Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân: Những vấn đề cấp thiết (Kỳ 1)

Tại sao Việt Nam cần điện hạt nhân?

TRẦN MINH QUỲNH - TT Chiếu xạ Hà Nội (Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam)

Mặc dù cần thiết phải xem xét lại tính an toàn của các lò phản ứng hạt nhân, song điện hạt nhân và ứng dụng phi năng lượng được xem là 2 bánh không thể thiếu của cỗ xe năng lượng nguyên tử. Các nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực phi năng lượng giúp tăng tính hiệu quả và an toàn của nguồn phóng xạ, thúc đẩy đổi mới công nghệ nhằm tạo được các lò phản ứng thế hệ mới, ngượi lại, sự phát triển của điện hạt nhân hỗ trợ các ứng dụng phi năng lượng. Trong khi ứng dụng phi năng lượng đã được Chính phủ Việt Nam quan tâm từ rất lâu, nhất là ứng dụng năng lượng nguyên tử trong y tế, nông, công nghiệp, điện hạt nhân vẫn chưa thể phát triển do nhiều lý do khác nhau.

Thực hiện “Kế hoạch tổng thể chiến lược ứng dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình đến 2020” của Chính phủ, song song với việc thực hiện các nghiên cứu trong lĩnh vực điện hạt nhân, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam (VINATOM) cũng đã chú trọng đẩy mạnh ứng dụng đồng vị phóng xạ và công nghệ bức xạ, nhất là chiếu xạ thực phẩm. Mặc dù, một số nông sản chiếu xạ của Việt Nam đã được phép nhập khẩu vào Hoa Kỳ và Úc, song việc triển khai ứng dụng công nghệ chiếu xạ thực phẩm vẫn chưa đáp ứng như kỳ vọng do thiếu nguồn nhân lực có chất lượng và các thiết bị nghiên cứu chuyên sâu, cộng với nhu cầu về thực phẩm chiếu xạ trong nước chưa thực sự cấp bách, và chi phí vận chuyển quốc tế cao.

Dự án “Chiếu xạ thực phẩm” sau 27 năm nhìn lại

Được Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) viện trợ nguồn phóng xạ gamma Cobalt-60 và hệ thiết bị chiếu xạ bán công nghiệp cho Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam theo dự án “Chiếu xạ thực phẩm” (năm 1989), Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội đã thực hiện hàng loạt các nghiên cứu về tính hiệu quả của công nghệ trong việc ức chế nảy mầm các thực phẩm thân củ và thân bẹ; làm chậm chín các loại quả tươi có thể tiếp tục chín sau khi thu hái; diệt côn trùng, vi sinh vật gây thối hỏng làm giảm tổn thất nông sản thực phẩm sau thu hoạch; diệt vi sinh vật gây bệnh, giảm nhiễm khuẩn, nấm mốc để đảm bảo chất lượng và kéo dài thời gian bảo quản lương thực thực phẩm; cũng như khẳng định tính lành của thực phẩm chiếu xạ.

Mặc dù mới được quan tâm nghiên cứu cuối thế kỷ trước, nhưng công nghệ chiếu xạ thực phẩm đã phát triển nhanh chóng và hiện đã được ứng dụng tương đối rộng rãi để đáp ứng các yêu cầu bảo đảm chất lượng vệ sinh thực phẩm, giảm tổn thất, kéo dài thời gian bảo quản, giúp cung cấp thực phẩm an toàn và thúc đẩy xuất khẩu nông sản thực phẩm Việt Nam sang các nước phát triển.

Các kết quả đạt được cho phép phát triển các ứng dụng công nghệ bức xạ (CNBX) không chỉ trong lĩnh vực chiếu xạ thực phẩm, mà cả những ứng dụng quan trọng khác như khử trùng y tế, biến tính vật liệu polyme.

Có thể nói, công nghệ chiếu xạ thực phẩm đã bắt đầu phát triển mạnh ở nước ta từ đầu thế kỷ XXI với sự ra đời của Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai ứng dụng Công nghệ bức xạ thành phố Hồ Chí Minh, cũng như các cơ sở chiếu xạ tư nhân khác tại khu vực phía Nam.

Đến nay, chiếu xạ thực phẩm đã được triển khai cả trên thiết bị chiếu xạ gamma và máy gia tốc không chỉ để bảo đảm chất lượng vệ sinh thực phẩm, mà còn được áp dụng để tạo giống cây trồng đột biến có năng suất cao, phẩm chất tốt, và chế tạo các hoạt chất sinh học phục vụ nông nghiệp.

