辐照杀菌技术简介及发展状况

辐射灭菌是利用电磁辐射产生的电磁波杀死大多数物质上的微生物的一种有效方法。用于灭菌的电磁波有微波、紫外线(UV)、X射线和γ射线等。它们都能通过特定的方式控制微生物生长或杀死微生物。 例如微波可以通过热产生杀死微生物的作用;紫外线使DNA分子中相邻的嘧啶形成嘧啶二聚体,抑制DNA复制与转录等功能,杀死微生物;X射线和γ射线能使其它物质氧化或产生自由基(OH•H)再作用于生物分子,或者直接作用于生物分子,打断氢键、使双键氧化、破坏环状结构或使某些分子聚合等方式,破坏和改变生物大分子的结构,从而抑制或杀死微生物。
一、起源
        辐照杀菌技术起源于1943年美国麻省理工学院为美国军方从事“射线对汉堡包处理”的研究开始,**今已有七十多年的发展史。
       节省能源、安全可靠、效果好、成本低的包装食品杀菌技术大大促进了包装食品的生产与发展。食品容易变质,所以食品与肉制品行业一直在努力寻找有效的食品防腐方法。有人大力推荐辐照方法,称其为**佳的灭菌或冷杀菌方法,可使致病菌减少**安全食用的水平。
         加拿大、以色列、法国、日本等国家普遍使用放射物质钴60,它放射出的强力γ射线可彻底摧毁细菌的遗传因子,彻底破坏他们的生理活性,使用高剂量时几乎可以消灭任何细菌。
二、装置
           一种是利用钴-60伽玛源,一种是利用加速器。他们两者的比较,从射线的发射功率上来讲,14KW的加速器,相当于100万居里的钴-60放射源;但由于钴-60源是呈球形状发射射线,所以对射线的利用率低,大约只有20%,其它方向的射线都被浪费,而加速器的射线方向是一个方向,对射线的利用率高,达93%以上。所以如果将射线的利用率考虑在内,则14KW的电子加速器相当于460-470万居里的放射源。
        加速器可以发射两种不同的粒子:电子束和X射线;其对被辐照物质的辐照效应来讲是一样的。我们也可以采用移动靶技术,按照我们的需要来及时选取不同的射线粒子进行辐照-但一般情况下不这么做,因为由电子转化成X射线的转化过程中有大量的功率被损耗。X射线的物理性质和伽玛射线的完全一样。

三、主要应用领域
1、农副产品、食品、海、水产品的保鲜。达到杀菌、杀虫、抑制发芽、延长货架期的目的。
2、一次性医疗卫生用品的消毒灭菌(医用敷料、纱布、手套、手术用医疗器械等)
3、中成药、保健品的杀菌利用电子束,能有效杀死中成药、保健品中的各种有害病菌,达到实用卫生要求。
4、宠物饲料的杀菌。利用电子束能有效杀死宠物饲料中各种细菌,特别是沙门氏菌。从而达到宠物食用的卫生标准。
5、各种玩具的杀菌。为了保证各种玩具在生产过程中产生的细菌污染会直接影响到儿童的身体健康,要对它进行电子束杀菌,从而达到卫生要求。
6、化妆品原料中的有害菌和化妆品在生产中因污染产生的细菌将对皮肤带来潜在危险,而高温灭菌又会破坏化妆品自身的特性,影响其质量,利用电子束灭菌是在常温下进行的,对于不耐高温的化妆品是一种理想的灭菌方法。
7、商品养护(防霉)。各种商品经电子束辐照后可起到防霉作用,从而达到对商品的养护。
8、其它。

