Việc tiệt trùng trong hộp gây ra sự thuỷ phân của carbohydrat và lipid nhưng giá trị dinh dưỡng của thực phẩm vẫn còn. Protein bị đông tụ và amino acid bị mất đi từ 10-20 % dẫn đến giảm giá trị sinh học của protein xuống 6-9%.
Sự mất vitamin: thiamin mất từ 50 đến 75% và pantothenic acid mất từ 20 đến 35%. Trong sản phẩm rau quả, các vitamine hoà tan trong nước bị mất đi đáng kể, đặc biệt là ascorbic acid. Tuy nhiên sự mất vitamin còn tùy thuộc vào loại thực phẩm và công nghệ chế biến, đóng hộp thực phẩm.
Việc tiệt trùng đậu nành có thể làm tăng giá trị dinh dưỡng nhờ việc phá huye các chất ức chế trypin trong đậu nành.
2. THANH TRÙNG BẰNG TIA BỨC XẠ2.1. Khái niệm chung 2.1. Khái niệm chung
Thanh trùng bằng bức xạ hay chiếu xạ hay là quá trình làm bất hoạt các vi sinh vật trong sản phẩm nhờ hiệu ứng của các tia bức xạ. Quá trình này được thực hiện nhờ các thiết bị được thiết kế chuyên dụng phát ra các bức xạ ion hóa: tia gamma (γ) của Co-60 hoặc Cs-137, chùm tia điện tử (electron) của máy gia tốc điện tử và tia X của máy chiếu tia X.
Các tia X, tia γ, chùm tia điện tử có năng lượng rất lớn, khi được vật chất hấp phụ chúng có khả năng bẻ gãy các liên kết hóa học khi các chất đó hấp thu chúng và bắn ra ngoài các electron từ các nguyên tử của vật chất đó. Vì vậy các tia X, tia γ, tia điện tử được gọi là tia bức xạ ion hóa. Như vậy, sản phẩm của quá trình ion hóa là các phần tử mang điện (ion) và các phần tử trung hòa (các gốc tự do). Các phần tử này sẽ tiếp tục gây các biến đổi dây chuyền trong thực phẩm và sinh thêm các gốc tự do khác (gọi là sự phân giải do phóng xạ), các biến đổi này sẽ làm cho các vi sinh vật, côn
trùng và ký sinh trùng trong thực phẩm bị tiêu diệt trong quá trình chiếu xạ.
Trong thực phẩm luôn có độ ẩm cao nên nước sẽ bị ion hóa bởi các tia phóng xạ làm giải phóng các electron và bẻ gãy các liên kết hóa học của nước
Các gốc tự do chỉ tồn tại trong thời gian rất ngắn (nhỏ hơn 10-5s) nhưng chúng đủ khả năng phá hủy tế bào vi sinh vật.
Riêng tia hồng ngoại là tia bức xạ với chiều dài sóng lớn hơn, có năng lượng quá nhỏ không đủ gây nên những biến đổi hóa học, tác dụng của nó trước hết là ở dạng nhiệt.
2.2. Các loại tia bức xạ được sử dụng để tiệt trùng sản phẩm thực phẩm
2.2.1. Tia tử ngoại
Tia tử ngoại có bước sóng từ 10-300 nm. So với ánh sáng mặt trời thì tia tử ngoại có tác dụng mạnh hơn nhưng lại có năng lượng nhỏ hơn so với bức xạ ion hóa. Khi bị vật chất hấp phụ nó không gây hiện tượng ion hóa nhưng kích thích các phân tử nghĩa là chuyển các điện tử đến một mức năng lượng cao hơn. Tia tử ngoại có tác dụng mạnh nhất đối với vi sinh vật là vùng có bước sóng bằng 260 nm và có năng lượng khoảng 3-5 ev (electron volt) (1Mev=1,602.10-13J).
Ở vùng này, các acid nucleic của vi sinh vật sẽ hấp thụ tia tử ngoại và làm biến đổi các bazơ của các nucleic. Do đó tế bào dinh dưỡng của vi sinh vật bị tiêu diệt. Tuy nhiên, một số tế bào vi sinh vật cũng có khả năng chống lại tác động của tia tử ngoại. Các loài micrococus có khả năng tạo ra các sắc tố, các sắc tố này có thể hấp thụ tia tử ngoại. Vì vậy, làm giảm tác động của tia tử ngoại lên tế bào vi sinh vật.
