РАДИАЦИОННЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
Известно много типов радиационных (ионизирующих) излучений, но большинство из них нельзя применять для обработки пищевых продуктов. Для этой цели используют только рентгеновское и g-излучение и поток ускоренных электронов.
Рентгеновские и g-излучения имеют электромагнитную волновую природу. Они, свободно проникая через многие вещества (дерево, металлические пластинки, живую ткань и т.п.), вызывают ионизацию, т.е. процесс, при котором из нейтральных молекул и атомов вещества образуются ионы (положительно и отрицательно заряженные частицы).
g-Излучение наиболее широко применяется в практике лучевой обработки самых различных пищевых продуктов. Это объясняется тем, что источники g-излучения сравнительно дешевы. В качестве источников g-излучения чаще всего используют препараты Со60. Большая проникающая способность g-излу-чения позволяет обрабатывать продукты большого размера и в крупной упаковке. Энергия g-излучения от Со60 находится в пределах, при которых не возникает наведенной радиоактивности в облученных продуктах, т.е. продукт не становится радиоактивным.
Применение ионизирующих излучений открывает совершенно новые воз-можности сохранения пищевых продуктов, так как при этом не происходит сколько-нибудь существенного повышения температуры. Это положение дает возможность решить по-новому вопросы упаковки, используя для мясных продуктов полимерные материалы.
Однако проблемой при использовании ионизирующих излучений является предохранение самого продукта от влияния тех доз радиации, которые нужны для уничтожения микроорганизмов.
На жиры, сушеные продукты ионизирующие излучения оказывают прямое действие, которое и является основной причиной всех изменений. На мясо и другие продукты, содержащие большое количество воды, ионизирующие излучения оказывают в основном косвенное действие. Это связано с тем, что под действием ионизирующей радиации изменениям подвергается в первую очередь вода. Происходит радиолиз воды - образование свободных радикалов ОН', Н0'2, Н'. Свободные радикалы обладают большой реакционной способностью. Они могут соединяться не только один с другим, но и легко реагировать с растворенными в воде веществами, образуя различные соединения.
|
При использовании ионизирующих излучений для обработки каких-либо объектов решающее значение имеет точное определение количества ионизирующего излучения, которое поглощается веществом, т.е. поглощенной дозы.
Одним из отличий лучевой стерилизации от термической является то, что между облучением продуктов дозами, абсолютно смертельными для микроорганизмов, и гибелью последних проходит промежуток времени, в течение которого еще продолжаются процессы обмена веществ в микробных клетках. Отмирание микроорганизмов после облучения абсолютно смертельными дозами может продолжаться в течение нескольких десятков часов.
В связи со специфичностью действия ионизирующих излучений на микрофлору группой специалистов Международного агентства по использованию атомной энергии разработана специальная терминология. Промышленное консервирование с помощью ионизирующих излучений предложено называть радиационной аппертизацией (по имени Аппера, предложившего тепловую стерилизацию), или сокращенно рааппертизацией. Обработку, достаточную лишь для увеличения длительности хранения, предложено называть радуризацией (radiare - излучать и durare - продлевать) вместо терминов «лучевая пастеризация», «облучение нестерилизующими дозами». Кроме того, предложен термин радисидация (radiare - излучать и ocsidere - убивать), предназначенный для обозначения обработки ионизирующими излучениями, обеспечивающими подавление определенных нежелательных микроорганизмов или простейших организмов, например, сальмонелл, трихинелл.
|
Влияние на микроорганизмы. В результате воздействия ионизирующих излучений в живых клетках возникают многообразные патологические изменения, приводящие к нарушению нормальных биохимических, физиологических и других процессов.
Действие ионизирующих излучений на микроорганизмы зависит от парциального давления кислорода, содержания воды в продукте, наличия в среде «защитных» веществ, таких как некоторые аминокислоты, органические кислоты, альдегиды, спирты и др. Имеет также значение физиологическое состояние микроорганизмов в момент облучения.
Микроорганизмы, находящиеся в буферном растворе, как правило, менее устойчивы к облучению, чем в средах, содержащих в своем составе глюкозу, аминокислоты и другие соединения, обладающие защитными свойствами.
Биологическое действие излучения зависит не только от величины, но и от мощности дозы. Одним из наиболее повреждаемых звеньев обмена веществ микроорганизмов при их облучении является нуклеиновый обмен. Восприимчивость различных видов микроорганизмов и различных клеток сложного организма к воздействию ионизирующих излучений колеблется в широких пределах: чем крупнее и сложнее клетка или организм, тем восприимчивее они к повреждению ионизирующими излучениями.
|
Характерной особенностью действия ионизирующего излучения является большая разница в дозах, требующихся для прекращения жизнедеятельности 50 и 100 % микроорганизмов. Если в первом случае требуется несколько сотен Дж/кг, то во втором - необходимая доза составляет (1,5-4,5)101 Дж/кг.
Споры бактерий весьма устойчивы к облучению, поэтому для снижения дозы облучения желательно понизить их радиоустойчивость. Это достигается комбинированным воздействием нагревания или антибиотиков и ионизирующего облучения. Предварительная тепловая обработка более эффективна, чем тепловая обработка, применяемая после облучения.
Под действием ионизирующих излучений структурные элементы клеток изменяются, главным образом ядро, что приводит к снижению их физиологической активности и нарушению функций размножения.
Влияние на мясо. Под действием ионизирующих излучений изменяется цвет мяса, появляются специфические, не свойственные ему, запах и привкус, иногда изменяется консистенция.
