FACULDADE DE FARMÁCIA DA UFMG
DEPARTAMENTO DE ALIMENTOS
ALM024- Processamento de Alimentos
Conservação de Alimentos
pela Irradiação
Conservação de Alimentos pela
Irradiação e seu Processamento
por Microondas
• Conservação de Alimentos pela Irradiação
• Equipamentos.
• Influência da Irradiação na Qualidade dos
Alimentos.
• Processamento de Alimentos por Microondas
Accácia Júlia Guimarães Pereira Messano
2010
O QUE É IRRADIAÇÃO DE
ALIMENTOS ?
• É a exposição de alimentos a radiações
ionizantes
RADIAÇ
RADIAÇÕES IONIZANTES
São radiações de alta energia que deslocam os elétrons dos
átomos e moléculas, convertendo-os em partículas eletricamente
carregadas, chamadas íons.
Radiação ionizante: radiação
cuja energia é superior a
energia de ligação dos elétrons
de
um
átomo
(energia
é
suficiente
para
arrancar
elétrons de seus orbitais).
Íons: átomo ou molécula que se
torna eletricamente carregado
pelo ganho ou perda de elétrons.
INTRODUÇÃO:
•
A radiação pode ser definida como a emissão e
propagação de energia através do espaço ou através
de um material
• a energia pode ser definida como capacidade de
realizar trabalho ou como o resultado da realização de
um trabalho.
• São usadas radiações eletromagnéticas: γ, X e UV
(ultra-violeta) e corpusculares: β
Histórico do uso de radiações na
indústria de alimentos
Comprimento de onda
cm
Aº
10-9
0,1
10-8
1
10-7
10
Raios β
10-6
102
10-5
103
Raios α
Nêutrons
10-4
104
10-3
105
10-2
106
10-1
107
1
108
10
109
102
1010
103
1011
109
1012
Raios γ
Raios X
Visível, UV
Microondas
•
•
•
•
1895 – Roentgen descobriu os raios X
1896 – Bequerel descobre a radioatividade
1896 – Minck - estudo do efeito bactericida dos raios-X
1905 – Primeira proposta documentada para uso da
radiação ionizante na conservação de alimentos Patente inglesa no. 1609 de 26 de janeiro de 1905
• 1916 – Runner – Uso dos raios-X para controle de
insetos
• 1921 – Schwartz - patente americana para raios X para
matar Trichinella em carne
Ondas de rádio TV
HISTÓRICO
• 1943 – Proctor - Esterilização de hambúrguer
com radiação ionizante.
• 1950-1960 – Primeiros trabalhos para as forças
armadas americanas
• 1968 – Início da Irradiação de Alimentos no Brasil
• 1980 – Organização Mundial da Saúde –
Liberação
incondicional até 10 kGy
APLICAÇÕES DA IRRADIAÇÃO
NA INDÚSTRIA. DE ALIMENTOS
1. - inibição do brotamento
2. - desinfestação de insetos
3. -retardamento
da
maturação
senescência
4. - pasteurização a frio
5. - esterilização
e
• 2000 - Organização Mundial da Saúde –
Liberação
incondicional até 70 kGy
Vantagens da irradiação
•
•
•
•
•
•
Processo rápido
Eficaz
Não aquece o produto→ esterilização a frio
Irradia-se já embalado
Retenção das características do produto
Não deixa resíduo
Desvantagens
• Custo inicial elevado para a montagem da unidade de
irradiação
• Problemas com alguns alimentos:
- perda do valor nutricional
- desenvolvimento de resistência de
microrganismos a radiação
- procedimentos analíticos inadequados para
detectar quando um alimento foi irradiado
-resistência do consumidor com medo da
radioatividade induzida
DESVANTAGENS DA ESTERILIZAÇÃO
POR RADIAÇÃO:
• Custo elevado.
• Necessidade de pessoal
especializado.
• Necessidade de controle médico
constante para os funcionários.
• Conhecimentos escassos sobre o
assunto nesta área – esterilização
• Possibilidade de resíduos tóxicos
Para que irradiar frutas e hortaliças?
• Inibição de brotamento
• Quarentena e desinfestação de insetos
• Retardar amadurecimento e senescência
• Controle de patógenos
• Pasteurização
• Esterilização
Questões que devem ser levantadas
para a irradiação de Alimentos
A radiação apresenta aspectos
positivos e negativos
• O processo de irradiação empregado pode
induzir radioatividade no alimento?
• Existe um programa de segurança para evitar a
exposição dos operários à radioatividade durante
o processamento?
• As modificações na flora sobrevivente podem
originar um risco potencial?
• O
processamento
resulta
em
perdas
significativas de princípios nutritivos do ponto de
vista da saúde pública?
• A absorção de energia por radiação resulta em
reações químicas que podem originar compostos
tóxicos ou carginogênicos?
Segundo a EMBRAD a esterilização
por radiações apresenta as vantagens:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Economicamente viável para grandes ou pequenas quantidades de
produtos
Um dos processos mais rápidos de esterilização existentes na atualidade
Alto poder de penetração, sendo o processo realizado na embalagem final
dos produtos
Planta automatizada, não há necessidade de manuseio dos produtos
Não necessita quarentena ou tratamento pós esterilização (não deixa
resíduos)
Permite imediato uso dos materiais, após o término do processo
Facilmente validado
Facilmente monitorado, único fator variável é o tempo
Processo de esterilização existente de menor agressividade ao meio
ambiente.
RADIAÇÕES
Átomos e núcleos
• Átomo: menor estrutura da matéria que apresenta as
propriedades de um elemento químico.
• A radiação emissão e propagação de energia
através do espaço ou através de um material
• O tipo de radiação de interesse primário no
tratamento de alimentos é a eletromagnética.
• Os vários tipos de radiação são separadas com
base em seus comprimentos de onda, sendo que
os comprimentos de onda menores são os que
causam maiores danos aos microrganismos.
