Использование g-излучения для холодной стерилизации многокомпонентных продуктов, готовых к употреблению

В настоящее время во всём мире усиливается интерес к использованию радиационных технологий для обработки сельскохозяйственного сырья и пищевой продукции [1-5]. Для многих из них продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (ФАО) и Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) одобрили использование ионизирующего излучения в целях обеспечения микробиологической безопасности [5, 6]. Отдельную проблему составляет радиационная обработка многокомпонентных продуктов питания, готовых к употреблению, в частности рыбных пресервов. Эта продукция не подвергается термической стерилизации, в связи с чем возрастает угроза развития микробиологического заражения и сокращаются сроки безопасного хранения. Микрофлора пресервов состоит не только из микроорганизмов рыбы и специй, но и потенциально опасных микробов, которые могут попадать в продукцию в процессе

Полякова И.В.* – мл. научн. сотр.; Кобялко В.О. – зав. лаб., к.б.н.; Саруханов В.Я. – ст. научн. сотр., к.б.н.; Козьмин Г.В. – вед. научн. сотр., к.б.н.; Санжарова Н.И. – директор, чл.-корр. РАН, д.б.н., проф. ФГБНУ ВНИИРАЭ. Лыков И.Н. – директор института естествознания, д.б.н., проф. КГУ им. К.Э. Циолковского.

изготовления при нарушении санитарных правил организации производства. Предотвращение порчи продукции обеспечивается обработкой рыбы раствором поваренной соли (посол) и добавлением антисептиков (бензойнокислый натрий, сорбиновая кислота) на конечной стадии изготовления [7]. Метод холодной стерилизации пищевых продуктов, основанный на радиационной обработке, является наиболее эффективной альтернативой. В этом случае облучённые продукты не загрязняются остаточными количествами вредных химических соединений, а термическое разрушение органического материала отсутствует. В целом, радиационные технологии позволяют заменить или резко снизить использование пищевых консервантов, фумигантов и других химических препаратов.

Эффективность использования ионизирующих излучений для инактивации микроорганизмов зависит от величины суммарной поглощённой дозы и её мощности. Облучение в разных дозах значительно снижает количество неспорообразующих патогенных и условно патогенных бактерий. Так, полная гибель неспорообразующих микроорганизмов, в том числе бактерий кишечной группы, происходит при дозах 0,2-3 кГр, а плесневых грибов – 2-5 кГр. Однако, облучение в дозе более 5 кГр хотя и гарантирует подавление жизнедеятельности этих микроорганизмов, но может существенно повлиять на сенсорные и физико-химические показатели многокомпонентных пищевых продуктов, которыми являются рыбные пресервы [8-10].

Для разработки эффективной и безопасной технологии облучения рыбных пресервов необходимо комплексное изучение последствий воздействия на данный вид продукции радиационной обработки в разных дозах, с учётом всех основных показателей, характеризующих её качество и безопасность.

Целью настоящего исследования является определение оптимальных доз облучения рыбных пресервов, обеспечивающих эффективное подавление жизнедеятельности микроорганизмов и не приводящее к потере качества облучённой продукции.

Материалы и методы

В эксперименте использовались рыбные пресервы, которые были изготовлены по стандартной технологии [11] с последующей расфасовкой в пластиковую тару, заливкой подсолнечным маслом и герметичной упаковкой. Вся свежеприготовленная продукция была разделена на 5 частей по 20 банок (вес одной банки 0,2 кг) и подвергнута воздействию γ-излучения в дозах 0; 0,5; 1,5; 3,0 и 6,0 кГр. Радиационная обработка выполнялась в пенопластовых контейнерах с термоэлементами, обеспечивающими стандартные условия хранения данного вида продукции при t=0±3 °С.

Облучение рыбных пресервов проводили на опытно-промышленной γ-установке КСВ-500, заряженной источниками типа ГИК с радиоактивным изотопом 60Со активностью до 11,1⋅109 МБк с цилиндрической рабочей камерой (Обнинский филиал ОАО ГНЦ «Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова»).