Tuy nhiên, do thiết bị chiếu xạ phải được vận hành theo các quy định nghiêm ngặt về an toàn, an ninh nguồn phóng xạ, cùng với nhận thức chưa đúng của người tiêu dùng, công nghệ này chủ yếu vẫn chỉ được triển khai để đảm bảo chất lượng vệ sinh đối với một số sản phẩm nông sản thực phẩm xuất khẩu (hoa quả tươi, thủy hải sản đông lạnh, bột gia vị…), và thực phẩm chiếu xạ chưa thể có mặt trên thị trường trong nước.

Là một quốc gia đang phát triển, với khoảng 60% lực lượng lao động tập trung ở khu vực nông thôn, và tỷ trọng các ngành nông, lâm nghiệp và nuôi trồng thủy sản chiếm gần 20% quy mô nền kinh tế, cao hơn nhiều so với bất kỳ lĩnh vực công nghiệp và dịch vụ khác, nông nghiệp vẫn đóng vai trò vô cùng quan trọng trong toàn bộ nền kinh tế Việt Nam [1].

Tuy nhiên, với phương thức sản xuất nhỏ lẻ, mang nặng tính tự phát như hiện nay, chất lượng nông sản thực phẩm của chúng ta không cao và tổn thất sau thu hoạch là rất lớn.

Mặc dù các biện pháp chế biến và bảo quản nông sản thực phẩm mới đã được nghiên cứu và triển khai áp dụng, song ở nhiều nơi, người dân vẫn chưa thể tiếp cận những tiến bộ khoa học mà chủ yếu vẫn sử dụng các biện pháp bảo quản truyền thống thiếu hiệu quả như phơi khô, hun khói, lên men… hay các biện pháp đơn giản như ngâm, tẩm, xông hóa chất, thường để lại dư lượng độc hại, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người, cũng như gây ô nhiễm môi trường.

Trong các biện pháp bảo quản thực phẩm hiện đại, chiếu xạ là phương pháp vật lý nên không để lại bất kỳ dư lượng nào trên đối tượng chiếu xạ và dễ dàng áp dụng trên quy mô công nghiệp.

Mặc dù vậy, cũng giống như các biện pháp bảo quản thực phẩm khác, chiếu xạ cũng có những ưu và nhược điểm của chính nó và không phải là biện pháp thần kỳ có thể thay thế hoàn toàn các phương pháp bảo quản hiện có. Các ưu điểm chính của chiếu xạ là biện pháp xử lý không sinh nhiệt nên có thể dễ dàng áp dụng để xử lý thực phẩm đông lạnh, có khả năng diệt hoàn toàn côn trùng, nấm mốc ngay cả với sản phẩm đã đóng gói… Trong đó, ưu điểm lớn nhất của chiếu xạ thực phẩm là nó có thể thay thế hiệu quả cho biện pháp xử lý hóa chất, cũng như hạn chế sử dụng các chất phụ gia thực phẩm [2-4].

Tuy nhiên, phương pháp này không thể áp dụng cho mọi loại thực phẩm và không thể bất hoạt hoàn toàn các enzyme như xử lý nhiệt, và nhược điểm lớn nhất là tên gọi của nó làm cho người tiêu dùng liên tưởng đến các rủi ro như đột biến, hiểm họa phóng xạ hay vũ khí hạt nhân. Vì vậy, cần đẩy mạnh tuyên truyền về tính lành của thực phẩm chiếu xạ, cũng như kết hợp với các biện pháp xử lý nhiệt, giữ lạnh để tăng hiệu quả bảo quản, đảm bảo chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm.

Ngày nay, công nghệ chiếu xạ thực phẩm đã được nhiều nước áp dụng để hạn chế tổn thất sau thu hoạch, ngăn chặn các dịch bệnh có nguồn gốc thực phẩm, đáp ứng yêu cầu thương mại thực phẩm và đã có trên 60 quốc gia chấp nhận thực phẩm chiếu xạ.

Nhiều nước phát triển như Mỹ, Úc, Canada đã bắt buộc phải áp dụng chiếu xạ kiểm dịch để kiểm soát côn trùng, dịch bệnh trong sản phẩm hoa quả tươi. Thực phẩm đông lạnh và các thành phần thực phẩm chiếu xạ cũng đã được nhiều nước chấp nhận, với yêu cầu phải được dán nhãn để người tiêu dùng có thể lựa chọn thực phẩm chiếu xạ.

