4. Теоретичне обґрунтування

Іонізуючі випромінювання - випромінювання, здатні викликати іонізацію електрично нейтральних атомів і молекул і стимулювати в опромінених матеріалах однотипні хімічні реакції.

Іонізуючі випромінювання мають сильну бактерицидну дію, що забезпечує при достатній дозі повну стерилізацію за дуже короткий час (десятки секунд). Практичний інтерес для цих цілей мають промені: катодні, рентгенівські і радіоактивні гамма-промені.

Катодні промені є потоком швидких електронів. Вони володіють порівняно невисокою проникаючою здатністю і при необхідності обробляють матеріал на порівняно невелику глибину.

При обробці харчової продукції на велику глибину потрібні катодні промені дуже високих енергій, в цьому випадку їх дія може викликати небезпеку наведеної радіоактивності і зробити продукт непридатним для вживання. Тому катодні промені обмежено придатні для оберігання харчової продукції від псування.

Рентгенівські промені — короткохвильова електромагнітна радіація з безперервним спектром в діапазоні хвиль (0,2…20) × 10^-10 м, що граничить в короткохвильовій частині з гамма-променями, а в довгохвильовій — з ультрафіолетовими; найбільшою проникаючою здатністю володіють "жорсткі" рентгенівські промені (промені з найбільш короткими хвилями).

Їх проникаюча здатність достатня для практичних цілей, якщо інтенсивність випромінювання висока (при 10 меВ до 0,12 м)^*. Незручність представляє складність рентгенівської установки.

З числа радіоактивних випромінювань практичне значення мають гамма-промені, що володіють високою жорсткістю і, отже, більшою проникаючою здатністю (близько 0,1 м). α – і β –промені мають малу проникаючу здатність. Їх вплив на опромінювані матеріали мізерний.

Стерилізуючий ефект іонізації полягає в тому, що при дії γ –квантів атом або молекула втрачають електрон і стають позитивно зарядженим іоном. Електрон, що відірвався, є носієм негативного заряду, приєднуючись до іншого атому або молекули, утворює негативний іон.

* - Іонізуюче випромінювання може вимірюватися в наступних одиницях: електрон-вольти, ерги і джоулі. Електрон-вольт (скорочено еВ) - це одиниця енергії, пов’язана з переміщенням електрона. У атомі водню (один протон, один електрон) електрон "міцно зв’язаний". Для того, щоб відірвати цей електрон від протона, потрібна енергія. Щоб повністю відірвати цей електрон від протона, буде потрібно 13,6 електрон-вольт.

Хімічні перетворення, що виникають при цьому в харчових продуктах пов’язані в першу чергу з іонізацією води.

Вільні радикали, що утворюються, Н۠ і ОН۠ володіють високою хімічною активністю.

Вони нестійкі і можуть проіснувати у вільному вигляді протягом 10^-5 – 10^-6с. Проте за цей час з їх допомогою утворюються сильні окислювачі, що впливають на хімічну природу опромінюваних речовин.

На цьому засновані методи консервації харчових продуктів –радуризація і радаппертизація.

При радуризації, вироблюваною дозами (250 - 800) 10³ рад, мікроорганізми знищуються лише частково **.

Радаппертизація, або радіаційна стерилізація, знищує мікроорганізми повністю. При цьому потрібні великі дози іонізуючих випромінювань – (1,5 - 2) 10⁶ рад.

Великі дози приводять до появи сторонніх запахів і присмаків в продукті, до розкладання харчових речовин. Порогові дози не повинні

перевищувати 10³ рад. При опромінюванні харчових продуктів можуть ут­ворюватись хімічні сполуки, які називаються радіолітичними. Такі самі сполуки виявлено в необроблених і термічнооброблених (варіння, смаження) продуктах і немає доказів, що вони токсикологічно небезпечні для здоров’я людини.

Токсикологічні, хімічні і медичні дослідження показують, що помірна іонізуюча радіація не робить негативного впливу на харчові продукти з погляду їх нешкідливості і харчової цінності.

Вчені США, досліджуючи протягом 35 років токсикологічну небезпечність опромінених продуктів на людях, собаках, щурах і мишах, не вияви­ли токсичних речовин у цих живих істотах. Не встанов­лено також мутагенного і тератогенного ефекту оп­ромінених продуктів, при цьому харчові речовини зберігаються навіть краще, ніж у продуктах термічно-консервованих. Опромінювання практично не впливає на засвоєння білків та вуглеводів. Жири після оп­ромінювання окислюються більше, ніж необроблені, проте цей ефект можна контролювати опромінюван­ням при більш низьких температурах і без кисню.

** - Дози радіації часто обчислюються в одиницях "рад" (доза поглиненої радіації - від англійського radiation absorbed dose). Один рад рівний 100 ерг/грам або, іншими словами, 100 ерг енергії, поглиненої одним грамом деякої тканини організму. Ерг рівний одній десятимільйонній джоуля. Сто рад еквівалентно одному джоулю/кілограм (Дж/кг), що також рівне одному грею (Гр), стандартній міжнародній одиниці вимірювання дози радіації.

Не змінюються при опромінюванні і мінеральні речовини.

В порівнянні з іншими способами зберігання продуктів іонізуючі випромінювання володіють такими перевагами:

• незначні загальні хімічні зміни продукту;

• невеликий підйом температури опромінюваного продукту (в межах декількох градусів);

• обробка продуктів за короткий строк на бажану глибину (від поверхневої дії до значної товщини опромінюваного шару);

• можливість організації безперервно-потокової обробки;

• використання будь-яких видів герметичного упакування.

Разом з цим є і істотні недоліки: виникнення хімічних змін, що погіршують смак, запах, консистенцію; небезпека утворення шкідливих сполук як під час опромінювання, так і після нього; розвиток ферментативних процесів під час зберігання. Запобігти небажаним змінам в повній мірі поки не вдалося, тому широке застосування іонізуючих випромінювань в промисловому масштабі не проводиться.