Использование ионизирующих излучений в пищевой промышленности для продления сроков хранения продукции животноводства, растениеводства, овощеводства и рыбоводства

При облучении продуктов питания к качеству продуктов предъявляются следующие требования:

1) безопасность для здоровья человека;

2)отсутствие наведенной (индуцированной) радиоактивности в облученном продукте;

3)сохранение пищевой ценности облученного продукта;

4)отсутствие токсических, химических изменений в облученном продукте;

5)безопасность облученных продуктов в отношении микробного заражения.

Мировые потери пищевой продукции после сбора урожая, обусловленные преждевременным прорастанием, повреждением насекомыми, паразитами и микроорганизмами, составляют 25 %, а в отдельных странах – до 40 %.

Ионизирующее излучение применяют в различных отраслях пищевой промышленности со следующими целями:

- продление сроков хранения пищевых продуктов и лучевое консервирования;

- изменение качества сырья для улучшения его технологической обработки;

- ускорение медленно идущих процессов в пищевой технологии.

Достижение поставленных целей базируется на различных процессах, вызываемых ионизирующем излучением.

Ионизирующее излучение для продления сроков хранения пищевых продуктов и лучевого консервирования используют, во-первых, для продления хранения пищевого картофеля, лука, чеснока и корнеплодов в весенне-летние месяцы.

Состояние покоя клубней картофеля обусловлено тем, что осенью в убранных клубнях в точках роста (в глазках) отсутствуют эффекторы, вызывающие активацию генома, и в избытке находятся ингибиторы, блокирующие активацию генома. Во время хранения клубней начинаются процессы распада ингибитора и синтеза эффектора, который вызывает активацию ряда участков генома. При этом начинается синтез информационной РНК и белков-ферментов, необходимых для начала синтеза ДНК и деления клеток глазков, которое проявляется прорастанием глазков. Роль ингибитора в клетках глазков выполняют высоко специализированные вещества, такие как абсцизовая кислота, а эффекторов – гиббереллиновая кислота и кинетин. Активность генома зависит также от концентрации в клубне полифенолов, продукты окисления которых хиноны являются регуляторами активности генома. В низких концентрациях (10^-7 – 10^-8 моля) они действуют как природные эффекторы, выводя геном из состояния покоя, а в высоких – (10^-4 – 10^-3 моля) – как типичные ингибиторы развития.

Гамма-облучение клубней картофеля в малых дозах (1-3 Гр) ускоряет прорастание глазков и стимулирует рост ростков и корней, т. е. наблюдается эффект радиостимуляции. При увеличении дозы облучения возрастает концентрация продуктов окисления полифенолов, и наблюдается ингибирующий эффект, поэтому продлевается состояние покоя. Облучение в дозе 50-150 Гр вызывает задержку прорастания клубней в весеннее время на 1-2 месяца. При облучении в дозе 80-100 Гр повреждается ДНК в клетках глазков, поэтому деление клеток глазков и прорастание клубней задерживается. Облученный картофель хранится при температуре 2 ⁰С более года, при этом не теряются питательные вещества и товарный вид картофеля. При облучении клубней ингибиторы роста образуются не только в клетках глазков, но и в окружающей глазки ткани, откуда они поступают также в глазки и усиливают ингибирующий эффект. Хиноидные токсины нарушают реакцию окислительного фосфорелирования, что приводит к дефициту макроэргов, необходимых для роста и развития.

Клубни картофеля обрабатывают через 2 месяца после уборки. За это время выявляются крупные механические повреждения и болезни, а мелкие повреждения, благодаря образованию раневой паренхимы, залечиваются. Для облучения пригодны только здоровые клубни. Проведенные исследования вывели мутагенные свойства радиотоксина регактенона, образующегося в облученных клубнях. Однако через 2-3 месяца хранения мутагенные свойства исчезают полностью. При варке как необлученного, так и облученного картофеля все мутагены полностью разрушаются.

