Tổng quan về phương pháp chiếu xạ trong bảo quản thực phẩm

Tổng quan về phương pháp chiếu xạ trong bảo quản thực phẩm

KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC – THỰC PHẨM MÔN HỌC: VI SINH VẬT ĐẠI CƯƠNG

Đề tài:

Trong bảo quản thực phẩm”

Giảng viên hướng dẫn: Th.s Nguyễn Thanh Hải

Nhóm thực hiện:

STT Họ tên sinh viên MSSV

1 Ngô Thị Kiều Khanh 11116031

3 Phạm Thị Như Quỳnh 11116053

4 Nguyễn Thị Linh 11116034

TP Hồ Chí Minh Tháng 08/2012

KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC – THỰC PHẨM MÔN HỌC: VI SINH VẬT ĐẠI CƯƠNG

Đề tài:

Trong bảo quản thực phẩm”

Giảng viên hướng dẫn: Th.s Nguyễn Thanh Hải

Nhóm thực hiện:

STT Họ tên sinh viên MSSV

1 Ngô Thị Kiều Khanh 11116031

3 Phạm Thị Như Quỳnh 11116053

4 Nguyễn Thị Linh 11116034

TP Hồ Chí Minh Tháng 08/2012

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

TP.HCM, ngày… tháng… năm……

Chữ ký của giảng viên Điểm số: /

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên nhóm xin cảm ơn Khoa công nghệ hóa học – thực phẩm đã mở môn học

Vi sinh vật đại cương để tạo điều kiện cho chúng tôi học hỏi và tổng hợp những kiếnthức, kỹ năng đã được học để có thể thực hiện một bài báo cáo hoàn chỉnh

Đồng thời, chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Cô Nguyễn Thanh Hải Giảng viên bộ môn Vi sinh vật đại cương Cô đã mang đến cho chúng tôi rất nhiều kiếnthức và kinh nghiệm thực tế bổ ích Hơn thế nữa, Cô rất nhiệt tình giúp nhóm giải quyếtnhững vấn đề, thắc mắc gặp phải và cho chúng tôi nhiều ý kiến đánh giá, nhận xét rất quýgiá Nhờ đó, nhóm có thể thực hiện bài báo cáo này một cách tốt nhất và hoàn thành đúngthời hạn

-Tuy nhiên, do kiến thức chuyên môn còn hạn chế và cách hành văn chưa tốt nênkhông thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng tôi xin chân thành đón nhận ý kiến đóng gópcủa giảng viên để cuốn báo cáo sau hoàn thiện hơn

GIỚI THIỆU

Cùng với sự khởi đầu của ngành nông nghiệp, việc phụ thuộc vào săn bắn và háilượm ngày càng giảm, khi đó nhu cầu bảo quản thực phẩm dư thừa cũng trở nên vô cùngquan trọng Cách sử dụng muối để bảo quản thịt, cá đã được con người phát hiện và vậndụng từ rất sớm, từ khoảng 3000 năm trước công nguyên ở vùng Cận Đông Theo thờigian cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, các phương pháp bảo quản hiện đại:sử dụng hóa chất, nhiệt độ, giảm hoạt độ nước… đã được áp dụng phổ biến Ngoài ra, sựphát triển mạnh mẽ của ngành vật lý hạt nhân đã luôn không ngừng phát triển và đượcứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực: vũ khí hạt nhân, nhà máy điện nguyên tử, khảo cổhọc… nó còn được ứng dụng trong ngành công nghệ thực phẩm

Mặc dù việc áp dụng vật lý hạt nhân – sử dụng các tia phóng xạ với liều lượnggiới hạn để tiêu diệt vi sinh vật, bảo quản thực phẩm đạt hiệu quả và đem lại lợi ích kinh

tế cao nhưng trên thực tế mặt hàng thực phẩm này không được người tiêu dùng hưởngứng mạnh Vậy tại sao thực tế đó lại tồn tại? Nguyên nhân có lẽ xuất phát từ hai chữ

“phóng xạ” Với đa số mọi người khi nghe tới hai từ ‘phóng xạ” họ đều nghĩ tới hậu quảcủa nó là: ung thư, vô sinh, quái thai… Tuy nhiên, thực phẩm chiếu xạ có mang lại hậuquả giống như mọi người vẫn thường nghĩ hay không?

Thực trạng khác cho thấy những vấn đề xung quanh thực phẩm chiếu xạ như: chiphí cho công nghệ kỹ thuật, máy móc, bao bì in ấn, chi phí cho công tác tuyên truyền,giáo dục trong người dân… khiến cho các công ty chưa dám đầu tư mạnh vào lĩnh vựcnày Việc tuyên truyền chưa được áp dụng rộng rãi làm cho người tiêu dùng chưa có cáinhìn đúng đắn về thực phẩm chiếu xạ, cũng như những lợi ích mà nó mang lại Họ vẫncòn e ngại: liệu nó có để lại những di chứng, hậu quả đến sức khỏe sau khi đã sử dụngmột thời gian dài?

