Современные методы предотвращения микробиологической порчи и увеличения сроков хранения продукции растениеводства

Актуальной проблемой агропромышленного комплекса является обеспечение высоких показателей качества и безопасности собранного урожая в течение всего срока хранения. Традиционные способы, такие как холодильное хранение, использование регулируемых газовых сред являются весьма ресурсозатратными. Кроме того, холодильное хранение может вызывать повреждения поверхности овощей и фруктов из-за воздействия низких температур. Применение агрессивных дезинфицирующих средств негативно воспринимается потребителями, а также может оказывать токсичное действие на организм человека. В связи с этим, актуален поиск новых способов обеспечивающих стабилизацию продукции растениеводства в про- цессе хранения. В частности, представляют интерес исследования и разработки антимикробных препаратов на основе натурального сырья или мягких химических средств для самостоятельного применения и в комбинации с физическими методами обработки. Решение данной задачи может основываться на обобщении и применении результатов научных исследований, которые приведены в этой статье.

Результаты исследований

Анализ научно-технических источников позволил выделить несколько перспективных способов предотвращения микробиологической порчи и увеличения сроков хранения продукции растениеводства. Одним из них является обработка электромагнитными полями крайне низких частот

(ЭМП КНЧ).Установлены эффективные режимы обработки фруктов (яблок и груш) ЭМП КНЧ - для яблок: частота - 22 Гц, сила тока - 10 А в течение 40 минут, а для груш: частота – 26 Гц, сила тока – 5 А в течение 50 минут [1]. Аналогичные исследования показали эффективность применения ЭМП КНЧ на корнеплодах моркови с частотой поля – 28 Гц, силой тока – 5 А и продолжительностью обработки – 30 минут [2]. Представляет интерес применение биопрепаратов, так как они не оказывают угнетающего действия на естественную резистентность сырья, что позволяет обеспечить сохранение товарного качества [3, 4]. Была доказана эффективность применения биопрепарата «Экстрасол» с целью снижения микробиальной обсемененности яблок в процессе хранения в дозировке раствора 1 мл на 100 г фруктов [5].

Zhang C. (2016) применяли слабокислую электролизованную воду для уменьшения естественной микробиоты на сельдерее и кинзе при различных концентрациях ионов хлора, продолжительности обработки и температуре хранения. Обработанные слабокислой электролизованной водой сельдерей и кинза хранились при температуре 4 и 20°C в течение 6 дней. Результаты показали, сокращение аэробных бактерий, дрожжей и плесеней с увеличением концентрации ионов хлора и времени обработки. Сельдерей и кинза, обработанные электролизованной водой с концентрацией ионов хлора 30 мг/л в течение 5 мин и с концентрацией ионов хлора 25 мг/л в течение 7 мин, содержат наименьшее количество дрожжей и плесеней. Эффект микробной инактивации, а также отсутствие каких-либо изменений в качестве, обработанных листовых овощей позволяет сделать вывод о том, что электролизованная вода может быть перспективным дезинфицирующим средством.

Исследователями RahmanS. M.E., DingT. (2010) установлена эффективность слабокислой электролизованной воды, полученной электролизом разбавленного раствора соляной кислоты (2%) для инактивации in vitro Escherichiacoli, Staphylococcus aureus и Salmonella spp., а также инактивации патогенов Escherichia coli O157: H7 и Listeria monocytogenes на листьях шпината [6].

Ozturk I. etal. (2016) исследовали гидро-латы, полученные из тимьяна, розмарина, чабера, шалфея, орегано и лаврового листа для обеззараживания салата айсберга, инокулированного Salmonellatyphimurium, Listeriamonocytogenes и Escherichiacoli O157:H7. Гидролаты – продукты, полученные путем паровой дистилляции растительного (как правило, эфиромасличного) сырья. Гидролаты тимьяна и чабера оказали наибольший антимикробный эффект на все виды патогенов, гидролаты остальных растений также значительно снижали количество микроорганизмов в зависимости от времени обработки (0, 20, 40 или 60 минут). Коме того, исследовали состав эфиров, содержащихся в гидролатах. Тимол и 1,8-цинеол оказались наиболее распространенными компонентами гидролатов, вероятно, влияющими на их антибактериальную активность.

