Влияние комбинирования микроволнового и ультрафиолетового методов обработки растительного сырья на ингибирование культуры Salmonella

Растительное сырье – это источник легкоусвояемых углеводов, витаминов, пищевых волокон и природных антиоксидантов, которые способствуют регулированию важнейших физиологических функций организма, и основа для продуктов здорового питания высокого качества. В этой связи технологии переработки фруктов и овощей должны быть ориентированы на рациональное использование сырьевых ресурсов с максимальным сохранением физиологически ценных компонентов сырья и увеличением сроков хранения готовой продукции, произведенной на основе такого сырья. Растительное сырье в основном имеет высокую влажность и высокое содержание растворимых сухих веществ, что часто способствует развитию микрофлоры на поверхности сырья, приводящей к его порче [14].

Процесс хранения растительной продукции носит многофакторный характер, что обусловливает целесообразность применения физических методов обработки сырья или их комбинирования [1]. Традиционными физическими методами предотвращения микробиологических и окислительных процессов пищевой продукции являются бланширование, предварительное холодильное хранение, быстрое замораживание. Наряду с этим эффективными и доступными физическими методами воздействия на сырье применяют СВЧ-поле и ультрафиолетовое излучение [2,3, 13, 24].

СВЧ-поле обладает бактерицидным и бактериостатическим действием. Обработка растительного сырья СВЧ-энергией используется при размораживании сырья, для нагревания, размягчения, стерилизации. Обработка СВЧ-полем обладает тепловым эффектом, связанным с диэлектрическими свойствами материала. В СВЧ-поле молекулы воды (диполи) совершают колебательные и вращательные движения. При этом выделяется тепловая энергия по всему объему объекта обработки [3]. Глубина проникновения электромагнитного (СВЧ) поля зависит от его частоты и диэлектрических свойств материала [4]. Применение энергии СВЧ-поля может быть ограниченно для отдельных видов термолабильного растительного сырья [24].

Применение ультрафиолетового излучения для обработки биологических объектов также является технологическим эффективным методом. Этот метод позволяет защитить продукты от заражения микроорганизмами, что имеет особое значение для обработки поверхности овощной продукции, в связи с тем что проникновение ультрафиолетовых лучей осуществляется на глубину не более 0,1 мм. УФ-излучение вызывает димеризацию тимина в молекулах ДНК. Накопление таких изменений в ДНК микроорганизмов приводит к замедлению темпов их размножения. Основным достоинством ультрафиолетовой обработки помимо его бактерицидного эффекта является возможность обеспечения минимального воздействия на растительное сырье [5–9]. При этом ультрафиолетовое излучение бывает малоэффективным для некоторых видов бактерий и грибов, а также излучение не может проникать в скрытые полости сырья, если это необходимо [23].

Обработка физическими методами наряду со стерилизующим эффектом может способствовать позитивным изменениям свойств растительного сырья: увеличивать содержание антоцианов, антиоксидантную активность, содержание растворимых сухих веществ. Изучение параметров обработки пищевых продуктов физическими методами может варьироваться от ряда характеристик, таких как мощность установки, проницаемость, интенсивность обработки, вид воздействия на объект [5].

При интенсивной обработке и длительном воздействии СВЧ–поля или ультрафиолетового излучения необходимо учитывать возникающий эффект повышенного отепления сырья в процессе обработки, которое может привести к разрушению клеточных структур растительных тканей, питательных веществ и витаминов. В этой связи важную роль играет оптимальный подбор дозы излучения и длительность обработки выбранным физическим методом [9–11].

Решением для снижения эффекта избыточного отепления сырья в процессе обработки и компенсации отдельных недостатков каждого из физических методов может служить их комбинирование. Комбинирование физических методов обработки позволяет решить ряд актуальных задач, связанных с антимикробной обработкой сырья: снизить количество или полностью ингибировать патогенную микрофлору, находящуюся на поверхности сырья; повысить микробиологическую стабильность и безопасность растительного сырья [10, 12–16].

В соответствии с этим была поставлена задача в поиске оптимальных режимов комбинирования СВЧ–поля и ультрафиолетового излучения для обработки растительного сырья с целью достижения необходимого стерилизующего эффекта при сохранении качества обрабатываемого растительного сырья.

Материалы и методы

В качестве объекта исследования была выбрана свекла столовая сорта «Государыня». В качестве патогенного объекта микробиологической порчи сырья использовали музейный штамм микроорганизма Salmonella entrica subsp. Enterica serovar Typhimurium ATCC 140283 (ФБУН ГНЦ ПМБ). Анализ нормативной документации показал целесообразность использования в качестве объекта исследования патогенной микрофлоры показатель Salmonella , нормируемый как для свежей, так и для бланшированной свеклы. Salmonella является патогенным видом микроорганизмов, способным вызывать острые токсоинфекции, а ее контроль является важной задачей микробиологии [17–22].

Для определения эффективности воздействия физических методов обработки на ингибирование Salmonella entrica subsp . использовали искусственную модельную среду, имитирующую свойства поверхности пищевого продукта. Исследования на модельной среде были выбраны с целью исключения попадания посторонней микрофлоры с поверхности растительного сырья позволяли выявить динамику ингибирования изучаемого вида микроорганизма. В качестве модельной среды использовали стандартный мясопептонный агар (МПА) фирмы HiMedia, обладающий необходимым набором питательных веществ, способствующий поддержанию жизнеспособных микроорганизмов в процессе проведения исследования.

