Холодная пастеризация рыбных пресервов с использованием электронного излучения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Холодная пастеризация рыбных пресервов с использованием электронного излучения

Кобялко В.О.

Полякова И.В.

Саруханов В.Я.

Васильева Н.А.

Морозова А.И.

Лауринавичюс К.С.

Дороничев Ф.В.

Фролова Н.А.

Губина О.А.

Радиационные технологии широко используются во всем мире для обработки сельскохозяйственного сырья и пищевой продукции с целью обеспечения микробиологической безопасности и увеличения сроков хранения [1]. Определены типы источников ионизирующего излучения, предельная энергия гамма-квантов и электронов, а так же максимальные дозы облучения пищевой продукции, не делающие продукт радиоактивным и не создающие продуктов радиолиза в концентрациях, способных провоцировать токсические эффекты в организме потребителя [2]. С учетом этих ограничений ведется поиск таких режимов радиационной обработки, которые бы обеспечивали максимальный антимикробный эффект и не приводили к нарушению уязвимых сенсорных показателей конкретных видов пищевой продукции и сельскохозяйственного сырья [3]. Особенно актуальна подобная обработка для разнообразных продуктов аквакультуры из-за их высокой микробиологической загрязненности, определяющей повышенную опасность для здоровья человека и непродолжительные сроки безопасного использования [4]. Один из них - рыбные пресервы, высокий уровень микробиологического загрязнения, которых, обусловлен особенностями изготовления (отсутствие термической стерилизации, концентрация соли <8%, вариативность микрофлоры компонентов) и требованиями торговых сетей к температурам хранения на стадии реализации продукции (низкие положительные температуры до +6^оС) [5]. Сроки безопасного хранения, в этом интервале температур, не превышают 5-10 суток [6]. При употреблении рыбных пресервов велика вероятность развития тяжелых желудочно-кишечных инфекций, например, листериоза, возбудители которого размножаются в среде продукта [7]. В целях предотвращения размножения микроорганизмов используют консерванты - бензоат натрия, сорбиновую кислоту, сорбат калия, низин и др [8]. Суммарные концентрации бензоатов и сорбатов ограничиваются 2000 мг/кг и существует тенденция их полного исключения, так как они могут накапливаться в организме человека и оказывать негативное воздействие на его здоровье [9]. Кроме того, химические консерванты, длительно контактирующие с микроорганизмами в объеме продукта, приводят к возникновению их резистентных форм [10]. Успешной альтернативой химической обработке является метод холодной пастеризации гамма- или электронным излучениями, который позволяет инактивировать большую часть неспорообразующих микроорганизмов во всем объеме продукта без нарушения целостности упаковки [11]. Большинство видов рыбных пресервов упаковано в тару с геометрическими размерами, позволяющими проводить их обработку, как на гамма-установках, так и на электронных ускорителях с энергией электронов от 2,5 до 10 МэВ. Ускорители с такими характеристиками используются в Центрах радиационной обработки пищевой продукции во всем мире [12]. Существует устойчивая тенденция к развитию их применения в Российской Федерации. Ранее проведенные исследования по использованию гамма-излучения (источник ⁶⁰Со, мощность дозы 1,5 Гр/с) для обработки рыбных пресервов показали, что при дозах облучения от 3 до 6 кГр достигается необходимый антимикробный эффект, а сенсорные и физико-химические показатели не нарушаются [13]. При этом сроки хранения облученной продукции возрастают в 2-3 раза. Однако длительное время достижения необходимой дозы облучения требует системы поддержания оптимального для продукта температурного режима, а производительность гамма-установок зависит от мощности, которая определяется активностью загруженных источников. В РФ гамма-установки большой мощности, в настоящее время, практически отсутствуют, а их эксплуатация сопряжена с повышенными требованиями к безопасности. В то же время, уже функционирующие Центры радиационной обработки, подобные частной компании «Теклеор» (Калужская область), оснащены современными электронными ускорителями с необходимыми для облучения пищевой продукции техническими характеристиками и остро заинтересованы в конкретных рекомендациях и технологических регламентах [14]. Проблема заключается в том, что мощность дозы в зоне прохождения электронного пучка достигает 100 кГр/с и это может отражаться на органолептических показателях рыбной продукции и эффективности антимикробной обработки. Поэтому необходимо определить оптимальные режимы радиационной обработки с использованием электронных ускорителей, оценить перспективность имеющихся установок и сформулировать рекомендации для их успешного использования.

