Сравнительная эффективность различных режимов импульсного линейного ускорителя электронов при облучении пряностей и специй, обсемененных микроорганизмами

Радиационные технологии все более широко применяются в области здравоохранения продовольственной безопасности и экологии во всем мире. В сельскохозяйственном производстве и пищевой промышленности применение ионизирующего излучения позволяет защитить продукты от возбудителей болезней и других вредных организмов [1].

В настоящее время облучение сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов в основном осуществляют на гамма-установках с изотопами 60Co или 137Cs. Однако для пищевых продуктов допустимы и другие виды ионизирующего излучения: электронное излучение с энергией на более 10 МэВ; тормозное рентгеновское излучение, генерируемое электронными ускорителями с энергией не более 5 МэВ [2, 3].

Следует отметить, что все виды излучения имеют как преимущества, так и недостатки. Так, тормозное рентгеновское излучение хорошо проникает в облучаемый материал, но имеет низкий КПД (не более 20%). Установки, использующие изотопы, также отличаются низким КПД (около 25%). Оба вида установок требуют высокой степени защиты персонала, что отражается на их стоимости [3].

Электронные ускорители более экономичны, но имеют существенный недостаток - малую глубину проникновения (до 1 см). Однако есть и преимущества по сравнению с гамма-установками. Это малое время экспонирования (несколько секунд по сравнению с часами в случае источников гамма-излучения) и более высокий КПД, который, в зависимости от облучаемого материала составляет 40-80%. К тому же к ускорителям предъявляют менее жесткие требования к защите от облучения обслуживающего персонала [3, 4].

Нами были проведены исследования по облучению сухих сельскохозяйственных продуктов, а также специй и пряностей на гамма-установке ГУР-120 во ВНИИРАЭ. Результаты показали высокую эффективность в снижении численности микроорганизмов, обсеменяющих все виды сырья [5].

Целью настоящего исследования была сравнительная оценка эффективности электронного ускорителя при работе в двух режимах -электронных и конверсионных рентгеновских лучей - при облучении пряностей и специй, обсемененных микроорганизмами (молотый черный перец, листья петрушки и порошок лука).

В экспериментах применяли два режима работы ускорителя ИЛУ-10:

• 1.    Электронная мода. Энергия ускоренных электронов - 4.8 МэВ. Ток пучка импульсный – 100 мА. Частота следования импульсов 2 Гц. Расстояние до фантома – 400 мм. Зафильтровано слоем гофрокартона (имитация упаковки, защита от рассеянных электронов).

• 2.    Тормозное (рентгеновское) излучение. Танталовый конвертер. Энергия ускоренных электронов - 4,8 Мэв, сила тока - 100 mA, Частота следования импульсов = 15 Гц. Мощность дозы - 67 Грей мин^-1. Расстояние от фантома - 400 мм. Линейка дозиметров 9 штук равномерно на длине 300 мм вдоль выпускного окна ускорителя. Зафильтровано 25 мм сухим деревом (0,7 г/см³).

Дозы облучения в обоих режимах: 0, 2, 4, 6, 8, 10 и 15 кГр.

Объектом исследований были сухие пряности и специи: перец черный молотый, луковый порошок и сухие измельченные листья петрушки.

Микробиологический контроль проводили до и после облучения. Количество мезофильных аэробных и факультативных анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) определяли на мясопептонном агаре (МПА) после выращивания при 30-37оС в течение 24 часов; численность бактерий группы кишечной палочки (БГКП), выращенных в тех же условиях на среде Эндо; число плесневых грибов и дрожжей учитывали на среде Сабуро после инкубации в течение 72 часов при 28оС. Учеты на каждой среде проводили на пяти чашках Петри. Численность микроорганизмов выражали в колониеобразующих единицах на 1 грамм продукта (КОЕ/г) [6].

Микробиологические анализы до облучения показали, что наиболее обсемененным продуктом были листья петрушки (таблица 1), численность бактерий, учтенных на МПА, здесь превысила 107 КОЕ/г. Облучение электронными лучами в дозе 4кГр существенно уменьшило их количество, а при дозах 6 кГр и выше бактерии на этой среде не обнаружены.

Перец черный молотый также был в значительной степени обсеменен микроорганизмами, растущими на МПА. Облучение его электронными лучами позволило снизить количество мезофильных аэробов и факультативных анаэробов более чем в 10 раз дозой в 4кГр, что было меньше норматива 5х105 КОЕ/г [7]. Однако жизнеспособные бактерии в виде спор обнаруживались и при максимальной дозе 15 кГр (таблица 1).

