14第一篇食品加工與保藏原理

第一章食品的輻照

第一節(jié)概述

一、食品輻照的意義及其特點

食品輻照是利用射線照射食品（包括原材料），延遲新鮮食物某些生理過程（發(fā)芽和成熟）的發(fā)展,

或?qū)κ称愤M行殺蟲、消毒、殺菌、防霉等處理，達到延長保藏時間，穩(wěn)定、提高食品質(zhì)量目的的操作過

程。

自19世紀末（1895年）倫琴發(fā)現(xiàn)X-射線后，Mink（1896）就提出了X-射線的殺菌作用。但直到

第二次世界大戰(zhàn)以后，射線輻射保藏食品的研究和應(yīng)用才有了實質(zhì)性的開始。此后30年，研究不斷擴

大深入，它尤其在許多發(fā)展中國家受到很大的重視。

在一些國際組織如聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）、國際原子能機構(gòu)（IAEA）、世界衛(wèi)生組織（WHO）等

的支持和組織下，進行了種種國際協(xié)作研究，召開了多次國際專業(yè)會議。到1976年，有25種輻射處理

的食品在18個國家得到無條件批準或暫定批準，允許作為商品供?般食用。這些批準的食品包括馬鈴

薯、洋蔥、大蒜、蘑菇、蘆筍、草莓及其他動植物食品和調(diào)料等。

1976年日內(nèi)瓦FAO-IAEA-WHO專家委員會宣布：經(jīng)適宜劑量輻照的馬鈴薯、小麥、雞肉、番木

瓜和草毒，對人體是無條件安全的，會上還暫定批準了輻照稻米、洋蔥和魚可作為商品供一般食用。這

是國際組織對輻射處理食品的首次批準，具有重要的意義和影響。但也應(yīng)指出，輻射處理保藏食品不過

是強化貯藏效果的?種措施，尤其對蔬菜、果品，輻射處理后仍須嚴密注意控制各種環(huán)境條件才有可能

獲得好的綜合效益。

優(yōu)點：

①殺死微生物效果顯著，劑量可根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)。

②一定的劑量（＜5kGy）照射不會使食品發(fā)生感官上的明顯變化。

③即使使用高劑量（＞10kGy）照射，食品中總的化學變化也很微小。

④沒有非食品物質(zhì)殘留。

⑤產(chǎn)生的熱量極少，可以忽略不計，可保持食品原有的特性。在冷凍狀態(tài)下也能進行輻射處理。

⑥放射線的穿透能力強、均勻、瞬間即逝，而且對其輻照過程可以進行準確控制。

⑦食品進行輻照處理時，對包裝無嚴格要求。

缺點：

①經(jīng)過殺菌劑量的照射，一般情況下，酶不能完全被鈍化。

②經(jīng)輻射處理后，食品所發(fā)生的化學變化從量上來講雖然是微乎其微的，但敏感性強的食品和經(jīng)

高劑量照射的食品可能會發(fā)生不愉快的感官性質(zhì)變化。這些變化是因游離基的作用而產(chǎn)生的。

③有些專家認為，輻照會誘發(fā)食品產(chǎn)生致突變、致畸形、致癌和有毒因子。后來的研究則認為這

是沒有根據(jù)的(1977,FAQ/IAEA/WHOExpertCommittee)?

④輻射這種保藏方法不適用于所有的食品，要有選擇性地應(yīng)用。

⑤能夠致死微生物的劑量對人體來說是相當高的，所以必須非常謹慎，做好運輸及處理食品的工

作人員的安全防護工作。為此，要對輻射源進行充分遮蔽，必須經(jīng)常、連續(xù)對照射區(qū)和工作人員進行監(jiān)

測檢查。

二、國內(nèi)外食品輻照的進展

輻射在食品上的利用，有關(guān)其有效性、安全性和經(jīng)濟性等方面的研究，以美國為主已取得了進展。

作為用放射線照射食品的開端，在用低劑量照射抑制馬鈴薯發(fā)芽方面，前蘇聯(lián)(1958)、加拿大

(I960)、美國(1964)已獲得了法律認可；在防治小麥及面粉中的害蟲方面，前蘇聯(lián)(1959)、美國(1963)

也獲得了法律認可。

在日本，從20世紀50年代后期就開始對農(nóng)副產(chǎn)品、水產(chǎn)品、釀造食品和肉類等進行輻射研究。用

輻射抑制馬鈴薯發(fā)芽作為一項研究成果獲得了法律認可。

國際上，以聯(lián)合國原子能機構(gòu)為中心，并以聯(lián)合國糧農(nóng)組織和衛(wèi)生組織協(xié)作的形式在食品輻射領(lǐng)域

推動著國際性的合作，該聯(lián)合國委員會從全世界的角度對輻照食品的衛(wèi)生安全性研究進行了統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。

1980年10月27日舉行的第四屆專門委員會會議作出的結(jié)論是：“用lOkGy以下的平均最大劑量照

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(jīng)低于此劑量輻照

的各種食品進行毒性試驗?！贝私Y(jié)論推動了世界各國對輻照食品研究的熱潮。

我國第?所核應(yīng)用技術(shù)研究所于1962年在成都建成，開始了食品輻射研究工作。有許多利用小型

60Co或電子輻射源進行食品輻照研究的研究所遍及全國，據(jù)統(tǒng)計有200多個單位從事過或正在進行著

食品輻射的研究和生產(chǎn)工作。1984年11月，經(jīng)國家衛(wèi)生部的批準有7項輻照食品(馬鈴薯、洋蔥、大

蒜、花生、谷物、蘑菇、香腸)允許食用消費，繼批準馬鈴薯等7項輻照食品的衛(wèi)生標準之后，又有蔬

菜、水果、糧食、酒類等20多種食品通過了不同級別的技術(shù)鑒定。

我國在輻照食品衛(wèi)生安全性方面的研究工作在世界上處于領(lǐng)先地位。我國對37種輻照食品在理化

分析、毒理學試驗及動物試驗的基礎(chǔ)上進行的人體試食試驗，得出的結(jié)論結(jié)束了由印度學者引起的世界

上長達10多年的多倍體之爭?？傊?，我國輻照食品研究工作在下列方面有商業(yè)化、實用化的廣闊前景。

應(yīng)用范圍|有:①進出口水果及農(nóng)畜產(chǎn)品的輻照檢疫處理。

②低質(zhì)酒類輻照改性。

③干果、脫水蔬菜和肉類輻照殺蟲。

④調(diào)味品的輻照滅菌。

⑤輻照處理和其他保藏處理方法綜合應(yīng)用的研究。

第二節(jié)輻照的基本概念

一、放射性同位素與輻射

有些同位素，其質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)差異較大，其原子核是不穩(wěn)定的，它們按照一定的規(guī)律(指數(shù)規(guī)律)

衰變。自然界存在著一些天然的不穩(wěn)定同位素，也有一些不穩(wěn)定同位素是利用原子反應(yīng)堆或粒子加速器

等人工制造的。不穩(wěn)定同位素衰變過程中伴有各種輻射線產(chǎn)生，這些不穩(wěn)定同位素稱為放射性同位素。

低頻輻射線（非電離輻射）卜

波長較長、能量?。l率低），僅能使物質(zhì)分子產(chǎn)生轉(zhuǎn)動或振動而產(chǎn)生熱，也可起到加熱殺菌作用。

高頻輻射線（電離輻射1

頻率較高、能量大，如X-,Y-射線，可使物質(zhì)的原子受到激發(fā)或電離，因而可起到殺菌作用（冷

殺菌）。

放射性同位素能放射出a、B（9+及6一）和丫射線，其過程稱為輻射。

a-射線（稱a-粒子）是快速運動的氫核（He）,每囁核含有兩個質(zhì)子和兩個中子。a一射線的穿透物

質(zhì)的能力很小，但電離能力很強。

B+、丁是帶正電荷與負電荷的高速電子，穿透物質(zhì)的能力比a-射線強，但電離能力不如a-射線。

Y-射線是波長非常短的電磁波束（波長1-0.001納米），其本質(zhì)與可見光相同

Y-射線的能量較高，穿透物質(zhì)的能力很強，其電離能力較a、B射線小。

a、B、丫等射線輻射的結(jié)果能使被輻射體產(chǎn)生電離作用故又稱電離輻射。低質(zhì)子數(shù)的天然同位素中（除

正常的氫以外），幾乎中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)相等（N=Z）,所以通常是很穩(wěn)定的。當元素的原子量增加時，其