四、辐照灭菌技术
          用于医药产品的辐射灭菌,通常利用60Co辐射线源放出的γ射线。放射线同位素60Co是用高纯金属钴在原子反应堆中辐照后获得,它的物理半衰期是5.26年,按β-形式衰变,衰变时放射出两支能量各为1.17和1.33百万电子伏特的γ射线。γ射线属于电磁波,以光速前进,不受电场或磁场所偏转,对物质的穿透能力很强,属电离辐射。
         γ射线与微波不同,γ射线频率高达3×1018~3×1021Hz,被辐射分子、原子、离子及电子尚未极化,不随电磁场变化而转动,故不产生热效应。γ射线能量大于分子键能,故可使分子电离和断键,因而杀菌。一般来说,γ射线可使所有蛋白质变性;在溶液中的酶失去活性;脱氧核糖酸在溶液中粘度下降,干燥状态时交联或降解,或两者都有。γ射线杀菌机理分为直接作用和间接作用:
(1) 直接作用
γ射线直接破坏微生物的核糖核酸、蛋白质和酶而致死。微生物内核糖核酸、蛋白质和酶分子吸收γ射线能量而被激发或电离;激发态分子的共价键断裂或与其它分子反应经电子传递产生自由基;电离分解或其它分子反应,导致微生物分子结构破坏而亡。

(2) 间接作用
 γ射线能量被微生物内生命重要分子周围物质如水吸收而激发或电离,产生激发的水分子、电子水离子,或裂解为氢自由基、羟自由基,由此产生一系列的与核糖核酸、蛋白质、酶进行氧化还原等反应,致微生物死亡。
          在辐射微生物学中:有些微生物对辐射是敏感的,因为这些微生物不具有修复辐射引起的损伤能力,抗辐射的微生物则能顶住辐射损伤。各种微生物之间,对辐射敏感性差异很大,革兰氏阴性微生物对辐射敏感,有一些革兰氏阳性微生物对辐射异常顽固。牙孢比生长的细胞更能抗辐射,所以带有牙孢物质的灭菌应特别注意。对微生物的致死剂量,还取决于所处环境及其生长周期的哪个阶段,不同阶段对辐射敏感程度不同。
         一般认为,病毒比细菌芽孢对辐射更具有抵抗力,其抗辐射性能随着微生物个体的减少而增大,芽孢的抗辐射性能按次序比细菌、酵母、霉菌更强些。

五、发展状况
从世界范围看,辐照杀菌已在40多个国家获得批准使用,其中有21个国家正在大量使用。大约有40种食品获准采用辐照杀菌,每年的处理量约为50万吨。与热杀菌不同的是,行业内都把辐照杀菌称为“冷杀菌”。
第二次世界大战结束后--随着放射性同位素的大量应用和电子加速器等机械辐射源的问世,促进了射线处理食品的发展。
1953年--艾森豪威尔(Eisehower)促使美国军方深入研究食品辐照。
1960年--在美国军队开始试用辐照食品。
1965年--加拿大建立起世界**大的马铃薯辐照工厂。
1970年--FAO/IAEA/WHO的专家在日内瓦会议上确立食品辐照领域的国际计划(IFIP)。
1976年--联合国粮农组织认为五种辐照产品(即马铃薯、小麦、鸡肉、木瓜和草莓)是**安全的。
1978年--世界用于辐照消毒灭菌的60Co工厂有80家(其中60家用于医疗消毒)。
1980年--FAO/IAEA/WHO的会议认为,受辐照食品平均吸收剂量10千戈瑞(kGy)及以下,没有毒性危害,无必要再进行毒性试验。
1988年--世界用于辐照消毒灭菌的60Co工厂发展到182家,全世界辐照食品产量约50万吨。
1997年以后--WHO进一步废除10 kGy的上限量,国际食品法规委员会(CAC)相继提出辐照食品的通用标准及法规。
  国内
1958年--开始食品辐照研究工作。
七十年代中期--国内多个地区相继进行辐照保藏食品的研究,辐照品种有肉类、水产品、水果、干果、蔬菜、粮食、蛋类等。
八十年代--食品辐照已进入一定规模的生产阶段
九十年代初--我国建成辐照装置近150多台,其中设计装机能量1.11×1016贝可以上的装置超过50座。
1984年~1997年--国家卫生部颁布的辐照卫生标准基本覆盖了绝大部分食品和部门医疗产品。

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