هسته‌ای در کشاورزی ــ 63| افزایش دوام سبزیجات با فناوری هسته‌ای

خبرگزاری تسنیم؛ گروه اقتصادی ــ افزایش دوام سبزیجات بسته‌بندی‌شده یکی از چالش‌های اساسی در زنجیره تأمین مواد غذایی مدرن است. با وجود پیشرفت‌های بسته‌بندی، سبزیجات به‌دلیل فسادپذیری بالا، محدودیت ذاتی در عمر انبارمانی دارند. فناوری هسته‌ای، به‌ویژه پرتودهی با پرتوهای یونی‌کننده (مانند گاما، الکترونی و پرتو ایکس)، امکانی عملی برای تمدید این دوره فراهم می‌کند.

بیشتر بخوانید

ضرورت و اهمیت افزایش دوام سبزیجات بسته‌بندی‌شده

سبزیجات بسته‌بندی‌شده، به‌دلیل محبوبیت در بازارهای شهری و صنایع فرآوری، رو به رشد هستند. اما این محصولات، حتی در شرایط سرد، تحت تأثیر فعالیت‌های آنزیمی، میکروبی و فیزیولوژیکی (مانند تنفس و تعرق) قرار می‌گیرند که سرعت فساد را افزایش می‌دهد. بر اساس گزارش سازمان خواربار و کشاورزی ملل متحد (FAO)، حدود 30–40 درصد سبزیجات در کشورهای در حال توسعه در مرحله پس از برداشت از بین می‌رود. این ضایعات، علاوه بر هزینه اقتصادی، تأثیر منفی بر امنیت غذایی و پایداری محیطی دارد (صرف آب، انرژی و زمین برای تولیدی که مصرف نمی‌شود). افزایش دوام به‌معنای کاهش فراوانی توزیع، امکان حمل‌ونقل طولانی‌تر و دسترسی عادلانه‌تر به غذای تازه است. در کشورهایی با زیرساخت‌های ناپایدار یخچالی (مثل بسیاری از مناطق ایران)، این امر دوچندان حیاتی می‌شود. پرتودهی، به‌عنوان یک روش غیرحرارتی، این شکاف را با تعدیل بار میکروبی و تأخیر در فرآیندهای زیستی پُر می‌کند ــ بدون وابستگی به زنجیره سرد.

 معرفی اشعه‌ی یونی‌کننده و اصول کلی فناوری

اشعه‌ی یونی‌کننده شامل پرتوهایی است که قادرند الکترون‌های اتم‌ها را جدا کنند و یون تشکیل دهند. در کاربردهای کشاورزی، سه منبع اصلی استفاده می‌شود: ایزوتوپ کبالت-60 (گسیل‌کننده گامای 1٫17 و 1٫33 مگاالکترون‌ولت)، شتاب‌دهنده‌های الکترونی (با انرژی حداکثر 10 مگاالکترون‌ولت)، و در سطح تحقیقاتی، پرتو ایکس (با انرژی تا 7٫5 مگاالکترون‌ولت) . این پرتوها، با عبور از بافت سبزیجات، با مولکول‌های حیاتی (به‌ویژه DNA میکروب‌ها و RNA گیاهی) برهم‌کنش می‌کنند. در میکروارگانیسم‌ها، این برهم‌کنش منجر به شکست دو رشته‌ای DNA و غیرفعال‌سازی دائمی می‌شود. در سلول‌های گیاهی، موجب اختلال در تقسیم سلولی، کاهش فعالیت آنزیم‌های مرتبط با فساد (مانند پلی‌فنل اکسیداز) و تعدیل هورمون‌های رشد (مانند اتیلن) می‌گردد. نکته کلیدی این است که این فرآیند غیرحرارتی است: دمای محصول کمتر از 5 درجه سانتی‌گراد افزایش می‌یابد. بنابراین، ساختار بافت، طعم و رنگ تقریباً دست‌نخورده باقی می‌ماند.

