Phương pháp chiếu xạ thực phẩm

Chiếu xạ thực phẩm là quá trình chiếu bức xạ ion hóa lên thực phẩm nhằm tiêu diệt các sinh vật còn tồn dư trong thực phẩm, nhờ đó bảo quản thực phẩm, làm giảm nguy cơ bệnh tật do thực phẩm gây ra, ngăn chặn sự lây lan của các loài xâm hại, và làm chậm trễ hoặc loại bỏ mọc mầm hoặc chín, hỏng. Các bức xạ ion hóa có thể được phát ra bởi nguồn chất phóng xạ hoặc tạo ra bằng điện. Chỉ một số nguồn bức xạ nhất định được dùng để chiếu xạ thực phẩm, năng lượng từ các nguồn bức xạ phát ra là rất thấp để không gây tính phóng xạ cho bất kỳ nguyên liệu nào. Chiếu xạ nói chung còn được dùng trong khử trùng dụng cụ y tế và tương tự. Các dụng cụ hay thực phẩm chiếu xạ không trở thành thể có tính phóng xạ, không gây nguy hiểm về phóng xạ cho người dùng. Bức xạ ion hóa có thể làm thay đổi các đặc tính vật lý, hóa học và sinh học của các vật liệu được chiếu xạ. Hiện nay, các ứng dụng chủ yếu trong công nghiệp của bức xạ là khử trùng các sản phẩm y khoa, chăm sóc sức khỏe bao gồm các loại thuốc, chiếu xạ bảo quản thực phẩm và các sản phẩm nông nghiệp (với các mục đích khác nhau, chẳng hạn như diệt côn trùng, làm chậm chín, ức chế nảy mầm, kiểm soát sâu bọ và khử trùng), và biến tính vật liệu (chẳng hạn như polyme hóa, khâu mạch polyme và tạo màu cho đá quý). Bức xạ ion thường dùng trong thực phẩm là tia gamma được phát ra từ chất phóng xạ Cobalt 60 (phổ biến) hoặc Cesium 137 (rất hiếm dùng) để chiếu vào thực phẩm nhằm diệt vi khuẩn, côn trùng và một số ký sinh trùng. Đôi khi phương pháp chiếu xạ này còn được gọi là phương pháp khử trùng điện tử (electronic pasteurization) hay khử trùng lạnh (cold pasteurization) vì phương pháp này không sử dụng nhiệt độ để tiệt trùng.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TIỀN GIANG KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

SEMINAR CHUYÊN NGÀNH NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

CHIẾU XẠ THỰC PHẨM

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

NGUYỄN TẤN HÙNG

SINH VIÊN THỰC HIỆN:

