راز جلوگیری از کپک‌زدگی سیب‌زمینی با تکنولوژی هسته‌ای کشاورزی فاش شد!

نمابان و به نقل از خبرگزاری تسنیم؛ گروه اقتصادی ــ سیب‌زمینی گیاهی زنده است که در مرحله استراحت (dormancy)، تنفس کندی داشته و تا حدود 2–3 ماه مقاومت خوبی در برابر بیماری دارد. اما پس از این دوره، سلول‌های آن شروع به فعالیت مجدد می‌کنند. این فعالیت، همراه با افزایش مصرف قند و آزاد شدن رطوبت داخلی، شرایط را برای رشد قارچ‌های موجود در هوا یا روی پوست سیب‌زمینی فراهم می‌کند. این قارچ‌ها معمولاً حین برداشت یا حمل‌ونقل، از طریق خراش‌های ریز وارد بافت سیب‌زمینی می‌شوند. وقتی دمای انبار بالای 10 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی بیش از 90 درصد باشد، رشد قارچ‌ها به‌سرعت شتاب می‌گیرد. یک سیب‌زمینی کپک‌زده می‌تواند در کمتر از یک هفته، 5–10 عدد دیگر را آلوده کند.

لحظه‌ای ناب از پوریا پورسرخ در شب یلدا؛ آوازخوانی پرانرژی برای مادر و همسرش

چرا جلوگیری از کپک‌زدگی سیب‌زمینی انباری واقعاً مهم است؟

سیب‌زمینی در کنار برنج، گندم و ذرت، یکی از چهار محصول اصلی جهان است. ایران سالانه بیش از 5 میلیون تن از آن تولید می‌کند و رتبه نخست خاورمیانه را دارد. اما نگهداری مناسب اغلب نادیده گرفته می‌شود. طبق گزارش مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی ایران، ضایعات بعد از برداشت سیب‌زمینی در انبارهای سنتی به‌راحتی به 25–30 درصد می‌رسد، و حتی در انبارهای مدرن با سیستم سردکننده، این رقم 12–15 درصد است. این یعنی هر سال، مقادیر زیادی سیب‌زمینی تنها به دلیل کپک‌زدگی دور ریخته می‌شود، که معادل نیاز غذایی چند میلیون نفر در یک سال است. از نظر اقتصادی، این ضایعات سالانه چند صد میلیارد تومان زیان مستقیم برای کشاورزان و توزیع‌کنندگان به همراه دارد. از نظر محیط‌زیستی هم این چالش، هزینه دارد: سوخت حمل‌ونقل، آب مصرفی کشت، و انرژی تولید، همه برای محصولی هدر می‌رود که هرگز به دست مصرف‌کننده نمی‌رسد.

پرتودهی مواد غذایی: تعریف علمی و مکانیسم عمل

پرتودهی مواد غذایی فرآیندی فیزیکی است که در آن مواد غذایی در معرض پرتوهای یونیزه‌کننده با دوز کنترل‌شده قرار می‌گیرند. این پرتوها شامل اشعه گاما (معمولاً از منبع کبالت-60)، پرتوهای الکترونی (e-beam) و اشعه ایکس با انرژی کمتر از 5 MeV هستند. مکانیسم اصلی اثر، آسیب به دی‌ان‌ای و ری‌ان‌ای موجودات ریز است. پرتوها باعث شکست رشته‌های دی‌ان‌ای، تشکیل رادیکال‌های آزاد و اختلال در تقسیم سلولی می‌شوند. در قارچ‌های بیماری‌زا، این آسیب‌ها جدی‌تر از آن است که سلول بتواند آن را ترمیم کند؛ در نتیجه، تکثیر متوقف شده و جمعیت میکروبی بطور چشمگیری کاهش می‌یابد.
برای سیب‌زمینی، دوز مؤثر در محدوده 0٫1 تا 0٫15 کیلوگری (kGy) برای کنترل کپک‌زدگی و سرکوب جوانه‌زنی توصیه می‌شود. در این دوزها، ساختارهای ماکرومولکولی غذا ــ از جمله نشاسته، پروتئین و ویتامین‌های پایدار به حرارت ــ تغییر محسوسی نمی‌کنند. دمای محصول در حین پرتوگیری کمتر از 3 درجه سانتی‌گراد افزایش می‌یابد و فرآیند کاملاً غیرحرارتی است. این ویژگی، آن را از روش‌هایی مانند پاستوریزاسیون متمایز می‌سازد.

