تشعيع الأغذية نوعها وتأثيرها على النظام الحيوي والكائنات الحية

إعداد: أ.د.مصطفى محمد محمد إبراهيم

رئيس بحوث متفرغ بقسم بحوث تكنولوجيا اللحوم والأسماك بمعهد بحوث تكنولوجيا الأغذية – مركز البحوث الزراعية

الاشعاع هو طاقة تتنقل عبر الفضاء او مادة علي شكل موجات او جسيمات وتشمل أنواع مختلفة مثل: ضوء الشمس – الموجات الراديوية – الاشعة السينية – وجسيمات النشاط الاشعاعي من الذرات غير المستقرة. نتعرض للإشعاع بشكل مستمر من مصادر طبيعية وصناعية ويمكن ان تستخدم في مجالات مختلفة.

الاشعة الثلاث الرئيسية المستعملة فى إشعاع الغذاء هى جاما وإكس والكاثود ويطلق عليها الاشعة المتأينة وذلك لمقدرتها على تكوين أيونات بصورة مباشرة أو غير مباشرة فى جزيئات المادة التى تخترقها, وتتكون هذه الايونات بصورة رئيسية فى الماء الموجود فى الغذاء.

ـ أشعة جاما: كبقية الاشعة الكهرومغناطيسية لا تمتلك شحنة او كتلة وهى اقصر من طول موجتها من اشعة الضوء وموجات الراديو … وهذه الاشعة ذات قابلية إختراق عالية وتأين نوعى منخفض.

ـ تشابه أشعة إكس: أشعة جاما فى خواصها, الا انها تختلف فى مصدرها فهى تنتج [فى مكائن يصنعها الانسان ويتم فيها إطلاق bombardment    اشعة كاثود على هدف معدنى فى قطبه الموجب].

ـ تختلف أشعة الكاثود: عن أشعة أكس وجاما فى كونها ذات قابلية إختراق محدودة فهى لا تستطيع اختراق أكثر من سنتيمتر واحدا فى الماء او النسيج الحيوى حتى ولو بلغت طاقتها مليونى إلكترون فولت. وتتمتع هذه الاشعة بقابلية تأين نوعى عالى.

وقابلية الاختراق فى الاشعة هى بدون شك صفة مرغوبة .. فأشعة جاما تستطيع ان تنفذ داخل الطبقات السمكية من الغذاء وتؤثر فى إنزيماته إضافة الى تعقيمه لسطحه ,أما أشعة الكاثود فيكون إستعمالها عندما يراد تعقيم سطح الغذاء فقط.

مصادر الأشعة المستعملة 

للاشعة المستعملة فى حفظ الغذاء مصدران رئيسيان هما النظائر المشعة والاجهزة ونوضح بعض المعلومات المختصرة عنهما:

ـ النظائر المشعة: ومن أمثلتها الكوبلت 60 والسترونشيوم 90 والستريوم 137 ومواد اخرى.

بعض النظائر تكون مشعة بصورة طبيعية مثل الراديوم واليورانيوم والثوريوم . يستعمل المفاعل النووى Nuclear Reactor or pile   كثيرا فى إنتاج النظائر المشعة وذلك لكفائته العالية فى توليد تيار من النيوترونات.

ـ أجهزة توليد الاشعة

يستخدم لتوليد اشعة بيتا … عدد من الاجهزة مثل مولدفان دى كراف Vane Graaff Resonant Transformer والدايمنيز Dynamitron .. وبصورة عامة تتكون هذه الاجهزة من مصدر للالكترونات ووسيلة لتعجيل هذه الالكترونات وذلك بخلق فرق فى الجهد بين القطب الموجب والقطب السالب او بواسطة طاقة التردد اللاسلكى Radio – Frequency ووسيلة أخرى لزيادة الكفاءة للاستفادة من هذه الاشعة.

كيفية تأثير الاشعة فى النظام الحيوى 

يعتقد بعض المتخصصين فى هذا المجال …. أن الاشعة تحدث تأثيرها فى خلايا النظام الحيوى بصورة مباشرة, بينما يعتقد البعض الاخر انه يتم بصورة غير مباشرة وذلك عن طريق تكوين نواتج تأين تقوم بإحداث التأثير.