1 NGUYỄN BÙI NGỌC TÂN 015103055 LỚP: ĐHCNTP15A

2 NGUYỄN MINH HOÀNG 015103045 LỚP: ĐHCNTP15A

3 HUỲNH ĐÌNH KIM TÚ 015103070 LỚP: ĐHCNTP15B

Tiền Giang, tháng 4 năm 2018

PHẦN KÝ DUYỆT

2 Nguyễn Minh Hoàng

3 Huỳnh Đình Kim Tú

XÉT DUYỆT CỦA BỘ MÔN

………

………

………

………

………

Tiền Giang, ngày tháng năm 20…

TRƯỞNG BỘ MÔN

MỤC LỤC

I GIỚI THIỆU 3

II TỔNG QUAN VỀ CHIẾU XẠ THỰC PHẨM 4

1 Khái niệm 4

2 Thiết bị chiếu xạ thực phẩm 4

2.1 Tổng quan về thiết bị chiếu xạ 4

2.2 Cơ chế diệt khuẩn 10

2.3 Bao gói, bảo quản, ghi nhãn 12

III QUY ĐỊNH VỆ SINH AN TOÀN ĐỐI VỚI THỰC PHẨM BẢO QUẢN BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾU XẠ 13

1 Yêu cầu đối với thực phẩm chiếu xạ 13

2 Yêu cầu đối với tia chiếu xạ 13

IV CHẤT LƯỢNG THỰC PHẨM SAU CHIẾU XẠ 16

1 Biến đổi về dinh dưỡng 16

2 Biến đổi về bao bì 18

3 Tác động của phương pháp chiếu xạ đến an toàn thực phẩm 18

4 Tình hình xuất khẩu trái cây chiếu xạ ở Việt Nam 21

4.1 Thanh long chiếu xạ 21

4.2 Chôm chôm chiếu xạ 22

V KẾT LUẬN 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

3

I GIỚI THIỆU

Chiếu xạ thực phẩm là một công nghệ an toàn được sử dụng để giảm tổn thất thực phẩm do hư hỏng và để kiểm soát ô nhiễm gây ra các loại bệnh tật và chết người Sự an toàn của kỹ thuật này đã được chứng minh nhằm loại bỏ sự cần thiết của việc sử dụng nhiều hóa chất có thể gây hại lên thực phẩm Nhưng gặp nhiều khó khăn trong việc thúc đẩy công nghệ và giáo dục nhận thức của cộng đồng về thực phẩm chiếu xạ

Quá trình chiếu xạ thực phẩm đã được phát triển từ giữa những năm 1940, kể

từ việc đóng hộp thực phẩm được phát minh và đã có những kết quả tích cực Chiếu xạ thực phẩm sẽ là phương tiện hữu ích giúp bảo quản thực phẩm, cải thiện các tiêu chuẩn vệ sinh cũng như dinh dưỡng của thực phẩm

Theo xu hướng phát triển của thời đại, việc sử dụng bức xạ ở một liều lượng nằm trong giới hạn cho phép, để bảo vệ thực phẩm khỏi các tác hại của vi sinh vật

là một phương pháp đầy triển vọng Vì nó vừa đem lại các lợi ích kinh tế vừa đảm bảo sức khỏe cho người tiêu dùng Thế nhưng, thực tế cho thấy thực phẩm chiếu xạ lại không được người tiêu dùng chào đón như những gì lợi ích của nó mang lại Một thực tế khác cho thấy, các vấn đề xung quanh thực phẩm chiếu xạ như: chi phí quá cao cho công nghệ, in ấn bao bì, cung cấp thông tin và giáo dục cho người tiêu dùng biết về thực phẩm chiếu xạ đã khiến cho các công ty, các cơ quan

có trách nhiệm vẫn chưa dám đầu tư thực hiện Dẫn đến việc phần lớn người tiêu dùng vẫn còn hiểu sai về thực phẩm chiếu xạ, không chỉ ở Việt Nam mà ngay cả ở các nước phát triển đã ứng dụng công nghệ này từ lâu cũng xảy ra tình trạng tương

tự như vậy Chẳng hạn như, các cuộc thăm dò dư luận tại Canada cho biết trên 54% dân chúng chưa sẵn sàng chấp nhận kỹ thuật chiếu xạ thực phẩm Họ còn rất e dè trước phương pháp quá mới mẻ này Còn rất nhiều ẩn số chưa có đáp số thỏa đáng

Họ luôn thắc mắc về tác dụng về lâu về dài của việc tiêu thụ thực phẩm chiếu xạ sẽ ảnh hưởng ra sao trên sức khỏe con người? Chuyện gì sẽ xảy ra cho chúng ta trong tương lai?