В процессе облучения проводили периодическое измерение мощности поглощённой дозы, в среднем составлявшей 1,5 Гр/с. Погрешность рабочих дозиметров при измерении поглощённой дозы (ПД) не превышала 10-12% при доверительной вероятности 0,95. Дозиметрические измерения выполняли с использованием метода химической дозиметрии приборами ДФС-0,004/0,04 и ДФКС. В технологическом процессе также применяли цветовые индикаторы радиационной обработки в виде пленочных цветовых дозиметров типа ЦВИД.

В течение часа после облучения обработанная продукция была помещена в промышленный холодильник для последующего хранения при t – 0±3 °С согласно ТУ [11]. Образцы исследовались сразу и через 30, 60, 90 и 120 сут после радиационной обработки. Из контрольных и облучённых в разных дозах банок с рыбными пресервами отбирались пробы для определения сенсорных (органолептических), физико-химических и микробиологических показателей, которые проводили в соответствии с нормативными документами [12-23].

Результаты и обсуждение

В контрольных пробах, отобранных из партии рыбных пресервов, характеризующих состояние продукции до радиационной обработки, органолептические и физико-химические показатели соответствовали нормативу на данный вид продукции. Подсолнечное масло заливки в контрольных образцах во все сроки исследования было прозрачное, с характерным запахом и без посторонних примесей. Определение его жирно-кислотного состава зафиксировало незначительные отклонения от нормативных значений в содержании пальмитолеиновой, стеариновой и арахиновой кислот. Уровень гистамина в мясе рыбы составлял 13,7 мг/кг (при нормативе не более 100 мг/кг). Общее количество дрожжей достигало – 2·103, а плесеней – 5·102 КОЕ в 0,1 см3, и превышало нормативные значения в 20 и 50 раз соответственно. В исследуемых образцах рыбной продукции отсутствовали такие патогенные микроорганизмы как сальмонеллы, бактерии группы кишечной палочки (БГКП), листерии, стафилококки и сульфитредуцирующие клостридии. Количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (МАФАМ) находилось на уровне 4,5·103 КОЕ в 1 см3 и нормативных значений не превышало.

Исследование состояния облучённых рыбных пресервов, выполненное в течение первых суток после радиационной обработки, не выявило изменений сенсорных и физико-химических показателей по сравнению с контролем. Количества МАФАМ, плесеней и дрожжей уменьшались во всех пробах облучённых пресервов в зависимости от дозы (рис. 1).

Доза, кГр

Рис. 1. Зависимость обсеменённости исследуемого продукта от дозы ионизирующего излучения.

При дозе 6 кГр регистрировали максимальное снижение микробиологических показателей. Это согласуется с данными по радиочувствительности большинства патогенных микроорганизмов, для которых ЛД 50 находится в интервале от 0,5 до 7 кГр [7].

Жирнокислотный состав подсолнечного масла заливки в целом после радиационной обработки продукции в дозах до 6 кГр изменялся незначительно, но содержание стеариновой кислоты было увеличено при всех дозах облучения (рис. 2).

% 3

Доза, кГр

Рис. 2. Зависимость содержания стеариновой кислоты в контрольных и облучённых продуктах от дозы ионизирующего излучения.

Эти изменения, вероятно, отражают последствия воздействия ионизирующего излучения на ненасыщенные жирные кислоты, механизм которого обусловлен разрывом двойной связи и её последующим гидрированием. Подобное воздействие на липидную часть биологических мембран клеток живого организма приводит к снижению подвижности мембраносвязанных белков и нарушению их функций, что негативно сказывается как на функционировании самих клеток, так и организма в целом [24, 25]. Но в готовом продукте, предназначенном для употребления в качестве пищи, наблюдаемое при дозе облучения до 6 кГр уменьшение содержания ненасыщенных жирных кислот не приводит к утрате питательной ценности и безопасности. Кроме того, в результате анализа жирнокислотного состава было выявлено зависящее от дозы снижение содержания бегеновой кислоты, которая, напротив, является насыщенной (рис. 3).

Доза, кГр

Рис. 3. Зависимость содержания бегеновой кислоты в контрольных и облучённых продуктах от дозы ионизирующего излучения.

