1、電子輻照法儲(chǔ)糧新技術(shù)王振清1楊景田2張虎1繆純21.河南工業(yè)大學(xué)鄭州糧油食品工程修樹立計(jì)院，2.清華大學(xué)科技園摘要本文剖析了化學(xué)熏蒸劑面臨的存在的效果，引見電子輻照糧食的殺蟲滅菌機(jī)理和技術(shù) 特征，論述了輻照技術(shù)在糧食倉儲(chǔ)業(yè)及植物檢疫處置中的運(yùn)用歷史、現(xiàn)狀及未來走勢(shì)；簡(jiǎn)論在大 型糧食集散地樹立電子輻照處置設(shè)備的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)可行性。關(guān)鍵詞糧食輻照熏蒸殺蟲電子束糧食及食品輻照研討始于20世紀(jì)40年代，迄今已有60多年研討運(yùn)用歷史。糧 食輻照處置旨在殺滅糧食中的倉儲(chǔ)益蟲、霉菌及檢疫性風(fēng)險(xiǎn)病菌、有害雜草籽實(shí)。到 達(dá)增加儲(chǔ)糧損失，防止外來生物入侵，控制人一植物共患疾病傳達(dá)等多重目的。近年 來，隨著我國對(duì)植物

2、檢疫日趨嚴(yán)厲，輻照法作為糧食檢疫處置措施的重要性日益突出。 1現(xiàn)有化學(xué)熏蒸技術(shù)的運(yùn)用及存在效果進(jìn)入新世紀(jì)，中國糧食倉儲(chǔ)業(yè)面臨許多新的效果和應(yīng)戰(zhàn)。其中比擬突出的就是常 用化學(xué)熏蒸技術(shù)遇到的應(yīng)戰(zhàn)。1.1常用的熏蒸劑運(yùn)用狀況(1)磷化氫常用的谷物及其加工產(chǎn)品熏蒸劑。自1936年來在世界上普遍運(yùn)用，上個(gè)世紀(jì)六 十年代在中國末尾運(yùn)用，至今仍是 王牌熏蒸劑。2漠甲烷常用熏蒸劑，可以作為殺蟲劑和消毒殺菌劑，1932年末尾運(yùn)用。對(duì)大氣中的臭 氧層有破壞作用。在中國常用于檢疫益蟲的熏蒸。(3)環(huán)氧乙烷氧化乙烯，ETO普遍用于消毒醫(yī)療用品和儀器，在中國也用于殺滅糧食檢疫對(duì)象如小麥矮腥黑 穗病TCK。但20C以下反

3、響緩慢或不反響，中國大局部地域不能終年運(yùn)用。 另外還有一些熏蒸劑在中國大批運(yùn)用，如氯化苦、敵敵畏、氤氫酸等。1.2化學(xué)熏蒸技術(shù)面臨的效果以上各種熏蒸劑都存在一種或幾種不良性質(zhì)，限制了它們的適用范圍。目前只要 磷化氫、氯化苦、敵敵畏、漠甲烷、環(huán)氧乙烷等少數(shù)幾種熏蒸劑尚在一定范圍運(yùn)用。隨著人們對(duì)自然界看法的加深和環(huán)?？捶ǖ脑鰪?qiáng)，更多的熏蒸劑面臨淘汰的命王振清，男，1956年生，教授級(jí)高工，從事糧食工程方面的研討任務(wù)。通訊地址：河南鄭州市嵩山南路140號(hào)， 電子信箱：HNZZWZHQ163 。運(yùn)。1環(huán)保要素比擬典型的例子是漠甲烷。漠甲烷是破壞大氣臭氧層物質(zhì)ODP，對(duì)大氣臭氧 層的破壞才干為0.7，包

