ألية التأثير والجرعات:
تحت تأثير الأشعة تمتص الجزيئات الطاقة وتشكل الشوارد و الجذور الحرة الفعالة بشكل كبير والتي بدورها تحطم نسبة قليلة من الروابط الكيميائية. وتخرب الخلايا يحدث نتيجة تمزق المادة الوراثية في الخلية الحية, وهذا التخرب يعتبر التأثير الأساسي للإشعاع على الأحياء الدقيقة الموجودة في المواد الغذائية. وضمن الجرعات المسموحة لا يكتسب الغذاء أي فعالية إشعاعية.
عند استخدام الأشعة المؤينة من المهم التمييز بين المصطلحات التالية وذلك حسب الجرعة والهدف من الاستخدام:
Radicidation : يهدف لتخفيض البكتيريا الممرضة غير المشكلة للأبواغ باستخدام جرعات بين 0.1-8 KGy (1KGy=1J/Kg)
Radurisation: يهدف لتخفيض الأحياء الدقيقة المفسدة باستخدام جرعات من 0.4-10 KGy
Radappertisation : يطبق للقضاء على الأحياء الدقيقة الخضرية وأبواغها باستخدام جرعات من 10-50 KGy
من أجل التطبيقات التجارية يستخدم Radicidation أو Radurisation لبسترة المواد الغذائية , أما Radappertisation فيستخدم غالبا مع بعض المعاملات الحرارية ضمن مجال محدد للأغذية الرطبة وذلك بسبب التاثير السلبي له على الخصائص الحسية إلا إذا طبق بعد تجميد الأغذية.
التطبيقات:
تستخدم الأشعة المؤينة بشكل واسع في تعقيم المعدات والتجهيزات الطبية, وكذلك في تعقيم مواد التعبئة في عمليات التعبئة المحمية للأغذية. أما استخدامها في معاملة الأغذية فهو يتطور بشكل بطيء بسبب معارضة المستهلك وضغط جماعات حماية المستهلك.وقد قامت منظمة الصحة العالمية بوضع توصيات توضح تأثير التشعيع ومدى سلامته. وهناك العديد من الخبراء انتخبوا طريقة التشعيع كأفضل طريقة لمعاملة الأغذية. تتوفر الأغذية المشععة في حوالي 30 بلد , والتطبيق الأكثر شيوعا هو استخدامها في تعقيم التوابل , وهناك تطبيقات أخرى فيما يخص الخضار والفواكه والأرز والبطاطا والبصل والنقانق والسمك المجفف. والجدول التالي يوضح بعض تطبيقات الأغذية المشععة حول العالم:
التطبيق الجرعة(KGy) أمثلة
التعقيم 7-10 الأعشاب, التوابل
أكثر من 50 التخزين الطويل للحوم ( خارج الجرعة المسموحة)
تعقيم مواد التعبئة 10-25 سدادات الفلين للمشروبات الروحية
تحطيم الأحياء الدقيقة الممرضة 2.5-10 التوابل, منتجات الطيور المجمدة, اللحم, الروبيان
السيطرة على الفطور 2-5 زيادة زمن التخزين للفواكة الطازجة
زيادة زمن الصلاحية من5 أيام وحتى شهر 2-5 الفواكه الطرية, السمك الطازج, واللحم (0-4ºC)
السيطرة وتثبيط الطفيليات 0.1-6 لحم الخنزير
التطهير 0.1-2 الفواكه, الحبوب, الزهور, حبوب الكاكاو, الأغذية المجففة,
تثبيط التبرعم 0.1-0.2 البطاطا, الثوم, البصل
في USA ربح التشعيع شعبية واسعة بسبب البرنامج الذي أطلقته الحكومة الأمريكية لتحسين سلامة الغذاء وتقليل المستويات العالية للتسممات الغذائية , ولم تنتج الأغذية المشععة في USA إلا في العام 1992 , وبقي استهلاك الأغذية المشععة محدود بالرغم من مزاياها.