اجزای اصلی سیستم پرتودهی سبزیجات

یک واحد پرتودهی صنعتی، چهار عنصر اصلی دارد:

1. منبع تابش: معمولاً کبالت-60 در حالت «غوطه‌ور» (در مخزن آب) یا «خارج‌شونده» (در حین فرآیند). برای پرتودهی سبزیجات، شدت تابش بین 100 تا 500 کوری متغیر است.
2. سیستم حمل‌ونقل: شامل نوار نقاله یا سیستم چرخشی است که بسته‌ها را به‌صورت یکنواخت در معرض پرتو قرار می‌دهد. همگنی دوز بسیار حیاتی است.
3. اتاق سربی یا بتنی: برای حفاظت از اپراتورها و محیط؛ ضخامت دیواره‌ها بر اساس انرژی پرتو و شدت منبع محاسبه می‌شود.
4. سیستم کنترل و نظارت: شامل دزیمترهای آنلاین (برای اندازه‌گیری دوز واقعی)، سنسورهای حرکتی (برای جلوگیری از نشت اشعه) و نرم‌افزار مدیریت دوز.

در کاربردهای بسته‌بندی‌شده، سیستم باید امکان تابش از چند جهت (معمولاً بالا و پایین) را فراهم کند تا سایه‌اندازی گوشه‌های بسته کاهش یابد. همچنین، برای محصولات حساس (مثل کاهو یا جعفری)، دوز دقیق (0٫5 تا 1 کیلوگری) با دقت بالا تنظیم می‌شود

استانداردها و دستورالعمل‌های ملی و بین‌المللی در پرتودهی مواد غذایی

سازمان‌های بین‌المللی نقش کلیدی در تنظیم این فناوری دارند. سازمان جهانی بهداشت (WHO)، سازمان خواربار و کشاورزی (FAO) و آژانس بین‌المللی انرژی اتمی (IAEA) در بسته‌ی مشترکی معروف به Joint FAO/IAEA/WHO Expert Committee، ایمنی پرتودهی را تأیید کرده‌اند و دوز حداکثر 10 کیلوگری را برای هر ماده غذایی بدون نیاز به آزمایش اضافی، ایمن دانسته‌اند . کدکس آلیمنتاریوس (استاندارد جهانی مواد غذایی)، استاندارد CODEX STAN 106-1983 را برای غذاهای پرتودهی‌شده تصویب کرده که شامل الزام به برچسب‌زنی با نماد «رادورا» و ذکر عبارت «پرتودهی‌شده» است. در ایران، سازمان غذا و دارو مبتنی بر استاندارد ملی ISIRI 26392، ضوابط فنی واحد‌های پرتودهی را تنظیم کرده و برای سبزیجات دوزهای خاصی را مجاز دانسته است . همچنین، مجوزهای محیط‌زیست و کمیسیون امنیت هسته‌ای برای راه‌اندازی واحد ضروری است.

 تأثیرات اقتصادی افزایش دوام سبزیجات با فناوری هسته‌ای

از دید اقتصادی، سرمایه‌گذاری در پرتودهی اولیه بالاست (یک واحد صنعتی متوسط حدود 1–3 میلیون دلار هزینه دارد)، اما بازگشت سرمایه در مدت 3–5 سال محقق می‌شود. چگونه؟ اولاً، کاهش ضایعات 10–25٪ در زنجیره توزیع، به‌معنای افزایش درآمد خالص کشاورزان و توزیع‌کنندگان است. ثانیاً، امکان صادرات به بازارهای دوردست (مثل اروپا یا خلیج فارس) بدون نگرانی از فساد در حمل. ثالثاً، کاهش هزینه‌های مربوط به بازگشت کالا یا جریمه‌های بهداشتی. این امر به‌ویژه برای فرآورده‌های آماده‌به‌مصرف (مثل سالادهای بسته‌بندی‌شده) سودآوری بسیاری دارد.

