Sử dụng kĩ thuật chế biến tối thiểu hóa

Chương 2 Kỹ thuật chiếu xạ
2.3 SỬ DỤNG KỸ THUẬT CHIẾU XẠ TRONG CHẾ BIẾN TỐI THIỂU
[4, 5, 6, 7, 16, 22, 23]
2.3.1. Khái niệm
Chiếu xạ là quá trình chiếu các tia bức xạ mang năng lượng, có bản chất là sóng
điện từ vào vật cần được xử lý như thực phẩm.
Mỗi bức xạ được đặc trưng bằng dải năng lượng tương ứng với bước sóng λ xác
đònh. Mối tương quan giữa năng lượng E của bức xạ và bước sóng là:
λ
ν
hc
hE
==
2.3.2 Phân loại bức xạ theo năng lượng bước sóng
Bảng 2.6: phân loại tia bức xạ
Dạng

bức

xạ Năng

lượng

Bước

sóng
Bức

xạ

nhiệt

Vi

sóng

(Microwave)
Hồng

ngoại

(Infrarred)
Ánh

sáng

khả

kiến
Tử

ngoại

(Ultra

Violet)
Tia

Roentgen

(Tia

X)
Tia

γ
<

100

eV
1

–

100

keV
1

–

100

MeV
>100

µm
10

–

100

µm
1

–

10

µm
380

–

760

nm
10

-380

nm
0.01

–

10

nm
<

0.01

nm
2.3.3 Các tia bức xạ thường dùng trong chế biến và bảo quản thực phẩm
 Vi sóng (Microwave): đây là tia có bùc sóng dài, không có khả năng
xuyên sâu, thường dùng để gia nhiệt cho thực phẩm
 Tia hồng ngoại: Dùng trong bảo quản thòt, có khả năng tạo ra lượng nhiệt và
được sử dụng trong quá trình gia nhiệt. Phương pháp này không đủ năng lượng để
tạo ra ion và hiệu quả bảo quản phụ thuộc vào nhiệt lượng tạo ra.
 Tia cực tím: Có tác dụng diệt khuẩn, đặc biệt là tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh
trong không khí và thường được sử dụng diệt khuẩn trong kho bảo quản, thùng
chứa, bề mặt sản phẩm. Tia này xâm nhập vào bên trong thực phẩm thấp. Độ
dài của tia cực tím ở 250nm có tác dụng diệt khuẩn tối đa. Tia sáng này có khả
năng xuyên qua và giết chết tế bào vi sinh vật trong một thời gian ngắn nhưng
bào tử và nấm mốc đề kháng tốt hơn nấm men. Khi tăng cường độ thì tỉ lệ diệt vi
SV: Võ Thò Thu Hằng - 32 GVHD: Thầy Lại Quốc Đạt
Chương 2 Kỹ thuật chiếu xạ
sinh vật tăng lên. Việc lắp đặt đèn cực tím cần tránh nguồn sáng từ đèn chiếu
trực tiếp vào mắt người lao động vì sẽ gây nguy hiểm. Hiện nay tia cực tím được
sử dụng cho chiếu xạ thòt và các sản phẩm thòt để kiểm soát sự phát triển của vi
sinh vật trên bề mặt.
 Tia X, tia γ : tia có bước sóng cực ngắn, độ xuyên sâu mạnh, thøng dùng để diệt
khuẩn.
 Tia β: là dòng electron chuyển động trong điện trường rất lớn. Khả năng xuyên
sâu trung bình, nhưng tiêu tốn năng lượng lớn, thường dùng để sát khuẩn bề mặt.
Trong các tia bức xạ trên, người ta thường sử dụng nhiều nhất là tia X, tia γ và tia β
trong chế biến tối thiểu để chiếu xạ thực phẩm.
2.3.4 Cơ chế tác động của các tia bức xạ
 Tác động chính của tia bức xạ là gây ion hóa vật chất, nghóa là kích thích các

phân tử, nguyên tử trong môi trường vật chất biến đổi thành các ion. Tác động
này thường phá hủy cấu trúc hiện có của vật chất. Vì vậy, chiếu xạ thường dùng
để tiêu diệt các thành phần không mong muốn trong thực phẩm như vi sinh vật,
côn trùng…
 Trong thực phẩm chất trực tiếp nhận ảnh hưởng của bức xạ là nước. Nước bò ion
hoá sinh ra các ion tích điện hoặc các gốc tự do theo các phản ứng sau:

