Применение комплексной радиационно-холодильной технологии для антисептирования и сохранения качества шампиньонов

Шишкина Н.С. и др. Вестник ВГУИТ, 2020, Т. 82, №. 3, С. 58-64 Введение

Жизнеобеспечение человечества тесно связано с уровнем функционирования сельскохозяйственного производства и пищевой отрасли.

От определения путей реализации прогрессивных технологий производства и хранения пищевой продукции зависит существование как сегодняшнего населения мира, так и всех грядущих поколений.

Прогнозируемые долгосрочные экологические изменения: вариации климата, температурные аномалии, засухи, ливни, наводнения, ураганы и др., ведут к снижению урожайности культур, исчезновению ряда растений и животных (до 30–40%), к изменению состава газовой среды, снижению животноводческого производства и др. [1].

Существенные изменения ведут к глобальным мировым критическим ситуациям – загрязнение воздуха и воды, истощение земли, эпидемии заболеваний, пандемии и другим. Отмеченные кардинальные изменения, дополненные влиянием пандемии коронавируса текущего года, наглядно выявляют многие важные задачи для сохранения жизни человеческого сообщества на планете. Эти задачи многофункциональны, и все государства и каждый житель земли должен внести свой вклад в их реализацию. Так, сохранение пищевой и сельскохозяйственной продукции (в том числе растительной природы) в свежем или консервированном виде служит текущим и перспективным резервом населения мира сегодня и в будущем. Для осуществления поставленной задачи все большую популярность в агропромышленном комплексе приобретает применение эффективных физических методов обработки [2–6].

В мировой практике широко используется обработка пищевых продуктов ионизирующими излучениями в целях сохранения качественных показателей и повышения уровня микробиологической безопасности, продления сроков хранения, задержки процессов созревания и старения растительных тканей. Важным преимуществом ионизирующего излучения по сравнению с химической обработкой является его способность глубоко проникать в ткани обрабатываемого сырья, что позволяет контролировать загрязнение патогенными микроорганизмами как на поверхности, так и внутри сырья. Облучение также эффективно применяют для контроля вредителей при импорте и экспорте экзотических фруктов, овощей и другой растительной продукции [2–7].

Облучение является достаточно универсальным способом обработки сырья в потребительской или транспортной упаковке в сочетании с пониженными температурами при хранении.

Кодекс Алиментариус устанавливает, что источниками излучения для обработки пищевой продукции, в том числе фруктов, овощей и грибов могут быть использованы следующие виды ионизирующего излучения:

• а)    гамма-излучение от радионуклидов ⁶⁰Co или ¹³⁷Cs;

• б)    рентгеновские лучи от искусственных источников с энергией меньшей или равной 5 МэВ;

• в)    поток ускоренных электронов от искусственного источника с энергией меньшей или равной 10 МэВ.

В результате фундаментальных и прикладных исследований в России и в других странах была установлена эффективность применения ионизирующих излучений в различных сферах: для предотвращения прорастания, сокращения потерь при хранении картофеля (ингибирование прорастания), фруктов, овощей и других различных пищевых продуктов для сокращения микробиологических потерь и др. Головные функции по координированию работ в области технологии радиационной обработки пищевых продуктов согласно приказу совета Министров СССР от 27 ноября 1956 года были поручены ВНИИКОП (ВНИИТеК) (Министерством пищевой промышленности СССР) при руководстве Комитета по науке и технике СССР.

Во ВНИИТеК был осуществлен большой комплекс работ по обоснованию и формированию технологии хранения фруктов и овощей с применением ионизирующих излучений [4, 5, 6].

Проведенными нами исследованиями изучена эффективность использования радиационной обработки для повышения микробиологической безопасности фруктов и овощей.

Экспериментально установлено, что при использовании обработки γ-лучами овощей при исходной обсемененности 101–103 КОЕ на 1 г количество жизнеспособных бактерий при облучении дозами 1–3 кГр сокращалось до 0,005– 0,0004% от исходного содержания (морковь резаная, перец резаный и др.), а при более высоком уровне исходной обсеменённости 107–108 КОЕ на 1 г остаточное количество жизнеспособных бактерий после 20 сут хранения сырья составляло: у моркови резаной 0,05%, у шпината 0,002%, у томатов 0,000005% от исходного. Данное явление отмечалось в соответствии с особенностями растительных объектов и спецификой микрофлоры. Выявлен высокий эффект ингибирования бактерий кишечной палочки. Существенное влияние отмечалось при воздействии ускоренных электронов на жизнедеятельность спор плесневых грибов и дрожжей [4].

