XU HƯỚNG ỨNG DỤNG BỨC XẠ ION HÓA (TIA GAMMA, TIA X, CHÙM TIA ĐIỆN TỬ) ĐỂ KHỬ TRÙNG DỤNG CỤ Y TẾ, THANH TRÙNG THỰC PHẨM, KIỂM DỊCH TRÁI CÂY VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI, KHÍ THẢI

SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TP-HCM TRUNG TÂM THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ  BÁO CÁO PHÂN TÍCH XU HƯỚNG CƠNG NGHỆ Chun đề: XU HƯỚNG ỨNG DỤNG BỨC XẠ ION HÓA (TIA GAMMA, TIA X, CHÙM TIA ĐIỆN TỬ) ĐỂ KHỬ TRÙNG DỤNG CỤ Y TẾ, THANH TRÙNG THỰC PHẨM, KIỂM DỊCH TRÁI CÂY VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI, KHÍ THẢI Biên soạn: Trung tâm Thơng tin Khoa học Công nghệ TP HCM Với cộng tác của: Ơng Đồn Bình TT Nghiên cứu Triển khai Cơng nghệ Bức xạ Bà Đồn Thị Thế TT Nghiên cứu Triển khai Công nghệ Bức xạ TP.Hồ Chí Minh, 10/2013 -1- MỤC LỤC I TỔNG QUAN THỰC TRẠNG VÀ XU HƢỚNG ỨNG DỤNG BỨC XẠ ION HÓA ĐỂ KHỬ TRÙNG DỤNG CỤ Y TẾ, THANH TRÙNG THỰC PHẨM, KIỂM DỊCH TRÁI CÂY VÀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI, KHÍ THẢI TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM Lịch sử hình thành phát triển ứng dụng xạ ion hóa giới Bức xạ ion hóa Các loại nguồn xạ ion hóa thường sử dụng quy mơ cơng nghiệp Khử trùng xạ Thanh trùng thực phẩm xạ Kiểm dịch trái xạ 10 Xử lý nước thải, khí thải xạ 10 Thực trạng ứng dụng xạ ion hóa Việt Nam 12 Nhận xét 12 II PHÂN TÍCH XU HƢỚNG ỨNG DỤNG BỨC XẠ ION HÓA TRONG Y HỌC, THỰC PHẨM VÀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI, KHÍ THẢI TRÊN CƠ SỞ SỐ LIỆU SÁNG CHẾ QUỐC TẾ 13 Tình hình đăng ký sáng chế nghiên cứu ứng dụng xạ ion hóa nói chung 13 Ứng dụng xạ ion hóa thực phẩm 15 Ứng dụng xạ ion hóa để xử lý nước thải, khí thải 17 Ứng dụng xạ ion hóa để khử trùng y tế 19 So sánh tình hình đăng ký sáng chế nghiên cứu ứng dụng xạ ion hóa lĩnh vực: khử trùng y tế; thực phẩm; xử lý nước thải, khí thải 21 Một số sáng chế ứng dụng xạ ion hóa lĩnh vực: khử trùng y tế; thực phẩm; xử lý nước thải, khí thải 23 Nhận xét 25 III ỨNG DỤNG BỨC XẠ ION HÓA ĐỂ KHỬ TRÙNG DỤNG CỤ Y TẾ 25 Thiết bị chiếu xạ Trung tâm Nghiên cứu Triển khai Công nghệ Bức xạ (VINAGAMA) 25 Chiếu xạ khử trùng dụng cụ y tế 29 Nhận xét 34 IV ỨNG DỤNG BỨC XẠ ION HÓA ĐỂ THANH TRÙNG THỰC PHẨM VÀ KIỂM DỊCH TRÁI CÂY 34 Công nghệ chiếu xạ thực phẩm 34 Quy phạm tiêu chuẩn cho chiếu xạ thực phẩm Việt Nam 37 -2- Tình hình chiếu xạ, trùng thực phẩm kiểm dịch trái Việt Nam 38 Ứng dụng chiếu xạ thực phẩm Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam (VINATOM) 40 Triển vọng tương lai 42 V XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG BỨC XẠ 43 Giới thiệu 43 Xử lý nước thải chùm tia điện tử (EB) 43 Phản ứng hóa học xạ nước 43 Nguyên tắc xử lý nước thải chùm tia điện tử (EB) 44 Kết xử lý nước thải Khu phức hợp dệt-nhuộm Daegu, Hàn Quốc 44 Nhận xét 47 VI XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG BỨC XẠ 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 -3- XU HƢỚNG ỨNG DỤNG BỨC XẠ ION HÓA (TIA GAMMA, TIA X, CHÙM TIA ĐIỆN TỬ) ĐỂ KHỬ TRÙNG DỤNG CỤ Y