يتم تشعيع حوالي نصف مليون طن من المواد الغذائية حول العالم سنويا توجه للصناعات الغذائية والقليل منها يباع للمستهلك بشكل مباشر ولكن ظمن قواعد نظامية.
المزايا الأساسية للتشعيع هي التالية:
1- لا يوجد أو يوجد تسخين طفيف للمنتج , لذلك تكون التغيرات في الخواص الحسية مهملة.
2- يمكن معاملة الأغذية المغلفة و المجمدة
3- يمكن حفظ الأغذية الطازجة بمرحلة واحدة ودون استخدام مواد الحفظ الكيميائية.
4- متطلبات الطاقة قليلة
5- التغيرات في القيمة التغذوية للغذاء مماثلة لطرق الحفظ الأخرى.
6- يمكن السيطرة على العملية بشكل ألي ولها كلفة تشغيل منخفضة.
والسلبية الأساسية هي كلفة التأسيس العالية .
وفيما يلي نذكر أهم المشاكل الرئيسية للتشعيع:
1-يمكن أن تستخدم هذه العملية لتقليل الحمل الميكروبيولوجي العالي للغذاء وجعل الأغذية غير المقبولة قابلة للبيع.
2- لا يوجد مؤشر لدى المستهلك بخصوص الغذاء إذا تم القضاء على البكتيريا المفسدة ولم يتم القضاء على البكتيريا الممرضة.
3- هناك خطر على الصحة إذا تم القضاء على البكتيريا المنتجة للسموم وذلك بعد تلويثها للغذاء بالسموم.
4- هناك إمكانية لتطور مقاومة الأحياء الدقيقة للإشعاع.
5- يوجد فقد بالقيمة الغذائية.
6-حتى الوقت الحاضر لا يوجد طرق تحليلية موحدة لمعرفة فيما إذا كان الغذاء مشعع
7-يوجد معارضة عامة بسبب المخاوف من اكتساب الغذاء فعالية إشعاعية.
بالرغم من أن التشعيع هو عبارة عن تقنية فعالة لإزالة التلوث, فإن الجرعات المستخدمة محددة بتأثير هذه الجرعة على الجودة الحسية , فغلى سبيل المثال لوحظ تغير في نكهة الدجاج ولحم البقر والخنزير والأطعمة البحرية بعد التشعيع,لذلك فإن الطريقة الأكثر فعالية لتحقيق التوازن بين السلامة الميكروبيولوجية والجودة الحسية هي إرفاق التشعيع بطريقة حفظ أخرى مثل الحرارة , الضغط, MAP, ومواد الحفظ الكيميائية.
في حال الخضار والفواكه يمكن إزالة الأحياء الدقيقة الملوثة عن طريق الغسيل , والتشعيع فعال جدا في إزالة تلوث الخضار والفواكه وخاصة إذا استخدم مع الغسل بالكلور.
الطرق المعتمدة على التفريغ النبضي لمكثف الطاقة العالية
الطرق الواقعة ضمن هذه المجموعة هي:
- الضوء الأبيض النبضي
- الأشعة فوق البنفسجية
- أشعة الليزر
- الحقل الكهربائي النبضي PEF
- الحقل المغناطيسي النبضي
في حالة الضوء الأبيض النبضي والأشعة فوق البنفسجية فإن طاقة التيار المستمر المحملة بالمكثف تفرغ عبر ضوء ومضي. وفي حالة PEF يتم تفريغها عبر زوج من الإلكترودات, أما في حالة الحقل المغناصيسي النبضي يتم التفريغ فوق وشيعة مغناطيسية.
الضوء الأبيض النبضي يستخدم بشكل تجاري لتعقيم السطوح والسوائل الشفافة. أما PEF فهو موضوع لأبحاث هامة في أوروبا وأمريكا ومن المتوقع أن يصل لمرحلة التصبيق التجاري خلال بضع سنوات, بالمقابل يوجد أبحاث قليلة على الحقل المغناطيسي النبضي.