Ngoài ra vi sinh vật có khả năng sửa chữa các sai sót của bazơ nitơ khi bị tia tử ngoại tác động. Tùy vào từng loại vi sinh vật khác nhau mà khả năng tác dụng của tia tử ngoại khác nhau: Virus > nhóm tạo bào tử > vi khuẩn tạo bào tử > nấm men > vi khuẩn Gram (+) > vi khuẩn Gram (-)
Mặt khác, khả năng tác động của tia tử ngoại phụ thuộc rất lớn vào thành phần môi trường, cường độ chiếu. Trong dung dịch có nhiều chất hữu cơ, khả năng tác động của UV sẽ giảm rất nhiều. Tia sáng mặt trời tuy có chứa một phần tia tử ngoại nhưng phần lớn những tia này bị khí quyển (ozone, mây) giữ lại. Vì vậy ánh nắng có tác dụng diệt khuẩn nhỏ hơn tia tử ngoại trong phòng thí nghiệm (đèn tử ngoại).
2.2.2. Các loại tia bức xạ ion hóa
- Bao gồm: Tia vũ trụ có bước sóng λ = 10-6-10-3µm Tia X (Rơngen), tia gamma có bước sóng λ = 10-1µm Tia phóng xạ α, β có bước sóng λ = 10-6-10-3µm
- Đặc điểm chung của các tia bức xạ ion hóa
+ Các tia có tần số dao động cao thì có lực đâm xuyên cao
+ Các tia ion hóa có tác dụng làm thay đổi cấu trúc của một số phân tử protein của tế bào vi sinh vật và làm ion hóa dung môi.
thực phẩm và lượng vi sinh vật nhiễm vào thực phẩm.
+ Các tia phóng xạ ion có tác dụng sát trùng mạnh, khi định lượng đảm bảo đầy đủ thì tiệt trùng hoàn toàn trong vài giây.
+ Ngoài khả năng tiêu diệt vi sinh vật trên bề mặt còn có khả năng xuyên sâu vào thực phẩm.
Hiện nay, phương pháp tiệt trùng bằng tia ion hóa, đặc biệt tia X và tia gammma được sử dụng để tiệt trùng thực phẩm. Tia X và tia gamma được tạo ra từ đồng vị 60Co. Tia này có năng lượng rất cao vào khoảng 1,1MeV và có khả năng xâm nhập sâu vào thực phẩm đến 20cm.
2.2.3. Ảnh hưởng của tia ion hóa lên vi sinh vật
Các loại tia ion hóa có khả năng tiêu diệt vi sinh vật rất cao. Chúng có thể làm thay đổi cấu trúc các phân tử trong tế bào, đồng thời có khả năng phân hủy phân tử nước. Chúng làm phá hủy các liên kết hydro trong phân tử AND, kết quả là hydro sẽ tách khỏi deoxyribose. Chúng còn có khả năng thủy phân purin và pyrimidine.
Tác dụng của các tia ion hóa lên tế bào vi sinh vật chịu ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường như khi môi trường có oxy thì vi sinh vật sẽ nhạy cảm đặc biệt với các tia này nhưng khi môi trường có nhóm –SH thì tế bào vi sinh vật sẽ được bảo vệ.
Giống trường hợp của tia tử ngoại, sau khi bị chiếu xạ bởi tia ion hóa tế bào có thể phục hồi lại AND nhờ hệ thống men sửa chữa như endonuclease, AND- polinuclease. Tuy nhiên khả năng chống lại các tia ion hóa ở những vi sinh vật khác nhau là khác nhau: Virus > nấm men > bào tử > nấm mốc > vi khuẩn Gram (+) > vi khuẩn Gram (-)
Trực khuẩn Gram (-) Pseudomonas là vi khuẩn nhạy cảm với tia ion hóa nhất. Tế bào vi sinh vật ở trạng thái khô có khả năng chống lại chiếu xạ tốt hơn tế bào ở trạng thái có độ ẩm cao. Tế bào vi sinh vật ở giai đoạn phát triển có khả năng chống lại sự chiếu xạ tốt hơn ở giai đoạn phát triển.