Vậy thực phẩm chiếu xạ là gì? Ứng dụng các loại tia phóng xạ nào? Những tácđộng của nó tới hệ vi sinh vật trong thực phẩm như thế nào?… Để tìm hiểu rõ thêm về

những vấn đề này nhóm chúng tôi đã thực hiện bài tiểu luận: “Tổng quan về phươngpháp chiếu xạ trong bảo quản thực phẩm”.

1 Tổng quan về chiếu xạ trong thực phẩm 1

1.1 Khái niệm về chiếu xạ trong bảo quản thực phẩm 1

1.2 Lịch sử phát triển của thực phẩm chiếu xạ trên Thế giới và Việt Nam 2

2 Phương pháp chiếu xạ trong thực phẩm 4

2.1 Cơ chế tác động đến hệ vi sinh vật trong thực phẩm 4

2.2 Khả năng chống lại liều chiếu xạ của vi sinh vật trong thực phẩm 4

2.3 Nguyên nhân và bản chất sự chống lại chiếu xạ ở vi sinh vật 7

2.4 Ảnh hưởng của chiếu xạ lên chất lượng thực phẩm 8

2.4.1 Những biến đổi về vật lý của thực phẩm 8

2.4.2 Những biến đổi về hóa học của thực phẩm 10

2.5 Phương pháp kiểm tra chất lượng thực phẩm sau chiếu xạ 14

2.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả chiếu xạ 15

2.7 Những tác động tích cực và tiêu cực của phương pháp chiếu xạ16

2.7.1 Tác động tích cực 16

2.7.2 Tác động tiêu cực 17

3 Những thiết bị chiếu xạ trong bảo quản thực phẩm 18

3.1 Nguồn bức xạ 18

3.1.1 Nguồn đồng vị phóng xạ 18

3.1.2 Nguồn bức xạ từ máy tạo bức xạ 21

3.2 Tìm hiểu về thiết bị điều chỉnh năng lượng bức xạ 23

3.3 Cách hoạt động của thiết bị chiếu xạ thực phẩm 24

3.4 Năng lượng các bức xạ ion hóa và cơ chế tác dụng 25

3.4.1 Năng lượng theo quy định quốc tế 25

3.4.2 Cơ chế tác dụng 25

3.5 Một số loại máy chiếu đang được sử dụng phổ biến 25

4 Thực trạng vấn đề chiếu xạ trong bảo quản thực phẩm 29

4.1 Những hoài nghi, lo ngại về thực phẩm chiếu xạ 29

4.2 Một số quy định về thực phẩm chiếu xạ 34

4.2.1 Yêu cầu 34

4.2.2 Danh mục thực phẩm và giới hạn liều hấp thụ tối đa35

4.2.3 Bao gói, bảo quản, ghi nhãn 36

KẾT LUẬN a

TÀI LIỆU THAM KHẢO b

DANH SÁCH BẢNG BIỂU VÀ HÌNH

 Danh sách bảng biểu

Bảng 1: Liều D10 của một số vi sinh 6

Bảng 2: Liều gây chết đối với các cơ thể sinh học 7

Bảng 3: Ảnh hưởng của chiếu xạ lên hàm lượng Vitamin ở một số thực phẩm 12

Bảng 4: Mức độ thay đổi hàm lượng Vitamin ở một loại thực phẩm khảo sát 12

Bảng 5: Những biến đổi của bao bì vật liệu dưới tác dụng của liều chiếu tối đa 14

Bảng 6: Liều gây chết của UV đối với một số vi sinh vật 21

Bảng 7: So sánh hiệu suất sử dụng năng lượng nguồn bức xạ 22

Bảng 8: Các thông số chính của thiết bị UELR-10-15S2 27

Bảng 9: Liều hấp thụ tối đa với một số loại thực phẩm 35

 Danh sách hình ảnh Tên hình Trang Hình 1: Sự phụ thuộc số vi sinh sống sót vào liều chiếu 6

Hình 2: Cơ chế chuyển hóa nước 10

Hình 3: Hình liên kết các thymin của AND 20

Hình 4: Mô hình nhà máy chiếu xạ thực phẩm 23

Hình 5: Thiết bị UELR-10-15S2 27

Hình 6: Sơ đồ mô hình máy chiếu xạ Cobalt-60 28

Hình 7: Một số sản phẩm không được chiếu xạ 34

NỘI DUNG

1 Tổng quan về chiếu xạ trong thực phẩm

1.1 Khái niệm về chiếu xạ trong bảo quản thực phẩm

 Chiếu xạ trong bảo quản thực phẩm là một quá trình vật lý, sử dụng các tia bức xạion hóa của nguồn bức xạ hoặc máy phát tia bức xạ trong một liều lượng giới hạnđể bảo quản thực phẩm và ngăn ngừa sự biến chất của thực phẩm

