Tìm hiểu về tia UV và ứng dụng trong ngành Công nghiệp Thực phẩm

Ngành công nghiệp thực phẩm là ngành luôn yêu cầu về độ an toàn cao nhất, vì suy cho cùng, sản phẩm của ngành này là phục vụ con người. Trong bài viết trước, chúng ta đã biết tia UV ít có giá trị diệt khuẩn đối với sản phẩm sữa, nhưng nó đóng vai trò cực kỳ quan trọng, là phương pháp diệt khuẩn sạch về mặt sinh thái vì nó không có hóa chất và nước thải và đặc biệt là nó không tạo ra sản phẩm phụ, giúp tiết kiệm năng lượng và chi phí cho các nhà sản xuất thực phẩm.

Tia UV (tia cực tím) và phân loại

Bức xạ tử ngoại hay tia cực tím (ultraviolet rays – tia UV) là một dạng của bức xạ điện từ. Khoảng bước sóng của bức xạ tử ngoại nằm trong vùng giữa ánh sáng nhìn thấy và bức xạ tia X (100nm đến 400nm). Trong các nghiên cứu ảnh hưởng của tia cực tím có trong ánh sáng mặt trời lên sức khỏe con người và môi trường, thì phổ của tia cực tím chia ra làm các phần:

• Tia UVA: Có bước sóng khoảng 315-400nm. Là bức xạ yếu nhất của bức xạ UV. UVA có thể gây ra thoái hóa da và một số nguy cơ gián tiếp đến các tế bào DNA (Deoxyribonucleic Acid).
• Tia UVB: Có bước sóng khoảng 280-315nm. Chúng gây ra nguy cơ trực tiếp đến các tế bào DNA. Chúng có thể gây ra sự sám nắng của da và cũng là nguyên nhân của ung thư da.
• Tia UVC: Có bước sóng khoảng 100-280nm. Là bức xạ mạnh nhất và nguy hiểm nhất đối với con người. Tuy nhiên, tia UVC từ mặt trời bị chặn lại ở tầng ozone trong tầng khí quyển và không truyền được xuống đất.

Các nguồn tia UV

Mặt Trời – Nguồn bức xạ tử ngoại tự nhiên

Mặt Trời phát ra tia cực tím UVA, UVB và UVC, nhưng bởi vì có sự hấp thụ của tầng ozone, 99% tia cực tím đến được mặt đất là thuộc dạng tia UVA. Càng lên cao càng nhiều tia cực tím, càng gần xích đạo tia cực tím càng mạnh. Theo thời gian trong ngày thì tia cực tím mạnh nhất từ 10 giờ sáng đến 4 giờ chiều.

Nguồn bức xạ tử ngoại nhân tạo^[3]

• Đèn UV sóng dài: ánh sáng từ đèn hơi thủy ngân có thể được lọc thành loại bỏ quang phổ khả kiến và tạo ra một phát xạ chủ yếu là tia UVA
• Đèn UV sóng trung bình: Đèn hơi thủy ngân đôi khi được thiết kế vớiáp suất tạo ra bức xạ tối đa trongVùng UVB và sử dụng bóng đèn thủy tinh truyền tự do năng lượng này.
• Đèn UV sóng ngắn: Đèn thủy ngân được thiết kế để tạo ra năng lượng trong vùng diệt khuẩn (254nm) giống về điện với đèn huỳnh quang, nhưng chúng thiếu lớp phủ phosphor,và việc sử dụng kính cho phép truyền tia UVC. Nó cần lưu ý rằng bức xạ dưới 260nm sẽ sản xuất ozone phải được giám sát để ngăn chặn nguy hại cho sức khỏe; một bầu không khí làm việc không nên chứa hơn 0,2mgl^-1 không khí.

Một số tác dụng của bức xạ tử ngoại^[1]

Tác động lên Protein của sinh vật

Dưới tác dụng của tia tử ngoại, phân tử protein bị tổn thương khá mạnh mà biểu hiện thường thấy là dung dịch protein bị vẩn đục hay có độ nhớt, tốc độ lắng và mật độ quang bị thay đổi.

• Đứt mạch chính, dẫn tới sự giảm trọng lượng phân tử.
• Khâu mạch: có hai khâu mạch là khâu mạch bên trong một phân tử và giữa các phân tử trong hệ.
• Phá huỷ cấu trúc thứ cấp, liên kết hydro trong phân tử protein có năng lượng liên kết nhỏ, dễ bị phá huỷ làm cho cấu hình phân tử thay đổi rõ rệt.

Protein thường có vùng phổ hấp thụ 200nm ÷ 400 nm trong đó các acid amin thơm như Tryptophan, Tyrosin, Phenyl-alanine và Cystein đóng vai trò là tâm hấp thụ. Khi acid amin thơm hấp thụ bức xạ tử ngoại thì trước hết bản thân nó bị phá hủy và sau đó dẫn tới khử hoạt tính enzyme.

Tác dụng lên các DNA (Deoxyribo Nucleic Acid)

Tia tử ngoại tác động liên kết bất thường giữa 2 NST đơn kế cận. Kết quả là DNA có một chỗ phình trong cấu trúc, gây đột biến NST ở vi sinh vật khiến nó không còn có thể thực hiện những chức năng bình thường nữa.

Vai trò của tia tử ngoại trong quá trình tạo Vitamin D3 và Canxitriol

Canxitriol (1,25 dihydroxycolecanxiferol; 1,25 (OH)₂ – D₃ ) là một hợp chất của hocmon, dẫn xuất của vitamin D₃. Canxitriol có vai trò điều tiết tích cực quá trình hấp thu và sử dụng canxi – photphot trong cơ thể động vật. Tiền chất của Vitamin D₃ là 7- dehydrocolesterol, được tổng hợp tại gan. Sau đó phân bố nhiều ở lớp da (hàm lượng 7- dehydrocolesterol ở da cao hơn ở gan và máu gấp 2 – 3 lần).

