(gòu)并損傷生物靶。60Co-γ射線輻照技術(shù)在食品加工、貯藏中的應用60Co-γ射線輻照食品，可使食品中生物體產(chǎn)生物理或化學反應，抑制或破壞其新陳代謝和生長發(fā)育，甚至使細胞組織死亡，從而達到消毒滅菌、延長食品貯藏銷售時間、減少損失的目的，是對傳統(tǒng)的食品加工和貯藏技術(shù)的重要補充和完善。據(jù)1990年統(tǒng)計,已有38個國家和地區(qū)批準了200多個單位對肉類、水產(chǎn)品、干鮮果蔬、糧食、土特產(chǎn)品、中成藥等200多種食品進行輻照研究。60Co-γ射線輻照降解研究進展利用60Co-γ射線輻照降解技術(shù)處理有機污染物，不需要加入任何化學試劑，也不會產(chǎn)生二次污染，具有降解效率高、反應速度快、污染物降解徹底等優(yōu)點，它作為一種新興的降解技術(shù)，受到了廣泛關(guān)注。目前，60Co-γ射線輻照技術(shù)及其與臭氧氧化聯(lián)用技術(shù)多用于降解廢水中有機污染物以及環(huán)境治理，并被國際原子能機構(gòu)列為21世紀原子能應用的主要研究方向。60Co-γ射線輻照降解技術(shù)必將在有毒有害物質(zhì)降解領域發(fā)揮愈來愈重要的作用。60Co-γ射線輻照降解蘋果汁中棒曲霉素Co-γ射線輻照處理對pH4.0乙酸酸化水、澄清蘋果汁中特定濃度棒曲霉素均具有有效降解作用，其降解能力隨輻照劑量增大而增強，但同等劑量的γ射線輻照處理對蘋果汁中棒曲霉素的降解能力明顯弱