CHIẾU XẠ, MỘT BIỆN PHÁP HỮU HIỆU TRONG KHỬ TRÙNG DỤNG CỤ Y TẾ VÀ CHIẾU XẠ THỰC PHẨM (Chỉnh sửa lần 2, 10/2010) Trần Khắc Ân, Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Triển khai Công nghệ Bức xạ Mở đầu Công nghệ khử trùng dụng cụ y tế (DCYT) trùng thực phẩm (TP) xạ iơn hóa cơng nghệ tiên tiến ứng dụng phổ biến giới Công nghệ Ngành Hạt nhân nước ta nghiên cứu từ năm 1981, ứng dụng triển khai từ năm 1991 đạt đến ứng dụng quy mô công nghiệp từ năm 1999 Trung tâm Nghiên cứu Triển khai Công nghệ Bức xạ (VINAGAMMA) Hiện Việt Nam, 06 máy chiếu xạ thuộc đơn vị (02 nhà nước, 03 tư nhân) hoạt động với mục đích khử trùng DCYT chiếu xạ TP Trong năm 2011 có thêm 02 thiết bị chiếu xạ đưa vào hoạt động (01 máy gia tốc chùm tia điện tử, 01 máy chiếu xạ nguồn Cobalt-60) Bài viết đề cập đến số kiến thức chiếu xạ khử trùng DCYT chiếu xạ TP nhằm phổ biến đến người đọc thông tin khoa học bổ ích mong muốn khích lệ ứng dụng công nghệ tiên tiến vào kinh tế quốc dân Sự phát triển việc ứng dụng xạ iơn hóa lĩnh vực khử trùng DCYT chiếu xạ TP Ý tưởng dùng xạ iơn hóa để diệt vi sinh gây bệnh nẩy sinh sau Henri Becquerel phát phóng xạ Wihelm Conrad Roentgen phát minh tia X vào năm 1895 Cũng từ hàng loạt nghiên cứu tác dụng diệt vi sinh tia X tia phóng xạ tiến hành Năm 1905 hai sáng chế đăng ký Mỹ Anh diệt vi sinh tia X Tuy nhiên, vào thời gian nguồn phóng xạ Radium nên ứng dụng thực tế chưa thể thực Những nghiên cứu lĩnh vực áp dụng trở nên thương mại công nghệ chế tạo máy gia tốc phát triển người ta sản xuất chất phóng xạ hoạt độ cao từ lò phản ứng hạt nhân Năm 1955 công ty Johnson&Johnson, lần giới, đưa vào sử dụng máy gia tốc chùm tia điện tử dùng cho chiếu xạ khử trùng phẫu thuật quy mô thương mại đến năm 1960 máy chiếu xạ nguồn Cobalt-60 với công suất xử lý 15.000 khoai tây năm đưa vào hoạt động Canada Tính đến năm 2007, giới có 180 thiết bị chiếu xạ nguồn Cobalt-60 48 nước (đặc biệt số máy chiếu xạ khu vực Đông Á tăng nhanh) khoảng vài chục Chiếu xạ, biện pháp hữu hiệu khử trùng dụng cụ y tế chiếu xạ thực phẩm (Chỉnh sửa lần 2, 10/2010) máy gia tốc sử dụng cho chiếu xạ khử trùng DCYT chiếu xạ hàng TP Bảng đưa thống kê thiết bị chiếu xạ Cobalt-60 công nghiệp giới theo vùng Vùng (số nước) Châu phi (3) Tên nước (số lượng máy) Ai cập (1), Ghana (1), Nam Phi (3) Tổng số máy chiếu xạ nguồn Cobalt-60: Đơng Á Thái Bình Dương (12) Úc (2), Bangladesh (2), Trung Quốc (90), Ấn Độ (3), Indonesia (1), Nhật Bản (2), Hàn Quốc (1), Malaysia (4), Philippines (1), Đài Loan (2), Thái Lan (4), Việt Nam (6) Tổng số máy chiếu xạ nguồn Cobalt-60: 108 Châu Âu (18) Áo (1), Bỉ (2), Bulgaria (1), Croaria (1), Đức (3), Hy Lạp (1), Hungary (3), Iceland (1), Ý (2), Bồ Đào Nha (1), Romania (1), Serbia&Montenegro (1), Thụy Điển (1), Thụy Sĩ (1), Hà Lan (3), Thổ Nhĩ Kỳ (2), Ukraine (1), Anh (5) Tổng số máy chiếu xạ nguồn Cobalt-60: 31 Châu Mỹ La Tinh (5) Argentina (1), Brazil (4), Chile (1), Mexico (2), Peru (1) Tổng số máy chiếu xạ nguồn Cobalt-60: Bắc Mỹ (2) Canada (1), Hoa Kỳ (28) Tổng số máy chiếu xạ nguồn Cobalt-60: 29 Nam Á (5) Iran (1), Israel (1), Jordan (1), Saudi Arabia (1), Syria (1) Tổng số máy chiếu xạ nguồn Cobalt-60: Bảng 1: Thống kê số máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 