 فرایند اجرای پرتودهی بر سبزیجات بسته‌بندی‌شده

اجرای عملیاتی پرتودهی، یک فرایند چندمرحله‌ای است:
1. آماده‌سازی: سبزیجات بعد از شست‌وشو، خشک‌شده و در بسته‌های مناسب (غیرفلزی، مقاوم به پرتو) جای‌گیری می‌کنند. بهتر است دمای اولیه زیر 10°C باشد تا اثر حرارتی پرتو کمینه شود.
2. حمل به واحد پرتودهی: بسته‌ها به‌صورت لایه‌ای روی نوار نقاله قرار می‌گیرند تا تابش یکنواخت باشد.
3. پرتودهی: بسته‌ها چندین بار از زیر و بالای منبع عبور می‌کنند. برای دوز 1 کیلوگری، این فرآیند معمولاً 30 تا 90 ثانیه طول می‌کشد.
4. کنترل کیفی: دوز واقعی با دزیمترهای فیلم یا TLD (Thermoluminescent Dosimeter) تأیید می‌شود.
5. ذخیره‌سازی و توزیع: محصول بدون نیاز به سرمایش فوری (هرچند توصیه می‌شود در 4°C نگهداری شود) قابل ارسال است.

نکته کلیدی: پرتودهی آخرین مرحله قبل از توزیع است. هرگونه آلودگی پس از آن، غیرقابل جبران است. به‌همین دلیل، بهداشت در تمام مراحل قبلی حیاتی است.

مزایای پرتودهی نسبت به روش‌های سنتی نگهداری

روش‌های سنتی شامل سرمایش، شیمی‌درمانی (شست‌وشو با کلر یا پراکسید هیدروژن) و گازدهی (اتیلن یا ازن) هستند. پرتودهی در مقایسه:

  • ایمنی بالاتر: کلر ممکن است ترکیبات کلروفرم (سرطان‌زا) ایجاد کند؛ پرتو این خطر را ندارد.
  • عمق نفوذ بیشتر: شست‌وشو فقط سطح را پوشش می‌دهد؛ پرتو تمامی بسته را در یک‌بار تابش ضدعفونی می‌کند.
  • بدون باقی‌مانده: غیر از شیمیایی‌ها، پرتو بعد از خاموشی، هیچ اثری باقی نمی‌گذارد ــ نه بو، نه طعم، نه متابولیت.
  • سازگاری با بسته‌بندی: می‌توان محصول را در بسته نهایی پرتودهی کرد و از آلودگی مجدد جلوگیری نمود.
  • صرفه‌جویی در آب: سیستم‌های شست‌وشوی صنعتی روزانه هزاران لیتر آب مصرف می‌کنند؛ پرتودهی آب‌نیاز نیست.

چالش‌ها و محدودیت‌های کاربرد اشعه در صنعت سبزیجات

علی‌رغم مزایا، چند چالش جدی وجود دارد:

  • پذیرش مصرف‌کننده: به‌دلیل ارتباط نادرست «تابش» با «رادیواکتیو بودن»، مقاومت روانی قابل توجهی وجود دارد. برخی مصرف‌کنندگان فکر می‌کنند محصول «رادیواکتیو» می‌شود ــ در حالی که این امکان فیزیکی نیست (انرژی پرتو زیر آستانه القای رادیواکتیویته است).
  • هزینه سرمایه‌گذاری اولیه: برای واحدهای کوچک یا تعاونی‌های روستایی، دسترسی به این فناوری دشوار است.
  • محدودیت در انواع محصولات: سبزیجات با بافت نرم (مثل گوجه‌فرنگی رسیده) یا حساس به اکسیداسیون (مثل کاهو قرمز) ممکن است در دوزهای مؤثر، رنگ یا بافت دچار کدرشدگی یا نرمی بیش‌ازحد شوند.
  • نیاز به زیرساخت فنی: حفاظت از اپراتور، پردازش داده‌های دوز، و نگهداری از منبع، مستلزم نیروی متخصص است.

در ایران، یکی از موانع، عدم هماهنگی بین سازمان‌های مرتبط (غذا و دارو، انرژی اتمی، کشاورزی) در ترویج یکپارچه این فناوری است.

اثر پرتودهی در رفع چالش‌های فساد زودرس و ضایعات بعد از برداشت

فساد زودرس بیشتر ناشی از آلودگی اولیه با میکروب‌هایی مانند Pseudomonas و Erwinia است که سریعاً در دمای اتاق رشد می‌کنند. پرتودهی با کاهش اولیه بار میکروبی (log reduction 2–4)، «زمان تأخیر» را افزایش می‌دهد ــ به‌عبارتی، میکروب‌ها زمان بیشتری نیاز دارند تا به سطح فساد‌زا برسند. این امر به‌ویژه برای محصولاتی که در بازار داخلی با زنجیره سرد ضعیف توزیع می‌شوند (مثل شهرهای دورافتاده ایران)، بسیار مؤثر است.

