CC BY
6в
естник АПК ,
Растениеводство
№ 4(20), 2015
УДК 633.41/.44:631.563
231
Купин Г. А., Викторова Е. П., Алёшин В. Н., Михайлюта Л. В.
Kupin G. A., Victorova E. P., Aleshin V. N., Mihailuta L. V.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ИЗМЕНЕНИЕ МИКРОБИАЛЬНОЙ ОБСЕМЕННОСТИ КОРНЕПЛОДОВ МОРКОВИ В ПРОЦЕССЕ ХРАНЕНИЯ
RESEARCH OF INFLUENCE OF ELECTROMAGNETIC FIELD ON VARIATION OF MICROBIOLOGICAL CONTAMINATION OF CARROT ROOTS IN THE PROCESS OF STORING
Корнеплоды моркови являются одной из самых востребованных овощных культур в качестве сырья для производства различных видов пищевых продуктов, а также в свежем виде в розничной торговле.
Качество корнеплодов моркови в значительной мере зависит от жизнедеятельности микроорганизмов, вызывающих их микробиальную порчу во время длительного хранения. Учитывая это, одним из инновационных способов сохранения товарного качества корнеплодов моркови является их предварительная обработка электромагнитными полями крайне низких частот, что обеспечивает снижение микробиальной обсеменённости на поверхности корнеплодов.
В статье приведены данные, характеризирующие микробиальную обсеменённость корнеплодов моркови. Выявлены основные группы микроорганизмов, ответственных за микро-биальную порчу корнеплодов моркови в процессе длительного хранения. Проведены исследования по обработке электромагнитными полями крайне низких частот модельных суспензий основных групп микроорганизмов. Установлено, что электромагнитные поля крайне низких частот в различной степени оказывают влияние на гибель отдельных микроорганизмов, находящихся на поверхности корнеплодов моркови, а именно, в большей степени отмечена гибель не образующих спор микроорганизмов: бактерий и дрожжей, а в меньшей степени - спо-рообразующих микроорганизмов: В.виШНв и плесеней. На основании исследования изменений микробиальной обсеме-ненности корнеплодов моркови, предварительно обработанных перед закладкой на хранение электромагнитными полями крайне низких частот, установлены сроки их хранения, позволяющие в максимальной степени снизить убыль массы продукта от микробиальной порчи, а также максимально сохранить в продукте основные биологически активные вещества.
Ключевые слова: корнеплоды моркови, длительное хранение, электромагнитное поле, крайне низкие частоты, микробиальная обсемененность, сроки хранения, потери, микробиологическая порча.
Carrot roots are one of the most essential vegetable cultures used as raw material for production of different kinds of food products, and also as fresh stuff in retail trade.
Quality of carrot roots depends significantly on vital activity of microorganisms, which cause their microbiological damage during long-term storage. Considering this, one of the innovative methods of storing carrot roots of commercial quality is their preliminary treatment with electromagnetic fields of very low frequency, which allows decreasing the level of microbiological contamination of roots surfaces.
In the article data is given characterizing microbiological contamination of carrot roots. The main groups of microorganisms responsible for microbiological damage of carrot roots during long-term storage have been revealed. Research has been carried out on treatment with electromagnetic fields of very low frequency of modeling suspensions of the main groups of microorganisms. It has been established that electromagnetic fields of very low frequency cause death of different microorganisms located on the surface of roots to a variable degree; namely, to a greater degree is noted death of non spores-producing microorganisms: bacteria and yeast, to a lesser degree - of spores-producing microorganisms: B.subtilis and mould. On the basis of research of variation of microbiological contamination of carrot roots, preliminary treated before putting to storage with electromagnetic fields of very low frequency, their shelf life has been determined, which allows decreasing of loss of mass due to microbiological damage to a maximum extent and also retaining as much as possible of the main biologically active substances in the product.