• As radiações de maior interesse para alimentos
são os raios ultravioleta, raios X e raios gama,
destacando-se as radiações ionizantes.
•
•
O núcleo do átomo é constituído de partículas de carga
positiva, chamadas prótons, e de partículas de mesmo
tamanho mas sem carga, denominadas nêutrons.
um núcleo muito energético, por ter excesso de partículas
ou de carga, tende a estabilizar-se, emitindo algumas
partículas ou radiações.
ISÓTOPOS:
• São átomos de um mesmo elemento químico
que possuem massas diferentes.
• Urânio-235 e urânio-238 são isótopos de
urânio.
• O
Hidrogênio
possui
três
isótopos:
Hidrogênio, Deutério e Trítio.
ENERGIA NUCLEAR
• Prótons e nêutrons são mantidos juntos no
núcleo por forças, até o momento, não totalmente
identificadas.
• Os prótons têm a tendência de se repelirem,
porque têm a mesma carga (positiva). Como
estão juntos no núcleo, necessita-se da
realização de trabalho para manter essa estrutura
existência de energia no núcleo dos átomos
com mais de uma partícula.
• A energia que mantém os prótons e nêutrons
juntos no núcleo é a ENERGIA NUCLEAR
Um núcleo muito energético, por ter excesso de
partículas ou de carga, tende a estabilizar-se, emitindo
algumas partículas ou radiações
RADIAÇÕES NUCLEARES
• partículas,
possuindo
massa, carga elétrica e
velocidade, esta dependente
do valor de sua energia;
• ondas eletromagnéticas,
que não possuem massa e
se propagam com a
velocidade de 300.000 km/s,
para qualquer valor de sua
energia. São da mesma
natureza da luz e das ondas
de transmissão de rádio e
TV
RADIAÇÕES IONIZANTES
Tipos de radiação ionizante:
• Radiação β (raios catódicos), produzido por
acelerador de partícula. Baixo poder de
penetração.
• Radiação X
• Radiação γ (gama), emitidos de núcleos
instáveis de isótopos radioativos.
Cobalto 60 - Co60
Césio 137 - Cs137
Obtidos como subprodutos da fissão do urânio
Radioatividade é a emissão espontânea de partículas e/ou
radiações de núcleos instáveis.
Identificação do tipo de
radiação nuclear
RADIAÇÕES IONIZANTES:
• A ionização acontece quando a energia da
radiação incidente sobre um material é
suficiente para arrancar elétrons dos seus
átomos.
• podem ser definidas como as radiações que
apresentam comprimento de onda de 2.000 Å
ou menos como as partículas α, raios β , raios
γ, raios X e raios cósmicos.
• Seus quanta contem energia suficiente para
ionizar as moléculas com as quais colidem.
Quando a matéria é atravessada por
qualquer forma de radiação ionizante:
há absorção de energia expulsão de um
elétron de um orbital
ocorre formação de pares de íons
são produzidas novas ionizações
Radioatividade é a emissão espontânea de partículas e/ou
radiações de núcleos instáveis.
As radiações ionizantes podem ser usadas para
esterilização e desinfecção de alimentos, porque
destroem em certos casos alguns ou quase todos os
microrganismos presentes.
Radiações não ionizantes
Emissão de radiações γ e β
• A radiação é dita não ionizante quando sua energia não é suficiente para
arrancar elétrons dos átomos.
Neste caso pode ocorrer a excitação do átomo, onde elétrons são levados a
camadas mais externas do átomo, sem serem ejetados.
Causam excitação dos átomos do material
Porém sem fornecer energia suficiente para arrancar elétrons dos orbitais
originando um íon Exemplo: raios ultravioletas (UV).
As moléculas excitadas podem atuar em diversas reações químicas.
Radiações não ionizantes
• As moléculas excitadas podem atuar em diversas
reações químicas.
• A radiação UV é absorvida por várias
substâncias celulares, em especial pelos ácidos
nucleicos, onde ocorre o maior dano, podendo
inibir a replicação do DNA.
• Uma condição necessária para a irradiação de
alimentos é que não haja alterações significativas
das características dos mesmos e que o nível de
radiatividade natural do produto não seja
aumentada de maneira apreciável
• Radiações
não
infravermelho, etc
ionizantes:
PRINCIPAIS TIPOS DE
RADIAÇÕES IONIZANTES
• A radiação é quantificada em doses
absorvidas
rad - equivalente a absorção de 100
ergs por grama de material irradiado
• 1 Gy = 1J/kg.
• A unidade padrão do Sistema Internacional
(SI) para energia é o joule, mas, por ser uma
unidade macroscópica, não é adequada para
uso em fenômenos atômicos.
• No domínio atômico é utilizado o elétron-volt
(eV), definido como a energia que um elétron
adquire ao atravessar uma diferença de
potencial de 1 volt.
• Numericamente: 1 eV = 1,6 x 10-19 J
ultravioleta,
Unidades de Medida
• Sistema Internacional (SI) - Gray
1 Gy = 100 rad
Unidades de energia
Gy
a) Raios beta (β):
• a radiação beta é constituída de partículas
emitidas por um núcleo, quando da
transformação de nêutrons em prótons
(partículas beta) ou de prótons em nêutrons
(pósitrons).
β-
neutron próton
β + (pósitron) próton neutron
b) Raios gama (γγ):
Radiação β
• São constituídos por uma corrente de elétrons
emitidos por substâncias radioativas. São iguais
aos raios catódicos, que, porém, são emitidos
pelo catodo de um tubo evacuado.
• Possuem pequena capacidade de penetração.
• Para a produção de raios catódicos são usados
geradores de van der Graaf e aceleradores
lineares.
• Para a esterilização de medicamentos são mais
usados os aceleradores lineares. Existe uma
preocupação quanto ao limite superior do nível
de energia dos raios catódicos que podem ser
empregados sem induzir radioatividade em
certos constituintes dos medicamentos
• São radiações eletromagnéticas emitidas por
núcleos excitados de elementos como Co60 e
Cs137, subprodutos da fissão atômica ou de
rejeitos radiaotivos.
