Консервирование ионизирующей радиацией

Консервирование ионизирующей радиацией позволяет наиболее полно сохранить природные пищевые и биологические свойства — пищевых продуктов, обеспечить продолжительную, устойчивую их сохраняемость. Особенностью консервирования ионизирующей радиацией является получение стерилизующего эффекта без повышения температуры. Это — послужило основанием для названия консервирования ионизирующей радиацией, холодной стерилизацией, или холодной пастеризацией.

Ионизирующая радиация, помимо использования для целей консервирования и продления срока хранения скоропортящихся пищевых продуктов, находит успешное применение для целей дезинсекции зерна, предупреждения проростания картофеля и многих других узкоцелевых назначений. Перспективность консервирования ионизирующей радиацией обусловливается в известной степени и экономической рентабельностью метода.

Научные исследования в области изучения применения ионизирующей радиации для консервирования продуктов питания в ряде стран (СССР, США, Канада, Англия) к 1950-1955 годам достигли такого уровня, что позволяли определить пути практического применения ионизирующей радиации для обработки некоторых продуктов питания, реализуемых населению. Одновременно началось проектирование и строительство опытнопромышленных установок для облучения продуктов питания с целью их консервирования. Можно было ожидать, что к 1960 году консервирование ионизирующей радиацией получит большое развитие и распространение.

Однако этого не произошло, и проблема консервирования ионизирующей радиацией продолжает находиться в стадии углубленного изучения всех сторон возможного влияния на здоровье человека, в том числе и отдаленных последствий этого влияния. Серьезным препятствием к широкому внедрению этого метода являются также изменения, возникающие в веществе продукта, и нарушения органолептических свойств под влиянием облучения. В настоящее время все в большей степени выявляется необходимость изучения каждого вида облучаемого продукта питания, предназначенного для широкой реализации населению.

В механизме действия ионизирующей радиации на вещество пищевого — продукта имеет место взаимодействие энергии ионизирующей радиации с молекулами веществ, обусловливающее возникновение в продукте химических реакций, не свойственных ему по характеру или по интенсивности процесса. В случае превышения энергии ионизирующей радиации энергии химических связей молекул вещества наступает разрушение этих молекул.

Гибель живых клеток под влиянием ионизирующей радиации происходит вследствие существенных нарушений в нуклеиновом и других сторонах обмена, протекающих в клетке. В основе действия ионизирующей радиации в процессе облучения пищевых продуктов лежит образование ионов как внутри клетки, так и в окружающей среде, в результате чего возникает ряд нарушений в биологической системе клетки.

Изменения и нарушения, происходящие под влиянием облучения, связаны с ионизацией, в процессе которой образующиеся ионы приходят в прямое или косвенное (через какую-либо среду, чаще всего водную) взаимодействие с молекулами вещества пищевого продукта. Таким образом, в процессе облучения на биологические системы может проявляться прямое и косвенное действие ионизирующей радиации. Прямое действие ионизирующих излучений на молекулы вещества облучаемого продукта проявляется непосредственным их взаимодействием, в результате которого возникает ионизация и возбуждение молекул вещества, носящее цепной характер.

Косвенное действие ионизирующей радиации преимущественно проявляется в пищевых продуктах с высокой влажностью. Ионизация органических молекул при этом связана с ионизацией воды, содержащейся в составе пищевых продуктов. Под влиянием облучения молекулы воды распадаются на свободные радикалы ОН и Н, которые, взаимодействуя со свободным кислородом, образуют такие высокореактивные соединения как НО₂ и Н₂О₂, обладающие резко выраженными окислительными свойствами. Таким образом, под влиянием ионизирующей радиации в пищевых продуктах усиливаются процессы окисления, которые являются одним ив факторов, влияющих на изменение органолептических свойств облученных пищевых продуктов.

Для консервирования ионизирующей радиацией могут применяться высокоскоростные электроны и жесткие электромагнитные лучи, получаемые из электрических генераторов, производящих быстрые электроны и из радиоактивных источников, испускающих электроны (β-лучи) и электромагнитные лучи (γ-лучи). Для целей консервирования α-лучи мала пригодны вследствие незначительной проникающей способности. Для целей консервирования пищевых продуктов, наиболее приемлемы и перспективны высокопроникающие γ-лучи, способные проявлять свое биологическое действие во всей массе облучаемого продукта.

Для оценки консервирующего эффекта и возможных изменений в веществе продукта, а также для определения режима консервирования ионизирующей радиацией необходимо учитывать «поглощенную дозу», то есть количество ионизирующей энергии, поглощенной веществом пищевого продукта в процессе его облучения. Единицей измерения поглощенной дозы является рентген и его физические эквиваленты фэр, рад. Наиболее часто для оценки величины поглощенной дозы используется рад. Один рад соответствует 100 эргам энергии, поглощенной 1 г вещества облучаемого объекта. Один фэр близок к рад и составляет 0,97 его величины. В практических условиях для выражения больших величин применяемых доз используют сокращенные термины: килорад (крад) — соответствует 1000 рад; мегарад (мрад) — соответствует 1 000 000 рад. Величина дозы зависит не только от характера облучаемого продукта, но и от характера и интенсивности обсеменяющей его микрофлоры.

