مقاله مروری بر کاربرد علم پرتودهی در صنایع غذایی

بخشی از مقاله

مروري بر کاربرد علم پرتودهی در صنایع غذایی

چکیده

روشهاي معمول فرآوري و نگهداري مواد غذایی مانند استفاده از افزودنیها و نگهدارندهها و یا فرآیندهاي گرمایی مانند پاستوریزاسیون موجب از دست رفتن ارزش غذایی، تغییر ویژگیهاي حسی و اثرات منفی بر سلامت مصرف کننده میشود. امروزه روشهاي فرآیند و نگهداري غیر سنتی به سرعت در حال گسترش میباشد. از روشهاي مختلف نگهداري مواد غذایی از قبیل فرآیندهاي مختلف حرارتی، مصرف مواد شیمیایی، دوددهی و پرتودهی به عنوان روشهایی براي حفظ مواد غذایی استفاده می-کنند. با فرآوري مواد غذایی به روش پرتودهی اشعه گاما و نگهداري محصولات با اشعهدهی در حد مطلوب، کیفیت مواد غذایی تا مدت زمانهاي مختلف ثابت مانده و با کنترل میکروارگانیسمها عوامل فساد نیز کنترل میگردد. مواد غذایی عاري از وجود باکتريهاي بیماريزا، مخمرها، کپکها و حشرات شده و رسیدگی، پیري و جوانهزنی میوهها و سبزيها را کنترل میکند. ترکیبات شیمیایی مواد غذایی در جهت بهبود کیفیت مواد غذایی تغییر پیداکرده و در نهایت بعد از اعمال پرتو هیچگونه سمی در مواد غذایی باقی نمیماند. فزایش دز پرتودهی براي مواد غذایی تأثیرات شاید منفی روي آن داشته باشد و بهترین دز براي اکثر مواد غذایی در حدود kGy 4 معرفی شده است. پرتودهی در سبزیجات باعث افزایش ماندگاري، در فرآوردههاي شیلاتی باعث حفظ کیفیت و افزایش ماندگاري و خواص تغذیهاي و حسی را حفظ میکند.

واژههاي کلیدي: اشعهدهی، پرتو گاما، کیفیت، ماندگاري، مواد غذایی

مقدمه

تأمین احتیاجات غذایی براي جمعیت رو به فزاینده جهان از مهمترین مسائلی است که ذهن مسئولین بخشهاي مختلف، خصوصاً صنعت، کشاورزي و بهداشت را به خود مشغول کرده است. از طرف دیگر تأمین سلامت مواد غذایی شرط لازم براي تأمین سلامت جامعه و از شاخصهاي مهم توسعه میباشد. بروز موارد متعدد بیماريهاي منتقله از راه مواد غذایی در جهان لزوم به توجه بکارگیري بهداشت مواد غذایی را بیشتر نمایان میسازد .(Who, 2008;Who,2000) از طرف دیگر آمار موجود حاکی از آن است که سالانه هزاران تن مواد غذایی به علت غیر بهداشتی بودن غیرقابل مصرف و معدوم میشوند، و این مسئله باعث وارد شدن زیانهاي اقتصادي به کشورها میگردد. از آنجا که طیف وسیعی از آلودگیها در طی مراحل مختلف تهیه، نگهداري، جابجایی و

آمادهسازي مواد غذایی توسط مراکز تهیه و عرضه مواد غذایی صورت میگیرد، سلامت مواد غذایی به طور مستقیم تحت تأثیر عوامل فردي، فیزیکی و عملکردي در محلهاي مذکور میباشد .(NRA,2010)

