放射線殺菌は、冷凍食品や生鮮食品を薬剤使用によらず殺菌できるので、その特徴を生かして次のような利用法がある。
１）香辛料及び乾燥野菜の殺菌
香辛料や乾燥野菜は微生物による汚染がはげしく、１ｇ当り１０万から１００万個以上の微生物で汚染されている。これらの微生物の多くは細菌の胞子であり、加熱しても死滅しにくく、殺菌処理を施していない香辛料等を使用して食品を製造すると、加工食品の腐敗の原因となる。したがって、香辛料や乾燥野菜の殺菌は食品衛生上非常に重要である。香辛料や乾燥野菜の殺菌法として放射線照射以外には加熱水蒸気法とガス燻蒸法があるが、前者の場合フレーバーや色の変化が起こるので利用できる品種が限られ、また後者では使用するエチレンオキサイドガス（ＥＯＧ）が食品中に残留するとエチルクロロヒドリンという発ガン物質を生成する（わが国では食品への使用が法律で禁止されている）という難点がある。放射線照射は、これらと比較して、殺菌効果は大きく香辛料や乾燥野菜の品質に及ぼす影響は小さく、香辛料の殺菌法として非常に優れている。
一般に、７〜１０ｋＧｙ照射することにより、香辛料のフレーバー等に悪影響を及ぼすことなく、微生物数を食品衛生法に基づく基準である１０・Ｅ（３）個／ｇ以下に減少させることができる。現在、香辛料や乾燥野菜の放射線殺菌は世界で最も重要な食品照射の利用法であり、米国、オランダ、ベルギー等多くの国で実用化されている。
２）冷凍水産物の殺菌
冷凍されたエビ、カエルの脚が病原菌で汚染され、これが食中毒の原因となることがよくある。冷凍エビなどに混入している腸炎ビブリオ菌やコレラ菌は２〜３ｋＧｙの照射で殺菌できる。エビなどを冷凍する前に過塩素酸ソーダで表面殺菌することがあるが、このような薬剤を使用せずに冷凍した食品を殺菌できるのは放射線照射しかなく、オランダ、ベルギー等で実用化されている。
３）畜肉及び家禽肉の殺菌
畜肉や家禽肉の照射の主要な目的は病原菌の殺菌である。鶏肉等に多く含まれるサルモネラ菌やカンビロバクター、エルシニア菌は３ｋＧｙでほぼ殺菌可能である。最近問題になってきているリステリア菌は、５ｋＧｙで殺菌可能である。シェルフライフ（商品としての価値を保っている期間）の延長を目的とした畜肉や家禽肉の腐敗菌の放射線殺菌は、コールドチェーンの発達した先進国ではあまり重要ではないが、開発途上国では有用である。
４）青果物の殺菌
青果物は種類によって放射線に対する感受性が異なるが、過度の放射線を照射すると腐敗しやすくなる（細胞壁や細胞膜が損傷し、組織の軟化を生じる。この後に微生物による汚染を受けると腐敗を促進させることがある。）ので、殺菌効果とダメージの両方を考慮して、適正な線量を決める必要がある。果実の放射線殺菌で最も一般的なものとしてイチゴのシェルフライフの延長を目的とした放射線照射があり、包装してから２〜３ｋＧｙ照射することによりシェルフライフを約１週間延長することができる。また、マンゴー、パパイア等の果実も照射することにより腐敗菌の繁殖を抑えることができ、穏やかな加熱処理（熱水への浸漬）、低線量照射、適切な包装を組み合わせることにより、殺菌、殺虫、成熟遅延を効率的に同時に行うことができる。
５）病人食や宇宙食の殺菌
宇宙飛行士が宇宙旅行中に食品が原因となる病気にかかるのを防止するため、アメリカでは宇宙食の照射が行われている。また、治療等により免疫力の低下した病人を無菌室に入れることがあるが、このような患者には無菌食が必要である。このような無菌の病人食を作るために放射線照射を利用することができ、イギリス等で実施されている。
６）飼料の殺菌
無菌化した実験用動物に用いる飼料に対しては放射線照射による滅菌がかなり普及している。我が国でも２０〜５０ｋＧｙ照射した飼料が既に市販されており、動物を用いた医薬等の安全性試験に使用されている。このように実験動物の飼料として照射飼料が約２０年間使われているが、照射飼料を用いた実験動物試験で医薬等の安全性試験データが不正確になるというような問題は報告されていない。このことは照射した飼料（食品）の安全性に問題がないことを示している。
７）食品包装容器の殺菌
無菌充填する食品の包装容器はあらかじめ滅菌しておく必要があり、多くは過酸化水素を用いて殺菌されているが、放射線を利用して殺菌しているものもある。放射線は透過力が大きいので、細い隙間などのある包装容器の殺菌に適しており、多くの国で実用化されている。
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