Перспективные направления радиоактивного облучения в технологических процессах в пищевой промышленности

Установлено, что облученный картофель вполне пригоден для промышленной переработки на различные продукты, что позволит обеспечить круглогодовую  работу картофелеперерабатывающих  предприятий. Представляет интерес возможность радиационной обработки картофеля с помощью ускорителей с энергией электронов 1 МэВ, что позволяет обрабатывать только поверхностный слой клубня и практически мало воздействует на ткани клубней и лучше сохраняет в них питательные вещества.

Обработка лука ионизирующим излучением дозой 60 Гр позволяет в течение 9-12 месяцев хранить лук практически без потерь (по сравнению с контролем), не изменяет органолептических свойств и он вполне пригоден для промышленной переработки.

Расчеты, проведенные в Уругвае, показали, что установка для радиационной обработки продуктов в местных условиях рентабельна, если она обрабатывает 25000 т картофеля, 5000 т чеснока в год. Расчеты, проведенные в Голландии на основании успешных полупромышленных испытаний обработки многих продуктов, показали, что экономически рентабельно облучение лука дозой 40 Гр при производительности установки 20 тыс. т в год.

Пущена в эксплуатацию промышленная установка для облучения  картофеля и лука в Италии.

Крупномасштабные испытания (несколько десятков тонн) с поставкой потребителям облученного картофеля, по данным МАГАТЭ, были проведены в ФРГ, Италии, Венгрии, Уругвае, Израиле. Аналогичные исследования проводились также в СССР.

Создание многотонных производственных установок для радиационной обработки картофеля и лука, хорошо продуманная информация и демонстрация высокого качества этих продуктов среди населения будут способствовать широкому внедрению новой технологии.

Плоды, ягоды и овощи

Радиационная обработка  плодов, ягод и овощей может найти  применение для увеличения сроков их хранения, а также повышения сокоотдачи плодового и овощного сырья.

Длительность хранения плодов, ягод и овощей определяется жизнедеятельностью микроорганизмов на их поверхности и устойчивостью тканей к этим фитопатогенным микроорганизмам. Поэтому основная задача при разработке радиационно-биологической технологии состояла в том, чтобы определить оптимальные дозы обработки, позволяющие подавить жизнедеятельность микроорганизмов без глубоких физиологических нарушений в плодах и без ухудшения их товарного вида. Установлено, что доза, равная 3 кГр, для многих видов скоропортящихся свежих плодов и ягод является эффективной для увеличения сроков их хранения в 3-5 раз по сравнению с необлученными и позволяет уменьшить количество отходов. При этом рекомендуется использовать мощность дозы 3,5-4 кГр/ч. В работах разных авторов рассмотрены различные аспекты увеличения сроков хранения: качество растительного сырья, сортовые особенности, условия хранения и транспортировки. В СССР были проведены исследования по радиационной обработке земляники, малины, абрикосов, персиков, винограда, томатов и слив общей массой 50 т с последующей реализацией их через торгующие организации с разрешения Министерства здравоохранения СССР. Однако данные об экономической эффективности этого процесса практически отсутствуют.

Обработка винограда, вишни, малины, сливы дозой 3-4 кГр позволяет увеличить выход сока от 3 до 12%. Радиационная обработка совместно с препаратами ферментов черной смородины увеличивает выход сока на 7-15%, крыжовника — на 5-6%. Радиационная обработка увеличивает выход сока из моркови на 10%, из томатов — на 9, из сливы (в зависимости от степени зрелости) — до 28%. Ионизирующее излучение увеличивает сокоотдачу плодового и овощного сырья при принятой в промышленности технологии, в некоторых случаях смягчает режим тепловой обработки, а иногда позволяет совсем не прогревать сырье. Если учесть, что доза 3 кГр способствует сокращению потерь от микробиологической порчи при хранении, то очевидно, что процесс перспективен. Подсчитано, что в условиях консервного завода на установке производительностью 1,5 т/ч за сезон можно облучать 5-7 тыс. т сырья. Сокращая потери от порчи в 3-5 раз (при потерях 10-15%), можно сэкономить 150 тыс. руб. (при средней закупочной цене 250 руб. за 1 т). Перерабатывая облученное сырье на соки и увеличивая их выход на 10%, можно дополнительно сэкономить около 250 тыс. руб.

