輻射滅菌是利用電離輻射殺死大多數(shù)物質(zhì)上的微生物的一種有效方法。用于滅菌的電磁波有微波、紫外線(UV)、X射線和γ射線等。它們都能通過特定的方式控制微生物生長或殺死微生物。

　　一、輻照滅菌技術(shù)的原理

　　輻照滅菌技術(shù)的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。其優(yōu)點(diǎn):由于射線的穿透力強(qiáng)，可殺滅大小包裝、散裝、液體、固體、干貨、鮮果內(nèi)部的病菌和害蟲，尤其適用于一些不宜進(jìn)行加熱、熏蒸、濕煮處理的食品。

　　從射線的發(fā)射功率上來講，14KW的加速器，相當(dāng)于100萬居里(Ci)的60Co放射源;但由于60Co源是呈球形狀發(fā)射射線，所以對射線的利用率低，大約只有20%，其它方向的射線都被浪費(fèi)，而加速器的射線方向是一個方向，對射線的利用率高，達(dá)93%以上。所以如果將射線的利用率考慮在內(nèi)，則14KW的電子加速器相當(dāng)于460-470萬居里的放射源。

　　加速器可以發(fā)射兩種不同的粒子：電子束和X射線;其對被輻照物質(zhì)的輻照效應(yīng)來講是一樣的。我們也可以采用移動靶技術(shù)，按照我們的需要來及時選取不同的射線粒子進(jìn)行輻照-但一般情況下不這么做，因?yàn)橛呻娮愚D(zhuǎn)化成X射線的轉(zhuǎn)化過程中有大量的功率被損耗。X射線的物理性質(zhì)和伽瑪射線的完全一樣。主要應(yīng)用領(lǐng)域：

　　1、農(nóng)副產(chǎn)品、食品、海、水產(chǎn)品的保鮮。達(dá)到殺菌、殺蟲、YZ發(fā)芽、延長貨架期的目的;

　　2、一次性YL衛(wèi)生用品的消毒滅菌(醫(yī)用敷料、紗布、手套、手術(shù)用YL器械等);

　　3、中成藥、保健品的殺菌利用電子束，能有效殺死中成藥、保健品中的各種有害病菌，達(dá)到實(shí)用衛(wèi)生要求;

　　4、各種玩具的滅菌;

　　5、高分子材料的降解;

　　6、商品養(yǎng)護(hù)(防霉)。

　　各種商品經(jīng)電子束輻照后可起到防霉作用，從而達(dá)到對商品的養(yǎng)護(hù)。

　　另外一種裝置，59Co可以產(chǎn)生同位素60Co，對醫(yī)學(xué)和工業(yè)方面的應(yīng)用，同位素60Co是X射線管的重要替代物。60Co發(fā)射的γ輻射能量為1.17和1.33兆電子伏，這兩種輻射對檢查金屬中的缺陷特別有作用。鈷的半衰期為5.27年，因此鈷源可長期使用而無需更換。60Co還可以用作殺菌方面，污泥漿本身含有很多磷、氮等優(yōu)質(zhì)肥料，人們也擔(dān)心在污泥中隱藏了各種各樣的細(xì)菌。

　　因此，先要用60Co的伽瑪射線進(jìn)行輻照滅菌，然后才能用作肥料。

　　二、輻照滅菌技術(shù)的發(fā)展

　　γ射線作為一種可供選擇的滅菌方式，當(dāng)其用于滅菌的劑量在25-40kGy之間時，常常會影響到人工骨骼材料的機(jī)械性能，而導(dǎo)致移植的失敗。

　　Brauer等研究了γ射線輻照后，納米級牙齒材料機(jī)械性能的改變，表明經(jīng)7kGy和35kGy的劑量照射后，統(tǒng)計學(xué)分析發(fā)現(xiàn)牙齒的硬度及彈性模數(shù)值，在對照組與輻照組之間沒有顯著性差異。從這些研究可以看出，在一定劑量范圍內(nèi)，部分材料在γ射線照射后，其機(jī)械性能仍然能達(dá)到其YL用途所要求的水平，并且部分材料在生物降解性能上也出現(xiàn)一定的改善。

　　有學(xué)者等利用10kGy、15kGy、20kGy、25kGy對絲素蛋白膜及絲素海綿膜進(jìn)行輻照研究，結(jié)果顯示這一系列劑量對絲素蛋白膜和絲素海綿膜的力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性都沒有明顯的影響。并且提出25kGy以下劑量輻照后對絲素蛋白性能的影響，比高溫滅菌方式的影響小。因此，在對材料進(jìn)行消毒滅菌時，針對不同材料應(yīng)做出適當(dāng)?shù)膭┝窟x擇，以滿足機(jī)體及YL上對材料機(jī)械性能、相容性及降解作用的要求。

