Радиационная обработка ионизирующим излучением продовольственного сырья и пищевых продуктов

УДК 621.039.8.003

Радиационная обработка ионизирующим излучением

продовольственного сырья и пищевых продуктов

О. Н. Мусина, канд. техн. наук

Сибирский научно-исследовательский институт сыроделия

К. Л. Коновалов

Межрегиональное общественное учреждение «Биона»

В связи с постоянным ростом населения планеты глобальной задачей современности стало непрерывное наращивание объемов производства продовольственного сырья и пищевых продуктов. При этом следует принимать во внимание одно из основных прав потребителя -право на качество и безопасность продуктов питания. На данный момент в мире существуют десятки различных гигиенических директив, регламентирующих эту сферу пищевой индустрии.

Наиболее распространенной стала система HACCP (Hazard Analysis & Critical Control Points - Анализ рисков и критические контрольные точки), являющаяся признанным оперативным методом, который помогает компаниям, занятым в производстве пищевых продуктов, определить риски, связанные с пищевой безопасностью, предотвратить угрозы пищевой безопасности и решить вопросы соответствия нормативным требованиям. HACCP - это инструмент менеджмента рисков, разработанный специально для пищевого сектора Комитетом Codex Alimentarius, созданным совместно FAO (Food and Agriculture Organization - Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН) и ВОЗ (World Health Organization - Всемирная организация здравоохранения). Методология HACCP представляет собой структурированный превентивный подход к пищевой безопасности, оптимизирующий усилия по обеспечению потребителя безопасными пищевыми продуктами. Он является обязательным в нескольких странах, включая США и территорию ЕС. В ЕС разработано большое число и собственных стандартов. Один из основных - стандарт BRC GSFS

(The Global Standard for Food Safety - всемирный стандарт пищевой безопасности), введенный в действие в 1998 г., 7-я его версия датирована январем 2015 г. Этот стандарт разработан Британским консорциумом операторов розничной торговли BRC (British Retail Consortium) и соответствует критериям GFSI (Global Food Safety Initiative - Глобальная инициатива по пищевой безопасности). Стандарт BRC принят предприятиями розничной торговли пищевыми продуктами в качестве аналога иным стандартам пищевой безопасности, в том числе IFS (International Food Standard - Международный стандарт производства пищевых продуктов) и HACCP. Стандарт IFS является стандартом пищевой безопасности с единой системой оценки, используемой для проведения проверок брендо-вой пищевой продукции розничных и оптовых продавцов. Требования стандарта BRC относятся к системе менеджмента качества и системе HACCP, поддерживаемым подробными программами предварительных мероприятий. Стандарт ISO 14470 описывает требования к разработке, валидации и текущему контролю процесса облучения с применением ионизирующего излучения для обработки пищевых продуктов. Созданной под эгидой ФАО, МАГАТЭ, ВОЗ Международной консультативной группой по облучению пищи (ICGFI) введено понятие GIP (good irradiation practics).

Российская система управления безопасностью опирается на законодательные требования к управлению производством и продукции. В первую очередь это нормативно-законодательные акты - законы, постановления, приказы; далее производители обязаны руководство-

ваться государственными требованиями на виды деятельности и группы продукции, которые содержатся в технологических регламентах и санитарных правилах и нормах; и еще один уровень - это требования к производству конкретных пищевых продуктов. С целью гармонизации российских и международных требований в РФ в отношении пищевой продукции принято 9 технических регламентов Таможенного союза (ТР ТС), из них 2 являются горизонтальными техническими регламентами, содержащими общие требования к пищевой продукции, в том числе ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции». При этом в статье 10 ТР ТС 021/2011 явно предписывается необходимость внедрения системы НАССР: «При осуществлении процессов производства (изготовления) пищевой продукции, связанных с требованиями безопасности такой продукции, изготовитель должен разработать, внедрить и поддерживать процедуры, основанные на принципах НАССР».

