تحقیقات در زمینه استفاده از اشعه یونیزه بلافاصله بعد از جنگ جهانی دوم آغاز گردید در آن زمان تصور می شد که اشعه می تواند تکنیک بسیار مناسبی برای حفاظت از مواد غذایی باشد. متاسفانه امیدها به طور کامل برآورده نگردید و امروه تعداد محدودی از فرآورده های غذایی وجود دارند که برای افزایش عمر نگهداریشان، از اشعه استفاده می شود. از جمله اشکالاتی که این روش دارد آن است که بعضی از محصولات که در معرض تابش اشعه قرار می گیرند نوعی طعم نامطبوع پیدا می کنند. این طعم عموماً نامطلوب بوده و برای مصرف کنندگان غیر قابل قبول است.
برخی از جنبه های فناوری اشعه دهی مواد غذایی
اشعه دهی مواد غذایی نوعی روش فیزیکی برای فرآوری محسوب می شود که شامل قراردادن ماده غذایی بسته بندی شده در برابر اشعه های گاما، اشعه X و الکترون می باشد.
منابع اشعه
مواد غذایی معمولاً با اشعه گاما و از طریق یک منبع رادیوایزوتوپ، الکترون ها و یا اشعه X تولید شده از طریق یک شتاب دهنده الکترونی اشعه دهی می شوند. منابع مشابهی برای سترون کردن ادوات مصرفی پزشکی با اشعه استفاده می شوند. بیش از 170 ابزار اشعه دهی تجاری در سراسر جهان برای اشعه دهی لوازم پزشکی به کار می روند. حدود یک سوم از این تجهیزات به صورت چند منظوره عمل می کنند و بدین ترتیب می توان محصولات غذایی را نیز فرآوری نمود. اگرچه، برای تولید اشعه های یونیزه مختلف باید از ابزار متفاوتی استفاده کرد، اما تغییرات شیمیایی که در اثر تشعشعات یونیزه مختلف ایجاد می شوند یکسان هستند. تنها اختلاف عملی مربوط به قدرت نفوذ آن ها، مقدار و تراکم ماده غذایی قابل فرآوری با اشعه می باشد. رادیوایزوتوپی که در اغلب طریق اشعه دهی کبالت طبیعی (59) در کانادا تولید می گردد. سزیم 137 حاصل از سوخت های هسته ای مصرف شده را می توان جانشین منبع رادیوایزوتوپ نمود. البته، در حال حاضر مصرف گسترده ای ندارد. جنبه های اقتصادی فرآوری با اشعه گاما قابل رقابت با سایر روش های فرآوری مواد غذایی می باشند.
شتاب دهنده های تجاری الکترون، پرتوهای الکترونی را با سطح انرژی مورد قبول قوانین اشعه دهی مواد غذایی تولید می کنند. البته الکترون ها به طور عمقی در مواد اشعه داده شده نفوذ نمی کنند. پرتوهای الکترونی در فلزات سنگین توقف کرده و اشعه X تولید می نمایند. این اشعه نفوذپذیری زیادی دارد، اما قسمت عمده انرژی پرتو به صورت گرما در فلز از بین می رود. برای تجهیزات تجاری با ظرفیت بالا کل سرمایه لازم و هزینه هر یک از قسمت ها تقریباً برای پرتودهی های الکترونی و کبالت 60 یکسان است.
شتاب دهنده های اکترونی معمولاً برای اشعه دهی لایه های نسبتاً نازک مواد استفاده می شوند. جهت کنترل کیفیت ترجیحاً تابش الکترون را از یک طرف انجام می دهند زیرا هنگامی که به محصول تنها از یک طرف اشعه داده می شود برای آشکار سازی که در پشت محصول قرار دارد امکان کنترل مداوم و اطمینان از نفوذ پرتو به داخل محصول فراهم می گردد. حداکثر ضخامت محصولی با چگالی واحد نظیر آب باید 3/3 سانتی متر باشد (20) . حداکثر انرژی الکترون ها و تشعشعات X در اشعه دهی مواد غذایی باید به ترتیب 10 و 5 میلی الکترون ولت باشد تا واکنش های هسته ای را در محصولات اشعه داده شده محدود کند، زیرا این واکنش ها سبب رادیواکتیوشدن ماده غذایی می شوند. میانگین انرژی اشعه گامای کبالت60، 25/1 میلی الکترون ولت می باشد که پایین تر از حد تعیین شده است. پژوهش ها نشان می دهد که رادیواکتیویته ایجاد شده در این سطوح انرژی از رادیواکتیویته طبیعی مواد غذایی که به سبب 40K و 14C ایجاد می شوند کمتر است. علاوه بر آن، فعالیت ایجاد شده در طی 24 ساعت اولیه پس از اشعه دهی با فاکتور تجزیه بین 20-10 به سرعت از بین می رود. رادیواکتیویته طبیعی در طول زمان نگهداری مواد غذایی چندان کاهش نمی یابد (9). اگر ضخامت محصول کم و ظرفیت ورودی آن زیاد باشد تجهیزات پرتوهای الکترونی مزایای اقتصادی بیشتری نسبت به اشعه دهی با کبالت 60 خواهند داشت. همچنین، منبع اشعه X را می توان هنگامی که مورد استفاده نیست خاموش نمود، اما منبع کبالت 60 را حتی هنگامی که مورد استفاده قرار نمی گیرد باید همچنان روشن نگاه داشت تا خود از بین برود. اندازه منبع با دوز اشعه دهی و سرعت ورودی افزایش پیدا می کند و از رابطه ذیل به دست می آید (20) .