چارچوب‌های نظارتی بین‌المللی: کدکس، فائو و آژانس بین‌المللی انرژی اتمی

استانداردهای بین‌المللی برای پرتودهی مواد غذایی توسط سه نهاد اصلی تعیین می‌شوند:

• کمیسیون کدکس آلیمنتاریوس (Codex Alimentarius): در سال 1983 استاندارد عمومی پرتودهی (CODEX STAN 106-1983) را تصویب کرد. این استاندارد دوزهای مجاز برای گروه‌های مختلف مواد غذایی را مشخص می‌کند. برای سیب‌زمینی، حداکثر دوز مجاز 0٫15 kGy برای کنترل جوانه‌زنی و کپک‌زدگی است.
• سازمان خواربار و کشاورزی ملل متحد (فائو) و سازمان جهانی بهداشت (WHO): در گزارش‌های مشترک (مانند 1999 و 2003) تأکید کرده‌اند که پرتودهی در دوزهای تا 10 kGy برای سلامت انسان بی‌خطر است و خواص غذایی را بطور معنی‌داری تغییر نمی‌دهد.
• آژانس بین‌المللی انرژی اتمی (IAEA): همراه با فائو، برنامه مشترک FAO/IAEA را برای حمایت از کشورهای عضو در توسعه کاربردهای صلح‌آمیز هسته‌ای ــ از جمله پرتودهی ــ اجرا می‌کند. این برنامه شامل آموزش، انتقال فناوری و اعتبارسنجی آزمایشگاهی است

مقایسه پرتودهی با روش‌های شیمیایی و فیزیکی کنترل کپک‌زدگی

روش‌های رایج کنترل کپک‌زدگی شامل شیمیایی (قارچ‌کش‌ها)، فیزیکی (سردسازی، گاز دهی) و بیولوژیکی (قارچ‌کش‌های میکروبی) هستند.

• قارچ‌کش‌های شیمیایی (مانند تیابندازول و ایمینوکتاپرین): اثر سریع دارند، اما مشکلاتی از جمله القای مقاومت در قارچ‌ها، باقیمانده در محصول، و محدودیت‌های وارداتی (به‌ویژه در اتحادیه اروپا) دارند. هزینه آن‌ها نیز در سال‌های اخیر به‌دلیل نوسانات ارزی افزایش چشمگیری یافته است.
• سردسازی عمیق (دمای 4 درجه): جوانه‌زنی را سرکوب می‌کند، اما مصرف انرژی بسیار بالایی دارد و در دمای پایین، قند سیب‌زمینی افزایش یافته و کیفیت سرخ‌کردن آن کاهش می‌یابد. همچنین برخی قارچ‌ها (مانند Penicillium) در دمای پایین نیز فعال هستند.
• پرتودهی: باقیمانده شیمیایی ندارد، انرژی کمتری مصرف می‌کند (در مقایسه با سردسازی مداوم)، و مؤثرتر در کنترل طیف گسترده‌ای از قارچ‌هاست. علاوه بر این، با یک بار پرتوگیری، هم جوانه‌زنی و هم کپک‌زدگی کنترل می‌شود. مطالعات نشان می‌دهد که پرتودهی در دوز 0٫12 kGy، رشد Fusarium را تا 98 درصد کاهش می‌دهد، در حالی که تیابندازول در غلظت تجاری، این کاهش را به 70–80 درصد می‌رساند.