中子數(shù)增加超過了質(zhì)子數(shù)，結(jié)果造成核的不穩(wěn)定。在大多數(shù)天然放射性同位素中，其中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)之

比為1.5:1時。

放射性下降至初始值一半所需的時間稱為半衰期，以tl/2表示。

二、輻照量單位與劑量測量

（-）放射性強度與放射性比度

1.放射性強度

放射性強度，有稱放射性活度，是度量放射性強弱的物理量。單位貝可勒爾（BecqureL簡稱貝可

Bq）,,

2.放射性比度

一個放射性同位素常附有不同質(zhì)量數(shù)的同一元素的穩(wěn)定同位素，此穩(wěn)定同位素稱為載體，因此將一

個化合物或元素中的放射性同位素的濃度稱為“放射性比度”，也用以表示單位數(shù)量的物質(zhì)的放射性強

度。

（二）照射量

照射量（Exposure）是用來度量X射線或Y射線在空氣中電離能力的物理量，以往使用的單位為

倫琴（Roentgen,簡寫R）,現(xiàn)改為Si單位庫侖/千克（C-kg1）,1倫琴=2.58X10Ckg」。

1.吸收劑量

單位被照射物質(zhì)所吸收的射線的能量稱為吸收劑量，單位戈瑞（Gray,簡稱Gy）。

2.吸收劑量

測量食品輻照過程物質(zhì)吸收劑量是將劑量計暴露于輻射線之下而測得的，然后從劑量計所吸收的劑

量來計算被食品所吸收的劑量。常用的劑量測量體系有量熱計、液體或固體化學劑量計及目視劑量標簽。

三、輻射源與食品輻照裝置

食品的輻照裝置包括輻射源、防護設(shè)備、輸送系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)與安全系統(tǒng)。

（一）輻射源

輻射源是食品輻照處理的核心部分，輻射源有人工放射性同位素和電子加速器。

1.放射性同位素輻射源

食品輻照處理上用得最多的是6°C0Y射線源，也有采用137cs丫輻射源。

2.電子加速器

電子加速器（簡稱加速器）是用電磁場使電子獲得較高能量，將電能轉(zhuǎn)變成射線（高能電子射線，

X射線）的裝置。

用于食品輻照處理的加速器主要有靜電加速器（范德格拉夫電子加速器），高頻高壓加速器（地那

米加速器）、絕緣磁芯變壓器、微波電子直線加速器、高壓倍加器、脈沖電子加速器等。

電子加速器可以作為電子射線和X射線的兩用輻射源。

（二）防護設(shè)備

危害人體的兩種途徑：一種是外照射.，即輻射源在人體外部照射.；另一種是內(nèi)照射，放射性物質(zhì)通

過呼吸道、食道、皮膚或傷口侵入人體，射線在人體內(nèi)照射。

食品輻照一般使用的是嚴格密封在不銹鋼的叫（如輻射源和電子加速器，輻照對人體的危害主要是外輻

射造成的。

電離輻射對人體的作用有物理、化學和生物3種效應(yīng)，在短期內(nèi)受到很大劑量輻射時，會產(chǎn)生急性

放射??；長期受小劑量輻射會產(chǎn)生慢性病。

人體對輻射有一定的適應(yīng)能力和抵御能力，目前一般規(guī)定全身每年最大允許劑量值為5x10-2Svo

鉛的相對密度大，屏蔽性能好，鉛容器可以用來儲存輻射源。在加工較大的容器和設(shè)備中常需用鋼

材作結(jié)構(gòu)骨架。鐵用于制作防護門、鐵鉤和蓋板等。用水屏蔽的優(yōu)點是具有可見性和可入性，因此常將

輻射源儲存在深井內(nèi)。

混凝土墻既是建筑結(jié)構(gòu)又是屏蔽物，混凝土中含有水可以較好地屏蔽中子。各種屏蔽材料的厚度必

須大于射線所能穿透的厚度，屏蔽材料在施工過程要防止產(chǎn)生空洞及縫隙過大等問題，防止了射線泄漏。

（三）輸送與安全系統(tǒng)

工業(yè)用食品輻照裝置是以輻射源為核心，并配有嚴格的安全防護設(shè)施和自動輸送、報警系統(tǒng)。

第三節(jié)食品的輻照效應(yīng)與輻照保藏原理

食品經(jīng)射線照射會發(fā)生一系列的輻照效應(yīng)，主要有物理學效應(yīng)、化學效應(yīng)和生物學效應(yīng)。

輻照保藏食品，通常是用X射線、Y射線、電子射線照射食品，這些高能帶電或不帶電的射線照射食

品會引起食品及食品中的微生物、昆蟲等發(fā)生一系列物理、化學反應(yīng)，使有生命物質(zhì)的新陳代謝、生長

發(fā)育受到抑制或破壞，達到殺菌、滅蟲，改進食品質(zhì)量，延長保藏期的目的。

（一）a射線和丫射線與物質(zhì)的作用

a射線、Y射線都是高能電磁輻射線，它們又常被稱為“光子”，當與被照射物（如食品、微生物、

昆蟲和包裝材料）原子中的電子相遇，光子有時會把全部能量交給電子（光子被吸收），使電子脫離原

子成為光電子。

如果射線的光子與被照射物的電子發(fā)生彈性碰撞，當光子的能量略大于電子在原子中的結(jié)合能時，

光子把部分能量傳遞給電子，自身的運動方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，朝著另一方向散射，獲得能量的電子(也稱次

電子，康普頓電子)，從原子中逸出，上述過程稱康普頓散射(ComptonScattering)。

如果了射線和X射線的能量大于某一閡值時，能量和某些原子核作用而射出中子或其他粒子，因

而使被照射物產(chǎn)生獷放射性(Radioactivity)0

能否產(chǎn)生這種放射性(也稱感生放射性)，取決于射線的能量和被輻照物質(zhì)的性質(zhì)。

(-)電子射線的作用

當輻射源射出的電子射線(高速電子流)通過被照射物時，受到原子核庫侖場的作用，會發(fā)生沒有

能量損失的偏轉(zhuǎn)，稱庫侖散射。庫侖散射可以多次發(fā)生、甚至經(jīng)過多次散射后，帶電粒子會折返回去，

發(fā)生所謂的“反向散射

二、食品輻照的化學效應(yīng)

電離輻射穿透食品物料的程度取決于食品性質(zhì)和輻射的特性。輻射作用時的效應(yīng)取決于其改變分子

的能力及其電離電位。

Y-射線的穿透力比粒子大。

粒子一般具有較大的能力，能在它們通過物質(zhì)時產(chǎn)生電離作用。

能量級較高的電子束具有較高的穿透深度，并能沿著其徑跡(比能量低的電子束)產(chǎn)生更多的變更

分子和電離作用。

當中等能量級的電離輻射通過食品時，在電離輻射與分子級和原子級的食品粒子之間有撞擊現(xiàn)象，

當來自撞擊的能量足以使電子從原子軌道移去時，即導致產(chǎn)生離子對。

當撞擊現(xiàn)象提供足夠能量使原子之間的化學鍵斷裂時，即發(fā)生分子變化，形成游離基。游離基為分

子的一部分、原子團或具有不成對電子的單個原子。穩(wěn)定分子幾乎總是具有偶數(shù)電子的，不成對電子構(gòu)

型是不穩(wěn)定的形式。所以游離基具有較大的相互反應(yīng)、與其他分子反應(yīng)的趨勢，使其奇數(shù)電子成對并達

到穩(wěn)定。氧氣經(jīng)輻射后導致臭氧的形成，氮氣和氧氣混合后經(jīng)輻射形成氮的氧化物，溶于水可成硝酸等

化合物。

直接作用

生物學家提出了射線與基質(zhì)直接碰撞的靶理論，認為輻照作用主要是由于這種直接碰撞引起的。此

作用的理論經(jīng)過延伸來解釋在食品中的變化。例如食品色澤或組織的變化可能是由于Y-射線或高能6-

粒子與特殊的色素或蛋白質(zhì)分子直接撞擊而引起的。

間接作用

食品中的水分也會因輻照而產(chǎn)生輻射效應(yīng)。水分子對輻射很敏感，當它接受了射線的能量后，首先

被激活，然后和食品中的其他成分發(fā)生反應(yīng)。水接受輻射后的最后產(chǎn)物是氫和過氧化氫等，形成的機制

很復雜。

現(xiàn)已知的中間產(chǎn)物有三種:①水合電子(eaq)。②氫氧基(0H)?③氫基(H)o

其反應(yīng)的可能途徑如下卜

約束間接作用的途徑

在凍結(jié)狀態(tài)下輻射：

即使在凍結(jié)水中也會產(chǎn)生游離基，雖然程度可能較輕。但是，凍結(jié)狀態(tài)能阻止游離基的擴散和移動，

降低了游離基與食品組分的接觸幾率，可顯著地約束間接作用對食品成分的影響。

在真空中或在惰性氣體環(huán)境中輻射：

氨基與氧起反應(yīng)會產(chǎn)生過氧化物基，過氧化物基又可生成過氧化氫。若將氧從系統(tǒng)中除去，此反應(yīng)