واژه کیفیت تعریف کلی آن عبارت است از مجموعهاي از صفات و ویژگیهاي یک ماده غذایی که بر میزان پذیرش آن در نزد خریدار و مصرف کننده مؤثر بوده و آن را از دیگر ویژگیهاي مواد غذایی متمایز میسازد .(Ray,2004;FDA.1997) بر اساس استاندارد ISO:22000 خطرات میکروبی، فیزیکی و شیمیایی زیادي میتوانند در زنجیره غذایی اتفاق بیافتد. در سطح توزیع و عرضه ماده غذایی نیز این خطرات ممکن است ماده غذایی را تحریک کند (جلالی و عابدي، .1383 .(Morriett,1999;Roday,1999 شناخت دقیق روشهایی که بر عرضه مواد غذایی تأثیرات کلیدي دارند و تعیینکننده ایمنی محصول میباشد از اهمیت ویژهاي برخوردار است. در بسیاري از این موارد روشها با تأثیر بر میکروارگانیسمهاي عامل فساد نقش خود را ایفا میکنند. با توجه به اثري که این روشها بر میکروارگانیسمها دارند میتوان روشهایی در جلوگیري از بروز آلودگی مواد غذایی، روشهایی براي کنترل رشد میکروبی مواد غذایی و رو شهایی براي از بین بردن میکروارگانیسمها در مواد غذایی به کار گرفت. از جمله روشهاي پیشگیري از آلودگی مواد غذایی میتوان به استفاده از بستهبندي مناسب، تمیزکردن و گندزدایی نمودن ابزار و وسایل کار، روشهایی براي کنترل رشد میکروبی و از بین بردن میکروارگانیسمها در مواد غذایی اشاره کرد (غلامی و همکاران، .(1390 در این مقاله ابتدا مواد تشکیل دهنده بافت زیست فعال مواد غذایی که در اثر پرتودهی و اشعه گاما شروع به فعالت نموده و یا ازبین میروند، توضیح داده شده است. سپس مروري بر روش هاي بهبود کیفیت و افزایش ماندگاري میکنیم و یکی از کمخطر ترین روشها، که از طریق پرتودهی با اشعه گاما انجام میگردد را مورد نظر قرار داده و بهبود کیفیت به کمک این روش را شرح میدهیم. در نهایت با مروري بر گروهی از مواد غذایی خام پرتودهی شده، نتایج حاصل از اشعه دهی این موا غذایی را طبقه بندي میکنیم.

مواد تشکیلدهنده بافت زیست فعال در گیاهان

مواد تشکیلدهنده بافتها به عنوان ترکیبات شیمیایی زیست فعال داراي اهمیت بیولوژیکی هستند اما به عنوان مواد مغذي شناخته نمیشوند. ترکیباتی مانند فلاونوئیدها در میوهها وسبزيها، یکی از عوامل مؤثر در حفظ سلامتی انسان و پیشگیري از بیماريهاست. عوامل ژنتیکی و محیطی مانند رقم، میزان رسیدگی، قرار گرفتن در معرض نور UV و روشهاي نگهداري و فرآوري پس از برداشت، نقش مهمی در حفظ ترکیبات زیست فعال در میوهها و سبزيها ایفا میکنند. ترکیبات فنولی، کاروتنوئیدها، آسکوربیک اسید، توکوفرول ها، از ترکیبات مهم در گیاهان محسوب میشود. ترکیبات فنولی یکی از مهمترین گروههاي متابولیت-هاي ثانویه آروماتیک در گیاهان هستند که محدوده وسیعی از ساختارها را نشان داده و مسئول ویژگیهاي ارگانولپتیک مهم در مواد غذایی مشتق شده از گیاهان و نوشیدنی ها مخصوصاً رنگ و مزه است و عامل کیفیت تغذیهاي در گیاهان و سبزيها میباشد. فعالیت ضد اکسایشی گیاهان دارویی و ادهاویهاساساً به وسیله ترکیبات فنولی ایجاد میشود. ترکیبات فنولی توسط حلقه آروماتیک و با یک یا تعداد بیشتري از گروه هیدروکسیل شناخته میشودفلاونوئیدها. معمولاً به صورت گلیکوزید و گاهی آسیل گلیکوزید در میوهها وسبزيها وجود دارد .(Berk,2009) تأثیرات شیمیایی و بیولوژیکی روشهاي نگهداري مواد غذایی ممکن است نتیجه مستقیم خود روش یا نتیجه عمل مولکولها یا رادیکال آزاد تشکیل شده باشد. تخریب سلولهاي میکروبی اساساً به وسیله سازوکار مستقیم ایجاد میشود و در حالی که تغییرات شیمیایی مانند تخریب ویتأمینهامعمولاً به تأثیر غیر مستقیم نسبت داده میشود .(Berk,2009)