Применение основанного на системе НАССР метода управления безопасностью всей пищевой цепи диктует необходимость использования какого-либо вида обеззараживающей обработки как контрольной меры при производстве пищевых продуктов, которые поступают на рынок в сыром или минимально обработанном виде. Радиационная обработка может являться такой контрольной мерой для продовольственного сырья и пищевых продуктов, таких как птица, рыба, морепродукты, фрукты, овощи и специи. При их производстве радиационная обработка и есть критическая контрольная точка в пищевой цепи. Радиационная обработка отвечает всем критериям для критической точки, продиктованным принципами НАССР, поскольку позволяет осуществлять строгий контроль за условиями обработки, как это предписывается стандартами Codex Alimentarius. Могут быть также предприняты соответствующие корректирующие действия, если это необходимо. Обработка продовольственного сырья или пищевых продуктов ионизирующим излучением может быть оформлена как часть плана НАССР по ГОСТ Р 51705.1-2001.

Радиация, или ионизирующее излучение, - это поток частиц, способных ионизировать среду, то есть превращать нейтральные атомы и молекулы среды в частицы, имеющие положительный или отрицательный заряд (ионы). Радиационная обработка продовольственного сы-

PRODUCTION QUALITY CONTROL

Доза облучения

/0,05-0,15 кГрЧ

Ингибирование прорастания

0,15-0,50 кГр

Дезинсекция

0,50-1,00 кГр

Замедление созревания

f 1,5-3,0 кГрЛ

Удлинение

сроков хранения

f 2,0-5,0 кГрЛ

Уничтожение

паразитов и патогенной микрофлоры

г 10-50 кГр 1-50 кГр

Обеззараживание

Стерилизация

Дозы ионизирующего излучения, применяемые при радиационной обработке пищевых продуктов

рья и пищевых продуктов основана на физико-биологическом воздействии на живую клетку и может базироваться на использовании ионизирующего излучения от изотопных источников либо на воздействии высокоэнергетичными электронными пучками от электрофизических установок. В отличие от у-излучения электронно-лучевая обработка не использует радиоактивные изотопы. Тем не менее РАО и ВОЗ допускают использование ионизирующего излучения для обработки пищевых продуктов с целью стерилизации и консервирования. В настоящее время радиационная обработка сельскохозяйственной и пищевой продукции осуществляется более чем в 50 государствах. Около 40 стран разрешили применение радиационной обработки для одного или более пищевых продуктов, 7 стран одобрили ее использование для мясных продуктов, 13 стран - для рыбы и морепродуктов, радиационная обработка специй практикуется практически во всем мире. При помощи этого метода обрабатывается около 40 различных видов пищевых продуктов. Только Европа ежегодно выпускает на рынок более 200 тыс. т. облученных продуктов [1, 2].

Облученные пищевые продукты должны подготавливаться, обрабатываться и перевозиться в соответствии с гигиеническими нормами, включая применение семи принципов НАССР, касающихся безопасности пищевых продуктов. Согласно международным стандартам на пищевые продукты, обработанные проникающим излучением [3, 4], их облучение не должно быть использовано в качестве замены необходимых санитарно-гигиенических условий производства или выращивания. При облучении любого пищевого продукта минимальная доза поглощенного излучения должна быть достаточной для достижения технологической цели, а максимальная -не превышать ту, при которой мог бы

возникнуть риск для безопасности потребителя или которая могла бы отрицательно сказаться на структурной целостности, функциональных или органолептических свойствах продукта. Применяемая доза должна соответствовать технологическим целям и целям обеспечения здоровья нации, а также нормам использования радиации.