則降低到最小限度，食品成分可受到一定程度的保護。但是，除氧和盡量減少這些反應(yīng)對食品中的微生

物也有同樣的保護作用，其輻射效果就會大大降低。

添加游離基的接受體：

抗壞血酸是一種對游離基有較大親和力的化合物，將抗壞血酸和某些其他物料添加到食品中，通過

與之起反應(yīng)而導致游離基的消耗，從而可保護敏感性色素、香味化合物和食品成分。在采用以上途徑保

護食品成分的同時，也降低了輻射對微生物和酶的作用。因此，在實際應(yīng)用中，需相應(yīng)地提高輻射處理

劑量，以達到食品保藏的目的。

1.氨基酸和蛋白質(zhì)

氨基酸經(jīng)輻射后，可鑒定的生成物及生成物的數(shù)量都因氨基酸的種類、輻射劑量、氧和水分的存在

與否等因素而發(fā)生變化。

若以甘氨酸為例，經(jīng)輻照后就可得到氫、二氧化碳、氨、甲胺、乙酸、甲酸、乙醛酸和甲醛。

如果是賴氨酸之類的二氨基一元竣酸，經(jīng)輻照后，除生成多羥基胺外，還可生成B-丙氨酸、a-氨

基正丁酸、氧代氨基酸、戊撐二胺、谷氨酸和天冬氨酸。具有筑基或二硫基的含硫氨基酸對射線的敏感

性極強，經(jīng)輻照后，會因含硫部分氧化和游離基反應(yīng)而發(fā)生分解。

蛋白質(zhì)隨著輻射劑量的不同，會因琉基氧化、脫氨基、脫梭、芳香族和雜環(huán)氨基酸游離基氧化等而

引起其一級、二級和三級結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導致分子變性，發(fā)生凝聚、粘度下降和溶解度降低等變化。

貯藏肉類需用lOkGy以上的高劑量進行輻照。從輻照肉中分離出來的揮發(fā)性物質(zhì)，主要是甲硫醇、

鏈烷燒類和鏈烯燒類。肉類經(jīng)殺菌劑量照射后，會生成多種微量的揮發(fā)性物質(zhì)，但可以認為，只要所進

行的輻照不引起氨基酸的組分發(fā)生變化，就不會造成肉類蛋白質(zhì)的營養(yǎng)性損失。

水產(chǎn)品經(jīng)低劑量輻射后也會出現(xiàn)游離氨基酸增加、褐變和酶反應(yīng)等問題：

牛乳經(jīng)輻照后，風味變化顯著，-SH基、-S-S-基增加，粘度增加；

蛋清經(jīng)輻照后粘度下降；小麥（面筋）經(jīng)輻照后吸水性下降，的消化性增強。

2.酶

在無氧條件下，干燥的酶經(jīng)過輻照后的失活在不同種醐之間，一般變化不大；

但在水溶液中，其失活過程因酶的種類不同而有差別。關(guān)于酶因輻照而引起的失活中的分子損傷，目前

還了解的不夠。不過據(jù)研究，核糖核酸酶受輻照后形成聚集體，其失活與特定原子團的損傷無關(guān)。

3.碳水化合物

研究發(fā)現(xiàn)對低分子糖類進行輻照時，不管是固體狀態(tài)還是水溶液，隨著輻照劑量的增加，都會出現(xiàn)

旋光度降低、褐變、還原性和吸收光譜變化等現(xiàn)象，而且在輻照過程中還會有H2、CO、CO2、CH4等

氣體生成。

多糖類經(jīng)輻照后會發(fā)生熔點降低、旋光度降低、吸收光譜變化、褐變和結(jié)構(gòu)變化等現(xiàn)象。在低于

200kGy的劑量照射F,淀粉粒的結(jié)構(gòu)幾乎沒有變化，但研究發(fā)現(xiàn)，直鏈淀粉、支鏈淀粉、葡聚糖及各

種禾谷類、薯類等淀粉的相對分子質(zhì)量和碳鏈的長度會降低。

4.脂類

輻射對脂類所產(chǎn)生的影響可分為以下三個方面：①整個理化性質(zhì)發(fā)生變化。②受輻射感應(yīng)而發(fā)生自

動氧化變化。③發(fā)生非自動氧化性的輻射分解。

飽和的脂類在無氧狀態(tài)下輻照時，會發(fā)生非自動氧化性分解反應(yīng)，產(chǎn)生H2、CO、C02、碳氫化合

物、醛和高分子化合物。

不飽和脂肪酸經(jīng)輻照后也會生成與飽和脂肪酸相類似的物質(zhì)，其生成的碳氫化合物為鏈烯燒、二烯

煌、二烯煌和二聚物形成的酸。

5.維生素

維生素對輻照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。

在脂溶性維生素中，維生素E的輻照敏感性最強；水溶性維生素中，維生素B1、維生素C對輻照

最不穩(wěn)定。維生素的輻射穩(wěn)定性?般與輻照時食品組成、氣相條件、溫度及其他環(huán)境因素有關(guān)。

一般來說，食品中的維生素要比單純?nèi)芤褐械木S生素穩(wěn)定性強。

6.食品包裝材料

選擇高分子材料作為輻照食品的包裝時，除考慮包裝材料的性能和使用效果外，還應(yīng)考慮到在輻照

劑量范圍內(nèi)包裝材料本身的化學、物理變化，以及與被包裝食品的相互作用。

某此高分子材料對輻照作用很敏感，介質(zhì)吸收輻照能后，會引起電離作用而發(fā)生各種化學變化。如

發(fā)生降解、交聯(lián)、不飽和鍵的活化、析出氣體（主要是氫氣）、促使氧化反應(yīng)并形成氧化物（在有氧存

在時）。

三、食品輻照的生物學效應(yīng)

在較低劑量的電離輻射作用下，能引起某些蛋白質(zhì)和核蛋白分子的改變，破壞新陳代謝，抑制核糖

核酸和脫氧核糖核酸的代謝，使自身的生長發(fā)育和繁殖能力受到一定的危害。

食品輻照的生物學效應(yīng)也與生成的游離基和離子有關(guān)。當射線穿過生物有機體時，會使其中的水和其他

的物質(zhì)電解，生成游離基和離子，從而影響到機體的新陳代謝過程，嚴重時則殺死細胞。

生物學效應(yīng)指輻射對生物體如微生物、病毒、昆蟲、寄生蟲、植物等的影響，這些影響是由于生物

體內(nèi)的化學變化造成的。

（一）微生物

1.輻射對微生物的作用

（1）直接效應(yīng)：指微生物接受輻射后本身發(fā)生的反應(yīng)，可使微生物死亡。

A.細胞內(nèi)蛋白質(zhì)、DNA受損，即DNA分子堿基發(fā)生分解或氫鍵斷裂等，山于DNA分子本身受

到損傷而致使細胞死亡——直接擊中學說

B.細胞內(nèi)膜受損，膜山蛋白質(zhì)和磷脂組成，這些分子的斷裂造成細胞膜泄漏，酶釋放出來，酶功

能紊亂，干擾微生物代謝，使新陳代謝中斷，從而使微生物死亡

（二）昆蟲

輻射對昆蟲的效應(yīng)與其組成細胞的效應(yīng)密切相關(guān)的，對于昆蟲細胞來說，輻射敏感性與它們的生殖

活性成正比，與它們的分化程度成反比。處于幼蟲期的昆蟲對輻射比較敏感，成蟲細胞對射線的敏感性

較小，高劑量才能使成蟲致死，但是成蟲的性腺細胞對輻射是敏感的。因此，低劑量可造成絕育或引起

遺傳上的紊亂。

輻射對昆蟲總的損傷作用是：致死、“擊倒”（貌似死亡，隨后恢復）、壽命縮短、推遲換羽、不育、

減少卵的孵化、延遲發(fā)育、減少進食量和抑制呼吸，這些作用都是在一定劑量水平夏發(fā)生的，而在其它

劑量下，甚至可能出現(xiàn)相反的效應(yīng)，如延長壽命、增加產(chǎn)卵、增進卵的孵化和促進呼吸。

①立即致死

害蟲受到射線照射后立即死亡所需要的劑量為立即致死量。立即致死劑量往往很大，一般要在幾千

戈瑞才有效。如引起谷象立即死亡的劑量為2.7kGy,鋸谷盜為3.4kGy。這種劑量具有殺蟲迅速的優(yōu)