 Liều hấp thụ là giá trị năng lượng mà tia bức xạ điện từ hoặc dòng electron truyềncho thực phẩm Được tính bằng tỷ số giữa năng lượng hấp thụ trung bình và khốilượng khối thực phẩm Trong đó:

 Năng lượng hấp thụ trung bình: de (Jun)

 Khối lượng khối thực phẩm: dm (kg)

 Đơn vị liều hấp thụ: Gray (ký hiệu là Gy), 1Gy=1j/kg, 1kGy=1000j/kg,1mGy=(1/1000)j/kg

 Thực chất của việc sử dụng tia chiếu xạ trong bảo quản thực phẩm là để tiêu diệtcác vi khuẩn, côn trùng, ký sinh trùng… có thể gây biến chất thực phẩm, làm giảmgiá trị cảm quan, chất lượng thực phẩm Các tia này tác động trực tiếp lên ADNcủa tế bào vi sinh vật làm ức chế khả năng phân chia của tế bào Ngoài ra các tiachiếu xạ có thể có tác dụng làm chậm lại quá trình chín của trái cây cũng như ngănngừa sự nảy mầm của củ, quả…Chiếu xạ thực phẩm là một công nghệ đảm bảo antoàn về mặt vệ sinh thực phẩm và mang lại lợi ích kinh tế - xã hội to lớn Tuynhiên cũng như các công nghệ chế biến và bảo quản thực phẩm bằng hóa học hoặcbằng nhiệt, công nghệ chế biến thực phẩm cũng đòi hỏi cơ sở chiếu xạ, cơ sở chếbiến thực phẩm phải tuân thủ những yêu cầu nhất định về liều chiếu, quy cách sảnphẩm và điều kiện lưu kho, vận chuyển và chế biến thực phẩm sau khi chiếu xạ

1.2 Lịch sử phát triển của thực phẩm chiếu xạ trên Thế giới và Việt Nam

 Năm 1918, ở Mỹ người ta đã sử dụng tia X trong bảo quản thực phẩm

 Năm 1930, nhà khoa học người Đức Wurt O đã đăng ký bằng phát minhsang chế tại Pháp về việc sử dụng phương pháp chiếu xạ để tiệt trùng thựcphẩm

 Năm 1970, thành lập dự án chiếu xạ thực phẩm quốc tế

 Năm 1960, Hoa Kỳ đã áp dụng kỹ thuật chiếu xạ(irradiation) vào một sốthực phẩm và ngũ cốc để diệt trùng Đến năm 1990, ứng dụng vào bảo quảntrái cây tươi và thịt gà, 2000 cho phép ứng dụng vào trứng gà

 Năm 1997, cơ quan FDA đã bật đèn xanh cho việc chiếu xạ các loại thịt đỏnhư thịt bò, thịt cừu và thịt heo (để diệt giun bao Trichinella)

 Vào tháng 9/2008, Enviromental Protection Agency của Hoa Kỳ đã chophép các nhà xuất cảng Mỹ có thể chiếu xạ rau mồng tơi spinach

 Đổi với Canada, từ 40 năm nay, quốc gia này cũng đã thường cho áp dụngkỹ thuật chiếu xạ vào một số nông sản như khoai tây, củ hành, lúa mì, bột

mì và các loại gia vị khô

 Bên Châu Âu, Thượng viện Liên Âu (European Parliament) khắt khe hơn,

họ chỉ cho phép chiếu xạ các rau mùi khô và các loại gia vị

 Pháp là quốc gia cởi mở nhất với khoảng 15 sản phẩm và nguyên liệu đượccho phép chiếu xạ như: các loại gia vị, rau mùi khô, củ hàng, hành lá, tỏi,rau quả khô, thịt gà, tôm tép, đùi ếch, chất gomme arabique, các chất phụ

gia như ovalbumine (lòng trắng hột gà), caséine và caséinates Công nghiệpchiếu xạ thực phẩm tại Pháp được thực hiện tại 7 trung tâm lớn, đó là cáctrung tâm Berric, Sable, Orsay, Chaumesnil, Pouzauges, Dagneux vàMarseille.

