Ακτινοβόληση των Τροφίµων

Transcript

1 Ακτινοβόληση των Τροφίµων Ορισµοί Ακτινοβόληση Τροφίµων: η χρήση ιοντιζουσών ακτινοβολιών από ραδιενεργά ισότοπα του κοβαλτίου και του καισίου ή από γραµµικούς επιταχυντές οι οποίοι παράγουν ακτίνες β ή ακτίνες Χ στα τρόφιµα Ακτινοβολία: η εκποµπή και διάδοση ενεργείας µέσω του χώρου ή µέσω ενός υλικού µε τη µορφή κυµάτων, π.χ. η εκποµπή ηλεκτροµαγνητικών, ακουστικών ή ελαστικών κυµάτων. Ραδιενέργεια: η ιδιότητα µερικών ατοµικών πυρήνων να µεταβάλλονται αυθόρµητα σε άλλους πυρήνες, χωρίς εξωτερική επίδραση, απελευθερώνοντας ενέργεια µε µορφή σωµατιδίων ή ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων Οι τύποι ακτινοβολίας, που ελευθερώνονται κατά τις παραπάνω µεταβολές έλαβαν τα ονόµατα ακτίνες α, β και γ Ακτίνες α: φορτισµένα σωµατίδια τα οποία αποτελούνται από 2 πρωτόνια και 2 νετρόνια, δηλαδή είναι πυρήνες ηλίου. Ακτίνες β: αρνητικά φορτισµένα, ταχέως κινούµενα ηλεκτρόνια. Οι ακτίνες β µπορεί να έχουν είτε θετικό (ποζιτρόνιο) ή αρνητικό (ηλεκτρόνιο ή νεγκατρόνιο) φορτίο. Ακτίνες γ: ηλεκτροµαγνητικά κύµατα τα οποία είναι πολύ βραχέα και περιέχουν υψηλά ποσά ενεργείας. ιεισδυτική ικανότητα των ακτινών α, β και γ. Ακτίνες Χ: δηµιουργούνται όταν ηλεκτρόνια από µια δέσµη ηλεκτρονίων βοµβαρδίζουν ένα στόχο βαρέως µετάλλου όπως το βολφράµιο

2 Rad: µονάδα µετρήσεως της εντάσεως της ακτινοβολίας, ισοδύναµη µε την απορρόφηση 100 erg/g υλικού. Gray (Gy): αντιστοιχεί σε απορρόφηση 1 Joule ανά kg µάζας, δηλαδή 1 Gy = 1 J/kg Πηγές Ενεργείας Χρησιµοποιούνται: µήκη κύµατος από 2000 Angstroms ακτινοβολίες γ, Χ και ηλεκτρόνια (1) Ακτίνες γ από Co-60 & Cs-137 (2) Ακτίνες Χ από βοµβαρδισµό στόχων εκ βαρέων µετάλλων (3) Ηλεκτρόνια από γραµµικούς επιταχυντές Σύγκριση ακτίνων γ και β: 1. Οι ακτίνες γ εκπέµπονται προς όλες τις κατευθύνσεις και δεν µπορούν "να διακοπούν" 2. Τα ηλεκτρόνια µπορούν να κατευθυνθούν προς µία διεύθυνση και επίσης "να διακοπούν" Εγκεκριµένες Πηγές Ακτινοβολίας Σύµφωνα µε την οδηγία 1999/2/ΕΚ στην Ευρωπαϊκή Ένωση τα τρόφιµα επιτρέπεται να υποβάλλονται σε επεξεργασία µόνο µε τις ακόλουθες πηγές ιοντιζούσης ακτινοβολίας: 1. ακτίνες γ από ραδιονουκλεΐδια Co-60 ή Cs ακτίνες Χ από µηχανήµατα τα οποία λειτουργούν σε ονοµαστική ενεργειακή στάθµη (ανώτατη κβαντική ενέργεια) το πολύ 5 MeV. 3. ηλεκτρόνια που παράγονται από µηχανήµατα τα οποία λειτουργούν σε ονοµαστική ενεργειακή στάθµη (ανώτατη κβαντική ενέργεια) το πολύ 10 MeV. Στον Πίνακα 1 φαίνεται η ενέργεια των δια φόρων ακτινοβολιών ανάλογα µε την πηγή παραγωγής τους Πίνακας 1 Ενέργεια των Ακτινοβολιών Ακτινοβολία Ενέργεια Ακτίνες Χ από Μηχανές ev Ακτίνες γ από Ισότοπα ev Ακτίνες β από Ισότοπα ev Ακτίνες β από Επιταχυντές ev Πρωτόνια από Επιταχυντές περιοχή MeV Νετρόνια από Σχάση ή περιοχή MeV Ισότοπα Σωµατίδια α από Ισότοπα ev Ρυθµός όσεως Ακτίνες γ από Co-60: 1 µε 100 Gy/min Ηλεκτρόνια: 10 3 µε 10 6 Gy/sec Περιοχή όσεως για ιάφορες Εφαρµογές:

3 Πίνακας 2 Εγκεκριµένες διεργασίες ακτινοβολήσεως τροφίµων. Ηµ/νία Τρόφιµο - Προϊόν όση (kgy) Σκοπός 1963 Σίτος και αλεύρι Καταστροφή εντόµων 1964, 1965 Πατάτες, λευκές Αναστολή εκβλαστήσεως Μπαχαρικά και ξηρά λαχανικά Καταστροφή εντόµων και max (αρτυµατικές ύλες, 38 είδη) µικροοργανισµών 1985 Χοιρινό, νωπό Έλεγχος Trichinella spiralis 1985, Έλεγχος εντόµων και Ξηρά ένζυµα 10 max 1986 µικροοργανισµών Επιβράδυνση ωριµάνσεως, 1986 Φρούτα 1 max καταστροφή µικροοργανισµών 1986 Λαχανικά, νωπά 1 max Καταστροφή εντόµων 1986 Αρωµατικά φυτά 30 max Έλεγχος µικροοργανισµών 1986 Μπαχαρικά 30 max Έλεγχος µικροοργανισµών 1986 Αρτυµατικές ύλες (φυτά) 30 max Έλεγχος µικροοργανισµών 1990 Πουλερικά, νωπά & κατεψυγµένα 3 max Έλεγχος µικροοργανισµών (Salmonella) 1995 Κρέας, κατεψυγµένο & συσκευασµένο (χρήση µόνο από NASA) 44 min Αποστείρωση 1995 Ζωοτροφές 2 25 Έλεγχος Salmonella 1997 Ερυθρό κρέας, αµαγείρευτο, ψυγµένο 4.5 max ερυθρό κρέας, κατεψυγµένο 7.0 max Ορολογία των Επεξεργασιών Ακτινοβολήσεως Έλεγχος µικροοργανισµών Με βάση τη δόση και τον επιδιωκόµενο σκοπό διακρίνονται τρεις επεξεργασίες ακτινοβολήσεως των τροφίµων, radicidation, radurization και radappertization. Radicidation: επεξεργασία των τροφίµων µε δόση ιοντιζούσης ακτινοβολίας επαρκή για τη µείωση του αριθµού ειδικών ζώντων µη σπορογόνων παθογόνων βακτηρίων σε ένα τέτοιο πληθυσµό ώστε κανένα να µην είναι εντοπίσιµο στο επεξεργασµένο τρόφιµο όταν εξετάζεται µε αναγνωρισµένες µικροβιολογικές µεθόδους. Η radicidation µπορεί επίσης να εφαρµοσθεί και στην αδρανοποίηση των παρασίτων. Είναι µια επεξεργασία µε σχετικά χαµηλές δόσεις (περίπου 0,1 µε 8 kgy) για την εξάλειψη παθογόνων µικροοργανισµών, καθώς και άλλων µικροοργανισµών εκτός των ιών. Η radicidation καταστρέφει οργανισµούς όπως οι ταινιοσκώληκες και η Trichinella spiralis (απαιτούν περίπου 0,1-1 kgy) και µειώνει τον αριθµό των ζώντων µη σπορογόνων παθογόνων µικροοργανισµών (απαιτούν περίπου 2-8 kgy). Η radicidation αναφέρεται και ως "παστερίωση µε ακτινοβολία", ιδιαιτέρως όταν αποσκοπεί στην εξάλειψη ενός ειδικού παθογόνου. Radurization: επεξεργασία των τροφίµων µε δόση ιοντιζούσης ακτινοβολίας επαρκή για την ενίσχυση της διατηρησιµότητος µε πρόκληση ουσιαστικής µείωσης στους αριθµούς ειδικών ζώντων αλλοιούντων µικροοργανισµών. Είναι µια επεξεργασία µε δόσεις περίπου 0,4-10 kgy για τη βελτίωση του χρόνου ζωής του προϊόντος. Η radurization συχνά αναφέρεται ως "παστερίωση µε ακτινοβολία". Radappertization: επεξεργασία των τροφίµων µε δόση ιοντιζούσης ακτινοβολίας επαρκή να µειώσει τον αριθµό ή τη δραστικότητα των ζώντων µικροοργανισµών (εκτός ιών) σε τέτοιο επίπεδο ώστε πολύ λίγοι, αν όχι καθόλου, να είναι εντοπίσιµοι

4 στο επεξεργασµένο τρόφιµο όταν εξετάζεται µε αναγνωρισµένες βακτηριολογικές ή µυκητολογικές µεθόδους. Η επεξεργασία radappertization πρέπει να είναι τέτοια ώστε να µην είναι εντοπίσιµη ούτε αλλοίωση ούτε τοξικότητα µικροβιακής προέλευσης, ανεξαρτήτως του επί πόσο ή υπό ποιες συνθήκες διατηρήθηκε το προϊόν, µε την προϋπόθεση ότι το προϊόν δεν επιµολύνθηκε. Είναι µια µέθοδος επεξεργασίας µε δόσεις περίπου kgy ώστε να επιφέρει πλήρη αποστείρωση. Η radappertization είναι ένας όρος ο οποίος χρησιµοποιείται για τον ορισµό της "αποστειρώσεως µε ακτινοβολία" ή για την "εµπορική αποστείρωση", όπως αυτή εννοείται στην κονσερβοποίηση, και έχει ως αποτέλεσµα το προϊόν να είναι αυτό-σταθερό κάτω από κανονικές συνθήκες. Παραδείγµατα Ακτινοβολήµένων Τροφίµων Ακτινοβοληµένο Κοτόπουλο Ακτινοβοληµένες Φράουλες

5 Ακτινοβοληµένη Papaya Ακτινοβοληµένη Μπριζόλα Ακτινοβοληµένος Βασιλικός υνατότητες Βελτίωση της ποιότητος των τροφίµων Μείωση των απωλειών τροφίµων λόγω αλλοιώσεως