　　有人提出在材料滅菌過程中常常要考慮到材料上所攜帶的病原微生物的數(shù)量、類型等。因此，在選擇消毒滅菌的射線劑量上出現(xiàn)了一些爭議，之前國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)建議的滅菌劑量為25kGy，但針對一些特殊材料，如骨移植材料，一些學(xué)者認(rèn)為這個劑量不夠，需要30kGy或者更高的劑量。

　　然而，又有研究指出使用20kGy以上的劑量照射會對骨基質(zhì)蛋白及骨生物力學(xué)強(qiáng)度造成破壞，因此，有些生物材料的滅菌消毒的劑量趨向于選擇較小的劑量(15-20kGy)。蘇州大學(xué)李尚知等對ZG52個生物材料生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的148種材料進(jìn)行了初始菌檢測，并進(jìn)行了γ射線消毒滅菌，試驗(yàn)分為參照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11137的劑量設(shè)定組、公式法劑量設(shè)定組以及用VDmax(-1)法進(jìn)行25kGy輻照的驗(yàn)證組。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)初始污染菌小于1000cfu/unit時，前兩個劑量組所需劑量均小于VDmax(-1)設(shè)定的劑量。研究人員認(rèn)為，對于常規(guī)產(chǎn)品的輻射滅菌應(yīng)當(dāng)shou選國際標(biāo)準(zhǔn)，而低污染產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)選用VDmax(-1)法。所以，針對不同的材料，在使用γ射線進(jìn)行消毒或改性時，應(yīng)當(dāng)從各類材料的性質(zhì)，帶菌程度等進(jìn)行綜合考慮，選擇適當(dāng)方式計算消毒滅菌所需的劑量，并針對生產(chǎn)廠家的低污染生產(chǎn)提出要求，從而使材料應(yīng)用于生物YL領(lǐng)域更加安全。

　　Croonenborghs等使用5MeV的X射線對聚合材料聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PPVC)和丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)進(jìn)行消毒殺菌，并與60Coγ射線采用相同的輻照劑量率7.5Gy/h的殺菌消毒效果進(jìn)行對比，分析各種材料進(jìn)行殺菌消毒后的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)相同數(shù)量級劑量的X射線與γ射線照射后的材料性質(zhì)改變效應(yīng)基本相同。

　　三、輻照滅菌在食品加工中的應(yīng)用

　　一般的輻射過程是把食品或連同食品包裝放入自動環(huán)形旋轉(zhuǎn)的傳送裝置上，由入口進(jìn)入輻射室自動在傳輸裝置上環(huán)行1周接受輻射，由出口送出。輻射室墻厚達(dá)2m，并用重晶石處理，以防輻射線外泄危害人體健康。

　　輻射源鈷60裝在不銹鋼盒中，形狀類似于硬bi，盒上開個小孔，射線由此射出。輻射源置于輻射室ZY深井中，使用時由自動提升機(jī)提升至地面，輻照完畢后再由升降機(jī)重新放回深井中。整個輻射過程由計算機(jī)自動控制，操作人員遠(yuǎn)離現(xiàn)場，既安全又迅速。

　　1、水產(chǎn)品的低劑量輻照

　　美國學(xué)者認(rèn)為，輻照是人工貯藏食品中能保持鮮度的唯yi方法。魚類是公認(rèn)的高蛋白、低脂肪的營養(yǎng)食品，經(jīng)輻照過的鱈魚中腐敗細(xì)菌可減少99%，存放時間也大幅度延長，輻照可使食用鮮魚的比例從30%提高至75%。此外，魚粉是國際市場上暢銷的養(yǎng)雞飼料，過去10%~50%有沙門氏菌污染，而經(jīng)15萬拉德劑量的Y射線輻照處理遭受病菌污染的魚粉，消毒徹底，效果相當(dāng)好。

　　2、肉類制品輻照

　　對肉制品進(jìn)行輻照，既可延長貯藏期，又能改善衛(wèi)生質(zhì)量。美國由于能源便宜，肉制品80%鮮售，20%腌制，鮮售所占的比例較大。通常牛肉經(jīng)硫酸鈉浸泡后，用透氣塑料包裝外加不透氣包裝，零售前打開外層包裝，過氣后牛肉恢復(fù)鮮紅色再出售，在這一過程中極易污染細(xì)菌，而經(jīng)輻照的牛肉，其細(xì)菌總數(shù)要比傳統(tǒng)的方法明顯減少。