Vai trò của công nghệ bức xạ trong đảm bảo chất lượng vệ sinh thực phẩm

Bức xạ có khả năng gây ra những biến đổi vật lý, hóa học và sinh học trong đối tượng chiếu xạ. Với khả năng ion hóa mạnh, bức xạ gamma hay chùm điện tử sẽ làm hình thành các gốc tự do có thời gian sống ngắn và tính linh động cao khi xuyên qua sản phẩm. Các gốc tự do này có thể gây ra những tổn thương với mức độ khác nhau trong tế bào sống, làm sai lệch chức năng bình thường của tế bào, cơ thể. Các sai lệch nghiêm trọng có thể di truyền, thậm chí gây chết nếu không được sửa chữa hoàn toàn.

Dựa vào đặc tính này, bức xạ ion hóa đã được sử dụng để tiêu diệt các loại côn trùng, ký sinh trùng, vi sinh vật và nấm mốc gây hại có trong thực phẩm. Khả năng bảo quản một số loại ngũ cốc của bức xạ ion hóa được khám phá từ hơn 1 thế kỷ trước tại vương quốc Anh, song mãi đến năm 1921, việc sử dụng bức xạ tia X để bảo quản thực phẩm mới được các nhà khoa học Mỹ nghiên cứu nhằm tiêu diệt các loại giun ký sinh trong thịt lợn.

Và đến những năm 1950, ứng dụng chiếu xạ thực phẩm mới thực sự bùng nổ nhờ những tiến bộ trong việc sản xuất đồng vị phóng xạ và sự phát minh ra máy gia tốc chùm điện tử (Electron Beam Accelerator). Kể từ đó, rất nhiều nỗ lực đã được thực hiện để đẩy mạnh ứng dụng công nghệ hiện đại này trong việc xử lý giảm tổn thất lương thực, bảo quản các sản phẩm nông sản và đảm bảo chất lượng an toàn vệ sinh thực phẩm.

Phụ thuộc vào liều chiếu xạ và suất liều, bức xạ có thể tạo ra các hiệu ứng khác nhau trong thực phẩm cho mục đích ứng dụng. Chiếu xạ liều thấp có thể gây ức chế nảy mầm đối với cây thân củ và thân bẹ (0,05-0,15 kGy), diệt côn trùng, ký sinh trùng gây bệnh (0,15-0,5 kGy) và ức chế quá trình chuyển hóa, làm chậm chín hoa quả tươi (0,5-1,0 kGy). Chiếu xạ liều trung bình có thể giúp kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm tươi (1-3 kGy), giảm số lượng vi khuẩn, nấm mốc gây bệnh và làm hỏng thực phẩm (3-7 kGy), đảm bảo chất lượng thực phẩm và thảo mộc (2-10 kGy). Chiếu xạ liều cao đến có thể áp dùng để diệt gần như tất cả các loại vi sinh vật có trong bột gia vị khô (10-30 kGy), hay chế tạo sản phẩm thực phẩm vô trùng dành cho các nhà du hành vũ trụ hay bệnh nhân ghép tạng (45-70 kGy).

Sau rất nhiều bằng chứng khoa học chứng minh tính hiệu quả của công nghệ và khẳng định tính lành của thực phẩm chiếu xạ, năm 1984, Hội đồng các chuyên gia hỗn hợp của Tổ chức Nông lương Thế giới (FAO), Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), và Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã khẳng định “Chiếu xạ bất kỳ sản phẩm thực phẩm nào với liều chiếu trung bình chung đến 10 kGy không gây ra bất kỳ rủi ro nào”.

Tại Hội nghị đánh giá về những ảnh hưởng của chiếu xạ liều cao do FAO, IAEA và WHO tổ chức năm 1997, nhóm chuyên gia được triệu tập đã kết luận liều chiếu xạ trên 10 kGy cũng không gây bất kỳ tác hại đến chất lượng dinh dưỡng của thực phẩm chiếu xạ [6].

WHO cũng khuyến cáo rằng, việc phản đối công nghệ này chủ yếu do thiếu hiểu biết, và điều này sẽ cản trở sự phát triển công nghệ chiếu xạ thực phẩm ngay tại những quốc gia mà chính nó sẽ tạo ra lợi ích nhiều nhất [1].