 Úc châu và Tân Tây Lan cho phép chiếu xạ nông sản để ngừa sâu bọ côntrùng: các loại gia vị, rau mùi khô, táo, trái carambola, trái vải, xoài, măngcụt, đu đủ, chôm chôm… Tất cả sản phẩm chiếu xạ đều phải mang ký hiệuradura

 Tại Việt Nam

 Kỹ thuật chiếu xạ thực phẩm đã được nghiên cứu và ứng dụng từ năm 1985tại Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt

 Hiện nay cả nước chỉ có vài ba trung tâm chiếu xạ thực phẩm với quy môbán công nghiệp “Ngày 23/12, PGS TS Lê Xuân Thám, Phó Giám đốc SởKhoa học & Công nghệ Lâm Đồng cho biết, đang gấp rút hoàn thành cácthủ tục để xúc tiến xây dựng Trung tâm chiếu xạ tại Thành phố Bảo Lộc.Theo đó, Trung tâm chiếu xạ được xây dựng gần khu công nghiệp Lộc Sơn,Thành phố Bảo Lộc, trên diện tích dự kiến khoảng 12 ha, có tổng số vốnđầu tư ban đầu là 100 tỷ đồng PGS TS Lê Xuân Thám cho biết, đã phốihợp với Viện nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt đào tạo nguồn nhân lực choTrung tâm và thành lập đoàn đi tham quan các mô hình hoạt động các trungtâm chiếu xạ ở một số nước trên thế giới

 Hiện cả nước đã có 5 điểm chiếu xạ là Viện nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt,hai địa điểm ở Thành phố Hồ Chí Minh, một ở Hà Nội và một ở BìnhDương” (Theo Lâm Đồng thành lập trung tâm chiếu xạ,

www.khoahoc.com, ngày 24/12/2010)

2 Phương pháp chiếu xạ trong thực phẩm

2.1 Cơ chế tác động đến hệ vi sinh vật trong thực phẩm

 Cơ chế diệt vi sinh, côn trùng, nấm mốc gây hại cho con người khi sử dụng thựcphẩm dựa trên tính chất ion hóa các nguyên tử, phân tử cấu thành nên các cơ thểsống, đặc biệt là các phân tử acid nucleic của tế bào vi sinh gây bệnh Thôngthường, trong tế bào vi sinh vật có các hệ enzyme như ligase, exonuclease,polimease… giúp sửa chữa các acid nucleic bị tổn thương để duy trì quá trình traođổi chất của tế bào Tuy nhiên, nếu chiếu xạ ở một liều đủ thì việc phục hồi cácđứt gãy trong cấu trúc acid nucleic sẽ không thực hiện được và khi đó tế bào sẽ bịchết trong quá trình phân bào và vi sinh gây bệnh không thể phát triển được.Trong một số trường hợp, có thể xuất hiện hiện tượng đột biến ở một vài tế bào visinh vật do chiếu xạ

 Ngoài ra, chiếu xạ còn làm tổn thương thành phần phospholipit trong màng tế bàochất của vi sinh vật Khi đó khả năng vận chuyển các chất qua màng bán thấm(membrane) sẽ bị ảnh hưởng Hiện tượng này có thể làm giảm hoạt tính trao đổichất của vi sinh vật hoặc làm vi sinh vật của các tia chiếu thay đổi tùy thuộc vàotừng loại vi sinh vật và phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác

2.2 Khả năng chống lại liều chiếu xạ của vi sinh vật trong thực phẩm

 Ở một số tế bào vi sinh vật cũng có khả năng chống lại tác động của tia tử ngoại.Các loại Micrococus có khả năng tạo ra những sắc tố, các sắc tố này có khả nănghấp thụ tia tử ngoại và như vậy chúng sẽ làm giảm tác động của tia tử ngoại lên tếbào vi sinh vật

 Một cơ chế tác động ngược lại của vi sinh vật đối với tia tử ngoại là chúng có khảnăng sửa chữa các sai sót của bazo nito khi bị tia tử ngoại tác động vào Khả năngnày rất khác nhau ở các loài vi sinh vật khác nhau:Virus > Nấm tạo bào tử > Vikhuẩn tạo bào tử > Nấm men > Vi khuẩn Gram (+) >V i khuẩn Gram (-) Vi khuẩnGram (+) có khả năng chống lại chiếu xạ tốt hơn vi khuẩn Gram (-), dạng bào tửcủa vi sinh vật có khả năng chống lại chiếu xạ tốt hơn tế bào sinh dưỡng Trong