Рыба и рыбная продукция

Различные виды рыбы и  морепродуктов — источник пополнения продовольственных ресурсов. Океан  дает людям 10% потребляемого в пищу белка. Однако рыба и морепродукты —  скоропортящиеся продукты, так как содержащиеся в них микроорганизмы быстро развиваются при температурах, даже незначительно превышающих среду их обитания. Издавна люди принимали меры, чтобы увеличить сроки хранения рыбы и морепродуктов без потерь, используя сушку, вяление и соление. В настоящее время рыбу коптят, замораживают, консервируют в различном виде, заготавливают различные полуфабрикаты и даже блюда, которые достаточно лишь разогреть. Однако люди охотнее всего употребляют в пищу свежую рыбу. Общеизвестно, что сроки хранения свежей рыбы не превышают нескольких суток. Ежегодные потери морепродуктов, например, в США из-за порчи в процессе хранения составляют миллионы долларов. Следует иметь в виду, что многие районы добычи рыбы и морепродуктов расположены вдали от центров потребления.

Уже сегодня технология, основанная на использовании ионизирующего  излучения, в рыбной промышленности может применяться в следующих  направлениях: для улучшения оплодотворяемости  и выживаемости рыб, увеличения выхода мальков в рыбном хозяйстве и при искусственном разведении различных видов морских моллюсков (устриц, гребешков и т.д.); для увеличения сроков хранения свежей рыбы и других видов продуктов морского промысла (креветок, крабов и др.); для консервирования рыбы, рыбо- и морепродуктов, для обработки рыбной продукции (кормовой муки, сухой вяленной рыбы и др.) в целях уничтожения сальмонелл или насекомых-вредителей.

Однако наибольшую потенциальную  ценность в рыбной промышленности радиационно-биологическая  технология представляет для сохранения рыбы и различных видов морепродуктов в свежем и консервированном состояниях. Использование ионизирующего излучения позволяет не только увеличить сроки хранения, но и проводить обработку продукции в упакованном виде, что исключает возможность повторного загрязнения продукции вплоть до ее употребления.

В некоторых странах  созданы судовые экспериментальные  установки для радиационной обработки  рыбы и морепродуктов в условиях морского промысла. Известно также  о создании береговой опытно-промышленной установки, которая должна быть установлена на Вентспилском рыбоконсервном комбинате, для которого спроектирован цех радиационного консервирования производительностью 800 кг/ч свежей рыбы при дозе 5 кГр.

На основании проведенных  во ВНИИ морского рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО) комплексных физико-химических, биологических, микробиологических, органолептических и медикобиологических исследований в лабораторных и морских условиях были разработаны основы технологии радуризации рыбы и рыбных продуктов, которая заключается в том, что радиационная обработка свежей рыбы дозой 2 кГр увеличивает срок ее хранения до 30 суток, а дозой 4 кГр — до 60 суток при температуре 2°С. Технологический процесс заключался в следующем: свежую рыбу разделывали, упаковывали в герметичную упаковку, затем подвергали радиационной обработке и отправляли на хранение. Радуризация рыбы горячего копчения при дозе 2 кГр увеличивает срок ее хранения в 3-4 раза при температуре 5°С.

Радиационная обработка  рыбы и рыбных продуктов, упакованных под вакуумом в полимерную пленку, позволяет продлить сроки хранения при температуре 0-5°С; радиационная обработка в среде гелия дает такой же результат. Изменения, связанные с обезвоживанием при радиационной обработке, устраняются предварительной обработкой рыбы 10%-ным раствором NaCl в течение 60 мин или 10%-ным раствором триполифосфата натрия в течение 15 мин.

Доказана возможность  радиационной обработки рыбы в морской  воде с последующим хранением  в охлажденном состоянии без  воды. Применение дозы выше 6 кГр позволяет хранить рыбу до 60 суток при температуре 0-5°С.

По расчетам ВНИИ морского рыбного хозяйства и океанографии и ВНИИ радиационной техники, себестоимость 1 т продукции при производительности установки 20 т/сут составит 35 руб.; при 5 т/сут — 121 руб. (доза 2 кГр).Экономический эффект при радуризации охлажденной рыбы составляет 72,6 руб. на 1 т (при использовании установки производительностью 20 т/сут), для рыбы горячего копчения — 76 руб., кулинарных изделий — 162 руб., а годовой экономический эффект — примерно 460 тыс. руб.

Радиационная  дезинфекция пищевых продуктов.

Следует иметь в виду, что для многих пищевых продуктов, которые хранятся или продаются  в упакованном виде, радиационная обработка позволит не только их сохранить, но и избежать повторного заражения при использовании в технологических процессах. Этот вид обработки направлен также на уничтожение насекомых-вредителей, т.е. улучшение качества дезинсекции пищевых продуктов.

На основании исследований по влиянию радиационного облучения на процессы развития и размножения насекомых-вредителей возникли предпосылки для создания некоторых технологических процессов, направленных на уничтожение насекомых-вредителей в зерне и зернопродуктах, сушеных фруктах, овощах и пищевых концентратах. Из возможных объектов, в которых для уничтожения насекомых-вредителей может применяться радиационное облучение, первое место займет зерно (с учетом обработки исходного сырья).