روشهاي بهبود کیفیت و ماندگاري بالا

روشهاي معمول فرآوري و نگهداري مواد غذایی مانند استفاده از افزودنیها و نگهدارندهها و یا فرآیندهاي گرمایی مانند پاستوریزاسیون موجب از دست رفتن ارزش غذایی، تغییر ویژگیهاي حسی و اثرات سوء بر سلامتی مصرف کننده میشوند. بنابراین امروزه روشهاي فرآیند و نگهداري غیر سنتی به سرعت در حال گسترش میباشد. به علاوه، تقاضاي مصرفکننده براي غذاي تازهتر، طبیعیتر و سالمتر که ایمنی بالاتري را فراهم میکند، سبب افزایش علاقه به استفاده از روشهاي غیر حرارتی در فرآوري مواد غذایی شده است. در اکثر محصولات پرتودهی سبب افزایش تجارت محصولات میگردد (شکل .(1 روشهاي غیر حرارتی به گروهی از فناوريها اطلاق میشود که ماده غذایی را بدون اعمال حرارت حفظ میکند لذا از تغییر کیفیت محصول به وسیله گرما جلوگیري میکنند. از فناوريهاي غیر حرارتی نگهداري میتوان به فرآوري با فشار بالا، فرآوري با میدان الکتریکی پالسی، فرآوري با فراصوت، فرآوري با میدان مغناطیسی متناوب، پرتودهی، فرآوري با مایکروویو و امواج رادیویی اشاره نمود ( .(Bengtsson,2002

شکل-1 پرتودهی سبب افزایش ماندگاري محصولات میگردد .(ICGFI,1996)

پرتودهی مواد غذایی

پرتودهی مواد غذایی عبارت است از قرار دادن ماده غذایی در مقابل مقدار مشخصی از پرتو گاما، به منظور جلوگیري از جوانهزنی بعضی محصولات غذایی مانند پیاز و سیب زمینی و همچنین کنترل آفات انبارداري، کاهش با میکروبی و قارچی بعضی از محصولات مانند زعفران و ادویههاو تاًخیر در رسیدن بعضی میوهها به منظور افزایش زمان نگهداري آنها. در کودها مطالعات مربوط به تغذیه گیاهی نیز از این روش استفاده میشود مانند نحوه جذب کودها و عناصر که با استفاده از تکنیک پرتوتابی هستهاي میتوان تغییرات ژنتیکی مورد نظر را براي اصلاح محصول در تودههاي گیاهی به کار برد (اهري مصطفوي، .(1390

در این فرایند اشعههاي یونیزه کننده باعث از بین رفتن میکرو گانیسمهایی که غذا را آلوده میکنند یا باعث فساد و تخریب مواد غذایی میشوند، میگردند (شکل .(2 پرتودهی به عنوان یک فرایند سرد شناخته شده است که دما را بطور قابل توجهی افزایش میدهد و در اکثر غذاها تغییرات فیزیکی یا مشخصات حسی به جا نمیگذارد. به عنوان مثال یک سیب اشعه دیده باز هم ترد و آبدار است (محمدرزداري و همکاران، .(1392

شکل -2 اشعهدهی باعث ضدعفونی کردن مواد گوشتی میگردد .(ICGFI,1996)

از پرتوهاي مورد استفاده در صنایع غذایی میتوان به پرتوهاي یونیزه کننده گاما، ایکس، پرتوهاي الکترونی و پرتوهاي غیریونیزه کننده، ماوراء بنفش (UV-B, UV-C)، مادون قرمز و امواج رادیویی اشاره کرد .(Berk,2009) پرتو گاما، تشعشعات الکترومغناطیس است که هستههاي برانگیختهشده عناصري مانند کبالت 60 یا سزیم 137 ساطع میشود. از آنجا که عناصر تولیدکننده این اشعه، فرآورده تجزیه اتمی بوده و جزء ضایعات اتمی محسوب میشود، اشعه مذکور از ارزانترین شکل اشعه جهت نگهداري مواد غذایی است و از قدرت نفوذ بسیار خوبی برخوردار است .(Lester and Hallman,2010) اشعه ایکس نوعی موج الکترومغناطیس با طول موج 10-0/01 آنگستروم است. پرتو ماوراء بنفش نیز خود به سه نوار تقسیم میشوند که هر یک داراي انرژي و خاصیت اکولوژیکی خاص میباشد مانند اشعه میکروبکش لامپهاي بخار جیوه با فشار کم که گزارش شده است که در طول موج nm 260-250 بیشترین اثر را بر باکتري، ویروس، پروتوزوآ، قارچ و جلبک دارد. ( nm315-280) UV-B با کمترین طول موج و بالاترین سطح انرژي است. این نوار به وسیله بیشتر مولکولهاي بیولوژیکی، به طور قابل توجه نسبت به پرتو UV-C کمتر جذب میگردد. nm400-315) UV-Aبه) وسیله چند ترکیب بیولوژیکی شدیداً غیر اشباع جذب میشود و میتواند بعضی فرآیندهاي فیزولوژیکی را تحت تأثیر قرار دهد اما سلولکش قوي نیست. اثر کشندگی اشعه UV برروي باکتريها بسیار قوي است. این اشعه غیر یونیزه کننده بوده، توسط پروتئین و اسیدهاي نوکلئیک جذب میشود و تغغیرات فتوشیمیایی که توسط آن ایجاد میگردد ممکن است سبب مرگ سلول شود. مهمترین مزیت آن عدم تشکیل محصولات جانبی سمی یا غیر سمی طی فرآوري است .(Torkamani and Niakousari,2011)

