Tổ chức Lương nông Quốc tế (FAO), Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) và Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) đều khuyến khích các nước sử dụng chiếu xạ (bức xạ ion hóa) như một biện pháp đảm bảo vô trùng các dụng cụ, vật phẩm y tế; đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm và để bảo quản lương thực thực phẩm; xu hướng này ngày càng phổ biến trên thế giới.
Bức xạ ion hóa là gì?
Bức xạ phát ra từ một nguồn phát (như mặt trời hay máy phát bức xạ,…), ví dụ ánh sáng nhìn thấy cũng là một dạng bức xạ, nhiệt cũng là bức xạ hay những vụ nổ tại nhà máy điện nguyên tử làm hơi nước thoát ra ngoài có chứa chất phóng xạ cũng được gọi là bức xạ (bức xạ nguyên tử).
Bức xạ được phân loại theo năng lượng (tần số) cao hay thấp. Bức xạ tần số thấp còn gọi là bức xạ không ion hóa do không có đủ năng lượng cắt đứt các liên kết hóa học, không tạo ra các ion có hoạt tính cao (như ánh sáng mặt trời, tia UV năng lượng thấp, tia hồng ngoại, sóng radio,…. ). Bức xạ ion hóa (BXIOH) là bức xạ có đủ năng lượng cắt đứt các liên kết hóa học, đánh bật các điện tử ra khỏi các nguyên tử, hay tạo ra các ion có hoạt tính cao. BXIOH đi qua môi trường vật chất, làm cho môi trường đó ion hóa trực tiếp hay ion hóa gián tiếp và làm thay đổi cấu trúc hóa học của các đối tượng vật chất trong môi trường đó, có thể gây đột biến (thay đổi) trong DNA phân tử, gây tổn thương trên tế bào, vi khuẩn, virus, …
Một số dạng BXIOH phổ biến như hạt alpha, hạt beta, tia gamma, tia X. Hạt alpha (tia α) là hạt nhân He (He2+) bị phân rã ở trạng thái kích thích để cho phân rã gamma nhằm giải phóng năng lượng; hạt beta là tên chung cho các điện tử (e-, β-) và positron (e+, β+) trong quá trình phân rã beta.
Năng lượng hấp thụ bức xạ/đơn vị khối lượng vật chất tính bằng Gray (Gy), theo hệ đo lường chuẩn SI thì 1 Gy= 1 J/kg.
Các nguồn bức xạ ion hóa quy mô công nghiệp:
Nguồn gamma: phát ra từ nguồn đồng vị phóng xạ, độ xuyên vào vật chất cao, phổ biến là Co-60 (Cobalt-60) phát tia gamma có năng lượng 2,5 MeV và Cs-137 (Ceasium-137) phát tia gamma có năng lượng 0,66 MeV.
Tia X: có độ xuyên vào vật chất cao, năng lượng cao của tia X được phát ra từ một máy phát tia X nên có thể bật/tắt được.
Chùm tia điện tử: có độ xuyên vật chất thấp hơn tia gamma và tia X, được phát ra từ một máy phát nên có thể bật/tắt, thường có suất liều rất cao nên thời gian chiếu xạ rất nhanh.
Ứng dụng bức xạ ion hóa
Khử trùng là diệt hay bất hoạt tất cả các loài vi sinh vật kể cả dạng sinh dưỡng và bào tử, các nang ký sinh trùng và các siêu vi trùng. Tùy mục đích, đối tượng có thể áp dụng nhiều phương pháp khử trùng khác nhau như khử trùng nhiệt với nhiệt ẩm, nhiệt khô; khử trùng bằng hóa chất etilen oxit (EtO), formaldehit, NO2, ozon; khử trùng BXIOH với tia gamma, tia X, chùm tia điện tử v.v… Trong đó, khử trùng BXIOH (chiếu xạ) là phương pháp khử trùng lạnh, không sinh nhiệt, hơn nữa BXIOH có hiệu lực diệt khuẩn cao với hệ số bất hoạt đạt 10160 so với khử trùng nhiệt (1020) hay khử trùng hóa chất (109). Với độ xuyên thấu sản phẩm cao, BXIOH cho phép khử trùng nguyên khối, nguyên bao bì và khối lượng lớn.