đó, chủng vi khuẩn tạo bào tử Pacenibacillus larvae có khả chống lại chiếu xạ tốtnhất, Clostridium type A có khả năng chống lại tốt nhất trong các chủngClostridium Nấm mốc và nấm men có khả năng chống lại chiếu xạ kém hơn vikhuẩn Gram (+) Tuy nhiên, một số nấm men thuộc Candida có khả năng chốnglại sự chiếu xạ như các loài vi khuẩn nội bào tử Về cơ bản, sự nhạy cảm của các

vi sinh vật với chiếu xạ khi chúng ở trong dung dịch đệm tốt hơn là khi chúng ởtrong môi trường protein Khi có mặt oxy, khả năng chống lại sự chiếu xạ của visinh vật kém hơn trong điều kiện không có mặt oxy Tế bào vi sinh vật ở trạngthái khô có khả năng chống lại sự chiếu xạ tốt hơn tế bào trong trạng thái có độ ẩmcao Ở trạng thái đông lạnh, tế bào vi sinh vật có khả năng chống lại chiếu xạ tốthơn ở trạng thái không đông lạnh Tế bào vi sinh vật ở giai đoạn phát triển có khảnăng chống lại chiếu xạ tốt hơn ở giai đoạn chúng đang sinh sản

 Khả năng chịu đựng chiếu xạ bằng bức xạ ion hóa của từng loại, loài vi sinh đượcđặc trưng bằng liều D10 Liều D10 là liều chiếu xạ mà 90% vi sinh bị tiêu diệt Ởmột vùng liều chiếu nhất định, lượng vi sinh sống sót sau khi chiếu xạ được biểudiễn bằng công thức:

 N: Số vi sinh sống sót sau khi chiếu xạ

 N0: Số vi sinh ban đầu

 D10: Liều chiếu (kGy) làm chết 90% vi sinh

 D: Liều chiếu (kGy)

 Đường cong biểu diễn số vi sinh sống sót theo liều được đưa ra ở hình dưới:

Hình 1: Sự phụ thuộc số vi sinh sống sót vào liều chiếu

(Nguồn: Giáo trình công nghệ bức xạ )

Mức độ vi sinh vật gây bệnh bị tiêu diệt bằng bức xạ iôn hóa phụ thuộc chủ yếu vàokích thước ADN, tốc độ hồi phục của chúng và một số các thông số khác Liều diệt visinh gây bệnh đối với thực phẩm đông lạnh là cao hơn khi thực phẩm đó ở nhiệt độ bìnhthường Liều D10 đối với côn trùng và ký sinh trùng có ADN lớn khoảng 0,1 kGy, đối với

vi khuẩn có ADN nhỏ hơn khoảng từ 0,3 đến 0,7 kGy và đối với virus là vi sinh gây bệnhnhỏ nhất là 10 kGy hoặc lớn hơn Đối với vi sinh ở dạng bào tử liều D10 cao hơn nhiềukhi ở dạng bình thường và cỡ vài kGy Bảng đưa ra một số giá trị của một số loài vi sinhgây bệnh:

Bảng 1: Liều D 10 của một số vi sinh

Loài vi sinh Liều D 10 ( kGy)

Staphylococcus aureus 0,2 ÷ 0,6

(Nguồn: Giáo trình công nghệ bức xạ)

Bảng 2: Liều gây chết đối với các cơ thể sinh học

Các động vật bậc cao, người 0,005 - 0,01

Vi khuẩn dạng không bào tử 0,5 - 10

(Nguồn: Giáo trình công nghệ bức xạ)

2.3 Nguyên nhân và bản chất sự chống lại chiếu xạ ở vi sinh vật

Vi khuẩn nhạy cảm nhất đối với tia ion háo là trực khuẩn Gram (-), Pseudomanas.Các vi khuẩn Gram (-) khác như Moraxellae acinebacter là những vi khuẩn chống sựchiếu xạ mạnh nhất

Các vi khuẩn Gram (+) bao gồm Micrococcus, staphylococcus, enterococcus lànhững loài vi khuẩn chống sự chiếu xạ mạnh nhất

Khả năng chống sự chiếu xạ cao nhất là những vi sinh vật sau:

 Bốn chủng thuộc Deinococcus, Gram (+):

 Deinococcus Radiohurans

 D.radiophilus

 D.proteolyticus

 Một chủng thuộc Deinobacter, Gram (-), là Deinobacter grandis

 Một chủng thuộc Rubrobacter, Gram (+), là Rubrobacter radiotolerans

 Một chủng thuộc Acinetobacter, Gram (-), là Acinetobacter radioresistensHiện nay người ta cũng chưa biết rõ chính xác nguyên nhân tại sao các vi sinh vậttrên và một số vi sinh vật khác lại có khả năng chống lại sự chiếu xạ Người ta dự đoán

rằng chất lượng màu carotenoit có trong các tế bào vi khuẩn trên có liên quan mật thiếtđến khả năng chống chiếu xạ của vi khuẩn Tuy nhiên, lại thấy rằng các chất màu của vikhuẩn D.radiophilus lại không đóng vai trò chống lại sự chiếu xạ (Kilburm.R.E, 1985,levis.J.S, 1974) Người ta cũng dự đoán rằng khả năng sửa chữa các sai xót ở AND củanhững vi khuẩn trên có liên quan đến khả năng chống chiếu xạ ở vi xạ của vi khuẩn(ThayerD.W, 1987) Tuy nhiên những điều trên vẫn còn đang cần khuẩn Mặt khác khảnăng sửa chữa những hư hỏng cấu trúc enzyme của vi khuẩn D.radiodurans cũng đượcnhắc tới như một trong những cơ chế chống chiếu làm sáng tỏ.