點，但費用很高。

②緩期致死

害蟲受到射線照射后要經(jīng)過一個星期以上的潛伏期才能大量死亡所需的劑量為緩期致死劑量。緩期

致死劑量一般在幾十戈瑞到幾百戈瑞。谷象為80-160Gy,大豆象為840Gy。35Gy可作為防治常見鞘翅

目儲糧害蟲的有效致死劑量。

③不孕

害蟲受到射線照射后，喪失生殖能力，產(chǎn)生不孕現(xiàn)象所需的劑量為不孕劑量。這種劑量一般在80Gy

以下。用不孕劑量不僅可以降低照射費用，而且可以避免高劑量照射對食品的不良影響。

3.植物

輻射主要應(yīng)用在植物性食品(主要是水果和蔬菜)抑制塊莖、鱗莖類發(fā)芽，推遲蘑菇破膜開傘，調(diào)

節(jié)后熟和衰老上。

①抑制發(fā)芽

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。

②調(diào)節(jié)呼吸和后熟

躍變型果實經(jīng)適當劑量照射后，一般都表現(xiàn)出后熟被抑制、呼吸躍變后延、慢等現(xiàn)象。

③輻射與乙烯代謝

不論是躍變型或非躍變型果實，輻射都會對乙烯的產(chǎn)量有瞬時性的促進，從而使呼吸加強(釋放的

C02增多)。增長的程度因果實的種類、成熟度和輻射劑量而異。但這種增長極短暫，隨即就減低。輻

射劑量較低的，乙烯的生成量再次上升，達到頂峰后又下降。乙烯的變化與呼吸的變化基本是吻合的。

高劑量輻射后，乙烯不再生成，呼吸也表現(xiàn)出紊亂。

④輻射與組織褐變

組織褐變是輻射傷害最明顯、最早表現(xiàn)的癥狀，也是其他諸如機械傷害、冷害、病蟲害等許多傷害

的共同癥狀。

作為輻射損傷，即使在低照射量范圍(50-400kGy),褐變程度也隨劑量而增高，并因植物品種、

產(chǎn)地、成熟度等的不同而不同。

第四節(jié)食品輻照工藝及條件控制

一、應(yīng)用于食品上的輻射類型

在食品輻射保藏中，按照所要達到的目的把應(yīng)用于食品上的輻射分為三大類，即輻射阿氏殺菌、輻

射巴氏殺菌和輻射耐貯殺菌。

1.輻射阿氏殺菌(radappertization)

此殺菌也稱商業(yè)性殺菌，所使用的輻射劑量可以使食品中的微牛物數(shù)量減少到零或有限個數(shù)。在這

種輻射處理以后，食品可在任何條件下貯藏，但要防止再污染。劑量范圍為10-50kGyo

2.輻射巴氏殺菌(radicidation)

此殺菌只殺滅無芽抱病原細菌(除病毒外)。所使用的輻射劑量使在食品檢測時不出現(xiàn)無芽抱病原

菌(如沙門氏菌)。劑量范圍為5-10kGy。

3.輻射耐貯殺菌(radurization)

這種輻射處理能提高食品的貯藏性，降低腐敗菌的原發(fā)菌數(shù)，并延長新鮮食品的后熟期及保藏期。

所用劑量在5kGy以下。

二、食品輻照工藝

(-)食品輻照保藏

食品受到射線的照射，食品中的營養(yǎng)成分、微生物和昆蟲、寄生蟲等，都會產(chǎn)生能量和電荷，使其

構(gòu)成原子、分子發(fā)生一系列的變化。這些變化對食品中有生命的生物物質(zhì)的影響較大。

L果蔬類

果蔬輻照的目的主要是：防止微生物的腐敗作用；控制害蟲感染及蔓延；延緩后熟期、防止老化。

輻照延遲水果的后熟期，對香蕉等熱帶水果十分有效，對綠色香蕉輻照劑量常低于0.5kGy,但對

有機械傷的香蕉一般無效。用2kGy劑量即可延遲木瓜的成熟。對芒果用0.4kGy劑量輻照可延長保藏

期8天，用1.5kGy可完全殺死果實中的害蟲。

水果的輻照處理，除可延長保藏期外，還可促進水果中色素的合成，使?jié)撂崆懊摑驮黾悠咸训?/p>

出汁率。

通常引起水果腐敗的微生物主要是霉菌，殺滅霉菌的劑量依水果種類及貯藏期而定。生命活動期較

短的水果，如草毒，用較小的劑量即可停止其生理作用。

2.糧食類

造成糧食耗損的重要原因之一是昆蟲的危害和霉菌活動導致的霉爛變質(zhì)。

0.1-0.2kGy輻照可以使昆蟲不育，IkGy可使昆蟲幾天內(nèi)死亡，3-5kGy可使昆蟲立即死亡；抑制

谷類霉菌的蔓延發(fā)展的輻照劑量為2-4kGy,小麥和面粉殺蟲的劑量為0.200.75kGy,焙烤食品為IkGy。

3.畜、禽肉及水產(chǎn)類

在通常的輻照量下不能使肉的酶失活（能失活的劑量高達lOOkGy）,所以用輻照方法保藏鮮肉，可

結(jié)合熱方法。如用加熱方式使鮮肉內(nèi)部的溫度升高到70℃,保持30min,使其蛋白分解酶完全鈍化后才

進行輻照。

高劑量輻照處理肉類（L1包裝），可達到滅菌保藏的目的，所用的劑量要能殺死抗輻射性強的肉毒

芽抱桿菌；

對低鹽、無酸的肉類（如雞肉）需用劑量45kGy以上。

肉類的高劑量輻照滅菌處理會使產(chǎn)品產(chǎn)生異味，此異味隨肉類的品種不同而異，牛肉產(chǎn)生的異味最

強。

目前防止異味最好的方法是在冷凍溫度-30?-80C下輻照，因為異味的形成大多數(shù)是間接的化學效

應(yīng)。

4.香辛料和調(diào)味品

輻照處理既能控制昆蟲的侵害，又能減少微生物的數(shù)量，保證原料的質(zhì)量。

全世界至少已有15個國家批準對80多種香辛料和調(diào)味品進行輻照。

5.蛋類

蛋類輻照主要采用輻照巴氏殺菌劑量，以殺滅沙門氏菌為對象。?般蛋液及冰蛋液輻照滅菌效果較

好。

帶殼鮮蛋可用B射線輻照，劑量lOkGy,高劑量會使蛋白質(zhì)降解而使蛋液粘度降低或產(chǎn)生H2s等

異味。

（二）輻照改變食品品質(zhì)

白酒輻照處理；

檢疫安全處理（殺菌）。

三、劑量的決定因素

1.食品的耐輻射性

食品的化學成分、物理結(jié)構(gòu)在質(zhì)量被認為受損壞之前，所能接受的變化程度很不相同。天然食品的

化學成分、物理結(jié)構(gòu)即使是同?種類型，甚至是同一品種，也有較大差異。食品的耐輻射性可根據(jù)質(zhì)量

的可接受性來確定輻射劑量的上限，而輻射劑量的上限都是通過反復研究獲得的。

2.微生物的耐輻射性

食品中最能耐受輻射處理的微生物為肉毒梭狀芽抱桿菌。

3.酶的耐輻射性

在食品中發(fā)現(xiàn)的酶，一般比微生物更能耐受電離輻射。酶活性降低90%的輻射劑量值的變化稱為

酶分解單位，用DE表示。

凡求穩(wěn)定貯藏而要把酶破壞的食品，只靠輻射處理是不適宜的。

4.輻射費用

用較強的輻射源或使食品較長時間露置于較弱的輻射卜(以獲得較高的劑量)，都會使加工費用增

高。

低劑量輻射處理已經(jīng)能使冷凍水產(chǎn)品、水果和蔬菜的正常貯藏期從兒天延長到兒個星期，且每噸的

輻射費用僅人民幣50-85元。

高劑量輻射處理，其輻射費用較高，有待通過加工工藝的改進降低其費用。

四、影響食品輻照的因素

1.溫度

輻射殺菌中，在接近常溫的范圍內(nèi)，溫度對殺菌效果的影響不大。研究發(fā)現(xiàn)，X-射線對大腸埃希

氏桿菌在0-30℃范圍內(nèi)、B-射線對金黃色葡萄球菌(Staph.Aurers)和腸膜芽抱桿菌(B.Mesentericus)

