Green Disinfestation Strategies for Different Stored Grains: Microwave, Infrared and Ultrasound Inactivation of the Red Flour Beetle (Tribolium castaneum Herbst)

كل عام، يسرق لص صامت من الإمدادات الغذائية في العالم. فقبل وقت طويل من وصول حبة القمح أو العدس إلى المطبخ، تكون عرضة للحشرات التي تعيش وتتكاثر داخل المحاصيل المخزنة. ومن بين أكثر هذه الآفات استمراراً هي خنفساء الدقيق الحمراء، وهي حشرة صغيرة تزدهر في المستودعات والصوامع، وتتغذى على الحبوب وتترك وراءها فضلات تفسد طعم الغذاء ورائحته وسلامته. لعقود من الزمن، كان الدفاع القياسي ضد هذه الآفات هو التبخير الكيميائي، وهي عملية تملأ مناطق التخزين بغازات سامة لقتل الحشرات. ومع ذلك، أصبح هذا النهج أقل جدوى؛ فقد طورت العديد من مجموعات الحشرات مقاومة لهذه المواد الكيميائية، كما أن البقايا التي تترك خلفها تشكل مخاطر على صحة الإنسان والتجارة الدولية. وبينما يسعى العالم لإيجاد طرق أكثر أماناً ونظافة لحماية الغذاء، يتجه العلماء إلى القوى الفيزيائية — الحرارة والصوت — للقيام بهذه المهمة دون سموم.

في دراسة حديثة، شرع الباحثون في اختبار ثلاث طرق فيزيائية محددة ضد خنفساء الدقيق الحمراء عبر خمسة أنواع مختلفة من الحبوب المخزنة: القمح، والبرغل، والحنطة السوداء، والعدس، والحمص. أراد الفريق، الذي يتخذ من جامعة غازي عنتبيب مقراً له، معرفة ما إذا كان بإمكانهم قتل الخنافس باستخدام الموجات الدقيقة (الميكروويف)، والأشعة تحت الحمراء، والموجات فوق الصوتية، مع الحفاظ على سلامة الحبوب للأكل. لم يكتفوا بمراقبة ما إذا كانت الحشرات قد ماتت فحسب، بل قاموا بدقة بقياس كيفية تغيير هذه المعالجات لرطوبة الحبوب ولونها ودرجة حرارتها. كان الهدف هو إيجاد توازن حيث يتم القضاء على الآفة، ولكن يظل الغذاء عالي الجودة.

كانت الطريقة الأولى المختبرة هي الموجات الدقيقة (الميكروويف). تعمل هذه التكنولوجيا عن طريق جعل جزيئات الماء داخل الحبوب والحشرة تهتز بسرعة، مما يولد حرارة من الداخل إلى الخارج. عرض الباحثون عينات من الحبوب التي تحتوي على الخنافس لطاقة الموجات الدقيقة عند مستويات قدرة مختلفة، تتراوح من 360 إلى 900 واط، لفترات زمنية قصيرة تتراوح بين 10 و40 ثانية. كانت النتائج سريعة بشكل مذهل؛ فعند أعلى إعدادات القدرة، ماتت الخنافس تماماً خلال 30 إلى 40 ثانية. كانت الحرارة المتولدة شديدة، حيث رفعت درجة حرارة الحبوب بمقدار يصل إلى 90 درجة مئوية في بعض الحالات. وبينما كان هذا التسخين السريع فعالاً للغاية في قتل الحشرات، إلا أنه تسبب أيضاً في فقدان الحبوب لبعض رطوبتها. وجد الباحثون أنه كلما زادت مدة تعرض الحبوب وزادت القدرة، أصبحت الحبوب أكثر جفافاً. وبالرغم من تأثير التجفيف هذا، تغير المظهر البصري للحبوب بشكل طفيف جداً، مما يشير إلى أن الطعام سيظل مقبولاً للمستهلكين.

تضمن النهج الثاني الإشعاع تحت الأحمر، الذي يسخن سطح الأجسام تماماً كما تدفئ الشمس الجلد. في هذا الجزء من الدراسة، وُضعت عينات الحبوب تحت سخان الأشعة تحت الحمراء وعُرضت لدرجات حرارة 50 و70 و90 درجة مئوية لفترات تتراوح بين ثلاث إلى خمس دقائق. وخلافاً للموجات الدقيقة، التي تسخن داخل الحبوب بسرعة، قامت طريقة الأشعة تحت الحمراء بتدفئة السطح بشكل تدريجي أكثر. ماتت الخنافس بمعدل يعتمد بشدة على درجة الحرارة وطول فترة التعرض. وعند درجة 90 مئوية، تم القضاء على الحشرات تمامًا بعد حوالي أربع دقائق. أدت هذه الطريقة أيضاً إلى تجفيف الحبوب، لكن الباحثين لاحظوا أن لون الطعام ظل مستقراً بشكل ملحوك. لم تتحول الحبوب إلى اللون البني أو تبدو محترقة، حتى بعد موت الخنافس. وهذا يشير إلى أن التسخين بالأشعة تحت الحمراء يمكن أن يكون وسيلة لطيفة لتطهير الحبوب الحساسة للتغيرات في المظهر.

