Обеспечение контроля качества и пищевой безопасности орехоплодного сырья

Введение. В настоящее время мир стоит на пороге Четвертой промышленной революции – «Индустрия 4.0». Предполагается новый подход к производству, основу которого составляет массовое внедрение информационных технологий в промышленность, масштабная автоматизация бизнес-процессов и распространение искусственного интеллекта. Преимуществами Четвертой промышленной революции является: повышение производительности, повышение конкурентоспособности, принципиально новые продукты и многое другое [1–3].

В отличие от предыдущих революций «Индустрия 4.0» развивается стремительно и в более сжатые сроки. Используемые методы по обеззараживанию растительного сырья СВЧ-энергией смело можно отнести к достижениям революции «Индустрия 4.0».

В современных условиях при производстве хлебобулочных и кондитерских изделий особенно актуально использование высококачественного экологически чистого сырья, современных технологий и оборудования, обеспечивающих максимальную сохранность витаминов, питательных веществ, а также органолептические достоинства изделий и повышение сроков их хранения [4–7].

В данном исследовании рассматривается технологичный метод обеззараживания кедровых орехов от плесеней хранения способом обработки электромагнитным полем сверхвысокочастотного излучения (СВЧ) [3, 6–8].

Качество кедровых орехов, используемых в производстве, зависит от окружающей среды и условий хранения. Правильное хранение пищевого сырья – одна из важнейших задач производства. Порча сырьевых запасов, в частности орехов, вызывается главным образом воздействием на них микроорганизмов [9, 10].

Существует множество методов обеспечения качества и безопасности орехоплодных: сушка, применение защитных газов, консервантов, отбеливателей, антиокислителей, использование охлаждающих и замораживающих агентов, термическая обработка.

Одним из устаревших методов обработки пищевых продуктов является сушка. Ядра обжаривают при температуре 150–160 °С в течение 15– 20 мин в сферическом аппарате, 30–40 мин в цилиндрическом, а в сушилках непрерывного действия при температуре входящего воздуха 130–140 °С. Влажность обжаренных ядер составляет 2,0–3,5 %; подсушенных – 4,0–5,0 %.

Защитные газы или смеси газов защищают сельскохозяйственное сырье от воздействия окружающей среды. Области применения – бункерное хранение орехов.

Для термической обработки ядер орехов применяют цилиндрические или сферические обжарочные аппараты периодического действия, а также сушилки непрерывного действия.

В данный момент наиболее актуальной и перспективной является сушка с применением инфракрасного излучения. Инфракрасное излучение твердых тел обусловлено возбуждением молекул и атомов тела вследствие их теплового движения. Коротковолновые инфракрасные лучи оказывают более сильное воздействие на пищевые продукты, как за счет большой глубины проникновения, так и более эффективного воздействия на молекулярную структуру продукта.

Вышеперечисленные, существующие на сегодняшний день методы и способы обеззараживания позволяют в полной мере достичь положительных результатов в главном направлении: уничтожении вегетативных и спорообразующих форм микроорганизмов в обрабатываемом объекте. Но необходимо отметить один момент, позволяющий разграничить использование некоторых методов по тем или иным причинам. Это прежде всего тот факт, что применение любого способа сопровождается влиянием данного воздействия на структуру химических соединений, в результате чего происходят необратимые изменения химического состава сырья.

Микроволновая технология позволяет решить эту проблему. Сырье, обеззараживаемое под воздействием энергии СВЧ, сохраняет свои полезные свойства и является экологически чистым продуктом. Основным фактором при СВЧ-обеззараживании является температура нагрева. Для СВЧ метода характерен избирательный нагрев, заключающийся в способности нагревать быстрее более влажные поверхности обрабатываемых орехов [6–8].