6 Η ιεργασία της Ακτινοβολήσεως Η ακτινοβόληση είναι µια διεργασία κατά την οποία το τρόφιµο εκτίθεται σε ακτινοβόλο ενέργεια. Οι πηγές ενεργείας είναι ακτίνες γ, Χ και β. Ο χρόνος εκθέσεως στην ακτινοβολία είναι ευθέως ανάλογος µε το ποσό της ενεργείας η οποία απορροφάται από το τρόφιµο. Η ιοντίζουσα ακτινοβολία, όταν διέρχεται από το τρόφιµο: 1. Καταστρέφει τα επικίνδυνα βακτήρια 2. Επιβραδύνει τη διεργασία της ωριµάνσεως των φρούτων και λαχανικών Η ιεργασία Για την ακτινοβόληση των τροφίµων συνήθως χρησιµοποιούνται δύο διαφορετικές διεργασίες, µε ακτίνες γ και µε δέσµη ηλεκτρονίων (Diehl 1995, Chapple 1993). Η ακτινοβολία γ χρησιµοποιείται για τη συντήρηση µεγάλων ποσοτήτων τροφίµου όπως εγκυτιωµένου κατεψυγµένου στήθους κοτόπουλου ή κιµά βοδινού. Με τη µέθοδο αυτή το τρόφιµο υφίσταται επεξεργασία στο εργοστάσιο, συσκευάζεται µε πλαστικό φιλµ διαπερατό από το οξυγόνο και µεταφέρεται στην εγκατάσταση ακτινοβολήσεως. Στην εγκατάσταση ακτινοβολήσεως, το προϊόν µε µορφή παλέτας και µε τη βοήθεια ενός µεταφορέα µεταφέρεται στο θάλαµο ακτινοβολήσεως. Εδώ εκτίθεται σε ένα ελεγχόµενο ποσό ακτινοβολίας γ από µια ραδιενεργή πηγή όπως 60 Co. Οι ακτίνες γ διεισδύουν στο τρόφιµο και ταχέως θανατώνουν τα παθογόνα βακτήρια, τα επικίνδυνα παράσιτα και έντοµα χωρίς να µεταβάλλουν τη φύση του τροφίµου. Το ακτινοβοληµένο προϊόν δεν είναι ραδιενεργό αφού οι ακτίνες δεν παραµένουν στο τρόφιµο. Η Εγκατάσταση Ακτινοβολήσεως Η βιοµηχανική εγκατάσταση ακτινοβολήσεως αποτελείται από ένα θάλαµο µε τοίχους από τσιµέντο πάχους 2 m, ο οποίος περιέχει την πηγή ακτινοβολίας ( 60 Co). Οι τυπικές διαστάσεις του θαλάµου είναι µήκος 7 m, πλάτος 7 m και ύψος 2,5 m και εξαρτώνται από τη µεγίστη ικανότητα της πηγής.. Ένα σύστηµα µεταφοράς για την αυτόµατη είσοδο, διακίνηση και έξοδο του προϊόντος. Μια δεξαµενή νερού, βάθους 6 µε 7 m, στην οποία εµβαπτίζεται η πηγή της ακτινοβολίας όταν εισέρχονται εργαζόµενοι και η οποία απορροφά την ακτινοβολία προστατεύοντας τους από αυτήν. Η πηγή ακτινοβολίας αποτελείται από ράβδους 60 Co εντός σωλήνων ανοξείδωτου χάλυβα. Οι σωλήνες αποθηκεύονται εντός του ύδατος και ανυψώνονται στον τσιµεντένιο θάλαµο ακτινοβολήσεως για την επεξεργασία του τροφίµου. Οι ακτίνες γ που εκπέµπονται είναι πιο ισχυρές από τις ακτίνες που εκπέµπονται στους φούρνους µικροκυµάτων. Πρέπει να σηµειωθεί ότι τα µικροκύµατα θερµαίνουν το τρόφιµο, ενώ οι ακτίνες γ µε πολύ βραχύτερα µήκη κύµατος και υψηλότερες συχνότητες διεισδύουν και διαπερνούν το τρόφιµο τόσο γρήγορα και έτσι παράγεται ελαχίστη ή καθόλου θερµότητα.

7 Μια τυπική εγκατάσταση ακτινοβολήσεως µε ακτίνες γ. Για το λόγο αυτό συχνά η ακτινοβόληση των τροφίµων ονοµάζεται ψυχρή παστερίωση. Επειδή η ακτινοβολία γ δεν αποσπά ή δεν παράγει νετρόνια δεν συµβαίνει 'τήξη' και αλυσωτή αντίδραση και έτσι στην εγκατάσταση ακτινοβολήσεως δεν παράγονται ραδιενεργά απόβλητα. Οι ράβδοι του 60 Co διασπώνται προς µη ραδιενεργό νικέλιο. Η εγκατάσταση δεν περιλαµβάνει πυρηνικό αντιδραστήρα. Το τρόφιµο απλώς εκτίθεται στην ακτινοβολία του 60 Co. Η διεργασία της ακτινοβολήσεως εξαλείφει τους µικροοργανισµούς που υπάρχουν στο τρόφιµο και εποµένως το ακτινοβοληµένο προϊόν θα πρέπει να υφίσταται χειρισµό κατά τρόπο ώστε να αποφεύγεται η επαναµόλυνση. Εγκατάσταση έσµης Ηλεκτρονίων Μερικά τρόφιµα, όπως τα humburgers, µπορούν επίσης να ακτινοβοληθούν µε δέσµες ηλεκτρονίων που εκπέµπονται από γραµµικούς επιταχυντές. Κατά τη µέθοδο αυτή το τρόφιµο εκτίθεται σε δέσµη ηλεκτρονίων τα οποία θανατώνουν τα βακτήρια, τα παράσιτα και τα έντοµα. Η µέθοδος αυτή της ακτινοβολήσεως µπορεί να χρησιµοποιηθεί κυρίως για τρόφιµα µε πάχος µικρότερο από 5 cm, λόγω της περιορισµένης ικανότητος διεισδύσεως της δέσµης ηλεκτρονίων. Η λειτουργία των γραµµικών επιταχυντών µπορεί να διακοπή και να ξαναρχίσει εύκολα. Η ακτινοβόληση µε δέσµη ηλεκτρονίων χρησιµοποιεί ένα κανόνι ηλεκτρονίων, το οποίο αποστέλλει ηλεκτρόνια υψηλής ταχύτητος στο τρόφιµο, τα οποία συγκρούονται και καταστρέφουν τα επικίνδυνα βακτήρια. Τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται κοντά στην ταχύτητα του φωτός µε γραµµικό επιταχυντή και η ενέργεια τους είναι της τάξεως των 3-10 MeV και είναι συνεζευγµένη µε ισχύ 1 50 kw.