Thực chất, chiếu xạ thực phẩm không phải là mới mẻ Các loại thịt, cá, trái cây và rau củ đã được bảo quản qua hàng thế kỷ bởi năng lượng ánh sáng mặt trời Gần đây, bức xạ hồng ngoại và lò vi sóng đã được thêm vào danh sách các bức xạ năng lượng trong chế biến thực phẩm

Các bức xạ ion hóa có thể được phát ra bởi nguồn chất phóng xạ hoặc tạo ra bằng điện Chỉ một số nguồn bức xạ nhất định được dùng để chiếu xạ thực phẩm, năng lượng từ các nguồn bức xạ phát ra là rất thấp để không gây tính phóng xạ cho bất kỳ nguyên liệu nào Chiếu xạ nói chung còn được dùng trong khử trùng dụng cụ

y tế và tương tự Các dụng cụ hay thực phẩm chiếu xạ không trở thành thể có tính phóng xạ, không gây nguy hiểm về phóng xạ cho người dùng

Bức xạ ion hóa có thể làm thay đổi các đặc tính vật lý, hóa học và sinh học của các vật liệu được chiếu xạ Hiện nay, các ứng dụng chủ yếu trong công nghiệp của bức xạ là khử trùng các sản phẩm y khoa, chăm sóc sức khỏe bao gồm các loại thuốc, chiếu xạ bảo quản thực phẩm và các sản phẩm nông nghiệp (với các mục đích khác nhau, chẳng hạn như diệt côn trùng, làm chậm chín, ức chế nảy mầm, kiểm soát sâu bọ và khử trùng), và biến tính vật liệu (chẳng hạn như polyme hóa, khâu mạch polyme và tạo màu cho đá quý)

Bức xạ ion thường dùng trong thực phẩm là tia gamma được phát ra từ chất phóng xạ Cobalt 60 (phổ biến) hoặc Cesium 137 (rất hiếm dùng) để chiếu vào thực phẩm nhằm diệt vi khuẩn, côn trùng và một số ký sinh trùng

Đôi khi phương pháp chiếu xạ này còn được gọi là phương pháp khử trùng điện tử (electronic pasteurization) hay khử trùng lạnh (cold pasteurization) vì phương pháp này không sử dụng nhiệt độ để tiệt trùng

2 Thiết bị chiếu xạ thực phẩm

2.1 Tổng quan về thiết bị chiếu xạ

Một thiết bị chiếu xạ lớn gồm có các thành phần sau:

- Nguồn bức xạ

- Nơi chứa nguyên liệu để tiếp nhận nguồn bức xạ

5

- Thiết bị điều chỉnh liều lượng bức xạ, bảo vệ, ngăn ngừa việc nhiễm xạ ra ngoài

- Thiết bị đo, nhập liệu, tháo liệu

Trong các thành phần trên thì buồng chiếu xạ, nơi sản phẩm được xử lý bằng bức xạ, là trung tâm của thiết bị chiếu xạ đó Các thành phần chính khác của một thiết bị chiếu xạ công nghiệp bao gồm:

- Bể bảo vệ bảng nguồn phóng xạ Cobalt 60 (khô hoặc ướt)

- Động cơ nâng/hạ nguồn phóng xạ

- Tường bảo vệ xung quanh nhà nguồn

- Bảng (phòng) điều khiển

- Các thùng chứa sản phẩm

- Hệ thống băng tải đưa sản phẩm vào/ra buồng chiếu xạ

- Hệ thống khóa liên động để kiểm soát và đảm bảo an toàn cho quá trình chiếu xạ

- Khu vực nạp và dỡ sản phẩm

- Các trang thiết bị phụ trợ

6

Hình 1 Mô hình dây chuyền chiếu xạ quy mô công nghiệp

(Nguồn: Gamma Irradiators For Radiation Processing, Mr Andrzej G Chmielewski, IAEA, p.11-40)

Đây là các bức xạ điện từ có bước sóng cực ngắn λ < 0.001 nm Bức xạ này

có độ xuyên sâu mạnh, năng lượng điển hình lớn Các sóng γ tác động lên hầu hết các vật chất trên đường đi của nó gây ra những biến đổi mạnh

Chúng gây ra sự phá hủy các liên kết hydro trong các phân tử của tế bào, mối nối hyđro trong phân tử AND, kết quả là hydro sẽ tách khỏi deoxiribose Chúng còn có khả năng thủy phân purin và pyrimidine