В мясе, облученном в мороженом состоянии, окраска изменяется в меньшей степени, чем в охлажденном, но иногда появляется коричневый оттенок, иногда зеленоватый. Образование зеленого пигмента зависит от рН и связано с присутствием таких соединений, как сероводород и цистеин. При обработке ионизирующими излучениями вареного мяса нормальный серо-коричневый пигмент (гематин) превращается в нехарактерный красный (гемохромоген).
Совместное применение нитрита с аскорбинатом натрия может способствовать улучшению цвета облученного соленого мяса. Кроме того, в сохранении цвета мясных продуктов играет роль применение вакуумной упаковки и снижение дозы облучения.
В мясе, подвергнутом облучению, обнаружены изменения его составных частей: белков, жиров и др.
Многие исследователи считают, что источником образования соединений с неприятным запахом могут являться серосодержащие аминокислоты, в частности соединения типа глютатиона.
При облучении говядины g-лучами в дозах (l,3-l,5)104 Дж/кг наблюдали значительное понижение содержания глютатиона в результате распада его восстановленной формы.
В больших количествах в облученных мясопродуктах образуются карбонильные соединения. Это дает основание полагать, что они являются основными компонентами запаха облученного мяса. Карбонильные соединения образуются не только в жировой, но и в мышечной ткани мяса, хотя и в разных количествах. Такие соединения, как акролеин и кротоиовый альдегид, которые образуются из жировой ткани облученного мяса, по-видимому, способствуют образованию специфического запаха облучения.
Образцы мяса, облученные дозами 2,33×103 и 3,77×103 Дж/кг, содержали в 10-20 раз больше летучих аминов, чем необлученные образцы мяса. Очевидно, амины так же могут участвовать в образовании запаха облученного мяса.
Действие ионизирующей радиации на жиры напоминает окисление. Гидроперекиси, полученные при облучении g-лучами метилолеата, не отличаются по своему строению от гидроперекисей, получаемых при термическом окислении. При облучении дозой 3×103 Дж/кг жиров и жирных кислот образуются различные продукты.
Мясные продукты имеют различную чувствительность к изменению органолептических свойств под воздействием ионизирующего облучения. Так, меньше неприятного запаха и вкуса развивается в свинине, чем в говядине, телятине и баранине. Вкус тощей говядины при облучении изменяется сильнее, чем мяса нормальной упитанности.
Наименьшие изменения вкуса и запаха претерпевают под влиянием облучения вареные мясные продукты, некоторые кулинарные изделия из говядины, свинина, мясо кур и кроликов, печень и почки говяжьи.
Для многих продуктов установлены пороговые дозы, выше которых облучение изменяет органолептические свойства продуктов.
Так, работами, проведенными в ФРГ, пороговые дозы для говядины установлены 0,9×104 Дж/кг, куриного мяса - 1,8×104 Дж/кг и свинины - 3,8×104 Дж/кг. По данным, полученным в США, пороговые дозы для говядины составляют 0,7×104 Дж/кг, свинины - 1,7×104 Дж/кг, бекона - 2,1 ×104 Дж/кг, ветчины - 1,2×I04 Дж/кг, куриного мяса - 1,7×104 Дж/кг. В английских работах указаны дозы для говядины - 0,4×104 Дж/кг, куриного мяса - 0,75×104 Дж/кг. Для инактивации ферментов требуются очень высокие дозы облучения. Так, при облучении говядины дозой 1,6×105 Дж/кг активность протеолиза уменьшается только на 50 %. В процессе хранения сырого мяса, стерилизованного облучением, в результате протеолиза наблюдается образование кристаллов тирозина.
Высокая температура хранения способствует развитию автолитических процессов в облученном мясе (доза 2×104 Дж/кг), которые протекают особенно интенсивно в первый период хранения. Низкая температура хранения задерживает автолиз.
В последние годы уделяется большое внимание выработке режимов облучения пищевых продуктов, при которых органолептические изменения не происходили или были минимальными. Из таких способов наиболее перспективными являются облучение под вакуумом, в инертных газах, при низких температурах, в присутствии акцепторов свободных радикалов, образующихся при облучении.
Добавление антиокислителя к облученному дозой 3×103 Дж/кг свиному фаршу, содержавшему 50 % жира и находившемуся в неблагоприятных для хранения условиях (температура 18-20 °С), тормозит окислительные процессы.
Улучшение качества облученного мяса достигается удалением кислорода, замораживанием до очень низкой температуры (-70 °С) перед облучением и облучением при этой температуре. Полученный продукт даже при дозах 4,5×103 Дж/кг не обнаруживает характерного запаха облучения. Низкие температуры хранения и вакуумная упаковка более эффективны в сохранении облученного соленого бекона, чем любые другие виды обработки.
Из способов, позволяющих снизить активность ферментов облученных продуктов, наиболее эффективными являются слабая тепловая обработка (60-80 °С), предубойное облучение скота небольшими сублетальными дозами, в результате чего в мышцах образуется адреналин. Адреналин снижает накопление молочной кислоты, что замедляет сдвиг рН в кислую сторону, а это в свою очередь способствует инактивации ферментов, под влиянием которых во время хранения мяса происходит расщепление белков на аминокислоты.
Уменьшению образования привкуса способствует прерывистое облучение, когда необходимая доза дается в несколько приемов. Это приводит не только к уменьшению привкуса, но и к снижению количества выживших микроорганизмов и к уменьшению окисления жира.
Витамины пищевых продуктов менее чувствительны к воздействию ионизирующих излучений, чем чистые растворы этих веществ. В результате облучения сырого говяжьего фарша дозой 3×104 Дж/кг разрушается пиридоксин примерно на 25 %, рибофлавин на 10 %, а содержание инозита и ниацина изменяется незначительно.