أما الطريقة الثالثة فكانت الموجات فوق الصوتية، والتي تستخدم موجات صوتية عالية التردد لخلق إجهاد ميكانيكي وفقاعات صغيرة يمكن أن تسبب ضرراً للخلايا الحية. وضع الباحثون الحبوب والخنافس في أكياس "زيپلوك"، والتي غُمست بعد ذلك في حمام من الموجات فوق الصوتية عند درجات حرارة 50 و70 و90 درجة مئوية. استغرقت هذه العملية وقتاً أطول بكثير من الطريقتين الأخريين، حيث تطلبت فترات تعرض تتراوح بين 10 و30 دقيقة. عند درجة الحرارة المنخفضة 50 درجة، لم تكن الموجات فوق الصوتية وحدها كافية لقتل الخنافس، حتى بعد وقت طويل. ومع ذلك، عندما رُفعت درجة الحرارة إلى 70 أو 90 درجة، أصبح الجمع بين الصوت والحرارة مميتاً، مما أدى لقتل جميع الحشرات في غضون 20 إلى 30 دقيقة. كانت ميزة هذه الطريقة هي أنها سببت أقل قدر من التغيير في الحبوب نفسها؛ حيث ظلت نسبة الرطوبة ولون الحبوب المعالجة قريبة جداً من حالتها الأصلية، مما يجعلها خياراً واعداً للحفاظ على جودة الطعام، شريطة أن يمكن تسريع هذه العملية للاستخدام على نطاق واسم.

كان أحد النتائج الرئيسية للدراسة هو أن الحبوب لم تتفاعل جميعها بنفس الطريقة مع هذه المعالجات؛ إذ كان الهيكل الفيزيائي للحبة أمراً مهماً. فالحبوب الأصغر والأخف مثل الحنطة السوداء والعدس امتصت الطاقة من الموجات الدقيقة وسخانات الأشعة تحت الحمراء بكفاءة أكبر، مما أدى إلى تسخين أسرع وموت أسرع للحشرات. وفي المقابل، تطلبت الحبوب الأكثر كثافة مثل القمح والحمص فترات تعرض أطول للوص_ل إلى نفس درجات الحرارة القاتلة. يسلط هذا الاختلاف الضوء على أن إعداداً واحداً لا يمكن أن يعمل مع كل نوع من أنواع الطعام؛ إذ يجب تخصيص المعالجة لنوع الحبوب المراد حمايته.

حلل الباحثون أيضاً العلاقة بين ظروف المعالجة والنتيجة. ووجدوا أنه بالنسبة لكل من الموجات الدقيقة والحرارة تحت الحمراء، كانت درجة الحرارة التي تم الوصول إليها ومدة التعرض هما العاملين الأكثر حسمًا في قتل الخنافس. كان هناك ارتباط واضح بين مدى سخونة الحبوب وعدد الحشرات الميتة. وأكدت الدراسة أيضاً أنه بينما تعد هذه الطرق الفيزيائية فعالة، إلا أنها تغير الحبوب قليلاً. فقد قللت الموجات الدقيقة والحرارة تحت الحمراء من محتوى الرطوبة، وهو ما قد يؤثر على كيفية تخزين الحبوب أو معالجتها لاحقاً. ومع ذلك، كانت التغيرات في اللون ضئيلة عبر جميع الطرق، مما يعني أن الطعام لن يبدو تالفاً أو غير جذاب.

في الختام، تُظهر الدراسة أنه من الممكن القضاء على خنفساء الدقيق الحمراء دون استخدام السموم الكيميائية. تقدم كل من الطرق الثلاث المختبرة مجموعة مختلفة من المقايضات؛ فالموجات الدقيقة هي الأسرع، حيث تقتل الحشرات في ثوانٍ ولكنها تخاطر بالجفاف السريع. وتوفر الحرارة تحت الحمراء تسخيناً أكثر توازناً يحافظ على مظهر الحبوب ولكنه يتطلب بضع دقائق من التعرض. أما الموجات فوق الصوتية فهي الألطف على جودة الحبوب ولكنها تستغرق أطول وقت وتحتاج إلى درجات حرارة عالية لتكون فعالة. ويخلص الباحثون إلى أن هذه التقنيات هي بدائل قابلة للتطبيق للتبخير الكيميائي، لكن نجاحها يعتمد على ضبط الإعدادات بعناية لكل نوع محدد من الحبوب. ومن خلال مطابقة القوة الفيزيائية المناسبة مع الطعام المناسب، قد يكون من الممكن تأمين إمدادات الحبوب العالمية ضد الآفات مع الحفاظ على سلامة ونظافة الغذاء وخلوه من البقايا الكيميائية.