Прорастание лука задерживается при гамма-облучении в диапазоне доз 60-100 Гр на 9-12 месяцев, при этом в луке сохраняются летучие вещества и витамины. Гамма-облучение способствует задержке прорастания чеснока (100-120 Гр), сахарной свеклы (100 Гр), моркови (80-100 Гр), поэтому сроки их хранения продляются а 3-6 месяцев.

Радиационное облучение картофеля, луковичных культур и корнеплодов электронами с энергией 1 МэВ, позволяет воздействовать только на поверхностные слои, поэтому в запасных тканях лучше сохраняются питательные вещества.

Во-вторых, ионизирующее излучение используют для продления хранения скоропортящихся ягод и фруктов на сроки их транспортировки от производителя к потребителю, а также для хранения фруктовых соков.

Скорость порчи, или длительность хранения, ягод и фруктов находятся в прямой зависимости от обсемененности их микроорганизмами, спорами плесневых грибов, грибковым мицелием. Гамма-облучение свежесобранных ягод и фруктов, снижая численность патогенных возбудителей, способно продлить их сроки хранения. Наиболее благоприятной для этих целей считается доза 200-300 Гр и последующее хранение облученных продуктов при пониженной температуре, что способствует продлению сроков хранения с 5-6 суток до 12-13 суток, а это особо важно при транспортировке ягод и фруктов. Рекомендуемые дозы гамма-облучения для увеличения сроков хранения земляники и малины составляют 200-300 Гр, черешни и вишни – 250 Гр, персиков и абрикосов – 200-300 Гр, мандаринов, апельсинов и авокадо – 100-150 Гр, винограда – 200 Гр, томата – 250 Гр. Упаковка сочных ягод и фруктов перед облучением в специальную тару и последующее хранение в холодильниках почти в 2 раза увеличивает сроки хранения, снижает потери с 15-25 % до 1 % и не ухудшает пищевую ценность ягод и фруктов.

При облучении ионизирующим излучением южных фруктов одновременно уничтожаются плодовые мушки во всех стадиях развития, некоторые микроорганизмы и гнилостные грибы, продляются сроки хранения на 1-3 месяца.

Продлению времени хранения фруктовых соков с сохранением свежего вида и вкуса способствует радиационный метод пастеризации. Основная причина быстрой порчи фруктовых соков – наличие в соке различных рас дрожжей, которые интенсивно размножаются при хранении и вызывают брожение сахаров, всегда имеющихся в соках. Дозы, необходимые для радиационного подавления жизнедеятельности дрожжей, составляют 15-20 кГр. Однако при таких дозах значительно изменяются органолептические качества соков, количество органических и аминокислот, появляются различные продукты окисления, что не позволяет использовать такие соки в рационе питания человека. Для снижения дозы облучения, устранения этих недостатков и продления сроков хранения используют температурный эффект, т. е. облучают соки предвари-тельно нагретые до 50 ⁰С. В этом случае доза, в зависимости от вида сока и предполагаемого срока хранения, снижается до 300-500 Гр (хранение сока более года) и до 160-180 Гр (хранение сока до 3-х месяцев). Совместное действие облучения и температуры резко усиливает процессы, подавляющие деление дрожжевых клеток и снижает процесс брожения соков. В облученных соках быстрее происходят процессы, связанные с их осветлением. Такие соки менее вязкие и мутные, быстрее фильтруются и содержат меньше коллоидных веществ. Радиационная обработка сока приводит к значительному уменьшению дубильных веществ. При радиационной консервации соков и напитков их облучают в упакованном виде.

Кроме ягод, фруктов и соков ионизирующим излучением облучают также специи, приправы, сухие фрукты, бобы какао, орехи, муку, грибы, семена и другие сухие продукты питания дозой 10 кГр.