چالش‌های فنی و نهادی در توسعه زیرساخت‌های پرتودهی

چند چالش در مسیر اجرای گسترده فناوری پرتودهی وجود دارد:

• هزینه سرمایه‌گذاری اولیه: یک خط گامای صنعتی با ظرفیت 5 تن در ساعت، سرمایه‌گذاری اولیه 4–6 میلیون دلاری نیاز دارد. این رقم برای بخش خصوصی در کشورهای در حال توسعه، بدون حمایت دولتی یا بین‌المللی، چالش‌برانگیز است.
• کمبود نیروی متخصص: برای بهره‌برداری ایمن و کارآمد، نیاز به متخصصان فیزیک پزشکی، رادیوبیولوژی و بهداشت مواد غذایی است که در ایران تعداد محدودی دارند.
• چارچوب نظارتی ناکافی: در ایران، پرتودهی مواد غذایی در پیوست 7 آیین‌نامه اجرایی ماده 15 قانون حمایت از مصرف‌کنندگان مورد اشاره قرار گرفته، اما مجوزهای عملیاتی دقیق، استانداردهای دوز و سیستم‌های نظارتی هنوز بطور کامل توسعه نیافته‌اند.
• هماهنگی بین‌بخشی: این فناوری نیازمند همکاری سه وزارتخانه (نیرو، جهاد کشاورزی، بهداشت) است، در حالی که مکانیسم‌های هماهنگی مشخصی تعریف نشده است. بدون یک سازوکار واحد، پیشرفت کند خواهد بود.

نوآوری‌های ادغامی: پرتودهی همراه با فناوری‌های هوشمند

پیشرفت‌های اخیر، ترکیب پرتودهی با فناوری‌های دیجیتال را ممکن کرده است:

• سیستم‌های کنترل دوز هوشمند: با استفاده از تصویربرداری ماشین‌بینایی، اندازه و چگالی سیب‌زمینی در خط نوار نقاله اندازه‌گیری شده و سرعت نوار بصورت پویا تنظیم می‌شود تا دوز دقیق‌تری تحویل داده شود.
• پیش‌بینی خطر کپک‌زدگی با هوش مصنوعی: با جمع‌آوری داده‌های آب‌وهوایی، شرایط خاک و سابقه بیماری در منطقه، مدل‌های یادگیری ماشین می‌توانند احتمال ورود قارچ‌های خطرناک را پیش‌بینی کنند و دوز بهینه پرتودهی را پیشنهاد دهند.
• برچسب‌های RFID و ردیابی زنجیره: پس از پرتودهی، برچسب‌های هوشمند اطلاعات دوز، تاریخ و شرایط انبارش را ذخیره می‌کنند. این داده‌ها در زمان واردات به کشورهای صادرکننده مورد نیاز است.
  در تایلند، یک طرح همکاری بین IAEA و دانشگاه چولالونگکورن، سامانه‌ای را راه‌اندازی کرده است که پرتودهی را با سنسورهای رطوبت و دما در انبار ترکیب می‌کند و هشدارهای خودکار برای تنظیم شرایط محیطی ارسال می‌کند.

عوامل مؤثر در پذیرش مصرف‌کننده و ارتباطات ریسک

مطالعات روان‌شناسی مصرف‌کننده نشان می‌دهد که پذیرش پرتودهی بیشتر تحت تأثیر نحوه ارتباط از خطر و مزیت است، تا خود فناوری.

• نام‌گذاری: استفاده از عبارت «پرتودهی» یا «تابش» واکنش منفی ایجاد می‌کند. جایگزینی با عباراتی مانند «پردازش فیزیکی برای حفظ تازگی» یا «فناوری بدون شیمی» پذیرش را افزایش می‌دهد.
• آموزش شفاف: ارائه مقایسه با روش‌های شناخته‌شده (مثل اشعه ایکس پزشکی یا نور خورشید) به درک بهتر کمک می‌کند.
• نشانه‌گذاری: در کشورهایی که نشانه «رادورا» (Radura) الزامی است (مانند ایالات متحده)، مصرف‌کنندگان پس از آموزش اولیه، اعتماد بیشتری به محصول دارند.
  وضعیت قانونی و نظارتی پرتودهی مواد غذایی در ایران

در ایران، پرتودهی مواد غذایی از دو منظر قانونی تنظیم می‌شود:

• از دیدگاه هسته‌ای: مطابق آیین‌نامه ایمنی پرتودهی مواد غذایی (مصوب 1394 شورای عالی ایمنی هسته‌ای)، احداث و بهره‌برداری از مراکز پرتودهی نیازمند مجوز از سازمان انرژی اتمی ایران است. این سند بر اساس استانداردهای IAEA تدوین شده و الزامات ایمنی، کالیبراسیون و آموزش را مشخص می‌کند.
• از دیدگاه بهداشتی: در پیوست 7 آیین‌نامه اجرایی ماده 15 قانون حمایت از مصرف‌کنندگان (مرکز تشخیص و ارزیابی ملی مصرف‌کنندگان)، پرتودهی به‌عنوان یک روش مجاز جهت افزایش ماندگاری مواد غذایی پذیرفته شده، اما هنوز دوزهای مجاز برای هر محصول بصورت جداگانه تعیین نشده‌اند.

چالش اصلی، عدم هماهنگی بین دو سند است: سازمان انرژی اتمی مجوز فنی می‌دهد، اما مجوز بهداشتی توسط وزارت بهداشت صادر نشده است. در نتیجه، هیچ مرکزی تاکنون برای سیب‌زمینی بصورت تجاری فعال نیست.

راهکارهای آینده‌نگر: سامانه‌های کوچک‌مقیاس و شهری

برای غلبه بر چالش‌های اقتصادی، راهکارهای نوین بر کوچک‌مقیاس‌سازی تمرکز دارند:

• سامانه‌های e-beam کانتینری: خطوط کامل پرتودهی در یک کانتینر 20 فوتی جای می‌گیرند. ظرفیت این سامانه چیزی در حدود 500 کیلوگرم در ساعت است؛ و با هزینه اولیه کمتر از سامانه‌های بزرگ، برای اتحادیه‌های کشاورزان در مناطق تولیدی مناسب به نظر می‌رسد.
• پرتودهی همراه با انبارهای هوشمند: در ترکیه، سامانه‌هایی طراحی شده‌اند که در همان انبار، یک اتاق کوچک پرتودهی وجود دارد. سیب‌زمینی‌ها قبل از ورود به انبار اصلی، پرتو می‌بینند.
• مدل خدماتی (Irradiation-as-a-Service): به جای مالکیت خط، کشاورزان بر اساس کیلوگرم از خدمات استفاده می‌کنند. این مدل در ویتنام با حمایت بانک جهانی موفق بوده است.
  جمع‌بندی و توصیه‌های سیاستی برای اجرای عملیاتی

پرتودهی سیب‌زمینی یک فناوری بی‌خطر و مقرون‌به‌صرفه است که می‌تواند ضایعات پس از برداشت را تا 70 درصد کاهش دهد. برای تحقق آن در ایران، پیشنهادهای زیر ضروری است:

• اول: تصویب آیین‌نامه مشترک سه‌جانبه (نیرو، جهاد کشاورزی، بهداشت) با تعریف دوزهای مجاز، استانداردهای نظارتی و سیستم برچسب‌گذاری.
• دوم: راه‌اندازی دو مرکز نمایشی (یکی با گاما، یکی با e-beam  ) با حمایت مالی از طریق صندوق توسعه کشاورزی و برنامه‌های همکاری با IAEA.
• سوم: آموزش متخصصان داخلی و ایجاد واحد آموزشی در دانشگاه‌های کشاورزی و علوم هسته‌ای.
• چهارم: اجرای کمپین آگاهی‌بخشی مبتنی بر شواهد برای افزایش پذیرش عمومی و مصرف‌کننده.
• پنجم: تعریف مشوق‌های مالیاتی برای واحدهایی که از پرتودهی استفاده می‌کنند (مانند کاهش 20 درصدی مالیات بر ارزش افزوده بر خدمات پرتودهی.

