文献综述—电子束在食品辐照中的应用

电子束在食品辐照中的应用 摘要 简述了电子束应用于食品辐照的现状,比较了电子加速器与γ 辐射源用于食品辐照的特点,提出随着研究的进一步深入,配套技术的不断完善,电子加速器有取代γ 辐射源的趋势。 【关键词】电子加速器电子束食品辐照前景 Abstract At first, the present situation of applying electron beam in food irradiation was summarized briefly. Then some comparisons between the features for the electron accelerator and γ radioactive source were conducted. In the end,a prospect that with the further going deep of research and the constant improvement of matching technology, there is a tren d that the electron accelerator will take place of γ radioactive source was proposed. 【Keywords】electron accelerator electron beam food irradiation prospects 食品安全[1-2]不仅关系到消费者身体健康和生命安全,同时也关系到政府和国家的形象,关系到经济发展和社会稳定。当前食品安全已成为世界各国以及公众关注的焦点。辐照技术作为一种优质、高效、安全的食品加工新技术,以其独特的技术优势和处理效果,在减少食品食源性疾病的暴发,保障食品的营养和消费安全,解决国际贸易中外来生物的入侵等重大食品安全问题中发挥着越来越重要的作用。食品辐照用射线源主要有γ 射线、电子束两大类型[3],其中以γ 辐射源应用较为普遍。本文就目前国内外电子加速器应用于食品辐照的现状及特点作一综述,旨在推动国内电子加速器在食品辐照领域的发展。 1 电子束食品辐照的研究现状 目前已有的大量研究表明电子束食品辐照在解决食品安全问题[4-5]中能达到防止食品中食源性致病微生物污染、进出口检疫和降解食品中化学污染物等作用,具有独特的技术特色和优势[6]。 1.1 低剂量电子束辐照杀灭农产品害虫 食品检疫时,若辐照处理时害虫的虫态为幼虫态,则应在其发育成成虫前死亡;若辐照处理时为成虫,则应保证其没有繁殖下一代的能力。大量研究表明,如果要求电子束辐照处理后商品中的害虫在一天内死亡,需较高剂量的辐照处理,而高剂量的辐照处理会影响商品的品质。采用较低剂量(200~500 Gy)的辐照处理,保证害虫在一定时间内死亡或无繁殖能力,也可达到相同的检疫目的。李淑荣采用电子束[7]对赤拟谷盗成虫、卵、幼虫和蛹进行了辐照效应试验,结果表明:赤拟谷盗不同发育阶段对电子束辐照的敏感程度不同,卵最为敏感,辐照的剂量高于210 Gy 不能孵化;305 Gy 的剂量可以完全阻止其幼虫发育为成虫;高于305 Gy 的剂量虽然能羽化为成虫,但羽化后的成虫不能正常存活;采用518 Gy 以上剂量辐照的成虫,在4 周后死亡率为100%,可作为辐照防治赤拟谷盗的有效剂量。 1.2 中剂量电子束辐照减少食品中微生物污染 冷冻及新鲜动物源性食品由于其独特的物理状态和品质特征,采用常见的高温高压、巴氏灭菌等灭菌手段已无能为力,而电子束辐照处理则是目前较好的冷鲜食品灭菌保鲜技术。研究报道利用电子束0~3.85 kGy 辐照无骨猪肉,可以有效杀灭冷鲜肉中的大肠杆菌和沙门氏菌。同时经电子束辐照后的纸箱包装产品在冷冻或冷藏条件下贮藏,其品质、口味均无影响,但较长时间存放会影响产品光泽。有研究发现在相同吸收剂量下,γ 射线和电子束辐照对真菌孢子的灭菌效果 基本相似。在杀灭植物源性食品的微生物及致病菌污染方面电子束辐照更显示出独特的技术优势和显著的效果。辐照后小麦加工品质的研究表明,电子束辐照处理除降低了小麦表面的光泽和吸水率外,对其营养品质和加工特性无明显影响。 1.3 高剂量电子束辐照降解食品中化学污染物 目前食品化学污染问题愈来愈严重,电子束辐照显露出对食品中化学污染物的降解作用也引起了研究者的关注。人们用电子束辐照茶叶降解其中拟除虫菊脂类农药试验结果表明,用预冷和重复辐照3 次共30 kGy,可以明显降低拟除虫菊脂类农药的残留含量。