8 Ακτινοβόληση µε δέσµη ηλεκτρονίων. Πρέπει να σηµειωθεί ότι δεν υπάρχουν περιβαλλοντικοί κίνδυνοι, είναι φθηνότερος και ότι οι ακτίνες β µπορούν να προκαλέσουν επαγωγικά ίχνη ραδιενεργείας σε µερικά τρόφιµα. Γενικώς, όµως, έχουν τους ίδιους κινδύνους µε τις εγκαταστάσεις ισοτόπων Οι σηµερινές εγκαταστάσεις δέσµης ηλεκτρονίων έχουν βελτιωθεί κατά πολύ και η µη ύπαρξη ραδιενεργού υλικού σε αυτές θα βοηθήσει στη γενικότερη αποδοχή της τεχνολογίας της ακτινοβολήσεως. Οι βελτιώσεις περιλαµβάνουν: 1. Υψηλότερη ενέργεια (10 MeV) και έτσι µεγαλύτερη διεισδυτική ικανότητα ( cm). 2. Μεγάλους κύκλους εργασίας ( ώρες/έτος). 3. Πλήρως αυτοµατοποιηµένα συστήµατα ελέγχου. 4. Στενά ελεγχόµενες παραµέτρους επεξεργασίας 5. Πλήρης πιστοποίηση εγκαταστάσεων και διεργασίας. όση Κατά την Ακτινοβόληση των Τροφίµων Στην πράξη, η δόση που χρησιµοποιείται ποικίλει ανάλογα µε τον τύπο του τροφίµου και το επιθυµητό αποτέλεσµα. Τα επίπεδα επεξεργασίας µπορούν να οµαδοποιηθούν στις παρακάτω κατηγορίες: Χαµηλή δόση, µέχρι 1 kgy. Χρησιµοποιείται στον: 1. Έλεγχο των εντόµων σε σιτηρά 2. Αναστολή της εκβλαστήσεως της πατάτας 3. Έλεγχο της Trichinella spiralis σε χοιρινό 4. Επιβράδυνση της ωριµάνσεως, της εκβλαστήσεως και των εντόµων σε νωπά φρούτα και λαχανικά Μέση δόση, 1-10 kgy. Χρησιµοποιείται στον: 1. Έλεγχο των Salmonella, Shigella, Campylobacter, Yersinia και E. Coli σε κρέας, πουλερικά και ψάρια 2. Επιβράδυνση της µούχλας σε φράουλες και άλλα φρούτα Υψηλή δόση, µεγαλύτερη από 10 kgy. Χρησιµοποιείται στη: 1. Θανάτωση των µικροοργανισµών και εντόµων σε µπαχαρικά 2. Εµπορική αποστείρωση τροφίµων, την καταστροφή παθογόνων µικροοργανισµών (επεξεργασία ισοδύναµη µε τη θερµική αποστείρωση δεν υπάρχει έγκριση για εµπορική εφαρµογή σε τρόφιµα, παρά µόνο σε µερικά ιατρικά είδη και δίαιτες) Η µεγίστη δόση των 10 kgy είναι ισοδύναµη µε τη θερµική ενέργεια που απαιτείται για την αύξηση της θερµοκρασίας του νερού κατά 2,4 C. Για το λόγο αυτό η

9 ακτινοβόληση αναφέρεται ως "ψυχρή παστερίωση", γιατί µπορεί να επιτύχει το ίδιο αποτέλεσµα µε τη θερµική παστερίωση χωρίς ουσιαστική αύξηση της θερµοκρασίας. Τι Επιφέρει η Ακτινοβόληση; Ως µέθοδος συντηρήσεως των τροφίµων η ακτινοβόληση µπορεί: 1. Να αναστείλει την εκβλάστηση της πατάτας 2. Να επιβραδύνει την ωρίµανση ορισµένων φρούτων και λαχανικών 3. Να προσβάλει και καταστρέψει έντοµα που βρίσκονται στα φρούτα, δηµητριακά και µπαχαρικά 4. Να καταστρέψει επικίνδυνα παράσιτα (π.χ. χοιρινό - Trichinella spiralis) 5. Να παρεµποδίσει τροφοµεταφερόµενες ασθένειες, οι οποίες οφείλονται σε βακτήρια τα οποία ανευρίσκονται στο βοδινό κρέας, τα πουλερικά και τα ψάρια 6. Να µειώσει τους ανεπιθύµητους µικροοργανισµούς στα µπαχαρικά και αρτυµατικές ύλες 7. Να παστεριώσει τα φαγητά που προορίζονται για νοσοκοµειακή χρήση Παρατήρηση: "Αν σε ένα τρόφιµο εκδηλωθεί αλλοίωση, η ακτινοβόληση δεν µπορεί να επαναφέρει τη νωπότητα του" Μύθοι για την Ακτινοβόληση Τα ακτινοβοληµένα τρόφιµα δεν είναι ραδιενεργά! Η ακτινοβόλος ενέργεια εξαφανίζεται από το τρόφιµο αµέσως µόλις αποµακρυνθεί από την πηγή της ακτινοβολίας! εν υπάρχει κίνδυνος ακτινοβολίας από την κατανάλωση ακτινοβοληµένων τροφίµων Μεταβολές στα Ακτινοβοληµένα Τρόφιµα Χηµικές Μεταβολές Τόσο οι ακτίνες γ και Χ, όσο και η δέσµη ηλεκτρονίων (ακτίνες β) παρουσιάζουν παρόµοιες επιδράσεις στα βιολογικά υλικά. Αντιδρούν µε το νερό από το οποίο αποµακρύνεται ένα ηλεκτρόνιο: H 2 O H 2 O + + e aq Το ηλεκτρόνιο αυτό µπορεί να έχει επαρκή ενέργεια ώστε να επαναλάβει την ανωτέρω αντίδραση ή µπορεί να συλληφθεί από ένα µόριο νερού και να σχηµατίσει ένα αρνητικά φορτισµένο µόριο νερού: H 2 O + e H 2 O - aq Το θετικά φορτισµένο µόριο νερού µπορεί να υποστεί διάσταση ως ακολούθως: H 2 O H + + OH H 2 O - H + OH - Η Η µπορεί να αντιδράσει µε οξυγόνο και να δώσει µια οξειδωτική ρίζα ή υπεροξείδιο του υδρογόνου: H 2 O + + Ο 2 HO Η 2 + Ο 2 Η 2 Ο 2 2