Sau hơn 50 nghiên cứu, đến nay vai trò của công nghệ chiếu xạ trong việc đảm bảo chất lượng vệ sinh thực phẩm, giảm tổn thất sản phẩm nông nghiệp sau thu hoạch đã được khẳng định, và công nghệ này đã được ứng dụng thay cho xử lý hóa chất bảo quản, đang dần bị cấm ở nhiều nước.

Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ chiếu xạ thực phẩm ở Việt Nam

Mặc dù, một số nhà khoa học Việt Nam đã bắt đầu quan tâm đến ứng dụng bức xạ từ những năm 60 của thế kỷ trước, với các nghiên cứu sử dụng đồng vị phóng xạ trong chuẩn đoán, xạ trị và bảo quản thực phẩm. Mãi đến cuối những năm 1990, khi thiết bị chiếu xạ bán công nghiệp đầu tiên được lắp đặt tại Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội, công nghệ chiếu xạ thực phẩm mới thực sự được các nhà khoa học trong và ngoài Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam nghiên cứu kỹ lưỡng để làm rõ các hiệu ứng, khẳng định tính hiệu quả của chiếu xạ trong việc ức chế nảy mầm khoai tây, khoai lang, hành tây, tỏi tây và củ từ; trừ diệt và kiểm soát côn trùng gây hại trong gạo, ngô, đậu đỗ, đồ khô, giảm tổn thất lương thực sau thu hoạch; làm chậm chín, kéo dài thời gian bảo quản chuối, dứa; diệt vi sinh vật gây bệnh trong sản phẩm thủy hải sản tươi sống và đông lạnh; giảm nhiễm vi sinh vật đối với thực phẩm khô và gia vị.

Kết quả đạt được cũng khẳng định chất lượng và lành của thực phẩm chiếu xạ. Năm 1996, hành tây chiếu xạ lần đầu tiên đã được bán thử nghiệm trong một số siêu thị ở Hà Nội và được người tiêu dùng đánh giá cao [5].

Công nghệ chiếu xạ thực phẩm cũng được nghiên cứu và ứng dụng như biện pháp kiểm dịch thực vật để kiểm soát ruồi đục quả như Bactrocera dorsalis Hendel trên quả thanh long, Bactrocera correcta trên quả bưởi, các loài cỏ dại trên lúa mỳ nhập khẩu. Thành công này là cơ sở để quả thanh long chiếu xạ ở Việt Nam bước chân vào thị trường Mỹ năm 2008, và hiện nay 4 loại quả (thanh long, chôm chôm, vải thiều, nhãn lồng) chiếu xạ từ Việt Nam đã được phép nhập khẩu vào thị trường khó tính này.

Bên cạnh các ứng dụng chiếu xạ thực phẩm trực tiếp, xử lý chiếu xạ cũng đã được áp dụng trong nghiên cứu gây đột biến chọn giống thực vật (lúa, ngô, đậu tương, khoai, sắn, các loại hoa…) có năng suất cao, phẩm chất tốt; các chủng vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp hoạt chất cao.

Gần đây, chiếu xạ cũng được áp dụng để xử lý tái sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp (rơm rạ, bã mía…) làm chất mang hoặc biến tính polysaccharide (alginate, chitosan, xanthan) tạo các chất có hoạt tính sinh học dùng trong nông nghiệp.

Đến nay, ứng dụng chiếu xạ thực phẩm đã được triển khai khá hiệu quả cho mục đích xuất khẩu và các hướng nghiên cứu ứng dụng CNBX tạo giống cây trồng, vi sinh vật cũng như chế tạo hoạt chất có hiệu ứng sinh học dùng trong nông nghiệp sẽ được đẩy mạnh trong những năm tới.

Kết quả triển khai ứng dụng công nghệ chiếu xạ thực phẩm

Với những kết quả nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực CNBX, ngành công nghệ này đã nhanh chóng khẳng định được vị thế trong nước, với sự ra đời của các cơ sở chiếu xạ tư nhân gồm các công ty Sonson, An Phú, Thái Sơn.

Cho đến nay, VINATOM đã có 3 thiết bị chiếu xạ bao gồm máy gia tốc chùm điện tử (EB), trong khi khu vực tư nhân đã có 6 thiết bị chiếu xạ và 1 cơ sở khác đã được cấp phép xây dựng.

Riêng trong lĩnh vực chiếu xạ thực phẩm, kết quả nghiên cứu tại trung tâm Chiếu xạ Hà Nội là tiền đề để Bộ Y tế phê duyệt Quyết định số 3616/2004/QĐ-BYT cho phép 7 loại thực phẩm khác nhau được xử lý chiếu xạ với những dải liều chiếu xác định [6].