的芽抱在0-50℃范圍內(nèi)、a-射線對粘質(zhì)沙雷氏菌(Ser.Marcescens)在2.5-36℃范圍內(nèi)、y-射線對肉毒

梭狀芽抱桿菌(CLBotulinum)的芽抱在0-65℃范圍內(nèi)，溫度對殺菌效果沒有影響。

在冰點以卜，輻射不產(chǎn)生間接作用或間接作用不顯著，因此，微生物的抗輻射性會增強。

不過，在凍結(jié)工藝控制不當時，由于細胞膜受到損傷，微生物對輻射的敏感性也會增強。

2.氧的含量

輻照時射線可以使空氣中的氧電離，形成氧化性很強的臭氧。

對于蛋白質(zhì)和脂肪含量較高的魚類和肉類食品，空氣中氧的存在將會造成一定的氧化作用。

為了防止氧化生成過氧化物，在肉類食品輻照處理時就要采用真空包裝或真空充氮包裝以降低氧的含

量，有助于提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

對于水果、蔬菜之類需低劑量輻照處理的食品來說，輻射氧化并不是主要作用，但是采用小包裝或

密封包裝進行輻照也是必要的。其原因是可以減少二次污染的機會，同時在包裝內(nèi)可以形成一個小的低

氧環(huán)境，使后熟過程變慢。

一般情況下，殺菌效果因氧的存在而增強。

輻射時是否需要氧，要根據(jù)輻射處理對象、性狀、處理的13的和貯存環(huán)境條件等加以綜合考慮來選

擇。

3.含水量

在干燥狀態(tài)下照射，生成的游離基因失去了水的連續(xù)相而變得不能移動，游離基等的輻射間接作用

就會隨之降低，因而輻射作用顯著減弱。

五、影響食品輻照效果的因素

(-)輻照劑量

劑量等級影響微生物、蟲害等生物的殺滅程度，也影響食品的輻照物理化學效應(yīng)，兩者要兼顧考慮。

一般來說，劑量越高，食品保藏時間越長。

劑量率也是影響輻照效果的重要因素。同等的輻照劑量，高劑量率輻照，照射的時間就短；低劑量

率輻照，照射的時間就長。通常較高的劑量率可獲得較好的輻照效果。

(二)食品接受輻照時的狀態(tài)

污染的微生物、蟲害等種類與數(shù)量以及食品生長發(fā)育階段、成熟狀況、呼吸代謝的快慢等，對輻照

效應(yīng)也影響很大。

大米的品質(zhì)、含水量不僅影響劑量要求，也影響輻照效果。同等劑量，品質(zhì)好的大米，食味變化??；品

質(zhì)差的大米，食味變化大。

（三）輻照過程環(huán)境條件

氧氣；

溫度;

壓力；

含水量；

（四）輻照與其他保藏方法的協(xié)同作用

高劑量輻照會不同程度地引起食品質(zhì)構(gòu)改變，維生素破壞，蛋白質(zhì)降解，脂肪氧化和產(chǎn)生異味等不

良影響）因此在輻照技術(shù)研究中，比較注意篩選食品的輻照損傷保護劑和提高、強化輻照效果的物理方

法。

如低溫下輻照，添加自由基清除劑，使用增敏劑，與其他保臧方法并用和選擇適宜的輻照裝置。

此外，在食品輻照過程，輻照裝置的設(shè)計效果、食品在輻照過程劑量分布的均勻性等都會影響輻照

食品的質(zhì)量。

食品輻照并不是解決所有食品保藏問題的萬能藥方。它既不可能取代傳統(tǒng)良好的加工方法，也不是

適用于所有食品。

如牛奶和奶油一類乳制品經(jīng)輻照處理時會變味。許多食品如肉、魚、雞等都有一劑量閾值，高于此

劑量就會發(fā)生感官性質(zhì)的變化。

第五節(jié)食品輻照的安全衛(wèi)生與法規(guī)

一、輻照食品的安全性

安全性試驗是整個輻照保藏食品研究最早進行，且研究最深入的問題。輻照食品可否食用，有無毒

性，營養(yǎng)成分是否被破壞，是否致崎、致癌、致突變等所涉及的毒理學、營養(yǎng)學、微生物學和輻照分解

等許多學科的研究廣度和深度，是任何其他食品加工方法所沒有的。

研究結(jié)果已確認，只要用合乎要求的劑量和在確保能實現(xiàn)預(yù)期技術(shù)效果的條件下對食品進行輻照的輻照

食品是安全的食品。

20世紀90年代中期，世界衛(wèi)生組織WHO回顧了輻照食品的安全與營養(yǎng)平衡的研究，也已得出如

下結(jié)論：

L輻照不會導致對人類健康有不利影響的食品成分的毒性變化；

2.輻照食品不會增加微生物學的危害；

3.輻照食品不會導致人們營養(yǎng)供給的損失。

1.放射性的污染和放射性物質(zhì)的誘發(fā)

食品輻照是外照射，食品同輻射源不接觸，不會產(chǎn)生污染。食品中放射能的誘發(fā)受射線種類、能量、

劑量及食品中含有成分等的影響。而受感應(yīng)的同位素的半衰期也很重要，倘若半衰期極短，還不等食品

到達消費者手中，放射能就消失了。

2.毒性物質(zhì)的生成

照射會不會使食品產(chǎn)生有毒物質(zhì)是一個很復雜的問題。迄今為止，研究結(jié)果還未確證會產(chǎn)生有毒、

致癌利致畸物質(zhì)。

3.微生物類發(fā)生變異的危險

至今尚沒有人證明輻照微生物能增加其致病性，或者被輻照的細菌增加了毒素的形成力或誘發(fā)了抗

菌力。因此可以這樣說，食品輻照不會增加細菌、酵母菌和病毒的致病性。

4.對營養(yǎng)物質(zhì)的破壞

大多數(shù)研究結(jié)果表明，低劑量輻照，食品的營養(yǎng)損失是微不足道的。

二、輻照食品的管理法規(guī)

盡管目前有許多國家在其法規(guī)中有條款允許一些特定的產(chǎn)品在無條件或有條件的基礎(chǔ)上采用輻照

技術(shù)，然而這些條款在不同國家是有差異的，這使得輻照食品的國際貿(mào)易遇到困難。

1983年FAO/WHO國際食品法規(guī)委員會采納了“輻照食品的規(guī)范通用標準(世界范圍標準)”和“食

品處理輻照裝置運行經(jīng)驗推薦規(guī)范許多國家都將上述標準作為本國輻照食品立法的一種模式，將其

條款納入國家法規(guī)之中，既可以保護消費者的權(quán)益，又有利于促進國際貿(mào)易的發(fā)展。

我國先后發(fā)布了有關(guān)法規(guī)和標準，如“輻射加工用6°C。裝置的輻射防護規(guī)定”(GB10252-88),“輻

射防護規(guī)定”(GB8703-88),“輻照食品標準”(GB14891-94),

1996年衛(wèi)生部發(fā)布了“輻照食品衛(wèi)生管理辦法”，規(guī)定從事食品輻照加工的單位和個人，必須取得

食品衛(wèi)生許可證和放射工作許可證后方可開展工作。輻照食品在包裝上必須有統(tǒng)一制定的輻照食品標

識。

第二章食品熱處理和殺菌

|學習目標：|

掌握熱加工的基本原理及對產(chǎn)品品質(zhì)的影響；掌握不同殺菌方法的特點以及不同產(chǎn)品殺菌的要求及

不同殺菌工藝。

知識點|：

熱加工原理、熱燙、巴氏殺菌、商業(yè)殺菌工藝。

所需講授時間：4課時

第一節(jié)食品加工與保藏個的熱處理

一、食品熱處理的作用

熱處理(Thermalprocessing)是食品加工與保藏中用于改善食品品質(zhì)、延長食品貯藏期的最重要的

處理方法之一。食品工業(yè)中采用的熱處理有不同的方式和工藝，不同種類的熱處理所達到的主要目的和

作用也有不問，但熱處理過程對微生物、酶和食品成分的作用以及傳熱的原理和規(guī)律卻有相同或相近之

處。

二、食品熱處理的類型和特點

類型主要有：工業(yè)烹飪、熱燙、熱擠壓和殺菌等。

(一)工業(yè)烹飪(Industrialcooking)

