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

Автор: Потороко Ирина Юрьевна, Калинина Ирина валерьевнА., Руськина Алена Александровна

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии @vestnik-susu-food

Рубрика: Обзорные статьи

Статья в выпуске: 1 т.5, 2017 года.

Бесплатный доступ

Учеными 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. В статье представлены материалы исследований российских и зарубежных ученых в области поиска эффективных технологий обеспечения качества плодов и овощей при хранении. На основании сведений, представленных в открытой печати, сформирована подборка описания прогрессивных технологий, в частности, ионизирующего излучения, термического воздействия, нанокомпозитных пленок, ультразвуковых эффектов. Учеными Техасского университета показано, что эффективность облучения для свежих плодов и овощей потребует не только соответствующего источника излучения, но и инновационных упаковочных систем, которые могли бы помочь обеспечить радиосенсибилизацию для повышения безопасности продукта без ухудшения их органолептических характеристик. Так, оптимальными режимами облучения брокколи являются: ускоритель 10 МэВ, при условии использования конфигурации с двойным лучом (верхнее и нижнее воздействие). При этом продукт располагается на 132,5 градусов между лучами, каждая входная доза составляет 0,71 кГр (Гр - единица измерения поглощенной дозы. 1 грей = 100 рад). Учеными определено, что наилучшие условия для сохранения плодоовощного сырья достигаются при создании температур, близких к криоскопическим, однако для того, чтобы исключить замерзание продукта в процессе хранения. необходимо наличие определенного температурного запаса до момента перехода воды в лед. Ультразвуковое воздействие является весьма перспективным, так как позволяет создать особую среду в пищевой системе. При незначительном изменении кислотности подвергают электролизу воду, которую возможно эффективно применить для обработки картофеля. Полученный таким образом экологически чистый антимикробный агент позволяет улучшить микробиологическую безопасность картофеля во время хранения.

Еще

Плоды и овощи, хранение, ионизирующее облучение, криоскопия, ультразвук

Короткий адрес: https://sciup.org/147160827

IDR: 147160827   |   DOI: 10.14529/food170102

Текст обзорной статьи 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).

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

  • Стратегия повышения качества пищевой продукции на период до 2030 года. Распоряжение Правительства РФ №1364-р от 29.06.16 г
  • Puerta-Gomez A.F., Kim J., Moreira R.G., Klutke G.-A., Castell-Perez M.E. Quantitative assessment of the effectiveness of intervention steps to reduce the risk of contamination of ready-to-eat baby spinach with Salmonella Original Research Article. Food Control, 2013, vol. 31, iss. 2, pp. 410-418 DOI: 10.1016/j.foodcont.2012.10.022
  • Puerta-Gomez A.F., Moreira R.G., Kim J., Castell-Perez E. Modeling the growth rates of Escherichia coli spp. and Salmonella Typhimurium LT2 in baby spinach leaves under slow cooling. Original Research Article Food Control, 2013, vol. 29, iss. 1, pp. 11-17 DOI: 10.1016/j.foodcont.2012.05.070
  • Gomes C., Silva P. Da, Chimbombi E., Kim J., Castell-Perez E., Moreira R.G. Electron-beam irradiation of fresh broccoli heads (Brassica oleracea L. italica). Original Research Article LWT -Food Science and Technology, 2008, vol. 41, iss. 10, pp. 1828-1833 DOI: 10.1016/j.lwt.2008.02.014
  • Ezekiel Chimbombi, Rosana G. Moreira, Elena M. Castell-Perez, Alex F. Puerta-Gomez Assessing accumulation (growth and internal mobility) of Salmonella Typhimurium LT2 in fresh-cut cantaloupe (Cucumis melo L.) for optimization of decontamination strategies. Original Research Article Food Control, 2013, vol. 32, iss. 2, pp. 574-581 DOI: 10.1016/j.foodcont.2013.04.028
  • Karagöz I., Moreira R.G., Castell-Perez M.E. Radiation D10 values for Salmonella Typhimurium LT2 and an Escherichia coli cocktail in pecan nuts (Kanza cultivar) exposed to different atmospheres. Original Research Article Food Control, 2014, vol. 39, pp. 146-153 DOI: 10.1016/j.foodcont.2013.10.041
  • Han J., Castell-Perez M.E., Moreira R.G. The influence of electron beam irradiation of antimicrobial-coated LDPE/polyamide films on antimicrobial activity and film properties. Original Research Article LWT -Food Science and Technology, 2007, vol. 40, iss. 9, pp. 1545-1554 DOI: 10.1016/j.lwt.2006.11.012
  • Jaejoon Han, Carmen L. Gomes-Feitosa, Elena Castell-Perez, Rosana G. Moreira, Paulo F. Silva Quality of packaged romaine lettuce hearts exposed to low-dose electron beam irradiation. Original Research Article LWT -Food Science and Technology, 2004, vol. 37, iss. 7, pp. 705-715 DOI: 10.1016/j.lwt.2004.02.007
  • Maria A. Moreno, M. Elena Castell-Perez, Carmen Gomes, Paulo F. Da Silva, Rosana G. Moreira Quality of electron beam irradiation of blueberries (Vaccinium corymbosum L.) at medium dose levels (1.0-3.2 kGy). Original Research Article LWT -Food Science and Technology, vol. 40, iss. 7, September 2007, pp. 1123-1132 DOI: 10.1016/j.lwt.2006.08.012
  • Mauricio E. Martiñon, Rosana G. Moreira, M. Elena Castell-Perez, Carmen Gomes Development of a multilayered antimicrobial edible coating for shelf-life extension of fresh-cut cantaloupe (Cucumis melo L.) stored at 4 °C. Original Research Article LWT -Food Science and Technology, 2014, vol. 56, iss. 2, pp. 341-350 DOI: 10.1016/j.lwt.2013.11.043
  • Nereide Serafim Timóteo dos Santos, Ana Júlia Alves Athayde Aguiar, Carlos Eduardo Vasconcelos de Oliveira, Camila Veríssimo de Sales, Silvanda de Melo e Silva, Rosana Sousa da Silva, Thayza Christina Montenegro Stamford, Evandro Leite de Souza Efficacy of the application of a coating composed of chitosan and Origanum vulgare L. essential oil to control Rhizopus stolonifer and Aspergillus niger in grapes (Vitis labrusca L.). Original Research Article Food Microbiology, 2012, vol. 32, iss. 2, pp. 345-353 DOI: 10.1016/j.fm.2012.07.014
  • Rodriguez O., Castell-Perez M.E., Moreira R.G. Effect of sugar content and storage temperature on the survival and recovery of irradiated Escherichia coli K-12 MG1655. Original Research Article LWT -Food Science and Technology, 2007, vol. 40, iss. 4, pp. 690-696 DOI: 10.1016/j.lwt.2006.02.023
  • Rosana G. Moreira Food Irradiation -Fresh Fruits and Vegetables Presentation International Nonthermal Food Processing Workshop. Research and Innovation Tovards Competitiviness, Brazil, 2013.
Еще
Статья обзорная