4、括中國在內(nèi)120個(gè)國度參與的蒙特利爾協(xié)議呼吁限制和淘汰 漠甲烷的運(yùn)用。此內(nèi)在用漠甲烷熏蒸作業(yè)時(shí)，糧食中會(huì)殘留無機(jī)漠等潛在致癌物質(zhì)。2熏蒸劑殘留毒性要素上世紀(jì)八十年代前后的研討發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧乙烷熏蒸處置后的糧食殘留有毒物質(zhì)。國 際研討說明，用環(huán)氧乙烷熏蒸后的小麥，能檢出有毒物質(zhì)2-氯乙醇。國外研討說明， 殘留物中有1,2-乙二醇、2,2-氧化二乙醇、漠乙醇等有毒物質(zhì)。國際上曾經(jīng)確認(rèn)環(huán)氧 乙烷是一種典型的誘變劑和致癌物。2000年2月，國際化學(xué)品暫時(shí)評(píng)審委員會(huì)ICRC 對(duì)環(huán)氧乙烷作出如下決議： 該化學(xué)品可用于農(nóng)藥、工業(yè)原料和醫(yī)療消毒，是一種明 白的人類致癌物。國際組織WHO/ILO/UNIP成立的環(huán)氧

5、乙烷專家組也以為： 環(huán) 氧乙烷是一種致癌物，在環(huán)境中應(yīng)盡量維持在低水平。目前，許多國度末尾逐漸禁 用環(huán)氧乙烷。3蟲害抗性添加的要素簡(jiǎn)直一切化學(xué)熏蒸劑存在著蟲類的抗性效果。結(jié)合國糧農(nóng)組織FAO曾在61 個(gè)國度采集樣品，對(duì)儲(chǔ)糧益蟲抗性停止監(jiān)測(cè)。目前有31種益蟲對(duì)87種殺蟲劑和12 種熏蒸劑發(fā)生了抗性。比擬典型的是磷化氫，在我國已運(yùn)用30多年，目前80%以上的儲(chǔ)糧用其熏蒸處 置。近年來，許多益蟲對(duì)磷化氫也發(fā)生了比擬嚴(yán)重的抗性，使磷化氫的殺蟲效果大打 折扣。例如鄭州糧食學(xué)院1995年-1997年在中國19個(gè)省采集了 6種益蟲73個(gè)品系測(cè) 定其對(duì)磷化氫的抗性，發(fā)現(xiàn)其中米象中的抗性品系抗性系數(shù)最高達(dá)105

6、2倍；谷蠹最 大抗性系數(shù)達(dá)596倍。假設(shè)任其開展下去，磷化氫也將被淘汰。1.3應(yīng)對(duì)方法面隊(duì)以上的應(yīng)戰(zhàn)，有四個(gè)可選的對(duì)策：1挑選新的熏蒸劑。這是一項(xiàng)十分困難的任務(wù)，在可見的未來還看不到能替 代磷化氫的化學(xué)品。2改良現(xiàn)有熏蒸劑的運(yùn)用方法。這是值得引薦的對(duì)策之一。例如經(jīng)過對(duì)殺蟲 劑合理的輪用或混用，殺滅某些熏蒸劑的抗性品系；或經(jīng)過合理的用藥方式提高殺滅 抗性品系的效果，多能延伸現(xiàn)有熏蒸劑的運(yùn)用壽命。3采用非化學(xué)藥劑的替代防治技術(shù)，例如采用物理方法替代化學(xué)方法。其中 輻射技術(shù)是最有出路的現(xiàn)代儲(chǔ)糧技術(shù)之一。因其能耗低，無污染，無殘留，處置后糧 食衛(wèi)生，平安等優(yōu)點(diǎn)，有希望成為取代化學(xué)熏蒸的方法。2電子輻照

