Сравнение эффективности нетермических методов обеспечения микробиологической безопасности пищевых отходов
Автор: Воротынцев Н.Э., Кузнецов А.Л., Базанкова Э.А., Суворов О.А.
Рубрика: Биохимический и пищевой инжиниринг
Статья в выпуске: 2 т.13, 2025 года.
Бесплатный доступ
Обеспечение микробиологической безопасности и продление сроков годности в совокупности с сохранением термолабильных веществ, содержащихся в продуктах питания, обуславливают необходимость поиска эффективных нетермических методов обработки пищевых продуктов. В данном исследовании показано сравнение и количественное обоснование эффективности различных методов нетермического воздействия на молоко, содержащее кишечную палочку E. Coli M-17, как способа обеспечения микробиологической безопасности. Для имитации заражения в порцию молока объемом 200 мл вносили водный раствор сухого лиофилизата живых бактерий кишечной палочки штамма E. Coli M-17 марки «Колибактерин», концентрацией препарата не менее 1 г/л воды. Посевы выполнялись на питательную среду для выделения энтеробактерий «АГАР ЭНДО-ГРМ». Воздействие на образцы молока выполнялось в лабораторных стендах в течение 60 минут. Было установлено, что комбинированное воздействие озона производительностью 400 мг/ч и ультрафиолетовых волн длиной волны 260 нм позволяет добиться тотального подавления развития колоний кишечной палочки E. Coli M-17 в молоке при длительности воздействия на протяжении всего 15 минут. Использование воздействия озона или ультрафиолетовых волн отдельно друг от друга на протяжении 60 минут позволяет подавить развитие более 98 % колоний E. Coli M-17 в молоке (21 КОЕ и 273 КОЕ соответственно против 18717 КОЕ контрольного образца). Воздействие комбинации озона производительностью 400 мг/ч и ультразвуковых волн частотой 1,7 МГц на протяжении 30 минут подавляет развитие всех колоний кишечной палочки E. Coli M-17 в молоке. Воздействие на исследуемый образец электромагнитным и электростатическим полями в отдельности, а также их комбинации показало низкую эффективность в подавлении развития колоний E. Coli M-17 в молоке.
Нетермические методы воздействия, озонирование, ультразвуковые волны, ультрафиолетовые волны, пищевые отходы, пищевые продукты, молоко, срок годности, микробиологическая безопасность, электромагнитное поле, электростатическое поле
Короткий адрес: https://sciup.org/147250723
IDR: 147250723 | УДК: 504.062.2 | DOI: 10.14529/food250209
Comparison of the effectiveness of non-thermal methods for ensuring microbiological safety of food waste
Ensuring microbiological safety and extending shelf life, combined with the preservation of thermolabile substances contained in food products, necessitate the search for effective non-thermal methods of food processing. This study shows a comparison and quantitative justification of the effectiveness of various methods of non-thermal exposure to milk containing E. Coli M-17 E. coli as a method of ensuring microbiological safety. To simulate contamination, an aqueous solution of dry lyophilizate of live bacteria of E. Coli M-17 strain “Colibacterin” with the concentration of the preparation not less than 1 g/liter of water was introduced into a 200 ml portion of milk. The crops were carried out on a nutrient medium for the isolation of enterobacteria “AGAR ENDO-GRAM”. Exposure of milk samples was performed in laboratory stands for 60 minutes. It was found that combined exposure to ozone with a capacity of 400 mg/h and ultraviolet waves with a wavelength of 260 nm allows to achieve total suppression of colony development of E. Coli M-17 in milk with a duration of exposure of only 15 minutes. Using exposure to ozone or UV wavelengths separately from each other for 60 minutes allows to suppress more than 98 % of E. Coli M-17 colonies in milk (21 CFU and 273 CFU respectively against 18717 CFU of control sample). Exposure to a combination of 400 mg/h ozone and 1.7 MHz ultrasonic waves for 30 minutes suppresses the development of all E. Coli M-17 colonies in milk. Exposure of the tested sample to electromagnetic and electrostatic fields separately, as well as their combination, showed low efficiency in suppressing the development of E. Coli M-17 colonies in milk.