• Apresentam grande poder de penetração e são
importantes
para
a
esterilização
de
medicamentos, por serem a fonte mais barata
de radiação.
Raios γ
• é uma radiação eletromagnética com um
comprimento de onda extraordinariamente
curto (menor que 1 A0)
• possuem uma extraordinária capacidade de
penetração.
• Os raios gama surgem na desaceleração das
partículas carregadas, na aniquilação de um par
de antipartículas (eletron-pósitron, prótonantipróton, etc.) na cisão
espontânea ou
artificial dos núcleos dos átomos de urânio e
plutônio e em algumas outras reações
nucleares.
POR QUE USAR O PROCESSO DE RADIAÇÃO
GAMA ?
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
c) PARTÍCULAS α
Economicamente viável para grandes ou pequenas quantidades de
produtos
Um dos processos mais rápidos de esterilização existentes na
atualidade
Alto poder de penetração, sendo o processo realizado na
embalagem final dos produtos
Planta automatizada, não há necessidade de manuseio dos
produtos
Não necessita quarentena ou tratamento pós esterilização (não
deixa resíduos)
Permite imediato uso dos materiais, após o término do processo
Facilmente validado
Facilmente monitorado, único fator variável é o tempo
Processo de esterilização existente de menor agressividade ao
meio ambiente.
(sem impacto sobre a qualidade da água e do ar e sem resíduos nocivos,
gama proporciona uma evidente vantagem ambiental sobre outros
processos de esterilização)
Fonte:EMBRARAD
Alcance ou penetração da radiação: distância em
linha reta percorrida pela radiação
• Emissão de um grupo de partículas positivas,
constituídas por 2 prótons e 2 neutrons (núcleos
de hélio, He,) e da energia a elas associada
depende:
• Não são usadas na indústria de
alimentos
•Quanto menor o comprimento de onda maior o
alcance
•Tipo e energia da radiação
•Meio onde se processam as interações
PODER DE PENETRAÇÃO DAS PRINCIPAIS RADIAÇÕES
Penetração da radiação
FONTES DE RADIAÇÃO
• Radiações podem ser emitidas por:
FONTES DE RADIAÇÃO
– elementos químicos com núcleos atômicos instáveis ou
– por equipamentos construídos pelo homem.
•
•
•
Elementos químicos radioativos podem ser encontrados na
natureza (como o urânio natural ou o tório das areias
monazíticas) ou produzidos pelo homem através de reações
específicas em aceleradores de partículas ou reatores
nucleares
Acelerador : máquina usada para acelerar partículas a altas
velocidades (e alta energia comparada com a energia
correspondente à sua massa em repouso).
Aceleradores de partículas e tubos de raios-X são fontes de
radiação sem a utilização de elementos químicos radioativos.
Quando desligados, aceleradores e tubos de raios-X não
emitem radiação.
Cobalto 60:
Fontes de radiação γ
• Co60 e Cs137
• Radioatividade: emissão de radiação por um elemento
Meia-vida: é o tempo necessário para a atividade
de um elemento radioativo ser reduzida à metade
da atividade inicial.
A meia vida do Co60 é de cerca de 5 anos, enquanto a do Cs137 é de
aproximadamente 30 anos.
•
Co60, é mais utilizado, é um isótopo artificial produzido em
quantidades
relativamente
grandes
nos
reatores
nucleares, mediante irradiação neutrônica do cobalto
natural.
Apresenta uma meia-vida de 5,3 anos e as fontes
radioativas construídas com este material perdem
atividade a uma razão de 1% ao mês.
Durante a desintegração emitem radiações γ de energia de
1,33 e 1,33 Mev e elétrons de até 0,31 Mev. Esses elétrons
não atravessam a parede de aço inoxidável do tubo onde
está contido o cobalto. Apenas são usados os raios γ que
são pouco retidos pelo tubo
•
•
60
27
Co 
→ 2860 Ni + e − + γ (de 1,33 a 1,17 Mev)
Meia vida = 5,3 anos (perda de atividade ≈ 1% ao ano)
Césio 137:
• Cs137 pode ser isolado dos produtos de fissão
originados das varetas de combustível dos
reatores nucleares e tem uma meia vida de 30
anos emitindo raios γ com energia de 0,66 Mev.
137
55
−
Cs
→137
56 Ba + e + γ (de 0,661 Mev)
Meia vida = 33 anos
ACELERADORES DE ELÉTRONS
• Aceleradores lineares: um campo magnético
variável induz um campo elétrico variável na
direção do tubo do acelerador, com o campo
eletrico &sendo oscilante, mas com o feixe sendo
pulsado, para só percorrer o tubo quando o
campo aponta no sentido desejado (No Brasil há
aceleradores deste tipo no CBPF, na USP e em
muitos hospitais.);
• aceleradores de van de Graaff: - uma esfera é
carregada eletricamente até alguns MV e dentro
dela se coloca uma fonte de ions, os quais são
acelerados (No Brasil há um na PUC/RJ.);
Acelerador de van der Graaf
ACELERADORES DE ELÉTRONS
radiação γ e β
• São equipamentos que não possuem material
radioativo em seu sistema, mas utilizam
partículas como os elétrons, produzidos a partir
do aquecimento de um filamento e acelerados em
direção a um alvo, para produzir radiação
eletromagnética (em geral raios γ e raios-X).
• Feixes de elétrons podem ser produzidos
artificialmente por aceleradores de elétrons.
• Os elétrons são produzidos por um filamento
aquecido pela passagem de uma corrente elétrica
e acelerados por uma diferença de potencial.
Fonte x aceleradores
• A diferença principal entre as fontes
radioativas e aceleradores é:
– que um acelerador pode ser desligado quando
não está sendo utilizado enquanto que um
processo de desintegração radioativa não
pode ser detido.