در این رابطه S اندازه منبع (kw)، X سرعت ورودی (Kg/h)، D شدت دوز (KGy) و F جزئی از انرژی اشعه است که معمولاً به طور مؤثری جذب می شود. میزان F به طرح هندسی دستگاه پرتویابی، شکل محصول و چگالی آن بستگی دارد. ارزش F در اغلب موارد برای شتاب دهنده الکترونی، کبالت 60 یا تجهیزات اشعه X به ترتیب 40/0 ، 25/0 و 05/0 می باشد(20). اندازه منابع کبالت 60 معمولاً برحسب کوری یا بکورل (Bq) اندازه گیری می شود:
مطالعات تطبیقی در مورد اثرات تشعشعات گاما و پرتوهای الکترونی، برای طراحی واحدهای اشعه دهی و ایجاد شرایط اشعه دهی مواد غذایی بسیار مهم هستند. بر پایه نتایج مطالعات بی شماری که در زمینه اثرات تطبیقی تشعشعات گاما و پرتوهای الکترونی، شدت بالای دوز اشعه دهی یا شدت پایین دوز اشعه دهی صورت گرفته است می توان گفت که اثرات بیولوژیکی پرتوهای الکترونی بر میکروارگانیسم ها و حشرات کمی کمتر از اثرات مربوط به اشعه گاما است. البته، تفاوت موجود در اثر دو نوع اشعه مذکور تحت تأثیر پارامترهای مختلفی از جمله تراکم اکسیژن و میزان آب قرار دارد. تفاوت دو نوع اشعه مذکور، در تأثیر آن ها بر واکنش های شیمیایی در مواد غذایی بسیار کمتر از تفاوت مشاهده شده در مورد تأثیر بیولوژیکی آن ها است(21).
دوز جذب شده
میزان تغییرات فیزیکی و شیمیایی ایجاد شده به هنگام قرار گرفتن مواد غذایی در برابر اشعه پرانرژی از طریق انرژی جذب شده اندازه گیری می شود. در فرآیند اشعه دهی به این انرژی دوز جذب شده یا به طور اختصار دوز گفته می شود که بر حسب واحد کیلوگری (KGy) اندازه گیری می گردد. یک گری معادل انرژی معادل انرژی جذب شده به میزان یک ژول در هر کیلوگرم است. در گذشته از واحد راد (1 Rad = 0/01 Gy) به طور گسترده استفاده می شده است. اصطلاحات ویژه ای که به طور معمول در فرآیند اشعه دهی جهت فرآوری مواد غذایی به کار می روند در ذیل توضیح داده شده اند.
رادیسیداسیون
دوز پرتوهای یونیزه در فرآیند رادیسیداسیون مواد غذایی به اندازه ای است که دیگر نمی توان با استفاده روش های متداول میکروبیولوژیکی تعداد باکتری های بیماری زا و غیر اسپورزای زنده را در مواد غذایی فرآوری شده تعیین کرد. همچنین، می توان از فرآیند رادیسیداسیون جهت غیر فعال کردن انگل ها استفاده نمود. دوز اشعه مورد استفاده در این فرایند نسبتاً پایین (در حدود LGy 8-1/0) بوده و برای از بین بردن میکروارگانیسم های بیماری زا و سایر میکروارگانیسم ها (به غیر از ویروس ها) به کار می رود.
رادیسیداسیون ارگانیسم هایی از قبیل کرم نواری و تریشینا را در گوشت از بین می برد (در این مورد به KGy 1-1/0 اشعه نیاز است) و از تعداد میکروارگانیسم های بیماری زا و غیر اسپورزای زنده می کاهد (در این مورد به حدود KGy 8-2 اشعه نیاز است). رادیسیداسیون خصوصاً به این علت که میکروارگانیسم های بیماری زای خاصی را از بین می برد نوعی پاستوریزاسیون با اشعه تلقی می شود.