　　另外，肉制品通常要使用起色劑亞硝酸鹽，以保持肉品的鮮紅色及防止肉毒桿菌的繁殖。但是，亞硝酸鹽在一定條件下能與仲胺類生成對人體有害的致癌物亞硝胺。應(yīng)用輻照技術(shù)，可以部分代替亞硝酸鹽的作用，故可減少其使用量，達(dá)到護(hù)色與防腐的雙重目的。

　　3、糧食輻照貯藏

　　1966年美國原子能委員會在美國農(nóng)業(yè)部儲存物昆蟲研究實(shí)驗(yàn)室內(nèi)建立了用鈷60作照射源輻射散裝糧食的裝置，取得了成功。

　　目前，美國已實(shí)現(xiàn)了商業(yè)規(guī)模的輻照貯糧。輻照貯糧具有其他貯糧方法難以媲美的優(yōu)點(diǎn)：不產(chǎn)生高溫或較大的化學(xué)變化，不發(fā)生質(zhì)變的污染;較高的劑量對各種害蟲及各個蟲期都有較好的致死效果，即便是低劑量也能使害蟲發(fā)生生理變化而導(dǎo)致不育;射線穿透力強(qiáng)，可帶包裝處理，簡便易行;可連續(xù)大批量自動化監(jiān)控處理。

　　相比之下，常規(guī)或氣調(diào)貯糧不足之處甚多。例如，面粉是直接食用的成品糧，一旦發(fā)生蟲害很難處理，即使是回機(jī)過篩，蟲卵、螨類也難以徹底清除;藥劑熏蒸后蟲尸留在面粉內(nèi)會極大地影響面粉品質(zhì);加之面粉含水量大，極易吸濕產(chǎn)生熱霉變且易迅速蔓延不可收拾;密封貯存或用聚酯/聚乙烯制成的小包裝存放效果較好，但手續(xù)繁瑣、價格昂貴，難于大批量處理。

　　又如，大米常規(guī)儲存時，由于穩(wěn)定性差，易“爆腰”(即產(chǎn)生裂紋)及陳化，若溫度控制不當(dāng)易發(fā)生霉變，產(chǎn)生島青霉素、橘青霉素、黃綠青霉素等毒素，是較難儲品種之一，而采用輻照法均可克服以上缺點(diǎn)。

　　4、果蔬類食品

　　南非荔枝是一種易腐水果，其病蟲害十分嚴(yán)重，采用熱水(46℃、20分鐘)加輻照(75千拉德)處理，可有效控制蟲害和腐敗細(xì)菌的繁殖，對檸檬、木瓜等用30千拉德劑量輻照，即可有效殺死其內(nèi)部的蟲卵。

　　四、輻照滅菌的應(yīng)用——飼料防酶

　　1、國內(nèi)外飼料防酶技術(shù)的狀況

　　目前飼料生產(chǎn)中多使用化學(xué)防霉劑，如丙酸、山梨酸、苯甲酸等有機(jī)酸及其鹽類，但都存在YJ譜不寬，適應(yīng)pH范圍不寬，成本高等問題;而且，長期使用化學(xué)防霉劑，可能導(dǎo)致其在人體中富集，影響人類健康。

　　美國研究人員利用1×106Rad-γ射線對雞飼料進(jìn)行輻照后，將其置于溫度為30℃、相對濕度為80%)的條件下，存放一個月，結(jié)果霉菌沒有繁殖，同時提高了飼料的新鮮程度;而未經(jīng)處理的對照組雞飼料，霉菌大量繁殖，已產(chǎn)生霉變。國內(nèi)許多研究表明利用原子能技術(shù)，通過60Coγ射線輻照后的飼料，具有GX、安全、無毒的特點(diǎn)。

　　2、飼料輻射滅菌的原理

　　飼料輻照是人類利用核技術(shù)開發(fā)出來的一項(xiàng)新型的食品保藏技術(shù)。

　　它的原理是:飼料經(jīng)過一定劑量的電離射線(60Coγ射線或137Csγ射線或電子加速器產(chǎn)生的電子束-Z大能量10MeV或X射線-Z大能量5MeV)的輻照，殺滅飼料中的害蟲，消除飼料中的病原微生物及其他腐敗細(xì)菌或YZ某些飼料中的生物活性和生理過程，從而達(dá)到飼料儲藏的目的。

　　尤其是γ射線或X射線具有強(qiáng)大的穿透能力，對經(jīng)過包裝的飼料同樣可以達(dá)到殺蟲、滅菌的目的并可以防止病原微生物及害蟲的再度感染，因而可以在常溫下長期保存。