giới Song song với nghiên cứu ứng dụng xạ iơn hóa sở lý thuyết, công nghệ, điều luật, quy định liên quan đến khử trùng DCYT chiếu xạ hàng TP không ngừng xây dựng xem xét lại Đối với khử trùng DCYT người ta xây dựng quy trình xác định liều khử trùng, quy định đo liều, quy định vận hành thiết bị chiếu xạ khử trùng DCYT, v.v Tất quy định, điều luật có đảm bảo vững cho phát triển công nghệ khử trùng DCYT xạ iơn hóa Đối với chiếu xạ thực phẩm, tổ chức quốc tế lớn Tổ chức Lương nông quốc tế (FAO), Tổ chức Y tế giới (WHO) Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) khuyến khích nước sử dụng chiếu xạ biện pháp đảm bảo vô trùng dụng cụ, vật phẩm y tế, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm cho người tiêu dùng để bảo quản lương thực thực Chiếu xạ, biện pháp hữu hiệu khử trùng dụng cụ y tế chiếu xạ thực phẩm (Chỉnh sửa lần 2, 10/2010) phẩm Tính đến năm 2006, có 60 nước chấp nhận chiếu xạ TP giải pháp hữu hiệu nhằm đảm bảo vệ sinh thực phẩm bảo quản lương thực thực phẩm Bức xạ iơn hóa sử dụng khử trùng DCYT chiếu xạ TP Bức xạ iôn hóa hạt, phơ tơn vào vật chất gây hiệu ứng iơn hóa Hình Bảng mơ tả bước sóng loại sóng điện từ T ia v uõ t ru ï T ia ga m m a T ia tử n g o aï i T ia X A Ùn h s a ùn g n h ìn t h ( aùn h s a ùn g m a ët t r ô øi ) T ia ho àn g n go a ï i (S o ùn g n h ie ä t ) S o ùn g v i b a S o ùn g R a ñ io â Hình 1: Minh họa số bước sóng thường gặp đời sống Sóng Sóng Rađio Sóng vi ba Tia hồng ngoại Ánh sáng nhìn thấy Tia tử ngoại Tia X Tia gamma Tia vũ trụ Năng lượng E (eV) 10-11 >10-8 1011>>106 Bảng 2: Bước sóng sóng điện từ thường gặp đời sống Khi xạ ion hóa hạt alpha, hạt bê ta, tia gamma, tia X, hạt nơ trôn, v.v vào vật chất, đường qua chúng gây iơn hóa vật chất dần lượng Đại lượng đo lượng xạ iơn hóa bị vật chất hấp thụ sử dụng Grây (Gy) Gy lượng June truyền cho kg vật chất Đơn vị cũ sử dụng Rad 1 1 Gy rad krad Mrad = = = = J/kg 0,01 Gy 10 Gy 10 kGy Liều hấp thụ 10 kGy tương đương với lượng cần thiết để tăng nhiệt độ kg nước lên 2,4 oC Do đó, xử lý xạ iơn hóa xem phương pháp “Chiếu xạ lạnh” Các xạ iơn hóa sử dụng cho chiếu xạ khử trung DCYT chiếu xạ TP tia gamma phát từ nguồn phóng xạ Cobalt-60, nguồn Cesium-137 chùm tia điện tử tia X (biến đổi từ chùm tia điện tử) phát từ máy gia tốc Cường độ phóng xạ nguồn Cobalt-60 đo đơn vị sử dụng Béc rel (Becquerel, Bq) Đơn vị cũ sử dụng Quy ri (Curie, Ci) Chiếu xạ, biện pháp hữu hiệu khử trùng dụng cụ y tế chiếu xạ thực phẩm (Chỉnh sửa lần 2, 10/2010) 1 1 Bq Ci kCi MCi = = = = phân rã giây 3,7x1010 Bq = 37 GBq 37 TBq 37 PBq Hoạt độ nguồn phóng xạ bị giảm theo thời gian tượng tự nhiên gọi tự phân hủy Chu kỳ bán rã khoảng thời gian mà hoạt độ nguồn phóng xạ giảm nửa Các nguồn phát xạ iôn hóa sử dụng rộng rãi khử trùng DCYT chiếu xạ TP là: - - Nguồn phát tia gamma: Cobalt-60 (phát hai tia gamma lượng 1,174 MeV 1,332 MeV, chu ky bán rã 5,27 năm) Cesium-137 (phát tia gamma lượng 0,66 MeV, chu kỳ bán rã 30 năm) Nguồn phát chùm tia điện tử phát tia X: Máy gia tốc chùm tia điện tử máy gia tốc chùm tia điện tử có biến đổi sang tia X Nguồn Cobalt-60 chế tạo từ lò phản ứng hạt nhân Dưới tương tác neutron nhiệt với kim loại Cobalt-59 có tự nhiên tạo Cobalt-60 phát tia gamma theo 59 60 phản ứng: 27 