پرتودهي مواد غذايي (اشعه دادن)

تحقيقات در زمينه استفاده از اشعه يونيزه بلافاصله بعد از جنگ جهاني دوم آغاز گرديد در آن زمان تصور مي شد كه اشعه مي تواند تكنيك بسيار مناسبي براي حفاظت از مواد غذايي باشد.

متاسفانه اميدها به طور كامل برآورده نگرديد و امروه تعداد محدودي از فرآورده هاي غذايي وجود دارند كه براي افزايش عمر نگهداريشان، از اشعه استفاده مي شود. از جمله اشكالاتي كه اين روش دارد آن است كه بعضي از محصولات كه در معرض تابش اشعه قرار مي گيرند نوعي طعم نامطبوع پيدا مي كنند. اين طعم عموماً نامطلوب بوده و براي مصرف كنندگان غير قابل قبول است.
برخي از جنبه هاي فناوري اشعه دهي مواد غذايي

اشعه دهي مواد غذايي نوعي روش فيزيكي براي فرآوري محسوب مي شود كه شامل قراردادن ماده غذايي بسته بندي شده در برابر اشعه هاي گاما، اشعه X و الكترون مي باشد.
منابع اشعه
مواد غذايي معمولاً با اشعة گاما و از طريق يك منبع راديوايزوتوپ، الكترون ها و يا اشعه X توليد شده از طريق يك شتاب دهندة الكتروني اشعه دهي مي شوند. منابع مشابهي براي سترون كردن ادوات مصرفي پزشكي با اشعه استفاده مي شوند. بيش از ۱۷۰ ابزار اشعه دهي تجاري در سراسر جهان براي اشعه دهي لوازم پزشكي به كار مي روند. حدود يك سوم از اين تجهيزات به صورت چند منظوره عمل مي كنند و بدين ترتيب مي توان محصولات غذايي را نيز فرآوري نمود.

اگرچه، براي توليد اشعه هاي يونيزة مختلف بايد از ابزار متفاوتي استفاده كرد، اما تغييرات شيميايي كه در اثر تشعشعات يونيزة مختلف ايجاد مي شوند يكسان هستند. تنها اختلاف عملي مربوط به قدرت نفوذ آن ها، مقدار و تراكم ماده غذايي قابل فرآوري با اشعه مي باشد. راديوايزوتوپي كه در اغلب طريق اشعه دهي كبالت طبيعي (۵۹) در كانادا توليد مي گردد. سزيم ۱۳۷ حاصل از سوخت هاي هسته اي مصرف شده را مي توان جانشين منبع راديوايزوتوپ نمود. البته، در حال حاضر مصرف گسترده اي ندارد. جنبه هاي اقتصادي فرآوري با اشعة گاما قابل رقابت با ساير روش هاي فرآوري مواد غذايي مي باشند.
شتاب دهنده هاي تجاري الكترون، پرتوهاي الكتروني را با سطح انرژي مورد قبول قوانين اشعه دهي مواد غذايي توليد مي كنند. البته الكترون ها به طور عمقي در مواد اشعه داده شده نفوذ نمي كنند. پرتوهاي الكتروني در فلزات سنگين توقف كرده و اشعة X توليد مي نمايند. اين اشعه نفوذپذيري زيادي دارد، اما قسمت عمدة انرژي پرتو به صورت گرما در فلز از بين مي رود. براي تجهيزات تجاري با ظرفيت بالا كل سرمايه لازم و هزينه هر يك از قسمت ها تقريباً براي پرتودهي هاي الكتروني و كبالت ۶۰ يكسان است.
شتاب دهنده هاي اكتروني معمولاً براي اشعه دهي لايه هاي نسبتاً نازك مواد استفاده مي شوند. جهت كنترل كيفيت ترجيحاً تابش الكترون را از يك طرف انجام مي دهند زيرا هنگامي كه به محصول تنها از يك طرف اشعه داده مي شود براي آشكار سازي كه در پشت محصول قرار دارد امكان كنترل مداوم و اطمينان از نفوذ پرتو به داخل محصول فراهم مي گردد. حداكثر ضخامت