Настоящее исследование направлено на решение этой задачи, а именно, определение оптимальных режимов холодной пастеризации рыбных пресервов с использованием электронных ускорителей на основе оценки антимикробной эффективности радиационной обработки образцов сразу после воздействия и во время хранения при низких положительных температурах (5±3^оС).

Материалы и методы

Образцы рыбных пресервов были изготовлены из размороженных блоков сельди и представляли собой герметично закрытые банки с кусочками, предварительно просоленного филе рыбы в масляной заливке (растительное масло) со специями и с консервантом (бензоатом натрия) в концентрации 2000 мг/кг. Геометрические размеры упаковки: d=15 cм, h=1,5 см. Вес банки - 0,2 кг. Сроки хранения продукции при t от -8 до 0 ^оС не более 3-4 мес, при t=5±3 ^оС - 5-10 сут.

Радиационная обработка выполнялась на электронных ускорителях (ЭУ) с разной энергией электронного излучения: на линейном волноводном УЭ - У003 «Электроника» ВНИИ технической физики и автоматизации с энергией электронов 5 МэВ (НИИТФА, г. Москва), импульсном УЭ (ИЛУ 10) - с энергией электронов 5 МэВ (ИЯФ им. Будкера, г. Новосибирск), радиационно-технологической установке (РТУ) с УЭЛР-10-10-40 в ФМБЦ им. А.И. Бурназяна, энергия электронов - 10 МэВ и УЭЛР-10-15-С-60-1 Центра антимикробной обработки растительного и животного сырья Теклеор (Калужская область, Россия) с возможностью изменения энергии электронов от 5 до 10 МэВ. Образцы выкладывались на конвейер в коробках по 4 банки в ряд на ускорителях с энергией электронов 5 МэВ в 1 слой (h=1,5 см), 10 МэВ в 2 слоя (h=3,0 см). Равномерность облучения достигала 95%. Измерение поглощенной дозы (ПД) осуществляли с использованием тонкопленочных детекторов на полимерной основе и дозиметров Фрике. Погрешности измерения ПД не превышали 10-12 % при доверительной вероятности 0,95.

Время обработки при 15 ^оС не превышала 15 мин. Контрольные и опытные образцы находились при этой температуре в равных условиях. До облучения и после него образцы содержались в холодильнике при температуре не выше +6 ^оС. Из каждой банки рыбных пресервов, в соответствии со схемой эксперимента, отбирали образец мяса рыбы весом в 1 г. Его измельчали в 9 мл стерильного физиологического раствора и выдерживали несколько минут при комнатной температуре. Из полученной суспензии готовили несколько разведений и из каждого отбирали по 0,1 мл для посева на стандартный мясопептонный агар для определения количества мезофильных аэробных и факультавивно анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) и по 0,1 мл для посева на среду Сабуро с молочной кислотой для выявления дрожжей и плесеней. Чашки Петри помещали в термостаты и инкубировали при температуре 35±1 ^оС для определения КМАФАнМ и 27±1 ^оС для определения количества дрожжей и плесеней. Учет числа колоний проводили через 1, 3 и 5 суток в связи с задержкой процесса колониеобразования после облучения. Оценку сенсорных показателей проводили на анонимных образцах рыбных пресервов, отмечая вкус, аромат и цвет продукта по 5-бальной шкале. Для минимизации различий обусловленных манипуляциями с продукцией, анализ сенсорных показателей осуществляли на 3-и сутки после радиационной обработки. Данные анализировали с использованием процедуры дисперсионного анализа. Достоверность различий между образцами с разными типами обработки определяли с использованием t-критерия Стьюдента. Значимость различий отмечали при p<0,05.