Микроволновый метод сушки основан на воздействии на обезвоживаемый продукт интенсивного электромагнитного поля сверхвысоких частот (ЭПСВЧ). Под действием СВЧ-поля молекулы воды (диполи) начинают совершать колебательные и вращательные движения, ориентируясь с частотой поля по его электрическим линиям. Движение молекул – это и есть тепловая энергия. Чем больше воды в заданном объеме, чем больше молекул участвует в этом движении, тем больше тепловой энергии выделяется. Таким образом, разогрев происходит во всем объеме ореха, причем более влажные участки получают больше энергии. За счет этого происходит удаление влаги в кедровых орехах и одновременно выравнивание влажности во всем объеме. Отмечено, что при снижении влажности сырья процесс сушки продукта не замедляется, поскольку механизм теплопроводности не играет здесь ключевой роли [6–8]. Метод ЭМП СВЧ позволяет улучшить вкусовые и органолептические качества орехоплодных, максимально освободить их от различного рода плесневых грибов, бактерий, сохранив при этом физико-химические свойства кедровых орехов.

Цель исследования – изучение влияния энергии СВЧ-поля на возбудители плесневения родов Penicillium , Aspergillus при хранении кедровых орехов.

Задачи: провести исследования по обеззараживанию кедровых орехов электрическим и тепловым воздействием СВЧ-поля; установить эффективные режимы по обеззараживанию кедровых орехов от плесеней хранения.

Объекты и методы. Объектом исследования служили орехи кедровые.

Сохранность сырьевых продуктов – одна из важнейших проблем пищевой промышленности [9]. Основным признаком качества пищевых продуктов является их безопасность, которая зависит от применяемого сырья. Безопасность пищевых продуктов – состояние обоснованной уверенности в том, что пищевые продукты при обычных условиях их использования не являются вредными и не представляют опасности для здоровья современного и будущего поколений [11–13].

Высококачественные кондитерские изделия можно изготовить благодаря использованию в их производстве разнообразного по химическому составу и свойствам сырья растительного происхождения [3,11–15].

Орехоплодное сырье при хранении подвержено порче вследствие прогоркания жира. Как следствие, окисление жира вызывает окислительные процессы витаминов, минеральных и вкусовых веществ, что ведет к снижению качества готовой продукции. По этой причине для предотвращения микробиологической порчи необходимо обеззараживать сырье.

Продукция с использованием кедрового ореха является обогащенным продуктом, богатым как витаминами, так и минералами. Содержащийся в нем кальций уменьшает накопление радиоактивного стронция, что в свою очередь является актуальным продуктом для жителей мегаполиса.

Ядра кедровых орехов содержат 63,9 % высококачественного масла и 17,2 % легкоусваи-ваемых белков, в состав которых входят 19 аминокислот. Из них 70 % – незаменимые и условно незаменимые, что указывает на высокую биологическую ценность белков [9, 10, 15].

Богаты кедровые орехи важнейшими макро и микроэлементами: медь, марганец, магний, кремний, калий, ванадий, фосфор, кальций и др. Минеральный состав орехов в сравнении с фруктами в 2,5–3 раза богаче, в них много белка (16–25 %).

Сохранение орехов сводится к регулированию жизненных процессов, лежащих в основе появления порчи.

Подвести к порчи могут как биологические процессы, протекающие в сырье, так и жизнедеятельность микроорганизмов. Воздействуя на сырье или на микроорганизмы физическими, биологическими и химическими факторами можно подавить жизнедеятельность возбудителей порчи и сохранить сырье [3].

Результаты и их обсуждение. Для достижения цели исследования по влиянию энергии СВЧ-поля на кедровые орехи проводились лабораторные проработки. В лабораторных условиях изучалось влияние энергии СВЧ-поля на возбудителей плесневения родов Penicillium , Aspergillus .

Метод определения плесневых грибов был основан на посеве кедровых орехов в питатель-

Вестник КрасГАУ. 2022. № 5 ную среду Сабуро, определении принадлежности выделенных микроорганизмов к плесневым грибам по характерному росту на питательной среде и по морфологии клеток. Схема опыта включает 5 вариантов, в том числе двух контрольных: промывание орехов стерильной водой, в дальнейшем именуемый – контроль «не обеззараженный» и стандарт по существующей технологии «обжарка», далее именуемый – контроль-стандарт. Эксперименты проводились в трехкратной повторности.