همچنین، پرتودهی می‌تواند فعالیت قارچ‌هایی مانند Botrytis cinerea (عوامل خاکستری‌شدگی کاهو) را بطور موقت مهار کند. این روش جایگزین روش‌های شیمیایی نیست، بلکه مکمل آن است: پرتودهی + بسته‌بندی MAP + سرمایش خفیف، بهترین نتیجه را دارد.

پیشرفت‌های نوین در فناوری پرتودهی سبزیجات

پیشرفت‌های اخیر حول محور سه محور است:

1. پرتوهای پالسی و کم‌مصرف: شتاب‌دهنده‌های الکترونی نسل جدید (مانند LINACهای کم‌هزینه) امکان پرتودهی در واحد‌های نیمه‌صنعتی را فراهم کرده‌اند.
2. تلفیق با فناوری‌های دیگر: ترکیب پرتودهی با اوزون یا پلاسمای سرد، اثرات سینرژیک دارد ــ مثلاً دوز پرتو را از 1 کیلوگری به 0٫5 کیلوگری کاهش می‌دهد، در حالی که کارایی ضد میکروبی حفظ می‌شود.
3. پایش آنلاین کیفیت: استفاده از سنسورهای طیف‌سنجی نزدیک به مادون‌قرمز (NIR) برای ارزیابی تغییرات رطوبت، قند و فعالیت آنزیمی قبل و بعد از پرتودهی، امکان تنظیم هوشمند دوز را فراهم می‌کند.

در سطح تحقیقاتی، پرتودهی سبزیجات در حالت اتمسفر کنترل‌شده (با نیتروژن یا آرگون) نیز در حال بررسی است تا از اکسیداسیون پس از تابش جلوگیری شود. همچنین، استفاده از نانوذرات نقره در بسته‌بندی، همراه با پرتودهی، اثر ضدقارچی را تقویت می‌کند.

آینده‌شناسی و توصیه‌های سیاستی برای گسترش فناوری

برای گسترش پایدار پرتودهی در ایران، پیشنهادهای زیر حیاتی‌اند:

  • تشکیل ستاد ملی پرتودهی مواد غذایی با مشارکت سازمان‌های انرژی اتمی، کشاورزی، بهداشت و صنعت برای هماهنگی سیاست‌ها.
  • حمایت مالی از واحدهای کوچک: اعطای وام با نرخ تسهیلات ویژه یا ایجاد مراکز خدماتی منطقه‌ای (مثل مراکز تحقیقات کشاورزی).
  • آموزش عمومی: همکاری با رسانه‌ها و شبکه‌های اجتماعی برای رفع ابهامات ــ با استفاده از محتوای علمی-شعبی (مانند انیمیشن‌های کوتاه درباره تفاوت «تابش» و «رادیواکتیو بودن»).
  • انطباق استانداردها با کدکس: برچسب‌زنی اجباری و شفاف، اما با توضیح مزایا (مثلاً «پرتودهی‌شده برای کاهش باکتری و افزایش تازگی»).
  • تحقیق در فناوری‌های کم‌هزینه: سرمایه‌گذاری در شتاب‌دهنده‌های الکترونی کوچک‌مقیاس.
    در آینده، پرتودهی می‌تواند در سیستم‌های شهری کشاورزی عمودی (Vertical Farming) نیز جایگاه داشته باشد ــ به‌عنوان مرحله نهایی کنترل کیفیت.

اثر پرتودهی بر خواص حسی و تغذیه‌ای سبزیجات

برخلاف تصور رایج، پرتودهی در دوزهای مجاز، تغییرات قابل توجهی در ویتامین‌ها یا طعم ایجاد نمی‌کند. در حالی که در سرمایش طولانی‌مدت یا پخت، کاهش قابل توجهی را شاهد هستیم. از دید حسی، مطالعات حسی (sensory panel) نشان می‌دهند که تفاوت در طعم، بو و بافت بین نمونه‌های پرتودهی‌شده و تازه، برای اکثر مصرف‌کنندگان غیرقابل تشخیص است. رنگ سبز (کلروفیل) نیز در دوزهای پایین پایدار است.