محصولي با چگالي واحد نظير آب بايد ۳/۳ سانتي متر باشد (۲۰) . حداكثر انرژي الكترون ها و تشعشعات X در اشعه دهي مواد غذايي بايد به ترتيب ۱۰ و ۵ ميلي الكترون ولت باشد تا واكنش هاي هسته اي را در محصولات اشعه داده شده محدود كند، زيرا اين واكنش ها سبب راديواكتيوشدن ماده غذايي مي شوند. ميانگين انرژي اشعة گاماي كبالت۶۰، ۲۵/۱ ميلي ال

كترون ولت مي باشد كه پايين تر از حد تعيين شده است. پژوهش ها نشان مي دهد كه راديواكتيويته ايجاد شده در اين سطوح انرژي از راديواكتيويته طبيعي مواد غذايي كه به سبب ۴۰K و ۱۴C ايجاد مي شوند كمتر است. علاوه بر آن، فعاليت ايجاد شده در طي ۲۴ ساعت اوليه پس از اشعه دهي با فاكتور تجزيه بين ۲۰-۱۰ به سرعت از بين مي رود. راديواكتيويته طبيعي در طول زمان نگهداري مواد غذايي چندان كاهش نمي يابد (۹). اگر ضخامت محصول كم و ظرفيت ورودي آن زياد باشد تجهيزات پرتوهاي الكتروني مزاياي اقتصادي بيشتري نسبت به اشعه دهي با كبالت ۶

۰ خواهند داشت. همچنين، منبع اشعه X را مي توان هنگامي كه مورد استفاده نيست خاموش نمود، اما منبع كبالت ۶۰ را حتي هنگامي كه مورد استفاده قرار نمي گيرد بايد همچنان روشن نگاه داشت تا خود از بين برود. اندازه منبع با دوز اشعه دهي و سرعت ورودي افزايش پيدا مي كند و از رابطة ذيل به دست مي آيد (۲۰) .

در اين رابطه S اندازه منبع (kw)، X سرعت ورودي (Kg/h)، D شدت دوز (KGy) و F جزئي از انرژي اشعه است كه معمولاً به طور مؤثري جذب مي شود. ميزان F به طرح هندسي دستگاه پرتويابي، شكل محصول و چگالي آن بستگي دارد. ارزش F در اغلب موارد براي شتاب دهندة الكتروني، كبالت ۶۰ يا تجهيزات اشعة X به ترتيب ۴۰/۰ ، ۲۵/۰ و ۰۵/۰ مي باشد(۲۰). اندازة منابع كبالت ۶۰ معمولاً برحسب كوري يا بكورل (Bq) اندازه گيري مي شود:

مطالعات تطبيقي در مورد اثرات تشعشعات گاما و پرتوهاي الكتروني، براي طراحي واحدهاي اشعه دهي و ايجاد شرايط اشعه دهي مواد غذايي بسيار مهم هستند. بر پاية نتايج مطالعات بي شماري كه در زمينة اثرات تطبيقي تشعشعات گاما و پرتوهاي الكتروني، شدت بالاي دوز اشعه دهي يا شدت پايين دوز اشعه دهي صورت گرفته است مي توان گفت كه اثرات بيولوژيكي پرتوهاي الكتروني بر ميكروارگانيسم ها و حشرات كمي كمتر از اثرات مربوط به اشعه گاما است. البته، تفاوت موجود در اثر دو نوع اشعة مذكور تحت تأثير پارامترهاي مختلفي از جمله تراكم اكسيژن و ميزان آب قرار دارد. تفاوت دو نوع اشعه مذكور، در تأثير آن ها بر واكنش هاي شيميايي در مواد غذايي بسيار كمتر از تفاوت مشاهده شده در مورد تأثير بيولوژيكي آن ها است(۲۱).
دوز جذب شده
ميزان تغييرات فيزيكي و شيميايي ايجاد شده به هنگام قرار گرفتن مواد غذايي در برابر اشعه پرانرژي از طريق انرژي جذب شده اندازه گيري مي شود. در فرآيند اشعه دهي به اين انرژي دوز جذب شده يا به طور اختصار دوز گفته مي شود كه بر حسب واحد كيلوگري (KGy) اندازه گيري مي گردد. يك گري معادل انرژي معادل انرژي جذب شده به ميزان يك ژول در هر كيلوگرم است. در گذشته از واحد راد (۱ Rad = 0/01 Gy) به طور گسترده استفاده مي شده است. اصطلاحات ويژه اي كه به طور معمول در فرآيند اشعه دهي جهت فرآوري مواد غذايي به كار مي روند در ذ