Hiện nay việc sử dụng các tia ion hóa có những qui định rất cụ thể về liều lượng để tránh gây độc trong thực phẩm. Tổ chức Lương Nông Thế giới (FAO) và Liên hiệp tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đưa ra giới hạn cho phép của độ hấp thu chiếu xạ đối với thực phẩm là 10 kGy. (Gray, kí hiệu là Gy là đơn vị quốc tế của liều hấp thụ bức xạ. Một Gy là sự hấp thụ 1 Joule (J) năng lượng bức xạ ion hóa trên 1 kg vật chất, 1 Gy = 1 J/kg = 1m2s-2)
2.2.4. Ảnh hưởng của tia ion hóa đến chất lượng sản phẩm
- Sự thay đổi thành phần các chất
Các ion và các gốc tự do tạo thành trong quá trình chiếu xạ (xem mục 4.1) có thể phản ứng với các thành phần khác của thực phẩm để sinh ra các gốc tự do mới. Mức độ ion hóa và số lượng gốc tự do phụ thuộc vào loại thực phẩm và cường độ chiếu xạ.
Trong điều kiện yếm khí, thực phẩm sau chiếu xạ sẽ mất màu, mất mùi. Một trong những phương pháp giữ mùi khi chiếu xạ là phải đưa nhiệt độ xuống rất thấp.
Khi nhiệt độ thấp, phản ứng phân hủy nước sẽ giảm, protein và những hợp chất chứa nước rất nhạy cảm với chiếu xạ.
Sản phẩm thực phẩm có các hợp phần của protein, acid amin, peptid phụ thuộc vào liều lượng chiếu xạ và nhiệt độ chiếu xạ mà tạo thành NH3, H2, CO2, H2S và cacboxyl do đó gây ra những hương vị không tốt cho thực phẩm. Các acid amin rất nhạy cảm với chiếu xạ như methionin, cystein, histidin, arginin, tyrosin, trong đó nhạy cảm nhất là cystein.
Cacbohydrat có thể bị thủy phân hoặc oxy hóa thành các chất đơn giản. Tùy theo mức độ chiếu xạ mà bị depolyme hóa và trở nên nhạy cảm hơn với enzim thủy phân. Tuy nhiên tổng lượng cacbohydrat vẫn không thay đổi nên hầu như không có sự giảm giá trị dinh dưỡng.
Trạng thái cảm quan của thực phẩm chiếu xạ bị thay đổi do chất đạm bị phá huỷ, mùi ôi do mỡ bị oxy hoá. Nếu chiếu xạ ở môi trường không có oxy như chân không hoặc khử oxy, thành phần dinh dưỡng và tính chất cảm quan ít bị thay đổi hơn.
Khi chiếu xạ lipid cũng bị biến đổi rất mạnh, đặc biệt là trong trường hợp có mặt của oxy. Sản phẩm của quá trình này là các hydroperoxyt và tạo mùi vị không tốt cho sản phẩm. Có thể giảm tác động của chiếu xạ lên chất béo bằng cách thực hiện quá trình chiếu xạ ở nhiệt độ thấp như lạnh đông. Nhìn chung các sản phẩm giàu lipid không phù hợp với quá trình chiếu xạ.
Mức độ nhạy cảm của vitamin tan trong nước, chất béo khác nhau đối với chiếu xạ. Mức độ nhạy cảm của vitamin tan trong nước đối với chiếu xạ theo thứ tự: thiamin > acid ascorbic > pyridoxyn > riboflavin > acid folic > coban amin > acid nicotinic. Mức độ nhạy cảm của vitamin tan trong chất béo đối với chiếu xạ theo thứ tự: vitamin E > caroten > vitamin A > vitamin K > vitamin D.
Các chất pentin và cellulose cũng bị biến đổi khí chiếu xạ do đó rau quả trở nên mềm hơn.
Trước khi chiếu xạ, người ta có thể thêm vào thực phẩm các hoá chất để bảo quản như chất chống oxy hoá, các chất dinh dưỡng trong thực phẩm sẽ ít bị ảnh hưởng hơn.