Hai đồng vị phóng xạ thường dùng là 60

Co và 137Cs Cường độ bức xạ của hai chất trên là Co: 2,8 triệu Bq/g và Cs: 3 triệu Bq/g (1Bq bằng một lượng tử bức

xạ trong 1 giây) Năng lượng điển hình là Co: 1,173 MeV và Cs: 0.661 MeV

Phóng xạ γ thường dùng khi cần chiếu xạ vào sâu bên trong vật thể Một bức

xạ γ ở mức năng lượng bình thường có thể xuyên qua một tấm chì dày 5cm hay một tấm nhôm dày 2m

 Nguồn phóng xạ β:

Phóng xạ β là các tia electron Phóng xạ β có thể tạo được từ nguồn đồng vị phóng xạ β hay máy gia tốc eletcron Ở đây chỉ đề cập đến nguồn đồng vị phóng xạ

β Phóng xạ β không có tính xuyên sâu mạnh nên an toàn hơn phóng xạ γ

Các nguồn phóng xạ β thường gặp là 32P, 35S,123I… Phương trình biến đổi chung của đồng vị phóng xạ β:

 Ngoài ra người ta còn sử dụng tia tử ngoại:

- Tác dụng mạnh lên vi sinh vật với bước sóng 2600A0, năng lượng 3 - 5eV

Ở bước sóng này rất nhiều vi sinh vật sẽ bị chết

- Các acid nucleic sẽ hấp thụ tia tử ngoại và làm biến đổi các base của acid nucleic Cơ chế cơ bản của chúng là làm liên kết các thymin của AND Do tác động này mà tế bào dinh dưỡng của vi sinh vật dễ dàng bị chết

- Tuy nhiên một số tế bào vi sinh vật cũng có khả năng chống lại tác động

của tia tử ngoại Các loài Micrococcus có khả năng tạo ra những sắc tố có thể hấp

8

thụ những tia tử ngoại và như vậy chúng sẽ làm giảm tác động của tia tử ngoại lên

tế bào vi sinh vật

- Một cơ chế tác động ngược lại của vi sinh vật đối với tia tử ngoại là chúng

có khả năng sửa chữa các sai sót của base nitơ khi bị tia tử ngoại tác động vào Khả năng này rất khác nhau ở những loài vi sinh vật khác nhau: Virus > nấm men tạo bào tử > vi khuẩn tạo bào tử > nấm men > vi khuẩn gram (+) > vi khuẩn gram (-)

Bảng 1 Bảng thống kê năng lƣợng của các tia bức xạ

(nguồn: vi.wikipedia.org/wiki/Ánh_sáng)

 Nguồn bức xạ từ máy tạo bức xạ

 Máy gia tốc electron (electron accelerator):

Máy gia tốc là các máy tạo ra một điện trường cực lớn Máy thường có cấu tạo gồm hai bản cực Cực âm là kim loại có khối lượng phân tử trung bình, với electron thấp Dưới tác dụng của điện thế rất cao giữa hai bản cực (10 – 100 KV), các electron này bật khỏi tấm kim loại và bay về phía bản cực dương Trên đường

đi của electron, người ta đặt các nam châm điện để định hướng lại quỹ đạo của electron bằng từ trường Việc định hướng này làm các electron không đập vào bản cực dương mà bay vào các ống định hướng tia âm cực CRT (Cathode Ray Tube) Đầu ra của các ống CRT này là sản phẩm mà ta muốn chiếu xạ

 Máy tạo tia Roentgen (Máy gia tốc electron bức xạ hãm):

Máy tạo tia Roentgen (tia X) có cấu tạo gần giống máy gia tốc electron Tuy nhiên cực dương của máy không phải là các ống CRT mà là tế bào quang điện Tế bào quang điện là các mảnh kim loại có số khối lớn (gọi là bia biến đổi) như Pb, W,