Антагонистическая активность гидролатов обусловлена их химическим составом, представленным в основном фенольными соединениями, которые разрушающе действуют на клеточные мембраны и оболочки микроорганизмов и препятствуют действию их ферментов.GoñiM.G. etal. (2013) изучены эфирные масла чайного дерева и гвоздики в качестве дезинфицирующих средств для обработки перед уборкой кочанного салата и их влияние на хранение. Эфирные масла показали свою эффективность in vitro для ингибирования природной микрофлоры салата. In vivo эфирные масла применяли в разовой дозе (за 14, 10, 7, 3 и 0 дней до сбора урожая) в последовательных применениях. Оба эфирных масла показали значительное снижение мезофильных бактерий и бактерий группы кишечной палочки. Обработка эфирным маслом гвоздики не показала значительного сокращения количества психрофильных микроорганизмов, дрожжей и плесеней.

Zhang S. etal. (2017) получили наноэмульсию из эфирных масел корицы и гвоздики. Наноэмульсию готовили с использованием Tween 80 и этанола в качестве поверхностно-активного вещества и дополнительного поверхностно-активного вещества соответственно. Наноэмульсия оказалась стабильна со средним размером частиц 8,69 нм при соотношении поверхностно-активного вещества и дополнительного поверхностно-активного вещества 3:1 и соотношении масла к смеси поверхностно-активных веществ 1:9. Наноэмульсия оставалось стабильной после центрифугирования при 10000об/мин в течение 20 мин, хранении в течение 1 месяца при 60 ° C и даже при нагревании до 80 ° C в течение 30 минут. По сравнению с аналогами полученная наноэмульсия проявляла более высокую противомикробную активность против четырех тестируемых микроорганизмов Escherichia coli, Bacillus subtilis, Salmonella typhimurium и Staphylococcus aureus даже при более низких концентрациях. Это исследование показало, что наноэмульсии эфирных масел гвоздики и корицы могут быть разработаны как природный противомикробный агент в пищевой промышленности.

Kwon S.-J. et al. (2017) разработали пленку из поливинилового спирта, содержащую микрокапсулы эфирного масла орегано, в качестве упаковки томатов черри для снижения роста микроорганизмов. Пленка оказывала противомикробное действие через газовую среду, окружающую продукт, а не путем прямого контакта, тем самым сохраняя качество томатов. Оценивали эффективность пленок с разным содержанием эфирного масла орегано - 1, 2, 3% в течение 7 дней хранения томатов черри 4 °C и 22°C. Пленки, содержащие 2% эфирного масла орегано, имели самую высокую эффективность против Salmonella enterica, плесеней, дрожжей и мезофильных аэробных бактерий.

Migliori C. etal. (2017) изучали влияние обработки эфирными маслами прополиса, тимьяна и хитозаном перед уборкой урожая на степень микробиологической порчи и качество томатов при длительном хранении. Томаты после обработки хранили в течение 120 дней при комнатной температуре. Обработка эфирным маслом прополиса и хитозаном способствовала снижению количества гнилых томатов, начиная с 80 дней хранения, а обработка эфирным маслом тимьяна – с 40 дней хранения. Кроме того, хитозан задерживал старение томатов в течение длительного времени хранения. Среди трех природных фунгицидов хитозан оказался наиболее эффективным в снижении микробиологической порчи, сохраняя хорошее качество томатов в течение длительного времени.

Ojaghian M. R. et al. (2014) установлена in vitro и in vivo противогрибковая активность экстрактов, полученных из листьев нима и корней имбиря, по отношению к Sclerotinia sclerotiorum на корнеплодах моркови. Экстракты смогли уменьшить степень развития заболевания корнеплодов при концентрации 2 г/л. Кроме того, биохимические исследования позволили сделать вывод, что экстракты из листьев нима можно рассматривать как индукторы сопротивления Sclerotinia sclerotiorum на корнеплодах моркови [7].

Han C. etal. (2017) изучали влияние салициловой кислоты на появление повреждений люффы, вызванных воздействием низких температур. Салициловая кислота в концентрации 1,5 ммоль/л значительно уменьшала появление повреждений люффы, вызванных охлаждением. Благотворный эффект салициловой кислоты можно объяснить сохранностью целостности мембраны, ингибированием перекисного окисления мембраны, усиленной антиоксидантной системой и подавление активности ферментов, вызывающих повреждения.

Zhang Y. etal. (2015) исследован эффект салициловой кислоты, хитозанаи хитозансалицилового комплекса на качество огурцов при хранении в течении 12 дней при 2 °C и в течении 2 дней при 20 °C. Результаты показали, что покрытие хитозансалициловым комплексом уменьшает повреждения, вызванные низкой температурой, лучше, чем обработка хитозаном или салициловой кислотой по отдельности. Применение хитозан-салицилового комплекса позволило снизить потерю веса и скорость дыхания и поддерживать высокое содержания растворимых сухих веществ, хлорофилла и аскорбиновой кислоты в огурцах. Кроме того, покрытие увеличивало концентрацию эндогенной салициловой кислоты и антиоксидантных ферментов огурцов во время хранения.