Chúng tôi cũng đã phối hợp chặt chẽ với các cơ quan quản lý như Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng, Bộ Nông nghiệp và Bộ Y tế trong việc xây dựng và hoàn thiện một số tiêu chuẩn liên quan đến thiết bị chiếu xạ, quy trình chiếu xạ đối với các loại thực phẩm đặc trưng dựa trên khuyến cáo của các tổ chức quốc tế liên quan để hướng dẫn các nhà sản xuất, nhà quản lý và cơ sở chiếu xạ trong quá trình thực hiện chiếu xạ thực phẩm.

Mặc dù, thực phẩm chiếu xạ chưa thể có sẵn trên các siêu thị trong nước, ứng dụng công nghệ chiếu xạ thực phẩm đã thu được những thành công nhất định trong việc kiểm soát côn trùng gây hại, đáp ứng yêu cầu kiểm dịch đối với hoa quả tươi xuất khẩu; diệt vi sinh vật gây bệnh, giảm nhiễm vi khuẩn, nấm mốc, đảm bảo chất lượng thủy hải sản tươi sống, đông lạnh; kéo dài thời gian bảo quản rau và bột gia vị làm thành phần thực phẩm phục vụ tiêu dùng nội địa và xuất khẩu.

Kết quả, giúp gia tăng giá trị và khả năng cạnh tranh của một số loại nông sản Việt Nam trên thị trường thế giới.

Làm thế nào để các quốc gia đang phát triển như Việt Nam có thể đảm bảo việc cung cấp thực phẩm chất lượng và an toàn cho mọi người dân, đặc biệt là vùng sâu, vùng xa?

Kinh nghiệm đã cho thấy rằng, trừ khi thực phẩm được cung cấp miễn phí, những người nghèo và cận nghèo sẽ khó có thể tiếp cận thực phẩm đúng chất lượng. Chiếu xạ thực phẩm có thể góp phần tích cực trong việc giảm tổn thất lương thực thực phẩm và bảo đảm chất lượng, kiểm soát các dịch bệnh có nguồn gốc thực phẩm [7].

Chiếu xạ thực phẩm cũng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo đảm an toàn và an ninh lương thực, thực phẩm. Trong các chương trình hợp tác vùng liên quan đến chiếu xạ thực phẩm như RAS/5/057 về “Thực hiện tốt nhất công tác chiếu xạ thực phẩm vì mục đích vệ sinh và kiểm dịch”, RAS/5/071 về “Tăng cường các chiến lược thích nghi biến đổi khí hậu sử dụng chiếu xạ thực phẩm để đảm bảo an ninh lương thực”, chúng tôi cũng đã nỗ lực để các nước thành viên chấp nhận các sản phẩm thực phẩm chiếu xạ của Việt Nam. Các thành viên tham gia dự án cũng đã nỗ lực để tuyên truyền về tính lành của thực phẩm chiếu xạ, giúp đảm bảo cung cấp thực phẩm an toàn cho các khu vực dễ bị tổn thương do biến đổi khí hậu.

(Kỳ tới: Triển vọng và các giải pháp thúc đẩy ứng dụng)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

8. Tổng cục thống kê. Kết quả tổng điều tra nông thôn, nông nghiệp và thủy sản năm 2011. NXB Thống kê 2012

9. Johannes Friedrich Diehl. Will irradiation enhance or reduce food safety. Food Polycy 1993, 143-151.

10. Trần Minh Quỳnh. Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bức xạ ở Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam. Tạp chí Khoa học và công nghệ hạt nhân, số 30, 2012: 15-21.

11. http://www-naweb.iaea.org/nafa/fep/crp/fep-irradiated-foods-for-ICP-2RCM.pdf

12. Nguyễn Duy Lâm, Đinh Phương Thảo, Trần Minh Quỳnh, Trần Băng Diệp, Hồ Minh Đức. Nghiên cứu bảo quản vải tươi bằng xử lý tia gamma kết hợp với hóa chất và làm lạnh. Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam, 1996.

13. International Consultative Group on Food Irradiation. Facts about food irradiation. IAEA, Vienna, Austria, 1999 .

14. Tamikazu Kume and Setsuko Todoriki. Food Irradiation in Asia, the European Union and the United States: A status update. Radioisotopes, Vol 62, No 5, 2013: 291-299.