Научные подходы в обеспечении качества и безопасности плодов и овощей в процессе хранения. Мировой опыт. Часть 1

Проблемы безопасности продовольственного сырья и продуктов питания не утрачивают своей актуальности и решаются на государственном уровне, что определяет «Стратегия повышения качества пищевой продукции на период до 2030 года» (Распоряжение Правительства РФ № 1364-р от 29.06.16 г.). Данный документ ориентирован на обеспечение полноценного питания, профилактику заболеваний, увеличение продолжительности и повышение качества жизни населения, стимулирование развития производства и обращения на рынке пищевой продукции надлежащего качества [1].

Безусловно, весьма сложно обеспечить мониторинг качества пищевой продукции с учетом спектра потенциально опасных конта-минантов химической и биологической природы (включая остаточные количества веществ, используемых в сельскохозяйственном производстве в целях профилактики и лече- ния болезней продуктивных животных и растений, средств защиты растений, устойчивые к антибиотикам микроорганизмы), пищевой ценности и потребительских свойств. В связи с чем, изучение методов, позволяющих исключить контаминацию, в том числе микробную, и сохранить качество продукции, в том числе пищевую ценность, на длительное время определяет актуальность исследований в данном направлении.

В России и за рубежом уже несколько десятилетий осуществляется интенсивный поиск и разработка новых методов хранения, часть которых внедрены в практику – хранение в газовых модифицированных средах, в условиях активной вентиляции, увеличения и поддержания влажности и температурного режима в хранилище, озонирование хранилища и другие. Однако достичь необходимых результатов удается нечасто, так как плодо- овощная продукция является «живой системой», которая продолжает жизнедеятельность с момента прорастания до момента непосредственного потребления, а поддержание этих процессов на минимальном уровне – основная задача хранения.

Мойка и очистка продукции с помощью хлора, озона, диоксида – широко используемые методы в сокращении популяции болезнетворных микроорганизмов, таких как E.coli и Salmonella, опасных для человека. Такие способы воздействия дают эффект, но имеют некоторые ограничения в отношении микроорганизмов, поселившихся в труднодоступных для обработки местах [3, 10].

Ионизирующие излучения являются нетепловым воздействием, обеспечивают губительное действие на патогенные микроорганизмы. В ходе исследований для салата и молодого шпината было установлено, что 90 % микроорганизмов погибает при воздействии ионизирующего излучения в диапазоне 0,12…0,30 кГр. При этом сенсорных изменений не наблюдалось до 1 и 2 кГр. В связи с чем, в августе 2008 года Управление по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) позволила использование ионизирующую радиацию (до 4 кГр), чтобы сделать салат и шпинат более безопасными и обеспечить задержку порчи [5].

Puerta-Gomez A.F, Moreira R.G., Kim J. и Castell-Perez M.E. изучали влияние ионизирующего излучения на темпы роста Escherichia Coli spp. and Salmonella Typhimurium LT2 при охлаждении листьев свежего шпината [2]. Авторы считают, что сохранение свежих продуктов с использованием ионизирующего излучения имеет важное стратегическое значение для будущего продовольственной безопасности во всем мире. Так как имеется достаточное количество исследований в данной области и доказано, что это безопасно (если все сделано правильно). Однако, несмотря на впечатляющие достижения в существующих методах облучения, технологии требуют оптимизации, с целью обеспечения возможности применения для всех видов свежих и/или минимально обработанных плодов и овощей.

Для правильного ведения процесса облучения свежих продуктов требуется инженерный подход, так как важно учитывать равномерное распределение по массе продукта и учитывать не только бактерицидные эффекты, но и возможное влияние на качество обрабатываемого продукта. Только на основе моделирования можно спрогнозировать эффекты микробной деконтаминации, а также обеспечение целостности и качества продукции. Такой подход обеспечивает надежные методы прогнозирования доставки дозы излучения, чтобы гарантировать, что свежие фрукты и овощи подвергаются воздействию в дозе, необходимой для инактивации патогенных микроорганизмов [2, 3, 11].

Авторы предлагают учитывать, что живые клетки теряют свои биологические функции при воздействии ионизирующего излучения, главным образом, за счет разрушения или повреждения их ДНК, либо в результате взаимодействия с активными радикалами, такие как продукты радиолиза воды. В целом, облучение пищевых продуктов – процедура, рассчитанная на 5-кратное снижение начальной популяции патогенов. Применительно к продуктам питания облучатели должны быть сконструированы так, чтобы обеспечить поглощение дозы продуктом в пределах, допустимых требованиями государственного регулирования. Несмотря на низкий коэффициент равномерности, доза менее или равная 1,5 кГр – главная цель в организации работы излучателей. При этом, многие пищевые продукты могут переносить более высокий коэффициент равномерности дозы излучения – до 3 кГр.