10 Οι παραπάνω αντιδράσεις παρ' όλο που δεν είναι πλήρεις καταδεικνύουν τους τύπους των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής που λαµβάνουν χώρα. Γενικώς η δίοδος της ιοντιζούσης ακτινοβολίας από το νερό πρώτα απ' όλα οδηγεί στο σχηµατισµό των: ιηγερµένο νερό Η 2 Ο* Ελεύθερες ρίζες ΟΗ ή Η Ιοντισµένα µόρια νερού Η 2 Ο + Υδατωµένα ηλεκτρόνια e aq Τα είδη αυτά αντιδρούν µεταξύ τους ή µε άλλα µόρια του συστήµατος. Στο καθαρό νερό δίδουν: Αέριο υδρογόνο H 2 Υπεροξείδιο του υδρογόνου H 2 O 2 Ιοντισµένα µόρια νερού Η 2 Ο + Νερό Η 2 Ο Υδρονιόν Η 3 Ο + Υδροξυλιόν ΟΗ - Πρωτεΐνες: Κατά την ακτινοβόληση των πρωτεϊνών συµβαίνουν αντιδράσεις απαµινώσεως, αποκαρβοξυλιώσεως, οξείδωσης και πολυµερισµού. Οι αντιδράσεις των πρωτεϊνών που εκτίθενται σε ιοντίζουσα ακτινοβολία παρουσιάζουν οµοιότητες µε εκείνες των υπεροξειδίων. Και στις δύο περιπτώσεις οι ελεύθερες ρίζες των πρωτεϊνών µπορούν είτε να ενωθούν µεταξύ τους είτε να ενωθούν πάλι µε το υδρογόνο είτε να διασπασθούν εξαρτωµένου από διάφορους παράγοντες του περιβάλλοντος, όπως η παρουσία νερού και οξυγόνου. Μηχανισµός αντιδράσεως πρωτεϊνών που ξεκινά µε το υδατωµένο ηλεκτρόνιο, e aq. Λιπίδια: Μια άλλη ανεπιθύµητη επίδραση της ακτινοβολήσεως είναι ο σχηµατισµός οξειδίων των λιπιδίων µε αντίδραση των λιπιδίων της µεµβράνης και των άλλων λιπιδίων µε ρίζες οξυγόνου, οι οποίες παράγονται από τις ακτίνες γ (Ahn et al. 1998, Diehl 1995). Τα οξείδια αυτά µπορούν να µεταδώσουν στα τρόφιµα κακές γεύσεις και οσµές και µπορούν να συνεισφέρουν σε ασθένειες που σχετίζονται µε λιπίδια. Για το λόγο αυτό µερικά τρόφιµα, όπως τα λιπαρά ψάρια και το κρέας και µερικά

11 γαλακτοκοµικά προϊόντα, δεν θεωρούνται καλοί υποψήφιοι για ακτινοβόληση. Ο σχηµατισµός των οξειδίων αυτών µπορεί να µειωθεί µε µείωση των επιπέδων του οξυγόνου και της θερµοκρασίας κατά τη διάρκεια της ακτινοβολήσεως. Μηχανισµός αντιδράσεως τριγλυκεριδίων που ξεκινά µε το υδατωµένο ηλεκτρόνιο, e aq. Υδατάνθρακες: Οι υδατάνθρακες είναι πολύ ευαίσθητοι στην ακτινοβολία. Επικρατούν αντιδράσεις οξείδωσης, καθώς και συµπύκνωσης όµοιες µε αυτές της µη ενζυµικής αµαύρωσης. Οι κύριες συνέπειες του άµεσου ιοντισµού και της διεγέρσεως ενός µορίου υδατάνθρακος, όπως το άµυλο, ή των κυρίων µορίων που αντιδρούν µε διαλυτούς µονοσακχαρίτες ή πολυσακχαρίτες, όπως η γλυκόζη και η σακχαρόζη, είναι η διάσπαση των δεσµών C-H και των αιθερικών συνδέσεων. Στους στερεούς υδατάνθρακες, όπως το άµυλο, η διάσπαση δεσµού συµβαίνει κυρίως στη γλυκοζιτική σύνδεση και οδηγεί σε αποπολυµερισµό µε σχηµατισµό ελευθέρων ριζών στους C-1 και C-6 (βλ.σχήµα). Τα προϊόντα ραδιολύσεως των υδατανθράκων στα τρόφιµα είναι κυρίως το προϊόν της αντιδράσεως µε υδροξυλικές ρίζες (ισχυρό οξειδωτικό) και ενυδατωµένα ηλεκτρόνια (ισχυρά αναγωγικά), τα οποία παράγονται µε τη ραδιόλυση του νερού. Η αντίδραση των υδροξυλικών ριζών µε άµυλο έχει ως αποτέλεσµα σχηµατισµό µυρµηκικού οξέος, µερικών αλδεϋδών και κετονών και διαφόρων σακχάρων µε ένα άτοµο άνθρακα λιγότερο. Οι µεταβολές όµως αυτές είναι µικρές και οι παραγόµενες ενώσεις είναι όµοιες µε αυτές που παράγονται κατά το µαγείρεµα ή τη θερµική επεξεργασία.