Результаты и обсуждение

Качество и безопасность продуктов питания (в частности рыбных пресервов) контролируется по ряду показателей с определенными значениями, установленных как норматив на данный вид продукции. В образцах рыбной продукции не было обнаружено патогенных микроорганизмов, таких как сальмонеллы, БГКП, листерии, стафилококки и сульфитредуцирующие клостридии во всех сериях экспериментов. В то же время изначальная общая микробная обсемененность (КМАФАнМ) приближалась к верхней границе нормы (2*10⁵ КОЕ/г согласно ТР ЕАЭС 040/2016). Отмечали высокий уровень дрожжей (разрешенный уровень - 10² КОЕ/г). Плесени были обнаружены в единственном контрольном образце за все время исследований. Органолептические и физико-химические показатели соответствовали свежеприготовленной продукции.

При радиационной обработке образцов рыбных пресервов на линейном волноводном УЭ - У003 «Электроника» в рекомендованном для стерилизации пищевых продуктов режиме (энергия электронов - 5 МэВ, средний ток пучка 750 мкА, скорость транспортера - 3,0 см/с и 1,5 см/с) в дозах 3 и 6 кГр показатели КМАФАнМ и количества дрожжей снижались в зависимости от величины дозы облучения (рис. 1).

Анализ микробиологических параметров образцов выполняли на второй день после обработки (7 дней после изготовления) и уровень микробиологического загрязнения необлученных образцов к этому времени превышал нормативную величину, что согласуется с ограничением на срок хранения подобной продукции в использованном температурном режиме.

Рис. 1. Показатели микробиологического загрязнения рыбных пресервов после радиационной обработки на УЭ У003-Электроника

В то же время облученные образцы, в эти и последующие сроки исследования, продемонстрировали устойчивый положительный эффект снижения микробиологического загрязнения. Содержание контролируемых дрожжей превысило нормативный уровень при дозе облучения 3 кГр только на 90 сутки. Физико-химические показатели продукции, облученной в этих дозах, не отличаются от контрольных и чрезвычайно медленно изменяются во время хранения [15]. Анализ органолептических показателей не выявил нарушений даже при максимальной дозе - 6 кГр. В то же время процессы порчи в контрольных образцах, обусловленные развитием микроорганизмов, через 90 суток после изготовления, приводили к появлению неприятного запаха и изменению консистенции мяса рыбы.

Использование для радиационной обработки рыбных пресервов установки ИЛУ-10 в 2 режимах: с минимально (min) технологически возможными (энергия электронов - 4,8 МэВ, ток пучка 100 мА, частота следования импульсов - 2 Гц, скорость транспортера в зависимости от дозы до 4 см/с) и максимальными (max) (энергия электронов - 4.8 МэВ, ток пучка - 320 мА, частота следования импульсов - 2 Гц, скорость транспортера до 4 см/с) параметрами продемонстрировало снижение микробиологического загрязнения продукции (рис.2). В зависимости от величины дозы облучения (в диапазоне от 1,6 до 6 кГр) достигался необходимый эффект снижения уровня КМАФАнМ и дрожжей, как и в случае обработки продукции на электронном ускорителе У003-Электроника. Было отмечено незначительное снижение антимикробной эффективности радиационной обработки при изменении плотности потока электронов (увеличение силы тока до 320 мА). В наибольшей степени эти различия проявились через 90 суток хранения.

При анализе уровня микробиологического загрязнения образцов обработанных в этом режиме, соответствие нормативным требованиям продемонстрировали только те, которые были облучены в дозе 6 кГр. Как и в случае с электронным ускорителем У003-Электроника нарушений органолептических показателей облученных рыбных пресервов выявлено не было во всем диапазоне доз воздействия вплоть до 90 суток. Использование электронных ускорителей с энергией электронов 9-10 МэВ позволяет увеличить толщину обрабатываемого объекта до 4,5 см. В случае рыбных пресервов, использованных в экспериментах, 95% равномерность облучения достигалась при укладке баночек высотой 1,5 см в 2 слоя.

Обработка образцов рыбной продукции на радиационно-технологической установке с УЭЛР-10-10-40 (энергия электронов пучка - 10 МэВ; средний ток пучка - 380 мкА; скорость конвейера - 3 см/с, мощность дозы в пучке, падающем на транспортный контейнер для облучения, по расчетным оценкам составляет около 100 кГр/сек) в дозе 6 кГр продемонстрировало снижение микробиологических показателей до нормативных значений, как по показателю КМАФАнМ так и по дрожжам, но с меньшей эффективностью, чем при облучении на ЭУ с энергией электронов 5 МэВ (рис. 3).