– Assim as fontes radioativas devem ser usadas
ao máximo para a economia do processo
Acelerador de van der Graaf
MECANISMO DE AÇÃO DAS
RADIAÇÕES IONIZANTES
•
MECANISMO DE AÇÃO DAS
RADIAÇÕES IONIZANTES
•
•
•
•
•
•
•
O modo exato de ação da energia de irradiação em relação aos seus
efeitos letais ainda não está completamente esclarecido.
Quando a matéria é atravessada por qualquer forma de radiação ionizante
ocorre absorção de energia e pares de íons são produzidos.
Esses pares de íons podem ter energia suficiente para produzir novas
ionizações, que são responsáveis pelos efeitos biológicos das radiações,
como oxidações e reduções.
RADICAIS LIVRES são partes de moléculas, grupos de átomos ou
átomos simples que possuem um elétron desemparelhado.
As moléculas estáveis quase sempre possuem um número par de
elétrons,
uma configuração com um elétron desemparelhado é uma forma
extremamente instável.
Os radicais livres possuem uma grande tendência para reagir uns
com os outros e com outras moléculas para emparelhar seus
elétrons ímpares e obter estabilidade.
Os efeitos letais decorrem de modificações nas estruturas
moleculares, existindo duas teorias para explicá-las: efeito direto (alvo) e
efeito indireto
VÁRIOS TIPOS DE LESÕES INDUZIDAS NO DNA POR RADIAÇÃO
IONIZANTE
a- EFEITO DIRETO OU DE ALVO ("TARGET THEORY")
• Os contatos diretos das radiações e
partículas energéticas com os núcleos ou
pontos vitais das células biológicas foram
responsabilizados pelos efeitos letais. Assim,
uma mudança de cor ou viscosidade do
medicamento seria atribuída à colisão do
pigmento ou proteína com a radiação ou
partículas energética.
• Esses choques diretos não podem explicar a
maior parte das alterações em um
determinado produto.
b- EFEITO INDIRETO
• A colisão da célula ou molécula (proteínas,
carboidratos, ou lipídeos) com a radiação produz
efeitos químicos indiretos com formação de
radicais livres altamente reativos, os quais
provocam mudanças químicas nos organismos
vivos.
• A água é o principal componente da maioria dos
alimentos.
• radiação produz radicais altamente reativos,
como os radicais hidroxila (OH) e hidrogênio (H•).
Estes radicais podem reagir entre si, com o
oxigênio dissolvido na água e com várias
moléculas orgânicas e inorgânicas, fornecendo
vários compostos e radicais, que pode ser assim
esquematizada:
DÍMERO D E
PIRIMIDINA
QUEBRA DA
FITA SIMPLES
ACÚCAR
AÇÚCAR
PERDA
DA BASE
QUEBRA DE
PONTES DE
HIDROGÊNIO
QUEBRA DA
FITA DUPLA
EFEITOS DIRETOS E INDIRETOS DAS RADIAÇÕES
E interage com moléculas
vizinhas
Água
Ácidos nucleicos
Proteínas
Lipídeos
Carboidratos
E
interage diretamente no DNA
Efeito indireto
• a- Dois radicais hidroxila
formando peróxido de
oxigenada)
(OH•)
combinam-se
hidrogênio (água
OH• + OH• → H2O2
• b- Dois radicais hidrogênio produzem uma
molécula de hidrogênio
H• + H• → H2
• c- Um radical hidrogênio mais oxigênio
dissolvido formam um radical peróxido
H• + O2 → HO2*
• d- Dois radicais peróxido produzem peróxido de
hidrogênio
EFEITO INDIRETO
• peróxido de hidrogênio H2O2 um poderoso agente
oxidante e um veneno biológico.
• Radicais hidroxila e de hidrogênio são fortes agentes
oxidantes e redutores respectivamente, podendo reagir
com materiais orgânicos e alterar sua estrutura
molecular.
• Estes radicais altamente reativos podem reagir com os
ácidos
nucleicos
provocando
desaminações
e
desfosforizações que resultam em inativações e
mutações.
• As radiações ionizantes atuam sobre os microrganismos
de modo mais seletivo que o calor, provocando
alterações de membranas, enzimas ou ácidos nucleicos.
A divisão celular é inibida antes de outras funções como
a mobilidade e a respiração.
HO2* + HO2* → H2O2 + O2
EFEITO DA RADIAÇÃO NOS
MICRORGANISMOS
AÇÃO DO CALOR E DA RADIAÇÃO
SOBRE ESPOROS DE BACTÉRIAS
CALOR
RADIAÇÃO
• Alteração do DNA - perda da capacidade de
reprodução
Mecanismo Aumenta movimento
de ação
browniano. Quebra
ligações de H e
outras mais fortes
Ionizações e
excitações ao
acaso oxidações e
reduções
• Alteração na membrana celular
Causa da
morte das
células
Inativação do
DNA
• A sensibilidade varia com:
• Espécie microbiana
• Composição química do meio
Desnaturação de
proteínas
Efeito sobre Inativadas
enzimas
nas células
Essencialmente
não inativadas
Efeito do
pH
Essencialmente
independente do
pH
Fortemente
dependente do pH
• Disponibilidade de oxigênio
• Umidade do alimento
Efeito do O2 Independente de O2 Fortemente
(estado úmido)
dependente de O2
• Condição do microrganismo
DOSE
• DOSE: quantidade de radiação empregada para
eliminar microrganismos
• A dose de irradiação é a quantidade de energia
de radiação absorvida pela massa. Uma unidade
muito usada é o rad (radiation absorved dose)
embora a unidade do sistema SI seja o gray (Gy).
• Os efeitos biológicos da radiação ionizante
dependem da radiação incidente e da quantidade
que interage com a massa ou volume do
medicamento tratado.
• Um gray é definido como a energia de radiação
de 1 J absorvida por 1 kg de massa, então
• 1 Gy = 1J/kg.
• A relação entre o gray e o rad é 100 rad = 1 Gy.
