Облучение биологических объектов с применением ионизационного пучка с целью ингибирования условно-патогенной и патогенной микрофлоры сельскохозяйственного сырья

Ключевой задачей пищевой промышленности является обеспечения качества и безопасности пищевой продукции, согласно нормативной документации. Вопросы продовольственной безопасности продуктов питания и сырья не утрачивают своей актуальности [1]. Для получения натуральных и высококачественных продуктов питания является плодоовощное сырье. Технологии переработки плодов и овощей должны быть направлены на рациональное использование продуктов питания и сырья с сохранением пищевой ценности компонентов сырья и увеличением гарантийных сроков хранения готовой продукции, однако полноценно стабилизировать процесс сохранности, пока не удается. Проблема заключается в том, что в процессе хранения в результате микробиологической контаминации происходит порча продукта, а также в не переработанной плодоовощной продукции не прекращаются процессы жизнедеятельности от сбора урожая до употребления человеком, поддержание этих процессов на минимальном уровне, способствует сохранности сырья [1, 3]. Присутствие на поверхности свежих овощей и фруктов условно-патогенных и патогенных микроорганизмов представляет собой наиболее значительную угрозу для сохранности этих продуктов. Имеются многочисленные исследования, в которых было показано, что уровень размножения популяций этих микроорганизмов зависит от многих факторов, таких как: видовое разнообразие и физические характеристики продукции; вид штамма микроорганизма; уровень начальной обсемененности продукции; температуры хранения и других характеристик. Таким образом, одним из важных вопросов является изучение методов, позволяющих обеспечить снижение контаминации пищевых продуктов, сохраняя при этом пищевую ценность готового продукта на длительный срок [1–5]. На сегодняшний день разработаны многочисленные методы для контроля порчи продуктов и повышения их безопасности [2]. К ним относятся такие технологии как: консервирование, пастеризация, заморозка, сушка, стерилизация, облучение [2]

С 2015 года в России последовательно вводятся нормативные документы в направлении по облучению пищевых продуктов [13–17]. В данных руководствах представлены характерные режимы обработки сухого плодовоовощного сырья и фитосанитарной обработки свежей сельскохозяйственной и мясной продукции. После принятия основной нормативно-правовой базы на сегодняшний день требуется разработка технических регламентов облучения отдельных продуктов питания на конкретных радиационных установках. В основу разработки технических регламентов по уничтожению микроорганизмов должны быть положены исследования фундаментального характера на разных модельных средах.

Только на основе моделирования можно спрогнозировать и обеспечить распределения дозы с гарантией угнетения нежелательной микрофлоры, находящейся как на поверхности, так и внутри продукта [1].

В связи с этим целью работы являлось изучение параметров инактивации условнопатогенных и патогенных микроорганизмов Salmonella, S. aureus в различных режимах облучения.

Таким образом, к изучению влияния ионизирующего облучения на пищевую продукцию и сельскохозяйственное сырье необходимо подходить комплексным решением задач, основанных на характеристиках изучаемой продукции таких как:

─ физико-химические свойства продукта;

─ обсемененность продукта до и после облучения (зная величину, исходной обсеменен-ности продукта, можно рассчитать дозу, после облучения которой, количество живых клеток достигнет нормируемого уровня);

─ устойчивость к воздействию ионизирующих излучений у различных микроорганизмов [3].

Целью исследований являлось изучение эффективности применения облучения электронным пучком для подавления патогенных микроорганизмов и изучение характера их угнетения при облучении в горизонтальном и вертикальном расположении образцов, обеспечивающим различное по площади пятно контакта образца с воздухом.

Материалы и методы

В исследовании по эффективности угнетения микроорганизмов использовали следующие штаммы: Staphylococcus aureus ATCC 25923 (f-49) 2 полученный из штамма ВКМ 201189 и Salmonella entrica subsp. Enterica serovar Typhimurium ATCC 140283. Облучение полученных модельных систем проводили на ускорителе

Модельные системы облучали дозами ионизационного облучения в интервале 0–10 кГр.

