Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
UDK 579.674 Микрофлора пищи
UDK 634.8.078 Сушеный виноград, изюм, коринка
The aim of the study was to evaluate the effect of the components that make up fish preserves on the total microbial load, as well as the effectiveness of processing preserves with ionizing radiation to reduce the number of microorganisms that seed the product to a safe level and for increase its shelf life. The object of the study was fish preserves, as the most vulnerable products for seeding and development of harmful microorganisms, The samples were exposed to accelerated electrons with a dose equivalent to 4 kGy to reduce the microbial load. It has been confirmed that each of the components of the ready-to-eat product can be as a source of contamination of the finished product. The contribution of each of the components to the total contamination of preserves, changes in the number of microflora depending on the recipe, shelf life and the presence of preservatives have been studied. It has been established that under the action of ionizing radiation, the number of microflora in fish preserves is significantly reduced, thereby increasing the shelf life of the product. It has been experimentally shown that, despite the insignificant content of spices, they make a significant contribution to the overall contamination of the finished product due to bacterial spores developing under favorable conditions, reducing the shelf life of preserves. There is a synergistic effect of the combined action of ionizing radiation and the preservative sodium benzoate on microorganisms.
ionizing radiation, fish preserves, spices, shelf life, microbiological contamination
Введение
Исследования по радиационной обработке различных пищевых продуктов в Советском Союзе проводились начиная с 40-х годов ХХ века [1]. К 80-ым годам прошлого века, в результате проведения научно-практических работ, были заложены основы применения радиационных технологий в сельском хозяйстве и пищевой промышленности [2]. После распада СССР работы в России были приостановлены. В последние десятилетия вновь возник интерес к этой теме [3; 4].
К настоящему времени собрана обширная информация по фундаментальным основам и прикладным вопросам радиационных технологий (РТ), которая может быть с успехом использована для создания и внедрения в отечественное агропромышленное производство инновационных экологически безопасных РТ [3].
Однако следует отметить, что для многих пищевых продуктов недостаточно полно исследованы показатели качества и безопасности после облучения. Отдельную проблему составляет радиационная обработка многокомпонентных пищевых продуктов, готовых к употреблению. Особенно актуальной задачей является изучение возможности облучения скоропортящихся продуктов, в частности, рыбных пресервов, для которых технологии изготовления не предусматривают термическую стерилизацию, что увеличивает риск развития вредных микроорганизмов.
Данный вид пищевых изделий, получивший широкое распространение, представляет собой сложную многокомпонентную систему, для которой методология радиационной обработки практически не разработана, а ее последствия для показателей качества и сохранности в полной мере не изучены.
В процессе изготовления рыбные пресервы не подвергаются тепловой обработке, тем самым сохраняют практически все полезные вещества и пищевую ценность натуральных продуктов. Подавление бактериальной жизнедеятельности в пресервах обеспечивается добавлением соли и консервантов, что недостаточно эффективно, поэтому продукт имеет небольшой срок годности и хранить его можно только в холодильнике при температуре от 0 до – 8°С.
Микрофлора свежей рыбы находится в основном во внешней слизи, жабрах и кишечнике и представлена преимущественно микроорганизмами тех вод, где она была выловлена [5].
Далее микроорганизмы попадают в продукцию на различных этапах обработки, таких как очистка и потрошение, с технологическими добавками, такими как соль и специи, с поверхности оборудования и рук персонала. Среди микроорганизмов, обсеменяющих соль и специи, находятся солеустойчивые и психрофильные гнилостные формы, которые хорошо развиваются в среде с повышенной концентрацией пищевой соли при пониженной температуре.
Для предотвращения размножения микроорганизмов порчи в состав пресервов вводят соль, консерванты и кислоты. Соль является основным консервантом. Размножение большинства гнилостных бактерий подавляется при концентрации пищевой соли выше 4%, а при 7-10% прекращается. В состав пресервов, в зависимости от рецептуры, входит от 3 до 10% соли. Кроме соли в пресервы, в качестве консерванта, добавляют бензоат натрия, сорбиновую, или уксусную кислоты [6].