2.4 Ảnh hưởng của chiếu xạ lên chất lượng thực phẩm

2.4.1 Những biến đổi về vật lý của thực phẩm

Khi chiếu tia gamma hoặc dòng electron lên mẫu thực phẩm, các photon hoặcelectron trong chùm tia chiếu sẽ tác động lên các hạt vật chất của nguyên tử Nguyên tử

có ba loại hạt proton, neutron, electron Trong đó proton và neutron cùng nằm trongnhân, còn các electron sẽ chuyển động quanh nhân theo những quỹ đạo xác định xunhquanh hạt nhân Với các liều xạ sử dụng trong công nhiệp thực phẩm thì các photon hoặcelectron trong chum tia chiếu không làm ảnh hưởng tới hạt nhân của nguyên tử Chúngchỉ có thể tác động tới các electron của nguyên tử mà thôi

2.4.1.1 Cơ chế tác dụng của tia gama

Khi sử dụng tia gama sẽ sảy ra hai trường hợp: photon sẽ đâm xuyên qua mẫu thựcphẩm và truyền một phần năng lượng cho mẫu, hoặc photon sẽ biến mất trong mẫu thựcphẩm và truyền toàn bộ năng lượng cho mẫu Có hai kiểu tương tác giữa photon của bức

xạ điện tử và electron trong nguyên tử của mẫu được chiếu xạ Đó là hiện tượng quangđiện và hiệu ứng compton

 Hiệu ứng quang điện (photo electron effect):

Khi photon tác động lên electron sẽ tách electron ra khỏi quỹ đạo chuyển động của nótrong nguyên tử và photon biến mất Khi đó mẫu thực phẩm được chiếu xạ sẽ thu nhậntoàn bộ năng lượng mà photon đã tương tác Sự tương tác này có thể biểu diễn cơ chếsau:

Năng lượng của photon = Năng lượng tách electron ra khỏi nguyên tử + Nănglượng có được của electron khi bị tách ra (động năng của electron)Hiệu ứng quang điện sẽ dẫn đến hai hệ quả sau: nguyên tử mất electron sẽ bị ionhóa, đồng thời sẽ xuất hiện electron bậc hai trong mẫu thực phẩm Các electron bậc hainày sẽ tiếp tục chuyển động và tác động lên các electron khác trong cấu trúc của cácnguyên tử có trong thực phẩm và gây ra hiệu ứng tương tự như photon đã gây ra Tuynhiên, cần lưu ý là năng lượng của các electron bậc hai thấp hơn so với năng lượng củaphoton ban đầu.

 Hiệu ứng Compton:

Khi photon tác động lên một electron sẽ tách electron ra khỏi quỹ đạo chuyểnđộng của nó trong nguyên tử Tuy nhiên, photon không bị mất đi và tiếp tục chuyển độngvới năng lượng giảm đi so với ban đầu và quỹ đạo chuyển động của photon cũng bị thayđổi Như vậy trong giai đoạn tiếp theo, cả photon và electron bậc hai đều có thể gây tácđộng đến các electron khác trong cấu trúc của các nguyên tử có trong mẫu thực phẩm

2.4.1.2 Cơ chế tác dụng của dòng electron

Khi sử dụng dòng electron để chiếu xạ, các electron trong chum tia chiếu sẽ tácđộng đến electron trong cấu trúc của những nguyên tử có trong mẫu thực phẩm Tươngtác giữa electron của nguồn chiếu xạ với electron của nguyên tử trong mẫu nguyên liệuđược gọi như là tương tác Coulomb Tương tác Coulomb có thể dẫn đến hai hiện tượngsau đây:

 Tách electron ra khỏi quỹ đạo của cấu trúc nguyên tử, từ đó làm xuất hiệnelectron bậc hai Nguyên tử có electron bị tách ra khỏi quỹ đạo sẽ bị ion hóa

 Làm thay đổi quỹ đạo của một electron trong cấu trúc nguyên tử, từ đó nguyên tử

sẽ chuyển sang trạng thái bị kích thích

Chú ý khả năng đâm xuyên qua mẫu thực phẩm của tia gama cao hơn rất nhiều so với dòng electron Đây cũng là lý do người ta sử dụng tia gamma phổ biến trong chiếu xạthực phẩm