 بررسی امنیت زیستی و شیمیایی سبزیجات پرتودهی‌شده

از دید امنیت زیستی، پرتودهی یکی از مؤثرترین روش‌ها برای کاهش خطرات میکروبیولوژیکی است. برخلاف روش‌های شیمیایی، هیچ مقاومت میکروبی ناشی از آن گزارش نشده است. از دید شیمیایی نیز، تشکیل ترکیبات جدید (radiolytic products) موضوعی مورد مطالعه قرار گرفته است. بیش از 40 سال تحقیق نشان می‌دهد که این ترکیبات (مانند 2-آلکیل‌سیکلوبوتانون‌ها) در غلظت‌های بسیار پایین (ppb) تشکیل می‌شوند و سمیت ندارند ــ و بسیاری از آن‌ها در روش‌های دیگر پخت (مثل سرخ‌کردن) نیز تشکیل می‌شوند. سازمان‌های جهانی تأکید کرده‌اند که غذاهای پرتودهی‌شده برای انسان، حیوان و محیط‌زیست، ایمن هستند. در ایران، آزمایشگاه‌های کنترل کیفی غذا (مثل آزمایشگاه‌های سازمان غذا و دارو) قادر به آنالیز این ترکیبات هستند ــ و تاکنون هیچ نمونه نامنطبقی گزارش نشده است.

 نقش توسعه بسته‌بندی هوشمند در تلفیق با پرتودهی

بسته‌بندی هوشمند (مانند برچسب‌های نشانگر تازگی یا اکسیژن‌جاذب) می‌تواند اثر پرتودهی را تقویت کند. مثال:

  • بسته‌بندی‌هایی با لایه‌های نانویی اکسیژن‌جاذب، مانع از اکسیداسیون پس از پرتودهی می‌شوند ــ زیرا تابش گاهی فعالیت آنزیمی را موقتاً کاهش می‌دهد، اما پس از 2–3 روز، فعالیت ممکن است از سر گرفته شود.
  • برچسب‌های زمان-دما (TTI) روی بسته‌های پرتودهی‌شده، به مصرف‌کننده نشان می‌دهد که آیا زنجیره سرد رعایت شده است یا خیر ــ زیرا پرتودهی جایگزین سرمایش نیست، مکمل آن است.
  • بسته‌بندی با پلیمرهای ضد میکروبی (مانند کیتوسان)، در ترکیب با پرتودهی، عمر را افزایش می‌دهد.
    در ایران، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی در حال توسعه بسته‌بندی‌های سازگار با پرتو است. یکی از چالش‌ها، هزینه بالای این بسته‌بندی‌هاست؛ اما برای محصولات با ارزش افزوده (مثل صادرات)، اقتصادی است.

همکاری‌های بین‌رشته‌ای برای گسترش پایدار این فناوری

گسترش پرتودهی نیازمند تعامل عمیق چند رشته است:

  • فیزیک هسته‌ای و مهندسی پرتویی: برای طراحی واحدهای ایمن و کارآمد.
  • میکروبیولوژی غذایی: برای تعیین دوز بهینه برای هر عامل بیماری‌زا.
  • فیزیولوژی گیاهی: برای درک تأثیر پرتو بر تنفس، اتیلن و تنش اکسیداتیو.
  • علوم اجتماعی و رفتار مصرف‌کننده: برای طراحی کمپین‌های آموزشی مؤثر.
  • اقتصاد و سیاست‌گذاری عمومی: برای مدل‌سازی بازگشت سرمایه و طراحی یارانه‌ها.

در ایران، این همکاری‌ها می‌تواند در چارچوب «شبکه‌های تحقیقاتی ملی کشاورزی» تقویت شود. همچنین، همکاری با دانشگاه‌ها (مثل دانشگاه صنعتی اصفهان در مهندسی پرتو یا دانشگاه تهران در تغذیه) برای تربیت نیروی متخصص ضروری است. در نهایت، این فناوری نه‌تنها یک «راهکار فنی»، بلکه یک فرصت برای تقویت امنیت غذایی ملی و کاهش وابستگی به واردات مواد غذایی است.