12 Μηχανισµός αντιδράσεως ριζών γλυκόζης µε απώλεια υδρογόνου από την θέση C-1. Πρέπει να σηµειωθεί ότι πολύ λίγα προϊόντα ραδιολύσεως είναι µοναδικά στην ακτινοβόληση και υπάρχουν και στις άλλες µεθόδους επεξεργασίας. Το 90% των προϊόντων ραδιολύσεως είναι γνωστό ότι αποτελούν φυσικά συστατικά των τροφίµων. Μεταξύ αυτών είναι: Λιπαρά οξέα από υδρόλυση τριγλυκεριδίων Αµινοξέα από πρωτεΐνες Υδρογονάνθρακες από τις κηρώδεις ουσίες φλοιών φρούτων Το υπόλοιπο 10% των προϊόντων ραδιολύσεως είναι χηµικώς πολύ όµοιες µε τα φυσικά συστατικά των τροφίµων. Τα προϊόντα ραδιολύσεως έχουν εξετασθεί ως προς την τοξικότητα και δεν βρέθηκε απόδειξη κινδύνου. Η ακτινοβολία δεν µειώνει τη δραστικότητα ορισµένων θρεπτικών, όµως η συνολική συγκράτηση θρεπτικών στα ακτινοβοληµένα τρόφιµα είναι όµοια µε αυτήν των άλλων µεθόδων συντήρησης. Οι πρωτεΐνες, υδατάνθρακες και λίπη είναι σχετικά σταθερά σε δόσεις µέχρι 10 kgy. Μικροβιολογικές Μεταβολές Ο θάνατος από ιοντίζουσα ακτινοβολία, όπως καθορίζεται από τη θεωρία του στόχου, συµβαίνει όταν οι ακτινοβολούµενοι µικροοργανισµοί καταστρέφονται από τη δίοδο ενός ιοντίζοντος σωµατιδίου ή quantum ενεργείας µέσα από κάποια ευαίσθητη περιοχή του κυττάρου. Το άµεσο αυτό "χτύπηµα" του στόχου προκαλεί ιοντισµό στην ευαίσθητη αυτή περιοχή του οργανισµού ή του κυττάρου και καταλήγει σε θάνατο. Επίσης υποτίθεται ότι η µικροβιοκτόνος δράση προκύπτει από τον ιοντισµό του περιβάλλοντος, ιδιαιτέρως του νερού, σχηµατισµό ελευθέρων ριζών, µερικές από τις οποίες µπορεί να δρουν οξειδωτικά ή αναγωγικά και έτσι να συντελούν στην καταστροφή των οργανισµών. Η επίδραση αυτή µειώνεται αν το τρόφιµο ακτινοβολείται στην κατεψυγµένη κατάσταση. Η ακτινοβόληση µπορεί επίσης να προκαλέσει µεταλλάξεις στους υπάρχοντες µικροοργανισµούς. Όταν λέµε "θάνατο" εννοούµε την ανικανότητα για αναπαραγωγή.

13 Είναι δε δυνατό να συσχετίσουµε τις επιδράσεις της ακτινοβολίας µε τη δόση και µόνο: D / D0 N = N 0e όπου Ν ο αριθµός των ζώντων οργανισµών µετά την ακτινοβόληση, Ν 0 ο αρχικός αριθµός των οργανισµών, D η δόση ακτινοβολίας που δόθηκε και D 0 µια σταθερά η οποία εξαρτάται από τον τύπο του οργανισµού και τους παράγοντες του περιβάλλοντος. Η σταθερά D 0 µπορεί επίσης να θεωρηθεί και ως εκείνη η δόση ακτινοβολίας η οποία προκαλεί το θάνατο του 63% των οργανισµών. Η γραφική παράσταση του ln(n/n 0 ) σαν συνάρτηση της δόσεως δίδει ευθεία γραµµή (βλ. σχήµα). Πολλές φορές χρησιµοποιείται η τιµή D 10, η οποία είναι η δόση που απαιτείται για τη µείωση του αριθµού των οργανισµών κατά 10 φορές (µείωση κατά 90%). Τυπική καµπύλη δόσεως - απόκρισης για διάφορους µικροοργανισµούς. Γενικώς, η αντίσταση στην ιοντίζουσα ακτινοβολία ακολουθεί τη σειρά: Gram αρνητικά < Gram θετικά Ευρώτες < Σπόροι Ζύµες < Ιοί Σύµφωνα µε τους Frazier και Westhoff (1988), η βακτηριοκτόνος δράση µιας δοθείσας δόσεως ακτινοβολίας εξαρτάται από: 1. Το γένος και το είδος του µικροοργανισµού (Πίνακας 3). 2. Το πλήθος του οργανισµού (ή σπόρου) που αρχικά υπάρχει. Όσο µεγαλύτερος ο πληθυσµός των οργανισµών, τόσο λιγότερο αποτελεσµατική είναι µια δοθείσα δόση ακτινοβολίας. 3. Τη σύνθεση του τροφίµου. Μερικά συστατικά (π.χ. πρωτεΐνες, καταλάση και ανάγουσες ουσίες, όπως νιτρώδη, θειώδη και σουλφιδρυλικές οµάδες) µπορούν να δράσουν προστατευτικά. Ενώσεις που ενώνονται µε τις SH οµάδες µπορούν να δράσουν ως ευαισθητοποιητές. 4. Την παρουσία ή απουσία οξυγόνου. Η επίδραση του ελευθέρου οξυγόνου ποικίλει µε τον οργανισµό, από το καµία επίδραση µέχρι την ευαισθητοποίηση. Οι ανεπιθύµητες πλευρικές αντιδράσεις είναι πιθανόν να ενταθούν µε την παρουσία οξυγόνου και είναι λιγότερο συχνές σε κενό.