Пресервы хранят в производственных холодильниках при температуре от 0 до –50С в течение 2-3 месяцев. Это необходимый этап, в результате чего ткани рыбы насыщаются солью. Насыщение мышечной ткани поваренной солью приводит к вытеснению воды из ткани и замедлению жизнедеятельности микроорганизмов. В результате этого процесса основными представителями микрофлоры становятся солеустойчивые микрококки, молочнокислые бактерии и дрожжи. Одновременно с просаливанием происходит процесс созревания пресервов – формирование вкуса, аромата и консистенции. Нарушения технологии приготовления и режимов хранения рыбных пресервов могут привести к развитию не только гнилостных форм спорообразующих бактерий, но и других групп микроорганизмов, обсеменяющих продукт.
В литературе отсутствуют сведения об использовании ионизирующего излучения для обработки многокомпонентных рыбных продуктов. Цель настоящей работы – оценить влияние компонентов, входящих в состав рыбных пресервов, на общую микробную нагрузку и на эффективность обработки пресервов ионизирующим излучением для снижения численности, обсеменяющих продукт, микроорганизмов до безопасного уровня и увеличения сроков его хранения.
Объекты и методы исследований
Для проведения эксперимента использовали рыбные пресервы из сельди, изготовленные с различными модификациями рецептуры:
- №1 – без специй и без консерванта;
- №2 – со специями и с консервантом;
- №3 – со специями без консерванта;
- №4 – с консервантом без специй.
В качестве контроля использовали пресервы, произведенные по ТУ 9272-100-00472093-2002 (вариант № 2). Состав продукта: кусочки филе сельди атлантической – 65% от общей массы пресервов; соль – 6% от массы рыбы; сахар-песок – 2%; растительное масло – 25% от общей массы пресервов: специи – черный перец и укроп – 0,5%, масло 1:20; консервант – бензоат натрия – 0,1%.
Рыбные пресервы с различными модификациями рецептуры, расфасованные в пластиковые банки объемом 200 см3, облучали в центре антимикробной обработки растительного и животного сырья ООО «Теклеор» (Калужская область, Россия) на электронном ускорителе УЭЛР–10-15-С-60-1 (энергия электронов 9,5 МэВ) в дозе 4 кГр. Величину поглощенной дозы (ПД) определяли с помощью плёночных дозиметров типа В3000 от GEX Corp, предназначенных для измерения доз электронного и гамма-излучения в диапазоне энергий 0,5-2 МэВ. Погрешность измерения ПД не превышала 10%.
Микробиологические анализы образцов проводили до облучения и на 10, 20 и 30 сутки после облучения. В эти же сроки анализировали необлученные (контрольные) продукты. Все образцы хранили в бытовом холодильнике при температуре от +5 до +8°С.
Количественный учет МАФАнМ, дрожжей и плесени проводили согласно инструкции по санитарно-микробиологическому контролю производства пищевой продукции из рыбы и морских беспозвоночных. Использовали питательные среды ФБУН ГНЦ ПМБ, г. Оболенск: ГРМ-агар, – для учета количества мезофильных аэробных и факультативных анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) и питательную среду Сабуро с хлорамфениколом – для учета численности дрожжей.
Полученные данные обработаны статистически. Для каждого образца рассчитана средняя квадратичная ошибка, которая не превышала 6% для КМАФАнМ и 8% для дрожжей и плесеней, соответственно. Для наглядности результаты учетов на рисунках 1-4 по оси ординат (y) приведены в логарифмическом масштабе.
Результаты и их обсуждение
В проведенных ранее исследованиях с рыбными пресервами было установлено, что облучение в дозах 4-6 кГр было максимально эффективным и не приводило к изменению органолептических свойств продукта [7], поэтому в нашем эксперименте была выбрана доза 4 кГр .