الضوء الأبيض النبضي:
التجهيزات:
تفريغ التيار العالي عبر حقل غازي ينتج خلال جزء من الثانية ومضات من الضوء الابيض واسع الطيف بكثافة أعلى بمقدار 20000 مرة من ضوء الشمس.توزع الطيف هو 25% أشعة فوق بنفسجية 45% ضوء مرئي 30% أشعة تحت حمراء. يكون معدل الوميض 1-20 ومضة/ثا والقليل من الومضات كافية بشكل عام للبسترة أو التعقيم, وهذا يعني أن زمن المعاملة قصير جداً وفعال. ويمكن التخلص من الأشعة ذات أطوال الموجات التي تؤثر على الخواص الحسية للغذاء.
الومضات الضوئية تكون منظمة على شكل أسهم متكيفة مع الاستخدام المطلوب, حيث يمكن التعقيم المستمر لرقائق مواد التغليف في التعبئة المحمية , وكذلك التعقيم على الخط للسوائل الشفافة أو بسترة سطوح الأغذية الصلبة في الأغلفة البلاستيكية .
معظم الأغلفة البلاستيكية تنقل الضوء عبرها بشكل جيد باستثناء PET وبولي كربونات و بولي ستايرن و PVC . كذلك بالنسبة للسطوح المعقدة مثل السمك واللحم من الصعب أن ينفذ الضوء أو يصل لكافة أجزاء السطح للحصول على تأثير التعقيم.
ألية التأثير:
المحتوى من الأشعة فوق البنفسجية بالإشتراك مع الكثافة العالية جداً 1013 W خلال بضع أجزاء من الثانية يثبط الأحياء الدقيقة بالترابط مع التأثير الكيماضوئي والضوءحراري . وهذا التأثير المضاد للأحياء الدقيقة يعود إلى امتصاص الطاقة من قبل الروابط الكربونية المضاعفة في في البروتين والحمض النووي, والذي بدوره يخرب الاستقلاب الخلوي.
لايعتبر الضوء الأبيض النبضي طريقة غير حرارية بشكل مطلق, ولكن الفعل الحراري محدود على السطح الخارجي نتيجة مدة المعاملة القصيرة جداً ,حيث ترتفع درجة الحرارة على على السطح بشكل لحظي من 50-100ºC ولكن مع عدم ارتفاع شامل لدرجة الحرارة.
الكلفة:
معاملة السوائل النقية تكلفتها 0.4 cent/L وهي مساوية تقريباً لكلفة المعاملة الحرارية التقليدية ,أما معاملة السطوح الصلبة عند 4 J/cm2 تكلفتها حوالي 1 cent/L وهي مساوية تقريباً لكلفة المعاملة الحرارية التقليدية.
التطبيقات:
هذه المعاملة فعالة بشكل خاص على السطوح الجافة مثل مواد التغليف أو سطوح الأغذية المنزوعة الماء. وهذه السطوح يجب أن تكون مثالية وناعمة حيث يجب عدم وجود تشققات التي يمكن أن تحمي الأحياء الدقيقة من الضوء .
القليل من الومضات يمكن أن يعطي تخفيض قدره 9 دورات لغارتمية للبكتيريا الخضرية وحوالي 7-8 دورة لغارتمية لأبواغ الفطور والبكتيريا.
عند معاملة مواد التغليف الملقحة بأبواغ Bacillus cereus بمقدار 10-1000 cfu/cm2 بجرعة مقدارها 2 J/cm2 تم تثبيطها بشكل كامل. كذلك فإن التلوث بالسلمونيلا على قشرة البيض أزيل بشكل كامل.
من أجل السطوح المعقدة مثل السمك والدجاج تم الحصول على تخفيض قدره 2-3 دورة لغارتمية فقط وذلك عند استخدام الجرعة العظمى المسموحة من قبل FDA وهي 12J/cm2 مع زمن صلاحية محدد ب أسبوعين.