TẾ, THANH TRÙNG THỰC PHẨM, KIỂM DỊCH TRÁI CÂY VÀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI, KHÍ THẢI ************************** I TỔNG QUAN THỰC TRẠNG VÀ XU HƢỚNG ỨNG DỤNG BỨC XẠ ION HÓA ĐỂ KHỬ TRÙNG DỤNG CỤ Y TẾ, THANH TRÙNG THỰC PHẨM, KIỂM DỊCH TRÁI CÂY VÀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI, KHÍ THẢI TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM Lịch sử hình thành phát triển ứng dụng xạ ion hóa giới Năm 1895: W.C Roentgen phát tia X Năm 1896: A.H Becquerel quan sát thấy phóng xạ phát từ Uranium; H.Minsch (Đức) có cơng bố đề nghị dùng xạ ion hóa để bảo quản thực phẩm nhằm giết vi khuẩn gây hư thực phẩm Năm 1897: J.J Thompson phát điện tử (e-); Pacronotti Procelli phát hiệu ứng xạ lên vi khuẩn Năm 1898: Marie P Curie phát nhiều nguyên tố phóng xạ Năm 1904: S.C Prescott phát hiệu ứng diệt khuẩn xạ Năm 1905: Anh Hoa Kỳ dùng xạ ion hoá để diệt khuẩn thực phẩm Năm 1921: B Schwartz có nghiên cứu ảnh hưởng tia X lên Trichinella spiralis thịt heo tươi Từ 1920-1930: nhiều chương trình phát triển máy gia tốc chùm tia điện tử Năm 1953: Anh Hoa Kỳ có chương trình chiếu xạ thực phẩm Từ 1958-1959: Liên Xô (cũ) chấp thuận cho chiếu xạ khoai tây ngũ cốc Năm 1960: Canada cho phép chiếu xạ khoai tây Năm 1963: nguồn chiếu xạ gamma lắp đặt Hoa Kỳ cho khử trùng dụng cụ y tế Từ 1963-1964: Hoa Kỳ cho phép chiếu xạ lườn heo, lúa mì, bột mì, khoai tây Năm 1973: nhà máy chiếu xạ cơng nghiệp cho khoai tây Nhật Bản Năm 1996: có 40 quốc gia đồng ý cho chiếu xạ thương mại loại thực phẩm hay nhiều loại thực phẩm Năm 2000: nước châu Âu chấp thuận cho chiếu xạ gia vị, dược liệu -4- Bức xạ ion hóa Bức xạ ion hóa xạ phát từ nguồn phát, di chuyển tác động lên vật chất làm cho phần lượng bị vật chất hấp thụ đồng thời sinh hiệu ứng tạo cặp, compton, ion hoá, Bức xạ ion hóa: hạt alpha, hạt beta, tia gamma, tia X Hạt alpha (tia α) hạt nhân He (He2+) bị phân rã trạng thái kích thích phân rã gamma nhằm giải phóng lượng Hạt beta tên chung cho điện tử (e-, β-) positron (e+, β+) trình phân rã beta Năng lượng hấp thụ xạ/đơn vị khối lượng vật chất tính Gray (Gy) theo SI (1 Gy= J/kg) Bức xạ ion hóa có khả đánh bật điện tử khỏi nguyên tử, cắt đứt liên kết hóa học hay tạo ion có hoạt tính cao: Khi xạ qua mơi trường vật chất làm cho mơi trường ion hóa trực tiếp: -5- Khi xạ qua môi trường vật chất làm cho mơi trường ion hóa gián tiếp: Bức xạ gây tổn thương vi khuẩn, virus, trùng,…và làm thay đổi cấu trúc hóa học đối tượng vật chất mơi trường đó: Các loại nguồn xạ ion hóa thƣờng sử dụng quy mô công nghiệp Nguồn gamma: phát từ nguồn đồng vị phóng xạ, độ xuyên vào vật chất cao  Co-60 (Cobalt-60) phát tia gamma có lượng tổng 2,5 MeV  Cs-137 (Ceasium-137) phát tia gamma có lượng 0.66 MeV -6- Tia X (Bremsstrahlung): dạng lượng ion hóa, có độ xuyên vào vật chất cao, lượng cao tia X phát từ máy phát tia X, máy bật/tắt Tia X phát va chạm điện tử nhanh vào tia có số khối lớn Tantalum, Tungsten Chùm tia điện tử: dạng lượng ion hóa, có độ xuyên thấp tia