Экотехнологии для эффективного использования продовольственных ресурсов в технологии пищевых систем. Часть 1

Пищевая промышленность в текущий момент испытывает определенные проблемы, в частности обеспечение гарантированной стабильности производства, при этом продолжает ориентироваться прежде всего на сохранение качества продукции и наполняе- мость потребительского рынка полноценными в пищевом отношении продуктами питания функционального назначения. В силу объективных причин (ограничения поставок пищевых добавок, компенсирующих отклонения технологической пригодности основного сырья; отсутствие полновесной альтернативы для реализации быстрого «эффекта замещения» в производстве) реализуемая в ассортиментной линейке продукция не всегда сможет соответствовать в полном объеме заявленным потребительским характеристикам, а некоторые товарные позиции, привычные для потребителя, могут исчезнуть с рынка.

К сожалению, имеющиеся технологические и сырьевые ресурсы не смогут в условиях разрыва технологий обеспечить устойчивую стабильность заявленных свойств продуктов питания, в том числе здоровьесберегающие функции. Следует отметить, что обозначенные проблемы затрагивают практически все сегменты пищевой индустрии. Так, согласно Постановлению Правительства РФ от 14 марта 2022 года № 362 «О введении временного запрета на вывоз зерновых культур за пределы территории Российской Федерации» временно приостановлен экспорт пшеницы и меслина, ржи, ячменя и кукурузы. В этой связи вводимые ограничительные санкции определяют необходимость поиска новых решений для полновесного сохранения продовольственных ресурсов и реализации технологий безотходного производства [1, 2].

В данных условиях прослеживается острая необходимость поиска путей минимизации рисков возникновения продовольственных потерь путем создания и применения высокоэффективных технологий переработки сырья; а также получения новых биобезопас-ных сырьевых ингредиентов с заданным нут-риентным составом.

Развитие пищевой отрасли в последние годы требует применения наукоемких решений, которые позволят минимизировать зависимость от экспорта продовольственного сырья и импорта сырьевых ингредиентов. В качестве таких технологий могут быть применены методы нетепловых воздействия, в числе которых низкочастотное ультразвуковое воздействие (НУЗВ) и холодное плазменное излучение (ХПИ). Данные методы могут эффективно встраиваться в технологический процесс как самостоятельно, так и комплексно, обеспечивая качество сырья и регулирование его свойств до конкретных показателей. Использование НУЗВ позволяет добиться эффекта микроструктурирования сырьевых ингредиентов, а ХПИ – гарантированную стерильность и биобезопасность без нарушения нативных свойств. В случае дуального воздействия возможно получить биобезопасный сырьевой ингредиент с гарантированной функционально-технологической пригодностью. Однако главным условием является установление рациональных параметров каждого из методов воздействия при их комплексном использовании.

Целью данного исследования являлось установление наиболее эффективных режимов воздействия ХПИ для обеззараживания зерна пшеницы на этапах хранения и получения сырьевых ингредиентов с целью дальнейшего их использования в качестве структурообразующих ингредиентов в пищевых эмульсионных системах.

Для достижения цели будут решаться следующие задачи:

– определение рациональных режимов ХПИ для обеспечения биобезопасности зернового сырья, используемого для получения сырьевого ингредиента (с использованием программы Statistica 13);

– исследование применимости сырьевого ингредиента в качестве стабилизирующего ингредиента в технологии эмульсионных пищевых систем (с использованием НУЗВ).

Для решения первой задачи были определены этапы работ, объекты, методы исследований .

Объекты и методы

В качестве объекта исследования была использована пшеница мягкая яровая ( Triticum aestivum L. ) сорта Любава.

На первом этапе исследований путем вариации параметров (напряжения (U), частоты воздействия (ν) и длительности обработки (t)) осуществляли поиск оптимальных параметров холодного плазменного излучения.

В качестве контролируемых параметров были определены: количество КМАФАнМ (K), дрожжей (Д) и плесеней (П). Для расчетов были использованы десятичные логарифмы вышеуказанных показателей (lgK, lgД и lgП). Методика определения КМАФАнМ соответствовала ГОСТ 10444.1594, БГКП – ГОСТ 31747-2012, дрожжей и плесневых грибов – ГОСТ 10444.12-2013.

Для выявления наиболее результативных режимов обеззараживания зерна пшеницы рассчитывали с использованием программы Statistica 13 обобщенный критерий оптимальности, адекватность полученных моделей оценивалась по критерию Фишера.

В рамках второго этапа исследований проводилась видовая идентификация плесне- вой токсигенной микрофлоры методом MALDI TOF MS. Идентификация выполнялась после 3-х и 10-и суток.

Результаты и их обсуждение

На начальном этапе исследований было оценено влияние используемого напряжения (U) и длительности воздействия ХПИ (t) на изменения микробиологических показателей безопасности (табл. 1).

Анализ уравнений множественной регрессии позволяет сказать, что длительность обработки выступает в качестве второго значимого фактора наряду с напряжением для показателей, характеризующих эффективность обеззараживания.

Полученные экспериментальные данные и анализ корреляций воздействующих факторов, а также их откликов на микробиологические показатели безопасности зерна пшеницы показали, что все отклики в той или иной степени зависят от используемого напряжения и длительности воздействия. Причем длительность холодного плазменного воздействия напрямую определяет эффективность обеззараживания. С целью установления оптимальных режимов воздействия ХПИ определялась зависимость обобщенного критерия оптимальности от времени воздействия и используемого напряжения/частоты (табл. 2).

Полученные результаты позволяют установить, что наиболее оптимальным и достаточным с точки зрения обеззараживания зернового сырья являются параметры воздействия: напряжение 10 кВ, частота 50 Гц, длительность воздействия 9 минут, плазмообразующее вещество - воздух при нормальных условиях.