Dưới tác động của tia tử ngoại (từ ánh sáng mặt trời hoặc do chiếu xạ nhân tạo) tiền chất trên sẽ tạo ra coleccanxiferol, tức là vitamin D₃. Từ da, vitamin D₃ sẽ gắn vào một protein đặc hiệu và qua máu được vận chuyển tới gan. Tại mô gan, vitamin D₃ sẽ được chuyển hoá thành 25-hydroxyl vitamin D3 (ký hiệu là 25-OH-D₃).

Tại tế bào thận enzim 1-α hydroxylaza gắn thêm một OH vào cacbon 1α để cho ra canxiferol. Như vậy vitamin D₃ phải trải qua 2 phản ứng hydroxyl hoá ở gan và thận để trở thành chất có hoạt tính sinh học.

Ứng dụng của tia UV trong công nghệ thực phẩm

Các ứng dụng của tia UV có tác dụng diệt khuẩn được chia thành 3 loại lớn:

• Ức chế vi sinh vật trên bề mặt;
• Phá hủy vi sinh vật trong không khí;
• Khử trùng chất lỏng.

Ức chế vi sinh vật trên bề mặt

• Danh mục đầu tiên trong tiêu đề này bao gồm khử trùng các vật liệu đóng gói như thùng chứa, bao bì giấy gói, nắp chai. Sự thành công của ứng dụng này phụ thuộc vào bề mặt vật liệu phải sạch, không có bất kì bụi bẩn nào và có thể hấp thụ bức xạ và ngăn chặn vi khuẩn.^[3]
• Trong quá trình sản xuất các sản phẩm sữa tiệt trùng UHT, tiệt trùng bằng tia cực tím đã được áp dụng cho các nắp lá của chai HDPE và thùng carton cho các sản phẩm lỏng và tất cả các vật liệu đóng gói, ví dụ như cốc nhựa và nắp lá nhôm, được khử trùng bằng đèn UVC. Thời hạn sử dụng của sữa chua trái cây được đóng gói trong hộp được khử trùng bằng tia UVC được kéo dài thêm khoảng 2 tuần ở 5-7°C. Chính vì thế việc sử dụng tia UV để khử trùng bao bì trước khi sản xuất, đóng gói thực phẩm là yếu tố quan trọng để giảm thiểu sự hư hỏng sản phẩm.^[3]
• Cá tươi là một sản phẩm có bề mặt của Pseudomonas spp, và Huang và Toledo chứng minh hiệu quả sử dụng chiếu xạ UVC giảm số lượng vi khuẩn, để kéo dài thời gian lưu trữ của cá.^[3]
• Chế biến thịt và gia cầm: Trong số các ứng dụng đã biết của tia UV trong chế biến thịt là sử dụng tia UV xử lý bề mặt tiếp xúc với thực phẩm, bề mặt sản phẩm đã qua chế biến và còn sống. Tia UV có hiệu quả chống lại E.Coli và salmonella trên da heo, thịt sống và bề mặt gia cầm. Ngoài ra tia UV được cho là hiệu quả trong việc chống lại hệ vi sinh vật gây bệnh không hình thành bào tử khác trên bề mặt.^[2]
• Tia UV cũng được áp dụng để kéo dài thời hạn sử dụng của gói bánh giảm sự nhiễm khuẩn của bánh sau nướng.^[2]
• Vỏ trứng: Phần lớn S.enteritidis có liên quan đến việc tiêu thụ trứng sống hay trứng chưa được nấu chính hoặc các thực phẩm chứa trứng. Vì thế trứng bắt buộc phải rửa sạch bằng dung dịch tẩy rửa và chất khử trùng điều đó cũng ảnh hưởng đến mối lo ngại của người tiêu dùng. Nhiều nhà nghiên cứu đã chứng minh được sự khử hoạt tính chống vi sinh vật của tia UV trên vỏ trứng và nhu cầu cấp thiết để cải thiện sự an toàn khi sử dụng trứng. Tuy nhiên việc xử lý trứng bằng tia cực tím vẫn chưa được  triển khai thương mại.^[2]

• Sản phẩm tươi sống: Xử lý tia UV được xem như một phương pháp xử lý bề mặt trái cây rau quả tươi mang hiệu quả cao hơn so với xử lý ngâm dung clo, hydrogen peroxide, hoặc ozone. Nhiều nghiên cứu cho rằng tia UVC mang lại việc kháng các vi sinh vật tốt.^[2] Bảo quản bằng bức xạ tử ngoại không ảnh hưởng đến phẩm chất hoa quả, thực phẩm và an toàn hơn so với bức xạ phóng xạ và hóa chất.

Khử trùng chất lỏng^[1]

Khử khuẩn nước (máy lọc nước) 40 Vùng bức xạ cực tím có tác dụng diệt khuẩn nhiều nhất là vùng có bước sóng 280 – 200 nm. Những đèn phát tia UV thường được đặt ngầm ở trong nước. Lớp nước chảy qua đèn có độ dày khoảng 10 – 15 cm và phải được chiếu trong 10 – 30s.

Nguyễn Linh – RD VNO

Tài liệu tham khảo

[1] ThS.Lê Văn Dũng, TS.Trần Đình Đông, Th.S.Nguyễn Thị Thanh, Bức Xạ Tử Ngoại Và Ứng Dụng
[2] Tatiana Koutchma , Ultraviolet Light in food technology (2019)
[3] Thomas Bintsis,Evanthia Litopoulou-Tzanetaki and Richard K Robinson, Review Existing and potential applications of ultraviolet light in the food industry – a critical review (2000)