Радиационная дезинсекция  зерна по сравнению с существующими  конкурирующими методами, например, с получившим широкое распространение химическим методом, имеет следующие преимущества: отсутствует загрязнение окружающей среды; в облученном зерне отсутствуют остатки ядохимикатов; в зерно ничего не добавляется; обработка обеспечивает полное уничтожение насекомых-вредителей, не влияет на качество продукции; процесс радиационной обработки легко механизируется и автоматизируется, конкурентоспособен по технико-экономическим показателям. Химический метод (фумигация) не всегда эффективен против внутренней зараженности зерна, а в некоторых случаях его массовое применение приводит к проявлению форм вредителей, резистентных к используемым химическим веществам. Кроме того, при проведении процесса фумигации создаются вредные условия труда для персонала, производящего обработку зерна, и практически отсутствует возможность полной десорбции фумиганта из продукта. Зерно благодаря своим физико-механическим свойствам, из которых для рассматриваемой технологии определяющим является сыпучесть (текучесть), позволяет создавать установки как с гамма-нуклидными источниками излучения с высоким КПД использования, так и с ускорителями электронов энергией 1-3 МэВ.

В настоящее время  установлены дозы, при которых  полностью стерилизуются амбарный долгоносик, зерновой точильщик и суринамский мукоед, отработаны режимы радиационной обработки. Рекомендовано принять в качестве единой дезинсекционной дозы 200 Гр для зерна, зараженного комплексом насекомых-вредителей.

Для апробации радиационной дезинсекции в некоторых странах  были созданы установки с источниками g -излучения и ускорителями электронов. Так, в США работает стационарная гамма-установка для дезинсекции в потоке незатаренного зерна производительностью 2,3 т/ч при дозе 250 Гр, во Франции — производительностью 4 т/ч при дозе 150? 200 Гр, в Англии — производительностью 30 т/ч при дозе 160 Гр. В СССР Институтом ядерной физики Сибирского отделения АН с участием ВНИИ зерна и зернопродуктов создана установка на основе ускорителя электронов производительностью 50-100 т/ч, которая успешно прошла производственные испытания и используется в промышленности.

Разработана технология радиационной дезинсекции сушеных фруктов, овощей и пищевых концентратов. Эффективная доза дезинсекции 70 Гр — доза, при которой происходят гибель основных видов насекомых-вредителей и полная стерилизация клещей. На основании исследований Института питания АН и НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана получено разрешение Министерства здравоохранения на радиационную обработку сушеных фруктов дозой до 3 кГр, концентратов — дозой 700 Гр. Вкус, цвет, запах и питательная ценность облученных продуктов не имели отклонений от нормы. Особенностью облученных сухофруктов является их способность быстрее развиваться (например, при дозе 1 кГр — в 1,5-2 раза быстрее, чем контрольные образцы). Проведенные исследования позволили предложить процесс радиационной дезинсекции сухофруктов взамен их фумигации химическими веществами типа дихлорэтана, бромистого метила, сероуглерода. При этом стоимость обработки снизится на 10%. Кроме того, готовые сухофрукты не будут содержать остаточных количеств химических препаратов и улучшатся условия труда обслуживающего персонала.

Биологические изменения, происходящие в стерилизованных  продуктах.

Биологические изменения, вызванные радиацией, могут носить как положительный (биопозитивный), так и отрицательный (бионегативный) характер.

Для умерщвления микроорганизмов  требуются много большие дозы радиации, чем для умерщвления  крупных животных. Как правило, смертельная  доза радиации тем выше, чем ниже ступень развития организмов. Однако проблема состоит в том, что большие дозы нередко оказываются губительны и для самих пищевых продуктов, вызывая в них нежелательные изменениями вкуса и запаха. В этом отношении особенно чувствительны к радиации мясо, молоко и получаемые из них продукты.

Некоторые из побочных химических реакций, приводящих к такого рода изменениям, удается частично предотвратить, применяя специальные методы облучения. Например, продукты можно облучать при низких температурах или использовать в  облучательных системах так называемые уловители свободных радикалов, принадлежащих наряду с ионами и возбужденными молекулами к весьма реактивным промежуточным продуктам радиационного воздействия. Можно также сочетать облучение с тепловой обработкой, при этом требуемая доза радиации снижается.

Однако все опасения относительно того, что при стерилизации облучением может теряться пищевая ценность продуктов и возникать токсичные или канцерогенные вещества, не имеют под собой почвы. До сего времени не обнаружено никаких специфических для радиации токсичных веществ, а продолжительные опыты, проводимые на животных и людях-добровольцах, показали, что подобные опасения необоснованны. Установлено также, что и питательные свойства продуктов при облучении ухудшаются во всяком случае не более, чем при обычной тепловой стерилизации.