[科普中国]-感应电子杀菌

定义

感应电子杀菌技术是以电为能源的线性感应电子加速器所产生的电离辐射，导致微生物的DNA和细胞发生变化，进而钝化和杀死有害微生物。美国加利福尼亚州帕罗奥托电子能研究所进行首次研究并定名为电子灭菌。日本农林省国立食品研究所开发一种电子束灭菌技术，对谷物和香料等食品表面进行杀菌，杀菌效果达到100%，对产品质量、风味无影响。

软电子束也是利用电子加速器产生的低于0．3 MeV的低能电子束，来达到杀灭食品表面上的细菌。因为电子束的能量过大有可能产生诱感放射性问题，所以用于辐射食品的电子束能量被限制在10 MeV以下。

软电子束，是低于30万电子伏特的低能级电子束，在距离电子束发生器出口处约17cm的地方，其电子能量较低，约6一20万电子伏特，其杀菌机理在于此电子柬穿透力弱，只穿透食品表面50一100μm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。其次产生电离作用，诱发产生过氧化物，破坏细胞的蛋白质及核酸、酶的结构，迅速杀菌。

该法因穿透力不强，只进行表面50一100μm的深入杀菌。故适应于谷物等粮食及香料的杀菌，杀菌效果100%，使表层无菌．不能深入食品内部对食品质量无任何影响。1

优势以电为能源的线性感应电子加速器产生的电离辐射，可导致细胞内物质电离，破坏细胞结构，进而杀死微生物。该法是将电子加速，去撞击重金属铅板，铅板发出具有宽带光子能量频谱的强射线，穿透力强，具有较高能量杀死微生物。该法用于肉类、果蔬及果酱，饮料等食品杀菌。

据FAO及WHO宣布，经平均剂量为10 kGy以下辐射处理的任何食品都是安全的，不存在毒理学或营养学方面的任何问题。同时由于它的穿透性低，一般在50～100/μm，因此用软电子束不仅可使被处理表面呈无菌状态，且射线不会深入内部影响食品的品质。此外，用软电子束杀灭未脱壳的小麦、未脱壳大米等食物上的微生物，辐射部分会在去壳时去掉，从而使大米、小麦与未辐射处理时一样。

虽然电子加速器产生电子束设备造价较高，但日本在1989年来建造的辐射设备全是电子束设备，因为它具有处理能力大、能量利用率高、设备不工作即没有污染源等优点。而且由于软电子子束穿透深度小，其防辐射墙只要用金属板就可遮盖辐射对周围环境的污染，所以，设备可以安装在食品厂内部，便于多品种应用。

电子束具有与y射线、X射线相同的杀菌效果。与γ射线相比，电子束具有输出强度更强的特点，但γ射线的穿透力较好，对处于包装状态的医疗器具，杀菌更为容易。电子束用于杀菌是较新的技术，虽然穿透力较小，但在杀菌过程中，可根据对象的情况灵活掌握，或者可把电子束变换为穿透力更强的X射线而加以利用。1

感应电子杀菌器提起"辐射”二字，许多人就会想到放射源。确实，传统放射杀菌器为丫或X射线用于封装后的产品。不过，人们都知道它们是有缺陷的，其设备要求由混凝上屏蔽墙隔出辐照区域，工作环境又要恒定检测，由于这些设备的规模和费用相当大，因此这种技术使许多想要使用的单位望尘莫及。

大功率电子束杀菌器经十年来的发展，为这些使用者找到了机会，电子束杀菌器并不用丁射线，因此不需要那些费用昂贵的屏蔽，最好是用在食品生产线的巴氏杀菌和灭菌(Sterilization) 。

何为电子束杀菌器呢了其内部工作原理相当简单，正如其名称所指，杀菌力是电子而非射线。电子源或灯丝在真空中加热，阴极发出电子且被真空。管内的电场加速，这时 加速电子具有很高的动能，因而穿透能力更强。加速电子经一个由箔片制的“栅”进入产品，达到高速杀菌的效果。如果必要，为杀灭代表性的微生物，有些例子可提高到500m/min。目前，可以预料将电子杀菌首先在生产线上实际应用的是半加工的食品，事实上，动物饲料和其他农产晶杀菌的现行方法正在导入这一途径，严格使用的药品和无菌产品之应用现处于"开拓阶段"。这种无菌包装液体食品很多数据之广泛基础(目前世界卫生组织和国际原子能机构正在认真研究之中)，消费品放射处理应用的谨慎性，亦将使电子技术广泛应用。

对商业应用来说，电子束杀菌的最大好处是速度，电子照射剂量的速率是γ射线杀菌力的100000倍，所以处理时间减少到0．1s以下，而常规处理为10000s(3一4h)。

既然适量处理水平通常要求的是提供一个充分无菌的保证水平(即2Mrad或4．8cal/g)，那么适当功率水平需运用相对应的高通过量。例如，提供一个10kW功率的电子束杀菌。每小时能杀菌1t产品，而除虫每小时为100t。

电子杀菌器可以找到广泛用途，对于食品和刍产生表面污染材料(例如薄膜，或无菌包装结构)的杀菌能提供通用，灵活和有效的设备。实际上，用于各种聚合物和薄膜的固化和交联已有十余年，大量用于包装的改装用途。目前，有关部门正就食品产品的杀虫租杀菌进行认真评价。

不过，电子杀菌器不象丫射线装置，只能提供非常有限穿透率，因此，最适用于颗粒或粉状半加工要求的食品处理，例如，种子，可可粉，面粉和谷类遭列细菌和昆虫污染的灭除，就最近发展水平来看，电子束杀菌器并不适用于大包装，但是对半加工食品的生产线处理还是体现良好的优点。

典型的大包装γ照射设备结合高速电子杀菌，在延长的杀菌时间内，需用精确检测技术。求保证产品质量。电子杀菌器所有重要参数是由电子学定义的，因此能实现数字化的效检测，为了保证质量可记录在磁带上作为档案。对于生产线上的杀菌来说，这是技术上的很好优点一这与常规，终端，带检测大包装处理有显著不同。

下面为两种不同的电子杀菌器详细说明，不过它们都能随工作电压的升高，其电子能级或穿透能力相应同步增加。

其一，电子杀菌器为自适应，低电压杀菌器(如Electrocurtain)。这一特殊装置可使商业上的杀菌机适用于生产线上的杀菌。Electrocurtain杀菌器发出的电子经箔片栅导入产品，由于其穿透能力不够，仅限于表面杀菌。此杀菌器的电压等级可达300kV，对致密物质穿透深度为0．020in(0．05cm)。由气动传送，或运输带送入的碎物料或粉的表面处理是完全足够了。

这种型号的杀菌器能在较多的场合安装和使用，作为安全、能近距操作的单元，其年利用率很高。

其二，杀菌器为一个扫描器，通常要比Electrocurtain系统大些，扫描器是将点状电子束分散覆盖在杀菌的原料上。最大穿透深度可达0．1in(0．25cm)，因产品密度和电压不同而异， 目前，将这些系统升高电压(750kV)，可在有限范围内用于大包装食品的杀菌。

操作扫描器时，由于加速电子会产生X射线，须特别加以注意。一般来说，将机器放人铅或混凝土屏蔽的地下室内，当然，对这些机器使用场合和其不受限制作用的要求，OSHA标准(1910．96电离辐射能)是有效的，亦即，工作人员靠近无需受到限制，标准是以世界所有发展中国家为这些机器明确定义的。

除有X射线外，电离辐射源都会产生臭氧，必须排出，这个问题往往是通过控制低压环境来加以解决。2