В-третьих, ионизирующие излучения используются, для продления сроков хранения и обеззараживания мяса, птицы, рыбы и других продуктов моря, а также их полуфабрикатов и кулинарных изделий. Радиационная технология обработки и хранения мяса, птицы, рыбы основана на методах пастеризации и стерилизации. Радиационные методы хранения этой продукции имеют ряд преимуществ:

1) увеличиваются сроки хранения продукции;

2) уменьшаются потери при хранении и транспортировке;

3) продукция не загрязняется химическими препаратами;

4) создается возможность обработки продукции в любой упаковке; 5)возможность механизации и автоматизации всего технологического процесса.

Ионизирующее излучение успешно используют для продления сроков хранения сырого охлажденного и замороженного мяса говядины, свинины, кроликов, птицы. Мясо для продления сроков хранения предварительно охлаждают до температуры 2-4 ⁰С, упаковывают в пластиковую упаковку и облучают гамма-излучением в дозе 5-6 кГр. При этом срок хранения свежего мяса составляет 6-8 недель с сохранением вкусовых и питательных качеств (за счет снижения обсемененности микрофлорой). Рекомендуемые дозы почти полностью убивают такие группы микроорганизмов как Pseudomonas, Achromobacter, Lactobacillus Proteus, Coli, Staphilococcus. Однако незначительное количество гнилостных микроорганизмов не погибает, поэтому порча мяса продолжается, но идет менее интенсивно. Повышение дозы облучения до 10-20 кГр приводит к повышению содержания в мясе аммиака, карбонильных соединений, сульфидов, меркаптанов, которые изменяют запах и вкус продукта. Более серьезным препятствием для длительного хранения облученного мяса являются автолитические ферменты, сохраняющие свою активность даже при стерилизующих дозах. Поэтому при хранении в облученном мясе идут медленные процессы автолиза и денатурации белков, изменяется большинство окислительно-восстановительных реакций, что в конечном итоге проявляется в виде изменения запаха и цвета мяса (говядины – до буро-коричневого, а свинины – до серо-коричневого). Для снижения активности автолитических ферментов, рекомендуется сочетание более низких доз гамма-облучения с другими приемами. Эффективным приемом является предубойная адренализация скота, которая вызывает распад гликогена в мышцах, что приводит к снижению содержания в мясе молочной кислоты и, как следствие, более высокому показателю рН (6,5 вместо 5,4 в обычном мясе), неблагоприятному для действия этих ферментов. Последующее облучение мяса в пониженных дозах (5-6 кГр) способствует сохранению гидрофильных свойств мяса, цвета, вкуса и продлению сроков хранения.

Для мяса мелких животных (кролик) и птицы (куры, гуси, утки) используют метод предубойного гамма-облучения в сублетальных дозах. Например, кур облучают дозой 8,5 Гр за 24 часа до забоя, при этом содержание гликогена в мясе снижается с 750 до 50 мг, повышается рН, поэтому значительно падает активность автолитических ферментов, что способствует сохранению свойств мяса и увеличению времени хранения. Для длительного хранения упакованных мясных полуфабрикатов и инактивации протеолитических ферментов гамма-облучение проводят совместно с кратковременной тепловой обработкой. Для длительного лучевого консервирования облучают мясо, замороженное при температуре -30 ⁰С, высокими дозами 35-40 кГр. Снижение дозы облучения при консервировании мясных продуктов достигается одновременной обработкой продукта различными консервантами (смесью нитратов и нитритов с поваренной солью, хлористым кальцием) и пищевыми добавками, разрешенными для использования в продуктах питания.

В настоящее время РБТ, используемые для продления сроков хранения мяса, включает 5 процессов:

первый процесс – консервирование мяса в растворе поваренной соли и фосфатов;

второй процесс – бланширование мяса при температуре 70-75 ⁰С;

третий процесс – вакуумная расфасовка в банки или гибкую упаковку;

четвертый процесс – замораживание упакованного мяса при температуре – 40 ⁰С;

пятый процесс – облучение упакованного, замороженного мяса.

Облучение яиц птицы в дозе 5 кГр убивает сальмонеллу и увеличивает сроки хранения в 3-5 раз.