 

يل توضيح داده شده اند.
راديسيداسيون
دوز پرتوهاي يونيزه در فرآيند راديسيداسيون مواد غذايي به اندازه اي است كه ديگر نمي توان با استفاده روش هاي متداول ميكروبيولوژيكي تعداد باكتري هاي بيماري زا و غير اسپورزاي زنده را در مواد غذايي فرآوري شده تعيين كرد. همچنين، مي توان از فرآيند راديسيداسيون جهت غير فعال كردن انگل ها استفاده نمود. دوز اشعه مورد استفاده در اين فرايند نسبتاً پايين (در حدود LGy 8-1/0) بوده و براي از بين بردن ميكروارگانيسم هاي بيماري زا و ساير ميكروارگانيسم ها (به غير از ويروس ها) به كار مي رود.
راديسيداسيون ارگانيسم هايي از قبيل كرم نواري و تريشينا را در گوشت از بين مي برد (در اين مورد به KGy 1-1/0 اشعه نياز است) و از تعداد ميكروارگانيسم هاي بيماري زا و غير اسپورزاي زنده مي كاهد (در اين مورد به حدود KGy 8-2 اشعه نياز است). راديسيداسيون خصوصاً به اين علت كه ميكروارگانيسم هاي بيماري زاي خاصي را از بين مي برد نوعي پاستوريزاسيون با اشعه تلقي مي شود.
رادوريزاسيون
رادوريزاسيون نيز يكي از روش هاي فرآوري مواد غذايي است. دوز پرتوهاي يونيزه مورد استفاده در اين روش در حدي است كه كيفيت غذا را از طريق كاهش قابل توجه تعداد ميكروارگانيسم هاي زندة عامل فساد افزايش مي دهد. اين فرآيند با استفاده از دوز حدود KGy 10-4/0 انجام مي گيرد و به كمك آن زمان نگهداري محصول افزايش مي يابد. رادوريزاسيون نوعي پاستوريزاسيون اشعه اي محسوب مي شود.

راداپرتيزاسيون
راداپرتيزاسيون روش ديگري جهت اشعه دهي مواد غذايي است كه در آن دوز پرتو يونيزه به مقداري است كه تعداد و يا فعاليت ميكروارگانيسم هاي زنده (به غير از ويروس ها) تا حد بسيار كمي كاهش مي يابد، به طوري كه نمي توان با آزمون هاي متداول ميكروبيولوژيكي تعداد اين ميكروارگانيسم هاي زنده را تشخيص داد. تيمار راداپرتيزاسيون بايد به طريقي باشد كه بدون توجه به زمان و شرايط نگهداري غذا هيچ گونه سم يا فساد با منشأ ميكروبي در آن رويت نشود، مگر اين كه آلودگي ثانويه اتفاق افتاده باشد. دوز اشعه مورد استفاده در اين روش حدود KGy50-10 است كه در حد سترون سازي كامل مي باشد. راداپرتيزاسيون را به صورت «سترون كردن اشعه اي» يا «سترون كردن تجاري» تعريف مي كنند و از آن معنايي مطابق با آن چه در صنعت كنسروسازي وجود دارد استنباط مي شود، يعني محصول نهايي از لحاظ نگهداري تحت شرايط معمولي پايدار است. در سال ۱۹۷۰ كميته مشترك كارشناسان جهت بررسي فوايد غذاهاي اشعه ديده با حضور سازمان بهداشت جهاني (WHO) سازمان كشاورزي و غذا (FAO) و سازمان بين المللي انرژي اتمي (IAEA) برگزار شد. در اين جلسه فرآيند اشعه دهي مواد غذايي كاملاً مناسب و ايمن تشخيص داده شد. اين كميته در سال ۱۹۸۰ نتيجه گيري نمود كه اشعه دهي مواد غذايي با ميانگين دوز حدود KGy10 هيچ گونه خطر سمي به همراه ندارد و هيچ گونه مشكل ميكروبي و تغذيه اي به وجود نمي آورد. سطح دوز KGy10 بالاترين سطح ايمني محسوب نمي شود، بلكه