Con,  27 Co Theo quy định quốc tế, lượng xạ iơn hóa sử dụng cho khừ trùng DCYT chiếu xạ TP là: - Đối với tia gamma tia X phải nhỏ MeV Đối với chùm tia điện tử phải nhỏ 10 MeV Cơ chế diệt khuẩn Cơ chế diệt vi sinh, côn trùng, nấm mốc gây hại cho người sử dụng thực phẩm vật phẩm y tế dựa tính chất iơn hóa ngun tử, phân tử cấu thành nên thể sống, đặc biệt phân tử DNA tế bào vi sinh gây bệnh Khi phân tử DNA bị iơn hóa, liên kết chúng bị đứt gẫy Nếu chiếu xạ liều đủ việc phục hồi đứt gẫy cấu trúc DNA không thực tế bào bị chết trình phân bào vi sinh gây bệnh phát triển Khả chịu đựng chiếu xạ xạ iơn hóa loại, loài vi sinh đặc trưng liều D10 Liều D10 liều chiếu xạ mà 90% vi sinh bị tiêu diệt Ở vùng liều chiếu định, lượng vi sinh sống sót sau chiếu xạ biểu diễn công thức :  N  N o10 D D10 N – Số vi sinh sống sót sau chiếu xạ No – Số vi sinh ban đầu D10 – Liều chiếu (kGy) làm chết 90% vi sinh D – Liều chiếu (kGy) Đường cong biểu diễn số vi sinh sống sót theo liều chiếu đưa Hình Chiếu xạ, biện pháp hữu hiệu khử trùng dụng cụ y tế chiếu xạ thực phẩm (Chỉnh sửa lần 2, 10/2010) Lg (N/N0) 0,1 0,01 0,001 LiỊu chiÕu Hình 2: Sự phụ thuộc số vi sinh sống sót vào liều chiếu Mức độ vi sinh vật gây bệnh bị tiêu diệt xạ iơn hóa phụ thuộc chủ yếu vào kích thước DNA, tốc độ hồi phục chúng số thông số khác Liều diệt vi sinh gây bệnh thực phẩm đông lạnh cao thực phẩm nhiệt độ bình thường Liều D10 trùng ký sinh trùng có lượng lớn ADN khoảng 0,1 kGy, vi khuẩn có DNA nhỏ khoảng từ 0,3 đến 0,7 kGy virus vi sinh gây bệnh nhỏ 10 kGy lớn Đối với vi sinh dạng bào tử liều D10 cao nhiều dạng bình thường cỡ vài kGy Bảng đưa số giá trị liều D10 số loài vi sinh gây bệnh TT Loài vi sinh Moraxella osloenensis Micrococus Radiodurans Clostridium Botulium Bào tử nấm Saccharomys cervisiae Salmonella Staphylococcus aureus Escherichia coli Pseudomonas Liều D10 (kGy)  10 37  3,5 0,5  0,4  0,6 0,2  0,2  0,6 0,1  0,35 0,02  0,2 Bảng 3: Liều D10 số vi sinh Dải liều gây chết cho thể sinh học đưa Bảng TT Cơ thể sinh học Các động vật bậc cao, người Côn trùng Vi khuẩn dạng không bào tử Vi khuẩn dạng bào tử Virus Liều (kGy) 0,005  0,01 0,1  0,5  10 10  50 10  200 Bảng 4: Liều gây chết thể sinh học Chiếu xạ, biện pháp hữu hiệu khử trùng dụng cụ y tế chiếu xạ thực phẩm (Chỉnh sửa lần 2, 10/2010) Chiếu xạ thực phẩm nhiều nước giới chấp nhận ứng dụng nhằm mục đích sau: - - Trễ giai đoạn chín hoa quả, chống nẩy mầm, kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm, kéo dài thời gian bảo quản hoa qủa nhằm khắc phục tình trạng khan trái mùa, tình trạng khó khăn vận chuyển, cách trở địa lý nơi sản xuất nơi tiêu thụ Diệt vi sinh gây bệnh, côn trùng có hại Cơ quan FAO đánh giá khoảng 25% thực phẩm bị trùng, vi khuẩn, lồi gặm nhấm sau thu hoạch Theo đánh giá Ủy ban Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Mỹ (CAST), năm 1994, số trường hợp bị mắc bệnh gây thực phẩm không vệ sinh Mỹ từ 6,5 triệu đến 33 triệu khoảng 9.000 người chết hàng năm Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA) thông báo bệnh dịch gây khuẩn E Coli O157 :H7 nấu khơng chín thịt bị gây thiệt hại cỡ từ 200 triệu đến 440 triệu USD Tùy theo quy định nước dải liều sử dụng cho chiếu xạ TP đưa Bảng Dải liều Mục đích kGy Đối tượng Thấp