14 5. Τη φυσική κατάσταση του τροφίµου κατά την ακτινοβόληση. Τόσο η περιεκτικότητα υγρασίας όσο και η θερµοκρασία επηρεάζουν τους διάφορους οργανισµούς κατά διαφορετικούς τρόπους. 6. Την κατάσταση των οργανισµών. Η ηλικία, η θερµοκρασία αναπτύξεως και σχηµατισµού σπόρων, και η κατάσταση (βλαστική µορφή ή σπόρος) µπορούν να επηρεάσουν την ευαισθησία των οργανισµών. Πίνακας 3 Θανατηφόρες δόσεις ιοντιζούσης ακτινοβολίας Οργανισµός Έντοµα 0.22 µε 0.93 Ιοί 10 µε 40 Ζύµες (ζυµωτικές) 4 µε 9 Ζύµες (επιφανείας) 3.7 µε 18 Ευρώτες (µε σπόρια) 1.3 µε 11 Βακτήρια (παθογόνα): Mycobacterium tuberculosis Staphylococcus aureus Cornybacterium diphtheriae Salmonella spp. Βακτήρια (σαπρόφυτα): Gram-αρνητικά: Escherichia coli Pseudomonas aeruginosa Pseudomonas fluorescens Enterobacter aerogenes Gram-θετικά Lactobacillus spp. Streptococcus faecalis Leuconostoc dextranicum Sarcina lutea Βακτηριακοί Σπόροι: Bacillus subtillus Bacillus coagulans Clostridium botulinum (A) Clostridium botulinum (E) Clostridium perfringens Putrefactive anaerobe 3679 Bacillus stearothermophilus Θανατηφόρος όση (kgy) µε µε µε µε µε µε µε µε µε µε µε µε µε 17 Επίδραση επί της Ποιότητος 1. Οι απώλειες θρεπτικών οι οποίες προκύπτουν από την ακτινοβόληση είναι σηµαντικά µικρότερες από ότι είναι µε τις άλλες µεθόδους επεξεργασίας των τροφίµων. # Αποτελέσµατα ερευνών δείχνουν ότι, όπως και στις άλλες µεθόδους, χάνονται µικρά ποσά βιταµινών C, E και B1 (θειαµίνη). # Κατά την κονσερβοποίηση συµβαίνουν µεγαλύτερες απώλειες από ότι κατά την ακτινοβόληση 2. Οι χηµικές αντιδράσεις που συνδέονται µε την ακτινοβόληση των τροφίµων, εν γένει, παράγουν πολύ µικρότερες ποσότητες νέων ενώσεων (προϊόντα ραδιολύσεως).

15 Πίνακας 4 Συνεισφορά θρεπτικών από τις κύριες οµάδες τροφίµων: Τρόφιµα: Έτοιµα για Καροτένιο Βιταµίνη E Βιταµίνη C Θειαµίνη φάγωµα και λοιπά Ισοδύναµο ρετινόλης % του Συνόλου α-te % του Συνόλου mg % του Συνόλου mg % του Συνόλου Κρέας & Πουλερικά Φρούτα Λαχανικά Όλα τα έτοιµα για φάγωµα (%) Όλα τα λοιπά τρόφιµα (%) Σύνολο (%) Food Consumption, Prices and Expenditures, , USDA/ERS Report No εν αποκλείεται κανένα 3 Αποκλείονται τα κονσερβοποιηµένα 4 Αποκλείονται πατάτες και κονσερβοποιηµένα Πίνακας 5 Επίδραση της ακτινοβολήσεως στην περιεκτικότητα βιταµινών σε κοτόπουλο. (Ποσότητα ανά 1 kg µαγειρεµένου κοτόπουλου) Βιταµίνη Μη Ακτινοβοληµένο Ακτινοβοληµένο Βιταµίνη A (IU) Βιταµίνη E (mg) Θειαµίνη (mg) Ριβοφλαβίνη (mg) Νιασίνη (mg) Βιταµίνη B6 (mg) Βιταµίνη B12 (mg) Παντοθενικό οξύ (mg) Φολακίνη (mg) Ασφάλεια Η εκτίµηση της ασφαλείας των ακτινοβοληµένων τροφίµων για ανθρώπινη κατανάλωση περιλαµβάνει 4 πλευρές: 1. Ραδιολογική ασφάλεια 2. Μικροβιολογική ασφάλεια 3. Θρεπτική επάρκεια 4. Τοξικολογική ασφάλεια

16 Πίνακας 6 Υποστηρικτές της ακτινοβολήσεως των τροφίµων. Food & Drug Administration (FDA) Council of State and Territorial Epidemiologists U.S. Department of Agriculture (USDA) Florida Fruit & Vegetable Association American Medical Association Food Distributors International Center for Disease Control Food Marketing Institute American Dietetic Association Grocery Manufacturers of America National Center for Food Safety & Technology Health Physics Society U.S. Public Health Service Institute of Food Technologists Mayo Clinic National Cattlemen's Beef Association World Health Organization National Fisheries Institute U.N. Food & Agriculture Organization National Food Processors Association American Council on Science & Heath National Livestock & Meat Board American Farm Bureau Federation National Pork Producers American Feed Industry Association National Restaurant Association American Gastroenterological Association National Science & Technology Council American Meat Institute National Turkey Federation American Public Health Association Northwest Horticulturists Association American Spice Trade Association Produce Marketing Association American Veterinary Medical Association United Fresh Fruit & Vegetable Association Animal Health Institute U.S. Chamber of Commerce Apple Processors Association U.S. Department of Health & Human Services Chocolate Manufacturers Association U.S. Surgeon General Codex Alimentarius Western Growers Association Council for Agricultural Science & Technology Επισήµανση των Ακτινοβοληµένων Τροφίµων Η νοµοθεσία πολλών χωρών απαιτεί σήµερα τα προϊόντα που έχουν ακτινοβοληθεί ή περιέχουν συστατικά τα οποία επίσης έχουν ακτινοβοληθεί να επισηµαίνονται καταλλήλως. Έτσι, επάνω στη λιανική συσκευασία τίθεται το διεθνώς εγκεκριµένο σήµα και οι φράσεις "επεξεργάσθηκε µε ακτινοβολία" ή "επεξεργασµένο µε ακτινοβολία". ιεθνές σύµβολο ακτινοβοληµένων τροφίµων. Τα ακτινοβοληµένα µπαχαρικά στα τρόφιµα θεωρούνται ελάχιστα συστατικά και δεν απαιτείται επισήµανση όταν χρησιµοποιούνται σε συνδυασµό µε τρόφιµα (Pszczola, 1990).