7、處置技術(shù)的機(jī)理、特點(diǎn)與適用性2.1電子輻照糧食殺蟲滅菌機(jī)理與普通規(guī)律應(yīng)用高能電子束射線的致電離、激起作用，使糧食中有害生物發(fā)生一系列物理、 化學(xué)及生物學(xué)效應(yīng)，對(duì)糧蟲糧菌構(gòu)成輻射損傷，進(jìn)而招致其代謝功用紊亂，遺傳物質(zhì) 錯(cuò)位、斷裂，最終致蟲、菌失活，中止生長(zhǎng)，不育或死亡。不同生物體對(duì)電離輻射的 敏理性不同，其致死劑量與生物組織的復(fù)雜水平相關(guān)。生物組織越復(fù)雜，致死劑量越 低，即輻射敏理性與生物體自身的大小成正比見表1。較小劑量的輻照可形成蟲、 菌的不育或緩期死亡，在實(shí)踐工業(yè)運(yùn)用中，為浪費(fèi)能量，提高處置量，增加對(duì)糧食質(zhì) 量的損害，多將到達(dá)不育緩和期致死劑量視同有效致死劑量。表1.糧食中不同生物體的輻照

8、致死劑量生物體劑量kGy昆蟲0.1-1.0非芽孢細(xì)菌0.5-10病毒10-2002.2電應(yīng)用電子束輻照糧食的技術(shù)經(jīng)過多年研討、實(shí)際與開展，已成為一項(xiàng)成熟的儲(chǔ)糧 新技術(shù)，與化學(xué)熏蒸法比擬，其主要優(yōu)點(diǎn)是：1滅菌殺蟲徹底：可以100%殺滅糧蟲。電子束輻照對(duì)殺滅蟲卵有特效。經(jīng)處 置后的糧食，假定無二次污染，可永不生蟲，這樣就可取消下級(jí)庫點(diǎn)的殺蟲熏蒸作業(yè)。 此外，電子束可有效殺滅病菌如小麥矮腥黑穗病、印度腥黑穗病和霉菌等，還能殺滅 糧食中夾帶的有害雜草籽實(shí)。從這種意義上說，電子輻照是一種新型高效的糧食殺蟲、 廣譜滅菌技術(shù)。2食用平安：電子束輻照處置后的糧食、營(yíng)養(yǎng)成分不變，對(duì)加工后制品和食 品的質(zhì)量無不利

9、影響，保證消費(fèi)者安康平安。3操作平安：電子減速器起閉容易，停機(jī)后電子束自行終止，對(duì)操作人員無 危害。4工藝復(fù)雜：只需停止糧食提升、保送、束下輻射處置和回收等復(fù)雜工序。5經(jīng)濟(jì)性好：據(jù)測(cè)算，用電子束輻照法滅菌比化學(xué)熏蒸浪費(fèi)本錢80%；用電 子束法殺蟲比化學(xué)熏蒸浪費(fèi)本錢50%。由于免除前方庫的屢次熏蒸滅菌殺蟲作業(yè)，節(jié) 省了人力和保糧費(fèi)用，直接效益也十分可觀。2.3電子束輻照的適用性電子束輻照設(shè)備特別適用于糧食公用接卸港，大型糧食走廊的糧食集散地等需求 集中處置或檢疫目的的場(chǎng)所，并具有以下特點(diǎn)：1有利于檢疫防治的系統(tǒng)化處置。在港口糧食中轉(zhuǎn)庫對(duì)糧食病、蟲、草害停 止集中性一次輻照處置、可以增加糧食的長(zhǎng)距

10、離移動(dòng)帶來的疫情傳達(dá)風(fēng)險(xiǎn)，可以免除 前方糧庫的殺蟲作業(yè)，浪費(fèi)費(fèi)用，增加環(huán)境污染。2全天候靜態(tài)處置的特性，適宜港口糧庫隨時(shí)接運(yùn)糧食的特點(diǎn)。輻照裝置可 以完成自動(dòng)化延續(xù)作業(yè)，處置量大且平均，不受外部氣候、溫度等制約。3工藝復(fù)雜，適宜港口機(jī)械化作業(yè)的要求。電子束輻照處置技術(shù)只需停止糧 食提升、保送、束下輻射處置和回收等復(fù)雜工序，可以應(yīng)用港口糧庫的現(xiàn)有設(shè)備停止 工藝布置。3電子束輻照糧食的設(shè)備構(gòu)成應(yīng)用電子束輻照糧食的設(shè)備主要由以下幾局部組成：電子束發(fā)作系統(tǒng)、束下裝置 系統(tǒng)、輻照處置任務(wù)塔及輔佐系統(tǒng)等四局部。3.1電子束發(fā)作系統(tǒng)電子束是由工業(yè)化電子減速器發(fā)生。電子減速器是基本的輻射加工工具，主要包 括1