Салициловая кислота и салицилаты задерживают созревание плодов путем ингибирования биосинтеза этилена и сохраняют качество после сбора урожая. Установлено, что салициловая кислота является эндогенным регулятором роста растений и генерирует широкий спектр метаболических и физиологических реакций, что влияет на их рост и развитие. Экзогенное применение салициловой кислоты уменьшает степень гниения ряда посевных культур. Ojaghian M. R. etal. (2013) установили эффективность трех химических форм хитозана и ацетилсалициловой кислоты в обеспечении индукции системно приобретенной резистентности корнеплодов моркови к Sclerotinia sclerotiorum in vitro и in vivo. Анализ ферментов показал, что активность фенилаланин-аммиак-лиазы, по-лифенолоксидазы и пероксидазы увеличивается в инокулированной моркови после применения различных форм хитозана и ацетилсалициловой кислоты.

Наблюдалось усиленное противомик-робное действие обработки 2% яблочной кислотой под вакуумом против пищевых патогенов на поверхности брокколи. Брокколи инокулировали Salmonella Typhimurium и Listeria monocytogenes и обрабатывали простой промывкой погружением и вакуумной промывкой в 2% яблочной кислоте в течение 5, 10, 20 и 30 мин. Результаты показали, после вакуумной промывки большинство бактерий были удалены. Повышенный антимикробный эффект вакуумной промывки можно объяснить увеличением доступности дезинфицирующего средства и улучшенным моющим эффектом в труднодоступных участках продукта.

Han C. etal. (2014) в своем исследовании обрабатывали люффу водными растворами хитозана (0,5% и 1%), затем хранили в темноте при 25±1° C и относительной влажности 90-95%. Результаты показали, что 0,5% и 1,0% растворы хитозана эффективны в снижении интенсивности дыхания и убыли массы, обеспечивают твердость и внешний вид, сохраняют содержание аскорбиновой кислоты и общих фенольных веществ и задерживают увеличение активности полифенолоксидазы. Кроме того, 1,0% раствор хитозана заметно подавлял активность пероксидазы и фенилаланин-аммиак-лиазы. таким образом, использование хитозана эффективно сохраняет качество и увеличивает срок хранения люффы [8].

Хитозан обеспечивал эффективный контроль Sclerotiniasclerotiorum на корнеплодах моркови с индукцией активности защитных ферментов, включая полифено-локсидазу и пероксидазу. Противомикроб-ное действие хитозана на Sclerotiniasclerotiorum может быть связано с прямым повреждением плазматической мембраны и окислением липидов S. sclerotiorum, а также с проявлением ответной реакции моркови. Chen J. etal. (2014) исследовали влияние обработки хитозаном в отдельности и в сочетании с метилжас-монатом против Alternaria alternata in vitro и in vivo. Полученные результаты позволили установить, что комбинация 0,1% раствора хитозана и 500 мкл/лметилжасмонат была более эффективной для снижения частоты заболеваемости и диаметра поражения от микробиальной порчи томатов черри, чем применение только метилжасмоната или хитозана. Комплексная обработка также привела к более высокой активности полифенолок-сидазы, пероксидазы и фенилаланин-аммиак-лиазы. Установлено, что обработка метилжасмонатом и окисью азота способна активировать устойчивость огурцов к низким температурам. Метилжасмотнат и окись азота уменьшают повреждения от воздействия низких температур на огурцах путем ингибирования накопления перекиси водорода [9].

Fugate K. K. et al. (2012) определяли потенциал жасмоновой кислоты уменьшать порчу, вызванную тремя распространенными патогенными микроорганизмами для сахарной свеклы. Собранные корнеплоды обрабатывали растворами жасмоновой кислоты иинокулировали Botrytiscinerea, Penicillium claviforme и Phomabetae, затем оценивали степень зараженности после инкубации при 20°C и относительной влажности 90%. Концентрации жасмоно- вой кислоты 0,01-100 мкм значительно уменьшает микробиологическую порчу, вызванную всеми тремя исследуемыми патогенами. Все концентрации жасмоновой кислоты обеспечивали статистически эквивалентный контроль против B. cinerea и P. betae и снижали степень микробиологической порчи. Против P. claviforme концентрации жасмоновой кислоты 0,01-10 мкМ были одинаково эффективными и уменьшали гниль в среднем на 44%, тогда как увеличение концентрации жасмоновой кислоты до 100 мкМ приводило к снижению гниения на 65% [10].