Khử trùng dụng cụ y tế: các loại dụng cụ y tế có thể khử trùng bằng chiếu xạ như bơm tiêm nhựa, dây truyền dịch, găng tay, băng gạc, que khám, vật liệu cấy ghép, chỉ khâu, dao mổ, vỏ chai thuốc nhỏ mắt, tăm giấy nha khoa, kit thử, đĩa petri, băng dính, núm vú, mặt nạ… Liều khử trùng bức xạ thường từ 15-35 kGy.
Hiệu lực của quá trình khử trùng dụng cụ y tế bằng chiếu xạ được đánh giá dựa trên tài liệu ISO- 11137. Kiểm soát chất lượng quá trình khử trùng chiếu xạ căn cứ vào độ nhiễm khuẩn ban đẩu và tính chất của vật liệu; liều khử trùng được xác định theo tiêu chuẩn ISO-11137. Đảm bảo chất lượng chiếu xạ dựa vào việc đo liều bức xạ và tính nguyên vẹn của sản phẩm.
Hiện trên thế giới có khoảng 160 nguồn chiếu xạ Co-60 và 200 máy phát chùm tia điện tử và tia X công nghiệp dùng cho khử trùng dụng cụ y tế.
Chiếu xạ thực phẩm: là quá trình sản phẩm được chiếu xạ bằng tia gamma, tia X hay chùm tia điện tử ở liều lượng quy định tùy theo luật của từng nước, ví dụ Mỹ theo quy định của cơ quan FDA, Việt Nam theo quy định của Bộ Y tế.
Chiếu xạ nhằm làm cho thực phẩm an toàn hơn, giảm các nguy cơ gây bệnh nhờ gây bất hoạt các loại vi khuẩn, ký sinh trùng, nấm hay côn trùng gây bệnh. Mặc khác, chiếu xạ thực phẩm có thể giảm sự hư hỏng sản phẩm, kéo dài thời gian bảo quản các sản phẩm dễ hỏng sau thu hoạch.
Kiểm dịch trái cây bằng chiếu xạ: kiểm dịch là quá trình áp dụng cho các loại hàng hóa sao cho các loại vi sinh vật cần được kiểm dịch sẽ không còn tìm thấy. Kiểm dịch hàng hóa có thể thực hiện bằng nhiều công cụ như thuốc diệt côn trùng, diệt nấm mốc, nhiệt nóng, nhiệt lạnh, khí quyển có nồng độ oxy thấp, chiếu xạ, v.v… Chiếu xạ là kỹ thuật kiểm dịch nhanh nhất và là một trong những phương pháp kiểm dịch hiệu quả, ít tổn hại đến các tính chất của nông sản.
Xử lý nước thải, khí thải bằng BXIOH: chiếu xạ nước tạo ra các chất có hoạt tính oxy hóa hay khử rất cao nhằm phân hủy các chất gây bẩn trong nước, giúp cải thiện các chỉ số của nước thải như BOD (Biochemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy sinh hóa), COD (Chemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy hóa học) tốt hơn.
