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辐照技术在粮食储藏中的应用

2022年04月29日 南安市机械设备网

辐照技术在粮食储藏中的应用

电子加速器辐照技术的应用领域非常广泛,主要用于辐照交联电线电缆、热收缩制品、燃煤烟气脱硫脱硝、工业废水处理、谷物杀虫灭菌及工程材料的改性和新材料开发等领域。电子束辐照灭菌杀虫技术是近年国内外发展、应用很快的新兴技术。实践表明,通过电子束辐照技术,选择一定的辐照剂量对于杀死粮食储藏害虫和微生物效果显著,能彻底解决虫害抗性、虫蛹难杀等常规防治存在的难题并能实现动态处理,给粮食藏和物流带来很大方便。采用该技术完成杀虫除害作业,具有高效、安全、环保、经济等优点,具有良好的应用前景和经济社会效益,值得大力推广。利用辐照技术,使用射线杀死微生物达到防霉效果,开展辐照杀虫防霉技术研究,对华南高温高湿地区做好储藏工作意义深远。由于我国在粮食辐照方面的技术研究起步较晚,急需在杀虫除害新技术应用方面作进一步的实践研究。

1 电子束辐照技术的特点

目前,粮油食品卫生安全问题日益严峻,而辐射加工技术是一种新型而有效的杀菌保鲜手段,称为“冷巴斯德杀菌法”。辐照技术是利用射线的穿透性,杀死被照物表面或内部的各种微生物或昆虫,或者抑制某些生理活动的进程,起到延长贮藏保鲜时间的作用。由于射线没有残留,又杀虫灭菌彻底,所以它卫生安全可靠,具有以下几个优点:

(1)耗能低,与传统的热处理、干燥、冷藏食品相比,可节省能源几倍到十几倍。

(2)射线穿透力强,可杀灭各种包装、散装、固体、液体、干鲜果蔬表面及内部的各种微生物和害虫,尤其对不适于加热、熏蒸、湿煮的食品。

(3)辐照加工属于冷加工,不会引起食品内部温度的明显增加,可以保持食品的香味、外观及品质,同时它又是物理加工,不需要添加任何化学药剂,没有农药残留,也不发生放射性,不污染环境。

(4)辐照处理可以改变某些食品的工艺质量,如辐照过的牛肉更嫩滑,酒可以提高香味及陈酿度,大豆更易于消化吸收等。

(5)完全灭菌的食品,可作为航海、登山、探险、地质等特殊工作人员的食品。

(6)辐照处理是一种很好的检疫手段,可用于进出口物品的杀虫或灭菌。我国清华大学科技园发展中心经过研究,认为可以用4~6kgy剂量的电子辐射有效杀灭TCK孢子,对粮食品质不产生较大影响。

(7)辐照保藏食品的总成本低于冷藏食品。

2 电子束辐照杀虫储粮系统的组成

辐照设备安装在一座高26m、面积约为150m2的塔状建筑物中,主要由电子加速器、辐照室、物流形成装置、辐射处理后谷物的清理除尘设备和电子控制室组成。谷物辐射杀虫装置包括两条结构相同的工艺线,每条线的生产量为200t/h,可单独运行或同时运行。从海轮卸下的谷物经链斗传送器运输到容积约10立方米,移动速度约6m/s,剂量为250~400kgy的辐照室。为了避免工作表面过热,不锈钢制的辐照室装有水冷散热器。辐照室外为混凝土砌块结构,有3层生物屏蔽墙,每层厚度0.5m,严防辐射外泄。每条工艺线上所用的辐射源为电子加速器电子束,能量1.5兆电子伏,功率20kV,束流扫描宽度1.6m。加速器本身高5m,直径1.3m。工艺线上还装有在辐照意外中断时,防止未辐照的谷物误入粮仓的专门装置。辐照系统主要包括:提升设备、高料位备载仓、粮流形成器、加速溜槽、电子加速器、低料位备载仓、控制阀、料位器等。

3 国内外研究应用状况

3.1 辐照技术在国外的研究状况

60年代末至70年代初,全世界掀起食品辐照热,美、日等发达国家建成若干以Co 60为辐射源的粮食辐照装置,试验其技术经济可行性。70年代末,随着加速器技术的进步及其安全高效的优势,一些国家开始转向使用电子加速器处理食品。前苏联科学家采用范德格喇夫加速器作为辐射源,发现同样剂量的γ辐射与电子辐射对杀死粮食中的主要害虫有相同作用。1976~1977年,前苏联研制了一种谷物辐射杀虫的半生产性装置,该装置是由前苏联粮食研究所设计,电子加速器由前苏联科学院西伯利亚分院核物理所研制,当时2台加速器的制造成本为44万美元。