Key words: carrot roots, long-term storage, electromagnetic field, very low frequencies, microbiological contamination, shelf life, losses, microbiological damage.
Купин Григорий Анатольевич -
кандидат технических наук, заведующий отделом
хранения и комплексной переработки
сельскохозяйственного сырья
ФГБНУ Краснодарский научно-исследовательский
институт хранения и переработки
сельскохозяйственной продукции
г. Краснодар
Тел.: 8-918-215-67-48
E-mail: griga_77@mail.ru
Викторова Елена Павловна -
доктор технических наук, профессор, заместитель директора по научной и инновационной деятельности ФГБНУ Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции г. Краснодар Тел.: 8(8612) 52-06-40 E-mail: kornena@bk.ru
Kupin Grigoriy Anatolievich -
Ph. D. in Technical Sciences, head of section
of storing and complex processing of agricultural raw stuff
FSBSI Krasnodar scientific-research institute of storing and processing of agricultural products Krasnodar
Тел.: 8-918-215-67-48 E-mail: griga_77@mail.ru
Victorova Elena Pavlovna -
Doctor of Technical Sciences, professor,
deputy director in scientific
and innovation activities
FSBSI Krasnodar scientific-research institute
of storing and processing of agricultural products
Krasnodar
Тел.: 8(8612) 52-06-40 E-mail: kornena@bk.ru
Алёшин Владимир Николаевич -
кандидат технических наук, заведующий лабораторией хранения сельскохозяйственного сырья ФГБНУ Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции г. Краснодар Тел.: 8(8612) 52-01-79 E-mail: alyoshinvn@mail.ru
Михайлюта Лариса Васильевна -
заведующая лабораторией микробиологических исследований
ФГБНУ Краснодарский научно-исследовательский
институт хранения и переработки
сельскохозяйственной продукции
г. Краснодар
Tel.: 8(8612) 52-09-89
E-mail: kniihp@mail.ru
Aleshin Vladimir Nikolaevich -
Ph. D. in Technical Sciences, head of laboratory
of storing of agricultural raw stuff
FSBSI Krasnodar scientific-research institute
of storing and processing
of agricultural products
Krasnodar
Te^.:8(8612) 52-01-79 E-mail: alyoshinvn@mail.ru
Mihailuta Larisa Vasilievna -
head of laboratory of microbiological research
FSBSI Krasnodar scientific-research institute of storing and processing of agricultural products Krasnodar
Tel.: 8(8612) 52-09-89 E-mail: kniihp@mail.ru
На поверхности корнеплодов моркови, закладываемых на хранение, содержится большое количество микроорганизмов, которые попадают на поверхность корнеплодов при соприкосновении их с землей, с загрязненной тарой, из воздуха и т.д.
Виды микроорганизмов, способные на поверхности корнеплодов существовать, развиваться или сохраняться в виде спор, составляют эпифитную или поверхностную микрофлору.
Естественные эпифиты представлены бактериями, дрожжами и плесневыми грибами. Численность эпифитов и их специфичность обусловлены химическим составом, количеством и степенью доступности экссудатов, выделяемых корнеплодами.
На здоровых неповрежденных корнеплодах преобладают нормальные эпифиты, которые не принимают участия в процессе порчи и, как правило, находятся в неактивном состоянии, так как количество питательных веществ в экссудатах незначительно.
Большинство заболеваний корнеплодов моркови вызывают специфические фитопато-генные микроорганизмы [1-3].
Развитие патогенной микрофлоры на корнеплодах моркови при их хранении обусловлено действием комплекса ферментов, секретиру-емых фитопатогенными микроорганизмами на разрушение межклеточного материала растительной ткани корнеплодов.
Особенностью указанных видов ферментных комплексов фитопатогенных микроорганизмов является проявление ими разрушающего действия на поверхностные ткани корнеплодов моркови за счёт первичного мацерирующего воздействия. Вследствие этого, микроорганизмы получают возможность преодолевать поверхностные ткани корнеплодов моркови, приобретая, таким образом, доступ к питательному содержимому протоплазмы.