• O uso de radiação ionizante deve ser
investigado para cada produto e a dose
que vai ser aplicada
• Resistência dos microrganismos à
radiação varia muito
• Dose:
quantidade
empregada
de
radiação
DOSE LETAL DE RADIAÇÃO
depende dos seguintes fatores:
DOSE
• Embora o efeito de uma dose de radiação possa
ser influenciada pela taxa de exposição ou "taxa
de dose" (a quantidade de energia absorvida por
unidade de tempo) os efeitos de irradiação de
medicamentos podem ser considerados para
apenas o de uma dose total.
• A dose máxima aconselhada pelo Joint Expert
Commitee on Food Irradiation of the United
Nations é de 10 kGy.
• O uso de radiação ionizante deve ser investigado
para cada produto e a dose que vai ser aplicada,
depende da resistência dos microrganismos à
radiação varia muito
DOSE DE REDUÇÃO DECIMAL:
quantidade de energia para inativar 90% da
população presente (1 ciclo logarítmico)
D de microrganismos
•
•
•
•
•
•
número inicial de microrganismos
radiossensibilidade dos microrganismos
concentração de oxigênio no meio
pH
temperatura
presença de substâncias protetoras no
material
• conteúdo de umidade do produto e umidade
relativa do ambiente
EFEITOS ESPECÍFICOS DAS RADIAÇÕES
Microrganismos
Insetos
KGy
Esporos
Vegetais
Clostridium botulinum
P.A 3679
3,3 - 3,7
2,2
Homens
Células vegetativas:
Salmonella typhimurium
Staphylococcus aureus
Mofos e Leveduras
101
10
0,2 - 0,8
0,1
0,4 - 0,5
102
103
104
105
Dose de irradiação (1 Gy=1 J/kg)
D
Em geral, quanto mais complexo o sistema biológico, menor
energia é necessária para um efeito letal.
Dose letal da radiação ionizante
LESÃO NO NÚCLEO E NO CITOPLASMA
Radicais livres
Espécies ativas de O2
Organismo
Dose (Gy)
Ser humano
6 – 10
Insetos
250 – 10.00
Fe ++ + H2O2
Fe+++ + OH
Bacteria
1.000 – 10.000
O2- + Fe+++
O2 + Fe++
Fungos
1.000 – 10.000
Esporos de bactérias
10.000 – 50.000
O2- + H2O2
OH + OH- + O2
Virus
30.000 – 50.000
Bactérias G Leveduras
sensibilidade que G +
Núcleo (DNA)
Fe
+ OHReação de Fenton
dano oxidativo no DNA
mutação
transformação
maligna
sensibilidade que bolores
câncer
morte
celular
envelhecimento
LESÃO NO NÚCLEO E NO CITOPLASMA
Radicais livres
Espécies ativas de O2
Citoplasma (membranas)
membranas
carboidratos
proteínas
lípides
formação de peróxidos lipídicos
Métodos para reduzir os efeitos colaterais em
medicamentos expostos a radiações ionizantes
MÉTODO
EFEITO
Redução de temperatura
Redução
oxigênio
da
tensão
Imobilização de radicais livres
de
Redução
do
número
de
radicais livres oxidativos para
as moléculas ativadas
Adição de removedores de
radicais livres
Competição pelos radicais
livres entre os removedores e
as moléculas
Destilação simultânea
remoção de odores volateis
indesejáveis, e de precursores
desses odores
Redução da dose
Redução da intensidade dos
efeitos
alterações das propriedades das membranas
alteração no potencial
inativação de substâncias
receptoras ligadas à membrana
mudança de permeabilidade
decréscimo
de fluidez
perda da integridade
escoamento de Ca++ aumento da suscetibilidade da
e outros íons
membrana ao ataque enzimático
LISE CELULAR
Dose absorvida
Em qualquer produto tratado por radiação devem ser
observadas as seguintes condições:
– a) A dose mínima absorvida deve ser suficiente para
alcançar a finalidade pretendida;
– b) A dose máxima absorvida deve ser inferior àquela que
comprometeria as propriedades funcionais e ou os atributos
sensoriais do alimento.
• A embalagem deve ter condições higiênicas aceitáveis, ser
apropriada para o procedimento de irradiação, estar de acordo
com a legislação vigente e aprovada pela autoridade sanitária
competente.
• Nos casos em que não estejam previstas em legislação nacional,
as embalagens em contato direto com o produto devem ser
aquelas relacionadas pela Organização Mundial da Saúde, em
documento próprio da OMS e submeter-se previamente aos
critérios de inclusão de nova embalagem na legislação brasileira.
•
RADAPERTIZAÇ
RADAPERTIZAÇÃO
Processos de irradiaç
irradiação de
alimentos
Radapertizaç
Radapertização
Radicidaç
Radicidaçãoão- pasteurizaç
pasteurização
Radurizaç
Radurização
Radurizaç
Radurização
• Usa doses baixas com o objetivo de:
• esterilização comercial- redução dos
microorganismos até esterilidade
comercial
• Emprega-se doses mais elevadas– 25 a 50 Kgy (2,5 a 5,0 Mrad)
– Esterilização de carnes em geral
inibir brotamento( batatas, cebolas, alho, etc)
retardar o período de maturação (bananas,
mamão, cogumelos, etc)
diminuir a deterioração por fungos de frutas e
hortaliças ( morango, tomate, etc)
controle da infestação de insetos em frutas
(mamão, figo, manga), grãos (trigo, feijão),
farinhas (trigo, aveia)
• Doses 0,4 a 10 Kgy
Radicidaç
Radicidaçãoãopasteurizaç
pasteurização por radiaç
radiação
• Emprega doses intermediárias com o
objetivo de:
pasteurizar sucos
retardar a deterioração de peixes
controle de Salmonella em produtos avícolas
1. INIBIÇÃO DE BROTAMENTOS
ALIMENTO
BATATA,
CEBOLA,
ALHO,
INHAME,
GENGIBRE e
OUTROS
DOSE DE
RADIAÇÃO
0,05 - 0,2 kGy
OBJETIVO
Prolonga a vida útil
pela inibição dos
brotamentos.
