Radiacyjne utrwalanie żywności

Jednym z zastosowań promieniowania jonizującego jest sterylizacja żywności. Metoda ta znana jest praktycznie od początków badań nad radioaktywnością, a wstępne próby podejmowano już w pierwszych dekadach XX w. Celem sterylizacji żywność jest napromieniowywana silnymi dawkami promieniowania gamma, beta lub rentgenowskiego, rzędu tysięcy grejów. Oprócz wyeliminowania drobnoustrojów, mogących powodować psucie się żywności i zatrucia pokarmowe, napromieniowanie opóźnia kiełkowanie nasion i dojrzewanie owoców, a także zabija lub pozbawia płodności insekty. Stosowane dawki podzielono na 3 zakresy, różniące się przeznaczeniem:

• niskie - do 1 kGy (1000 Gy) - opóźnienie kiełkowania (ziemniaki, cebula, czosnek) i dojrzewania (truskawki), unieszkodliwianie pasożytów (ziarno, przyprawy)
• średnie - 1 - 10 kGy - wydłużenie czasu przechowywania (mięso, ryby), likwidacja bakterii, zwiększanie wydajności wytwarzania soku, skrócenie czasu gotowania suszonych warzyw
• wysokie - powyżej 10 kGy - sterylizacja przypraw i materiałów opakowaniowych, żywność specjalnego przeznaczenia (astronauci, pacjenci z deficytem odporności - tu stosuje się nawet dawki 44 kGy).

Jest to metoda wydajna i skuteczna, umożliwia sterylizację dużych partii produktów, również w opakowaniach. Niestety koszty budowy odpowiedniej instalacji są znaczne: 1-5 mln $. Za to koszt jednostkowy takiej obróbki waha się od 1-8 centów/funt przy niższych dawkach, do 20 centów/funt przy wyższych. 

Źródłem promieniowania zwykle jest kobalt-60, emitujący silne promieniowanie gamma (1,17 i 1,33 MeV). Izotop ten jest nierozpuszczalny w wodzie, co chroni przed ewentualnym skażeniem. Jest też dość tani w otrzymywaniu - uzyskuje się go przez bombardowanie neutronami kobaltu-59 w reaktorach jądrowych. Zapewnia również jednorodne pole promieniowania, umożliwiające równomierne naświetlenie całej partii żywności. Dla porównania, cez-137, trudniejszy w uzyskaniu i emitujący słabsze promieniowanie (0,662 MeV), rozpuszcza się w wodzie, co w razie nieszczelności grozi skażeniem żywności i otoczenia, dlatego też praktycznie został wyparty przez kobalt w tym zastosowaniu. Alternatywą jest stosowanie lamp rentgenowskich, które można w każdej chwili wyłączyć, jednak są one energochłonne i mają niską sprawność - tylko 8% procent dostarczonej energii elektrycznej zmienia się w promieniowanie rentgenowskie, reszta nagrzewa katodę. W dodatku trudno w nich uzyskać jednorodne pole promieniowania. Stosuje się też strumienie elektronów przyspieszane w akceleratorach do 99% prędkości światła, jednak mają one znacznie mniejszą przenikliwość niż promieniowanie gamma, zatem można stosować je tylko do cienkich warstw. Ich zaletą jest nieco mniej niszczący wpływ na produkty wrażliwe na utlenianie z racji wyższej mocy dawki i krótszej ekspozycji - https://en.wikipedia.org/wiki/Electron-beam_processing

Źródła kobaltowe mają kształt prętów umieszczanych w metalowych blokach z kilkoma otworami. Prawdopodobnie z takiego urządzenia pochodziło źródło stanowiące przyczynę incydentu w Tammiku - LINK. Czas napromieniowania wynosi od kilkudziesięciu minut do kilku godzin, w zależności od tego, jaką dawkę chcemy uzyskać. Cały proces jest zautomatyzowany, by ograniczyć narażenie personelu, a źródła przechowuje się w wodzie, z której są wyjmowane tylko na czas pracy:

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/82/Commercial_Irradiator_%2836801710985%29.jpg

Źródła kobaltowe w zbiorniku z wodą - widoczne świecenie od promieniowania Czerenkowa, powstałego, gdy cząstki elementarne poruszają się z prędkością większą niż prędkość fazowa światła w danym ośrodku:

Napromieniowanie żywności, w zależności od dawki, albo zabija bakterie, albo tylko spowalnia rozwój lub pozbawia zdolności namnażania. Nie usuwa już powstałych toksyn i nie przywraca produktom dawnej świeżości. Umożliwia za to stworzenie sterylnych produktów żywnościowych,  które mogą być przechowywane w każdych warunkach, przeznaczonych np. dla astronautów lub pacjentów z obniżoną odpornością. Mniejsze dawki opóźniają dojrzewanie owoców i warzyw oraz hamują kiełkowanie, co ogranicza straty przy transporcie płodów rolnych na większe odległości. Niskie dawki powodują też bezpłodność insektów niszczących zbiory, co zapobiega zawleczeniu tych gatunków na nowe siedliska (tzw. napromieniowanie fitosanitarne). Jest to szczególnie istotne w przypadku owoców i warzyw, które znacznie tracą jakość po poddaniu ich tradycyjnym metodom dezynsekcji (temperatura, fumigacja).

Oczywiście taka metoda sterylizacji nie pozostaje bez wpływu na walory smakowe i odżywcze produktów. W napromieniowanych substancjach powstają wolne rodniki (H+, OH-), będące efektem radiolizy wody, które wchodzą w dalsze reakcje ze innymi składnikami żywności. Wolne rodniki uważa się za przyczynę procesów starzenia, ale dotyczy to rodników powstających w naszych organizmach, a nie tych, które zostały spożyte z pokarmem i w większości uległy zniszczeniu  podczas trawienia. 

Pamiętajmy też, że każde przetwarzanie żywności zmienia jej strukturę i własności odżywcze, nieraz dość znacznie - np. wędzenie, suszenie, gotowanie, marynowanie. Spośród związków, które powstają w napromieniowanej żywności, przeważająca większość powstaje również podczas innego jej przetwarzania i nawet w większych ilościach! Specyficzny dla napromieniowania jest 2- alkilocyklobutanon, powstający na skutek napromieniowania kwasów tłuszczowych, jednak w ilości, w jakiej powstaje podczas napromieniowania żywności jest jednak nieszkodliwy [LINK]. Dawki używane przy sterylizacji są o kilka rzędów wielkości niższe niż te, które mogą spowodować powstanie toksycznych substancji. Międzynarodowe grupy ekspertów przeprowadziły serie dokładnych badań napromieniowywanej żywności i orzekły, że nie przedstawia zagrożenia dla zdrowia, dopóki utrzymuje smak, kolor i inne własności. Są oczywiście produkty, które nie powinny być napromieniowywane, np. awokado, dla których promieniowanie jest wybitnie fitotoksyczne.

Jeżeli chodzi o wpływ na walory smakowe, jest on wyraźniejszy dla produktów tłustych, natomiast pomijalny np. przy owocach i warzywach, a nawet niektóre badania zwracały uwagę na... polepszenie się ich smaku (!). Występuje oczywiście utrata witamin, jednak jak wiadomo, witaminy same z siebie są dość nietrwałe i ulegają rozpadowi nawet od samego przechowywania, że nie wspomnę ot tradycyjnym przetwarzaniu.

Czasem zmiany w żywności są korzystne, jak w przypadku rukwi wodnej - w czasie testów traktowano świeżo ściętą rukiew dawkami 1, 2 i 5 kGy, a następnie przechowywano przez tydzień w temperaturze 4 st. C.  Dawka 2 kGy została uznana za optymalną, gdyż po jej otrzymaniu jakość roślin była najbardziej zbliżona do świeżych, w dodatku zachowała wysoki poziom cukrów redukujących i wielonienasyconych kwasów tłuszczowych, zaś przy 5 kGy podwyższony poziom sacharozy i jednonienasyconych kwasów. W obu przypadkach profil tłuszczowy był bardziej korzystny dla zdrowia. Potwierdzono również redukcję szkodliwych N-nitrozoamin w sosie sardelowym po napromienieniu [LINK]

Pojawiły się co prawda w Australii przypadki paraliżu (odwracalnego) u kotów, wywołanego ubytkiem otoczki mielinowej, na skutek karmienia wyłącznie napromieniowywaną karmą. Objawy wystąpiły jednak jedynie w przypadku jednej serii spośród szerokiej gamy żywności sterylizowanej promieniowaniem. Poza tym może to być reakcja specyficzna dla kotów, jako efekt nieurozmaiconej diety, pozbawionej witaminy A. Dalsze badania nie potwierdziły wpływu napromieniowania żywności na zdrowie zwierząt, jednak Australia zabroniła stosowania tej metody przy produktach dla zwierząt.