Инактивация данных комплексов ферментов, а также нарушение их синтеза и секреции препятствовали бы повреждению тканей, развитию колоний микроорганизмов и, как следствие, способствовали бы увеличению сроков хранения корнеплодов [4].
С целью решения данной задачи, нами исследовано влияние параметров предварительной обработки электромагнитными полями крайне низких частот на гибель отдельных видов микроорганизмов, находящихся на поверхности корнеплодов моркови при длительном хранении.
Объекты и методы исследования: В качестве объектов исследования были выбраны корнеплоды моркови сорта Нантская 4 урожая 2013-2014 г, а также модельные суспензии микроорганизмов. Подготовку проб для микробиологических исследований проводили по ГОСТ 26669-85 [5]. Определение количества КМАФАнМ проводили в соответствие с ГОСТ 10444.15-94, количество дрожжей и плесневых грибов - в соответствие с ГОСТ 10444.12-88 [6, 7].
Исследования по воздействию электромагнитных полей крайне низких частот на микроорганизмы, находящиеся на поверхности корнеплодов моркови, проводили с использованием экспериментальной установки для обработки электромагнитными полями крайне низких частот (ЭМП КНЧ) и традиционных методов определения ми-кробиальной контаминации моркови.
Экспериментальная установка состоит из: генератора низкой частоты (поз. 1), усилителя мощности (поз. 2), осциллографа (поз. 3), 2 соленоидов (поз. 4 и 5), являющихся излучателями низкочастотных электромагнитных колебаний, 2 резисторов-контролеров (поз. 6 и 7) и переключателя выбора соленоида (поз. 8) (рисунок 1).
Рисунок 1 - Экспериментальная установка
для обработки сырья и пищевых систем электромагнитными полями крайне низких частот
в
№ 4(20), 2015
Растениеводство
Обсуждение результатов исследований:
На первом этапе исследований изучали состав и количественную характеристику микроорганизмов, находящихся на поверхности корнеплодов моркови. В таблице 1 приведены полученные данные.
Таблица 1 - Средние значения содержания микроорганизмов, находящихся на поверхности корнеплодов моркови
Наименование показателя Значение показателя
Общая обсемененность, (КМАФАнМ), КОЕ/г 1,5х106
Дрожжи, КОЕ/г 3,2х103
Плесени, КОЕ/г 1,8х102
Из данных, приведенных в таблице 1, видно, что на поверхности корнеплодов моркови наблюдается достаточно высокое содержание микроорганизмов. Среднее значение количества микроорганизмов на поверхности корнеплодов моркови составило 1,5x106 КОЕ/г. Дрожжи обнаружены в количестве - 3,1x103 КОЕ/г. Количество плесневых грибов, находящихся на поверхности корнеплодов моркови, составило 1,8x102 КОЕ/г.
233
Для проведения исследований по предварительной обработке корнеплодов моркови ЭМП КНЧ использовали методику, в основе которой лежит поэтапное определение наиболее эффективных параметров обработки ЭМП КНЧ.
Известно, что наиболее значимыми параметрами электромагнитной обработки являются частота и сила тока электромагнитного поля, а также продолжительность обработки. Кроме этого, многие исследователи в качестве четвертого параметра (фактора) использовали кратность обработки.
Предварительными опытами нами было установлено, что кратность обработки корнеплодов моркови ЭМП КНЧ практически не оказывает влияние на снижение микробиальной обсеменённо-сти корнеплодов, а наилучшие результаты по снижению степени микробиальной обсеменённости были получены при силе тока ЭМП, равной 5 А.
Учитывая это, в качестве переменных факторов при обработке корнеплодов моркови ЭМП КНЧ были выбраны частота ЭМП и время обработки.
Частоту ЭМП варьировали в диапазоне от 16 до 40 Гц, а время обработки - в интервале от 15 до 35 минут. Сила тока во всех опытах была постоянной - 5А.