Morte das células
germinativas
• Doses 2 a 10kgy (100 a 1000 Krad)
2. DESINFESTAÇÃO DE INSETOS
ALIMENTO
DOSE DE RADIAÇÃO
grãos, frutas,
legumes e outros
alimentos sujeitos
ao ataque de insetos
-
Besouro –
ESPÉCIES DE CARUNCHOS DE GRÃOS E CEREAIS
OBJETIVO
Desinfestação
0,1 a 1kGy
Lasioderma serricorne
Mata os insetos ou
impede sua
reprodução através da
esterilização.
Pode substituir os
tratamentos feitos com
produtos químicos
fumigantes
QUARENTENA
Infesta quase tudo:
farinhas
farelos
produtos desidratados
ervas secas
chocolate
bolacha
rações aminais
etc, etc, etc....
DESINFESTAÇÃO
Grãos e cereais irradiados
3. RETARDAMENTO DA
MATURAÇÃO E SENESCÊNCIA
ALIMENTO
DOSE DE RADIAÇÃO
banana, mamão,
manga, goiaba,
abacate,
tomate, citrus,
abacaxi, maçã,
pêssego, figo,
uva e outros
ATÉ 1,0 kGy
OBJETIVO
Aumento da
vida útil
PASTEURIZAÇÃO
(A FRIO)
4. PASTEURIZAÇÃO A FRIO-Radicidaç
Radicidação
ALIMENTO
produtos lácteos,
sucos de frutas,
massas frescas,
frutas e legumes
minimamente
processados,
carnes, pescados
DOSE DE RADIAÇÃO
OBJETIVO
•Retardar a
decomposição por
0,1 a 10 kGy microrganismos
• Elimina e /ou reduz
Tratamentos
o número de
combinados:
microrganismos
Armazenamento
patogênicos ou
refrigerado: (0°a 3°C)
putrefativos e
Desidratação
parasitas
Baixa atividade de
• (cisticercose)
água
Palmito pupunha
PASTEURIZAÇÃO
(A FRIO)
PASTEURIZAÇÃO
(A FRIO)
Suco de maçã
Produtos minimamente processados
Couve manteiga
Massa pronta de pizza
Sucos e frutas
IRRADIADO
CONTROLE
Frango resfriado
PASTEURIZAÇÃO
(A FRIO)
PASTEURIZAÇÃO
OUTROS PRODUTOS:
Pão de forma
Queijo Frescal e Prato
Mandioca
Mandioquinha (batata baroa)
Suco de laranja
Morango
Cogumelo
Cerveja clara (chopp)
Polpa de fruta
Mosto de cana
Garapa
Frutas exóticas - Amazônia
PESCADO
5. ESTERILIZAÇÃO
ALIMENTO
Alimentos prontos
para consumo como:
conservas de
hortaliças, carnes,
aves, processados.
DOSE DE RADIAÇÃO
OBJETIVO
Esterilização.
20 – 70 kGy
o produto após
tratamento pode ser
armazenado à
temperatura
ambiente
Produto
da
NASA
Ovo em pó
Albumina
Películas comestíveis
Ervas medicinais
Vantagens
• O processo não utiliza
nenhum tipo de agente
químico, é livre de resíduos
e não demanda quarentena
• Sem comprometimento
toxicológico e nutricional
• Os princípios ativos das
ervas medicinais são
preservados
• Segurança atestada pela
Organização Mundial da
Saúde (OMS)
• Não agride o meio ambiente
Produtos tratados
•
Agar-agar
•
Kava kava
•
Algas marinhas
•
Marrúbio
•
Boldo
•
Mate-verde
•
Camomila
•
Melissa
•
Eucalipto
•
Menta
•
Flores de
jasmim
•
Rosamosqueta
•
Gengibre
•
Sálvia
•
Guaraná
•
Stevia
•
Tilo
http://www.cbesa.com.br/?p=ervas_medicinais
IRRADIAÇÃO DE ESPECIARIAS E
CONDIMENTOS
DETERMINAÇ
DETERMINAÇÃO DA DOSE de
Irradiaç
Irradiação
1- Número inicial de microrganismos
2- Resistência do microrganismo – radiosensibilidade
DM =dose de radiação que reduz de 90% a
população de microrganismo
alimento com pH> 4,5
Clostridium botulinum DM=0,4Mrad
12D 4,8Mrad
alimento com pH< 4,5
DM = 0,2Mrad
DETERMINAÇ
DETERMINAÇÃO DA DOSE
• 3- Resistência do alimento
Características do alimento:
composição química ( teor de água, presença
de substâncias protetoras,concentração de
oxigênio)
estrutura física
grau tolerado de alterações
DETERMINAÇ
DETERMINAÇÃO DA DOSE
DETERMINAÇ
DETERMINAÇÃO DA DOSE
• 4- Resistência das enzimas
Enzimas -mais resistentes à radiação ionizante ( esporos do C.
botulinum.)
DE = 5Mrad
4D = 20Mrad - destruição quase total das enzimas
-destruição dos componentes do alimento
-afetaria a salubridade
Processos combinados
calor - inativar enzimas
aditivos- sulfitação (inativa as enzimas)
irradiação- destruir microrganismos
Classificaç
Classificação das doses
• 5- Características do meio
Temperatura e umidade relativa
• a) dose baixa : até 1 kGy
• 6- Considerações de custo
• b) dose média: de 1 a 10 kGy
• c) dose alta: de 10 a 50 kGy
Dose de radiaç
radiação aplicada a diversos
alimentos
Objetivo
Dose (kGy
(kGy)) Produtos
Dose reduzida
(<1kGy)
Inibir germinaç
germinação
0,05 – 0,15
Eliminar insetos e
parasitas
0,15 – 0,50
Retardar
processos
0,50 – 1,0
fisioló
fisiológicos(amadu
recimento)
Batata, cebola, alho,
etc.
