Исследование эффективности радиационной стерилизации растительного сырья с использованием установки гамма-излучения ГУР-120

Проведённые в 50-80-е гг. прошлого века радиобиологические исследования заложили основы применения радиационных технологий (РТ) в агропромышленном производстве [7]. Основное внимание разработок тех лет было связано с созданием РТ по стерилизации продуктов питания в целях их длительного хранения. Эта проблема была ключевой в решении вопросов обеспечения армии и населения в период вероятного применения ядерного оружия. В настоящее время стратегия применения радиационных технологий в сельском хозяйстве и пищевой промышленности существенно изменилась, и радиационные технологии рассматриваются как инструмент микробиологической безопасности продукции агропромышленного производства.

Лидерами по использованию радиационных технологий в сельском хозяйстве являются Китай (146000 т), США (92000 т) и Украина (70000 т) [8]. В таблице 1 приведены данные, характеризующие объём облучённых продуктов питания в мире по состоянию на 2005 г.

Таблица 1

Объём облучённой продукции ( т ) в мире по состоянию на 2005 г . [8]

Направление использования РТ	Американский регион	Европейский регион	Азия и Океания	Африка, Украина и др.	Сумма
Дезинфекция специй, сухих овощей и фруктов	101400	3649	62912	17725	185686
Дезинфекция цельного зерна и фруктов	7000	11	4582	70000	81593
Дезинфекция мяса и морепродуктов	8000	9263	15208	-	32471
Торможение роста корнеклубнеплодов и лука	-	-	88196	-	88196
Облучение других видов продукции (диетические продукты, мёд и др.)	-	2137	12411	2310	16858
Все направления РТ	116400	15060	183309	90035	404804

Пименов Е . П .* – зав . лаб ., к . б . н .; Павлов А . Н . – начальник гамма - установки ; Козьмин Г . В . – вед . научн . сотр ., к . б . н .; Спирин Е . В . – зав . лаб ., д . б . н .; Санжарова Н . И . – зам . директора , чл .- корр . РАСХН , д . б . н ., профессор . ВНИИСХРАЭ РАСХН .

На современном этапе использования радиационных технологий в сельском хозяйстве почти 90% облучённых продуктов представляют собой продукцию растительного происхождения [8]. Основной объём облучённых растительных продуктов приходится на дезинфекцию специй, сухих овощей и фруктов (52%). На втором месте по объёму облучённой растительной продукции стоит радиационное торможение роста корнеклубнеплодов и лука (25%) [8].

Известно, что все производимые пряности, сушёные овощи и травы естественным образом обсеменены микроорганизмами, избавиться от которых фумигацией без ухудшения вкусовых качеств продуктов невозможно [1]. Радиационная обработка с использованием гамма-установок и ускорителей электронов лишена этого недостатка и может быть использована в промышленных масштабах [1, 3].

Опыт использования радиационной обработки для деконтаминации растительной продукции позволил определить диапазон наиболее эффективных доз облучения. В таблице 2 представлены рекомендуемые международным стандартом ASTM F1885–2004 диапазоны доз для пряностей и трав [6].

Таблица 2 Рекомендуемые дозы облучения для некоторых пряностей , трав и овощных приправ [6]

Продукт	Диапазоны доз (кГр)
Все пряности	От 4 до 8
Базилик	От 6 до 8
Тмин	От 3 до 8
Кардамон	От 4 до 8
Корица	От 3 до 8
Кориандр	От 4 до 8
Чесночный порошок	От 6 до 12
Имбирь	От 4 до 8
Майоран	От 6 до 12
Мускатный орех	От 4 до 8
Луковый порошок	От 7 до 15
Паприка	От 3 до 8
Чёрный перец	От 6 до 12
Красный перец	От 3 до 8

Примечание. Для достижения минимальной поглощённой дозы для всей партии обработки часть партии может получить более высокую дозу облучения. Наиболее высокая доза должна находиться в пределах указанной верхней границы поглощенной дозы.

Цель настоящей работы заключалась в исследовании эффективности радиационной обработки различных видов сушёной растительной продукции при рекомендуемых дозах облучения.

