Применение нетепловых методов обеззараживания растительного сырья в производстве пищевых продуктов

Зерновые культуры подвергаются загрязнению в поле, во время выращивания, сбора урожая, хранения и транспортировки. Наиболее распространенная микрофлора включают бактерии ( Bacillus subtilis (сенная палочка), Bacillus mesentericus (картофельная палочка),

а также Pseudomonadaceae, Micrococcaceae, Lactobacillaceae, Bacillaceae ), дрожжи ( Candida, Cryptococcus, Pichia, Sporobolomyces, Rhodotorula, Trichosporon ) и грибы ( Aspergillus, Penicillium, Alternaria, Aureobasidium, Cladosporium, Epicoccum, Fusarium, Helminthosporium, Claviceps ). Кроме того, потенциальное повторное загрязнение может возникнуть после сбора урожая. Зерно может For citation

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License быть загрязнено во время процессов очистки, измельчения, сортировки или упаковки.

По степени воздействия на сохранность и безопасность зерна наиболее опасными представителями микрофлоры являются грибы. Наиболее распространен леечный гриб Aspergillus , приспособленный к жизни в условиях низкой влажности и активизирующийся при ее повышении, что является наиболее опасным при производстве продуктов из пророщенного сырья.

Большинство микроорганизмов присутствуют в околоплоднике зерна, и только несколько видов могут находиться во внутренней части злаков, в основном проникновение происходит через зародыш или в результате механических повреждений оболочечных частей. Эти микроорганизмы достаточно прочно удерживаются на поверхности зерна и не могут быть полностью удалены простым промыванием. Хотя необходимо отметить, что путем проведения данного технологического этапа снижается 85–87% от общего микробного загрязнения. Остальное же количество микроорганизмов остается на поверхности и способно продуцировать микотоксины.

В последние годы все большую популярность приобретает использование процесса проращивания зерновых культур с целью получения обогащенных пищевых продуктов с добавленной стоимостью. Использование таких сырьевых компонентов позволяет обогатить пищевой рацион населения витаминами А и Е, а также группы В; микро- и макроэлементами: фосфор, железо, магний, калий и др. При этом редко обращается внимание на то, что микробиологическая загрязнённость и токсикологические факторы воздействия могут сделать зерно непригодным для проращивания или привести к резкому образованию и накоплению микротоксинов и тяжелых металлов в процессе проращивания. Еще в 1982 г. Andrews с коллегами в своих исследованиях отмечал десятикратное увеличение количества колоний Aspergillus glaucus, Penicillium cyclopium and Alternaria в течение 2 сут проращивания зерна.

Афлатоксины имеют большую устойчивость к стандартным способам обеззараживания, применяемым при производстве пищевых продуктов или кормов [4, 7]. Поэтому меры, направленные на предотвращение загрязнения зерна, особенно наиболее токсичным соединением афлотоксина B1, имеют важное значение во всей производственной цепочке (рисунок 1).

Контаминация Aspergillus Contamination Aspergillus

афлатоксины

Bi ? Bz, Gi, Gz aflatoxins

Bi ^ Bz, Gi, Gz

Химические способы Chemical methods

I Биологические способы ] Biological methods

Физические способы Physical methods

Безопасные пищевые продукты Safe food

Рисунок 1. Возможные риски миграции микотоксинов при производстве хлеба и хлебобулочных изделий

Figure 1. Possible risks of migration of mycotoxins in the production of bread and bakery products

Концепция безопасности пищевых продуктов в мировой практике на сегодняшний день направлена на сохранение основных пищевых ингредиентов и их свойств. Тепловые воздействия приводят к эффективному снижению развития микроорганизмов, но при этом вызывают значительные потери термолабильных соединений и отрицательно влияют на органолептические, физико-химические и функциональные свойства конечного продукта [1, 3, 5–11]. Следовательно, исследование нетепловых физических методов воздействия (импульсное электрическое поле, ультразвук, ультрафиолетовый свет, холодная плазма и др.) получают на мировом рынке все большее распространение в течение последних десятилетий (рисунок 2).