В качестве растительного сырья использовали нарезанные кубики свежей свеклы. Свежую столовую свеклу мыли, чистили и нарезали брусочками 2 ⨯ 5 см, полученное сырье помещали в стерильные чашки Петри.

Подготовку суспензии микроорганизмов проводили путем культивирования взвеси изучаемого микроорганизма ( Salmonella ) в жидкой питательной среде – мясопептонном бульоне (МПБ) фирмы HiMedia (Индия), при температуре 37 ºС (термостат марки СПУ 1/80, (Россия) в течение 24 ч. Заражение модельных сред и образцов столовой свеклы проводили путем поверхностного нанесения суспензии микроорганизмов из расчета 1:1.

Проверку устойчивости суспензии микроорганизмов, нанесенной на модельную среду, проводили следующим образом: полученную суточную суспензию с использованием стерильного шпателя и серологической пипетки равномерно наносили по поверхность модельной среды и подсушивали на воздухе в ламинарном боксе Ламинар С (2 – класс защиты с встроенными и поверенными фильтрами HEPPA-14) до полного высыхания. После чего проводилась обработка модельных образцов СВЧ-полем, ультрафиолетовым излучением и их комбинированным воздействием.

При исследовании режимов микроволновой обработки экспериментальных образцов использовали СВЧ-установку модели Samsung C.T.P. марки М187GNR (Китай) c выходной мощностью от 100 до 850 Вт и рабочей частотой 2450 МГц. Обработку ультрафиолетовым излучением проводили на медицинском бактерицидном излучателе марки «Азов» ОБН-150 с двумя лампами Philips TUV (30 w) с максимальной длиной волны 253,7 нм. Расстояние от ламп до объектов обработки – 55 см.

Микробиологические исследования экспериментальных образцов проводили согласно действующей нормативной документации по определению количества мезофильно-аэробных и факультативноанаэробных микроорганизмов. Эффективность воздействия обработки проверяли путем определения количества начальной и остаточной микрофлоры в модельных образцах. После обработки образцов производились необходимые серии разведений и высевов на стандартную среду МПА (питательный агар для культивирования микроорганизмов, Россия). Культивирование посевов проводили путем термостатирования при температуре 37 °С в течение 24 ч.

Определение количества микроорганизмов, выросших на плотной питательной среде, осуществляли способом прямого подсчета числа колоний образующих единиц (КОЕ) Расчёт средневзвешенного числа микроорганизмов N , присутствующих в пробе, осуществляли по формуле:

C N = ∑    ,

V ⋅ 1,1 ⋅ d ²

где ∑ C – сумма колоний, подсчитанных в двух чашках Петри, выбранных для подсчета из двух последовательных разведений; V – объем посевного материала, внесенного в каждую чашку Петри (см ³ ); d – коэффициент разведения, соответствующий первому выбранному разведению (в случае отсутствия разведения – d = 1). Результат вычисления округляли до двух значащих цифр.

Результаты и обсуждение

Режим обработки образцов в СВЧ-поле подобран с целью минимизации температурного воздействия на растительное сырьё. Под воздействием СВЧ-поля при выбранном режиме с мощностью 400 Вт, продолжительностью 40 с и плотностью потока 0,44 Вт/см2 температура образцов поднималась до 43–46 °С. Ультрафиолетовую обработку проводили в течение 15 мин и суммарной мощности ламп 60 В и дозой 50 кДж/м2.

Проведена сравнительная оценка эффективности ингибирования тест-культуры Salmonella на нарезанных кубиках свежей свеклы под воздействием СВЧ и УФ-излучений. Результаты исследований представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Эффективность ингибирования патогенной культуры Salmonella под воздействием обработки отдельно взятыми и комбинированными методами воздействия СВЧ и УФ

Figure 1. Efficiency of inhibition of pathogenic culture Salmonella under the influence of treatment by separate and combined methods of exposure to microwave and UV

Из приведенной диаграммы виден эффект применения выбранных физических методов обработки. По сравнению с контролем обработка СВЧ-полем позволила снизить начальную обсемененность сырья на 7 порядков. Обработка образцов свеклы УФ-излучением показала эффективность ингибирования начального количества микроорганизмов на 5 порядков. Комбинированный метод воздействия позволил снизить начальную обсемененность образцов на 8 порядков.

Заключение

Исследования показали эффективность применения комбинирования СВЧ-поля и ультрафиолетового излучения для обеспечения эффективной инактивации патогенных микроорганизмов Salmonella . Комбинированный способ обработки с характеристиками: 40 с СВЧ-полем с мощностью потока 400 Вт и с последующим воздействием в течение 15 мин ультрафиолетовым излучением с дозой 50 кДж/м², обеспечил снижение начальной концентрации микроорганизмов Salmonella на 8 порядков.

Комбинированная обработка позволила минимизировать воздействие микроволновой энергии на качество обрабатываемой свежей свеклы, обеспечивая необходимый уровень ингибирования патогенных микроорганизмов Salmonella и микробиологическую безопасность исследуемого растительного сырья.