На рисунке 2 приведены данные по влиянию обработки корнеплодов моркови в ЭМП КНЧ на степень снижения их микробиальной обсеме-ненности.
«
о и
и
и с и н О
60 50 40 30 20 10
16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
Частота, Гц
0
Рисунок 2 - Влияние обработки корнеплодов моркови в ЭМП КНЧ на степень снижения микробиальной обсеменённости: обработка в ЭМП КНЧ в течение: 1 - 15 минут; 2 - 20 минут;
3 - 25 минут; 4 - 30 минут; 5 - 35 минут
Из приведенных данных видно, что при обработке корнеплодов моркови в ЭМП КНЧ с частотой 28 Гц в течение 30 минут наблюдается максимальное снижение микробиальной об-семененности поверхности корнеплодов, т.е. достигается максимальная степень снижения микробной контаминации. Увеличение времени обработки свыше 30 минут не приводило к более высокой степени снижения микробной контаминации, что, по-видимому, связано с возможной адаптацией микроорганизмов к условиям обработки.
На втором этапе исследований были получены образцы культур плесневых грибов, дрожжей и мезофильных аэробных и факультативно-
анаэробных микроорганизмов семейства В.виМШэ, вызывающих микробиальную порчу корнеплодов моркови.
Для выявления эффективности влияния ЭМП КНЧ на степень гибели отдельных микроорганизмов готовили модельные суспензии и обрабатывали их ЭМП КНЧ при выявленных параметрах.
На рисунке 3 приведены в виде диаграммы данные, характеризующие эффективность влияния выявленных режимов обработки корнеплодов моркови в ЭМП КНЧ на степень гибели отдельных видов микроорганизмов (модельные суспензии).
Рисунок 3 - Влияние обработки модельных суспензий в ЭМП КНЧ при частоте 28 Гц и времени обработки 30 минут на степень гибели микроорганизмов: 1 - плесени; 2 - дрожжи; 3 - В.виЬШэ
Анализ диаграммы, приведенной на рисунке 4, показывает различную реакцию отдельных групп микроорганизмов на воздействие ЭМП КНЧ. Из полученных результатов видно, что при обработке модельных суспензий микроорганизмов ЭМП КНЧ, процент гибели В.виЬ^Ив составил 28,9 %, в то время, как процент гибели дрожжей составил соответственно 45,0 %, а количество плесеней снизилось на 22,8 %.
Наибольшая степень гибели наблюдается для дрожжей. В.виМШэ и плесневые грибы в меньшей степени подвержены воздействию ЭМП КНЧ. Этот факт можно объяснить тем, что В.зиЬйИэ и плесневые грибы являются спорообразующими микроорганизмами. Процесс спорообразования происходит при попадании микроорганизма в неблагоприятные условия (недостаток питательных веществ, воды, большое содержание кислорода, действие высоких и низких температур и т. д.). По химическому составу споры отличаются высоким содержанием липидов, солей кальция; вода в споре находится в связанном с другими соединениями состоянии. Эти особенности спор и обусловливают их высокую устойчивость к различным факторам: кипячению, действию высоких и низких температур,
высушиванию, ультрафиолетовому и другим видам облучения и т. д.
На основании проведенных исследований выявлены эффективные параметры предварительной обработки ЭМП КНЧ, а именно, частота 28 Гц и продолжительность обработки - 30 минут. При этих параметрах предварительной обработки наблюдается максимальное снижение микробиальной обсемененности поверхности корнеплодов моркови.
Для изучения влияния обработки ЭМП КНЧ корнеплодов моркови на изменение их микро-биальной обсеменённости в процессе хранения корнеплоды моркови перед закладкой на хранение подвергали воздействию ЭМП КНЧ с частотой поля - 28 Гц, силой тока - 5 А и продолжительностью обработки - 30 минут.