Ведущие позиции в использовании ионизирующего излучения в сельском хозяйстве занимают США, Китай и Индия. Также центры облучения сырья и продуктов питания есть во Франции, Германии, ЮАР, Индонезии, Бразилии, Бельгии, Мексике, Чили, Испании, Таиланде, Вьетнаме, Бангладеш, Перу, Великобритании, Молдавии и др. Метод радиационной обработки ягод, плодов и овощей нашел широкое применение не только в США, но и в Канаде, Нидерландах. Наиболее часто эту технологию применяют для земляники, винограда, персиков, яблок, груш, томатов, бананов, баклажанов, папайи, манго. В Российской Федерации (ранее - СССР) накоплен большой опыт использования ионизирующих излучений в сфере АПК. Разработкой и обоснованием применения изотопов и ионизирующих излучений в АПК активно занимались А. М. Кузин (теоретическое обоснование радиобиологических эффектов), Д. А. Каушанский, Ф. А. Дедуль, Г. Я. Рудь, В. Н. Лысиков, Н. М. Березина, Н. Ф. Батыгин, В. С. Серебренников и другие. Широкомасштабные испытания были проведены в ряде республик бывшего СССР: в Молдавии, РСФСР (Краснодарский край), Казахстане, Киргизии [5].

Остановимся подробнее на причинах применения ионизирующего облучения для обработки продовольственного сырья и пищевой продукции. Как известно, ключевыми причинами порчи сырья животного и растительного происхождения являются деятельность микроорганизмов, а также режим хранения

(наличие доступа воздуха, света, температура, относительная влажность). Современная наука и практика обладает широким спектром способов консервирования. Один из таких способов - использование излучения. Облучение продовольственного сырья и пищевых продуктов приводит к ряду эффектов, таких как замедление созревания плодов, предупреждение прорастания, подавление жизнедеятельности или гибель насекомых, патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, что дает возможность повысить безопасность продуктов питания и увеличить сроки их хранения. Даже низкие дозы у-облучения (менее 1 кГр) приводят к значительному снижению числа мезофильных, психотропных, анаэробных и аэробных бактерий. Радиационная обработка позволяет устранять паразитарные инвазии (трихинелл, описторхов и других эндопаразитов), уничтожать сальмонелл. Широкое коммерческое использование радиационной обработки для сохранения урожая определяется главным образом более низкими затратами на такую обработку, чем на традиционное консервирование с помощью тепла или холода [6].

Применительно к радиационной обработке продовольственного сырья и продуктов питания специальной комиссией Международного агентства по мирному использованию атомной энергии (МАГАТЭ) предложены следующие термины: радисидация (4-6 кГр), радуризация (6-10 кГр) и радаппертизация (10-50 кГр). Радисидация - радиационная обработка с целью выборочного подавления микроорганизмов конкретного типа (например, сальмонелл, трихинелл и др.). Радуризация - это радиационная обработка пищевых продуктов с целью увеличения продолжительности хранения, осуществляемая в дозах, приводящих к ограниченному подавлению патогенных для человека микроорганизмов.

Радаппертизация предназначена для промышленной стерилизации пищевых продуктов в условиях, исключающих повторение инфицирования микроорганизмами, и для полного уничтожения микроорганизмов, как это происходит при тепловой стерилизации консервов. На рисунке представлены дозы ионизирующего излучения, применяемые для различных целей облучения, а также список пищевых продуктов для радиационной обработки [1].

Биологическое действие ионизирующего излучения на мышечную ткань разделяют на прямое и косвенное. К первому относятся химические изменения пищевых веществ или микроорганизмов под непосредственным воздействием энергии излучения, ко второму - изменения в результате воздействия на них активных радикалов, образующихся при прямом действии на менее стойкие вещества. В пищевых продуктах доля изменений, вызываемых косвенным действием, составляет около 80%. При облучении пищевых продуктов, содержащих в большинстве случаев много влаги, преобладает косвенное действие ионизирующих излучений, обусловленное возникновением активных частиц в результате изменений (радиолиза) воды. Прямое действие характерно для сухих продуктов и жиров. Инактивиро-вание микроорганизмов в продуктах, содержащих влагу, происходит преимущественно за счет косвенного действия, под влиянием продуктов радиолиза воды [6].