11、高壓發(fā)作器；2高真空機(jī)組；3SF6氣體充填器；4變頻機(jī)與自控系 統(tǒng)；5冷卻和通風(fēng)系統(tǒng)。束下裝置系統(tǒng)束下裝置系統(tǒng)是指保證糧食接受電子束平均照射且堅(jiān)持一定產(chǎn)量的相關(guān)設(shè)備及 部件。包括：1糧食提升和傳輸設(shè)備；2糧流構(gòu)成管道；3公用輻照槽；4 上下緩沖倉；5閘閥門等特殊管件。輻照處置任務(wù)塔輻照處置任務(wù)塔由輔佐間與隸屬車間組成。上述設(shè)備系統(tǒng)大局部均裝置其中，輻 照任務(wù)塔要求有特殊的防護(hù)設(shè)計(jì)，防止射線外漏。輔佐系統(tǒng)包括電子束水冷卻系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)及輻射平安聯(lián)鎖系統(tǒng)。其中輻射平 安聯(lián)鎖系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)備的最重要的平安保證措施。圖1示出典型的重力下流式電子束輻照糧食的裝置。前緩沖倉=|蟲麥圖1電子束輻照糧

12、食的裝置工藝框圖4輻照處置糧食的法律基礎(chǔ)11980年，世界衛(wèi)生組織WHO、結(jié)合國糧農(nóng)組織FAO和國際原子能 機(jī)構(gòu)IAEA結(jié)合宣布：用10kGy以下劑量輻照的任何食品不存在毒理學(xué)效果，可 以平安食用。該結(jié)論是依據(jù)少量植物毒理實(shí)驗(yàn)和輻解產(chǎn)物研討結(jié)果而提出的，失掉了 世界絕大少數(shù)國度和我國供認(rèn)并共同遵照。21984年國際食品法典委員會(huì)CAC向成員國建議輻照食品CAC規(guī)范及 輻照食品設(shè)備的引薦規(guī)程。31996年我國政府公布的輻照食品衛(wèi)生管理方法中國衛(wèi)生部的47號(hào)令， 明白規(guī)則： 為控制病蟲害而停止輻照的含水分低的食品，如谷類、豆類、脫水食品 及相似產(chǎn)品，其總的累積吸收量不得大于10kGy第十七條第一款

13、。41999年，F(xiàn)AO/IAEA/WHO高劑量研討小組在WHO890號(hào)報(bào)告中宣布： 超 越10kGy高劑量輻照食品也是平安的。即輻照劑量無下限的結(jié)論。從1998年始， 國際輻照食品咨詢組IGGFI依據(jù)上述結(jié)果，對(duì)食品輻照通用規(guī)范停止修正。這些 修正意見待CAC同意后，將成為國際貿(mào)易中食品輻照的通用準(zhǔn)那么。51997年我國發(fā)布了 6大類17種產(chǎn)品的輻射加工工藝規(guī)范，作為國標(biāo)執(zhí)行。 其中包括谷類、豆類及其制品的輻照食品衛(wèi)生規(guī)范GB14891.8，1977。可以說，我國包括糧食輻照在內(nèi)的食品輻照已歸入法制化管理的軌道，是有法可 依的。5國際外研討與運(yùn)用概略5.1國外研討及運(yùn)用糧食倉儲(chǔ)益蟲的輻射防治研