В качестве контрольных образцов использовали не обработанные корнеплоды моркови. Корнеплоды моркови хранили в течение 8 месяцев при температуре +20 С и относительной влажности воздуха 90 %. Отбор проб проводили через один месяц в течение всего срока хранения. В отобранных пробах определяли микробиальную обсемененность.
В таблице 2 приведены данные, характеризующие изменение микробиальной обсеменённо-сти корнеплодов моркови в процессе хранения.
Таблица 2 - Изменение микробиальной обсемененности корнеплодов моркови в процессе хранения
Наименование образца Микробиальная обсеменённость, КОЕ/г
Дрожжи,103 Плесени,102 Бактерии, 105
Контрольный образец (до хранения) 3,2 1,8 15
Контрольный образец в процессе хранения в течение, месяцев: 1 3,3 1,9 16
2 3,7 2,3 17
3 4,1 2,5 18
4 4,3 2,8 19
5 4,5 2,9 21
6 5,4 3,4 23
7 5,8 3,5 24
8 6,5 3,6 27
Обработанный образец (до хранения) 1,5 1,2 10
|£естшне АПК
Растениеводство
№ 4(20), 2015
235
Продолжение
Наименование образца Микробиальная обсеменённость, КОЕ/г
Дрожжи, 103 Плесени, 102 Бактерии, 105
Обработанный образец в процессе хранения в течение, месяцев: 1 1,5 1,2 10
2 1,5 1,2 10
3 1,5 1,2 10
4 1,5 1,2 10
5 1,5 1,2 10
6 1,5 1,2 10
7 1,5 1,2 10
8 1,6 1,3 12
Из приведенных в таблице 2 данных видно, что микробиальная обсеменённость корнеплодов моркови, обработанных в ЭМП КНЧ, в процессе хранения в течение 7 месяцев практически не изменяется, в отличие от контрольного образца, в котором наблюдается повышение микробиальной обсеменённости. Следует отметить, что повышение микробиальной обсе-менённости моркови наблюдается только при ее хранении более 7 месяцев, т.е. в течение 8 месяцев.
Для выявления гарантийных сроков хранения определяли потери продукта от микроби-альной порчи в течение 7 и 8 месяцев.
На рисунке 4 в виде диаграмм приведены данные по влиянию предварительной обработки корнеплодов моркови на потери от микроби-альной порчи при их хранении.
Рисунок 4 - Влияние предварительной обработки корнеплодов моркови на потери от микробиальной порчи при их хранении в течение 7 месяцев (а) и 8 месяцев (б): О - контроль (без обработки);
О - обработанные
Из приведенных на рисунке 4 диаграмм видно, что при хранении корнеплодов моркови в течение 7 месяцев потери от микробиальной порчи составили 23, 8 % для контрольного образца и 3,9 % для обработанного в ЭМП КНЧ образца. Дальнейшее хранение корнеплодов моркови до 8 месяцев приводило к увеличению потерь от микробиальной порчи до 33,2 % и 5,3 % соот-
ветственно. На основании проведенных исследований нами определен обоснованный срок хранения корнеплодов моркови в течение 7 месяцев.
Таким образом, снижение потерь от микробиальной порчи корнеплодов моркови, предварительно обработанных в ЭМП КНЧ, в сравнении с контрольными образцами (без обработки) при хранении, по-видимому, обусловлено влиянием электромагнитного поля на цитоплазму клеток микроорганизмов, заключающимся в уменьшении подачи и усвоении питательных веществ внутри клеток этих групп микроорганизмов. Это приводит к подавлению их метаболической активности и угнетению жизнедеятельности. В результате этого замедляется проявление микроорганизмами разрушающего действия на поверхностные ткани корнеплодов моркови за счёт первичного мацерирующе-го воздействия на них ферментного комплекса пектолитического, гемицеллюлолитического и, частично, целлюлолитического действия, а это, в свою очередь, снижает способность микроорганизмов преодолевать поверхностные ткани корнеплодов моркови, в результате чего снижается доступ к питательному содержимому протоплазмы внутренних клеток корнеплодов моркови.