Еще в 1955 г. на Первой всемирной конференции по мирному использованию атомной радиации [7] демонстрировался картофель, облученный перед закладкой в овощехранилища у-лучами в дозе 8-10 крад. Облученные клубни не прорастали и имели вид полноценного картофеля, а контрольные клубни к этому времени (август) проросли и утратили пищевую ценность. Таким образом, была показана возможность применения у-облучения для сохранения картофеля, лука, чеснока в весенне-летние месяцы. Установлено, что взрослые насекомые устойчивы к действию радиации, и для их уничтожения нужны очень большие дозы, а вот личинки на разных стадиях развития весьма радиочувствительны. Т. е. если зерно или продукты его переработки облучить перед хранением, то вредители хлебных запасов не размножаются. Также можно подвергать дезинсекции сухофрукты, сушеные овощи и пищевые концентраты. Используя «невидимые лучи», можно продлить сроки хранения фруктовых соков.

Жареные продукты при их облучении могут храниться в пластиковых пакетах более года при комнатной температуре. Сдерживание развития вредной микрофлоры или полное ее подавление посредством облучения используется для увеличения сроков хранения плодоовощной продукции, в первую очередь мягких фруктов и ягод (земляника, виноград и т. п.), а также мяса и рыбы. Традиционно применяется хранение плодов и ягод при пониженных температурах. В этом случае сроки хранения продукции невелики, например, земляника сохраняется 4-6 сут. Для дальнейшего увеличения сроков хранения используют более радикальные традиционные способы: высушивание, замораживание, нагревание. Раду-ризация земляники с последующим охлаждением позволяет увеличить срок ее хранения вдвое, при этом потери ягод составляют 5-10%, тогда как необлученных ягод - 15-25%. Этот способ обработки используют при длительной транспортировке ягод от места выращивания до места реализации либо когда нужно дополнительное время для ввозимой продукции, например, на карантинном контроле. Кроме того, при перевозке облученных ягод и тропических плодов можно использовать недорогие стандартные железнодорожные холодильники.

В основе метода радиационного ускорения созревания коньячных спиртов лежит облучение древесины дуба высокими дозами у-излучения (200-500 кГр), вызывающими ускорение гидролиза клетчатки и других полисахаридов с образованием моносахаридов и увеличение количества кислотно-растворимой фракции лигнина. Воздействием ионизирующего излучения можно существенно улучшать технологические свойства низкосортной муки. Облучение такой муки дозами 10-20 кГр приводит к «сшиванию» белковых молекул, что придает ей свойства муки из сильной пшеницы. Хлеб, выпекаемый из такой муки, получается пышным, долго не черствеет и по качеству не уступает хлебу из муки сильных сортов пшеницы [5]. Исследования показали положительное влияние у-облучения на продление сроков хранения продуктов моря (рыбы, креветок, крабов и др.), упакованной свинины, ветчины, птицы. Опытные перевозки из Австралии и Новой Зеландии в Англию облученных туш баранины и говядины показали, что они могут транспортироваться не хуже замороженного мяса [6].

Однако метод радуризации имеет и свои особенности. Действие об-

лучения зависит от сорта и степени созревания. Так, недозревшие плоды после обработки становятся мягкими и легко поражаются грибковыми заболеваниями. Облучение некоторых плодов и овощей (яблоки, груши - при дозе 1 кГр, томаты - 5 кГр) тормозит их созревание. Это явление можно использовать для длительного сохранения товарного качества продукции. Для пастеризующего и стерилизующего воздействия используют у-излучение в дозах 1-10 кГр, причем плесневые грибы погибают при 1-6 кГр, тогда как для дрожжей необходимо более 10 кГр. Обычно для твердой плодоовощной продукции используют дозы 2-3 кГр, которые увеличивают срок ее хранения. Дозы от 5 кГр и выше приводят к разрушению витаминов, белков, углеводов, пигментов, к усилению выделения диоксида углерода и других газов, портящих продукцию. Поэтому в технологии радуризации плодов и овощей предусматривают интенсивную вентиляцию и последующее хранение продукции при пониженных температурах.