 Các gốc tự do như hydro (H
.
), hydroxyl (OH
.
), hydroperoxyl (HO
2
.
) sinh ra không
bền (tồn tại ngắn hơn 10
-5
s) nên phải tác động lên các hợp chất trong tế bào như:
protein, carbohydrate, lipid, enzyme, DNA, RNA gây biến đổi chúng, dẫn tới kết
SV: Võ Thò Thu Hằng - 33 GVHD: Thầy Lại Quốc Đạt
Chương 2 Kỹ thuật chiếu xạ
quả là vô hoạt các enzyme (như lypoxygenase và peroxidase), oxi hoá các acid
béo, phân hủy các vitamin tan trong dầu và các sắc tố.
 Tuy nhiên tác động quan trọng nhất của tia bức xạ là thay đổi cấu trúc DNA và
RNA, ảnh hưởng lên quá trình tăng trưởng và phát triển của vi sinh vật. Sự tác
động này bắt đầu có hiệu quả sau khi chiếu xạ một thời gian ngắn, khi tế bào
không thể tổng hợp enzyme và phân chia.
 Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả của tia bức xạ:
 Đặc tính của vi sinh vật:
♦ Sự nhạy cảm với bức xạ của vi sinh vật được đánh giá bằng chỉ số D

10
(liều lượng chiếu xạ cần để giảm lượng vi sinh xuống còn 10%). Số lượng
vi sinh giảm theo hàm log khi tăng liều lượng chiếu xạ, ngoại trừ những
vi sinh vật có khả năng tái tạo lại DNA sau khi bò chiếu xạ.
♦ Tế bào vi sinh vật có kích thước càng nhỏ thì liều lượng chiếu xạ phải
càng lớn do: các tế bào vi sinh vật kích thước nhỏ hấp thu ít năng lượng
hơn các tế bào vi sinh vật kích thước lớn. Trong đó virus có khả năng chòu
đựng rất tốt và hầu như không bò tiêu diệt bởi liều lượng chiếu xạ thường
dùng trong sản xuất.
♦ Các vi sinh vật có khả năng sinh bào tử (như Clostridium botulinum,
Bacillus cereus )và những loại vi sinh vật tái tạo lại DNA (như
Deinococcus radiodurans ) có khả năng chống bức xạ tốt hơn những loại
khác.
 Pha phát triển của tế bào vi sinh vật: tế bào vi sinh vật ở pha log dễ bò tiêu diệt
nhất do ở giai đoạn này, tế bào phân chia, cởi xoắn DNA để sao chép nên dễ bò
tia bức xạ tác động.
 Thành phần thực phẩm: hàm lượng nước trong thực phẩm lớn sẽ tăng hiệu quả
tiêu diệt vi sinh vật do nước là các phần tử linh động nên tăng khả năng vận
chuyển các gốc tự do. Thực phẩm có độ nhớt cao sẽ giảm khả năng vận chuyển
gốc tự do, vì vậy giảm tác động của tia phóng xạ.
 Loại tia bức xạ, liều lượng chiếu xạ, loại vi sinh vật:
♦ Để tiêu diệt vi sinh vật một cách hiệu quả trong thực phẩm ta nên sử
dụng tia Roentgen hay tia gamma vì có độ xuyên sâu cao, và năng lượng
cao, nhất là các sản phẩm có bề dày lớn.
♦ Tùy vào từng loại vi sinh vật và sản phẩm đem chiếu xạ mà ta sử dụng
những liều lượng chiếu xạ và nhiệt độ khác nhau. Các vi sinh vật gây
SV: Võ Thò Thu Hằng - 34 GVHD: Thầy Lại Quốc Đạt
Chương 2 Kỹ thuật chiếu xạ
bệnh như Samolnella Typhimurium có khả năng kháng bức xạ kém hơn
Clostridium botulinum và ở liều lượng chiếu xạ 3-10kGy là có thể giảm