أولا: يعرف التأثير المباشر للإشعة بنظرية الهدف أو الضرب المباشر  

Target Theory or Direct Hit

إن الاشعاعات تحدث تأثيرا مباشرا   Direct hit لمناطق حساسة من الخلايا تعرف بالهدف الحساس sensitive Targets   وان الطاقة الاشعاعية تمتص من هذه المناطق وبالتالى يتغير تركيبها الجزئى, وتعتبر المحتويات النووية لهذه المناطق أكثرها تأثيرا, وإذا ما علمنا ان المحتويات النووية ذات قدرة عالية لإمتصاص الاشعة فوق البنفسجية – وأسم هذه النظرية مشتق من ان التأثير المباشر يحدث دون ان تتكون مركبات نشطة خارج الخلايا .

ثانيا: أما التأثير غير المباشر Indirect Effect

يحدث نتيجة ان الاشعاعات تحدث تأينا لما تحتويه الخلايا من الماء ومن جزيئات الاكسجين التى تتواجد فى منطقة مرور الاشعة فى الخلية وان ما ينتج عن ايونات يتفاعل مع مكونات الخلية كما يلى:

نتيجة  تأين الماء  ببعضها أو بنتائج تأين الاكسجين الجزئى, يتكون نتيجة لهذه التفاعلات إما المركب غير الثابت المعروف باسم هيدروبيروكسل Hydro peroxyl radical HO₂ أو فوق أكسيد الايدروجين Hydrogen Peroxide H₂O₂).

التفسير الاول: هو أن وجود أيونات الهيدروبيروكسيل (HO₂) والهيدروكسيل (⁺ oH) الحرة بالخلايا عقب تعريضها للاشعاع هو الذى يحدث التأثير السام والمميت للخلايا عن طريق أكسدتها لجزيئات السيتوبلازم والاجسام النووية بالخلية.

التفسير الثانى: أن ايونات مركبات الهيدروكسيل والهيدروجين وهى عوامل أكسدة وإختزال قوية .. فتستطيع أيونات الهيدروكسيل أكسدة المواد القابلة للاكسدة ( المواد المغتزلة) مثل مجموعة سلفوهيدريل الموجودة فى كثير من الانزيمات مسببة فقدان فعاليتها.

ونفس الشيئ يمكن ان يقال عن إيونات الهيدروجين فى تأثيرها على المواد القابلة للاختزال (مواد بصورة مؤكسدة) يسببه إختزالها , ويمكن لهذه الايونات ان تحدث تأثيرا بصورة أخرى وهى تكسير روابط كاربونية

تأثير الأشعة على الاحياء الدقيقة 

يمكن إعتبار الخلية وحدة واحدة , وهى وحدة حياه مستقلة فهى نظام حيوى كيماوى دقيق التنظيم تتم فيه العمليات الحيوية بفعل عدد كبير من العوامل المساعدة وهى الانزيمات. وعند إرتطام هذه الخلية بالاشعة أو مرور الاشعة قريبة منها فإنها تعمل على الاختلال بهذا النظام الحيوى بطريقة مباشرة او غير مباشرة أو بكليهما.

ومن الناحية الفيسولوجية للخلايا البكتيرية … يمكن تحديد منطقتين حساستين بفعل الاشعاعات.

المنطقة الاولى: وهى الانزيمات الموجودة بالسيتوبلازم الخلوى والمسئولة عن التفاعلات الايضية المختلفة.

المنطقة الثانية: وهى الاجسام النووية والتى تتحكم فى تكوين السيتوبلازم بأنزيماته المختلفة , والتى تحدد إنتقال القدرات الانزيمية الى الاجيال المتعاقبة.

وفيما يختص بالمنطقة الاولى .. فيوجد من الادلة ما يثبت ان قدرة الاشعاعات على تثبيط الانزيمات البكتيرية المعزولة من الخلايا وان عملية التثبيط هذه تحدث نتيجة لإكسدة البروتينات الانزيمية وبخاصة أكسدة محتوياتها من مجاميع السلفاهيدريل (SH=) الى مجاميع من الداى سلفيد (-S-S-), وليس التأثير الضار الذى تحدثه الاشعاعات مقصورا على التفاعلات التأكسيدية التى تحدثها أيونات الهيدروبروكسيل أو الهيدروكسيل, بل ان إحتمال حدوث الثأثير المباشر Direct Hit للمحتويات السيتوبلازمية جائز أيضا.

