Hotline: 0985 554 054
Bức xạ UVC – Công nghệ tiệt trùng an toàn cho thực phẩm
Thực phẩm an toàn và lành mạnh là chìa khóa nhằm thúc đẩy sức khỏe và phát triển thế giới bền vững. Chiếu xạ tia cực tím (bức xạ UVC) trở thành công nghệ hứa hẹn trong tiệt trùng thực phẩm. Đây là công nghệ chế biến không độc hại và không có tác dụng phụ. Đặc biệt là tia UVC, nổi tiếng với khả năng diệt khuẩn bằng cách phá hủy DNA của vi sinh vật gây bệnh
Contents
Thực trạng an toàn thực phẩm
Thực phẩm có chứa vi sinh vật gây bệnh (vi khuẩn, nấm và vi rút) đã khiến 600 triệu người mắc bệnh và gần 420,000 người chết mỗi năm. Việc tiêu thụ thực phẩm bẩn có thể gây ra hơn 200 loại bệnh, bao gồm tiêu chảy, bệnh tả và thậm chí cả ung thư. Một số ví dụ phổ biến về thực phẩm không an toàn gồm trái cây và rau bị nhiễm vi khuẩn, thực phẩm động vật chưa nấu chín và hải sản sống.
Sản xuất các sản phẩm thực phẩm an toàn, chất lượng tốt, không gây rủi ro cho sức khỏe người tiêu dùng vẫn là một trong những thách thức của công nghiệp thực phẩm. Các nhà sản xuất thực phẩm đang phát triển một loạt các công nghệ mới nhằm cải tiến hoặc thay thế công nghệ chế biến.
Các công nghệ thường ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm gồm xử lý nhiệt và thanh trùng, plasma lạnh, siêu âm… Tuy nhiên, các công nghệ này có thể làm thay đổi đặc tính vật lý (màu, mùi, vị…) hoặc giảm chất lượng dinh dưỡng (mất vitamin, biến tính protein…). Ngoài ra, các phương pháp trên cũng đòi hỏi chi phí năng lượng và vốn đầu tư cao. Dẫn đến sự phát triển các kĩ thuật chế biến mới phù hợp hơn.
Hình tham khảo: https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S1385894720342005-ga1_lrg.jpg
Bức xạ UVC an toàn cho thực phẩm
Đèn UVC thường dùng để khử trùng nước và không khí, xử lý nước thải và xử lý bề mặt. Việc dùng bức xạ UVC có thể làm giảm nhu cầu sử dụng hóa chất khử trùng. Trong lĩnh vực thực phẩm, tia cực tím UVC là phương pháp không dùng nhiệt để tiệt trùng thực phẩm lỏng (nước ép trái cây và rau quả, đồ uống có cồn, nước ngọt…), khử trùng sữa, sản phẩm ăn liền, bảo quản thực phẩm và tăng thời hạn sử dụng.
Những tiến bộ gần đây dẫn tới sự phát triển của tia UVC trong khử trùng với cường độ tối ưu hóa và khả năng thâm nhập tốt hơn vào sản phẩm thực phẩm. Ngoài ra, tia UVC cũng là công nghệ được chứng minh có hiệu quả và kinh tế hơn với các kỹ thuật khác.
Việc đánh giá tia UVC như phương pháp xử lý thực phẩm phụ thuộc vào thành phần vật lý và hóa học của sản phẩm được xử lý, đặc tính của thiết bị UV (cường độ tia UVC và thời gian tiếp xúc), đặc tính vi sinh vật và các thông số khác. Hơn nữa, độ nhạy UVC của các si sinh vật là điểm quan trọng trong tiệt trùng thực phẩm.