浓度为30 mg/L 的呋喃唑酮和呋喃妥因水溶液[8],利用8 kGy 电子束辐照时,已不能检测到;浓度为667 μg/L 的氨基脲的水溶液在辐照4kGy 时,其降解率达到76%。当辐照剂量[9]大于6kGy 时,克伦特罗水溶液降解率可达95%以上。 上述研究表明:尽管电子束辐照效应的研究较之γ 射线辐照效应的研究无论在范围还是深度上都尚显不足,但使用电子束辐照食品能达到杀灭食品中检疫性害虫的目标;对食品中食源性微生物污染和致病菌都有着非常好的杀灭效果,在所用剂量范围内对食品品质和加工特性影响甚微;对食品中化学污染成分降解效果显著。因此电子加速器在食品辐照上技术是可行的。 2 电子加速器食品辐照的特点 高能电子束和γ 射线与物质相互作用的初级过程不尽相同,但次级过程是相同的[10]。用电子加速器产生的高能电子束照射可使一些物质产生物理、化学和生物学效应,并能有效地杀灭病菌、病毒和害虫。在食品辐照中,用电子束杀虫灭菌要比用γ 辐照更具优越性,除了人们共知的电子束定向性好,功率密度高,灭菌速度快,灭菌时间短,产品的氧化效应小和材料性能退化小等特点之外,由于电子束功率密度高和灭菌速度快,具有辐照时间短的特点。电子束的穿透深度不如γ 射线,更适合于小包装熟食,鲜肉和鲜禽肉食品辐照。 比较从事辐照的装置,一种是利用60Co-γ 源,一种是利用电子加速器。初期投资与运行费用比较见表1,辐射加工处理量及其他方面的比较见表2。从表1 分析得知:在初期投资上电子加速器耗资仅为60Co-γ 源辐照装置的一半,在年运行费用比较上加速器比60Co-γ 源的一半还要少,更明显优于60Co-γ 源辐照装置。由表2 分析得知:从商业运行考虑,电子加速器的能量利用率为60Co-γ 源的2 倍(单面辐照)、2.8 倍多(双面辐照)、处理速度为60Co-γ 源的3 倍,收费仅为60Co-γ 源的1/3,更具有商业竞争优势。 综合分析得出:在食品辐照产业化应用中,与γ 辐射源比较,电子加速器占 有明显优势,且加速器运行过程中放射性安全事故概率低,无放射性废源处理问题,所以从经济和社会效益来看,加速器更适合于食品辐照产业化应用,具有取代γ 辐射源的趋势. 3 电子加速器食品辐照产业化现状 美国于1943 年就已开始进行食品辐照的研究[11],是世界上对辐照技术保障食品安全研究与应用最深入的国家。佛罗里达州和衣阿华州完成了10 MeV 的电子加速器的建设。佛罗里达州的加速器主要用于研究柑桔等水果的杀菌、杀虫、昆虫不育等,而衣阿华州的设施主要用于研究禽肉的辐照处理。美国公众对辐照食品的接受程度在过去的几年中迅速得到提升,辐射处理已成为美国为解决食品安全问题而提出的最为重要的技术措施之一。在欧洲,乌克兰建有2 座电子加速器(1.4 Mev 及20kW),在前苏联时代的1983 年起就已对输入的小麦进行辐照处理,一座电子加速器的处理能力为200 t/h;法国有2 座电子加速器用于食品辐照,主要进行香辛料、干燥蔬菜等食品的辐照,年生产量约为6 000 t;英国是世界上开展食品辐照研究最早的国家之一,仅次于美国;比利时应用电子加速器辐照香辛料,干燥蔬菜,冷冻水产品等,年产量约为1 万t。 国内来自辐照行业协会的统计表明,2008 年全国已建成功率5 kW 及以上的辐射加工用电子加速器达133 台,总功率8 258.2 kW,另有8 座大功率电子加速器装置正在建设中。但绝大部分电子加速器主要应用于新材料的改性与研究,真正应用于食品辐照产业化的仅有为数不多的几座,应用电子加速器辐照处理的食品在食品辐照总量中占的比例小。分析其原因:(1)电子加速器的研究和应用起步较晚,目前国内外研究与应用集中在新材料改性、医疗卫生用品灭菌消毒领域,在食品辐照领域研究不够深入,应用也尚处于起步阶段。(2)电子加速器相比γ 辐照源具有众多优点,但也存在穿透能力不够的问题,因而在食品辐照处理过程中,对不同密度食品的包装尺寸有严格的要求,而现有食品的包装难以适应电子加速器产业化辐照。(3)电子加速器的研制和生产目前国内已成熟的主要集中在中低能电子加速器,而应用于食品产业化辐照需要高能大功率的电子加速器(一般10 MeV,>10kW),且对配套装置也有较高的要求。 4 前景展望 随着国际经济一体化进程的加快,农产品国际贸易的扩大以及对食品安全的认识和关注度的提高,食品辐照处理作为保障食品安全的终端保障措施,将愈加受到社会的关注和重视。近年来我国食品辐照发展讯猛,据不完全统计,2008 年全国辐照食品加工量达到17 万t 以上,占世界辐照食品总量的36%,对国民经济的贡献超过150 亿元,同时辐照食品的种类也是世界上应用最多的国家。相信 继续阅读