17 Σπουδαιότητα της Ακτινοβολήσεως 1. Λόγοι: Η ακτινοβόληση καταστρέφει τις κύριες αιτίες των τροφοµεταφεροµένων ασθενειών πιο αποτελεσµατικά από τις άλλες µεθόδους επεξεργασίας Αποτελεί ένα πολλά υποσχόµενο εναλλακτικό των χηµικών επεξεργασιών οι οποίες ελέγχουν τα έντοµα στα φρούτα, λαχανικά και µπαχαρικά Μπορεί να συνδυασθεί µε νιτρώδες για την αλάτιση (πάστωµα) του κρέατος, πιθανώς εξαλείφοντας το σχηµατισµό καρκινογόνων νιτροζαµινών Μπορεί να χρησιµοποιηθεί σε συνδυασµό µε άλλες µεθόδους συντηρήσεως για την ελαχιστοποίηση των απωλειών οι οποίες οφείλονται σε αλλοίωση µετά τη συγκοµιδή 2. Αυξάνει το χρόνο ζωής των τροφίµων και τα προστατεύει από µικροοργανισµούς, έντοµα και παράσιτα χωρίς τη δηµιουργία κινδύνων υγείας για τον καταναλωτή. 3. Σήµερα βρίσκεται σε ευρεία χρήση στην Ολλανδία και την Ιαπωνία. 4. Στην Ευρώπη ακτινοβολούνται πάνω από 12,5 δισεκατοµµύρια kg ετησίως. 5. Ακτινοβηληµένα έτοιµα φαγητά σερβίρονται σε επιλεγµένους ασθενείς που νοσηλεύονται σε νοσοκοµεία και που η ασθένειά τους τους κάνει ευαίσθητους στην παρουσία µικροβίων που βρίσκονται κανονικά στα τρόφιµα. 6. Ακτινοβοληµένα προϊόντα κρέατος έχουν καταναλωθεί από τους αστροναύτες Βιβλιογραφία ADA. American Dietetic Association. Position of the American Dietetic Association: Food Irradiation. Ahn DU, Olson DG, Lee JI, Jo C, Wu C, and Chen X. (1998). Packaging and irradiation effects on lipid oxidation and volatiles in pork patties. J. Food Sci. 63(1): Anonymous Agricultural biotechnology: a world of opportunity. Partner Development Team, National FFA Organization, Alexandria, Virginia. Anonymous The future of food preservation: irradiation. Agricultural Communication Service, Purdue University, West Lafayette, Indiana. Chapple A. (1993). Bye, bye bacteria. Nuclear Energy. 3rd Quarter Codex Alimentarius Commission. (1984). Codex General Standard for Irradiated Foods; and Recommended International Code of Practice for the Operation of Radiation Facilities Used for the Treatment of Foods. Joint FAO/WHO Food Standards Programme Codex Alimentarius Commission. Vol. XV. First edition. FAO of the United Nations and WHO. Rome. Diehl JF. (1995). Safety of Irradiated Foods. New York, NY: Marcel Dekker, Inc; FAO / IAEA (1999). Facts About Food Irradiation. International Consultative Group on Food Irradiation. FAO / IAEA / WHO (1999). High-Dose Irradiation: Wholesomeness of Food irradiated with Doses Above 10 kgy. WHO Technical Report Series 890. Geneva. Frazier, W.C., and Westhoff, D.C. (1988). Chapter 10. Preservation by radiation. In Food Microbiology. Fourth edition. McGraw-Hill. New York, NY. FSIS (1999). Irradiation of meat and meat products. Food Safety and Inspection Service. Federal Register 64(36), Feb. 24, IAEA. International Atomic Energy Agency. Commercial Activities on Food Irradiation. IAEA (1991). International Consultative Group on Food Irradiation. Facts About Food Irradiation. Vienna: International Atomic Energy Agency. Institute of Food Technologists' Expert Panel on Food Safety and Nutrition. (1983). Radiation preservation of Foods. A scientific status summary. Food Technol. 37(2): IFST. Institute of Food Science & Technology. The use of irradiation for food quality and safety.

18 Jay, J. M Modern Food Microbiology, 5th ed. Chapman & Hall, New York. Λάζος, Ε.Σ. (2002). Επεξεργασία Τροφίµων Ι. 3 η Έκδοση. Τµήµα Τεχνολογίας Τροφίµων. ΤΕΙ Αθηνών. Potter, N. N. and Hotchkiss, J.H Food Science, 5th ed. Chapman & Hall, New York. Olson DG (1998). Irradiation of food. Food Technol. 52(1): Pszczola, D.E. (1990). Food irradiation: Countering the tactics and claims of opponents. Food Technol. 44(6): WHO (1993). Review of the Safety and Nutritional Adequacy of Irradiated Food. Geneva, Switzerland:World Health Organization. ρ. Ευάγγελος Σ. Λάζος Καθηγητής elazos@teiath.gr