2.4.2 Những biến đổi về hóa học của thực phẩm

2.4.2.1 Tác động đến các thành phần có trong thực phẩm

Thành phần dinh dưỡng của thực phẩm bao gồm các thành phần đa lượng và cáckhoáng vi lượng Bên cạnh đó thành phần nước chiếm lượng lớn tế bào thực phẩm cũngkhông kém phần quan trọng Khi có tác nhân chiếu xạ đến tế bào vi sinh vật thì nước làthành phần dễ bị ảnh hưởng nhất, cơ chế chuyển hóa như sau:

Hình 2: Cơ chế chuyển hóa nước

(Nguồn: Giáo trình Công nghệ bức xạ)

Trong điều kiện yếm khí, thực phẩm sau chiếu xạ sẽ mất màu, mất mùi do không

có mặt của oxy Một trong những phương pháp giữ mùi khi chiếu xạ là phải đưa nhiệt độxuống rất thấp Khi nhiệt độ thấp phản ứng phân hủy nước sẽ giảm

Sau nước là protein và các hợp chất hữu cơ chứa nước rất nhạy cảm đối với chiếu

xạ Sản phẩm do chiếu xạ của axit amin, peptit, protein phụ thuộc vào liều lượng chiếu

xạ, nhiệt độ khí chiếu xạ, lượng oxy, độ ẩm và các yếu tố khác, sản phẩm của quá trìnhtrên là NH3, H2, CO2, H2S Các axit amin rất nhạy cảm với chiếu xạ, trong đó các a.a sauđặc biệt nhạy cảm: Methionin, cystein, histidine, arginine, tyrosine, nhạy cảm nhất làcystein Moser (1967) cho rằng 50% tổng lượng a.a bị mất khi chiếu xạ, trong đó 10% bịmất là tryptophan

Khi chiếu xạ, lipit cũng bị tác động mạnh, đặc biệt là trong trường hợp có mặt củaoxy Sản phẩm của quá trình này là peroxit và các sản phẩm oxy hóa khác như cacbonyl.Tuy nhiên hàm lượng protein, lipid, các carbohydrates hầu như không biến đổi qua xử lý

chiếu xạ Các thay đổi nếu có thường là thay đổi cấu trúc của các polymer sinh học trên.Các protein có thể bị mất cầu nối disulfur hay bị phân cách thành các peptid ngắn Cácacid béo trong lipid có thể bị cắt mạch hay bị oxy hóa nối đôi gây cho sản phẩm có mùi

ôi Vì vậy nếu trong sản phẩm có hàm lượng lipid cao như lạc, olive, dừa thường khôngđược xử lý bằng phương pháp chiếu xạ Các carbohydrates có thể bị cắt mạch thành cácpolysaccharides ngắn hay bị oxy hoá thành acid hữu cơ gây chua cho sản phẩm

Tuy nhiên các biến đổi trên sẽ giảm hẳn nếu chiếu xạ vào thực phẩm trong môitrường lạnh đông, phương pháp tốt nhất là xử lý chiếu xạ kết hợp với quá trình làm lạnh.Mặt khác các thực phẩm trên khi đi vào cơ thể cũng bị cơ thể tiến hành các quá trìnhtương tự để tiêu hóa Vì vậy nhìn chung hàm lượng dinh dưỡng các chất trên được bảotoàn khi xử lý chiếu xạ

Ảnh hưởng của chiếu xạ lên thực phẩm thể hiện rõ nhất là hàm lượng vitamin.Trong các vitamin thông dụng thì các vitamin nhóm B bao gồm Thiamine (B1),Riboflavin (B2), Pyridoxine (B6), ascorbic acid (vitamin C) có sự thay đổi lớn nhất.Nguyên nhân là do trong tế bào thực vật, các chất này có vai trò trong chuỗi vận chuyểnđiện tử của quá trình quang hợp nên rất nhạy với các kích thích điện từ Các vitamin tantrong dầu như vitamin D, K, E có tính nhạy sáng cũng biến đổi mạnh Một điều lý thú là

có một số vitamin lại tăng hàm lượng sau khi chiếu xạ do sự chuyển hoá của các tiềnvitamin dưới tác động của bức xạ, như vitamin D, B12 Sự nhạy với bức xạ của vitaminđược cho như sau: thiamin > ascorbic acid > pyridoxine > riboflavin > folic acid >cobalamin > nicotinic acid (vitamin tan trong nước) và vitamin E > carotene > vitamin A

> vitamin K > vitamin D (vitamin tan trong dầu) +: hàm lượng tăng thêm

Bảng 3: Ảnh hưởng của chiếu xạ lên hàm lượng Vitamin ở một số thực phẩm

Nicotinicacid

Pyridoxi

ne (B6)

Pantothenic acid

601522120

4220130

14220911

102+15-0

-+78

-10

-(Nguồn: Giáo trình Công nghệ chế biến thực phẩm)