Аналогичные работы были проведены исследователями [1, 6–12], которые показали эффективность облучения по инактивации условно-патогенной и патогенных микроорганизмов на различных объектах исследования.

Во многих работах указано, что эффективность облучения может зависеть от геометрических параметров объекта облучения, однако экспериментальных исследований в данной области отсутствуют в необходимом количестве.

В связи с этим было принято решения об исследовании одинаковых объектов, облучённых как вертикально, так и горизонтально. В качестве носителя культуры была выбрана твердая питательная среда, приготовленная по ГОСТ 11133–1–2014 п 3.2.7 на основе мясного бульона с добавлением бактериологического агара. Инокуляцию модельных систем проводили следующим образом: суспензию, содержащую определенное количество микроорганизмов одной из изучаемых культур, вносили в пробирки, содержащие 5 мл твердой незастывшей среды из расчета 2 % инокулята от массы среды.

Процесс облучения контролировались пленочными дозиметрами, расположенными вблизи пробирок и внутри пробирок с аналогом субстрата.

Эффективность облучения определяли путем исследования остаточной микрофлоры образцов подвергшиеся различной интенсивностью облучения согласно действующей нормативной документации по определению количество мезофильно-аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов ГОСТ 10444.15–95.

Результаты и обсуждение

Результаты исследований показали различную устойчивость изучаемых штаммов микроорганизмов к ионизационному облучению (рисунок 1).

Исследования по эффективности угнетения различных видов микроорганизмов на твердой среде при вертикальном расположении образцов при облучении (рисунок 2), показали, что наиболее устойчивыми микроорганизмами оказались Salmonella , (грамотрицательные) менее устойчивым S aureus (грамположительные).

« R ^

кГр

—•— Salmonella   ^—•^— S aureus

Рисунок 1. Эффективность облучения культур Salmonella, S. aureus при вертикальном расположении образцов. Более радиочувствительным из изучаемых микроорганизмов к облучению оказался S. aureus

Figure 1. Effectiveness of irradiation of crops Salmonella, S. aureus at the vertical location of the specimens. More sensitive microorganisms to irradiation turned out to be S. aureus

	— о — Vertical position of tubes			, вертикальное
	ра	сположени	е пробирок		9
\х	—о— H	rizontal arr	angement o	f tubes,	У 3  8 и О7 1            1
	го X	ризонтальн	ое располо	жение про	бирок
					6 § i §	t
					5 .3 s 5	\ X
			X		g о и4
					» $ S 3	е.	“X------
			X		Q О S2 о У 5 ,		X
				X	и     1			X
					0
0	1	kGr 2	3	4	0	1	kGr 2	3
		кГр				кГр

(а)

(b)

Рисунок 2. Ингибирование культуры Salmonella^a и S. aureus^b в горизонтальном расположение пробирок и вертикальном расположение пробирок

Figure 2. Inhibition of Salmonella^a and S. aureus^b horizontal arrangement of tubes, vertical position of tubes

Снижение начального микробного количества культуры Salmonella при облучении интенсивностью 3 кГр в горизонтальном расположении снизилась lg (с 8.1 до 3.67), в вертикальном расположении lg (с 8.1 до 5.3). При интенсивности облучения 5кГр в горизонтальном расположении снизилась lg (с 8.1 до 1.0), при вертикальном расположении lg (с 8.1 до 5.07). При интенсивности облучения в 7–10 кГр наблюдается полное угнетение начальной степени обсеменения, для горизонтального расположения, в вертикальном расположении при 10 кГр также наблюдается полное угнетение микроорганизмов, а при 7 кГр lg (с 8.1 до 2.5).

Исследования образцов содержащих культуру Salmonella показали, что наиболее эффективный вариант угнетения патогенной микрофлоры при облучении в горизонтальном расположениями пробирки.

Снижение начального микробного количества культуры S. aureus при облучении интенсивностью 3 кГр в горизонтальном расположении снизилась lg (с 7.1 до 1), в вертикальном расположении lg (с 7.4 до 5.0). При интенсивности облучения 5кГр в горизонтальном расположении снизилась lg (с 7.1 до 0), в вертикальном расположении lg (с 7.4 до 2.5). При интенсивности