工業(yè)烹飪一般作為食品加工的一種前處理過程，通常是為了提高食品的感官質(zhì)量而采取的一種處

理手段。烹飪通常有煮、病(燉)、烘(焙)、炸(煎)、烤等。?般煮多在沸水中進行；焙、烤則以干

熱的形式加熱，溫度較高：而煎、炸也在較高溫度的油介質(zhì)中進行。

烹飪能殺滅部分微生物，破壞酶，改善食品的色、香、味和質(zhì)感，提高食品的可消化性，并破壞食

品中的不良成分(包括一些毒工素等)，提高食品的晏全性，也可使食品的耐貯性提高。但也發(fā)現(xiàn)不適

當?shù)暮婵咎幚頃o食品帶來營養(yǎng)安全方面的問題，如燒烤中的高溫使油脂分解產(chǎn)生致癌物質(zhì)。

(―)熱燙(BlanchingorScalding)

熱燙。又稱燙漂、殺青、預(yù)煮，熱燙的作用主要是破壞或鈍化食品中導致食品質(zhì)量變化的酶類，以

保持食品原有的品質(zhì)，防止或減少食品在加工和保藏中由酶引起的食品色、香、味的劣化和營養(yǎng)成分的

損失，熱燙處理主要應(yīng)用于蔬菜和某些水果，通常是蔬菜和水果冷凍、干燥或罐藏前的?種前處地工序。

導致蔬菜和水果在加工和保藏過程中質(zhì)量降低的兩類主要是氧化酶類和水解酶類，熱處理是破壞或

鈍化酶活性的最主要和最有效方法之一。除此之外，熱燙還有一定的殺菌和洗滌作用，可以減少食品表

面的微生物數(shù)量；可以排除食品組織中的氣體，使食品裝罐后形成良好的真空度及減少氧化作用：熱燙

還能軟化食品組織，方便食品往容器中裝填；熱燙也起到?定的預(yù)熱作用，有利于裝罐后縮短殺菌引溫

的時間。

對于果蔬的干藏和冷凍保藏，熱燙的主要目的是破壞或鈍化醐的活性。

但對于豆類的罐藏以及食品后殺菌采用(超)高溫短時方法時，由于此殺菌方法對酶的破壞程度有

限，熱燙等前處理的滅酷作用應(yīng)恃別注意。

(三)熱擠壓

擠壓是將食品物料放入擠壓機中，物料在螺桿的擠壓下被壓縮并形成熔融狀態(tài)，然后在卸料端通過

模具出被擠出的過程。熱擠壓則是指食品物料在擠壓的過程中還被加熱。熱擠壓也被稱為擠壓蒸煮

(Extrusioncooking)0擠壓是結(jié)合了混合、蒸煮、揉搓、剪切、成型等幾種單元操作的過程。

擠壓可以產(chǎn)生不同形狀、質(zhì)地、色澤和風味的食品。熱擠壓是一種高溫短時的熱處理過程，它能夠

減少食品中的微生物數(shù)量和鈍化醐，但無論是熱擠壓或是冷擠壓，其產(chǎn)品的保藏主要是靠其較低的水分

活性和其他條件。

特點：擠壓食品多樣化，可以通過調(diào)整配料和擠壓機的操作條件直接生產(chǎn)出滿足消費者要求的各種

擠壓食品；擠壓處理的操作成本較低；在短時間內(nèi)完成多種單元操作，生產(chǎn)效率較高；便于生產(chǎn)過程的

自動控制和連續(xù)生產(chǎn)。

(四)熱殺菌

根據(jù)要殺滅微生物的種類的不同可分為巴氏殺菌(Pasteurisation)和商業(yè)殺菌(Sterilization)(>

巴氏殺菌是一種較溫和的熱殺菌形式，巴氏殺菌的處理溫度通常在100℃以下，典型的巴氏殺菌的

條件是62.8℃、30min,達到同樣的巴氏殺菌效果，可以有不同的溫度、時間組合。巴氏殺菌可使食品

中的酶失活，并破壞食品中熱敏性的微生物和致病菌。巴氏殺菌的目的及其產(chǎn)品的貯藏期主要取決于殺

菌條件、食品成分(如PH值)和包裝情況。對低酸性食品(pH>4.6),其主要目的是殺滅致病菌，而

對于酸性食品，還包括殺滅腐敗菌和鈍化酶。

商業(yè)殺菌般又簡稱為殺菌，是種較強烈的熱處理形式，通常是將食品加熱到較高的溫度并維持

一定的時間以達到殺死所有致病菌、腐敗菌和絕大部分微生物，殺菌后的食品符合貨架期的要求。

這種熱處理形式?般也能鈍化醐，但它同樣對食品的營養(yǎng)成分破壞也較大。殺菌后食品通常也并非

達到完全無菌，只是殺菌后食品中不含致病菌，殘存的處于休眠狀態(tài)的非致病菌在正常的食品貯藏條件

下不能生長繁殖，這種無菌程度被稱為“商業(yè)無菌

將食品先密封于容器內(nèi)再進行殺菌處理是通常罐頭的加工形式，而將經(jīng)超高溫瞬時(UHT)殺菌

后的食品在無菌的條件下進行包裝，則是無菌包裝。

從殺菌時微生物被殺死的難易程度看，細菌的芽抱具有更高的耐熱性，它通常較營養(yǎng)細胞難被殺死。

另一方面，專性好氧菌的芽泡較兼性和專性厭氧菌的芽泡容易被殺死。殺菌后食品所處的密封容器中氧

的含量通常較低，這在一定程度上也能阻止微生物繁殖，防止食品腐敗。

在考慮確定具體的殺菌條件時，通常以某種具有代表性的微生物作為殺菌的對象，通過這種對象菌

的死亡情況反映殺菌的程度。

三、食品熱處理使用的能源和加熱方式

食品熱處理可使用幾種不同的能源作為加熱源，主要能源種類有：電，氣（天然氣或液化氣），液

體燃料（燃油等），固體燃料（如煤、木、炭等）。

直接方式指加熱介質(zhì)（如燃料燃燒的熱氣等）與食品直接接觸的加熱過程。（容易污染食品，一般

只有氣體燃料可作為直接加熱源，液體燃料則很少）

間接加熱方式是將燃料燃燒所產(chǎn)生的熱能通過換熱器或其他中間介質(zhì)如空氣）加熱食品，從而將食

品與燃料分開。

第二節(jié)食品熱處理反應(yīng)的基本規(guī)律

一、食品熱處理的反應(yīng)動力學

要控制食品熱處理的程度，人們必須了解熱處理時食品中各成分（微生物、酶、營養(yǎng)成分和質(zhì)量因

素等）的變化規(guī)律，主要包括：（1）在某一熱處理條件下食品成分的熱處理破壞速率；（2）溫度對這

些反應(yīng)的影響。

（-）熱破壞反應(yīng)的反應(yīng)速率

食品中各成分的熱破壞反應(yīng)一般均遵循一級反應(yīng)動力學，也就是說各成分的熱破壞反應(yīng)速率與反應(yīng)