Bảng 4: Mức độ thay đổi hàm lượng Vitamin ở một loại thực phẩm khảo sát

1.534.67.62213.921.80.0971.222340342.81.010.016

1.574.465.32197.923.50.0981.262270354.00.810.014

1.984.906.7208.224.90.0131.472270446.10.850.009

(Nguồn: www.tailieu.vn)

(Hàm lượng trong bảo quản bằng phương pháp lạnh đông được lấy là chuẩn)

*Nồng độ tính bằng đơn vị hoạt độ UI/kg

Qua bảng trên ta thấy chiếu xạ β có sự thay đổi về hàm lượng vitamin ít hơn so với chiếu

xạ γ Tuy nhiên như đề cập ở trên thì chiếu xạ β không đem lại hiệu quả diệt khuẩn tốtbằng chiếu xạ γ

*Khi các phân tử của DNA bị ion hóa, chúng có thể bị biến đổi theo nhiều hướng khácnhau:

 Phân tử bị gãy mạch: có thể xảy ra ở một nhánh hoặc ở cả hai nhánh trong cấu trúccủa DNA

 Hydroxyl hóa các gốc base của A, T, G, X

 Phân hủy đường ribose hoặc desoxyribose

 Tạo cầu nối ngẫu nhiên giữa các mạch của DNA không theo một quy luật rõ rang,

ví dụ như tạo cầu nối giữa các base trong cùng một mạch của phân tử DNA

*Một thành phần quan trọng khác của chất lượng sản phẩm là cảm quan Tuy trong rauquả thành phần gây màu là các carotenoid là các chất nhạy với bức xạ điện tử, nhưng cácthử nghiệm cho thấy ảnh hưởng của chiếu xạ lên cảm quan về màu sắc, mùi vị của cácsản phẩm rau quả hầu như không biểu hiện Ở một số trường hợp xử lý chiếu xạ gây biếnđổi về màu sắc nhưng sự biến đổi này là đồng loạt, không phải cục bộ nên có thể chấpnhận được Ở các sản phẩm khác sự thay đổi khó có thể phân biệt được bằng mắt thường

Vì vậy người tiêu dùng khó nhận ra sản phẩm nào được xử lý bằng chiếu xạ và sản phẩmnào không Do đó, trên bao bì phải có cảnh báo cho người tiêu dùng về sản phẩm mìnhmuốn mua

2.4.2.2 Những biến đổi về bao bì sản phẩm

Quá trình chiếu xạ thường được tiến hành khi sản phẩm đã được đóng gói trongbao bì, vì vậy chiếu xạ cũng ảnh hưởng phần nào đến chất lượng bao bì Các loại bao bì

có nguồn gốc vô cơ như thủy tinh, kim loại ít bị ảnh hưởng, các bao bì có nguồn gốc sinhhọc như giấy và các bao bì nhựa tổng hợp thì bị ảnh hưởng mạnh hơn Tuy nhiên có loạibao bì tổng hợp như P.E (Polyethylene), P.S (Polystirene) thì hầu như không bị ảnhhưởng

Bảng 5: Những biến đổi của bao bì vật liệu dưới tác dụng của liều chiếu tối đa

Vật liệu Liều chiếu tối đa (kGy) Ảnh hưởng ở liều chiếu tối đa

Popypropylene 25 Giảm khối lượng bao bì

2.5 Phương pháp kiểm tra chất lượng thực phẩm sau chiếu xạ

Để kiểm tra đánh giá sự biến đổi chất lượng thực phẩm sau chiếu xạ có thể dùngmột trong các phương pháp sau:

 Phương pháp phổ cộng hưởng từ electron: phương pháp này định lượng các gốc tự

do sinh ra trong quá trình xử lý Phổ chuẩn thường dùng là 13C – MNR với chấtphát màu là Thermoluminescence

 Phương pháp sắc ký: có thể phát hiện và định lượng lipid và cacbohydrate bị chiếu

xạ Các loại sắc ký thường dùng là sắc ký khí (GC) và sắc ký lỏng cao áp (HPLC)

 Phương pháp đếm vi khuẩn gram âm (GNBC – Gram negative bacteria count):đây là phương pháp ước lượng tỉ lệ vi khuẩn còn sống trên mẫu thực phẩm Nếu sốlượng vi sinh vật còn sống càng ít thì khả năng bảo quản càng cao

 Phương pháp kỹ thuật miễn dịch gắn men (ELISA – enzyme linkage immuneserum assay): đây là phương pháp sử dụng các kháng thể đơn dòng (Mabs) để địnhlượng các ADN ngắn hay các mảnh ADN bị phân hủy bởi tia bức xạ trên thựcphẩm Các kháng thể đơn dòng được sử dụng sẽ tương ứng với các loại vi sinh vật