软电子束杀菌技术在食品中的应用

◎ 张耀强，何新益，刘寿山

（1.天津农学院食品科学与生物工程学院，天津 300384；2.天津市农副产品深加工技术工程中心，天津 300384；3.天津市农副产品加工科教兴农集成创新示范基地，天津 300384）

随着食品行业的蓬勃发展，新生产工艺、生产设备及新技术的应用促进了生产效率、产品品质的不断提升。随着社会的发展，人们对食品的需求有所转化，由单纯的好吃转变为了既要好吃更要安全。食品行业作为与消费者接触最为紧密的一个行业，其安全是重中之重。产品品质安全是每个食品企业的基础准绳，但即使把安全放在这样的高度仍有问题发生。现在食品行业中的很多企业，除了把控前端生产过程外，也把食品杀菌、储藏运输等作为重点关注问题。食品如果杀菌不完全或储藏和运输过程中被细菌污染，会造成不同程度的食品安全问题。

目前的杀菌技术、储藏技术相较传统手法有了较大提升，且相对完善。但在食品行业中仍存在部分企业，对食品食用安全性不管不顾，仍在使用一些较为落后的手法的现象，比如非法使用一些防腐剂或者采用熏蒸技术，导致食品结构、风味有较大变化，不仅如此，这种陈旧手法还易造成食品的化学污染，从而危害人体健康。目前，我国对产品辐照有明确规定，可辐照食品阶级及其辐照剂量均有详细说明，辐照杀菌技术因相对其他杀菌技术对食品品质影响较小的优势，受到国内外学者的广泛关注。目前我国食品行业应用最广泛的是以钴-60 为放射源的γ 射线辐照，其穿透力强，可以彻底杀灭食品中的微生物；但是γ射线辐照引发的安全性问题使人们担忧。软电子束辐照杀菌技术中辐射的产生和消失是通过加速器开关控制，不存在放射性污染、核泄漏等安全问题，是一种理想的γ 射线辐照替代技术。

1 软电子束辐照的起源

1948 年，美国已经开始使用高压电子加速器发生的阴极射线照射食品并对食品进行消毒[1]，这一技术在发达国家中得到了较好的应用。因电子束辐照能降解食品中农药及兽药残留[2]，引发了我国众多学者的关注。清华大学研究了盐酸克伦特罗、呋喃唑酮、呋喃妥因以及一些代谢产物水溶液的电子束辐照降解效果。浓度为30 mg·L-1的呋喃唑酮和呋喃妥因水溶液，在辐照剂量为8 kGy 时，已不能检测到相关物质；浓度为667 μg·L-1的氨基脲的水溶液在吸收剂量为 4 kGy 时，其降解率达到76%。当辐照剂量大于6 kGy时，克伦特罗水溶液降解率可达95%以上[3-4]。但电子束能量过大（10.5 MeV 以上）时，可能会产生诱感放射性问题，所以用于辐照食品的电子束（β-射线）能量被限制在10 MeV 以下。针对这一问题，世界卫生组织对近30 年的辐射数据、辐射效果进行分析，证明电子束杀菌是安全的。但10 MeV 的电子束能量偏高，并不适用于所有的食品，特别是对于一些谷物类食品。针对这一情况，日本农林省（部）国立食品综合研究所研究了一种被称为软电子束的低能级电子束用于食品杀菌，使辐射这一冷杀菌技术有了更广泛的应用[5]。

2 软电子束辐照的原理

软电子束，是低于0.3 MeV 的低能级电子束，在距高电子束发生器出口约17 cm 的地方，其电子能量较低，为0.06 ～0.2 MeV；此电子束穿透力弱，只穿透食品表面50 ～100 μm 深，其主要作用在于软电子束的辐射作用，使微生物膜电荷分布不均，影响微生物的物质交换。且软电子束会产生电离作用，诱发产生过氧化物，破坏细胞中蛋白质和核酸、酶的结构，实现迅速杀菌。

3 软电子束辐照的优点

软电子束辐照的优点：①设备安全性高。电子加速器与钴源装置相比体积小，但相比之下连续性较好。②软电子束辐照不会改变食品品质。软电子束因为只对表面杀菌，不会对内部结构进行破坏，所以可以在最大程度上保持风味和品质。③成本低。软电子束穿透力较弱，穿透深度小，只要金属板就可以遮蔽辐射对周围环境的影响，可以将设备建在食品加工厂内部，造价为高能量电子束发射源的30%左右，且无需运输，省去了相应成本。④辐照处理简单。软电子束辐照技术易于实现规模化的大生产，且可以实现在线处理。⑤能耗低。与传统的杀菌技术相比，软电子束在同等杀菌条件下，所需能耗最低。