Стерилизующие дозы ионизирующей радиации неодинаковы в отношении различных организмов. Установлена закономерность, что чем меньше организм и чем проще его структура, тем больше его устойчивость к облучению и соответственно тем большие дозы радиации требуются для его инактивации. Так, для обеспечения полного пастеризующего эффекта, то есть освобождения пищевого продукта от вегетативных форм микроорганизмов, необходимы дозы радиации в пределах 0,5-1,2 мрад. Для инактивации споровых форм требуется доза не менее 3 мрад. Особой устойчивостью к ионизирующей радиации отличаются споры Cl. botulinum, уничтожение которых возможно при использовании высоких доз облучения, порядка 4-5 мрад. Еще более высокие уровни радиации необходимы для инактивации вирусов.

В практике консервирования и применения других видов радиационной обработки пищевых продуктов основное значение имеют уровни радиации до 2,5-3 мрад. Применение больших доз ионизирующей радиации связано с опасностью возникновения существенных изменений в химическом составе вещества пищевого продукта и значительных нарушений его органолептических свойств. Таким образом, возможные для использования в практике обработки пищевых продуктов уровни ионизирующей радиации не обеспечивают в полном объеме стерильность продукта.

Однако применяемые для облучения пищевых продуктов уровни ионизирующей радиации позволяют практически снизить количество и активность микроорганизмов до минимума и обеспечить устойчивость продукта при хранении без проявления признаков порчи. Применение ионизирующей радиации для целей консервирования и других видов обработки пищевых продуктов выдвинуло необходимость введения некоторой специфической терминологии, наиболее точно определяющей особенности, цель и микробиологическую характеристику облученных продуктов. В современных условиях различают следующие целевые виды обработки пищевых продуктов ионизирующей радиацией.

1. Радаппертизация — обработка пищевых продуктов дозами порядка 1-2,5 мрад, обеспечивающая снижение микробного обсеменения до уровня полной необнаруживаемости или выявления небольших количеств микроорганизмов, не влияющих на устойчивость продукта в хранении. Радаппертизация применяется при обработке пищевых продуктов, предназначенных для длительного хранения в различных, в том числе и неблагоприятных, условиях.

2. Радуризация — облучение пищевых продуктов дозами порядка 0,5- 0,8 мрад, обеспечивающее снижение микробной обсемененности продукта до уровня, предотвращающего порчу продукта и позволяющего удлинить срок его хранения без признаков порчи.

3. Радисидация — обработка пищевых продуктов γ-радиацией в дозах 0,3-0,5 мрад, позволяющая освободить пищевой продукт от некоторых неспорообразующих патогенных микроорганизмов, а также уничтожить паразитов.

Приведенные целенаправленные виды унифицированной радиационной обработки пищевых продуктов позволяют осуществлять наиболее эффективно контроль за качеством обработки и состоянием облученных продуктов.

К настоящему времени значительно расширились сведения о характере изменений, возникающих в основных пищевых веществах и других составных частях пищевых продуктов, подвергающихся облучению. Так, в белках в основном возникают изменения, характерные для денатурации белка. При этом белковые молекулы дезорганизуются, нарушаются связи между ионизированными группами молекул и некоторые молекулы подвергаются распаду. Под влиянием облучения разрушение аминокислот (дезаминирование, декарбоксилирование) происходит в незначительной степени.

Устойчивость (радиорезистентность) отдельных аминокислот к облучению неодинакова. Наибольшей устойчивостью отличаются триптофан и лейцин, затем в убывающей последовательности располагаются аргинин и гистидин, серу содержащие аминокислоты (метионин и цистин) и фенилаланин. Распад аминокислот сопровождается образованием летучих ароматических веществ, обусловливающих возникновение несвойственных облучаемому продукту (например, мясу) запахов. По некоторым данным, белковые вещества мяса (миозин) более устойчивы к облучению, чем экстрактивные вещества и липиды.

Под влиянием ионизирующей радиации существенные изменения наблюдаются в жировой части облучаемых продуктов. Жиры рассматриваются как наиболее радиочувствительные вещества. В основе этих изменений лежит образование перекисей и накопление продуктов окисления. Процессы окисления жира под влиянием облучения сходны с самоокислением жиров, происходящим в естественных условиях под влиянием кислорода воздуха, ультрафиолетовых лучей, нагревания. Прогрессирование образования перекисей в жирах происходит не только во время облучения, но и продолжается в дальнейшем в процессе хранения жира, приводя в конечном итоге к его качественным изменениям и порче. Облучение жиров, проводимое в атмосфере инертных газов или в вакууме, не вызывает образования перекисей. Применение антиокислителей может задержать развитие реакций окисления. По данным Г. М. Егиозарова (I960), наиболее чувствительны к облучению животные жиры и менее чувствительны растительные масла. Высокой устойчивостью отличаются сырые нерафинированные растительные масла, богатые антиокислителями. Высокая радиорезистентность характерна и для маргаринов.