جمع‌بندی

پرتودهی سبزیجات بسته‌بندی‌شده، یک فناوری رشدیافته است که بیش از 60 سال سابقه تحقیقاتی و 30 سال سابقه کاربرد صنعتی دارد. از دید علمی، مکانیسم‌های اثر آن ــ شکست DNA میکروبی، تعدیل آنزیم‌های گیاهی، کاهش تنفس ــ به‌خوبی شناخته شده‌اند.

از دید عملیاتی، چالش اصلی تغییر نگرش مصرف‌کننده و سیاست‌گذاری یکپارچه است، نه ناایمنی یا ناکارآمدی فنی. این روش، به‌هیچ‌وجه جایگزین کشاورزی ارگانیک یا روش‌های طبیعی نیست؛ بلکه یک ابزار تکمیلی برای اطمینان از ایمنی و کاهش ضایعات است. در شرایط کمبود آب و تغییرات آب‌وهوایی، هر درصد کاهش ضایعات، معادل تولید اضافی بدون مصرف منابع است. برای ایران، که سالانه میلیاردها دلار سبزیجات تلف می‌شود، این فناوری می‌تواند هم اقتصاد کشاورزی را تقویت کند و هم دسترسی به غذای سالم را عادلانه‌تر سازد.

-------

منابعی برای مطالعه بیشتر

[1] IAEA. (2020). Food irradiation: A guide to the technology. International Atomic Energy Agency.
[2] FAO. (2019). The State of Food and Agriculture: Moving forward on food loss and waste reduction. Food and Agriculture Organization of the United Nations.
[3] Diehl, J. F. (2002). Food irradiation: The physical basis. Radiation Physics and Chemistry, 63(2), 211–215.
[4] Haghigat, F., et al. (2016). Irradiation of fresh leafy vegetables in Iran: Technological and sensory aspects. Iranian Journal of Food Science and Technology, 13(57), 45–56.
[5] Mahna, M., & Khoshtaghaza, M. H. (2018). Effect of gamma irradiation on shelf life of packaged coriander. Journal of Agricultural Science and Technology, 20(4), 921–932.
[6] WHO. (1999). High-dose irradiation: Wholesomeness of food irradiated with doses above 10 kGy. WHO Technical Report Series, 890.
[7] ISIRI. (2017). Standard No. 26392: Irradiated foods  ــ General requirements. Institute of Standards and Industrial Research of Iran.
[8] Thomas, P., et al. (2013). Economic impact of irradiation on green chili exports from India. Journal of Food Protection, 76(1), 122–126.
[9] Molins, R. A. (2001). Food irradiation: Principles and applications. Wiley.
[10] Silva, C. E., et al. (2014). Microbiological and sensory evaluation of irradiated lettuce. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 25, 150–155.
[11] Sajjadi, S. A., et al. (2020). Challenges of food irradiation technology in Iran. Iranian Journal of Nuclear Science and Technology, 11(1), 1–12.
[12] Gharaei, H., et al. (2019). Shelf-life extension of parsley and dill by gamma irradiation. Postharvest Biology and Technology, 152, 1–7.
[13] Zhang, M., et al. (2021). Synergistic effects of irradiation and cold plasma on microbial inactivation. Frontiers in Microbiology, 12, 678801.
[14] Naseri, M., et al. (2021). Consumer acceptance of irradiated fresh vegetables in Tehran markets. Food Quality and Preference, 92, 104256.
[15] FAO & IAEA. (2022). Strategic framework for reducing food loss and waste. Joint Division Report.
[16] Thayer, D. W., & Rajkowski, K. T. (1996). Nutritional and sensory changes in irradiated foods. Journal of Food Protection, 59(Suppl), 84–88.
[17] EFSA. (2022). Scientific opinion on the safety of irradiated foods. EFSA Journal, 20(7), e07490.
[18] Gomes, C., et al. (2020). Comparison of non-thermal technologies for fresh produce decontamination. Trends in Food Science & Technology, 102, 1–12.
[19] Jamróz, E., et al. (2021). Active and intelligent packaging for irradiated foods. Foods, 10(2), 351.
[20] Afshari, R., & Khodadadi, A. (2023). Interdisciplinary research networks for food irradiation in Iran. Journal of Agricultural Extension and Development, 19(2), 45–60.

انتهای پیام/