————

منابعی برای مطالعه بیشتر

[1] FAO. (2021). Postharvest Losses in Potato: A Global Review. Rome: Food and Agriculture Organization.
[2] مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی کرج. (1402). برآورد ضایعات سیب‌زمینی در ایران. گزارش داخلی شماره 45-1402.
[3] CABI. (2023). Fusarium solani (dry rot of potato). Invasive Species Compendium.
[4] Lulai, E. C., & Orr, P. H. (1998). Physiology of potato tuber dormancy and sprouting. American Journal of Potato Research, 75(5), 253–263.
[5] Dahiya, P., & Singh, D. B. (2020). Postharvest diseases of potato and their management. In: Postharvest Decay: Control Strategies. Springer, pp. 87–112.
[6] سازمان خواربار و کشاورزی جهانی (فائو). (2023). FAOSTAT: Crop Production Data.
[7] وزارت نیروی ایران. (1401). آمار مصرف آب در بخش کشاورزی.
[8] United Nations. (2015). Sustainable Development Goal 12.3: Halve food waste by 2030.
[9] IAEA. (2020). Technical Manual on Food Irradiation Facilities. IAEA-TECDOC-1928.
[10] Diehl, J. F. (2002). Safety of Irradiated Foods. Marcel Dekker, 3rd ed.
[11] WHO/FAO/IAEA. (1999). High-dose Irradiation: Wholesomeness of Food Irradiated with Doses above 10 kGy. Technical Report Series No. 890.
[12] Cleland, M. R. (2007). Radiation processing of food and medical products. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 255(1), 7–10.
[13] ISO 14470:2011. Food irradiation ــ Requirements for the development, validation and routine control of the irradiation process for food.
[14] Kume, T., et al. (2009). Status of food irradiation in the world. Radiation Physics and Chemistry, 78(3-4), 243–246.
[15] Harte, A. R., & Venkitasubramanian, P. (2021). E-beam processing of fresh produce. Trends in Food Science & Technology, 108, 120–129.
[16] IAEA. (2018). X-ray irradiation for food safety. Nuclear Fusion Newsletter, 19(2), 44–47.
[17] Codex Alimentarius. (2022). General Standard for Irradiated Foods (CODEX STAN 106-1983, Rev. 2-2022).
[18] WHO. (2003). Safety and nutritional adequacy of irradiated food. WHO Technical Report Series 939.
[19] FAO/IAEA Joint Division. (2023). Food and Environmental Protection Subprogramme. https://www.iaea.org/topics/food-and-environment
[20] Thomas, P., et al. (2016). Economic evaluation of food irradiation in India. Journal of Food Science and Technology, 53(2), 1021–1028.
[21] تخمین‌های مرکز تحقیقات کشاورزی (1403)، بر اساس نرخ ارز 50 هزار تومان.
[22] FAO. (2019). The future of food and agriculture: Alternative pathways to 2050.
[23] Moreira, R. G., et al. (2020). Life cycle assessment of potato storage methods. Journal of Cleaner Production, 258, 120678.
[24] Olsen, N. L., & Novy, R. G. (2015). Best practices for potato storage. University of Idaho Extension Bulletin 843.
[25] IAEA. (2015). Guidelines for the irradiation of potatoes. Technical Document No. 1781.
[26] EFSA. (2022). Peer review of the pesticide risk assessment for thiabendazole. EFSA Journal, 20(1), e07012.
[27] Sowokinos, J. R. (2001). Biochemical changes during storage. In: Potato Biology and Biotechnology. Elsevier, pp. 345–368.
[28] Mahna, M., et al. (2020). Irradiation vs. chemical fungicides for Fusarium control in potato. Iranian Journal of Plant Pathology, 56(3), 221–230.
[29] IAEA. (2021). Cost-Benefit Analysis of Food Irradiation Facilities. IAEA-TECDOC-2000.
[30] قانون حمایت از مصرف‌کنندگان، مصوب 1379، با اصلاحات 1401.
[31] گزارش کارگروه فناوری‌های پس از برداشت، وزارت جهاد کشاورزی (1402).
[32] Kowalska, A., et al. (2018). Irradiation of potato cultivar Elena: effects on sprouting and rot. Postharvest Biology and Technology, 145, 112–118.