Облучение высокими (более 10 кГр) дозами ионизирующего излучения, как правило, применяют при коммерческой стерилизации. С помощью радаппертизации получают пищевые продукты, отличающиеся высокой стойкостью при хранении [5]. Известно также, что у-облучение вызывает биохимические изменения, которые могут влиять на пищевую ценность или органолептические свойства обработанного мяса. Реакции в белках вследствие облучения могут включать дезаминирование, декарбоксилиро-вание, восстановление дисульфидных связей, окисление сульфгидрильных групп, разрыв пептидных связей и изменение валентности металлов в составе ферментов. Еще в 60-х годах в печати стали появляться сообщения об образовании в облученных растительных и животных тканях веществ, обладающих мутагенными свойствами [7]. Так, советские ученые показали, что при облучении клубней картофеля в них возрастает количество хиноидных токсинов, обладающих свойствами мутагена.

Аналогичные данные опубликовали индийские и японские исследователи. Не поставлена точка в этом вопросе и сейчас [8-10]. Известный французский эколог Бруно Комби (Bruno Comby) в своей книге «Защитники природы за атомную энергию» резко выступает против радуризации. Бруно Комби - известный активист защиты окружающей среды, имеет ученую степень по ядерной технике,

является президентом международной ассоциации «Защитники природы за ядерную энергию». Мнение специалиста такого уровня может быть признано экспертным. В России также приоритетными при выборе метода консервирования продовольственного сырья и продуктов питания являются вопросы безопасности. Как результат - действующий ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции» не допускает к обращению мясо птицы, кроликов, конину, яичный порошок, меланж, альбумин, обработанные ионизирующим облучением.

Итак, установлено, что радиационная обработка позволяет существенно продлить сроки хранения многих видов продовольственного сырья и пищевых продуктов, контролировать развитие в них насекомых, паразитов, патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. Основная задача, стоящая перед популяризаторами применения радиационной обработки в АПК и пищевой отрасли, - строгое научное обоснование безопасности использования таких продуктов для ныне живущих

и будущих поколений, их полноценности и безвредности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Чиж, Т. В. Радиационная обработка как технологический прием в целях повышения уровня продовольственной безопасности/Т. В. Чиж, Г. В. Козьмин, Л. П. Полякова, Т. В. Мельникова // Вестник Российской академии естественных наук. - 2011. - № 4. - С. 44-49.

2. Harder, M. N. C. Irradiation of Foods: Processing Technology and Effects on Nutrients: Effect of Ionizing Radiation on Food Components, In Encyclopedia of Food and Health/ M. N. C. Harder, V. Arthur, P. B. Arthur. - Oxford: Academic Press, 2016. - Р. 476-481. doi: 10.1016/ B978-0-12-384947-2.00405-0.

3. Общий стандарт на пищевые продукты, обработанные проникающим излучением. CODEX STAN 106-1983, REV, 1-2003. - 3 с.

4. Кодекс Алиментариус. Облученные продукты питания. Совместная программа ФАО/ВОЗ по стандартам на пищевые продукты. - М.: Весь Мир, 2007. - 21 с.

5. Фокин, А. Д. Сельскохозяйственная радиология. 2-е изд., перераб.

и доп./А. Д. Фокин, А. А. Лурье, С. П. Тор-шин. - СПб.: Лань, 2011. - 416 с.

6. Коновалов, К. Л. Радуризация пищевых материалов/ К. Л. Коновалов, О. Н. Мусина // Агро XXI. - 2015. -№ 10-12. - С. 43-45.

7. Кузин, А. М. Невидимые лучи вокруг нас/А. М. Кузин. - М.: Наука, 1980. - 151 с.

8. Li, X. A review on recent development in non-conventional food sterilization technologies/X. Li, M. Farid // Journal of Food Engineering. - 2016. - Vol. 182. -№ 2. Р. 33-45. doi: 10.1016/j. jfoodeng. 2016.02.026.

9. Siddhurajua, P. The effect of ionizing radiation on antinutritional factors and the nutritional value of plant materials with reference to human and animal food/ P. Siddhurajua, H. P. S. Makkarb, K. Beckera // Food Chemistry. 2012. - Vol. 78. - P. 187-205. doi: 10.1016/S0308-8146 (01) 00398-3.