Количество спор плесневых грибов сокращалось за период 20 суток от исходного содержания у томатов до 0,34%, у перца сладкого 23%, у моркови резаной 3,3%, у моркови целой 1,3%.

На поверхности облучённых дозой 3 кГр овощей количество жизнеспособных дрожжей составляло от 1,4 до 85,0% от исходного (для резанных моркови и перца, томатов и др.) [4].

Для обработки плодоовощной продукции установлена возможность применения облучения дозами не выше 3 кГр, которые не являются стерилизующими и подавляют развитие микроорганизмов на краткосрочный период до 2–3 недель.

Радиационная обработка наряду с антисеп-тированием продукции вызывает ряд неблагоприятных изменений – снижение устойчивости к патогенам, размягчение тканей продукции, изменение цветовых характеристик и др.

С целью сокращения неблагоприятных изменений нами разработана комплексная технология оптимизации хранения фруктов, овощей и грибов, которая включает: антисептическую обработку ускоренными электронами или γ-излучением, применение условий охлаждения и модифицированнной газовой среды для задержки процессов созревания и старения тканей, а также сохранение более высокого уровня показателей пищевой ценности продукции.

Проведенные исследования позволили установить на большом ассортименте продукции (томаты, перец, морковь, свекла, ягоды, косточковые плоды, яблоки, листовые овощи и др.) высокую эффективность комплексной технологии. Применение технологии позволило сократить потери от микробиологической порчи и убыли массы в 3–5 раз, продлить сроки предреализаци-онного хранения растительного сырья, а также увеличить продолжительность хранения сырья до переработки [4, 6].

Для расширения сфер освоения комплексной технологии существенную роль играет расширение ассортимента сохраняемой по новой технологии продукции.

В соответствии с выше отмеченными тенденциями климатических и других изменений, влияющих на выращивание сельскохозяйственной продукции, определяющее значение имеет совершенствование технологии и особенности производства растительной продукции закрытого грунта. Это позволяет избежать климатических неблагоприятных изменений, обеспечить направленное изменение плодородия почвы, обеспечить формирование устойчивого урожая и высокий уровень сохранности продукции на этапах хранения и транспортирования. Для расширения ассортимента облучаемой продукции нами проведены исследования

Грибы отличаются высокой питательной ценностью, содержат повышенный уровень белка (19–35% сухого веса), включая девять незаменимых аминокислот, относительно большое количество углеводов (51–88% сухого веса) и клетчатки (4–20% сухого веса), малый уровень жиров, хотя грибы являются источником ненасыщенных жирных кислот, таких как олеиновая и линолевая. Они также содержат значительное количество минералов и витаминов, в основном тиамин, рибофлавин, аскорбиновую кислоту и витамин D2. Фактически, грибы являются растительным источником витамина D [8–11].

Наиболее популярными грибами являются шампиньоны (Agaricus bisporus и другие виды Agaricus), вешенки (Pleurotus spp.) и шиитаке (Lentinus edodes) [12]. Грибы являются одним из самых скоропортящихся продуктов и имеют тенденцию потери качества сразу после сбора урожая. Короткий срок хранения грибов (1–3 дня при температуре окружающей среды) является недостатком для распространения и сбыта свежего продукта [10, 11]. Данное явление обусловлено изменениями, происходящими после сбора урожая, такими как потемнение кожицы, раскрытие шляпки, удлинение ножки, потери веса и изменение текстуры, высокая интенсивность дыхания и др. [8, 13]

Благоприятное воздействие облучения на свежие грибы можно выразить в двух направлениях: в продлении срока хранения и в обеспечении их микробиологического качества.

Новизной проводимых работ является изучение комплексного воздействия радиационной обработки, модифицированной газовой среды и холодильного хранения на свежие грибы в целях предупреждения развития патогенной микрофлоры и сохранения качества исследуемого сырья.

Объекты и методы

В качестве объектов исследования использовали свежие шампиньоны (Agaricus bisporus). Грибы, полученные в день сбора, расфасованы в лотки из полипропилена в один слой и упакованы в пакеты из различных полимерных плёнок.