وفيما يختص بالمنطقة الثانية … وهى منطقة المحتويات النووية بالخلية فإن ما يحدث من تغيرات نتيجة للإشعاعات يشمل الطريقتين المذكورتين فى حالة الانزيمات السيتوبلازمية, فقد وجد ان الجرعات المميته من الاشعاعات يمكنها ان تقلل من لزوجة الــ DNA  نتيجة لحدوث Depolymerization ويمكننا ان نفترض ان هذا ما يحدث لهذا المركب داخل الخلايا ونتيجة لذلك يحدث إختلال فى تنظيم المكونات التى تتحكم فى الصفات الوراثية للخلية ويمكن ان تحدث تأثيرات أخرى من فعل الاشعاعات على الكرموسومات البكتيرية. منها الانكسار نتيجة لفعل الاشعة المباشر Direct hit وحدوث الاكسدة لبروتين الانزيمات الخاصة بتخليق البروتينات النووية المحتوية على DNA أو حدوث أكسدة لهذه البروتونات النووية نفسها والخلية الميتة هى التى لا تقدر على التكاثر , والخلية الميتة عن طريق الاشعاع لا تختلف عن مثيليتها نتيجة لتأثير المواد المطهرة المختلفة.

العوامل التى تؤثر فى حساسية الاحياء الدقيقة للاشعة 

تؤثر فى حساسية الاحياء الدقيقة للاشعى عوامل عديدة وأهمها:

نوع الاحياء الدقيقة المعرضة للاشعاع

هناك تفاوت كبير فى مقاومة الاحياء الدقيقة للاشعة وقد يظهر مثل هذا التفاوت فى السلالات التابعة لنفس النوع، وبصورة عامة فإن البكتريا الكروية الشكل وغير المكونة للسبورات أكثر حساسية للاشعة من البكتريا الاخرى.

الجرع المميته التقريبية لأنواع مختلفة من البكتريا والخمائر والفطريات

كيلو راد = 1000 راد

تركيز الاحياء الدقيقة (عددها)

كلما زاد عدد الاحياء الدقيقة المعرضة لجرعة معينة من الاشعاع كانت درجة تأثيرها أقل.

ـ وجود أو عدم وجود الاكسجين

يسلك الاكسجين كعامل محفز لزيادة تأثير الاشعة. فوجوده فى الوسط المعرض للأشعاع يساعد على تكوين بيروكسيدات سامه تزيد من كفاءة الجرعة المستعملة.

ـ حالة الغذاء أثناء الاشعاع

يزيد وجود الرطوبه وإرتفاع درجة الحرارة من تأثير الاشعة فى الغذاء فوجود الرطوبة يؤدى كما ذكرنا الى تكوين بيروكسيدات سامة تزيد من تأثير الاشعة عنها فى الحالة الصلبة لان طريقة التأثير فى الحالة الاخيرة تقتصر على الضرب المباشر, وتختلف درجة تأثير الغذاء بالاشعة بإختلاف تركيبه.

ـ ظروف الاحياء الدقيقة

تقاوم الخلايا حديثة التكوين الاشعة بدرجة أكبر مما تقاومها الخلايا المعمرة, فمقاومة الخلايا الجافة اكثر من الرطبة, ومقاومة السبورات (الجراثيم) أكثر من الخلايا الخضرية. وتظهر على الخلايا أعلى مقاومة وهى فى حالة Log phase من النمو, واقل مقاومة أى اكثر حساسية وهى فى الدور اللوغاريتمى logaritimic phase وهناك عدد كبير من المواد الكيميائية التى تقلل من حساسية الاحياء الدقيقة للاشعة أى انها تظهر مفعولا حافظا ومن أمثلة هذه المركبات مركبات السلفهيدريل أو الكحول والالديهيدات وبعض السكريات ويحتمل ان الجلوكوز يتفاعل مع HO  فيقلل من حساسية الاحياء الدقيقة.

ـ نوع الاشعة المستعملة

لم تظهر الدراسات وجود فرق فى تأثير جرع متساوية من أشعة جاما وأكس والكاثود التى إستخدمت على الاحياء الدقيقة.

🔹 تابعونا على قناة الفلاح اليوم لمزيد من الأخبار والتقارير الزراعية.
🔹 لمتابعة آخر المستجدات، زوروا صفحة الفلاح اليوم على فيسبوك.