Рисунок 2. Наиболее распространенные нетепловые методы обеззараживания растительного сырья, встречаемые в мировой практике [5, 6]

Figure 2. The most common non-thermal methods of disinfection of plant raw materials encountered in world practice [5, 6]

Материалы и методы

В качестве объекта исследований было определено зерно пшеницы сорта Любава. С целью выявления наибольшего обеззараживающего эффекта использовалось заведомо интенсивно загрязненное зерно Уральского региона.

Отбор проб зерна проводили согласно ГОСТ 13586.3–2015.

КМАФАнМ определяли по ГОСТ 10444.15, БГКП – ГОСТ 31747 и ГОСТ Р 52816–2007, количество дрожжей и плесневых грибов – по ГОСТ 10444.12.

Качественное определение наличия афло-токсинов проводили согласно международной методике AACC 45–15.01. Для создания провоцирующих условий развития плесневых грибов в зерне пшеницы увеличивали температуру воздуха до 25–30 °С и повышали влажность зерна до 16–18%. Контроль микробиологических показателей проводили через 1, 3 и 5 сут.

Количественное определение афлотоксинов проводили методом высокоэффективной жидкостной хроматографии согласно ГОСТ 34140.

Для проведения процесса обеззараживания использовали следующие способы воздействия (рисунок 3).

Рисунок 3. Способы обеззараживания зерна

Figure 3. Methods of disinfection of grain

В качестве источника УЗВ был использован акустический источник упругих колебаний ультразвуком – прибор «Волна» модель УЗТА– 0,63/22-ОМ, работающий на частоте 22 ± 1,65 кГц и выходной мощности 630 Вт.

В качестве источника НЭМИ применялся генератор ГНИ-01–1–6, разработанный и изготовленный в Южно-Уральском государственном университете [2]. Для обработки использовали рупорный излучатель при частоте следования НЭМИ 1000 Гц, раскрыве рупора 90×120 мм длиной 240 мм.

Науменко Н.В. и др. Вестник ВГУИТ, 2019, Т. 81, №. 4, С. 110-116

Для генерации XII применялась установка, разработанная в Южно-Уральском государственном университете. Генерация холодной плазмы осуществлялась за счет отрицательного коронного разряда при импульсном напряжении с параметрами: разность потенциалов составляла 10 кВ, частота 50 Гц, плазмообразующее вещество – воздух при нормальных условиях.

Для всех типов воздействия длительность обработки составляла 5 мин.

post@vestnik-vsuet.ru Результаты и обсуждение

Наибольшее опасение вызывает направление, связанное с проращиванием зерновых культур и использованием их при производстве пищевых продуктов. Даже начальная поверхностная микрофлора зерна пшеницы, имеющая допустимый уровень микроорганизмов, в процессе проращивания способна активно увеличивать количество колоний плесневых грибов, что в конечном счете приведет к накоплению микотоксинов в готовом продукте (таблица 1).

Таблица 1.

Поверхностная микрофлора зерна

Table 1.

Surface microflora of grain

Наименование образца Sample Name	Количество микроорганизмов на поверхности зерна, КОЕ/г The number of microorganisms on the surface of the grain, CFU/g
	КМАФАнМ, не более KMAFAnM, no more	БГКП, не более BGKP, no more	Плесени, не более Mold, no more	Дрожжи, не более Yeast, no more
Допустимый уровень, согласно ТР ТС 021/211 Permissible level, according to TP TS 021/211	5·10 4	0,1	50	100
Исходное зерно Source grain	5,6·10 3	Не обнаружено Not detected	36	40
Зерно после проращивания (без обеззараживания) Grain after germination (without disinfection)	2,6·10 5	Не обнаружено Not detected	140	720

Представленные данные свидетельствуют о значительной интенсификации развития патогенной микрофлоры во время проращивания, что подтверждает наличие потенциальных рисков накопления афлотоксинов в зерновой массе при проведении данного процесса, даже несмотря на тот факт, что их количество в сухом зерне колебалось в пределах 0,001–0,003 мг/кг, т. к. в большинстве случаев в пророщенном зерне отмечалось наличие грибов рода Aspergillus.