Ta, Au,… Luồng electron tốc độ cao mang năng lượng lớn sẽ bắn phá tế bào quang điện làm tế bào quang điện phát ra các sóng điện từ có bước sóng cực ngắn Đó là

9

tia Roetgen (hay tia X), các tia này có bước sóng từ 0.01 nm đến 1000 nm, tia Roentgen còn được gọi là bức xạ hãm Tia Roentgen có độ xuyên sâu mạnh (chỉ thua tia γ) Máy tạo tia Roentgen có hiệu suất tạo bức xạ hãm thấp, chẳng hạn như chì (Pb) có hiệu suất tạo bức xạ hãm là 8% Phần lớn năng lượng còn lại chuyển thành nhiệt lượng Vì vậy mảnh kim loại rất nóng, phải dùng nước để tản nhiệt

Bức xạ hãm này có tính xuyên sâu mạnh có thể dùng cho các sản phẩm cần

xử lý bằng tia γ Nó có ưu điểm hơn đồng vị phóng xạ γ ở các mặt sau (lưu ý là ta không có máy để tạo phóng xạ γ):

- Có định hướng, khoảng 60% lượng bức xạ hãm này đến được vật cần chiếu xạ, trong khi bức xạ của đồng vị phóng xạ γ phát đều theo mọi hướng nên tỉ lượng bức xạ có ích rất thấp, nguồn 137

Cs có hiệu suất 20%

- Liều ổn định và đồng đều (các đồng vị phóng xạ có liều bức xạ giảm dần theo thời gian)

Bàng 2 So sánh hiệu suất sử dụng năng lƣợng của các nguồn bức xạ

(Nguồn: Giáo trình Xử lý bức xạ và cơ sở của công nghệ bức xạ, Trần Đại Nghiệp, NXB ĐHQG Hà Nội)

Nhìn chung các máy tạo bức xạ có các ưu điểm là công suất lớn, liều chiếu lớn, hiệu suất cao và có định hướng Tuy cần tiêu tốn năng lượng khi vận hành nhưng ta có thể kiểm soát được liều lượng, cường độ và hướng chiếu xạ

2.1.2 Thiết bị điều chỉnh năng lượng bức xạ

Thông thường nguồn bức xạ thường phát ra bức xạ vượt mức yêu cầu của quy trình công nghệ, nên ta phải điều chỉnh năng lượng bức xạ Đối với các máy bức xạ thì việc điều chỉnh dễ dàng thông qua bộ phận điều khiển trên máy Còn đối với các đồng vị phóng xạ thì chúng ta phải sử dụng các chất hấp thụ bớt một phần

Máy gia tốc electron Nguồn bức xạ hãm Nguồn 60Co

10

năng lượng Các chất thường dùng là các kim loại nặng, nước, nước nặng (D2O) Thường dùng nhất là chì và nước

Một điều lưu ý quan trọng là vật liệu để chế tạo thiết bị chiếu xạ không được

để bức xạ bị lọt ra ngoài gây nguy hiểm cho người vận hành, đặc biệt là bức xạ dạng tia γ hay tia X do đặc tính xuyên sâu mạnh của nó Với hai nguồn phóng xạ này thì vật liệu thích hợp là bê tông Bề dày trung bình của bức tường này là từ 6 –

7 ft (khoảng 2m)

Ngoài ra với đồng vị phóng xạ cần có biện pháp bảo quản khi không vận hành Thường các đồng vị phóng xạ tia γ được đặt dưới bể nước sâu để làm giảm mức nguy hiểm

2.2 Cơ chế diệt khuẩn

Cơ chế diệt vi sinh, côn trùng, nấm mốc gây hại cho con người khi sử dụng thực phẩm dựa trên tính chất ion hóa các nguyên tử, phân tử cấu thành nên các cơ thể sống, đặc biệt là các phân tử DNA của tế bào vi sinh gây bệnh Khi các phân tử của DNA bị ion hóa, các liên kết giữa chúng bị đứt gẫy Nếu chiếu xạ ở một liều đủ thì việc phục hồi các đứt gẫy trong cấu trúc DNA sẽ không thực hiện được và khi