Park S.-H. и Kang D.-H. (2015) исследовали антимикробное действие газа диоксида хлора (ClO2) и аэрозоля перуксусной кислоты при применении отдельно или в комбинации друг с другом на Escherichia coli O157: H7, Salmonella Typhimurium и Listeriamonocytogenes, инокулированных на листья шпината и поверхность томатов. Установлено, что комбинированная обработка диоксидом хлора и перуксусной кислотой обеспечивает большее снижение всех трех патогенов, чем применение этих средств по отдельности, и не влияет на цвет и текстуру томатов и листьев шпината в течение 7 дней хранения. Эффективна в обеспечении микробиологического качества обработка салата и томатов водным раствором, содержащим 0,02 % свободного хлора, 0,1 мг/мл бензалкония хлорида, 0,2% или 1% молочной кислоты, против Escherichia coli O157:H7 и Yersinia enterocolitica после семидневного хранения при температурах 4 °C и 22°C. Антиоксидантная активность селена способна устранить токсическое действие активных форм кислорода у растений. Исследования показали, что предварительная обработка листьев томатов селенатом натрия в концентрации 1 мг/л эффективно замедляла созревание плодов и поддерживала их качество. Исследование экспрессии генов показало, что подавление биосинтетических предшественников этилена 1-аминоциклопропан-1-карбоновой кислоты синтазы и оксидазы снижает продукцию этилена и скорость дыхания. Более того, обработка селеном, вероятно, повысила антиоксидантную защитную систему, что- бы уменьшить генерацию активных форм кислорода и повреждение мембраны. Обработка селеном представляет собой перспективную стратегию для отсрочки созревания и продления срока хранения то-матов[11].

Результаты исследований Kolaei E. A. etal. (2012) показали, что метабисульфитсодержащие соли ингибируют Pythium sulcatum на моркови, и причину сухой гнили картофеля – Fusarium sambucinum. Кроме того, некоторые сульфатсодержащие соли также ингибировали Pythium sulcatum (сульфат кальция и сульфат аммония) и Fusarium sambucinum (сульфат натрия). Метабисульфиты также обеспечивали стопроцентное ингибирование Pythium sulcatum и сухой гнили при концентрациях 50 и 200 мМ соответственно. Сульфат кальция и сульфат натрия также значительно уменьшали степень поражения моркови Pythium sulcatum в концентрации 50мМ, а сульфат аммония, сульфат магния, сульфат калия и сульфат натрия уменьшали степень поражения сухой гнилью клубней картофеля в концентрации 200 мМ [12].

EshelD., RegevR. (2009) изучена эффективность сочетания физических, щадящих химических и биологических контрольных агентов в качестве альтернативы химическому контролю заболеваний моркови в процессе хранения. Применение пара отдельно и в комбинации со стабилизированной перекисью водорода (Tsunami®100) было эффективным для снижения заболеваний, но оказалось фито-токсичным для корнеплодов. Комбинация сублетальной обработки паром с последующей обработкой сублетальной дозой Tsunami ®100 или Shemer ™ улучшала эффективность и контроль заболеваний на 80 и 86% соответственно. Такая же картина, до 54% эффективности, наблюдалась св случае применения Tsunami®100 вначале, затем промывкой водой и применением Shemer ™. Таким образом, химические препараты потенциально могут быть использованы в течение короткого периода времени, а затем смыты перед применением биологического препарата для обес- печения стабильного качества сырья в процессе хранения [13].

Заключение

Анализируя изученные источники можно сделать вывод, что использование физических и химических способов обработ- ки продукции растениеводства может практически полностью инактивировать патогенную микрофлору, но не всегда предотвращает развитие вторичных инфекций. Продление срока хранения свежих продуктов без ущерба для органолептических показателей и пищевой ценности может быть достигнуто путем сочетания не- скольких методов. Кроме того, комплексная обработка вызывает синергический эффект, способствуя индукции устойчивости растительной продукции к заболеваниям. Несмотря на большое количество исследований в области продления сроков хранения продукции растениеводства с помощью химических и физикохимических методов, существует необхо- димость изучения представленных технологий в условиях производства, а также проведение оценки их экономической эффективности.