物的濃度呈正比關(guān)系。這一關(guān)系通常被稱為“熱滅活或熱破壞的對數(shù)規(guī)律

在半對數(shù)坐標中微生物的熱力致死速率曲線為一直線，該直線的斜率為-k/2.303。

從圖中可以看出，熱處理過程中微生物的數(shù)量每減少同樣比例所需要的時間是相同的。如微生物的

活菌數(shù)每減少90%,也就是在對數(shù)坐標中c的數(shù)值每跨過一個對數(shù)循環(huán)所對應(yīng)的時間是相同的，這一

時間被定義為D值，稱為指數(shù)遞減時間（decimalreductiontime）。

致死速率曲線是在一定的熱處理（致死）溫度下得出的，為了區(qū)分不同溫度下微生物的D值，一

般熱處理的溫度T作為下標，標注在D值上，即為DT。

D值的大小可以反映微生物的耐熱性。在同一溫度下比較不同微生物的D值時，D值愈大，表示在該

溫度卜一殺死90%微生物所需的時間愈長，即該微生物愈耐熱。

熱力致死時間（TDT）值是指在某一恒定溫度條件下，將食品中的某種微生物活菌（細菌和芽抱）

全部殺死所需要的時間（min）。試驗以熱處理后接種培養(yǎng)，無微生物生長作為全部活菌已被殺死的標

準。

（二）熱破壞反應(yīng)和溫度的關(guān)系

要了解在一變化溫度的熱處理過程中食品成分的破壞情況，必須了解不同（致死）溫度下食品的熱

破壞規(guī)律，便于人們比較不同溫度下的熱處理效果。反映熱破壞反應(yīng)速率常數(shù)和溫度關(guān)系的方法主要有

3種：一種是熱力致死曲線；另一種是阿累尼烏斯方程；還有一種是溫度系數(shù)。

1.熱力致死時間曲線

熱力致死時間曲線是采用類似熱力致死速率曲線的方法而制得的，它將TDT值與對應(yīng)的溫度T在

半對數(shù)坐標中作圖，則可以得到類似于致死速率曲線的熱力致死時間曲線（Thermaldeathtimecurveo

反應(yīng)速率常數(shù)的對數(shù)與溫度成正比，較高溫度的熱處理所取得的殺菌效果要高于低溫度熱處理的殺

菌效果。不同微生物對溫度的敏感程度可以從Z值反映，Z值小的對■溫度的敏感程度高。要取得同樣的

熱處理效果，在較高溫度下所需的時間比在較低溫度下的短。這也是高溫短時（HTST）或超高溫瞬時

殺菌（UHT）的理論依據(jù)。不同的微生物對溫度的敏感程度不同，提高溫度所增加的破壞效果不一樣。

上述的D值、Z值不僅能表示微生物的熱力致死情況，也可用于反映食品中的酶、營

養(yǎng)成分和食品感官指標的熱破壞情況。

2.阿累尼烏斯方程

3.溫度系數(shù)Q值

Q值表示反應(yīng)在溫度下進行的速率比在較低溫度「下快多少，若Q值表示溫度增加10℃時反

應(yīng)速率的增加情況，則?般稱之為Q”

二、加熱對微生物的影響

（一）微生物和食品的腐敗變質(zhì)

食品中的微生物是導致食品不耐貯藏的主要原因.一般說來，食品原料都帶有微生物。在食品的采收、

運輸、加工和保臧過程中，食品也有可能污染微生物。在一定的條件下，這些微生物會在食品中生長、

繁殖，使食品失去原有的或應(yīng)有的營養(yǎng)價值和感官品質(zhì)，甚至產(chǎn)生有害和有毒的物質(zhì)。

細菌、霉菌和酵母都可能引起食品的變質(zhì)，其中細菌是引起食品腐敗變質(zhì)的主要微生物。細菌中非

芽抱細菌在自然界存在的種類最多，污染食品的可能性也最大，但這些菌的耐熱性并不強，巴氏殺菌即

可將其殺死。細菌中耐熱性強的是芽抱菌。芽抱菌中還分需氧性、厭氧性的和兼性厭氧的。需氧和兼性

厭氧的芽胞菌是導致罐頭食品發(fā)生平蓋酸敗的原因菌,厭氧芽抱菌中的肉毒梭狀芽泡桿菌常作為罐頭殺

菌的對象菌。酵母菌和霉菌引起的變質(zhì)多發(fā)生在酸性較高的食品中，一些酵母菌和霉菌對滲透壓的耐性

也較高。

（二）微生物的生長溫度和微生物的耐熱性

當溫度高于微生物的最適生長溫度時，微生物的生長就會受到抑制，而當溫度高到足以使微生物體

內(nèi)的蛋白質(zhì)發(fā)生變性時，微生物即會出現(xiàn)死亡現(xiàn)象。

一般認為，微生物細胞內(nèi)蛋白質(zhì)受熱凝固而失去新陳代謝的能力是加熱導致微生物死亡的原因?因

此，細胞內(nèi)蛋白質(zhì)受熱凝固的難易程度直接關(guān)系到微生物的耐熱性。蛋白質(zhì)的熱凝固條件受其他一些條

件，如：酸、堿、鹽和水分等的影響。

1.微生物的種類

微生物的菌種不同，耐熱的程度也不同，而且即使是同一菌種，其耐熱性也因菌株而異。正處于生

長繁殖的微生物營養(yǎng)細胞的耐熱性較它的芽抱弱。

各種芽抱菌的耐熱性也不相同，一般厭氧菌芽抱菌耐熱性較需氧菌芽胞菌強。嗜熱菌的芽抱耐熱性

最強。同一菌種芽泡的耐熱性也會因熱處理前的培養(yǎng)條件、貯存環(huán)境和菌齡的不同而異。例如：菌體在

其最高生長溫度生長良好并形成芽抱時，其芽抱的耐熱性通常較高；不同培養(yǎng)基所形成的芽泡對耐熱性

影響很大，實驗室培養(yǎng)的芽抱都比在大自然條件下形成的芽泡耐熱性要低；培養(yǎng)基中的鈣、錦離子或蛋

白陳都會使芽泡耐熱性增高；熱處理后殘存芽胞經(jīng)培養(yǎng)繁殖和再次形成芽泡后，新形成芽胞的耐熱性就

較原來的芽泡強。

酵母菌和霉菌的耐熱性都不很高，酵母（包括酵母抱子）在100℃以下的溫度容易被殺死。大多

數(shù)的致病菌不耐熱。

2.微生物生長和細胞（芽抱）形成的環(huán)境條件

這方面的因素包括：溫度、離子環(huán)境、非脂類有機化合物、脂類和微生物的菌齡。

長期生長在較高溫度環(huán)境下的微生物會被馴化，在較高溫度下產(chǎn)生的芽抱比在較低溫度下產(chǎn)生的芽

抱的耐熱性強；許多有機物會影響芽泡的耐熱性，雖然在某些特殊的條件下能得到一些數(shù)據(jù)，但也很難

下一般性的結(jié)論；有研究顯示低濃度的飽和與不飽和脂肪酸對微生物有保護作用，它使肉毒桿菌芽泡的

耐熱性提高；關(guān)于菌齡對微生物耐熱性的影響，芽抱和營養(yǎng)細胞不一樣，幼芽胞較老芽抱耐熱，而年幼

的營養(yǎng)細胞對熱更敏感。

3.熱處理時的環(huán)境條件

熱處理時影響微生物耐熱性的環(huán)境條件有：pH值和緩沖介質(zhì)、離子環(huán)境、水分活性、其他介質(zhì)成

分。

由于多數(shù)微生物生長于中性或偏堿性的環(huán)境中，過酸和過堿的環(huán)境均使微生物的耐熱性下降，故一

般芽抱在極端的pH值環(huán)境下的耐熱性較中性條件下的差。緩沖介質(zhì)對微生物的耐熱性也有影響，但缺

乏一般性的規(guī)律。

大多數(shù)芽泡桿菌在中性范圍內(nèi)耐熱性最強，pH值低于5時芽抱就不耐熱，此時耐熱性的強弱常受

其他因素的影響。某些酵母的芽抱的耐熱性在pH=4-5時最強。

在磷酸緩沖液中低濃度的Mg2+和Ca2'對芽泡耐熱性的影響與EDTA和甘氨醐甘氨酸相似,都能降

低芽抱的耐熱性。

食品中低濃度的食鹽（低于4%）對芽泡的耐熱性有一定的增強作用，但隨著食鹽濃度的提高（8%

以上）會使芽抱的耐熱性減弱。如果濃度高于14%時，一般細菌將無法生長。

其他無機鹽對細菌芽泡的耐熱性也有影響。氯化鈣對細菌芽抱耐熱性的影響較食鹽弱一些，而苛性

鈉、碳酸鈉或磷酸鈉等對芽抱有?定的殺菌力，這種殺菌力常隨溫度的提高而增強，因此如果在含有一

定量芽抱的食鹽溶液中加入苛性鈉、碳酸鈉或磷酸鈉時，殺死它們所需要的時間可大為縮短。通常認為

這些鹽類的殺菌力來自未分解的分子而并不來自氫氧根離子。

芽泡對干熱的抵抗能力比濕熱的強，如肉毒芽抱桿菌的干芽抱在干熱下的殺滅條件是120C,

120min,而在濕熱下為121℃,4-lOmin。濕熱下的蛋白質(zhì)變性和干熱下的氧化，由于氧化所需的能量

高于變性，故在相同的熱處理條件下，濕熱下的殺菌效果高于干熱。

糖的存在也會影響細菌芽抱的耐熱性，食品中糖濃度的提高會增強芽泡的耐熱性。蔗糖濃度很低時對細

菌芽抱的耐熱性影響很小，高濃度的蔗糖對受熱處理的細菌芽抱有保護作用，這是由于高濃度的糖液會

導致細菌細胞中的原生質(zhì)脫水，從而影響了蛋白質(zhì)的凝固速度以致增強了芽抱的耐熱性。除蔗糖外，其

它的糖如葡萄糖、果糖、乳糖、麥芽糖等的作用并不相同。

食品中的其他成分如淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等也對芽泡的耐熱性有直接或間接的影響，其中淀粉對芽