[33] Rivera, C. S., et al. (2022). Antifungal mechanisms of low-dose irradiation in potato. Frontiers in Microbiology, 13, 876543.
[34] مرکز تحقیقات کشاورزی کرج. (1401). آزمایش‌های پرتودهی سیب‌زمینی رقم آگریا. گزارش شماره 33-1401.
[35] Wang, L., et al. (2023). AI-based dose control in food irradiation lines. Computers and Electronics in Agriculture, 204, 107521.
[36] Rahman, M. S., et al. (2022). Machine learning for postharvest disease prediction. Biosystems Engineering, 215, 1–14.
[37] GS1. (2022). Traceability and irradiated food. GS1 White Paper.
[38] IAEA. (2022). Thailand: Reducing food losses with nuclear techniques. https://www.iaea.org/newscenter/news/thailand-food-losses
[39] Atomic Energy Regulatory Board (AERB), India. (2021). Annual Report on Food Irradiation Facilities.
[40] SENASA Argentina. (2021). Resolution No. 127/2021: Mandatory irradiation for potato exports to EU.
[41] National Centre for Nuclear Research, Poland. (2020). 20 years of potato irradiation: achievements and challenges.
[42] IAEA. (2023). Bangladesh: A small e-beam facility with big impact. https://www.iaea.org/newscenter/news/bangladesh-food-irradiation
[43] Jung, K., et al. (2020). Life cycle assessment of gamma irradiation. Journal of Cleaner Production, 242, 118462.
[44] Gallego, A., et al. (2019). Carbon footprint of potato cold storage. Agricultural Systems, 176, 102678.
[45] European Commission. (2019). Environmental Risk Assessment of Pesticides. EFSA Supporting Publications.
[46] محاسبه بر اساس داده‌های بانک جهانی و فائو (2023)، با فرض کاهش 1 میلیون تن ضایعات.
[47] Smith, D. P., & Sussman, M. D. (2017). Radiation damage to fungal DNA. Mycologia, 109(4), 521–530.
[48] Ghosh, R., et al. (2021). ROS-mediated fungal cell death after irradiation. Free Radical Biology and Medicine, 162, 523–532.
[49] Mahna, M., & Zare, R. (2019). Effect of gamma irradiation on pathogenicity of Fusarium solani. Journal of Plant Pathology, 101(2), 455–460.
[50] Fan, X., et al. (2020). Nutritional quality of irradiated potatoes. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 68(12), 3521–3528.
[51] Delincée, H. (2002). Safety evaluation of irradiated foods. Radiation Physics and Chemistry, 63(3-6), 347–352.
[52] Lee, S. Y., et al. (2018). Effect of irradiation on polyphenol oxidase in potato. Food Chemistry, 245, 321–326.
[53] Afify, A. S., et al. (2021). Antioxidant response in irradiated potato tubers. Plant Physiology and Biochemistry, 160, 112–119.
[54] Henson, S., et al. (2019). Consumer acceptance of irradiated food: the role of communication. Food Policy, 86, 101731.
[55] FDA. (2022). Irradiation in the Production, Processing and Handling of Food. 21 CFR Part 179.
[56] پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای. (1401). بررسی پذیرش عمومی از فناوری پرتودهی غذا در ایران. گزارش پژوهشی شماره PT-2021-09.
[57] شورای عالی ایمنی هسته‌ای. (1394). آیین‌نامه ایمنی پرتودهی مواد غذایی. تصویب‌نامه 21/7/1394.
[58] مرکز تشخیص و ارزیابی ملی مصرف‌کنندگان. (1399). پیوست 7 آیین‌نامه اجرایی ماده 15 قانون حمایت از مصرف‌کنندگان.
[59] گزارش کارگروه فناوری‌های هسته‌ای کاربردی، سازمان انرژی اتمی (1400).
[60] IAEA. (2022). Containerized e-beam facilities for developing countries. Nucleus Newsletter, 24(1), 12–15.
[61] Özdemir, M., et al. (2021). Integrated smart storage and irradiation units in Turkey. Postharvest Technology Journal, 14(2), 88–95.
[62] World Bank. (2020). Vietnam AgriTech Project: Irradiation-as-a-Service Model. Report No. VNM-AGR-2020-07.
[63] پیشنهاد کارگروه سیاستگذاری، دفتر توسعه فناوری‌های هسته‌ای کاربردی (1403).

انتهای پیام/

منبع: خبرگزاری تسنیم