Свежие продукты, как правило, очень чувствительны к передозировке, которая может привести к повреждению тканей и повлиять на его качественные характеристики, такие как цвет, вкус, аромат и текстуру. Поэтому дозы ионизирующего излучения должны быть максимально равномерными и характеризоваться достаточно высоким уровнем инактивации патогенов без ухудшения качества продукта.

Так, для дыни, по мнению авторов разработок, из-за различия формы и состава отдельных частей (воздушные полости, соотношение корки и плодовой мякоти) необходимо точное проектирование процесса облучения [4, 12]. Аналогичный подход применим и для плодов орехоплодных [5].

Зон рассеяния электронов и/ или передозировки облучения, возникающих при облучении всей дыни, достаточно много. В качестве решения этих проблем учеными была предложена оптимальная модель обработки дыни – вращение плодов вокруг луча, два режима работы источников излучения, что позволило сделать процесс более эффективным [2, 8].

Весьма сложно обеспечить равномерное облучение плодов и овощей размещенных навалом. Например, облучение черники в лотке может быть очень сложной задачей из-за большого различия в плотности внутри лотков. Наличие воздушных карманов в массе плодов может привести к большому коэффициенту неравномерности дозы (цель – это коэффициент однородности ≤ 1,5 кГр). Этот аспект распределения дозы не обнаруживается с помощью традиционных дозиметров, которые обычно размещаются за пределами лотка (нижней и верхней) и может привести к неправильному планированию облучения с последующим сокращением длительности хранения [8, 9].

Особое место в своих исследованиях авторы отводят обеспечению процессов облучения листовых овощей (салата, шпината, кинзы, рукколы и т. д.). Для этих объектов требуется очень точная дозиметрия, чтобы уменьшить повреждения тканей. Большинство ускорителей, имеющиеся в продаже, не подходят для свежих продуктов, потому что эти устройства были разработаны для облучения мяса [3, 7], в связи с чем возможно применение различных подходов: либо применять пленку [6] и с ее помощью изменять расстояние до излучателя, либо строить 3D-модель и рассчитывать дозу облучения.

Таким образом, тщательное размещение и ротация продуктов должны быть приняты во внимание, чтобы гарантировать, что вся продукция получила равномерную дозу облучения, что возможно обеспечить с помощью моделирования процессов.

На основании результатов моделирования исследователями были установлены наиболее оптимальные режимы и условия облучения: ускоритель 10 МэВ, двойной луч (верхнее и нижнее воздействие), продукт располагается на 132,5 градусов между лучами, каждая входная доза 0,71 кГр.

После хранения в течение семи недель наблюдались явные изменения качества в контрольном образце, тогда как опытные образцы сохраняли свежесть. В целом, эффективность облучения для свежих фруктов и овощей требует не только соответствующего источника излучения, а также инновационных упаковочных систем, которые могли бы помочь обеспечить радиосенсибилизацию для повышения безопасности продукта без ухудшения его органолептических характеристик. Такой подход является важным, поскольку позволяет снизить применяемые дозы, что, в свою очередь, повышает вероятность свести к минимуму влияние облучения на качество продукта.

Стратегии радиосенсибилизации включают в себя использование антибактериальных препаратов в пленках, упаковку в модифицированной атмосфере, озонирование и другие. Технология моделирования позволяет определить скорость доставки противомикробных препаратов при воздействии ионизирующего излучения, длительность воздействия озона, синергетический эффект от температуры и ионизирующих излучений и так далее [4, 7, 13].

Таким образом, за счет грамотного планирования облучения на основе моделирования увеличиваются срок хранения и качество свежих продуктов, что позволяет значительно снизить экономические потери от порчи плодоовощной продукции. Кроме того, если потребители начинают понимать, что безопасность их свежих продуктов увеличивается в связи с использованием точных расчетов дозы при обработке ионизирующим излучением, их восприятие облученной пищи может меняться в положительную сторону (проф. Елена Кастель-Перес, д.т.н., профессор пищевых технологий на кафедре биологической инженерии в Техасском университете, Г. Розана Морейра, к.т.н., профессор кафедры пищевой инженерии на кафедре биологической инженерии в Техасском университете).