Hiệu quả chống vi khuẩn của tia UVC
Vùng UV trên phổ điện từ (100-400 nm) nằm giữa vùng nhìn thấy và tia X. Bước sóng này gồm 4 vùng khác nhau: (a) vùng UVA (315-400 nm) có bước sóng dài nhất và năng lượng thấp nhất; (b) vùng UVB (280-315 nm) có môi trường gây sạm da, cháy nắng và ung thư da; (c) vùng UVC còn được gọi là vùng chiếu xạ diệt khuẩn (200-280 nm), có năng lượng thức hợp cho việc bất hoạt vi sinh vật; và (d) vùng UV chân không (100-200 nm) có thể được hầu hết các chất hấp thụ nhưng chỉ truyền được trong chân không.
Cơ chế bất hoạt vi sinh vật của bức xạ UVC
Trong các vùng quang phổ UV, bức xạ UVC được dùng rộng rãi vì các đặc tính diệt khuẩn, nấm và vi rút. Cơ chế của tia UVC là phá hủy DNA / RNA trong tế bào vi sinh vật như thay đổi sự trao đổi chất của tế bào và phân bào, cuối cùng dẫn đến chết tế bào.
UVC phá hủy DNA
Sự phá hủy của vật liệu di truyền xảy ra chủ yếu thông qua việc tạo các chất dimer giữa phân tử nucleotide pyrimidine trong cấu trúc nucleic acid. Sự hình thành của các dimer (cyclobutane pyrimidine, CPDs, pyrimindine 6-4 pyrimidone, 6-4PPs) phá vỡ quy trình lắp ráp DNA và các chức năng khác của tế bào vi sinh vật. CPDs được hình thành từ thymine (TT), cytosine (CC) hoặc cytosine/thymine (CT), tùy thuộc vào thành phần nucleotide. Các phân tử này can thiệp vào quá trình phiên mã của RNA và sao chép DNA, dẫn đến đột biến và cuối cùng là chết tế bào. Quá trình chiếu xạ bằng tia UVC lên vi khuẩn cũng tạo ra một số sản phẩm phụ không độc hại.
Bước sóng 260-270 nm là ngưỡng gây chết vì tại đây các acid nucleic của vi sinh vật hấp thu mạnh nhất. Nucleic acid thường hấp thụ các bước sóng từ 200-300 nm, độ hấp thu cực đại tại 260 nm (vùng UVC). Tia UVC ở bước sóng 254 nm được công nhận là bước sóng tối ưu cho hoạt động diệt khuẩn.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tiệt trùng thực phẩm bằng tia UVC
Tia UVC là phương pháp tiệt trùng không dùng nhiệt, không cần hóa chất khử trùng nào. Về nguyên tắc, việc thương mại hóa thành công công nghệ UVC trong lĩnh vực thực phẩm phụ thuộc vào các thông số khoa học và công nghệ.
1. Quá trình xử lý bằng tia UVC và các thông số thiết bị
Chọn nguồn UVC có bước sóng tối ưu để khử đi hoạt tính của vi sinh vật nhằm tối ưu hóa hiệu quả quy trình và sự thâm nhập của tia UVC vào thực phẩm. Đèn diệt khuẩn UVC như đèn áp suất thấp (254 nm) và áp suất cao (băng thông rộng), đèn thủy ngân và đèn excimer (207, 222 nm) có nhiều hứa hẹn trong ứng dụng thực phẩm. Tuy nhiên, hơi thủy ngân phát ra từ các loại đèn có thể gây hại nghiêm trọng đến sức khỏe.
2. Đặc điểm của vi sinh vật
Một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của tia UVC trong xử lý thực phẩm là độ nhạy của vi sinh vật. Các đặc tính hóa lý của thực phẩm cũng ảnh hưởng đến thông số động học quá trình khử hoạt tính. Việc xác định chính xác lượng bức xạ là rất quan trọng trong bất kỳ thí nghiệm nào ứng dụng tia UVC diệt trùng. Khả năng tiệt trùng của tia UVC lên một quần thể sinh vật xác định được tính bằng công thức sau:
Trong đó:
Nt/No : tỉ lệ vi sinh vật còn sống sót (No và Nt lần lượt là lượng vi khuẩn trước và sau chiếu xa UVC trong thời gian
k: hằng số bất hoạt của vi sinh vật
E: bức xạ diệt khuẩn mà vi sinh vật hấp thu (µW.cm-2)
D: năng lượng bức xạ UVC chiếu lên diện tích và thời gian cụ thể (mJ.cm-2)
Tác dụng diệt khuẩn của tia UVC biểu thị dưới dạng năng lượng bức xạ (D), phụ thuộc vào cường độ/lưu lượng bức xạ UVC (I) và thời gian tiếp xúc (t), được xác định bằng công thức:
Liều lượng bức xạ UVC ảnh hưởng tới hiệu quả tiệt trùng thực phẩm
Liều lượng tia UVC sử dụng là tổng bức xạ truyền từ mọi hướng lên một đơn vi diện tích.