抱耐熱性沒有直接的影響，但由于包括蛛不飽和脂肪酸在內(nèi)的某些抑制劑很容易吸附在淀粉上，因此間

接地增加了芽泡耐熱性。蛋白質(zhì)中如明膠、血清等能增加芽抱的耐熱性。食品中含有少量防腐或抑菌物

質(zhì)會大大降低一般的耐熱性。

介質(zhì)中的一些其他成分也會影響微生物的耐熱性，如抗菌素、殺菌劑和香辛料等抑菌物質(zhì)的存在對

殺菌會有促進和協(xié)同作用。

三、加熱對酶的影響

（-）酶和食品的質(zhì)量

酸也會導致食品在加工和貯藏過程中的質(zhì)量下降，主要反映在食品的感官和營養(yǎng)方面的質(zhì)量降低。

這些酶主要是氧化酶類和水解酶類，包括過氧化物酶、多酚氧化酶、脂肪氧合酶、抗壞血酸氧化酶等。

不同食品中所含的酶的種類不同，酶的活力和特性也可能不同。以過氧化物酶為例，在不同的水果

和蔬菜中酶活力相差很大，其中辣根過氧化物酶的活力最高，其次是蘆筍、馬鈴薯、蘿卜、梨、蘋果等,

蘑菇中過氧化物酶的活力最低。與大多數(shù)蔬菜相比，水果具有較低的過氧化物酶活力。又如大豆中的脂

肪氧合酶相對活力最高，綠豆和豌豆的脂肪氧合酶活力相對較低。

過氧化物酶在果蔬加工和保藏中最受人關(guān)注。由于它的活力與果蔬產(chǎn)品的質(zhì)量有關(guān)，還因為過氧化

物酶是最耐熱的酶類，它的鈍化作為熱處理對酶破壞程度的指標。當食品中過氧化物酶在熱處理中失活

時，其他酶以活性形式存在的可能性很小。但最近的研究也提出，對于某些食品（蔬菜）的熱處理滅酶

而言，破壞導致這些食品質(zhì)量降低的酶，如豆類中的脂肪氧合酶較過氧化物酶與豆類變味的關(guān)系更密切，

對于這些食品的熱處理以破壞脂肪氧合酶為滅酶指標更合理。

（二）酶的最適溫度和熱穩(wěn)定性

酶活性一溫度關(guān)系曲線是在除r溫度變化以外，其他均為標準的條件下進行一系列酶反應(yīng)而獲得的。在

酶活性一溫度關(guān)系曲線中的溫度范圍內(nèi)，酶是“穩(wěn)定”的，這是因為實際上不可能測定瞬時的初始反應(yīng)速

率。酶的耐熱性的測定則首先是將醐（通常不帶有底物）在不同的溫度下保溫，其他條件保持相同，按

一定的時間間隔取樣，然后采用標準的方法測定酶的活性。熱處理的時間通常遠大于測定分析的時間。

pH值、水分含量、加熱速率等熱處理的條件參數(shù)也會影響酶的熱失活。從上述的酶的耐熱性參數(shù)

可以看出，熱處理時的pH值直接影響著酶的耐熱性。一般食品的水分含量愈低，其中的酶對熱的耐性

愈高，谷類中過氧化物酶的耐熱性最明顯地體現(xiàn)了這一點。這意味著食品在干熱的條件下火酶的效果比

較差。加熱速率影響到過氧化物前的再生，加熱速率愈快，熱處理后酶活力再生的愈多。

采用高溫短時（HTST）的方法進行食品熱處理時，應(yīng)注意酶活力的再生。食品的成分，蛋白質(zhì)、

脂肪、碳水化合物等都可能會影響酶的耐熱性，如糖分能提高蘋果和梨中過氧化物酶的熱穩(wěn)定性。

四、加熱對食品營養(yǎng)成分和感官品質(zhì)的影響

加熱對食品成分的影響可以產(chǎn)生有益的結(jié)果，也會造成營養(yǎng)成分的損失。熱處理可以破壞食品中不

需要的成分，如禽類蛋白中的抗生物素蛋白、豆科植物中的胰蛋白酶抑制素。熱處理可改善營養(yǎng)素的可

利用率，如淀粉的糊化和蛋白質(zhì)的變性可提高其在體內(nèi)的可消化性。加熱也可改善食品的感官品質(zhì)，如

美化口味、改善組織狀態(tài)、產(chǎn)生可愛的顏色等。

加熱對食品成分產(chǎn)生的不良后果也是很明顯的，這主要體現(xiàn)在食品中熱敏性營養(yǎng)成分的損失和感官

品質(zhì)的劣化。如熱處理雖然可提高蛋白質(zhì)的可消化性，但蛋白質(zhì)的變性使蛋白質(zhì)（氨基酸）易于和還原

糖發(fā)生美拉德反應(yīng)而造成損失。對于碳水化合物和脂肪，人們一般不考慮它們在熱處理中的損失量，而

對其降解反應(yīng)產(chǎn)物的有關(guān)特性特別注意。如還原糖焦糖化反應(yīng)產(chǎn)物的毒性等。

熱處理造成營養(yǎng)素的損失研究最多的對象是維生素。脂溶性的維生素?般比水溶性的維生素對熱較

穩(wěn)定。通常的情況下，食品中的維生素C、維生素B1、維生素D和泛酸對熱最不穩(wěn)定。

對熱處理后食品感官品質(zhì)的變化，人們也盡可能采用量化的指標加以反映。

食品營養(yǎng)成分和感官品質(zhì)指標對熱的耐性也主要取決于營養(yǎng)素和感官指標的種類、食品的種類，以

及pH值、水分、氧氣含量和緩沖鹽類等一些熱處理時的條件。

第三節(jié)食品熱處理條件的選擇與確定

一、食品熱處理方法的選擇

熱處理的作用效果不僅與熱處理的種類有關(guān)，而且與熱處理的方法有關(guān)。也就是說，滿足同一熱處

理目的的不同熱處理方法所產(chǎn)生的處理效果可能會有差異。以液態(tài)食品殺菌為例，低溫長時和高溫短時

殺菌可以達到同樣的殺菌效果（巴氏殺菌），但兩種殺菌方法對食品中的酶和食品成分的破壞效果可能

不同。

殺菌溫度的提高雖然會加快微生物、酸和食品成分的破壞速率，但三者的破壞速率增加并不一樣，

其中微生物的破壞速率在高溫下較大。因此采用高溫短時的殺菌方法對食品成分的保存較為有利，尤其

在超高溫瞬時滅菌條件下更顯著，但此時酶的破壞程度也會減小。此外，熱處理過程還需考慮熱的傳遞

速率及其效果，合理選擇實際行之有效的溫度及時間條件。

選擇熱殺菌方法和條件時應(yīng)遵循下列基本原則，首先，熱處理應(yīng)達到相應(yīng)的熱處理目的。以加工為

主的，熱處理后食品應(yīng)滿足熱加工的要求，以保藏為主要目的的，熱處理后的食品應(yīng)達到相應(yīng)的殺菌、

鈍化前等目的。其次，應(yīng)盡量減少熱處理造成的食品營養(yǎng)成分的破壞和損失。熱處理過程不應(yīng)產(chǎn)生有害

物質(zhì)，滿足食品衛(wèi)生的要求。熱處理過程要重視熱能在食品中的傳遞特征與實際效果。

二、熱能在食品中的傳遞

對于熱殺菌而言，具體的熱處理過程可以通過兩種方法完成。一種是先用熱交換器將食品殺菌并達

到商業(yè)無菌的要求，然后裝入經(jīng)過殺菌的容器并密封；另一種是先將食品裝入容器，然后再進行密封和

殺菌。

前一種方法多用于流態(tài)食品，由于熱處理是在熱交換器中進行，傳熱過程可以通過一定的方法進行

強化，傳熱也呈穩(wěn)態(tài)傳熱；后一種方法是傳統(tǒng)的罐頭食品加工方法。傳熱過程熱能必須通過容器后才能

傳給食品，容器內(nèi)各點的溫度隨熱處理的時間而變，屬非穩(wěn)態(tài)傳熱，而且傳熱的方式與食品的狀態(tài)有關(guān),

傳熱過程的控制較為復雜。

（-）罐頭容器內(nèi)食品的傳熱

影響容器內(nèi)食品傳熱的因素包括：表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；食品和容器的物理性質(zhì)；加熱介質(zhì)（蒸汽）的溫

度和食品初始溫度之間的溫度差；容器的大小。

對于蒸汽加熱的情況，通常認為其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)很