سطحي است كه ايمني در آن به اثبات رسيده است(۹). كميته هاي تخصصي متعددي نتايج اين پژوهش ها را بررسي كرده و مورد ارزيابي قرار مي دهند(۱۳). اين كميته ها ايمني پرتوتابي با اشعه هاي يونيزه را بررسي مي كنند. چنانچه پاولي (۲۳) اشاره كرده است (نظر به اين كه بررسي دقيق تغيرات فناوري در فرآوري مواد غذايي اهميت دارد) بدون شك فرآيند اشعه دهي

موادغذايي با موفقيت بسيار زيادي چنين ارزيابي راپشت سر مي گذارد.
طبق بررسيهايي كه درايالات متحده درمورد پرتوتابي با اشعه هاي يونيزه با دوز بالا صورت گرفته است دوز KGy 58 اثرات مضري نخواهد داشت (۶).
مزايا و محدوديت ها

اشعه دهي مواد غذايي روش نگهداري اعجازآميزي نيست. پرتوتابي با اشعه يونيزه همانند ساير روش هاي نگهداري، مزاياو محدوديت هايي دارد معمولاً مزايا و مضرات اشعه دهي موادغذايي
كمتر از حدي است كه طرفداران ويا منتقدان آن بيان مي كنند(۲۴).
براساس گزارش هاي اوربين (۲۵) پژوهش هاي تكميلي ازدهه ۱۹۴۰ ثابت مي كنند كه فرآوريي موادغذايي با استفاده اشعه يونيزه مزاياي ذيل را به همراه دارد:
• با توجه به شرايط فرآيند مي تواند كيفيت موادغذايي را تا مدت زمان هاي مختلف ثابت نگاه دارد. اشعه دهي غذا به ويژه كنترل ميكروارگانيسم هاي عامل فساد با منشاء غذايي مؤثر است؛
• مواد غذايي را عاري از وجود باكتري هاي بيماري زا، مخمرها، كپك ها وحشرات مي كند. اين آلودگي زدايي به بهبود كيفيت بهداشتي مواد غذايي كمك كرده و از خطرات بالقوه تهديد كننده سلامت مصرف كننده جلوگيري مي نمايد؛
• رسيدگي، پيري و جوانه زني ميوه ها و سبزي هاي تازه را كنترل مي كند؛
• تركيب شيميايي مواد غذايي را در جهت بهبود كيفيت تغيير مي دهد؛
• هيچ سمي در ماده غذايي باقي نمي ماند؛
• ارزش تغذيه اي مواد غذايي حفظ مي شود.
• كيفيت حسي مواد غذايي به خصوص نسبت به ساير روش ها به نحوه بهتري حفظ مي گردد.
از مزاياي ديگر اشعه دهي مي توان به امكان جايگزيني آن با فرآيندهاي شيميايي نيز اشاره كرد، زيرا روش هاي شيميايي روز به روز بيشتر مورد سئوال قرار گرفته و حتي ممنوع مي شوند. شرايط لازم جهت عملكرد نيترات ها در فرآورده هاي عمل آوري شدة گوشت در اثر اشعه دهي به ميزاان زيادي تسهيل مي شود (۲۰). گازدادن به مواد غذايي و تركيبات تشكيل دهندة آن ها با مواد شيميايي مختلف نظير دي بروميداتيلن، بروميدمتيل و اكسيداتيلن در بسياري از كشورهاي پيشرفته به دلايل سلامتي محيط و ايمني حرفه اي ممنوع يا محدود شده است (۱۲ و ۱۳) . فرايند اشعه دهي جايگزين مناسبي براي اين تركيبات شيميايي مي باشد. بيش از يك چهارم محصولات برداشت شده به دليل انواع مختلف فساد و ضايعات از بين مي روند. باكتري هاي بيماري زا اغلب ادويه ها و دانه هاي غلات را آلوده مي كنند، اما در بيشتر موارد كپك ها فلور ميكروبي غالب مي باشند. در روش سنتي از گازدهي با اكسيد اتيلن براي غير فعال كردن فلور ميكروبي طبيعي ادويه ها و حبوبات استفاده مي شود. البته، امروزه به دليل اثرات احتمالي جهش زايي و سرطان مربوط به استفاده از اكسيد اتيلن از فرآيند اشعه دهي براي سترون كردن ادويه ها و ضد عفو ني كر دن د ا نه هاي غلا ت در سطح تجا ري استفا ده مي شود(۱۶).
اشعه دهي تماس بسياري از موادغذايي را با مواد شيميايي مورد استفاده جهت جلوگيري از رشد ميكروارگانيسمها كاهش مي دهد. به نظر بسياري از دانشمندان علوم غذايي گازهاي ضدعفوني كننده اهميت بيشتري از اشعه دهي دارند. فرايند اشعه دهي مي تواندجايگزين ضدعفوني كننده و نگه دارنده هاي غذايي شود (كه خطرات بالقوه اي براي مصرف كننده و كارگزاران صنايع فرآوري