Рис. 2. Показатели микробиологического загрязнения рыбных пресервов после радиационной обработки на электронном ускорителе ИЛУ-10. (2/8 - время после облучения/время после изготовления)

Через 95 суток хранения отмечали картину микробиологического загрязнения сходную с результатом обработки на ИЛУ-10 в режиме с высокой плотностью электронов (превышение количества дрожжей выше нормативных значений). Сенсорный анализ выявил изменение запаха образцов облученных пресервов, которое исчезло через 2 недели после обработки. На 95 сутки хранения органолептические показатели были удовлетворительными.

Рис. 3. Показатели микробиологического загрязнения рыбных пресервов после радиационной обработки на электронном ускорителе УЭЛР-10-10-40 (2/7 - время после облучения/время после изготовления)

Для снижения негативных последствий облучения на сенсорные показатели радиационную обработку на УЭЛР-10-15-С-60-1 (энергия электронов 9,5 МэВ, ток пучка - 380 мкА, скорость конвейера - 3 см/с) проводили в дозе 4 кГр. Выбор такой дозы облучения обусловлен тем, что при ней с 99,99% вероятностью инактивируется патоген Listeria monocytogenes, наиболее часто встречающийся в рыбной продукции и представляющий серьёзную угрозу для здоровья потребителя [16]. Радиационная обработка в таком режиме привела к снижению микробиологического загрязнения образцов рыбных пресервов до уровня менее 10 КОЕ/г по обоим контролируемым показателям (рис.4).

Только через 30 суток хранения отмечали превышение содержания дрожжей выше нормативных значений. Нарушений сенсорных показателей не отмечали, и органолептические показатели сохранялись неизменными во время хранения. При этом контрольные (не облученные) образцы уже к 20 суткам не соответствовали микробиологическим нормативам, а сенсорные показатели существенно отличались от исходных.

Рис. 4. Показатели микробиологического загрязнения рыбных пресервов после радиационной обработки на электронном ускорителе УЭЛР-10-15-С-60-1 (2/5 - время после облучения/время после изготовления)

Таким образом, проведенные исследования позволяют рекомендовать для холодной пастеризации рыбных пресервов электронные ускорители всех рассмотренных типов при дозах облучения от 3 до 6 кГр. Радиационная обработка в указанных дозах позволяет существенно снизить уровень микробиологического загрязнения, увеличить сроки хранения рыбной продукции в 2-3 раза в условиях низких положительных температур (до +6 ^оС) и практически полностью гарантировать инактивацию сравнительно радиорезистентных патогенов, таких как Listeria monocytogenes и Salmonella spp [17], [18], [19]. Органолептические показатели при этих дозах воздействия не нарушаются, но с увеличением плотности потока электронного облучения на установках генерирующих электроны с максимально разрешенной энергией 10 МэВ может отмечаться появление неспецифического для продукции запаха. Кроме того отмечается незначительное снижение эффективности антимикробного воздействия. Следовательно, облучение на таких установках необходимо выполнять при меньших дозах (3-4 кГр) и со средней плотностью электронного потока. Несмотря на то, что обнаруженный эффект требует выполнения исследований по его подтверждению с применением модельных систем, оптимальное снижение радиационной нагрузки на рыбную продукцию, содержащую много ненасыщенных жирных кислот (Омега-3, 6, 9) может оказаться оправданным. Большое внимание привлекает возможность устранения консервантов из облученной продукции и установление сроков ее безопасного использования. Решение этого вопроса потребует уточнения оптимальных доз радиационной обработки на электронных ускорителях имеющихся типов.

Список литературы

холодный пастеризация рыбный радиационный

1. Радиационные технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности / Под общ. ред. Г.В. Козьмина, С.А. Гераськина, Н.И. Санжаровой. - Москва-Обнинск: ИНФОРМПОЛИГРАФ, 2015. - 400 с. ISBN: 978 5 903386 39 0.

2. Кодекс Алиментариус. Облученные продукты питания. Совместная программа ФАО/ВОЗ по стандартам на пищевые продукты. М.: Весь Мир, 2007. - 21 с.