Tuy nhiên, lượng UVC này không chỉ ra năng lượng bức xạ thực tế được hấp thu trên thành phần thực phẩm.
Trong ứng dụng, nên dùng một lượng UVC lớn hơn giá trị tính được để quá trình bất hoạt vi sinh vật diễn ra hiệu quả hơn.
Ngoài ra, khi khoảng cách chiếu xạ giảm, bức xạ được tạo ra ở cường độ cao hơn, hoạt tính diệt trùng cũng mạnh hơn. Dưới đây là mô hình quan trọng nhất để đánh giá khả năng cung cấp UVC tác động lên vi sinh vật:
Trong đó: I(r) là liều lượng UVC tại khoảng cách bán kính r từ đèn; PL là công suất UV phát ra trên một đơn vị chiều dài hồ quang của đèn và a là hệ số hấp thụ (cm-1).
Liều lượng bức xạ UVC cần thiết để làm giảm 10 lần số lượng vi sinh vật được gọi là D10. Nghĩa là ở D10, liều lượng UVC có thể làm bất hoạt 90% vi sinh vật trong môi trường thực phẩm. Ngoài ra, thời gian diệt khuẩn (D value) là thời gian tiếp xúc tia UVC trên một bề mặt cố định để diệt 90% vi sinh vật. Đây là giá trị đặc trưng cho độ nhạy UVC giữa các nhóm vi sinh vật.
Các đặc điểm khác của vi sinh vật như giai đoạn phát triển, điều kiện phát triển (nhiệt độ, kích thước tế bào, độ dày thành tế bào…) và khả năng sửa chữa DNA của vi sinh vật là những yếu tố chi phối sự tồn tại của vi sinh vật sau khi chiếu xạ UVC.
Bảng. Nghiên cứu về khả năng khử hoạt tính của vi sinh vật bằng tia UVC trên các loại thực phẩm khác nhau
Loại thực phẩm | Vi sinh vật | Điều kiện/ thông số tia UVC | |||
Nguồn UVC | Bước sóng | Liều lượng UVC (mJ.cm-2)/(J.m-2) Bức xạ UVC (W.m2) Tốc độ dòng UVC (J.ml-1) | Phương pháp kết hợp cùng UVC | ||
Đùi gà | Salmonella, E. coli, và Campylobacter | Đèn UV | 200 – 1100 nm | 1,27 J.cm-2 |
|
Thịt lợn | Y. enterocolitica và B. thermosphacta | Tủ UV | 253,7 nm | 16,16 – 19 mJ.cm-2 |
|
Thịt bò xay | Salmonella spp. | Đèn UV | 254 nm | 800 µW.cm-2 |
|
Hoa quả hữu cơ (táo, đậu Hà Lan, dâu tây…) | E. coli O157:H7 và L. monocytogenes | Đèn UVC | 254 nm | 11,9 kJ.m-2 |
|
Nấm mỡ | E. coli H157:O7 | Đèn UVC | 254 nm | 0.45 kJ.m-2 | H2O2 |
Hồ tiêu | Salmonella spp. | Đèn UVC | 254 nm | 616 µW.cm-2 | Plasma lạnh |
Tham khảo các sản phẩm tiệt trùng UVC của Dinies
Băng tải tiệt trùng thực phẩm UV-tunnel
Tư vấn lắp đặt đèn UV-C khử khuẩn không khí: Hotline: 0985 554 054