Луковый порошок, как и черный перец, отличался наличием устойчивых к облучению организмов. Несмотря на то, что существенное снижение бактерий отмечено при дозе 2 кГр, незначительное их количество учитывалось вплоть до 15 кГр.

Во всех анализируемых специях обнаружены бактерии группы кишечных палочек (БГКП) и плесневые грибы. Наибольшая численность БГКП отмечена в черном перце (3,63 тыс. КОЕ/г). Обсеменность листьев петрушки и лукового порошка составила 2,21 и 1,8 тыс. КОЕ/г, соответственно. Дозы выше 2 кГр приводили к полной гибели бактерии этой группы во всех изученных продуктах, что удовлетворяло нормативные требования.

Численность плесневых грибов в черном перце и листьях петрушки превышала норматив, который для сухих специй и пряностей не должен превышать 5х103 КОЕ/г. Облучение дозой 2 кГр давало положительный результат, а дозы выше 4 кГр полностью подавляли эти микроорганизмы (таблица 1).

Таблица 1. Численность микроорганизмов при обработке электронными лучами, тыс. колониеобразующих единиц на 1 г продукта (тыс. КОЕ/г)

Доза	КМАФАнМ           БГКП		Плесневые грибы
	Перец черный молотый
Контроль (до облучения)	4720	3,63	49,6
2кГр	342,3	0,94	0,91
4кГр	42,2	0	0,17
6кГр	9,85	0	0

8кГр	3,12	0	0
10кГр	2,8	0	0
15кГр	1,6	0	0
		Луковый порошок
Контроль	216,7	1,80	1,04
2кГр	45,0	0,38	0,75
4кГр	1,13	0	0,25
6кГр	0,71	0	0,08
8кГр	0,38	0	0
10кГр	0,33	0	0
15кГр	0,04	0	0
		Листья петрушки
Контроль	13333	2,21	15,63
2кГр	1767	1,08	3,13
4кГр	958	0	1,38
6кГр	0	0	0
8кГр	0	0	0
10кГр	0	0	0
15кГр	0	0	0

Анализ результатов обработки этих же специй и пряностей в режиме

тормозного излучения показал более высокую эффективность этого вида обработки по сравнению с электронными лучами (таблица 2). Так, уже при дозе 2 кГр КМАФАнМ не превышал норматив, который предусматривает наличие микроорганизмов не более 5х105 КОЕ/г. При дозах выше 4 кГр бактерии не обнаруживались.

Следует отметить, однако, что в перце обнаружены бактерии группы кишечных палочек после облучения дозой 2 кГр, в то время как в образцах листьев петрушки и в луковом порошке при этой дозе бактерии погибали.

Плесневые грибы не были обнаружены в облученных образцах перца. В то же время, в образцах листьев петрушки и лукового порошка присутствовало незначительное число этой группы микроорганизмов, облученных дозой 2 кГр (таблица 2).

Таблица 2. Численность микроорганизмов при обработке рентгеновскими лучами, тыс. КОЕ/г

Доза	КМАФАнМ		БГКП	Грибы
Контроль	Перец черный молотый 4720		3,63	49,6
2кГр	21,7		0,38	0
4кГр	1,17		0	0
6кГр	0		0	0
Контроль	13333	Листья петрушки	2,21	15,63
2кГр	6,67		0	0,67
4кГр	0		0	0
6кГр	0		0	0
Контроль	216,7	Луковый порошок	1,80	1,04
2кГр	95,0		0	0,17
4кГр	0		0	0
6кГр	0		0	0

Таким образом, установлено, что обработка специй двумя видами излучения - электронными и рентеновскими лучами - показала более эффективное действие тормозного (рентгеновского) излучения на санитарно-показательные микроорганизмы.

Бактерии группы кишечной палочки полностью погибали при дозе больше 2 кГр. При этом тормозное излучение приводило к большему снижению бактерий по сравнению с воздействием электронных лучей.

Тормозное излучение оказалось более эффективным и для предотвращения обсемененности продуктов плесневыми грибами: уже при дозе выше 2 кГр эти микроорганизмы не были обнаружены. В то же время при обработке электронными лучами незначительное количество плесневых грибов сохраняло жизнеспособность после облучения дозой 4 кГр, а в луковом порошке – даже при дозе 6 кГр.