Текст научной статьи Сравнение эффективности нетермических методов обеспечения микробиологической безопасности пищевых отходов
N.E. Vorotyntsev1, , A.L. Kuznetsov2, , E.A. Bazankova1, , O.A. Suvorov1, , 1 Russian Biotechnological University, Moscow, Russia
Cохранение показателей качества в пределах допустимых значений способствует снижению заболеваемости пищевыми инфекциями и обеспечивает безопасность продукции. Обеспечение микробиологической безопасности и продление сроков годности являются важнейшими задачи продовольственного обеспечения [1].
Важное место в категории высокого и значительного риска причинения вреда потребителю в результате недостаточных мер по обеспечению микробиологической безопасности занимают рыба и морепродукты, молочная продукция, кондитерские изделия, овощи, бахчевые культуры, безалкогольные напитки [2]. В то же время именно эти категории пищевых продуктов имеют большой потенциал переработки как промышленной, так и локальной, с извлечением ценных веществ и получением новых продуктов с добавленной стоимостью.
Предприятия пищевой промышленности используют в основном термическую обработку продуктов, пастеризацию, стерилизацию, которая, к сожалению, разрушительно действует на термолабильные вещества, содержащиеся в продуктах питания, такие как пигменты, антиоксиданты, витамины, биоло- гически активные вещества, и не подходит ко всем видам продуктов [3].
Эффективность некоторых методов нетермического воздействия на пищевые продукты как способа продления срока годности и обеспечения микробиологической безопасности молока, обсемененного дрожжевыми грибами Saccharomyces Cerevisiae, была экспериментально доказана [4]. Однако, учитывая противоречивый опыт многих исследователей нетермических методов обработки пищевых продуктов [5–7], было принято решение продолжить работу по исследованию методов нетермического воздействия на молоко применительно к другим штаммам микроорганизмов.
Целью данного исследования является сравнение эффективности различных методов нетермического воздействия на молоко, содержащее кишечную палочку E. Coli M-17, как способа обеспечения микробиологической безопасности.
Научная новизна работы заключается в количественном сравнении и обосновании продолжительности различных видов и комбинаций методов нетермического воздействия на молоко, содержащее кишечную палочку E. Coli M-17.
Объекты и методы исследования
Данное исследование представляет собой развитие идей и результатов, опубликованных в работе авторов «Сравнение эффективности нетермических методов обработки для предотвращения образования отходов» [4].
Продолжая изучение нетермических методов обработки молока для достижения микробиологической безопасности, в данном исследовании для имитации заражения вместо дрожжевых грибов Saccharomyces Cerevisiae был использован сухой лиофилизат живых бактерий кишечной палочки штамма E. Coli M-17 концентрацией не менее 10x109 КОЕ марки «Колибактерин» производства компании «Микроген». Кишечная палочка (Escherichia coli) – условно-патогенный микроорганизм, некоторые токсины которого способны вызывать пищевые отравления и провоцировать почечную недостаточность.
Объекты исследования, описание методов и методик исследования, а также внешний вид лабораторных стендов и их подробное описание представлены в работе авторов «Сравнение эффективности нетермических методов обработки для предотвращения образования отходов» в разделе «Материалы, методы и объекты исследования» [4].
Результаты и их обсуждение
Воздействие озона производительностью 400 мг/ч
Несмотря на сильные окислительные свойства, вступая в реакцию с органическими соединениями, озон не образует опасных побочных продуктов, что обуславливает его популярность как метода дезинфекции и продления сроков годности пищевых продуктов [8–11].
Согласно рис. 1 воздействие газообразного озона на молоко, содержащее кишечную палочку E. Coli M-17, в течение 60 минут позволило подавить развитие 97 % колоний исследуемого образца. Воздействие меньшей продолжительностью неэффективно, напротив, демонстрировало эффект ингибирования роста.
Воздействие ультразвуковых волн частотой 1,7 МГц
Эффективность ультразвуковой обработки пищевых продуктов обусловлена акустической кавитацией и химическими реакциями, повреждающими клеточную структуру микро-
(А) (Б) (В) (Г)
Рис. 1. Результаты воздействия газообразного озона на молоко, содержащее кишечную палочку E. Coli M-17, в течение: (А) контрольный образец без воздействия; (Б) 15 мин; (В) 30 мин; (Г) 60 мин
организмов [12]. Согласно рис. 2 воздействие ультразвуковых волн частотой 1,7 МГц на молоко, содержащее кишечную палочку E. Coli M-17, в течение 60 минут характеризовалось эффектом ингибирования роста микроорганизмов на 157 % в сравнении с контрольным образцом.