10. Honda, H. Variation in risk judgment on radiation contamination of food: thinking trait and profession/H. Honda, M. Ogawa, T. Murakoshi, T. Masuda, K. Utsumi, D. Nei, Y. Wada // Food Quality and Preference. -2015. - Vol. 46. - № 7. - P. 119-125. doi: 10.1016/j. foodqual. 2015.07.014.

Радиационная обработка ионизирующим излучением продовольственного сырья и пищевых продуктов

Ключевые слова

ионизирующее излучение; облученные продукты; радуризация Реферат

В статье обзорного характера рассмотрены вопросы использования ионизирующего излучения для обработки пищевых продуктов, а также сырья животного и растительного происхождения. Радиационная обработка для таких продуктов, как птица, рыба, морепродукты, фрукты, овощи и специи, может являться критической контрольной точкой, а облучение продуктов - оформлено как часть плана системы НАССР. Радиационная обработка позволяет существенно продлить сроки хранения продовольственного сырья и пищевых продуктов, контролировать развитие в них насекомых, паразитов, патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. Показана возможность применения радиационной обработки для продления сроков хранения пищевых материалов, замедления созревания плодов, предупреждения прорастания, подавления жизнедеятельности или гибели насекомых, паразитов, патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. Радиационная обработка при низких дозах проводится с целью выборочного подавления микроорганизмов конкретного типа, при более высоких дозах - с целью увеличения продолжительности хранения и подавления патогенных для человека микроорганизмов, а также для промышленной стерилизации пищевых продуктов. Наиболее широко радиационная обработка в АПК и пищевой промышленности применяется за рубежом. Вопрос оправданности широкомасштабного применения радиационной обработки пищевых продуктов в настоящий момент окончательно не решен и широко обсуждается в мире. Требуется доказательное научное обоснование безопасности таких продуктов, их полноценности и безвредности.

Авторы

Мусина Ольга Николаевна, канд. техн. наук, доцент, Сибирский научно-исследовательский институт сыроделия, 656016, Алтайский край, Барнаул, ул. Советской Армии, д. 66, musinaolga@gmail.com Коновалов Константин Леонидович,

Межрегиональное общественное учреждение «Биона», 650033, г. Кемерово, ул. Леонова, д. 2, а /я 3267, biona@inbox.ru

Food Raw Materials and Food Products Radiation Treatment

Key words

ionizing radiation; irradiated food; radurization Abstracts

The review examines the use of ionizing radiation to food products and raw materials of animal and vegetable origin. Radiation treatment for such products as poultry, fish, seafood, fruits, vegetables and spices can be considered as critical control point and irradiation can be used as part of the HACCP system. Radiation treatment can significantly extend the shelf life of food and raw materials, allow to control insects, parasites, pathogenic and conditionally pathogenic microorganisms. The paper shows the possibility of applying radiation treatment for extend the shelf life of food materials, slow down ripening, prevent sprouting, suppress or kill insects, parasites, pathogenic and conditionally pathogenic microorganisms. Radiation treatment at low doses is aimed to selective inhibition of specific microorganisms, at higher doses - to increase the duration of shelf life and to suppression of pathogenic for human microorganisms and also for industrial sterilization of food products. The most widely radiation treatment in agriculture and food industry is used abroad. Currently the justification for large-scale usage of radiation treatment for food not fully done and that topic is widely discussed in the world. It is requires evidence-based scientific justification of the safety of such products, their usefulness and harmlessness.

Authors

Musina Olga Nikolaevna, Candidate of Technical Science, Docent, Siberian Research Institute of Cheesemaking, 66, Sovetskoy Armii St., Barnaul, Altaysky Krai, 656016, musinaolga@gmail.com Konovalov Konstantin Leonidovich,

Inter-Regional Public Institution «Biona», PO box 3267, 2, Leonova St., Kemerovo, 650033, biona@inbox.ru