На основании проведенных исследований доказана целесообразность использования предварительной обработки ЭМП КНЧ корнеплодов моркови сорта Нантская 4 перед закладкой их на длительное хранение. Установлено, что предварительная обработка корнеплодов моркови ЭМП КНЧ перед закладкой на длительное хранение позволяет снизить микробиальную обсемененность корнеплодов моркови в процессе хранения в среднем на 41 %, и потери от микробиальной порчи на 27,9 %.
На основании выявленных закономерностей, характеризующих влияние параметров предварительной обработки корнеплодов моркови эМп КНЧ перед закладкой на хранение и их хранения, установлены оптимальные сроки хранения корнеплодов моркови сорта Нантская 4 - не более 7 месяцев.
Литература
1. Емцев В. Т., Мишустин Е. Н. Микробиология. Изд. 5-е, перераб. и доп.; М. : Дрофа, 2005. - 445 с.
2. Яковлева Л. А., Великанова Е. В. Перспективные направления предварительной обработки сельскохозяйственного сырья перед закладкой его на хранение // Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья. Краснодар : Научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции, 2011. С.57-61.
3. Барышев М. Г. Электромагнитная обработка сырья растительного и животного происхождения. Краснодар : Изд-во Куб-ГТУ, 2002. 182 с.
4. Особенности использования электромагнитного поля крайне низкой частоты для хранения сельскохозяйственной продукции / Г И. Касьянов, И. Е. Сязин, А. В. Грачев, Т. Н. Давыденко, Е. И. Важенин // Journal of Electromagnetic Analysis and Applications. 2013. N 55038. С. 236-241.
5. ГОСТ 26669-85. Продукты пищевые и вкусовые. Подготовка проб для микробиологических анализов. Введ. 01.07.1986. М. : Изд-во стандартов, 1986. 9 с.
6. ГОСТ 10444.15-94. Продукты пищевые. Методы определения количества мезо-фильных и факультативно анаэробных микроорганизмов. Введ. 1996-01-01. М. : Стандартинформ, 2010. 7 с.
7. ГОСТ 10444.12-88. Продукты пищевые. Метод определения дрожжей и плесневых грибов. Введ. 1990-01-01. М. : Стандартинформ, 2010. 8 с.
References
1. Emtsev V.T., Mishustin E.N. Microbiology: 5-th ed., reworked and supplemented / M.: Drofa, 2005. - 445 p.
2. Yakovleva L.A., Velikanova E.V. Perspective ways of preliminary treatment of agricultural raw stuff before putting it into storage // Innovative food technologies in the field of storing and processing of agricultural raw stuff. - Krasnodar: Scientific-research institute of storing and processing of agricultural products, 2011. - P. 57 - 61.
3. Baryshev M.G. Electromagnetic treatment of raw stuff of vegetable and animal origin / Krasnodar: KubSTU Publishing, 2002. - 182 p.
4. Kasianov G.I., Svyasin I.E., Grachev A.V., Davydenko T.N., Vazhenin E.I. Peculiarities of using very low frequency electromagnetic field in storing of agricultural products // Journal of Electromagnetic Analysis and Applications. - 2013. - N 55038. - P. 236 -241.
5. State standard 26669-85. Food stuffs and food additives. Preparation of samples for microbiological analyses. - Introduced 01.07.1986. - M.: Standard publishing, 1986. - 9 p.
6. State standard 10444.15-94. Food products. Methods for determination of quantity of mesophilic aerobs and facultative anaerobs. -Introduced 1996-01-01. - M.: Standartinform, 2010. - 7 p.
7. State standard 10444.12-88. Food products. Methods for determination of yeast and mould. - Introduced 1990-01-01. - M.: Standartinform, 2010. - 8 p.
