3. Cơ sở lý thuyết của quá trình thanh trùng n−ớc mắm bằng tia cực tím
3.5.3. Hiệu quả hoá học của các bức xạ ion hóa đối vớ
a) Hiệu quả đối với n−ớc
Các bức xạ Ion hoá đ−ợc n−ớc hấp thu gây ra hình thành những Ion âm và Ion d−ơng.
H2O → e- + H2O Và sau đó:
e- + H2O → H2O-
Hai Ion này không ổn định, chúng kết hợp với nhau: H2O + H2O- → H3O+ + OH-
Những thành phần mới đ−ợc tạo ra có tính Oxy hóa rất cao và đó là nguồn gốc của quá trình Oxy hoá lipide. Những phản ứng này đ8 làm thay đổi mùi vị của sản phẩm sau khi chiếu xạ.
b) Hiệu quả đối với Lipide
Cho đến tận liều xạ hấp thu 50 kGy, sự thay đổi đặc tính lý hoá của lipide rất ít. Song sự thay đổi mùi vị diễn ra ở liều xạ 10 – 20 kGy là do sự thay đổi Oxy hoá, sự oxy hoá lipide làm cho những mô bì biến màu vàng.
* Sự Oxy hoá khi có mặt của Oxygene:
Bằng cách đo cộng h−ởng Spin điện tử, ng−ời ta thấy rằng sự chiếu xạ đ−a đến hình thành những radical tự do trong sản phẩm. Bản chất hoá học và hoạt tính của nó phụ thuộc vào nhiệt độ (sự huy động và hoạt độ của nó giảm
Trong điều kiện có mặt của Oxygene, các radical này tham gia phản ứng để hình thành các radical mới nh− peroxyde. Những phản ứng này diễn ra trong một thời kỳ dài sau khi chiếu xạ (trong thời gian sản phẩm đ−ợc l−u kho). Các phản ứng này dẫn đến hình thành aldehyde, Céton alcool, acide, lactone, peroxyde, và hydroperoxyde. L−ợng acide béo tự do tăng 25% sau khi chiếu xạ 25 kGy và tăng 36% sau khi chiếu xạ 50 kGy. Chỉ số peroxyde tăng từ 2.5 – 3.3 sau khi chiếu xạ 25 kGy… Những hợp chất này th−ờng xuyên bay hơi gây ra mùi khó chịu. Vì vậy những sản phẩm giàu lipide nên chiếu xạ trong sự vắng mặt của Oxygene.
* Sự Oxy hoá khi vắng mặt Oxygene:
Sau khi chiếu xạ, nhiều hợp chất mới trong chất béo đ−ợc hình thành: H2, CO2, CO, và hàng loạt các hydrocarbure, nalcame, alcone và các aldehyde là những hợp chất bay hơi gây ra mùi khó chịu. Điều đó diễn ra ngay ở trong liều xạ rất thấp 5 kGy. Liều xạ càng tăng các hợp chất đó hình thành càng nhiều. Song ng−ời ta không tìm thấy những hợp chất này trong sản phẩm sau khi xử lý nhiệt.
c) Hiệu quả đối với Glucide
Hiệu quả của các bức xạ Ion hoá đối với Glucide thay đổi phụ thuộc vào hàm l−ợng n−ớc trong sản phẩm.
* Khi sản phẩm không có n−ớc:
Về mặt lý thuyết, các bức xạ Ion hoá có đủ năng l−ợng để bẻ g8y các liên kết cộng hóa trị đơn giản trong Glucide để tạo ra các gốc Radical. Sau đó các gốc này có thể phản ứng với nhau để tạo ra chất ban đầu (Hiệu quả lồng - effetcage). Với liều xạ hấp thu 10 kGy thì cứ 10 triệu liên kết hoá học có một liên kết bị bẻ g8y bởi chiếu xạ. Thông th−ờng chỗ có liên kết bị bẻ g8y th−ờng cắt phần tử ra thành hai phần tử nhỏ hơn. Trong tr−ờng hợp này n−ớc đóng vai trò chất ức chế (trừ khi hàm l−ợng n−ớc >20%). Còn Oxygene đóng vai trò chất hoạt hoá vì nó làm rối loạn và giảm hiệu quả lồng (BEERENS ET SAINT-
LEBE, 1979). Glucide ở trạng thái tinh thể nhạy cảm hơn nhiều với các bức xạ Ion hoá (W.M URBAIN, 1978). Sau khi hấp thu các bức xạ Ion hoá các liên kết hoá học bị bẻ g8y tạo ra rất nhiều hợp chất khác nhau nh− aldehyde, Cétone, acide, các đ−ờng (khoảng >30 chất khác nhau).
* Khi sản phẩm là dung dịch (dung môi là n−ớc)
Trong sản phẩm có nhiều n−ớc tạo thành dung dịch, sự Ion hoá Glucide dẫn đến sự Oxy hoá bởi sự bẻ g8y trực tiếp các liên kết cộng hoá trị tự do các bức xạ Ion hoá và bởi tác dụng gián tiếp của các gốc tự do OH- đ−ợc tạo ra do sự phân hủy phóng xạ n−ớc để tạo ra nhiều hợp chất khác nhau tuỳ thuộc vào sự có mặt (hay vắng mặt) của Oxygene.[14]
Bảng những hợp chất thu đ−ợc sau khi Ion hoá Dmannose (với hàm l−ợng n−ớc >20%):
Chất ban đầu Sản phẩm thu đ−ợc
Không có Oxy Dmannose Acide Dmannonique Dglucose
các aldehyde Có Oxy Dmannose Derythrose Acide Oxalique Acide Mannuronique D Xylose Acide Mannonique D Arabinose Formaldehyde
Song sự có mặt của acide amine và proteine có tác dụng bảo vệ Glucide, chống lại sự phân huỷ phóng xạ Glucide. Vì vậy trong sản phẩm có nhiều chất khác nhau sẽ làm thay đổi thành phần của các chất thu đ−ợc sau khi chiếu xạ. Điều đáng chú ý là chiếu xạ đ8 làm phân giải các Glucide cao phân tử.