Рыба и морепродукты относятся к скоропортящимся продуктам, потому что микроорганизмы, содержащиеся в их составе, быстро размножаются при температурах, незначительно превышающих оптимальную среду их обитания. Для продления сроков хранения рыбы и морепродуктов используют сушку, вяление, соление, копчение, замораживание, консервирование в различном виде, изготовление различных полуфабрикатов. Общеизвестно, что сроки хранения свежей рыбы при нормальной температуре не превышают нескольких часов. Ежегодные потери морепродуктов из-за порчи в процессе хранения могут составлять миллионов долларов. Применение РБТ для сохранения рыбы и различных морепродуктов может уменьшить их потери, удлинить сроки их хранения и способствовать применению современных методов консервирования. РБТ в рыбной промышленности используется в следующих направлениях:

1) для продления сроков хранения свежей рыбы и других видов продуктов морского промысла (креветок, крабов и др.);

2) для консервирования рыбы, рыбо- и морепродуктов;

3) для обработки рыбной продукции с целью уничтожения сальмонелл и насекомых-вредителей.

Наиболее значимым в рыбной промышленности при использовании РБТ является сохранение рыбы и различных видов морепродуктов в свежем и консервированном виде.

Гамма-облучение свежей рыбы, креветок, крабов и других продуктов моря в дозах от 1 до 6 кГр продлевает сроки хранения на холоде (0⁰С – +5⁰С) в 3-10 раз без потери товарной ценности, при этом срок хранения увеличивается с увеличением дозы облучения. Например, треска при температуре 0⁰С – +5⁰С без облучения хранится 1 неделю, а при дозах облучения, равных 2, 4, 6 кГр, соответственно 4, 6 и 8 недель. При облучении рыбы в дозе 15 кГр значительно возрастают сроки хранения, однако до 22 % растворимых белков денатурируют, снижаются гидрофильные свойства мяса, увеличивается потеря влаги, возрастает содержание летучих азотистых веществ в 3-4 раза и изменяются органолептические свойства мяса. При дозах, используемых для продления сроков хранения свежих продуктов моря составляющих 1-6 кГр, практически полностью угнетается размножение вызывающих порчу грамм-отрицательных микроорганизмов видов Pseudomonas, Achromobacter, Proteus, Aeromonas, а также значительно снижается обсемененность вегетативными формами наиболее опасного для здоровья микроорганизма Clostridium botulinum. На присутствие и поведение токсина ботулизма в морских продуктах обращается особое внимание, так как,

во-первых, он широко распространен среди морской и пресноводной флоры;

во-вторых, некоторые штаммы (B, E, F) размножаются и вырабатывают токсин ботулизма при низких температурах холодильников (3⁰С – 5⁰С);

в-третьих, пастеризующие дозы 6 кГр и ниже инактивируют вегетативные формы этой бактерии, но у более радиоустойчивых спор сохраняется жизнеспособность. Своевременному выявлению токсина ботулизма при длительном хранении продукции способствует санитарно-гигиенический контроль. Для продления сроков хранения свежей рыбы и морепродуктов используют радиационный метод консервирования в сочетании с тепловой и кулинарной обработкой.

Использование ионизирующего излучения не только удлиняет сроки хранения, но и позволяет производить обработку продукции в упакованном виде. Процесс РБТ заключается в следующем: свежую рыбу разделывают, упаковывают в герметичную упаковку, подвергают радиационной обработке и отправляют на хранение или на реализацию. Аналогичный процесс осуществляется для продления сроков хранения копченой рыбы, при этом свежую рыбу сначала коптят, а затем осуществляют выше перечисленные процессы. Радиационная обработка свежей рыбы в дозе 2 кГр увеличивает срок хранения до 30 суток, а в дозе 4 кГр – до 60 суток при 2 ⁰С. Радиационная обработка свежей рыбы увеличивает срок хранения в 2–5 раз, что позволяет снабжать рыбой отдаленные районы.