Анализ микробиологических показателей рыбных пресервов до облучения (рис. 1) показал, что значение КМАФАнМ соответствует нормативным показателям (не более 2х105 КОЕ/г, согласно СанПиН 2.3.2.1078-01 п. 1.3.2.3). Количество микроорганизмов в образцах без консерванта превышало нормативные микробиологические показатели в 4-5 раз.
При хранении, в необлученных пробах пресервов без специй с консервантом, и в пресервах со специями и с консервантом, значения КМАФАнМ превысили нормативные показатели на 20-е сутки. В пресервах со специями без консервантов изначальное количество микроорганизмов превышало нормы, но к 10 суткам снижалось до нормативных значений, а далее отмечен их рост (рис. 1).
Рисунок 1. Изменение количества мезофильных аэробных и факультативных анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) в необлученных рыбных пресервах при хранении
Figure 1. Changes in the number of mesophilic aerobic and facultative anaerobic microorganisms (CMAFAnM) in non-irradiated fish preserves during storage
Снижение КМАФАнМ в течение первых 10 суток необлученных пресервов со специями, вероятно связано с тем, что в составе специй содержатся антимикробиальные соединения, которые либо добавлены в процессе технологической обработки специй, либо являются компонентами самих специй [8].
Следует отметить, что КМАФАнМ в необлученных пресервах со специями и без консервантов на 10 сутки уменьшилось в 8 раз. Этот факт следует принять во внимание при расчете сроков хранения готовой продукции и при разработке рецептур.
Рисунок 2. Изменение КМАФАнМ в облученных рыбных пресервах при хранении
Figure 2. Change of CMAFAnM in irradiated fish preserves during storage
По результатам проведенного исследования обнаружено, что рыбные пресервы сразу после облучения, независимо от содержания консервантов и специй, имели значения КМАФАнМ ниже нормативных показателей (рис. 2). Это подтверждает вывод о том, что облучение в дозах 2-5 кГр существенно снижало количество неспорообразующих бактерий и вегетативных клеток спорообразующих бактерий [9].
При хранении облученных пресервов при температуре +4οС до 30 дней (рис. 2), определено, что:
- КМАФАнМ в продуктах с консервантами и специями достигло нормативных требований СанПин к 30 суткам;
- КМАФАнМ в пресервах без специй, но с консервантом оставалось в пределах требований СанПин и на 30 сутки хранения;
- КМАФАнМ в пресервах со специями, но без консервантов достигло норм СанПин уже к 20 суткам.
Более короткие сроки хранения образцов со специями обусловлены наличием в них спор бактерий, сохранивших жизнеспособность после технологической обработки специй.
Таким образом, несмотря на то, что специи и пряности занимают небольшую долю в общем составе продукции (до 0,5%), микрофлора, находящаяся в их составе, попав в благоприятные условия, начинает быстрый рост, что приводит к порче продукта [10]. Ткани рыбы, влага, углеводы и жир становятся идеальной средой для их прорастания.
Следует отметить, что изменение численности микроорганизмов в пресервах, содержащих специи, аналогично как в образцах с облучением, так и без него, независимо от содержания консервантов, а именно – после значительного снижения КМАФАнМ на 10-е сутки хранения происходит в дальнейшем увеличение содержания микроорганизмов на 20-е и 30-е сутки. Вероятно, предполагаемые антимикробиальные вещества в составе специй воздействуют на микрофлору продукта и усиливают действие ионизирующего излучения. В таких условиях происходит замедление прорастания спор.
Учет численности дрожжей в рыбных пресервах до облучения выявил превышение допустимых норм во всех образцах, независимо от содержания консервантов (рис. 3), что может приводить к порче продукта.
Рисунок 3. Изменение численности дрожжей в необлученных рыбных пресервах при хранении
Figure 3. Changes in the number of yeast in non-irradiated fish preserves during storage
После облучения в образцах, содержащих консерванты, количество дрожжей снизилось до безопасного уровня, в то время как в пресервах без консервантов их численность была выше значения СанПиН (рис. 4).