14、討始于20世紀(jì)初，到1940年輻照裝置建成，才確立 了殺滅糧蟲的研討目的。隨后的50多年內(nèi)，世界各國對(duì)此項(xiàng)研討任務(wù)從未連續(xù)。20 世紀(jì)50-70年代，側(cè)重于研討糧蟲對(duì)射線的敏理性特征和技術(shù)可行性。70年美國農(nóng)業(yè) 部立項(xiàng)，對(duì)35種不同發(fā)育階段的鞘翅目、鱗翅目昆蟲停止研討，并對(duì)輻照后糧食加 工質(zhì)量、感官反響做出評(píng)價(jià)，認(rèn)證了輻射殺蟲的技術(shù)可行性。60年美國在薩凡那地 域建成世界第一座小型谷物輻照器。70年代墨西哥國立核能實(shí)驗(yàn)室也建成一座以電 子束為輻射源的小型玉米輻照示范裝置。與此同時(shí)，前蘇聯(lián)在60年末尾糧食輻照處置研討。經(jīng)過8年研討，于新西伯利 亞建成一座50T/h的電子減速器糧食輻照處置中間實(shí)驗(yàn)

15、裝置。運(yùn)轉(zhuǎn)成功后，于1980 年正式在敖德薩港口建成了世界上實(shí)踐投入運(yùn)轉(zhuǎn)的工業(yè)化糧食輻照設(shè)備。該設(shè)備選用 2臺(tái)ELV-2型電子減速器，兩條消費(fèi)線并聯(lián)運(yùn)用，處置量為200T/h.臺(tái)，年處置才干 達(dá)200萬噸，迄今已平安運(yùn)轉(zhuǎn)25年，處置了少量進(jìn)出口糧食。5.2國際研討及運(yùn)用我國的糧食輻照處置起步較早。1958年由中科院組織12個(gè)科研單位成立了 糧 食輻照保藏研討協(xié)作組，先后對(duì)小麥、稻谷、玉米等停止輻照殺蟲研討及 Co-60 裝置的中試實(shí)驗(yàn)，取得了少量可喜效果。20世紀(jì)80年代，我國食品輻照研討進(jìn)入第二個(gè)高潮。有關(guān)專家們對(duì)益蟲輻射敏 理性及輻射防蟲技術(shù)可行性停止了深化研討。20世紀(jì)90年代始，由國度

16、科委組織展 開了食品輻照商業(yè)化及輻照工藝一系列研討，于2002年發(fā)布了糧食、豆類輻照殺蟲 工藝規(guī)范。與電子輻照殺蟲同步，自上世紀(jì)70年代始，我國末尾了糧食輻射殺菌的研討， 其中包括以糧食為主要原料的飼料殺菌和糧食中各類病菌的輻照檢疫處置研討。研討 的目的主要針對(duì)飼料中罕見的各種致病菌、霉菌、侵染病菌、病毒及人-植物共患的 各類疾病，如禽流感等。輻照后飼料殺菌徹底，營(yíng)養(yǎng)成分損失小，飼料營(yíng)養(yǎng)應(yīng)用率高， 植物成活率高、繁衍快等優(yōu)點(diǎn)。異樣輻照處置對(duì)糧食殺菌也十分有效。目前，我國已在某糧食接卸港樹立國際第一座大型糧食電子束輻照處置設(shè)備。該 設(shè)備由兩臺(tái)工業(yè)化電子減速器、兩條平行消費(fèi)線組成。糧食殺蟲處置才干

