基于ESR技术建立农产品辐照检测方法的研究

摘要

近年来，辐照技术在食品行业的应用越来越广泛，辐照食品特别是农产品国际贸易不断发展和扩大。辐照食品已涉及到人们生活的各个方面，国际上同时也把辐照技术作为国际贸易壁垒的重要手段。辐照食品的大量出现伴随而来的是一系列与食品卫生安全性相关的问题，并引起了消费者的关注和政府部门的重视。
　　 本文以油脂农产品（黄豆，花生，黑芝麻）为研究对象，采用电子自旋共振波谱(ESR)分析技术，通过检测从0.3到11.5 kGy不同梯度下的辐照剂量的ESR波谱特征，揭示同类食品不同剂量与ESR波谱强度的对映关系和不同的样品在同一剂量下ESR波谱线的特征异同。通过对辐照食品的ESR信号强度的影响因素分析，对样品辐照在不同储藏温度，储藏时间，以及自由基信号与热力学特性变化，揭示辐照剂量与ESR信号强度之间的关系，以及信号影响因素进行探究。本研究首次对辐照对含油脂的农产品产生的自由基的类型进行探究，并对自由基的热力学和衰减动力学进行了分析，并且对实验检测的仪器参数和性能方面进行优化和调试，为辐照食品的原始剂量的估计和辐照过程产生自由基的类型的预测以及储存期的各种影响因素提供了理论依据。论文的主要研究内容和结论如下:
　　 对仪器的设置参数的调试和优化。ESR波谱仪的调试主要是仪器工作参数的选择，优化信噪比，提高分辨率和提高灵敏度，它主要包括微波频率、微波功率、磁场设置、调制幅度和频率以及扫描时间，通过不同仪器相作参数的选择对波谱仪的灵敏度、分辨率和稳定性确定和分析，达到样品图谱的最优化。
　　 对辐照剂量为0.3～11.5 kGy的三种含油脂农产品ESR检测，将样品通过粉碎机打成粉末过20目筛子，将粉末样品装入自封袋，常温下进行辐照，通过ESR检测图谱可以观察到不同样品所产生的自由基种类和数量各不相同，0.5kGy剂量辐照处理，常温(293 K)的条件下储存6个月仍然能够检测到ESR信号。三种含油脂农产品（黄豆，花生，黑芝麻）的ESR信号强度随吸收剂量的增加而增加，在一定剂量范围内呈线性关系，并具有较好的线性拟合。将辐照后的样品分别置于常温(293 K)，冷藏(278 K)和冷冻(258 K)三种温度下储藏5后天进行检测样品的ESR信号。从三种不同储藏温度的三个ESR图谱可以看出，冷藏温度的自由基ESR信号强度处在常温和冷冻温度之间，冷冻温度相对有利于样品信号保存，辐照剂量越大，不同样品的ESR信号强度差异越明显。这主要是由于，辐照剂量越大，自由基本底浓度越高，低温有利于自由基数量的保存。实验选取的三种样品的主要成分是由不饱和脂肪酸的碳链断裂产生的与中心碳原子α或β连接的有机自由基。
　　 通过改变微波功率可以看到黄豆样品ESR图谱由单峰，三重峰叠加在一起，g因子为2.005是碳原子中的未成对电子的自旋所产生的。由于不同峰的电子弛豫时间不同，饱和性能也不同，所以通过改变微波功率可以将一个完整的ESR的吸收曲线的进行分解。
　　 三种样品中，黄豆样品的ESR图谱有明显的六重峰，所以对其中的对应的金属锰离子进行热力学分析。将辐照后的黄豆样品室温(本部分实验中室温均为293 K)储藏，在不同温度下来研究自由基信号和锰离子信号的动力学特征。选取辐照剂量10 kGy（1day后）的黄豆样品先预处理加热到313，323，343，363，373 K和383 K，保持一定的时间为3，6，10，15，25，40，60，90分钟后降到室温来ESR采集谱线，分别测量Mn2+和自由基的ESR信号强度。为了研究温度的变化对黄豆样品的影响，选取未经过辐照的空白样品，进行相同的处理。从退火实验可以看出，温度越高，自由基信号越不稳定。原因可能是辐照时产生自由基的主要来源，最初低温的加热，水分不断减少，表皮的破坏使自由基数量减少。并且退火温度越高，自由基的信号衰减越明显。当温度上升到323 K的时候，大豆样品的不饱和脂肪酸开始出现了链的断裂产生新的有机自由基，温度升高的时候，锰连接的蛋白质中的氮和氧原子的数量变化将Mn2+逐渐氧化成+3或者更高价态。
　　 样品辐照后置于293 K下储藏，储藏期的时间设置为1、5、10、15、20、25、30、40、60、90、120、150、180天，检测样品辐照产生的自由基浓度随储藏时间的变化的效应。样品辐照后储藏180天储藏自由基均有不同程度的衰减，但仍可以和未辐照样品的信号强度进行区别。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 辐照食品加工工艺简介

1．1．1 食品辐照概述

1．1．2 食品辐照的规范化进程

1．1．3 食品辐照的意义

1．1．4 食品辐照的机理

1．1．5 食品辐照的国内外标准

1．2 辐照食品各方面问题

1．2．1 辐照食品技术方面

1．2．2 食品辐照吸收剂量

1．2．3 辐照前后营养成分的变化

1．3 辐照食品的检测方法分析

1．3．1 辐照食品方法概述

1．3．2 对辐照油脂化合物的检测

参考文献

第2章 电子自旋共振波谱仪(ESR)

2．1 电子自旋共振波谱仪(ESR)简介

2．1．1 ESR电子自旋共振原理

2．1．2 ESR电子自旋共振的形成

2．1．3 ESR波谱对应的特征

2．2 电子自旋共振波谱仪的主要构件

2．3 EPR波谱仪的主要性能指标

2．4 ESR的调试

参考文献

第3章 农产品辐照的ESR检测和判定

3．1 前言

3．2 材料和方法

3．2．1 材料与试剂

3．2．2 主要仪器

3．2．3 实验方法

3．3 常温下农产品辐照的ESR波谱信号强度与吸收剂量的关系

3．3．1 黄豆的ESR波谱信号强度与吸收剂量的关系

3．3．2 花生的ESR波谱信号强度与吸收剂量的关系

3．3．3 芝麻的ESR波谱信号强度与吸收剂量的关系

3．4 不同温度储藏下ESR波谱信号强度与辐照剂量的关系

3．4．1 材料和方法

3．4．2 实验结果

3．5 含油脂农产品的微波功率曲线

3．6 结果与讨论

参考文献

第4章 ESR信号强度衰减动力学

4．1 前言

4．2 黄豆样品中自由基和二价锰离子的ESR信号强度变化动力学

4．2．1 温度与黄豆中Mn2+和自由基ESR信号强度关系

4．3 储存期对自由基ESR信号强度影响

4．3．1 实验仪器和试剂

4．3．2 实验方法

4．3．3 实验结果

4．3．4 讨论

参考文献

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

个人简历