Các nhà máy nhiệt điện thường tạo ra các khí độc như SOx, NOx là nguyên nhân tạo ra các trận mưa axít làm hư hại mùa màng, vì thế trên thế giới có nhiều nhà máy nhiệt điện đã lắp đặt các máy gia tốc điện tử để xử lý các khí thải nhờ BXIOH và kết hợp nước amôniắc để tạo ra sản phẩm phụ là phân bón, ví dụ như Indianapolis (Hoa Kỳ), Karlsruhe (Badenwerk, Đức), Nagoya (Nhật Bản), Kaweczyn (Ba Lan), Chengdu, Beijing (Trung Quốc),…
Ngoài ra, BXIOH còn có các ứng dụng khác như chẩn đoán và điều trị trong y học; phân tích không phá mẫu; biến tính các vật liệu polime như cáp điện, vỏ xe ôtô, teflon, sơn phủ bề mặt; gây đột biến một số giống cây; chiếu xạ đá quý, …
Sáng chế bức xạ ion hóa trên thế giới
Dựa trên dữ liệu sáng chế (SC) tiếp cận được, ứng dụng BXIOH phục vụ nhu cầu đời sống con người có SC đăng ký từ đầu thế kỷ 20, nhưng từ những năm 80 đến nay số lượng SC mới phát triển mạnh, hiện có trên 30.000 SC về ứng dụng BXIOH được đăng ký ở khoảng 50 quốc gia trên toàn thế giới. Theo phân loại SC quốc tế IPC, các SC về ứng dụng BXIOH xuất hiện nhiều trong các lĩnh vực chẩn đoán, phẩu thuật, khử trùng dụng cụ y tế, bảo quản thực phẩm, biến đổi gen cây trồng, xử lý chất thải, v.v…
Phát triển lượng đăng ký SC về ứng dụng BXIOH trên thế giới
Phát triển số lượng SC về ứng dụng BXIOH trong thực phẩm trên thế giới
Số lượng SC về ứng dụng BXIOH trong thực phẩm được đăng ký ở một số nước
Ghi chú: JP: Nhật, CN; Trung Quốc, US: Mỹ, KR: Hàn Quốc, CA: Canad, GB: Anh.
Ứng dụng BXIOH trong lĩnh vực thực phẩm có 86 SC, chủ yếu tập trung vào bảo quản (chiếm 74%). Nước có nhiều SC đăng ký trong lĩnh vực này là Nhật (JP), Trung Quốc (CN), Mỹ US) và Hàn Quốc (KR).
Phát triển số lượng SC về ứng dụng BXIOH trong xử lý nước thải, khí thải trên thế giới
Số lượng đăng ký SC về ứng dụng BXIOH trong xử lý nước thải, khí thải được đăng ký ở một số nước
Ghi chú: JP: Nhật, KR: Hàn Quốc, CN; Trung Quốc, US: Mỹ, DE: Đức, MY: Malaysia, IN: Ấn Độ, GB: Anh, CH: Tụy Sỹ, CA: Canad.
Ứng dụng BXIOH trong lĩnh vực xử lý nước thải, khí thải có 150 SC đăng ký trên thế giới. Nước có nhiều SC đăng ký trong lĩnh vực này là Nhật (JP), Hàn Quốc (KR), Trung Quốc (CN) và Mỹ US).
Phát triển số lượng SC về ứng dụng BXIOH để khử trùng trong y tế trên thế giới
Số lượng SC về ứng dụng BXIOH để khử trùng trong y tế được đăng ký ở một số nước
Ghi chú: JP: Nhật, CN; Trung Quốc, US: Mỹ, CA: Canad, AU: Úc, KR: Hàn Quốc, TW: Đài Loan, DE: Đức, ZA: Nam Phi, FR: Pháp.
Ứng dụng BXIOH trong lĩnh vực khử trùng y tề có 287 SC đăng ký trên thế giới. Nước có nhiều SC đăng ký trong lĩnh vực này là Nhật (JP), Trung Quốc (CN), Mỹ US) và Canada (Ca).
Bức xạ ion hóa trong đời sống
Trên thế giới, BXIOH đã được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực y tế, môi trường và đang phát triển mạnh trong lĩnh vực thực phẩm. Theo hợp tác nghiên cứu FAO/IAEA/WHO, chiếu xạ thực phẩm làm thay đổi không đáng kể những thành phần trong thực phẩm như cacbon hidrat, protein, lipit, vitamin tương tự các công nghệ bảo quản truyền thống khác (nhiệt, đóng hộp, đông lạnh v.v.).