4 软电子束辐照技术的应用

软电子束辐照技术作为电子束辐照杀菌技术的补充，有效弥补了电子束辐照杀菌技术对谷物粮食类杀菌效果不好这一缺陷。曾有相关实验进行验证，使用10 MeV 电子束照射小麦后，会导致小麦发生淀粉低分子化、粘度下降、蛋白质变性及组织结构变化；使用10 MeV 电子束照射大米后，会使淀粉分子受到损伤，从而出现油脂酸败的问题；而使用软电子束辐照就不会产生上述现象[6]。

虽然软电子束辐照杀菌技术需要较高技术水平的人来操作，但其处理相对简单，易于实现规模化大生产。与传统的钴-60 辐照源相比，电子加速器装置体积小，自动化程度高，加速快，处理时间短，可实现原料的在线加工处理，有效提升生产效率。

据具有多年粮食生产经验的厂家介绍，选择软电子束辐照杀菌技术和原料的特性有直接关系。比如对谷物、豆类来说，造成其变质的微生物只附着在表面，故只需对表面进行杀菌，就可以在杀死病原菌和腐败菌的同时，不影响食品内部品质；再比如对未脱壳的小麦等食物进行软电子束杀菌处理，之后进行脱壳，可以保证脱壳之后的谷物与未辐射时一样；在保证杀灭微生物的前提下，不影响产品品质，这是选择该技术的初衷。同时，厂家也提到了一个大家都关心的安全问题，其表明查阅了相关电子束辐照杀菌的相关文献资料得知，电子束辐照无化学残留，而且更健康，而且与其他杀菌技术相比，尤其是钴-60 软电子辐射，电子加速器运行安全、事故发生概率较小，避免了放射性废源处理等诸多安全问题。当然，还有一个不得不说的问题就是能耗。作为一个工厂，盈利是其不变的追求，能耗作为基础费用，有效降低能量是最直接降低生产成本的方法之一。

5 电子束辐照技术的缺点

①软电子束辐照技术和电子束辐照技术一样，最难的是电子束维修；如果使用过程中，设备出现问题或损坏，因未全面普及使用，故修复难度及修复成本较高；而因其精细度较一般杀菌设备来说更加精密，导致了操作和维修也要比其他设备难很多。②因其只能对表面杀菌，导致无法对带有包装的产品进行杀菌，导致了脱包过程中时间及成本的增加。③因设备性能所限，无法对大型食品进行杀菌，杀菌产品较为单一，需先对大型食品分解，从而影响了设备生产效率。④目前虽未查询到高电子束能量不会对肉类蛋白质、脂肪、碳水化合物造成影响，但无相关证据，故软电子束是否有影响有待考证。

6 展望

我国作为一个人口大国，饮食消费在整个国民消费中所占比例超过一半，故食品安全是现在的重中之重。中国虽然人口众多，在其他技术领域有较大建树，但食品加工技术与一些发达国家相比仍有很大差距；基于这种背景，想让中国人吃得好、吃得营养已经变得越来越难。新中国成立以来，随着社会主义制度的实施，农产品数量不断提升，使得人们的生活逐步走向健康的轨道。目前，人们的观念及需求也不再简单的吃饱，而是要吃得更加健康、更加美味，随着人们食品安全意识的不断提升，对食品安全、杀菌安全、储藏安全的需求越来越高。

在我国，辐照食品安全是有一套完善的监控体系的。任何进行过辐照的食品均需进行标识，该标准也是辐照食品逐步被人们接受的一个重要前提。目前，并不是所有人都能接受辐照食品，所以辐照食品行业的发展任重而道远。制定出更为合理的、符合中国国情的辐照标准体系，可为我国发展辐照食品奠定良好的基础，从而提升产品安全性，保障产品出口，扩大出口贸易。

农产品加工仍是食品行业发展的基础，不同初加工、深加工农产品将在未来食品体系中越来越重要。而农产品杀菌效果、储藏效果将变得尤为重要。杀菌方式的选择也就是未来的一大课题。

当然，软电子束辐照杀菌技术相比传统杀菌技术有很大优势，且是最有效和最安全的。

后期在普及、宣传工作中仍需加大投入，且政府科研也需要加大支持，重点领域应包括：①软电子束辐照杀菌技术标准的完善，明确标准、品类、剂量等，控制杀菌效果。②辐照食品的鉴别技术，在执行标准的前提下，需对部分大批量产品，建立起快速、简便、效果稳定的鉴别方法。

为了食品行业的繁荣发展，需不断规范辐照食品安全生产流程，对软电子束的穿透能力、杀菌效果进行验证，以保证软电子束技术在食品产业中的应用效果。