Согласно нормативному документу ASTM F1885–2004 [6], численность спорообразующих бактерий снижается до приемлемого уровня при дозе от 8 до 15 кГр, неспорообразующие бактерии подавляются дозами от 4 до 7 кГр, а для ингибирования плесневых грибов необходима доза облучения от 3 до 6 кГр. Исходя из этих рекомендаций, специи, сушёную зелень трав и сушёные овощи облучали дозами 4 и 10 кГр.

Объектом исследований было сельскохозяйственное растительное сырье: специи (чёрный и красный перец, кориандр), травы (укроп, петрушка, базилик), овощи (капуста, лук).

Облучение произвели на установке ГУР-120, в состав которой входит 8 блоков облучения по 4 в линию друг против друга, заряженных источниками 60Co. Растительное сырье находилось в мешках толщиной 30 см. Средняя мощность дозы внутри объекта составляла 0,9 кГр/ч.

Перепад между средней мощностью дозы на поверхности объекта, обращённой к ближайшей линии источников, и средней мощностью дозы с обратной стороны составлял 44%. Поворачивание продукта в период облучения обеспечило равномерность облучения не менее 80%.

Поглощённые дозы в облучаемом сырье контролировали в точках минимальных и максимальных уровней облучения с помощью термолюминесцентных и ферросульфатных детекторов, а также цветовых визуальных индикаторов дозы, предназначенных для экспрессного визуального определения поглощённой дозы в материалах и изделиях при их радиационной обработке, а также для разделения облучённой и необлучённой продукции.

Микробиологический контроль растительного сырья осуществляли до и после облучения. Из каждой упаковки с продуктом с соблюдением стерильности отбирали пробы из пяти точек, смешивали и делили на 2 подобразца. Из 10 г каждого подобразца делали смыв 100 миллилитрами физиологического раствора (0,85% NaCl), готовили ряд серийных разведений и высевали по 0,1 мл на поверхность плотных питательных сред (по 5 чашек Петри для каждого подобразца). Количество мезофильных аэробных и факультативных анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) учитывали после выращивания при 30-37 оС в течение 48-72 часов на мясопептонном агаре (МПА); численность бактерий группы кишечной палочки (БГКП), выращенных при той же температуре в течение 48 часов, определяли на среде Эндо; число плесневых грибов и дрожжей подсчитывали после инкубации в течение 72 часов при 28 оС на среде Сабуро [5].

Статистическую обработку результатов проводили с использованием программы Microsoft Excel.

Качество облучения сырья оценивали по соответствию требованиям микробиологической безопасности пищевых продуктов [2]. Эффективность радиационной обработки рассчитывали по формуле:

Э = [(Кн – Ко)/Кн]·100%, где Э – эффективность облучения в %, Кн – количество микроорганизмов в 1 г необлучённого продукта, Ко – количество микроорганизмов в 1 г продукта после облучения.

Следует отметить, что облучение пряностей для снижения числа микроорганизмов также вызывает гибель контролируемых видов насекомых-вредителей на всех стадиях их развития [4, 6].

Микробиологические анализы показали, что исходный уровень загрязнения растительного сырья микроорганизмами при посеве на агаризованные среды варьирует для КМАФАнМ от 0 до 108 колониеобразующих единиц на грамм (КОЕ/г) специй, для БГКП – от 0 до 105 и для дрожжей и плесневых грибов – от 0 до 106 КОЕ/г, в зависимости от вида продукта (табл. 3). Наибольшее количество мезофильных аэробов и факультативных анаэробов отмечено в зелени сушёных трав – укропе и петрушке. Загрязнение бактериями группы кишечной палочки в большом количестве обнаружено в образцах сушёной капусты и меньше, но выше санитарной нормы, в молотых красном и чёрном перце, а также зелени базилика.

Эффективность радиационного воздействия зависела не только от начальных уровней микробиологического загрязнения, но и от группового состава присутствующих в продукте организмов (табл. 3).