đáng kể số lượng của nó (Guise, 1986). Đối với các loài như
Campylobacter spp., Escherichia coli hay Vibrio… cần liều lượng chiếu xạ
trên 10kGy thì mới tiêu diệt hiệu quả.
Hình 2.10: Sự ảnh hưởng của bức xạ lên vi sinh vật
A: Pseudomonas spp. - B: Salmonella spp. - C: Bacillus cereus - D: Deinococcus radiodurans
– E: một số virus thông dụng.
2.3.5 Thiết bò xử lý thực phẩm bằng chiếu xạ
Một thiết bò chiếu xạ gồm có các thành phần sau
 Nguồn bức xạ
 Nơi chứa nguyên liệu để tiếp nhận nguồn bức xạ
 Thiết bò điều chỉnh liều lượng chiếu xạ, bảo vệ, ngăn ngừa việc nhiễm xạ ra
ngoài.
 Thiết bò đo, nhập liệu, tháo liệu.
2.3.5.1 Nguồn bức xạ
Người ta thường phân loại thiết bò theo nguồn bức xạ, có hai loại nguồn thường sử
dụng là tia gamma và dòng điện tử có gia tốc.
Tia gamma
Nguồn tia gamma thường dùng là đồng vò Co
60
(năng lượng là 1.17 MeV và 1.33
MeV) và đồng vò Cs
137
(0.662 MeV). Hai đồng vò này có thời gian bán huỷ dài (Co
60
T=5.27
năm, Cs
137
T= 30 năm)
SV: Võ Thò Thu Hằng - 35 GVHD: Thầy Lại Quốc Đạt
Chương 2 Kỹ thuật chiếu xạ

Đây là bức xạ điện từ có bước sóng cực ngắn λ < 0.001 nm, có độ xuyên sâu mạnh
hơn dòng điện tử được gia tốc nhưng tốc độ truyền năng lượng thì không cao bằng.
Bức xạ tia gamma thường dùng khi cần chiếu xạ bề sâu bên trong vật thể. Một
chiếu xạ gamma ở mức năng lượng bình thường có thể xuyên qua một tấm chì dày 5 cm hay
một tấm nhôm dày 2 m.
Dòng điện tử được gia tốc
Năng lượng của dòng điện tử này phụ thuộc vào gia tốc nhưng với cùng năng lượng
với tia gamma thì dòng điện tử có khả năng xuyên qua thực phẩm yếu hơn. Dòng này được
tạo ra từ máy gia tốc electron.
Hình 2.11: Máy gia tốc electron (electron accelerator)
Chú thích: 1: cực âm, 2: cực dương, 3: nam châm điện, 4: ống cathode (CRT)
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, có ái lực 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 đònh hướng lại quỹ đạo của electron bằng từ trường.Việc đònh
hướng này làm các electron không đập vào bản cực dương mà bay vào các ống đònh hướng
tia âm cực CRT (Cathode Ray Tube). Đầu ra của các ống CRT này là sản phẩm mà ta muốn
chiếu xạ.
2.3.5.2 Thiết bò điều chỉnh năng lượng bức xạ
Thông thường nguồn bức xạ thường phát ra bức xạ với năng lượng vượt mức yêu cầu
của quy trình công nghệ, nên ta phải điều chỉnh năng lượng bức xạ. Đối với các máy
gia tốc thì việc điều chỉnh dễ dàng thông qua bộ phận điều khiển trên máy. Còn đối với các
SV: Võ Thò Thu Hằng - 36 GVHD: Thầy Lại Quốc Đạt
Chương 2 Kỹ thuật chiếu xạ
đồng vò phóng xạ thì chúng ta phải sử dụng các chất hấp thụ bớt một phần năng lượng. Các
chất thường dùng là các kim loại nặng, nước, nước nặng (D
2
O). Thường dùng nhất là chì và
nước.