Воздействие ультрафиолетовых волн длиной волны 260 нм
Установлено, что антибактериальный эффект при обработке пищевых продуктов достигается обработкой длиной волны от 200 до 280 нм [13, 14]. Согласно рис. 3 воздействие ультрафиолетовых волн длиной волны 260 нм на молоко, содержащее кишечную палочку E. Coli M-17, в течение 60 минут позволило подавить развитие 98 % колоний исследуемого образца в сравнении с контрольным образцом. Воздействие меньшей продолжительностью неэффективно.
Воздействие электромагнитного поля с индукцией магнитного поля 2,33 мкТл
Воздействию электростатических и электромагнитных полей на пищевые продукты также уделялось значительное внимание. Однако эффективность метода в вопросе дости-
(А)
(Б)
(В)
(Г)
Рис. 2. Результаты воздействия ультразвуковых волн на молоко, содержащее кишечную палочку E. Coli M-17, в течение: (А) контрольный образец без воздействия; (Б) 15 мин; (В) 30 мин; (Г) 60 мин
(А)
(Б)
(В)
(Г)
Рис. 3. Результаты воздействия ультрафиолетовых волн на молоко, содержащее кишечную па лочку E. Coli М-17, в течение: (А) контрольный образец без воздействия; (Б) 15 мин; (В) 30 мин;
(Г) 60 мин
(А) (Б) (В) (Г)
Рис. 4. Результаты воздействия электромагнитного поля на молоко, содержащее кишечную палочку E. Coli М-17, в течение: (А) контрольный образец без воздействия; (Б) 15 мин; (В) 30 мин; (Г) 60 мин
жения микробиологической безопасности сильно зависит от параметров обработки, среды, в которой выполнялась обработка и от конкретного штамма микроорганизма [15]. Согласно рис. 4 воздействие электромагнитного поля с индукцией магнитного поля 2,33 мкТл на молоко, содержащее кишечную палочку E. Coli M-17, в течение 60 минут позволило подавить развитие не более 60 % колоний в сравнении с контрольным образцом.
Воздействие электростатического поля напряжением 14,4 кВ
Согласно рис. 5 воздействие электростатического поля напряжением 14,4 кВ на молоко, содержащее кишечную палочку E. Coli M-17, в течение 60 минут позволило подавить развитие не более 22 % колоний в сравнении с контрольным образцом.
Методы воздействия, показавшие наилучшие результаты в подавлении роста колоний исследуемых образцов, были совмещены в рамках исследования для оценки их синергической эффективности.
Комбинированное воздействие озона производительностью 400 мг/ч и ультразвуковых волн частотой 1,7 МГц
Согласно рис. 6 комбинированное воздействие озона производительностью 400 мг/ч и ультразвуковых волн частотой 1,7 МГц на молоко, содержащее кишечную палочку E. Coli M-17, в течение 15 минут продемонстрировало синергический эффект и привело к подавлению развития 99 % колоний в сравнении с контрольным образцом. Дальнейшее увеличение длительности воздействия характеризовалось тотальным подавлением развития микроорганизмов.
Комбинированное воздействие озона производительностью 400 мг/ч и ультрафиолетовых волн длиной волны 260 нм
Согласно рис. 7 комбинированное воздействие озона производительностью 400 мг/ч и ультрафиолетовых волн длиной волны 260 нм на молоко, содержащее кишечную палочку E. Coli M-17, течение 15 минут продемонстрировало синергический эффект и характери-
(А) (Б) (В) (Г)
Рис. 5. Результаты воздействия электростатического поля на молоко, содержащее кишечную палочку E. Coli М-17, в течение: (А) контрольный образец без воздействия; (Б) 15 мин; (В) 30 мин; (Г) 60 мин
(А)
(Б)
(В)
(Г)
Рис. 6. Результаты совместного воздействия озона и ультразвуковых волн на молоко, содержащее кишечную палочку E. Coli М-17, в течение: (А) контрольный образец без воздействия; (Б) 15 мин;
(В) 30 мин; (Г) 60 мин зовалось тотальным подавлением развития колоний в сравнении с контрольным образцом.