gamma tia X, phát từ máy phát, bật/tắt, thời gian chiếu xạ nhanh Khử trùng xạ Khử trùng diệt hay bất hoạt tất loài vi sinh vật kể dạng sinh dưỡng bào tử, nang ký sinh trùng siêu vi trùng (thông qua phá hỏng ADN hay cấu trúc tế bào làm tế bào khả chép) Bức xạ ion hóa có hiệu lực diệt khuẩn cao, hệ số bất hoạt đạt 10 160 so với khử trùng nhiệt (1020), khử trùng hóa chất (109) Khử trùng xạ phương pháp khử trùng lạnh, khơng sinh nhiệt Bức xạ có độ xuyên thấu sản phẩm cao, khử trùng nguyên khối, ngun bao bì khối lượng lớn Có phương pháp khử trùng khác nhau:  Khử trùng nhiệt: nhiệt ẩm, nhiệt khô,…  Khử trùng xạ: tia gamma, tia X, chùm tia điện tử,…  Khử trùng hóa chất: Etilen oxit, Formaldehit, NO2, Ozon,… Các loại dụng cụ y tế khử trùng xạ: bơm tiêm nhựa, dây truyền dịch, găng tay, băng gạc, que khám, vật liệu cấy ghép, khâu, dao mổ, vỏ chai thuốc nhỏ mắt, tăm giấy nha khoa, kit thử, đĩa petri, băng dính, núm vú, mặt nạ… Liều khử trùng xạ: 15-35 kGy Các sản phẩm tiếp xúc trực tiếp mơ tế bào phải địi hỏi có SAL (Sterility Assurance Level: Độ đàm bảo vô trùng): SAL=10-6 -7- Các sản phẩm không tiếp xúc trực tiếp mô tế bào cần có SAL=10-3 Có 160 nguồn chiếu xạ Co-60 200 máy phát chùm tia điện tử tia X công nghiệp dùng cho khử trùng dụng cụ y tế giới Hiệu lực trình khử trùng dụng cụ y tế xạ cho kiểm soát QA/QC theo tài liệu ISO- 11137 Kiểm soát chất lượng (QC) trình khử trùng xạ dựa trên:  Độ nhiễm khuẩn ban đẩu (Bioburden)  Tính chất vật liệu  Định liều khử trùng theo tiêu chuẩn ISO-11137 Đảm bảo chất lượng chiếu xạ (QA):  Bằng cách đo liều xạ  Tính nguyên vẹn sản phẩm Thanh trùng thực phẩm xạ Chiếu xạ thực phẩm trình sản phẩm chiếu xạ tia gamma, tia X hay chùm tia điện tử liều lượng tùy theo luật quốc gia Hoa Kỳ có quan FDA, Việt Nam có Bộ Y tế Chiếu xạ thực phẩm nhằm làm cho thực phẩm an toàn hơn, giảm nguy gây bệnh chiếu xạ làm bất hoạt loại vi khuẩn, ký sinh trùng, nấm hay côn trùng gây bệnh Chiếu xạ thực phẩm làm giảm hư hỏng sản phẩm xạ kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm dễ hư sau thu hoạch giống phương pháp bảo quản khác: đơng lạnh, đóng hộp, phơi khơ, Thực phẩm chiếu xạ an toàn để ăn FDA (Hoa Kỳ) theo dõi 50 năm qua, ví dụ thịt sống, thịt qua chế biến, thức ăn nhanh,… Theo quy định quốc tế, thực phẩm chiếu xạ phải dán nhãn có biểu tượng “Radura” đây: Biểu tượng “Radura” Ở Hoa Kỳ, quy định ngành thực phẩm cho phép chiếu xạ: bột mì, khoai tây, gia vị, bột hương liệu, trái tươi, thịt đỏ, thịt heo, thịt gia cầm, thực ăn nhanh,… -8- Ngoài Hoa Kỳ, số nước khác cho phép chiếu xạ thực phẩm Liên Xô cũ, Liên minh châu Âu, Canada, Úc, Nam Phi, Trung Quốc, Indonesia, Việt Nam, … Cơ sở khoa học để đánh giá độ nhạy xạ vi sinh vật:  Quần thể vi sinh vật giảm hàm mũ theo liều hấp thụ  Động học gây chết vi sinh vật theo phản ứng bậc  Độ nhạy xạ loại VSV khác khác  Để so sánh loài VSV khác loài VSV điều kiện khác nhau, công thức sau mô tả lượng xạ cần có để giảm quần thể VSV đến 90%: D10 = D/(log10N0 – log10N1) D10: giá trị giảm