Một điều lưu ý quan trọng là vật liệu để chế tạo thiết bò chiếu xạ để bức xạ không bò
lọt ra ngoài gây nguy hiểm cho người vận hành, đặc biệt là bức xạ dạng tia gamma hay tia
X do đặc tính xuyên sâu mạnh của nó. Với hai nguồn bức xạ này thì vật liệu thích hợp là bê
tông. Bề dày bình trung bình của tường bê tông là từ 6 – 7 foot (khoảng 2 m).
Ngoài ra với đồng vò phóng xạ cần có biện pháp bảo quản khi không vận hành.
Thường các đồng vò phóng xạ tia gamma được đặt dưới bể nước sâu để làm giảm mức
nguy hiểm.
Hình 2.12: Mô hình một thiết bò sử dụng đồng vò phóng xạ
2.3.6. Ưu nhược điểm của kỹ thuật chiếu xạ
 Phương pháp xử lý bằng chiếu xạ có các ưu điểm sau:
 Không sử dụng nhiệt, bảo đảm cho chất lượng thực phẩm được giữ nguyên.
 Có thể xử lý cả thực phẩm tươi lẫn thực phẩm đã được đóng gói trong bao bì.
 Không sử dụng hóa chất bảo quản, nên không gây ra độc tố cho người tiêu dùng.
 Chi phí năng lượng nhỏ.
 Hàm lượng dinh dưỡng bò biến đổi rất ít sau xử lý.
 Thiết bò đơn giản, dễ điều khiển.
 Tuy nhiên phương pháp trên vẫn có nhược điểm:
SV: Võ Thò Thu Hằng - 37 GVHD: Thầy Lại Quốc Đạt
Chương 2 Kỹ thuật chiếu xạ
 Chỉ có tác dụng diệt khuẩn, không tác động lên các chất độc có sẵn như kim
loại nặng, kháng sinh, chất độc do các vi sinh vật tiết ra trước khi xử lý.
 Quá trình chiếu xạ có nguy cơ sinh ra chất độc mới, nhưng sự biến đổi này là bất
đònh hướng và ngẫu nhiên nên gây khó khăn cho các nhà phân tích thực phẩm
trong quá trình kiểm đònh và đánh giá sản phẩm.
 Xử lý bằng chiếu xạ làm phát sinh những giống vi sinh vật chống được bức xạ do
quá trình tiến hóa (giống như giống vi sinh vật kháng kháng sinh).
 Tâm lý e ngại của người tiêu dùng về các sản phẩm có liên quan đến thực phẩm
chiếu xạ.
2.3.7. An toàn của thực phẩm chiếu xạ
Một vấn đề đáng quan tâm của sản phẩm xử lý bằng chiếu xạ là sự an

toàn đối với người sử dụng sản phẩm. Có 2 quan tâm chính của người tiêu dùng đến
sản phẩm thực phẩm đã được xử lý chiếu xạ là:
• Sản phẩm sau chiếu xạ có khả năng trở thành nguồn bức xạ hay không.
• Có chất độc sinh ra sau chiếu xạ hay không.
Với vấn đề thứ nhất, các nghiên cứu đã khẳng đònh khả năng bức xạ trở lại của các
sản phẩm có nguồn gốc sinh học như thực phẩm là rất thấp. Lý do là trong thực phẩm các
nguyên tố chủ yếu là C, O, H, N đều là những nguyên tố có đồng vò thường bền vững, hầu
như không thể biến đổi thành đồng vò phóng xạ trong điều kiện liều chiếu bình
thường. Mặt khác, với công nghệ hiện đại, các máy dò phóng xạ có độ nhạy rất cao, việc
phát hiện và loại bỏ sản phẩm có nguy cơ chiếu xạ trở lại là việc dễ dàng.
Đối với vấn đề thứ hai, các chất độc sinh ra do chiếu xạ, hiện nay chưa có
những nghiên cứu chính thức. Nếu sự biến đổi do các phương pháp xử lý khác như nhiệt,
hóa chất… có thể dự đoán hay biết trước được, thì sự biến đổi của thực phẩm sau chiếu xạ là
những biến đổi ngẫu nhiên, không có tính đònh hướng. Hầu hết việc xác đònh độc tính phải
qua lấy mẫu và phân tích. Tuy nhiên đến nay vẫn chưa có trường hợp độc tính nào gây hậu
quả nghiêm trọng được ghi nhận. Vấn đề này còn nằm trong sự tranh cãi giữa các nhà khoa
học, giữa nhà khoa học và nhà sản xuất.
Tuy nhiên để bảo vệ quyền lợi người tiêu dùng, tổ chức “Vì sự an toàn của thực
phẩm chiếu xạ JECFI” (Joint FAO/IAEA/WHO Expert Committee on the
Wholesomeness of Irradiated Food) được thành lập dưới sự liên kết của 3 tổ chức
của liên hiệp quốc (Tổ chức lương nông thế giới FAO, Cơ quan năng lượng Nguyên tử
quốc tế IAEA và Tổ chức Sức khoẻ thế giới WHO) vào năm 1986. Đây là cơ quan chuyên
đánh giá mức độ an toàn của các thực phẩm chiếu xạ. Các thực phẩm được lưu hành có
SV: Võ Thò Thu Hằng - 38 GVHD: Thầy Lại Quốc Đạt