При изготовлении пакетов были использованы следующие полимерные материалы:

• •    полипропилен (РР) (толщина – 80 мкм; кисло-родопроницаемость – 1000–6000 см ³ /м ² ×24 часа×бар (23 °С); паропроницаемость – 8–13 г/м ² /24 ч×бар (38 °С, отн. вл. 90%));

• •    полиэтилен (РЕ) (толщина – 7 мкм; кисло-родопроницаемость – 5×10 ^-13 м ² ×Па ^-1 ×с ^-1 ; паропро-ницаемость – 0,5–5 г/м ² /24 ч);

  • биаксиально-ориентированный полипропилен (ВОРР) (толщин – 40 мкм; кислородопроницаемость – 1325 см ³ /м ² ×24 часа×бар (23 °С); паропроницае-мость – 3,3 г/м ² /24 ч×бар (38 °С, отн. вл. 90%).

  Обработку проводили на ускорителе УЭЛР-10– 15-С-60–1 (ООО «Теклеор», Калужская область) ускоренными электронами дозами от 1 до 3 кГр при энергии пучка до 5 МэВ.

  После облучения упаковки с грибами были заложены на хранение в холодильную камеру с принудительной вентиляцией при температуре +4–5 °C и относительной влажностью воздуха 65–70%.

  Модифицированная газовая среда в упаковках формировалась за счет поглощения О 2 и выделения СО 2 при дыхании грибов и селективной проницаемости полимерного материала. Показатели состава газовой среды внутри упаковок контролировались с использованием газоанализатора МАГ-6 П-В.

  Степень трансформации качества шампиньонов в процессе хранения оценивали в соответствии с ГОСТ Р 56827–2015 (UNECE STANDARD FFV-24:2012) «Грибы шампиньоны свежие культивируемые. Технические условия», а также по изменению химикотехнологических и органолептических показателей.

  
  

  Микробиологическую обсемененность грибов до и после обработки определяли по ГОСТ 10444.15– 94; ГОСТ 10444.12–2013; ГОСТ 32064–2013.

Результаты и обсуждение

В результате исследований установлено, что обработка дозами 1–3 кГр грибов приводит к высокой степени ингибирования специфичной для них возбудителей порчи бактериальной микрофлоры.

Количество патогенной микрофлоры снижается с увеличением дозы облучения. Достигнутое ингибирование поддерживается в течение 1–8 суток хранения, а в последующий период жизнедеятельность микрофлоры частично восстанавливается. При обработке дозой 3 кГр подавление жизнедеятельности бактериальной микрофлоры сохраняется до 20 суток (таблица 1).

Наиболее значительно сокращается микробиологическое обсеменение в упаковках ВОРР, что коррелирует с более высоким уровнем накопления СО 2 при дыхании грибов. Различия содержания в упаковках СО 2 с контролем нивелируется при хранении (таблица 2).

Таблица 1.

Влияние обработки ускоренными электронами и условий хранения (МГС, холод) на микробиологическую обсемененность и содержание СО 2

в различных упаковка грибов шампиньонов

Table 1.

Influence of treatment with accelerated electrons and storage conditions (MGS, cold) on microbiological contamination and CO 2 content in various packaging of champignon mushrooms

Доза облучения, кГр Radiation dose, kGy	Количество жизнеспособных клеток бактерий МАФАнМ, lg (КОЕ/г) The number of viable bacterial cells MAFAnM, lg (CFU / g)			Количество СО 2 в упаковках при хранении, % The amount of CO 2 in packages during storage,%
	Сроки хранения Storage periods
	1 сут 1 day	10 сут 10 days	20 сут 20 days	1 сут 1 day	10 сут 10 days	20 сут 20 days
Упаковка в пакеты РР Packing in PP bags
0,0	7,08	7,04	6,79	0,5	10,1	6,6
1,0	6,32	6,26	6,45	1,0	8,2	4,3
2,0	4,81	4,7	5,65	1,5	5,6	6,6
3,0	0,0	0,0	0,0	-	-	-
Упаковка в пакеты ВОРР Packing in BOPP bags
0,0	4,8	4,85	5,45	7,8	11,1	4,6
1,0	2,08	3,91	4,08	14,4	11,0	4,4
2,0	1,48	1,32	2,11	15,1	10,8	4,6
3,0	0,0	0,0	0,0	16,8	9,4	4,8
Упаковка в пакеты РЕ Packing in PE bags
0,0	7,08	7,18	7,2	0,02	0,02	0,025
1,0	5,34	6,15	6,58	0,28	0,27	0,25
2,0	4,94	5,26	3,69	0,27	0,27	0,02
3,0	00,0	0,0	0,0	-	-	-

Таблица 2.