Cereais, legumes,
frutas frescas e
secas,peixe e carnes
frescos e secos
Frutas e hortaliç
hortaliças
frescas
Objetivo
Dose (kGy
(kGy))
Dose mé
média(1dia(1-10
kGy)
kGy)
Prolongar tempo de 1,0 - 3,0
conservaç
conservação
Eliminar
1,0 – 7,0
microrganismos
alterantes e
patogênicos
Melhorar
propriedades
2,0 – 7,0
tecnoló
tecnológicas de
alimenros
Produtos
Peixes, frangos e
morangos
Marisco fresco e
congelado,carne de
aves e animais cruas
e congeladas
Uva (aumenta a
produç
produção de suco),
verduras
desidratadas
Objetivo
Dose (kGy
(kGy))
Dose
elevada
(10 a 50 kGy)*
kGy)*
Esterilizaç
Esterilização
industrial
Descontaminar
certos aditivos e
ingredientes
3 - 50
10 - 50
Produtos
IRRADIAÇÃO DE PRODUTOS
VEGETAIS
Carne, aves,
mariscos,
alimentos prontos,
dietas hospitalares
Especiarias, goma
natural e
preparaç
preparações
enzimá
enzimáticas
* Utiliza-se apenas com finalidades especiais -não são recomendadas
pelo Comitê Misto de Especialistas FAO/OIEA/OMS, nem pela
Comissão do Codex Alimentarium, por questões de segurança
alimentar.
IRRADIAÇÃO DE PRODUTOS
ANIMAIS
VANTAGENS X
DESVANTAGENS
• VANTAGENS
– Redução das perdas dos alimentos pós-colheita
– Evita brotamento de tubérculos
– Pode retardar ou mesmo interromper os processos naturais de
amadurecimento e deterioração
– Pode eliminar ou diminuir o número de m.o. perigosos nos
alimentos
– Desinfestação de insetos em grãos, frutas secas e frescas sem uso
de produtos químicos
– Pode esterilizar completamente um alimento
– O produto é tratado em sua embalagem final, evitando a
recontaminação
– Não há elevação de temperatura durante o tratamento
– Não causa danos ao consumidor como os agrotóxicos, pesticidas e
alguns aditivos.
VANTAGENS X
DESVANTAGENS
PROCESSO
• DESVANTAGENS
– Pode ser aplicado somente para alguns tipos de
alimentos
– Pode afetar vitaminas como E e C
– Nas doses recomendadas não elimina todos
m.o.
– É ineficiente contra vírus
• Os alimentos são dispostos em caixas de alumínio e, em
seguida, colocados no interior do irradiador, a energia gama
proveniente do Co60 penetra no alimento e em sua embalagem,
porém a maior parte dela simplesmente passa através do
produto, similar ás microondas, sem deixar resíduos.
EFEITO DAS RADIAÇÕES
SOBRE EMBALAGENS
• A radiação pode penetrar nos materiais de
embalagem: em geral os alimentos são
esterilizados já embalados:
– Reduz o risco de contaminação
processamento
– Facilita o manuseio do produto
após
o
• Os materiais de embalagem podem ser
afetados pela radiação podendo ocorrer
contaminação dos alimentos pelos produtos
de radiólise da embalagem
EFEITO DAS RADIAÇÕES SOBRE
EMBALAGENS
Material de
embalagem
Dose
máxima
kGy
Efeito da radiação acima
da dose máxima
Poliestireno
5000
--
Polietileno
1000
--
PVC
100
Escurecimento, liberação
de HCl
Papel e papelão
100
Perda da resistência
mecânica
Polipropileno
25
Torna-se quebradiço
Vidro
10
Escurecimento
INSTALAÇÕES PARA
IRRADIAÇÃO
INSTALAÇÕES PARA IRRADIAÇÃO
• As instalações devem ser projetadas de modo a cumprir os
requisitos de segurança radiológica, eficácia e boas
práticas de manuseio
• Fonte para irradiação duplamente encapsulada em
tubos de aço inoxidável, para impedir qualquer fuga
durante seu uso numa instalação de irradiação
• Câmara de irradiação munida de paredes de concreto e
portas de chumbo, projetadas para impedir a liberação da
radiação.
• Tanque (piscina) para armazenamento da fonte
• Sistemas de controle
• Dispositivos de intertravamento e alarme impedem que a
fonte de radiação se eleve no caso de as portas não estarem
lacradas
INSTALAÇÕES PARA IRRADIAÇÃO (Cont.)
• As instalações devem ser dotadas de pessoal qualificado
que possua capacitação e formação profissional
apropriadas.
• Para aferição do nível de radiação nas instalações e
dependências em que se processe o tratamento de
alimentos por irradiação é obrigatória a adoção de
registro dosimétrico quantitativo, sem prejuízo de outras
medidas de controle estabelecidas pela Comissão Nacional
de Energia Nuclear.
• Os locais e registros são inspecionados pelas autoridades
competentes.
• Os investimentos para a construção de uma instalação de
irradiação são da ordem de US$ 1 a US$ 3 milhões,
dependendo do tamanho e da capacidade de tratamento
FONTE DE COBALTO 60
http://www.ipen.br/scs/orbita/2002_07_08/toxoplasmose.htm
Cobalto 60 tem uma meia vida de 5,26 anos neste
período sua atividade é reduzida à metade do valor
inicial por decaimento radioativo
Fontes para irradiação
Cobalto 59 estável absorve um neutron e se
transforma no Cobalto 60 radioativo
UNIDADE DE IRRADIAÇÃO GAMA
O PROCESSO DE IRRADIAÇÃO
•
•
•
•
•
•
Os produtos, embalados ou a granel, são deslocados (dentro e fora
da câmara de irradiação) através de um sistema transportador
(esteiras) sendo submetidos a um campo de irradiação num ritmo
controlado com precisão, de forma a absorver a quantidade
correta de energia necessária para o tratamento.
Os níveis de energia são baixos e, portanto incapazes de induzir
radioatividade nos produtos.