Таблица 3

Наименование продукта	Численность микроорганизмов, тыс. КОЕ/г продукта		Эффективность, %
	до облучения	после облучения
КМАФАнМ (D=10 кГр)
Специи: перец чёрный молотый перец красный молотый кориандр молотый	1850±265 105±8,9 2500±440	110±21 55±4,5 70±13	94 48 97
Сушёные травы: зелень петрушки зелень укропа зелень базилика	8300±1400 12000±2200 300±36	1450*±260 300±53 0	83 98 100
Овощи: капуста сушёная дробленая лук сушёный дробленый	110±21 28±3,2	6,5 0,5±0,1	94 98
БГКП (D=4 кГр)
Специи: перец чёрный молотый перец красный молотый кориандр молотый	0,5±0,09 1,6±0,3 0	0 0 0	100 100 -
Сушёные травы: зелень петрушки зелень укропа зелень базилика	0 0 0,05±0,1	0 0 0	- - 100
Овощи: капуста сушёная дробленая лук сушёный дробленый	5,8±0,4 0	0 0	100 -
Плесени и дрожжи (D=4 кГр)
Специи: перец чёрный молотый перец красный молотый кориандр молотый	3,3±0,5 60±8,3 10±0,6	0 2,5*±0,5 0	100 96 -
Сушёные травы: зелень петрушки зелень укропа зелень базилика	6,2±0,8 15,6±2,9 0,35±0,06	0,17±0,03 1,2*±0,2 0	97 92 100
Овощи: капуста сушёная дробленая лук сушёный дробленый	2,7±0,3 0,12±0,02	0,5±0,1 0	81 100

Примечание. * – Превышение нормативов [2].

Эффективность гамма - облучения растительного сырья

В составе микрофлоры специй и трав до облучения преобладали спорообразующие бактерии. Во всех изученных видах сырья присутствовали плесневые грибы родов Penicillium и Aspergillus . Бактерии группы кишечной палочки обнаружены в образцах сушёной зелени базилика (5,0x10 1 КОЕ/г) и в сушёной дробленой капусте (5,8x10 3 КОЕ/г). В результате радиационного воздействия в дозе 4 кГр эта группа бактерий полностью погибала.

В специях после облучения в дозе 10 кГр сохранялось от 5,5x104 до 1,1x106 КОЕ/г выживших спорообразующих бактерий, а в красном перце после облучения в дозе 4 кГр - 2,5x103 КОЕ/г плесневых грибов. В сушёной зелени укропа и петрушки до облучения на МПА обнаружено 1,2x107 и 8,3x106 КОЕ бактерий/г, соответственно. В облучённых образцах численность этой группы микроорганизмов в укропе снизилась до допустимого уровня (3x105 КОЕ/г), а в зелени петрушки превышала норматив на порядок, что можно объяснить высоким первоначальным обсеменением этого продукта спорообразующими бактериями. Сушёная зелень укропа и петрушки до воздействия в значительной степени была обсеменена плесневыми грибами (1,56x104 и 6,2x103 КОЕ/г, соответственно). Как показал эксперимент, дозы 4 кГр оказалось недостаточно для подавления грибов и дрожжей в сушёной петрушке до безопасного уровня. В остальных образцах растительного сырья плесневые грибы и дрожжи ингибировались излучением в дозе 4 кГр. При этом чтобы достичь уровней, соответствующих санитарным требованиям содержания спорообразующих бактерий в пищевых продуктах, были необходимы дозы облучения до 10 кГр.

При исследовании воздействия излучения на спорообразующие бактерии в красном перце эффективность составила всего 48%. Такая низкая эффективность, скорее всего, связана с высокой резистентностью этой группы микроорганизмов.

В результате настоящих исследований было установлено, что эффективность радиационной обработки сушёных специй и зелени (перца, кориандра, зелени петрушки, укропа и др.) при облучении в дозе 4 кГр для подавления содержания плесневых грибов и дрожжей составляет от 80 до 100%. Аналогичный результат получен и при подавлении жизнеспособности спорообразующих бактерий облучением в дозе 10 кГр. Из-за неполного уничтожения микроорганизмов при высокой исходной обсеменённости продукции принятые нормативы качества могут быть не достигнуты. Для удовлетворения требований к содержанию бактерий и грибов в этом случае дозы облучения необходимо увеличивать. Определение качественного и количественного состава микрофлоры в продукции до облучения позволит заранее планировать использование доз гамма-излучения, приводящих к требуемому уровню деконтаминации. При отсутствии предварительного контроля необходимо применять заведомо более высокие дозы по сравнению с рекомендованными.

Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ ( контракт № 14.512.11.0059).