17、為500噸/ 時(shí).條，年處置糧食才干達(dá)300萬噸以上。6糧食輻照的經(jīng)濟(jì)性輻照糧食的殺蟲的處置本錢低于化學(xué)熏蒸，其運(yùn)轉(zhuǎn)本錢主要包括以下局部，即水 電費(fèi)、人工費(fèi)和設(shè)備折舊費(fèi)等。下面以處置量為1000T/h電子輻照廠為例，復(fù)雜測(cè)算 其經(jīng)濟(jì)性：6.1樹立費(fèi)用：1100萬元700萬元900萬元1100萬元700萬元900萬元300萬元3000萬元束下系統(tǒng)及輔佐系統(tǒng)土建不可預(yù)見費(fèi)總計(jì)6.2 運(yùn)轉(zhuǎn)本錢：由于輻照處置運(yùn)營(yíng)及支出沒有相應(yīng)規(guī)范或可供自創(chuàng)的相似項(xiàng)目，故僅做初步預(yù)算 和剖析。1水、電動(dòng)力費(fèi)：經(jīng)計(jì)算，正常消費(fèi)時(shí)每年約需380萬元。2工資及福利費(fèi)：本項(xiàng)目9人，人均年工資、福利按4.2萬元計(jì)。3折舊費(fèi)：固定

18、資產(chǎn)折舊按固定資產(chǎn)分類計(jì)算，殘值率均按固定資產(chǎn)原值的4%計(jì)，房屋修建按30年折舊，工藝和電氣設(shè)備按20年折舊；4修繕費(fèi)：修繕費(fèi)按年折舊費(fèi)的35%計(jì)取。5管理費(fèi)：包括財(cái)務(wù)費(fèi)用、銷售費(fèi)用等，每年按60萬元計(jì)。6其他費(fèi)用：在項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)進(jìn)程中，未能計(jì)入以上項(xiàng)目的費(fèi)用，及場(chǎng)地消毒費(fèi)、 倒倉費(fèi)等，每年按200萬元計(jì)取。7攤銷：攤銷率按10%計(jì)算。6.3經(jīng)濟(jì)剖析估量項(xiàng)目總投資3000萬元，年收益1440萬元，年運(yùn)營(yíng)本錢960萬元，項(xiàng)目年收 益率16.00%，投資回收期6.3年，項(xiàng)目具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。依據(jù)烏克蘭敖德薩應(yīng)用電子束輻照糧食殺蟲的閱歷，糧食單次電子殺蟲的費(fèi)用為 0.25美元/噸約合人民幣2元/噸。假

19、定思索到一次殺蟲、多年有效，取消了同一批 糧食就地貯存的屢次熏蒸處置和下級(jí)庫的再熏蒸費(fèi)用，其經(jīng)濟(jì)效益一定會(huì)遠(yuǎn)高于化學(xué) 熏蒸。南京輻照中心的輻照殺菌商業(yè)化研討說明，當(dāng)電子束輻照用于檢疫處置時(shí)，環(huán)氧 乙烷和輻照殺菌的能耗比為45:1，本錢價(jià)錢比為1.5-5.5:1。顯而易見，假定思索輻照處置帶來的環(huán)境與社會(huì)效益，那么糧食電子輻照技術(shù)的 優(yōu)越性將愈加清楚。7存在效果7.1散落糧食效果目前，散糧從碼頭到輻照處置塔的沿途保送設(shè)備需全部采用密閉式保送設(shè)備，以 防止在保送進(jìn)程中，病麥、蟲麥的撒漏和分散效果，保送設(shè)備作業(yè)完后須對(duì)運(yùn)載麥、 蟲麥的保送線停止消毒、清掃。對(duì)一般設(shè)備尾部，底座等死角存在的病麥，還需經(jīng)過 人工和機(jī)械的方法停止清算消毒，防止污染下一批糧食。希望經(jīng)過更深一步的研討可 更益處置輻照前散落糧食的消毒效果。7.2糧盛行成中的糧流平均性效果在輻照前的糧盛行成進(jìn)程中，為使糧流平均接遭到等量的電子輻射，須嚴(yán)厲控制 好經(jīng)過糧流的流速、流量及經(jīng)過輻照區(qū)的糧流截面厚度在很小范圍內(nèi)動(dòng)搖，以保證對(duì) 糧食益蟲的