đó tế bào sẽ bị chết trong quá trình phân bào và vi sinh gây bệnh không thể phát triển được

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

Trong đó:

N: Số vi sinh sống sót sau khi chiếu xạ

No : Số vi sinh ban đầu

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

D: Liều chiếu (kGy)

đó ở nhiệt độ bình thường 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 bệnh nhỏ nhất là 10 kGy hoặc lớn hơn Đối với vi sinh ở dạng bào tử liều D10 cao hơn nhiều khi ở dạng bình thường và cỡ vài kGy

Bảng 3: Liều gây chết xấp xỉ đối với một số loài vi sinh Loài vi sinh Liều gây chết xấp xỉ ( kGy)

1

0.1

0.01

0.001

Bacillus subtillus

Bacillus coagulans

Clostridium botulinum (A)

Clostridium botulinum (E)

23 ÷ 50

10 ÷ 17

(Nguồn: FOOD IRRADIATION TODAY, O.P Snyder and D.M Poland, Hospitality Institute of Technology and Management)

2.3 Bao gói, bảo quản, ghi nhãn

Thực phẩm trước và sau khi chiếu xạ phải

được đóng gói trong cùng một bao bì

Thực phẩm đã chiếu xạ phải được bảo quản

theo quy định như thực phẩm khi chưa chiếu xạ

Trên bao bì của thực phẩm đã chiếu xạ, ngoài những thông tin bắt buộc theo

quy định của pháp luật về ghi nhãn thực phẩm phải có dòng chữ: “Thực phẩm

chiếu xạ” hoặc dán nhãn hiệu nhận biết thực phẩm chiếu xạ “Radura” của FDA

Hoa Kỳ

Hình 2 Dấu hiệu Radura của FDA Hoa Kỳ dùng để báo

thực phẩm đã xử lý chiếu xạ

(nguồn: vi.wikipedia.org/wiki/Chiếu_xạ_thực_phẩm)

13

III QUY ĐỊNH VỆ SINH AN TOÀN ĐỐI VỚI THỰC PHẨM BẢO QUẢN BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾU XẠ

1 Yêu cầu đối với thực phẩm chiếu xạ

Thực phẩm chiếu xạ là thực phẩm có từ 5% trở lên theo khối lượng đã hấp thụ một liều vượt quá liều hấp thụ tối thiểu

Thực phẩm trước khi chiếu xạ đã được chế biến trong điều kiện bảo đảm vệ

sinh, đạt chất lượng theo các tiêu chuẩn tương ứng

Không được chiếu xạ lại thực phẩm trừ trường hợp: ngũ cốc, đậu đỗ, các loại thực phẩm khô và các hàng hoá khác tương tự được chiếu xạ với mục đích kiểm

soát tái nhiễm côn trùng hoặc ức chế sự nảy mầm

Thực phẩm không được coi là chiếu xạ lại nếu:

- Thực phẩm chế biến từ nguyên liệu đã được chiếu xạ ở liều hấp thụ không lớn hơn 1 kGy

- Thực phẩm đem chiếu xạ chứa không quá 5% thành phần theo khối lượng

2 Yêu cầu đối với tia chiếu xạ

Theo quy định quốc tế, năng lượng các bức xạ ion hóa sử dụng cho chiếu xạ thực phẩm là:

- Đối với tia gamma và tia X phải nhỏ hơn 5 MeV

- Đối với chùm tia điện tử phải nhỏ hơn 10 MeV

Hiện nay, đã có một số nước chấp nhận cho phép năng lượng tia X (phát ra

từ các máy gia tốc) có thể đến 7,5 MeV

Về tác dụng đối với thực phẩm: chất dinh dưỡng thực phẩm (protein, chất béo, vitamin, đường…) là các đại phân tử có hệ số đương lượng liều giống như