thập phân (1 bậc log10) D: liều hấp thụ chiếu xạ N0: quần thể VSV trước chiếu xạ N1: quần thể VSV sau chiếu xạ Quá trình diệt khuẩn thực phẩm giá trị D10 xác định mức độ phù hợp để đảm bảo độ an toàn cho người sử dụng Hoa Kỳ thường giảm khoảng bậc Log10 (5D10) Vi khuẩn có bào tử, virus có độ kháng xạ tương đối cao, Riêng ký sinh trùng, nhạy với xạ, Trichinella spiralis chiếu xạ 0,3 kGy an tồn Độ nhạy xạ có ảnh hưởng yếu tố môi trường độ ẩm, nhiệt độ, ví dụ: Escherichia coli O157:H7, giá trị D10 có khác 0,28 kGy (+5 0C) 0,44 kGy (-5 C) Giá trị D10 cho Salmonella senftenberg 0,13 kGy (đệm) 0,56 kGy (thịt xương) Theo nhóm nghiên cứu hỗn hợp FAO/IAEA/WHO, chiếu xạ thực phẩm làm thay đổi thành phần có thực phẩm cacbon hidrat, protein, lipit, vitamin,…là nhỏ, không đáng kể giống công nghệ bảo quản truyền thống khác: nhiệt, -9- đóng hộp, đơng lạnh,…nhưng cơng nghệ chiếu xạ loại bỏ thảm họa sinh học, an toàn sử dụng cho người tiêu dùng Kiểm dịch trái xạ Kiểm dịch trình áp dụng cho loại hàng hóa loại vi sinh vật kiểm dịch không phát thấy chúng Kiểm dịch hàng hóa thực nhiều công cụ thuốc diệt trùng, diệt nấm mốc, nhiệt nóng, nhiệt lạnh, khí có nồng độ oxi thấp, xạ ion hóa Phương pháp chiếu xạ khác so với phương pháp kiểm dịch khác chỗ không cần cung cấp mức độ tử vong cấp tính liều chiếu dành cho loại hàng nông sản tươi Chiếu xạ phương pháp kiểm dịch nhanh, hiệu tổn hại đến tính chất nông sản Chiếu xạ kiểm dịch hiệu cho nhóm trùng gây hại; ruồi đục quả, bọ, Homoptera loại rau Năm 1956: Hawai (Hoa Kỳ), có nghiên cứu vể kiểm dịch xạ trái để diệt ấu trùng ruồi đục Năm 1986: chuyến hàng chở xoài từ Puerto Rico đến Florida (Hoa Kỳ) qua kiểm dịch chiếu xạ Năm 1987: trái đu đủ Hawai chiếu xạ kiểm dịch bán California (Hoa Kỳ) Năm 2000: Hawai (Hoa Kỳ) chiếu xạ kiểm dịch nhiều loại trái đu đủ, nhãn, vải, chôm chôm, liều 250 Gy để loại ấu trùng ruồi đục quả, kiến bọ rầy Liều 250 Gy chấp nhận để kiểm dịch loại trái từ Hawai, Địa Trung Hải để diệt ấu trùng ruồi đục USDA/APHIS (Hoa Kỳ) Ở Việt Nam, Cơ quan APHIS (Hoa Kỳ) cho phép nhập loại trái long, chôm chôm, vải, nhãn vào Hoa Kỳ qua kiểm dịch chiếu xạ Xử lý nƣớc thải, khí thải xạ 7.1 Xử lý nƣớc thải xạ: Nhu cầu nước ngày tăng dân số phát triển, công nghiệp – nông nghiệp phát triển, đặc biệt lối sống người thay đổi lượng nước dùng tăng cao Đặc biệt, phát triển công nghiệp canh tác nông nghiệp ngày sử dụng nhiều hóa chất thuốc trừ sâu, thuốc kích thích sinh trưởng làm cho nguồn nước bị nhiễm bẩn trầm trọng -10- Bức xạ ion hóa – Cơ chế tác động đến tế bào sống  Liều gây chết thể sinh học: Cơ thể sinh học Các động vật bậc cao, người Côn trùng Vi khuẩn dạng không bào tử Vi khuẩn dạng bào tử Virus Liều (kGy) 0,005 0,01 0,1 0,5 10 10 50 10 200  Tác dụng công nghệ chiếu xạ trùng kiểm dịch: - Làm giảm đáng kể lượng hư hao sau thu hoạch - Làm giảm bệnh gây thực phẩm - Kéo dài thời gian tồn trữ - Thuận lợi cho việc giao thương thị trường, đặc biệt thị trường quốc tế  Chiếu xạ thực phẩm - Ứng dụng: Dải liều Thấp