Operadores qualificados controlam e monitoram eletronicamente
a fonte de radiação e o tratamento de produtos através de um
console situado fora da câmara de irradiação.
Quando a fonte de radiação não se encontra em uso, é mantida
dentro de uma piscina profunda.
A câmara de irradiação é munida de paredes de concreto e portas
de chumbo, projetadas para impedir a liberação da radiação.
Dispositivos de intertravamento e alarme impedem que a fonte de
radiação se eleve no caso de as portas não estarem lacradas.
Irradiador contínuo “Tote box “
Irradiador em batelada
RADIOESTERILIZAÇÃO
Esterilização de produtos médicos
Na fonte de cobalto tipo panorâmica, os
materiais, já em sua embalagem final, são
submetidos à radiação gama
Na fonte de cobalto-60 tipo panorâmica, os materiais, já em sua embalagem final, são
submetidos à radiação gama.
Em um dos aceleradores de elétrons do Centro de Tecnologia das
Radiações do Ipen são esterilizados materiais a serem utilizados em
pesquisas do próprio instituto e de outras instituições que solicitam
esses serviços
Cicloton
Irradiador industrial César.
Console de controle, a porta de acesso ao irradiador e amostras a serem irradiadas
LAY-OUT DE UMA INSTALAÇÃO DE IRRADIAÇÃO
GAMA
FONTE: ESTABLISHMENT OF A COMMERCIALGAMMA PROCESSING
FACILITY
MDS Nordion
447 March Road- Ottawa, Ontario, Canada- K2K 1X8
January 16, 2002
Equipamentos de Medição de
Radiação Ionizante
DOSÍMETRO PESSOAL
LEGISLAÇÃO
LEGISLAÇÃO ATUAL
ALCANCE E REQUISITOS
• Resolução RDC nº 21, de 26/01/2001 Regulamento Técnico para Irradiação de
Alimentos (revogou as Portarias DINAL nº
09/1985 e 30/1989)
• Regulamento aplica-se a todos os alimentos tratados por
processo de irradiação.
•Controles fitossanitário e zoossanitário critérios estabelecidos
pelo Ministério da Agricultura.
• Fontes de Radiação - Autorizadas pela CNEN
Instalações e Controle do Processo - Autorização
da Comissão Nacional de Energia Nuclear e
Alvará Sanitário/ Critérios de Segurança
Radiológica e Profissional capacitado
• Regulamento aplica-se a todos os alimentos
tratados por processo de irradiação.
• Obs.: Controles fitossanitário e zoossanitário
critérios estabelecidos pelo Ministério da
Agricultura.
• Fontes de Radiação - Autorizadas pela CNEN
DOSE ABSORVIDA
• Revogação das Tabelas Positivas, que restringiam dose e tipo de
alimento
• Dose MÍNIMA: suficiente para alcançar finalidade pretendida
•Dose MÁXIMA: inferior à dose que comprometa as propriedades
funcionais e ou os atributos sensoriais do alimento
Não deve substituir as Boas Práticas de
Fabricação ou Agrícolas
DOSE ABSORVIDA
Estabelecimento da DOSE MÍNIMA:
• em situações especiais como nos casos de
surtos;
• em situações de controle fitossanitário e
zoosanitário.
ROTULAGEM
CONSIDERAÇÕES GERAIS
• Dizeres exigidos para Alimentos em Geral e Específico do
Alimento
• A indústria que irradiar alimentos deve fazer constar ou
garantir que conste a indicação de que o alimento foi tratado pelo
processo de irradiação:
• Constar no painel principal: “ALIMENTO TRATADO POR
PROCESSO DE IRRADIAÇÃO”
•Nas NOTAS FISCAIS - alimento a granel
• ingrediente irradiado: deve ser declarado na lista de ingredientes,
entre parênteses, após o nome do mesmo.
•Nas NOTAS FISCAIS e EMBALAGENS - alimentos embalados
• Nos locais de exposição à venda de produtos a granel de
alimentos irradiados, deve ser afixado:
Cartaz, Placa ou Assemelhado com a seguinte informação:
“ALIMENTO TRATADO POR PROCESSO DE IRRADIAÇÃO”
Efeitos quí
químicos e
bioló
biológicos
• A radiólise afeta as macro e micro moléculas do
alimento, sendo que as alterações mais
importantes são devidas ao efeito secundário.
• A sensibilidade à radiação é proporcional ao peso
molecular, ou seja, quanto mais complexa a
molécula, maior a alteração produzida pela
radiação.
Alteraç
Alterações em outras
biomolé
biomoléculas
• Polissacarídeos: despolimerização
• Proteínas: hidrólise de lig.
Peptídicas
• Monossacarídeos: oxidação e/ou
hidrólise
• Aminoácidos: desaminação
• Ácidos graxos: formação de
hidroperóxidos
Efeitos quí
químicos e
bioló
biológicos
• Os danos causados no DNA e RNA são os
maiores responsáveis por impedir a
proliferação de microorganismos e inibir a
germinação e amadurecimento de vegetais
• Os ácidos nucléicos são as moléculas mais
atingidas, tanto por efeitos primários quanto
secundários.
Alteraç
Alterações nutricionais e sensoriais
As mudanças dependem da dose absorvida
Sensoriais:
sabor / odor
viscosidade
cor
textura
Alteraç
Alterações nutricionais e sensoriais
Nutricionais
Não ocorrem alterações significativas nos macronutrientes,
sendo estas comparáveis àsprovocadas por outros
tratamentos.
Micronutrientes: vitaminas D, riboflavina e niacina são mais
radiorresistentes,enquanto as vitaminas A, B1, K e E são
mais sensíveis à radiação.
Videos
• http://www.youtube.com/watch?v=S5q1Xk
G0Rk4
• http://www.youtube.com/watch?v=CkoOm
4Lxmjk&feature=related
• http://www.youtube.com/watch?v=sMtuho4
QFAQ&feature=related