1980年,前苏联在乌克兰敖德萨港口库建造了一座利用电子束辐照处理粮食的生产系统,主要目的是代替化学药剂对进口粮食在感染害虫时进行杀虫处理,每年约处理20~30万吨。用于杀灭粮虫,其装机功率较小,辐照剂量仅0.3kgy。1950年以来,全球已有50多个国家开展过或正在开展着多达上千种食品的辐射处理研究。据2000年统计,全世界已有38个国家正式批准223种辐照食品的卫生标准。其中有27个国家上市销售或进出口辐照食品达20万吨/年,其中中国占有较大份额6万吨/年,居世界第一位。

目前,辐射杀虫储粮已经成功运行20年,处理了上千万吨的被多种害虫(如米象、谷蠹)感染的小麦。电子束辐照技术经试验证明是一种成熟的技术、前景广阔,在俄罗斯、美国和日本等发达国家均有广泛应用。根据世界卫生组织、联合国粮农组织和国际原子能机构等3个组织联合于1980、1997和1999年分别发布的报告,用不超过10kgy或更高剂量的辐射源处理食品都是安全的。以电子加速器产生的高能电子束灭菌方法,正在成为发展趋势。辐射装置只要严格按照隔离设计及控制要求建设和操作使用,其安全管理不存在任何问题。为了确保灭菌的有效性,世界卫生组织制定了统一的标准,只要控制一定的吸收剂量就能彻底杀灭细菌。电子束照射过的物品中不会残留有任何放射性,因此这种方法不仅成为一次性医疗用品消毒灭菌的重要手段, 也是杀灭炭疽菌以抵制国际恐怖主义的一种可靠有效的选择。

3.2 辐照技术在我国粮食储藏中的应用

我国也非常重视粮食辐照储藏的研究,早在50年代末60年代初直至70年代,粮科院就曾开展了电离辐射处理防治储粮害虫以及其对粮食、薯类的食用品质和生理生化影响的研究。研究内容包括:移动杀虫辐照装置、害虫防治的有效剂量、不同剂量对小麦和稻谷的食用品质、生理活性及其他部分品质指标的影响、抑制马铃薯发芽的辐照剂量以及辐照对马铃薯品质影响等。这些研究成果对于辐照在粮食储藏中的应用奠定了坚实的基础,但由于种种原因,这些研究成果大都没有公开发表,也没有进一步开发应用。

目前国内对电子束辐照储粮技术研究工作仍处于尝试阶段,但已取得一定进展。清华科技园在联合国开发计划署支持下,于1998~2001年开展电子束辐照处理带菌疫麦技术的研制和实施,曾得到美国、俄罗斯、乌克兰等国大学、科研部门专家协作和支持。清华科技园在拥有三座原子反应堆、一座5万居钴源辐照站和研究用电子加速器设施的条件下,集中了约600名从事核科学、电子加速器等学科研究和核工程建设的技术队伍,经过近四年的辐照实验室研究、田间栽培及工程化研究,取得了包括粮食辐照灭菌和杀虫在内的一批科研成果。已具备了独立设计、建设和运行辐照处理带菌疫麦工艺系统的能力。

目前,经有关主管部门批准,新沙港直属库拟定从俄罗斯引进两台高压变压器型电子加速器(ELV),将清华大学的研究成果在相关粮食仓储工程中得以实施,该项目已顺利通过国家发改委、国家粮食局委托的专家审查、批准并正在筹建中。该项目建成后,将成为世界上第一座大规模粮食专用辐照设施,同时也将大大推进辐照技术在食品领域推广应用。

4 前景展望

随着经济的发展和技术的进步,人们越来越认识到保护环境的重要性。减少环境污染,留给子孙后代足够的发展空间,已经成为世界各国的共识。近年来,利用辐照处理的食品品种不断增加,主要有水产类、肉类、干鲜水果、干鲜蔬菜、香料、熟食品、粮食、饲料以及药材、各种包装材料、各种医疗用品等几百种,而且均取得了满意结果,获得明显的经济效益和社会效益。在储粮害虫和微生物的防治方面,以绿色、无公害的辐照技术为主的综合防治技术代替化学药剂为主的防治方法,必将成为今后储粮病虫害防治的发展趋势,具有广阔的市场前景。

(来源:《粮油食品科技》,黄曼等,中央储备粮广东新沙港直属库

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