Рисунок 4. Изменение численности дрожжей в облученных рыбных пресервах при хранении
Figure 4. Changes in the number of yeast in irradiated fish preserves during storage
Ранее установлено, что как в свежей, так и в испорченной рыбе наиболее часто встречаются дрожжи рода Candida. В пресервах они также были обнаружены и до, и после облучения [11]. Известно, что некоторые штаммы Candida обладают устойчивостью к ионизирующему излучению, сопоставимой с устойчивость бактериальных эндоспорами. Кроме того, они способны выживать и размножаться в широком диапазоне температур: от –1 до +40°С. Слабые органические кислоты и их соли ингибируют рост большинства дрожжей в концентрации от 300-800 мг/л и рН ниже 4,5. Однако некоторые виды дрожжей рода Candida характеризуются устойчивостью к ингибиторам и способны разлагать сорбиновую кислоту и ее соли [12]. Несмотря на то, что доза облучения 4 кГр является недостаточной для полной инактивации дрожжей рода Candida, дальнейшее повышение дозы ионизирующего излучения приводит к резкому снижению органолептических свойств продукта. Следовательно, необходимы дальнейшие исследования для подбора оптимального соотношения консервантов, кислот и доз облучения для подавления жизнедеятельности дрожжей.
Антибактериальная активность бензоата натрия напрямую зависит от рН среды: чем ниже рН, тем выше активность консерванта. В рецептуре пресервов, использованных для экспериментов, кислота, которая сама по себе является консервантом, не использовалась. Бензоат натрия подавляет в микробных клетках действие ферментов, отвечающих за расщепление жиров и крахмалов. Нарушение ферментативной активности ведет к гибели клетки [13]. Ионизирующее излучение напрямую повреждает ДНК и митохондрии клетки и, опосредовано, ведет к многочисленным повреждениям, за счет образования свободных радикалов, которые также вызывают гибель микроорганизмов [14]. Таким образом, можно наблюдать явный синергетический эффект действия ионизирующего излучения и консерванта.
Применение консервантов в высоких концентрациях недопустимо, ввиду их токсичности для человеческого организма. Рекомендуемое количество бензоата натрия в пресервах (0,1%) недостаточно для полного подавления роста микроорганизмов в продукте, как и низких доз ионизирующего излучения. Однако увеличение дозы облучения выше 6 кГр может привести к существенным изменениям вкусовых качеств продукта.
Исследования Мохамеда с соавторами [15] показали, что обработка рыбного филе дозами гамма-излучения от 1 кГр до 4 кГр более эффективна, по сравнению с традиционными методами консервации, за счет уничтожения патогенной и условно-патогенной микрофлоры. Было установлено, что доза облучения в 3 кГр достаточна для уничтожения S. aureus и E. coli; при дозе облучения 4 кГр Listeria monocytogenes разрушается без изменения физико-химических свойств рыб.
Выводы
Ионизирующее излучение значительно снижает численность микрофлоры в рыбных пресервах и увеличивает сроки хранения продукта.
Несмотря на незначительное содержание специй в пресервах, они дают существенный вклад в общую микробную обсемененность готового продукта за счет, развивающихся при благоприятных условиях, спор бактерий, что влияет на сроки хранения пресервов.
При совместном использовании ионизирующего излучения и консерванта бензоата натрия для инактивации микроорганизмов наблюдается синергетический эффект.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Вклад в работу авторов: Н.А. Васильева – идея статьи, автор текста; Н.И. Санжарова – корректировка текста; И.В. Полякова – подготовка обзора литературы; Е.П. Пименов – подготовка статьи и ее окончательная проверка; Н.А. Фролова, О.А. Губина – сбор и анализ данных, подготовка статьи.
The authors declare that there is no conflict of interest.
Contribution to the work of the authors: N.A. Vasilyeva – the idea of the article, the author of the text; N.I. Sanzharova – correction of the text; I.V. Polyakova – preparation of the literature review; E.P. Pimenov – preparation of the article and its final verification; N.A. Frolova, O.A. Gubina – data collection and analysis, preparation of the article.