Хранение рыбной продукции в течение 120 сут не повлияло на органолептические и физико-химические свойства как облучённых, так и контрольных образцов. В контрольных и облучённых образцах (ПД от 0,5 до 6 кГр) не отмечали нарушений консистенции мяса рыбы, его вкуса и запаха. Кислотность мяса рыбы также не изменялась. Жирнокислотный состав масла заливки рыбных пресервов, облучённых в дозе 6 кГр, через 120 сут хранения не отличался от показателей, определённых сразу после радиационной обработки.

Одним из важнейших критериев доброкачественности пищевой продукции является уровень её микробной обсеменённости. Оценка количества МАФАМ в рыбных пресервах показала, что в контрольных образцах через месяц после хранения имело место повышение этого показателя с 4,5·103 до 2,0·104 КОЕ в 1 см3 (табл. 1).

Через 60; 90 и 120 сут хранения наблюдалось его снижение до 2,0·103; 4,0·103 и 1,0·103 КОЕ в 1 см3 соответственно. Аналогичная динамика отмечалась в образцах, облучённых в дозах 0,5; 1,5 и 3 кГр. Через 30 сут после воздействия уровни МАФАМ в образцах возрастали до 2,0·104; 8,0·103 и 3,0·103 КОЕ в 1 см3 соответственно. Затем они монотонно снижались и через 120 сут достигали величин 1,0·102; 6,0·102 и 4·102 КОЕ в 1 см3 соответственно. То есть наблюдалось постепенное снижение этого показателя в процессе хранения при температуре 0±3 оС.

Динамика количества МАФАМ в пресервах, облучённых в дозе 6 кГр, носила иной характер. Через 30 сут хранения этот показатель сохранялся на уровне <10 КОЕ в 1 см3. В дальнейшем отмечалось его увеличение до 2,0·103 КОЕ в 1 см3, которое сменялось повторным снижением до 3,0·102 КОЕ в 1 см3 на 90 сут хранения.

Таблица 1

Содержание МАФАМ (КОЕ в 1 см3) в контрольных и облучённых образцах рыбных пресервов при хранении

Доза облучения, кГр	Сроки хранения, сутки
	1	30	60	90	120
0	4,5 ⋅ 103	2,0 ⋅ 104	2,0 ⋅ 103	4,0 ⋅ 103	1,0 ⋅ 103
0,5	3,5 ⋅ 103	2,0 ⋅ 104	3,0 ⋅ 103	3,0 ⋅ 103	1,0 ⋅ 102
1,5	3,0 ⋅ 103	8,0 ⋅ 103	2,5 ⋅ 103	4,5 ⋅ 103	6,0 ⋅ 102
3,0	2,0 ⋅ 103	3,0 ⋅ 103	4,5 ⋅ 103	1,0 ⋅ 103	4,0 ⋅ 102
6,0	<10	<10	2,0 ⋅ 103	3,0 ⋅ 102	2,0 ⋅ 104

Норма – не более 2 ⋅ 10⁵ КОЕ в 1 см³ (ГОСТ 10444.15-94), ошибка определения составляла не более 5%.

Однако через 120 сут имело место резкое увеличение количества МАФАМ до 2,0·104 КОЕ в 1 см3. Можно заключить, что в течение 90 сут хранения в образцах, облучённых в дозе 6 кГр, подавление развития микроорганизмов данной группы происходило наиболее интенсивно. Но через 120 сут регистрировали резкое возрастание их числа до уровня, превышающего контрольные значения на порядок.

Плесень в облучённых рыбных пресервах на протяжении всего времени исследования не развивалась. В то же время, уже через 30 сут хранения во всех облучённых образцах были обнаружены дрожжи в количествах, превышающих исходный уровень в начале эксперимента (табл. 2).

На протяжении 60 последующих суток содержание дрожжей во всех образцах достигало уровня от 1,5·104 до 3,5·104 КОЕ в 0,1 см3. При этом облучение в дозе 6 кГр наиболее эффективно задерживало их рост. Через 30 сут после окончания установленного срока хранения происходило резкое увеличение количества дрожжей в образцах, облучённых в дозах 3,0 и 6,0 кГр.