Влияние комплексной технологии хранения шампиньонов на содержание СО 2 в полимерных упаковках ВОРР

Table 2.

Influence of the integrated technology for storing champignons on the CO 2 content in BOPP polymer packages

Доза облучения, кГр Radiation dose, kGy	Содержания СО 2 в пакетах, % по суткам хранения CO 2 content in bags,% for days of storage
	1 сут 1 day	3 сут 3 days	8 сут 8 days	10 сут 10 days	16 сут 16 days	20 сут 20 days	24 сут 24 days
0,0	7,80	5,63	9,50	11,13	10,96	4,63	4,63
1,0	16,37	16,26	10,17	11,32	10,56	5,43	5,43
2,0	15,08	18,67	9,78	10,76	9,98	4,65	4,65
3,0	14,84	18,90	9,60	9,40	4,84	4,84	4,84

Повышенное выделение СО 2 в опытных упаковках ВОРР свидетельствует о более интенсивном наступлении старения тканей и стимулирует проявление функциональных расстройств при хранении. Наиболее заметное потемнение тканей кожицы отмечается в упаковках ВОРР.

В процессе хранения грибов первостепенное значение для культивируемых грибов играют потери влаги, максимальные значения которых не могут быть более 5%. Установлено, что применение различных полимерных упаковках (РР, РЕ, ВОРР) для хранения облученных грибов обеспечивало сохранение требуемой влажности и сокращение потерь от убыли массы. Наименьшие потери массы отмечены при хранении облученных грибов в упаковках ВОРР, которые составили в первые дни хранения 0,26–0,52%, а на 24 сутки – до 0,51–0,67%. Несколько выше были потери массы у облученных грибов при хранении в упаковках РР (1,76–2,24%).

Установлено также, что в облученных вариантах грибов сохраняется более высокий уровень растворимых сухих веществ (таблица 3).

Таблица 3.

Изменения содержания растворимых сухих веществ у облученных грибов при хранении в МГС при 4…5 °С (упаковка ВОРР)

Table 3.

Changes in the content of soluble solids in irradiated mushrooms during storage in MGS at 4 ... 5 ° C (BOPP packaging)

Доза облучения, кГр Radiation dose, kGy	Содержание растворимых сухих веществ, º Brix Soluble solids content, º Brix
	1 сут 1 day	3 сут 3 days	8 сут 8 days	10 сут 10 days	20 сут 20 days	24 сут 24 days
0,0	6,79	6,59	7,04	6,06	6,48	6,17
1,0	6,96	6,63	6,19	6,51	6,59	6,11
2,0	6,71	6,86	6,69	6,50	6,57	6,23
3,0	6,61	6,08	7,01	6,56	6,04	6,43

С увеличением дозы облучения в условиях МГС лучше сохраняется структура грибов в упаковках РР в результате замедления процессов созревания и отдаления сроков старения и порчи.

Наилучшую органолептическую оценку получили образцы облученные дозами 1–3 кГр. сохраняемые в пакетах РР.

Заключение

В результате применения комплексной технологии задерживается прохождение процесса послеуборочного созревания и увеличивается продолжительность хранения грибов до 20 суток при 4 ºС (контроль 10–14 суток). Выявлены особенности влияния комплексной технологии на органолептические показатели грибов: окраски, плотности ткани и др., которые дают возможность дифференцировать выбор параметров технологии в зависимости от целевого назначения продукции. Применение упаковок ВОРР достаточно успешно для грибов, предназначенных для переработки (сушка, замораживание др.), где наиболее важны параметры поверхностной обсеменённости, сокращение убыли массы, высокое содержание сухих веществ в сравнении с контрольными образцами. Для реализации в свежем виде наиболее эффективно использование в комплексе с облучением упаковок РР со средней степенью газопроницаемости к СО2, в этом варианте отмечено наиболее высокое органолептическое качество продукции при задержке созревания, улучшающем товарное качество продукции, так раскрытие шляпки в этом случае задерживается на 4–6 суток.