Największym problemem, jeżeli chodzi o radiacyjną sterylizację żywności nie jest jej rzekoma szkodliwość, tylko przyzwyczajenia konsumenckie. Większość konsumentów niechętnie odnosi się do napromieniania żywności, głownie przez panujące mity o jej domniemanej "radioaktywności".  Powtórzę po raz setny - napromieniowanie promieniami gamma nie powoduje radioaktywności wtórnej, do tego potrzebny jest strumień neutronów z reaktora jądrowego lub bomby atomowej. Poza tym, w czasie badań w USA potwierdzono, że oferowana żywność sterylizowana radiacyjnie była ponownie kupowana przez klientów, a odsetek jej przeciwników w latach 1985-1995 spadł do tak niskiego poziomu, jak odsetek przeciwników sztucznych konserwantów.

Przy napromieniowaniu żywności w opakowaniach istotne jest, by materiały opakowaniowe nie wytwarzały szkodliwych substancji pod wpływem radiacji ani nie ulegały destrukcji. Produkty, które zostały poddane napromieniowaniu, muszą być odpowiednio oznaczone. W USA jest to symbol "Radura" i napis "treated with radiation", w UE jest tylko wymóg oznaczenia, bez symbolu, choć jest zalecany. Obie wersje "Radury" - amerykańska i międzynarodowa - różnią się nieznacznie.

W Polsce żywność sterylizowana radiacyjnie nie jest często spotykana, choć nasze prawo dopuszcza tą metodę sterylizacji [link do ustawy z 25.08.2006 o bezpieczeństwie żywności i żywienia]


Art. 18. Środki spożywcze mogą być poddawane napromienianiu promieniowaniem jonizującym wyłącznie w celu: 1) zmniejszenia liczby przypadków chorób spowodowanych spożyciem żywności przez niszczenie drobnoustrojów chorobotwórczych; 2) zapobiegania psuciu się żywności przez opóźnienie lub powstrzymanie procesów rozkładu i przez niszczenie mikroorganizmów odpowiedzialnych za te procesy; 3) przedłużenia okresu przydatności do spożycia przez hamowanie naturalnych procesów biologicznych związanych z dojrzewaniem lub kiełkowaniem; 4) usunięcia organizmów szkodliwych dla zdrowia roślin lub dla żywności pochodzenia roślinnego. Art. 19. Napromienianie żywności promieniowaniem jonizującym jest dopuszczalne wyłącznie, jeżeli: 1) nie stanowi zagrożenia dla zdrowia lub życia człowieka; 2) jest korzystne dla konsumentów; 3) jest uzasadnione technologicznie oraz nie będzie wykonywane w celu zastępowania wymagań zdrowotnych oraz warunków sanitarnych i higienicznych w produkcji i w obrocie żywnością; 4) żywność poddawana temu napromienianiu: a) spełnia obowiązujące wymagania zdrowotne oraz b) nie zawiera substancji chemicznych służących do jej konserwacji lub stabilizacji.
[...]
Art. 23. 1. Przepisów art. 18–22 nie stosuje się do środków spożywczych wystawionych na działanie promieniowania jonizującego powstałego na skutek zastosowania urządzeń pomiarowych lub kontrolnych pod warunkiem, że wchłonięta dawka nie przekracza poziomu 0,01 Gy dla urządzeń kontrolnych, w których wykorzystuje się neutrony, oraz 0,5 Gy w pozostałych przypadkach, przy maksymalnym poziomie energii promieniowania wynoszącym 10 MeV w przypadku promieni rentgenowskich, 14 MeV w przypadku neutronów i 5 MeV w innych przypadkach. 2. Przepisów art. 19 pkt 3 i pkt 4 lit. b, art. 20–22 nie stosuje się do napromieniania żywności przygotowywanej pod nadzorem lekarza dla pacjentów wymagających diety o sterylnej czystości.

Więcej na temat polskiego stanu prawnego w tej kwestii i nieco statystyk, choć podlanych "ekologicznym" sosem - LINK
Jeżeli zaś chcecie trochę teorii spiskowych pt. "kto za tym stoi" - [LINK]

I na koniec smaczek z komentarza pod tym artykułem [LINK]:
używajcie węchu, żywność konserwowana radiacyjnie nie posiada zapachu