Полученный обеззараживающий эффект обусловлен образованием в воздухе активных форм кислорода (ROS) и азота (RNS), таких как атомарный кислород (O), озон (O₃), гидроксильные ионы (OH), NO, NO 2 . Действие вышеперечисленных компонентов ХПИ заключается в нарушении целостности клеточных оболочек микроорганизмов путем разрушения липидного слоя, что обеспечивает выраженный обеззараживающий эффект [3-7].

Температура воздействия ХПИ максимально приближена к параметрам окружающей среды, что значительно расширяет ее диапазон применения в пищевой промышленности. Данный способ обеззараживания зерна пшеницы чрезвычайно важен и может использоваться как в технологии сохранения зерновых культур, так и при их переработке. Наибольшую актуальность он приобретает в технологиях проращивания, где значительное увеличение влажности может определять риски развития токсигенных плесеней в составе эпифитной микрофлоры зерна пшеницы и последующее накопление микотоксинов. Так, согласно данным ряда авторов [3-6, 9-13] выдержка сырья в гидромодуле 1:1 при комнатной температуре 20–25 °C в течение 24 часов приводит к увеличению количества плесневых грибов в 3–5 раз, дрожжей в 1,5–2 раза и количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов в 1-1,5 раза [1].

В рамках второго этапа исследований была проведена видовая идентификация токси-генных плесеней (рис. 1).

Изучение морфолого-культуральных свойств колоний показало, что уже через трое суток инкубации количество образовавшихся колоний выше у контрольного образца зерна пшеницы, в то время как посевы для опытного образца (после воздействия ХПИ) дают менее значительный рост колоний. На поверхности питательной среды практически не визуализируются плоские белые, слегка пушистые, местами рваные, неоднородные по массе колонии, характерные для контрольного образца.

Видовая идентификация микрофлоры (рис. 2) позволяет оценить потенциальные риски накопления микотоксинов и их патологического эффекта на организм животных и человека. При анализе рисков накопления микотоксинов в пищевых продуктах ряд исследователей [15, 16] особо подчеркивают важность данного описания, где систематизируется характер и степень неблагоприятных последствий для здоровья конечного потребителя.

При инкубации контрольных образцов зерна пшеницы были идентифицированы с самым высоким значением скора такие виды плесневых грибов, как Aspergillus glaucus (2,054), Aspergillus candidus (1,918), Fusarium incarnatum (2,144), Aureobasidium pullulans (2,082) и Azoarus communis (2,026). Тогда как у опытных образцов идентифицированных микроорганизмов с высоким значением скора отмечено не было, что говорит об эффективности предложенного метода воздействия. Для них была идентифицирована плесневая микрофлора с минимальным значением скора - Aspergillus glaucus (<1,7), Aspergillus

Таблица 1

Расчетные (расч.) и экспериментальные (эксп.) значения показателей обеззараживания

* Коэффициент корреляции расчетных и экспериментальных значений.

Таблица 2

Зависимость обобщенного критерия оптимальности от времени воздействия и используемой используемого напряжения/частоты ХПИ

Зависимость обобщенного критерия оптимальности от времени воздействия и используемого напряжения

используемой частоты

** стандартное отклонение

Рис. 1. Схематичное представление результатов идентификации микроорганизмов

candidus (<1,7), Fusarium incarnatum (<1,7) и Penicillium spp (<1,7).

Анализ и систематизация научной литературы [8–14] свидетельствуют о том, что наличие выявленной микрофлоры (грибы рода Aspergillus, Alternaria, Fusarium ) у контроль-

ных образцов зерна пшеницы при использовании провокационных условий в процессе получения сырьевых ингредиентов, активизирует накопление микотоксинов, среди которых приоритетное значение имеют такие, как Афлатоксин B1 (АФВ1) и Охратоксин А (ОТА) (основные продуценты грибы рода Aspergillus ), Дизоксиниваленол (ДОН), Т-2 токсин и Зеараленон (ЗОН) (основные продуценты грибы рода Fusarium ).

Таким образом, в ходе проведения работ доказана эффективность ХПИ как эффективного метода воздействия, обеспечивающего биобезопасность продовольственного сырья, в нашем случае зернового. Кроме того, предлагаемый метод обеззараживания на основе ХПИ является действенным приложением в качестве инструмента в получении биобезо-пасных сырьевых ингредиентов, используемых в технологии функциональных эмульсионных систем.

Последующие исследования будут направлены на установление эффективности дуального воздействия вышеуказанных методов (ХПИ и НУЗВ) на продовольственное сырье для обеспечения возможности получения

биобезопасных сырьевых ингредиентов с гарантированной функционально-технологической пригодностью в качестве структуро-

образующих ингредиентов для пищевых систем эмульсионного типа.

Продолжение в следующем номере

Sarocladium spp (<1,7)

PenicUlium spp (<1,7)

u - -

Cladosporium spp (<1,7)

--->' Aspergillus candidus (1,918).

Azoarus communis (2,026) .

PenicUlium spp (<1,7)

r ~

Aureobasidium pullulans (2,082)

->7' Fusarium incarnatum (<1,7)

--->/ Aspergillus glaucus (2,054)

- -> Aspergillus candidus (<1,7)

V - - * Fusarium incarnatum (2,144):

- -^ Aspergillus glaucus (<1,7)

Контрольный образец*

Опытный образец*

* Скор с величиной равной 2 и более считали надежным для определения вида, в диапазоне от 1,7 до 2,0 надежным для определения рода, показатель менее 1,7 свидетельствовал о ненадежной идентификации.

Рис. 2. Результаты идентификации микроорганизмов зерна пшеницы (метод MALDI TOF MS) (усредненные значения)