Для успешного проведения процесса проращивания и получения безопасного сырьевого ингредиента были использованы электрофизические методы воздействия (таблица 2).

Таблица 2.

Эффективность электрофизических методов обеззараживания зерна

Table 2.

The efficiency of electro-physical methods of disinfection of grain

Наименование показателей The name of indicators	Способ обеззараживания The method of disinfection
	Контроль The control	УЗВ Member	НЭМИ NEMI	XII
КМАФАнМ, КОЕ/г KMAFANM, CFU / g	1,3·106	3,8·104	3,8·103	20
БГКП (колиформы) PGP (coliforms)	Не обнаружено | Not detected
Дрожжи, КОЕ/г Yeast, CFU/g	900	400	320	Менее 10
Плесени, КОЕ/г Mold, CFU/g	400	140	80	Менее 10

На основании полученных данных можно сказать, что наибольший обеззараживающий эффект наблюдался при использовании воздействия XII, который позволял свести показатели КМАФАнМ, количество дрожжей и плесневых грибов до минимальных значений. Полная стерилизация зерна является практически невыполнимой задачей в связи с наличием неровностей биологического объекта.

НЭМИ занимают промежуточное положение. Так, количество дрожжей и плесневых грибов сокращалось в 2,8 и 5,0 раз соответственно. Минимальный обеззараживающий эффект можно отметить при использовании УЗВ. Количество дрожжей и плесневых грибов сокращалось в 2,2 и 2,8 раз и оставалось выше регламентируемых значений. Характерный вид результатов качественного определения наличия афлоток-синов представлен на рисунке 4.

Рисунок 4. Характерный вид результатов качественного определения наличия афлотоксинов согласно AACC 45–15.01

Figure 4. Characteristic view of the results of qualitative determination of the presence of aflatoxins according to AACC 45-15. 01

В контрольном образце уже через 24 ч хранения в провокационных условиях наблюдались единичные флуоресцирующие желтозеленые зерна пшеницы. Их количество увеличивалось к 72 ч, а через 120 ч хранения большая часть (более 70% зерен) имела данный вид свечения, также визуализировалось наличие развитого мицелия плесневых грибов.

Интенсивность желто-зеленого свечения у исследуемых образцов после УЗВ обработки незначительно отличалась от контрольного образца. После 72 ч хранения можно отметить более чем у 40% зерен, а через 120 ч – 50% наличие характерной люминесценции, что может свидетельствовать о слабовыраженном обеззараживающем эффекте данного способа обеззараживания.

Интенсивность желто-зеленого свечения у исследуемых образцов после воздействия НЭМИ также незначительно отличалась от контрольного образца. После 72 ч хранения можно отметить более чем у 30% зерен, а через 120 ч – 90% наличие характерной люминесценции, что может свидетельствовать о накоплении плесневых грибов A. flavus или A. parasiticus .

У образцов зерна, обработанных холодной плазмой, увеличение количества флуоресцирующих зерен не наблюдалось, значит данный способ обеззараживания наиболее эффективный.

Заключение

Представленные методы на сегодняшний день являются инновационными и широко используются в мировой практике. Они позволяют не только дезактивировать плесневые грибы, но разрушить уже образовавшиеся афлатоксины в пищевых продуктах (использование холодной плазмы).

На основании вышеизложенного можно сказать, что опасность попадания и накопления афлатоксинов в пищевых продуктах (особенно цельнозерновых) все еще присутствует и является актуальной проблемой мирового масштаба, т. к. даже минимальное их количество способно нанести глобальный вред здоровью населения.

Статья выполнена при поддержке Правительства РФ (Постановление № 211 от 16.03.2013 г.), соглашение № 02.A03.21.0011 и при финансовой поддержке государственных заданий № 40.8095.2017/БЧ и гранта РФФИ 18–53–45015.