Ở Mỹ, các quy định trong ngành thực phẩm cho phép chiếu xạ bột mì, khoai tây, gia vị, bột hương liệu, trái cây tươi, thịt đỏ, thịt gia cầm, thức ăn nhanh,… Tương tự, một số nước khác cũng cho phép chiếu xạ thực phẩm như Liên Xô cũ, Liên minh châu Âu, Canada, Úc, Nam Phi, Trung Quốc, Indonesia, Việt Nam v.v. (48 nước). Cần lưu ý là chiếu xạ thực phẩm cũng chỉ là một trong các phương pháp bảo quản chứ không phải là phương pháp thay thế hoàn toàn cho các phương pháp bảo quản khác. Theo quy định quốc tế, thực phẩm chiếu xạ phải dán nhãn có biểu tượng “Radura”.
Tiềm năng ứng dụng bức xạ ion hóa ở Việt Nam theo đánh giá của chuyên gia chủ yếu là khử trùng, thanh trùng và kiểm dịch. Chiếu xạ khử trùng dụng cụ y tế đã được tiến hành từ lâu, có xu hướng tăng dần theo từng năm do sự thuận lợi của công nghệ cũng như sự thu hẹp của biện pháp khử trùng EtO (một số nước cấm dùng khí này vì gây ung thư). Chiếu xạ thực phẩm có xu hướng phát triển nhanh do nhiều nước đang chấp nhận phương pháp này, trong năm năm gần đây đã tăng trưởng rất mạnh từ chưa đến 50.000 tấn năm 2008 lên đến khoảng 80.000 tấn năm 2012 gồm thủy hải sản đông lạnh, thủy hải sản khô, gia vị, rau gia vị sấy khô, trái cây tươi, … Xử lý nước thải, khí thải bằng bức xạ chưa được phát triển ở Việt Nam vì đầu tư và giá thành xử lý cao.
Theo Quyết định số 127/QĐ-TTg ngày 20/01/2011 về việc phê duyệt quy hoạch chi tiết phát triển ứng dụng bức xạ trong công nghiệp và các ngành kinh tế, kỹ thuật khác đến năm 2020 sẽ có 30 cơ sở chiếu xạ công nghiệp (CXCN). Định hướng phát triển CXCN sẽ theo vùng sản xuất với ba khu vực chính là chiếu xạ thực phẩm cho rau, trái cây, lương thực, thủy hải sản tại khu vực ĐBSCL; chiếu xạ thực phẩm cho thủy hải sản tại vùng duyên hải miền Trung và chiếu xạ thực phẩm cho hạt tiêu, hạt điều, nho, cà phê, hoa xuất khẩu tại Tây Nguyên.
Một số thị trường khó tính đã và đang xem xét chấp nhận nhập khẩu trái cây chiếu xạ từ Việt Nam, ví dụ Mỹ đối với thanh long (2008), chôm chôm (2011), sắp tới sẽ là nhãn, vải, xoài, vú sữa v.v…; New Zealand với thanh long, vải nhãn; Úc là xoài, thanh long, vú sữa.
Bộ Y tế Việt Nam đã ban hành các quy định và tiêu chuẩn về chiếu xạ thực phẩm như danh mục thực phẩm được phép chiếu xạ và giới hạn liều hấp thụ (Quyết định số 3616/2004/QĐ-BYT) gồm 7 loại và liều hấp thụ tương ứng từ mức thấp nhất là 0,1 kGy cho đến cao nhất là 7 kGy. Song song là hệ thống tiêu chuẩn, quy phạm chiếu xạ thực phẩm gồm TCVN, CODEX STAN, CAC/RCP, ISO, EN.
Hoạt động chiếu xạ tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ (VINAGAMMA)
(*) Thực phẩm khô gồm thủy hải sản khô, các loại gia vị, rau củ sấy khô tiêu thụ nội địa hoặc xuất khẩu.
Nguồn: VINAGAMMA.
Hoạt động chiếu xạ tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân, Hà Nội (HIC)
Nguồn: HIC.
Bảng Thống kê thiết bị chiếu xạ ở Việt Nam
ANH THY, STINFO Số 12/2013