- Khả năng bảo quản thực phẩm đã được chiếu xạ
Thực phẩm sau khi chiếu xạ là thực phẩm an toàn về mặt vi sinh vật. Tuy nhiên, quá trình chiếu xạ cũng cho thấy ảnh hưởng của chúng đến khả năng bảo quản thực phẩm. Trong quá trình chiếu xạ với liều lượng không cao lắm các loại enzim thường không bị phá hủy. Thực phẩm đóng gói được chiếu xạ, mùi được giữ nguyên khi chiếu xạ với liều lượng 10,8 KGy. Đồng thời thịt có thể bảo quản 12 năm không thấy sự thay đổi chất lượng.
Nhìn chung các sản phẩm thực phẩm được chiếu xạ tăng khả năng bảo quản.
2.2.5. Ảnh hưởng của tia ion hóa lên vật liệu bao bì
Các tia phóng xạ có thể đâm xuyên qua bao bì nên có thể giảm được nguy cơ nhiễm vi sinh vật bằng cách chiếu xạ sau khi đóng gói từ đó mang lại nhiều lợi ích cho
quá trình sản xuất. Tuy nhiên, vật liệu bao bì cũng bị tác động bởi phóng xạ vì có thể tạo các hydrocacbon và các polyme có phân tử lượng thấp (các polyme này thường được halogen hóa). Các chất này có khả năng thôi nhiễm vào thực phẩm và tạo các hương vị không tốt cho thực phẩm.
2.2.6. Phương pháp thực hiện bằng tia bức xạ ion hóa
- Các chất đồng vị phóng xạ bị phân rã liên tục và không thể dừng lại nên để ngừng chiếu xạ người ta ngâm chất phóng xạ dưới một hồ nước nặng bên dưới khu vực chiếu xạ, sau đó nhân viên vận hành vào thao tác. Đến khi cần chiếu xạ người ta đưa chất phóng xạ ra khỏi nước nặng và đưa thực phẩm cần chiếu xạ đi qua khu vực chiếu xạ bằng một hệ thống băng tải tự động.
- Thiết bị chiếu xạ phổ biến nhất gồm một nguồn phát phóng xạ là chất đồng vị phóng xạ năng lượng cao (như 60Co, 137Cs) để phát ra các tia gamma có năng lượng lần lượt là 1,17Mev và 1,33Mev, ngoài ra cũng có thể là một máy tạo ra chùm tia electron năng lượng cao.
- Việc sử dụng các chất đồng vị phóng xạ thường đòi hỏi các thiết bị phức tạp hơn các máy phát tia electron. Máy phát tia electron là một máy gia tốc electron, gồm 1 catod đốt nóng để tạo ra electron và một ống chân không, trong đó các electron được gia tốc bằng trường tĩnh điện có điện thế cao. Các chùm tia electron có thể sử dụng để chiếu trực tiếp vào thực phẩm hay được bắn vào một vật liệu thích hợp để tạo ra tia X.
Hình 6.6. Hệ thống phóng xạ đồng vị
1- Buồng phóng xạ; 2- Phòng điều chỉnh; 3-băng tải nạp liệu; 4-Băng tải đưa vật liệu ra; 5-Phòng tồn trữ nguyên liệu; 6- Phòng tồn trữ sản phẩm đã chiếu xạ; 7- Tường bảo vệ bằng bêtông
2.2.7. Ưu, nhược điểm của tiệt trùng bằng tia phóng xạ (phương pháp chiếu xạ)- Ưu điểm - Ưu điểm
+ Các tia phóng xạ hầu hết không sinh nhiệt trong thực phẩm nên rất ít gây ra các biến đổi về tính chất cảm quan của thực phẩm
+ Thực phẩm tươi sống có thể bảo quản bằng một quá trình xử lí duy nhất mà không cần sử dụng phụ gia bảo quản. Đặc biệt, bảo quản có sử dụng etylen dibromid (gây độc trong thực phẩm) và metyl bromid (gây thủng tầng ozon) hiện nay đã cấm sử dụng ở nhiều nước.
+ Yêu cầu năng lượng thấp
+ Sự biến đổi các thành phần dinh dưỡng cũng tương đương các phương pháp bảo quản khác.
+ Quá trình chiếu xạ có thể kiểm soát hoàn toàn tự động với chi phí vận hành thấp.