　　3、輻照滅菌保存飼料技術(shù)的優(yōu)越性

　　輻照保藏不需要加入添加物，與加熱、冷凍等方法一樣，是一種物理保存法，且屬于冷處理技術(shù)，具有許多傳統(tǒng)保存法不可比擬的優(yōu)點(diǎn)：

　?、偕渚€穿透力強(qiáng)，可對預(yù)先包裝好的飼料通過劑量控制和輻照工藝進(jìn)行均勻徹底處理，相比于熱處理殺菌，輻照過程較易控制;

　　②輻照處理是“冷加工”，可保持食品原有的鮮度和風(fēng)味，有的甚至可提高食品的工藝質(zhì)量;

　?、圯椪诊暳喜粫粝氯魏螝埩粑?

　　④節(jié)省能源，與熱處理、干燥和冷凍保藏食品法相比，能耗降低幾倍到十幾倍;

　　⑤可對包裝好的飼料進(jìn)行殺菌處理，消除了在飼料生產(chǎn)和制備過程中可能出現(xiàn)的嚴(yán)重交叉污染問題;

　?、逇⒕Ч?

　?、咻椪諟缇俣瓤欤僮骱啽?，既經(jīng)濟(jì)，又省力，適于大規(guī)模加工。

　　4、輻照滅菌對飼料營養(yǎng)成分的影響

　　(1)對蛋白質(zhì)的影響

　　蛋白質(zhì)分子經(jīng)輻照后會發(fā)生變性現(xiàn)象。如紫外線吸收光譜發(fā)生變化、蛋白質(zhì)分子發(fā)生裂解以及裂解后的小分子聚合、釋放H2S、粘度和電泳性質(zhì)有變化、形成羰基、結(jié)構(gòu)和抗原性的改變以及蛋白質(zhì)酶解能力的變化和氨基酸的破壞等。

　　這些變化會使蛋白質(zhì)的顏色發(fā)生改變、使核蛋白失去生物過程中的功能以及飼料的功能性質(zhì)發(fā)生改變等。經(jīng)對輻照食品中蛋白質(zhì)、氨基酸和酶解產(chǎn)物的分析，以及用輻照飼料飼養(yǎng)動物進(jìn)行的研究，都證明了經(jīng)適宜劑量(50kGy以下)照射的食品，蛋白質(zhì)營養(yǎng)成份無明顯變化，氨基酸組分恒定。

　　(2)對脂類的影響

　　脂肪分子經(jīng)輻照后會發(fā)生氧化、脫羧、氫化、脫氫等作用，產(chǎn)生典型的氧化產(chǎn)物、過氧化物和還原產(chǎn)物。它取決于脂肪的類型、不飽和程度、照射劑量、氧的存在與否等等。飽和脂肪一般是穩(wěn)定的，不飽和脂肪則易氧化，氧化程度與照射劑量成正比。

　　對許多植物油和魚油進(jìn)行輻照的結(jié)果表明，只有較大劑量(100kGy以上)輻照時，其物理性質(zhì)如熔點(diǎn)、折射率、介電常數(shù)、粘度和密度才發(fā)生顯著變化。同時，研究還表明，用40～50kGy的射線輻照后，脂肪的同化作用和熱能價值并不發(fā)生改變，營養(yǎng)價值毫無變化。

　　(3)輻照對碳水化合物的影響

　　碳水化合物分子經(jīng)輻照后相對比較穩(wěn)定，只在大劑量輻照后才引起氧化和分解，如多糖類會放出H2、CO、CO2等氣體，而且變得易于水解和松脆，粘度下降，熔點(diǎn)和旋光度下降，但主要還是引起光譜和多糖結(jié)構(gòu)的變化。

　　一般情況下，糖對輻照是很穩(wěn)定的，只要采用殺菌劑量照射，對糖的消化率和營養(yǎng)價值幾乎沒有影響。使用20～50kGy的劑量不會使糖類的食品質(zhì)量發(fā)生變化，其營養(yǎng)價值并不因射線照射而改變。

　　(4)輻照對維生素的影響

　　維生素分子對照射較為敏感，特別是維生素E和維生素K更敏感，水溶性維生素亦較敏感。水的間接作用有較大影響。如果在低氧或密封條件下輻照，敏感性會大大減弱。而維生素B(煙酸)對輻照很不敏感，維生素D對輻照也相當(dāng)穩(wěn)定。可見，輻射滅菌是值得推廣使用的飼料防酶技術(shù)。