3. Food irradiation research and technology / Edited by Christopher H. Sommers and Xuetong Fan. Oxford: Blackwell Publishing Professional, 2006. - 317 p.

4. Food and drug administration, “Pathogen Survival through Cooking”, Fish and Fishery Products Hazards and Control Guide (First Edition), Department of Health and Human Services, Public Health Service, FDA, Centre for Food Safety and Applied Nutrition, Office of Sea Food, Washington, D.C.,1996. - P. 161-168.

5. ТР ЕАЭС 040/2016 «О безопасности рыбы и рыбной продукции».

6. Дутова Е.Н. Исследование возможности хранения пресервов при положительных температурах / Е.Н. Дутова, М.М. Гофтарш, А.В. Кардашев // Труды ВНИРО. - 1979. - Т. 139. - С. 58-64.

7. Farber J.M. Present situation in Canada regarding Listeria monocytogenes and ready to eat sea food products / J.M. Farber // Int. J. Food Microbiol. - 2000. - V. 62. - P. 247-251.

8. Chipley J.R. Sodium Benzoate and Benzoic Acid. In: Antimicrobials in Food. 3rd Edn. / Davidson P.M., J.N. Sofos, A.L. Branen // CRC Press, FL, 2005. - P. 11-48. ISBN: 92 4 153026 X.

9. Piper P.W. Yeast superoxide dismutase mutants reveal a pro-oxidant action of weak organic acid food preservatives / P.W. Piper // Free Radic. Biol. Med. - 1999. - V. 27. - P. 1219-1227.

10. Лыков И.Н. Микроорганизмы. Биология и экология / И.Н. Лыков, Г.А. Шестакова. - Калуга: Издатель Захаров С.И. («СерНа»). - - 400с. ISBN: 978-5-905849-24-4.

11. Farkas J. Irradiation as a method for decontaminating food. A review / J. Farkas // Int. J. Food Microbiol. - 1998. - V. 44. - P. 189-204.

12. Kume T. Status of food irradiation in the world / T. Kume, M. Furuta, S. Todorikis et al. // Radiation Physics and Chemistry. - 2009. - V. 73. - P. 222-226.

13. Полякова И.В. Использование г-излучения для холодной стерилизации многокомпонентных продуктов готовых к употреблению / И.В.Полякова, В.О. Кобялко, В.Я. Саруханов и др. // Радиация и риск. - 2015. - Том 24. - № 4. - С.43-52.

14. Санжарова Н.И. Радиационные технологии: приоритетные направления развития и коммерциализации / Н.И. Санжарова, А.А. Молин, Г.В. Козьмин и др. // Аграрная наука. - 2016. - № 1. - С. 2-5.

15. Полякова И.В. Исследование эффективности холодной стерилизации рыбных пресервов электронным излучением в зависимости от дозиметрических параметров облучения / И.В. Полякова, В.О. Кобялко, В.Я. Саруханов и др. // Радиация и риск. - 2017. - Т. 26. - № 2. - С. 97-106.

16. Turgis M. Elimination of Listeria monocytogenes in sausage meat by combination treatment: Radiation and radiation resistant bacteriocins / M. Turgis, V. Stotz, C. Dupont et al. // Rad. Physic. Chem. - 2012. - № 81. - P. 1185-1188.

17. Mohamed H.M.H. Nisin Treatment To Enhance the Efficacy of Gamma Radiation against Listeria monocytogenes on Meat / H.M.H. Mohamed, F.A. Elnawawi, A.E. Yousef // J. Food Protect. - 2011. - № 74. - P. 193-199.

18. Saroj S.D. Effectiveness of radiation processing in elimination of Salmonella typhimurium and Listeria monocytogenes from sprouts / S.D. Saroj, R. Shashidhar, M. Pandey et al. // J Food Prot. - 2006. - № 69. - P. 1858-1864.

19. Grant I.R. Combined effect of gamma-radiation and heating on the destruction of Listeria monocytogenes and Salmonella Typhimurium in cook-chill roast beef and gravy / I.R. Grant, M.F. Patterson // International Journal оf Food Microbiology. - 1995. - № 27. - P. 117-128.

Размещено на Allbest.ru