Методы воздействия, показавшие худшие результаты в подавлении роста колоний исследуемых образцов, были также совмещены в рамках исследования для оценки возможного синергического эффекта их использования.
Комбинированное воздействие электромагнитного поля с индукцией магнитного поля 2,33 мкТл и электростатического поля напряжением 14,4 кВ
Согласно рис. 8 комбинированное воздействие электромагнитного поля с индукцией магнитного поля 2,33 мкТл и электростатического поля напряжением 14,4 кВ на молоко, содержащее кишечную палочку E. Coli M-17, в течение 60 минут позволило подавить развитие не более 33 % колоний в сравнении с контрольным образцом. Таким образом, потенциальный синергический эффект совмещения двух методов воздействия, показавших худшие результаты в подавлении роста колоний исследуемых образцов, не подтвердился.
Обобщая результаты, представленные в таблице, наибольшую эффективность показала комбинация озона производительностью 400 мг/ч и ультрафиолетовых волн длиной волны 260 нм, позволяющая добиться тотального подавления развития колоний кишечной палочки E. Coli M-17 при длительности воздействия на протяжении всего 15 минут. Сравнивая эффективность данных методов воздействия отдельно друг от друга, была также отмечена их высокая эффективность, однако для подавления развития более 98 % колоний E. Coli M-17 требовалось воздействие на исследуемый образец на протяжении не менее 60 минут.
Высокой эффективностью также характеризовалась комбинация озона производительностью 400 мг/ч и ультразвуковых волн частотой 1,7 МГц. Для тотального подавления роста колоний кишечной палочки E. Coli M-17 потребовалось воздействие на протяжении 30 минут.
Использование электромагнитных и электростатических полей в качестве метода обра-
(А)
(Б)
(В)
(Г)
Рис. 7. Результаты совместного воздействия озона и ультрафиолетовых волн на молоко, содержащее кишечную палочку E. Coli М-17, в течение: (А) контрольный образец без воздействия; (Б) 15 мин; (В) 30 мин; (Г) 60 мин
(А)
(Б)
(В)
Рис. 8. Результаты совместного воздействия электромагнитного и электростатического полей на молоко, содержащее кишечную палочку E. Coli М-17, в течение: (А) контрольный образец без воздействия; (Б) 15 мин; (В) 30 мин; (Г) 60 мин
(Г)
Сравнение эффективности методов нетермического воздействия на молоко, содержащее кишечную палочку E. Coli M-17
Выводы
Сравнение эффективности методов нетермического воздействия на молоко, содержащее кишечную палочку E. Coli M-17, позволило сделать следующие выводы:
– Наибольшей эффективностью характеризуется комбинированная обработка озоном производительностью 400 мг/ч и ультрафиолетовыми волнами длиной волны 260 нм. Данная комбинация позволяет добиться тотального подавления развития колоний ки- шечной палочки E. Coli M-17 при длительности воздействия на протяжении всего 15 минут. Сравнивая эффективность данных методов воздействия отдельно друг от друга, была также отмечена их высокая эффективность, однако для подавления развития более 98 % колоний E. Coli M-17 потребовалось воздействие на исследуемый образец на протяжении не менее 60 минут.
– Аналогичные результаты были получены при совмещенной обработке озоном производительностью 400 мг/ч и ультразвуковыми волнами частотой 1,7 МГц. Полностью подавить рост колоний кишечной палочки E. Coli M-17 удалось при воздействии на исследуемый образец на протяжении 30 минут.
– Отсутствием эффективности в подавлении развития колоний E. Coli M-17 в молоке характеризуется воздействие обработкой электромагнитным и электростатическим полями и их комбинацией.
Результаты исследования показали актуальность дальнейшей работы по изучению эффективности методов нетермического воздействия обработки пищевых продуктов и пищевых отходов и их комбинаций как способа и продления сроков годности и обеспечения микробиологической безопасности.