Hiệu quả của bức xạ Ion hoá đối với Proteine phụ thuộc vào trạng thái của nó (bị biến tính hay không), cấu trúc của nó (dạng sợi hoặc dạng hình cầu), thành phần, độ sạch của nó và c−ờng độ của bức xạ Ion hoá.
Trong proteine có nhiều liên kết nhạy cảm với các bức xạ Ion hoá, chủ yếu là các liên kết cộng hoá trị và các liên kết hydro, để hình thành các gốc tự do (Radical libre). Khi có n−ớc tự do, tr−ớc tiên các liên kết hydro có thể bị bẻ g8y làm biến đổi các cấu trúc bậc 4 của phân tử, gây ra sự polymer hoá, sự đông tụ hoặc sự kết tủa. Những proteine enzyme bị biến tính nh− vậy sẽ làm cho enzyme mất hoạt tính, những proteine có màu sẽ bị đổi màu.
Với liều hấp thu 50 kGy có thể gây ra sự giảm khả năng hydrat hóa, nâng cao độ nhớt, giảm tính hoà tan và nhạy cảm với nhiệt độ hơn.
Những biến đổi xảy ra đối với proteine cũng có thể xảy ra đối với các acide amine. Những acide amine nhạy cảm nhất là Méthionine, Cyste’me, Histidine, Arginine và Tyrosine? , nh−ng hàm l−ợng của chúng không thay đổi khi liều xạ hấp thu tới 25-70 kGy.
e) Hiệu quả đối với acide Nucleique
Nhiều tác giả (HAMADA, GOYA, ISHIO, 1981) chỉ ra rằng, bức xạ Gamma với liều hấp thu 3 kGy gây ra sự phân giải ADN thành Ribozophosphate phosphate vô cơ và Nucleotide.
Một số tác giả thấy rằng, các acide béo không b8o hoà, Ion kim loại (chẳng hạn Fe) có tác dụng bảo vệ acide Nucleique khi chiếu xạ (UCHIMAYA, 1971).
Khi có một vài biến đổi nhỏ (nh− sự gẫy mạch,…) có thể dễ dàng đ−ợc khôi phục, không làm tổn th−ơng đến khả năng nhân đôi của ADN. Song những cầu nối giữa hai mạch xoắn kép lại rất quan trọng, có thể chế ngự sự nhân đôi của ADN.
f) Hiệu quả đối với Enzyme
ở liều xạ cao 50 – 70 kGy gây tác dụng ức chế hoạt động của Enzyme trong sản phẩm, nh−ng quan trọng hơn là liều xạ đó đ8 gây ra sự thay đổi những đặc tính cảm quan của sản phẩm. Với liều đ−ợc sử dụng trong công nghiệp từ 1 – 20 kGy không làm ngừng hoàn toàn hoạt động của Enzyme vì vậy cần có các ph−ơng pháp bổ sung (dùng lạnh, nhiệt,…).
g) Hiệu quả đối với Vitamine
Nhìn chung, vitamine bị phân giải do quá trình chiếu xạ sản phẩm. Song mức độ phân giải vitamine phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
Khi vitamine ở trạng thái tinh thể bị phân giải ít hơn ở trạng thái hoà tan: Chẳng hạn Carotene ở trạng thái tinh thể hoàn toàn ổn định ở liều xạ 15 kGy, khi ở trạng thái hoà tan (trong Benzen, Cyclohexane…) bị phân giải hoàn toàn ở liều 2 kGy (SAINT-LEBE, 1979).
Phụ thuộc vào cơ chất: Vitamine D3 đ−ợc dùng ở liều xạ 10kGy bị phân giải 18, 20, 25, 30% trong các dung môi khác nhau: Benzen, dầu ca thu, bơ, éthanol. Song Cholesterol bị phân giải 5, 2, 18, 25% trong các dung môi éthanol, Benzen, dầu cá thu và bơ.
Sự phân giải vitamine giảm đi khi chiếu xạ sản phẩm ở nhiệt độ thấp và không có Oxygene.
Sự mất mát vitamine còn phụ thuộc vào bản chất hoá học của vitamine. Vitamine A, E, B là nhạy cảm nhất, vitamine C ít thay đổi, còn vitamine K mất hầu nh− hoàn toàn.
Sự phá huỷ vitamine còn phụ thuộc vào liều xạ hấp thu của sản phẩm. Nghiên cứu trên động vật (thỏ, chuột…) thấy rằng thức ăn đ−ợc chiếu xạ với liều 25 kGy đ−ợc dùng cho động vật trong suốt 3 năm đ8 không thấy xuất hiện chứng trạng thiếu vitamine. Với liều 70 kGy cần có vitamine bổ sung. So với ph−ơng pháp xử lý nhiệt, sự mất mát vitamine do chiếu xạ sản phẩm ở
D2 D1
l
Ch−ơng IV
Tính toán thiết kế thiết bị chiếu xạ bằng tia cực tím