بهبود کیفیت با روش پرتودهی

هر ساله بسیاري از منابع غذایی ما به دلیل فاسد شدن یا هجوم حشرات از بین میروند. دانشمندان از سال 1950 در پی خسارتهاي جدي ناشی از این مشکلات تصمیم گرفتند از روشهاي مختلف نگهداري مواد غذایی از قبیل فرآیندهاي مختلف حرارتی، مصرف مواد شیمیایی، دود دهی و پرتودهی به عنوان روشهایی براي حفظ مواد غذایی استفاده کنند (محمدرزداري و همکاران، .(1392

نخستین استفاده تجاري از پرتودهی مواد غذایی در سال 1957 در آلمان روي داد که یک تولیدکننده ادویهجات در اشتوتگارت با پرتودهی الکترونها با استفاده از مولد الکتروستاتیکی، کیفیت بهداشتی محصول خود را بهبود بخشید. اولین پرتودهنده اشعه ایکس تجاري در پرتودهی مواد غذایی در جولاي 2000 در هاوایی آغاز به کار کرد. این برنامههاي تحقیقی در دهه 1990 بر بهبود روشهاي تشخیص مواد غذایی پرتودهی شده تاکید داشتند. در حالی که تا 20 سال پیش امکان تمایز بین نمونههاي پرتودهی شده و نشده مواد خوراکی، با آنالیز شیمیایی نبود. در آینده شاهد تحقیقات بیشتري در این زمینه هستیم از جمله: تحقیق روي مقاومت تابشی گونههاي مختلف میکروارگانیسمها و عوامل تأثیر گذار بر آن، تحقیق در مورد واکنشهاي شیمیایی ناشی از پرتودهی در محیطهاي مختلف، تحقیق روي از بین رفتن ویتأمینها در شرایط مختلف پرتودهی و ذخیرهسازي، تحقیق روي روشهاي ترکیبی، تحقیق روي کیفیت و تناسب مواد بستهبندي مختلف براي غذاهاي پرتودهی شده و تحقیق و بررسی تأثیر شرایط پرتودهی بر کیفیت طعم و مزه مواد خوراکی .(Diehl,2002)

مواد غذایی خام پرتودهی شده

روي مواد خام مختلف تأثیر اشعه گاما بر روي کیفیت مواد و افزایش زمان انبارداري و ذخیره سازي بررسی شد و نتایج مختلفی بدست آمد. از گروه سیزیجات و میوهها میتوان موارد زیر را نام برد: محصول سیب به دلیل بیشترین حجم تولید و مصرف درگروه میوهجات در جهان و همچنین ایران و همچنین مقاومت کم در مقابل عوامل بیمايزا، در فرآیند نگهداري نیاز به توجه بیشتر ي دارد. هدف از تحقیق بررسی نتایج مطالعات انجام شده تأثیر پرتو گاما بر روي خواص فیزیکی میوه سیب است. میزان دز وارد شده در حدود kGy 2 در نظر گرفته شد. دزهاي بیشتر باعث از بین رفتن طعم و سفتی ظاهري محصول میشود. فرآیند متابولیسم یا شدت تنفس سیب بعد از پرتودهی، دوباره به حالت اولیه، قبل از پرتودهی میرسد. مقدار اتیلن آزاد شده نیز با افزایش دز و زمان نگهداري کاهش میابد. دزهاي متوسط تأثیر معنیداري بر روي مولفههاي غذایی سیب مانند رطوبت، قند، تتراتبیل اسید و ویتأمین C ندارد (محمدرزداري و همکاران، .(1392

تحقیقی در چین در سال 2004 انجام شد که تأثیر پرتودهی روي میکروارگانیسمهاي این گیاه و تأثیر اشعه گاما روي کیفیت فیزیولوژیکی آن بررسی گردید. میزان اشعه مورد نظر براي این منظور در حدود kGy 1 در نظر گرفته شد. رطوبت در طی ذخیره-سازي و بعد از پرتودهی در حدود 4 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شد. بعد از اشعهدهی فعالیت Polyphenoxidase از بین رفت.