1. Meysel' M.N., Chernyaev N.D. Nauchnye i prakticheskie voprosy luchevoy sterilizacii i pasterizacii // Vestnik AN SSSR. 1956. № 11. S. 38-45.
2. Kaushanskiy D.A., Kuzin A.M. Radiacionno-biologicheskaya tehnologiya. M.: Energoatomizdat. 1984. 151 s.
3. Radiacionnye tehnologii v sel'skom hozyaystve i pischevoy promyshlennosti. Pod obsch. red. G.V. Koz'mina, S.A. Geras'kina, N.I. Sanzharovoy. - Obninsk: VNIIRAE. 2015. 400 s.
4. Rozhdestvenskaya L.N., Bryazgin A.A., Korobeynikov M.V. Predposylki i osnovaniya ispol'zovaniya ioniziruyuschego izlucheniya dlya obrabotki pischevoy produkcii // Pischevaya promyshlennost'. 2016. № 11. S. 39-45.
5. Izvekova G.I., Izvekov E.I., Plotnikov A.O. Simbiontnaya mikroflora ryb razlichnyh ekologicheskih grupp // Izvestiya RAN. Seriya biologicheskaya. 2007. № 6. S. 728-737.
6. Golicin M.V., Ryzhkov A.A., Slabko T.I. Sbornik receptur rybnyh izdeliy i konservov // SPb.: Gidrometeoizdat. 1998. S. 57-87.
7. Kim I.N., Tkachenko T.I. Mikrobiologicheskiy kontrol' proizvodstva rybnyh preservov // Pischevaya promyshlennost'. 2009. №7. S. 40-43.
8. Al-Wabel N.A., Fat'hi S.M. Antimicrobial activities of spices and herbs // II International Conference on Antimicrobial Research - ICAR 2012. Pp. 45-50.
9. Polyakova I.V., Kobyalko V.O., Saruhanov V.Ya. Issledovanie effektivnosti holodnoy sterilizacii rybnyh preservov elektronnym izlucheniem v zavisimosti ot dozimetricheskih parametrov oblucheniya // Radiaciya i risk. 2017. № 2. S. 97-106.
10. Antipova L.V., Dvoryaninova O.P., Cherkesov A.Z. Biohimicheskiy mehanizm avtoliticheskih processov myshechnoy tkani ryb // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernyh tehnologiy. Rubrika: Pischevaya biotehnologiya. 2015. 2 (64). 92-97.
11. Kobyalko V.O., Polyakova I.V., Saruhanov V.Ya. Holodnaya pasterizaciya rybnyh preservov s ispol'zovaniem elektronnogo izlucheniya. // Mezhdunarodnyy nauchno-issledovatel'skiy zhurnal. 2018. № 10. S. 74-80.
12. Mikrobiologicheskaya porcha pischevyh produktov / K. de V. Blekbern (red.). Per. s angl. - Spb.: Professiya, 2008. S. 401-403.
13. Borisochkina L.I. Antiokisliteli, konservanty, stabilizatory, krasiteli, vkusovye i aromaticheskie veschestva v rybnoy promyshlennosti. M.: Pisch. prom. 1976. S. 180.
14. Meysel' M.N. O biologicheskom deystvii ioniziruyuschih izlucheniy na mikroorganizmy. // Doklady sovetskoy delegacii na Mezhdunarodnoy konferencii po mirnomu ispol'zovaniyu atomnoy energii. - M.: 1955. S. 78-111. 14. Meisel M.N. (1955). On the biological effect of ionizing radiation on microorganisms. // Reports of the Soviet delegation at the International Conference on the Peaceful Use of Atomic Energy. M.: 1955. Pp. 78-111. (In Russ.).
15. Mohamed, W.S.; El-Mossalami, E.I.; Nosier, S.M. Evaluation of sanitary status of imported frozen fish fillets and its improvement by gamma radiation. J. Radiat. Res. Appl. Sci. 2009 No. 2. Pp. 921-931.