Таблица 2

Доза облучения, кГр	Сроки хранения, сутки
	1	30	60	90	120
0	2,0 ⋅ 103	4,0 ⋅ 104	2,5 ⋅ 104	3,5 ⋅ 104	4,0 ⋅ 104
0,5	3,5 ⋅ 102	4,5 ⋅ 104	2,0 ⋅ 104	3,0 ⋅ 104	4,0 ⋅ 104
1,5	2,0 ⋅ 102	2,0 ⋅ 104	2,0 ⋅ 104	3,5 ⋅ 104	1,0 ⋅ 104
3,0	2,0 ⋅ 02	1,5 ⋅ 104	2,5 ⋅ 104	3,0 ⋅ 104	2,0 ⋅ 105
6,0	<10	2,0 ⋅ 103	1,5 ⋅ 104	1,5 ⋅ 104	2,0 ⋅ 105

Норма – не более 100 КОЕ в 1 см3 (ГОСТ 10444.12-88), ошибка определения составляла не более 5%.

Содержание дрожжей (КОЕ в 1 см3) в контрольных и облучённых образцах рыбных пресервов при хранении

Одним из показателей качества рыбной продукции во время хранения является содержание в них биогенных аминов – веществ, которые образуются при бактериальном разложении рыбы. В этом случае белок мяса рыбы распадается до свободных аминокислот, в том числе, и гистидина, из которого в результате декарбоксилирования образуется гистамин. Потребление такой продукции может привести к интоксикации организма. В образовании гистамина участвуют мезофильные и психрофильные бактерии родов Proteus, Е. coli, Achromobacter, Aerobacter [26]. Как в облучённых, так и в контрольных образцах рыбных пресервов содержание гистамина находилось в пределах нормативных значений во все сроки исследования. Тем не менее, результаты определения уровня гистамина в пробах, взятых через месяц хранения, продемонстрировали наличие зависимости его содержания от дозы облучения. Так, в контрольных образцах уровень гистамина составил 13,1 мг/кг; а в образцах продукции, облучённой в дозах 0,5; 1,5; 3 и 6 кГр, снижался до 11,2; 11,6; 9,6 и 8,3 мг/кг соответственно. Подобное снижение может быть связано как с непосредственным разложением биогенных аминов под действием ионизирующего излучения, так и снижением уровня гистамина в результате подавления жизнедеятельности микроорганизмов, разлагающих гистидин до гистамина [26, 27].

Следует отметить, что практическое применение радиационной обработки требует неукоснительного соблюдения температурного режима хранения рыбных пресервов при t≤0 °С в связи с возможностью сохранения в облучённом продукте радиорезистентных спор Clostridium botulinum, которые при более высокой температуре способны прорастать и стать источником токсина [28].

Заключение

В результате проведённых исследований получены новые экспериментальные данные по показателям микробиологической безопасности, качества и пищевой ценности рыбных пресервов, прошедших радиационную обработку в дозах от 0,5 до 6 кГр и мощностью дозы 1,5 Гр/с.

Показано, что максимальная эффективность радиационной обработки рыбных пресервов достигается при дозе 6 кГр. В результате облучения в такой дозе происходит практически полное подавление жизнедеятельности микроорганизмов, делающих эту продукцию непригодной к использованию по санитарно-гигиеническим требованиям, а незначительное изменение физико-химических свойств некоторых компонентов продукта не выходит за рамки нормативов.

Подтверждена высокая резистентность дрожжей к облучению. При хранении, в отсутствии конкуренции со стороны других микроорганизмов, происходит бурное размножение сохранившихся дрожжевых грибков, первоначально подавленных воздействием ионизирующего излучения в дозе 6 кГр. Также обращает на себя внимание существенное снижение содержания бегеновой кислоты с ростом дозы облучения.

Представленные материалы являются вкладом в разработку новых перспективных методов использования радиационных технологий, внедрение которых может стать ключевым в сохранении качества сельскохозяйственной и пищевой продукции.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ №14-44-03095.