Ионизирующая радиация вызывает ряд изменений в углеводах, выражающихся в распаде сложных углеводов (крахмала) до простых (глюкозы.). Простые углеводы в свою очередь подвергаются окислению, сопровождаемому образованием кислот, формальдегида. В результате γ-облучения в углеводах возникают процессы деполимеризации, которые могут носить обратимый характер.

Изучение влияния ионизирующей радиации на витамины показало, что последние в составе пищевых продуктов более устойчивы к ионизирующим воздействиям, чем отдельно взятые витамины в водных или масляных растворах. Витамины в продуктах питания находятся в известной степени под защитой пищевых веществ, принимающих на себя и блокирующих влияние излучений на молекулы витаминов.

В сохранении продуктов питания, подвергающихся воздействию ионизирующей радиации, важной проблемой является обеспечение достаточно эффективной инактивации протеолитических и других ферментов. Исследования по выявлению влияний ионизирующей радиации на сохранность в пищевых продуктах ферментов показали, что они сравнительно устойчивы и для их разрушения требуются значительно большие дозы облучения, чем для получения стерилизующего эффекта.

Протеолитические ферменты под влиянием облучения плохо инактивируются, в связи с чем в облученных продуктах, например в мясе, даже при облучении такими высокими дозами, как 2-5 мрад, автолитические процессы, обусловленные деятельностью протеолитических ферментов, не прекращаются. Это приводит к ряду изменений в облученном мясе, накоплению в нем аминоаммиачного азота и свободных аминокислот, а также к активации их дезаминирования. Для инактивации ферментов изыскиваются различные способы и средства их ингибирования. Эффективным средством торможения протеолиза и задержки деятельности протеолитических ферментов является повышение pH среды (мяса и других продуктов).

С целью подавления протеолитических процессов перспективно применение комбинированных методов консервирования; обработка невысокими дозами γ-облучения и какой-либо другой метод консервирования, чаще всего температурного (пастеризующего) воздействия. Комбинирование радиационной и тепловой обработки позволяет наиболее эффективно подавить радиоустойчивую микрофлору и инактивировать тканевые протеолитические ферменты. Такие методы консервирования позволяют создать новые виды консервов. К последним в первую очередь могут быть отнесены облученные, кулинарно обработанные мясные изделия (бифштексы, лангеты), упакованные в герметичную пленочную тару. Такие облученные готовые для непосредственного потребления кулинарные изделия могут сохраняться до 3 месяцев в обычных температурных условиях. Этот принцип консервирования открывает возможность длительного сохранения в обычных условиях облученных сосисок и других облученных скоропортящихся колбасных изделий, упакованных герметически в пленку.

Применение ионизирующей радиации в дозах, принятых для облучения пищевых продуктов с целью удлинения сроков их хранения, не вызывает появления в них вредных и токсических веществ.

По данным американских ученых, в итоге работ более 30 исследовательских лабораторий, испытывавших 21 вид пищевых продуктов, облученных в дозах 2,79 и 5,58 мрад, на большом числе различных видов животных (15 000 мышей, 5000 родительских пар крыс, 300 собак, 37 обезьян) не было установлено каких-либо неблагоприятных влияний скармливания облученных продуктов на состояние организма животных.

По данным английских исследователей, на основании изучения облученных пищевых продуктов на нескольких тысячах крыс и мышей также не установлено проявления в изучаемых продуктах каких-либо токсических свойств.

В СССР подобные исследования проводились в Институте питания АМН СССР. При скармливании собакам мяса, облученного в дозах 0,6- 0,8 мрад, в течение 1,5 лет не было выявлено каких-либо отклонений в состоянии здоровья подопытных животных. Аналогичные результаты были получены при скармливании крысам облученного мяса кур.

Исследования, проведенные на людях (волонтерах), при кратковременном питании рационами из облученных пищевых продуктов не выявили каких-либо отрицательных влияний.

Все эти и ряд других исследований подтверждают отсутствие токсических свойств у продуктов, подвергавшихся γ-облучению в дозах, принятых для удлинения срока хранения.

Пока также нет обоснованных данных о возможном мутагенном действии облученных пищевых продуктов. Однако в этом отношении необходимо дальнейшее изучение.

Имеются данные об отрицательном влиянии скармливания облученных пищевых продуктов (дозы 1,5-3 мрад) на функцию воспроизводства потомства. В числе причин, обусловливавших это нарушение, выдвигалась Е-витаминная недостаточность, возникавшая у подопытных животных в связи с почти полным разрушением витамина Е в облученных пищевых продуктах. Исследования Ю.И. Шиллингер с соавторами (1967) не подтвердили данных о восстановлении функции воспроизводства потомства путем компенсирующей дачи витамина Е при использовании облученных пищевых продуктов.

Таким образом, в широком использовании ионизирующей радиации для целей консервирования продуктов питания открываются большие возможности и перспективы. Вместе с тем наличие многих нерешенных вопросов ограничивает эти возможности и выдвигает необходимость продолжения углубленных исследований по изучению различных сторон действия облученных продуктов на животный организм.