Отбор и подготовка проб осуществлялась следующим образом:

• 1.    Контрольный образец – сырые кедровые орехи, промытые стерильной водой, «не обжаренные» (рис. 1);

• 2.    Контроль-стандарт «обжарка» – образец которой прошел стандартную термическую обработку (рис. 2.);

• 3.    Кедровые орехи, прошедшие обработку СВЧ-энергией при малой мощности – 100 Вт;

• 4.    Кедровые орехи, прошедшие обработку СВЧ-энергией при средней мощности – 500 Вт;

• 5.    Кедровые орехи, прошедшие обработку СВЧ-энергией при максимальной мощности – 1000 Вт.

На рисунке 1, а видны плесневые грибы вида Aspergillus niger , которые имеют черные споры по краю поверхности чашки Петри. Aspergillus niger является одним из грибов, наиболее часто выделяемых из орехоплодных.

На рисунке 1, б показаны плесневые грибы родов Penicillium и Aspergillus . Многие виды Penicillium настолько часто встречаются в пищевых продуктах, что их можно считать типичными возбудителями порчи. Колонии характеризуются желтым цветом, вследствие продуцирования большого количества цитринина.

а                                           б

Рис. 1. Контрольный образец: а – вид сверху; б – вид снизу

На рисунке 2 представлен контроль-стандарт «обжарка». При исследовании образца «обжарка» идентифицированы плесневые грибы видов Penicilium и Aspergillus .

На рисунках 3–5 представлены образцы, обработанные СВЧ-энергией при разных параметрах.

а                                            б

Рис. 2. Контроль-стандарт «обжарка»: а – вид сверху; б – вид снизу

а                                              б

Рис. 3. Орехи, обработанные СВЧ-энергией мощностью 100 Вт: а – вид сверху; б – вид снизу

В образце, обработанном при малой мощности – 100 Вт, наблюдаются плесневые грибы разных видов.

На рисунке 3, а образец, обработанный СВЧ-энергией при минимальной мощности – 100 Вт и времени обработки 13 мин (вид сверху), идентифицированы плесневые грибы видов Aspergillus, которые образуют черные споры по краю поверхности чашки Петри, и Mucor, представляющие собой черные точки.

На рисунке 3, б (вид снизу) видны плесневые грибы вида Penicillium , колонии характеризуются желтым цветом.

На рисунке 4 представлена обработка кедровых орехов СВЧ-энергией при средней мощности.

а                                            б

Рис. 4 . Орехи, обработанные СВЧ- энергией мощностью 500 Вт: а – вид сверху; б – вид снизу

В образце на рисунке 4, а , обработанном СВЧ-энергией 500 Вт в течение 9 мин, наблюдаются плесневые грибы видов Aspergillus и Mucor .

На образце на рисунке 4, б виден другой плесневый гриб вида Eurotium , который окрашен желто-оранжевым цветом.

На рисунке 5 представлены орехи, обработанные максимальной СВЧ-энергией.

а                                           б

Рис. 5. Орехи, обработанные СВЧ-энергией мощностью – 1000 Вт: а – вид сверху; б – вид снизу

На рисунке 5 в образцах, обработанных СВЧ- Результаты исследований по обеззаражива-энергией 1000 Вт в течение 6 мин, плесневые нию кедровых орехов представлены диаграм-грибы полностью отсутствуют. мой (рис. 6).

Рис. 6. Зависимость количества плесневых грибов от способа обработки

Из диаграммы следует, что наиболее эффективным способом обработки обеззараживания орехового сырья является обработка 1000 Вт в течение 6 мин.

Заключение. В ходе исследовательской работы были решены поставленные задачи:

• 1.    Проведены исследования по обеззараживанию кедровых орехов электрическим и тепловым воздействием СВЧ-поля.

• 2.    Установлены эффективные режимы по обеззараживанию кедровых орехов от плесеней хранения:1000 Вт в течение 6 мин.