كذلك من أجل شرائح الخبز الأبيض والكيك المغلف ضمن أغلفة بلاستيكية زاد زمن الصلاحية بضعة أيام بعد الأسبوعين.
وفي البندورة تم تثبيط أبواغ الفطور مع زمن صلاحية 30 يوم , كذلك تم الحصول على نتائج جيدة لعبوات البيرة المبسترة.
أما التطبيقات الحالية الأساسية هي إزالة تلوث المنتجات الصيدلانية والماء والهواء والاغذية المغلفة ومنتجات الخبز حيث أصبح زمن صلاحية الكيك والبيتزا المغلفة بأغافة بلاستيكية 11 يوم بدرجة حرارة الغرفة بعد المعاملة بالضوء الأبيض النبضي.كذلك امتدت صلاحية الروبيان ل 7 أيام تحت التبريد.
طورت شركة فرنسية TVTE براءة اختراع روسية على الضوء النبضي باستخدام لمبات كزينون وومضات 100KW/m2 . حيث أنه في أوربا أقترب استخدام الضوء النبضي في التطبيقات الصناعية لبسترة ماء الشرب على الخط ومواد التغليف.
الأشعة فوق البنفسجية:
يعتبر القضاء على الأحياء الدقيقة باستخدام الأشعة فوق البنفسجية حالة خاصة من الضوء الأبيض النبضي(حاوي على 25% من UV ) ولكن دون ومض مع حد أدنى من الضوء المرئي وشدة طاقة أقل.
طيف الأشعة فوق البنفسجية مقسم ل 3 مجالات:
1-UV-A ( طول الموجة 320-400 nm )
2- UV-B ( طول الموجة 280-320 nm )
3- UV-C ( طول الموجة 200-80 nm )
التأثير الأساسي المبيد للجراثيم يقع في المجال UV-Cوبشدات مقدارها 1000 J/m2 أو أكثر , حيث تعاني البكتيريا والفطور تخفيض قدره 4 دورات لغارتمية ,والألية التي تسبب موت الخلية متعلقة بامتصاص الأشعة من قبل DNA و RNA .
زمن المعاملة هنا أطول من زمن المعاملة عند استخدام الضوء الأبيض النبضي .
تستخدم UV-C حاليا لتطهير وتعقيم فلاتر الهواء المزيلة للجزيئات و إزالة تلوث السطوح (بعد التنظيف) بسبب عمق الختراق القليل جداً لهذه الأشعة. استخدام UV-C في معاملة الأغذية يمكن أن يعطي نكهة غير مرغوبة وتغيرات في اللون.
لذلك الأستخدام الشائع لهذه الأشعة هو تعقيم مواد التغليف بالتعاون مع H2O2 حيث نحصل على تخفيض مقداره 5 دورة لغارتمية خلال ثانية واحدة.
شكراً أخت هلا
منذ فترة أبحث عن دور الأشعاع في تحضير وتحسين الأواسط الغذائية (الكومبوست) المستخدمة في انتاج الفطريات وهي المخلفات الزراعية أو الحيوانية وهناك عدة دراسات أثبتت أن تشعيع الأواسط الغذائية أدى الى تحسن كفاءة النمو وزيادة الأنتاج من خلال مايلي
*تعقيم الوسط وقتل كافة المسببات المرضية والأحياء المنافسة
*اختصار المدة الزمنية للتعقيم مقارنة بطريقة البخار
* زيادة تحلل مكونات الوسط مما يسرع من نمو الفطر وبالتالي يؤدي الى قصر الدورة الانتاجية ونقص التكاليف
ويستخدم الاشعاع في حفظ الفطريات الغذائية من خلال تعريض الفطر لأشعة غاما بجرعات 1- 1،5 كيلو غراي وهذه كافية لحفظ الفطر دون أي تغير في الطعم والنكهة
الأشعة المؤينة
اقتباس