ضرر یا آسیب ویتأمین C در نوع پرتودهیشده کمتر از نوع پرتودهینشده بود .(Lu et al; 2004) آزمایشگاهی در چین نیز در سال 2005 آزمایشی انجام داد که تأثیر اشعه گاما روي شاخصهاي خشک کردن گندم بررسی گردید. بعد از اشعهدهی با حدود دز 0/5 kGy ، میزان خشک شدن با افزایش دز به حدود 1و kGy 2/5 افزایش یافت، اما دیوارههاي سلولی به دلیل از بین رفتن سیتوپلاسم غشایی از بین رفتند .(Yu and Wnag,2005)

در کره در سال 2005 تحقیقی به منظور بررسی تأثیر اشعه گاما روي میوه خیار و عوامل بیماريزاي Salmonella

Typhimurium، Escherichia coli، Staphylococcus aureus و Listeria ivanovii انجام شد. میزان دز مورد نظر براي این

منظور در حدود kGy 2 در نظر گرفته شد. براي این میوه با این حدود دز پرتودهی عوامل بیماريزاي Salmonella Typhimurium و Listeria ivanovii از بین رفتند و به منظور بررسی تأثیر اشعه گاما روي گیاه اسفناج و عوامل بیماري زاي

Salmonella Typhimurium، Escherichia coli، Staphylococcus aureus و Listeria ivanovii با میزان دز پرتودهی

شده در حدود kGy 2 نیز بررسی انجام گردید که براي این گیاه با این حدود دز پرتودهی عوامل بیماريزاي Salmonella

Typhimurium و Listeria ivanovii به طور مشابه از بین رفتند .(Byun et al,2005)

آزمایشگاهی در چین در سال 2004 تأثیر حفاظتی اشعه گاما را روي محصول کرفس را بررسی کرد. میزان دز مورد نظر براي این محصول در حدود kGy 1 در نظر گرفته شد. که با این میزان دز در حدود 102 باکتري شناخته شده در این گیاه از بین رفتند و تعداد پاتوژنهاي Escherichia coli به کمتر از 30 تعداد رسیدند. فعالیت Polyphenoxidase و درجه تنفس کرفس پرتودهیشده کمتر از نوع معمولی بود و میزان ویتأمین C، جامد محلول، شکر و شاخصهاي حسی نوع پرتودهی شده بهتر بودند

.(Lu et al, 2004)

در ترکیه در سال 2007 به منظور تأثیر پرتودهی روي هسته درخت کاج انجام تحقیقی انجام گردید. میزان دز در حدود 0/5، 1 و kGy 3 در نظر گرفته شد. بعد از پرتودهی در طول 3 ماه تاییرات شیمیایی، فیزیکی و شاخصهاي حسی این میوه بررسی شدند. مقدار پروکسید هسته با افزایش دز افزایش یافت. فرآیند اشعهدهی تأثیري روي خصوصیات فیزیکی از جمله حالت میوه، رنگ، اسید چرب و شاخصهاي حسی آن نداشت .(Go¨lge and Ova, 2007) به منظور برسی پایداري دو رقم انگور در سوریه در در سال 1998 به ترتیب بلدي و هلوانی تحقیقی انجام شد. هدف از پرتودهی بررسی تأثیر اشعه گاما روي پایداري این دو رقم بود. در سال اول هر دو رقم در دز حدود 0/5، 1 و kGy 1/5 میوهها پرتودهی شدند و در سال دوم با دز حدود 2 و kGy 2/5 و 1 و kGy 2/5 به ترتیب براي رقمهاي بلدي و هلوانی اشعهدهی گردیدند. بعد از اشعهدهی در حدود 2 هفته رقم بلدي و در حدود 4 هفته رقم هلوانی مورد بررسی قرار گرفتند. اشعهدهی پایداري هر دو رقم و زمان ذخیرهسازي را افزایش داد. بعد از آنجام پرتودهی و آزمایشات دز متعادل براي بلدي در حدود 0/5 و kGy 1 و براي رقم هلوانی در حدود 5/1 و kGy 2 در نظر گرفته شد .(Bachir,1998)