غذا دارند ) و يااستفاده از آنها را كاهش دهد (۷).
مايكروويو (ميكروويو)
حرارت دهي يكي از مهم ترين روش هاي متداول در فرآيند مواد غذايي است. اين روش نه تنها به دليل تاثير مطلوب بر روي كيفيت فرآورده غذايي بلكه به دليل اثر نگه دارندگي آن بر روي غذا كه با از بين بردن آنزيم، غيرفعال نمودن ريززنده ها، حشرات و انگل ها همراه مي باشد، مورد توجه قرار گرفته است.
از انرژي مايكروويو بر خلاف پرتوهاي يونيزه براي حرارت دادن مواد غذايي استفاده مي شود. در روش هاي پخت متداول، حرارت از منبع حرارتي خارجي به ماده غذايي اعمال مي شود. ولي در پخت با مايكروويو حرارت داخل ماده غذايي توليد مي گردد. كاهش شديد زمان پخت جاذبه اصلي كاربرد اين روش را در صنايع غذايي و منازل موجب مي شود.

كاربردهاي مايكروويو در صنايع غذايي عبارتند از: غير فعال نمودن آنزيم ها (بلانچ كردن) ، خشك كردن، بالا بردن دماي مواد غذايي منجمد به زير نقطه انجماد (تمپرينگ)، پاستوريزاسيون،

استريليزاسيون و پختن مواد آردي، كه هنوز به دليل تحقيقات ناقص، فقدان تجهيزات مناسب و هزينه بالاي آن ها به حد رضايت بخشي توسعه نيافته اند، اما كاربردهاي توسعه يافته آن عبارتند از: تمپرينگ مواد گوشتي، استخراج چربي از پيه (بافت چربي حيواني)، پاستوريزاسيون نان، خشك كردن نهايي ماكاروني، پياز، بيسكويت ها و خشك كردن در خلاء كنسانتره آب ميوه ها.
علاوه بر كاربردهاي صنعتي مايكروويو حدود ۴۰ سال است كه از آونهاي مايكروويو در منازل، سلف سرويس ها، بيمارستان ها، مدارس، كافه ها و رستوران ها به منظور پخت، گرم كردن غذاي پخته شده و نرم كردن مواد غذايي منجمد (نرم كردن)، استفاده مي نمايند.