91Библиографический список:
1. Фролов В.Ю. Исследование и анализ рынка кабельной продукции. тенденции развития высокоэлектропроводных материалов [Текст] / В.Ю. Фролов, Н.М. Веселова // Научный журнал Азово-черноморского инженерного института ФГБОУ ВО Донского ГАУ «Активная честолюбивая интеллектуальная молодёжь сельскому хозяйству». 2017. Т. 1. № 1. С. 33-36.
2. Дмитриев М.В. Заземление экранов однофазных силовых кабелей 6-500 кВ [Текст] / М.В. Дмитриев. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010. -152 с.
3. Дмитриев М.В. Однофазные кабели КЛ 6-500 кВ. Выбор взаимного расположения [Текст]/ М.В. Дмитриев // Новости Электротехники. Кабельные линии № 5(113)-6(114) 2018.
4. Дмитриев М.В. Заземление экранов однофазных силовых кабелей 6-10 кВ изоляцией из шитого полиэтилена [Текст]/ М.В. Дмитриев, Е.А. Евдокунин // Новости Электротехники. № 5(47) 2007.
5. Информационный интернет ресурс «Инженер-электрик» [Электронный ресурс] // офиц. сайт. - Режим доступа: Шр://т§епег-electric.ru/cabel/xlpe/cu/pvp/pvp10_1x95.html (дата обращения 13.08.2020).
УДК 664.8.039.5
Макеева Таисия Ильясовна
студент УрГЭУ Тимакова Роза Темерьяновна
канд. с.-х.наук, доцент УрГЭУ г. Екатеринбург, РФ Makeeva Taisiya Ilyasovna Student USUE Timakova Roza Temer'janovna candidate of agricultural Sciences associate Professor USUE
Ekaterinburg, Russian Federation
ПРИМЕНЕНИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ: ИСТОРИЧЕСКИЙ ЭКСКУРС
THE APPLICATION OF IONIZING RADIATION FOR FOOD PROCESSING: A HISTORICAL FLASHBACK
Аннотация: В XX-XXI веке ядерные технологии применяются не только в топливно-энергетическом комплексе и медицине, но и в пищевой промышленности. За обработкой пищевой продукции ионизирующим излучением стоит будущее, так как данный способ способствует продлению сроков хранения с сохранением его пищевой ценности. При применении радиационных технологий используются установки, генерирующие у-излучение на основе 60Со, и ускорители электронов.
Abstract: In the XX - XXI century, nuclear technologies are used not only in the fuel and energy complex and medicine, but also in the food industry. The future is behind the processing of food products with ionizing radiation, since this method helps to extend the shelf life while
maintaining its nutritional value. When using radiation technologies, installations that generate y-radiation based on 60Co and electron accelerators are used.
Ключевые слова: ионизирующее излучение, стерилизация, пищевая продукция, у-излучение, ускорители электронов
Key words: ionizing radiation, sterilization, food products, y-radiation, electron accelerators
Планета Земля позволяет человечеству выращивать сельскохозяйственное сырье и производить пищевые продукты в огромных количествах. Однако часть выращенного урожая и поголовья сельскохозяйственных животных и птицы погибает как на этапе выращивания, сбора и убоя, так и в результате применения несовершенных агротехнологий, и в процессе хранения, что приводит в последующем к возникновению проблемы нехватки пищевых ресурсов в ряде регионов. По данным ООН за последние четверть века (1990-2015 гг.) отмечается снижение численности недоедающего населения в мире с 1 млрд. до 795 млн. человек, однако проблема голода остается актуальной. Преобладающая часть голодающего населения проживает в странах Восточной и Южной Азии [1,2]. Основными проблемами обеспечения продовольственной безопасности являются высокие цены на продовольствие, истощение природных ресурсов, глобализация, урбанизация и порча пищевых ресурсов [3]. В настоящее время в условиях карантинных мероприятий вследствие развития пандемии COVID-19 по данным Всемирной продовольственной программы (ВПП) растет число людей, испытывающих недостаток в продовольствии.
Для достижения продовольственной безопасности необходим рост объемов производства, оптимизация процессов и систем потребления, основанных на применении ряда принципов: разработка высокоэффективных технологий производства, глубокой переработки сельскохозяйственной продукции; реализации алгоритмов структурирования логистики; хранения, переработки, утилизации пищевых продуктов и отходов. Для достижения всего этого требуется широкое внедрение современных технологий и модернизация уже существующих [4].
Замораживание мяса, рыбы, плодов и овощей позволяет увеличить сроки хранения, но при этом снижается их потребительская ценность и, главное, требуется больше затрат для сооружения холодильных емкостей, особенно в умеренном и жарком климатических поясах. Консервирование посредством нагрева не позволяет полностью сохранять в свежем виде плоды и овощи. Применение химических способов обработки пищевых продуктов может приводить к накоплению нежелательных химических соединений. Соответственно вопрос применения оптимальных способов длительного хранения является актуальным.
К прогрессивному способу относится обработка пищевых продуктов ионизирующим излучением (холодная пастеризация продуктов). При холодной пастеризации поглощение продуктами ионизирующего излучения происходит почти без выделения тепла, что позволяет сохранить органолептические свойства пищевых продуктов.
Ионизирующие излучение и радиоактивные элементы применяются от производства электроэнергии до медицины, пищевой промышленности и сельского хозяйства [5]. Ионизирующее излучение - это потоки фотонов, элементарных частиц или осколков деления атомов, способных ионизировать вещество. К ионизирующему излучению не относится видимый свет и ультрафиолетовое излучение, так как их энергии недостаточно для ионизации атомов и молекул.
Цель исследования заключается в историческом обзоре этапов распространения обработки ионизирующим излучением пищевой продукции, как эффективного способа стерилизации.
Эра применения ионизирующего излучения для обработки пищевых продуктов началась с 1904 г., когда С. Прескотт впервые описал бактерицидный эффект ионизирующего излучения, в 1906 г. в Англии Дж. Аплеби и А. Бэнксом был зарегистрирован первый патент на радиационную стерилизацию пищевых продуктов. Позже, в 1943 г., данная технология применялась для обработки пищевой продукции для нужд армии США. В 50 - 70-е гг. XX века активно проводились исследования стерилизации в США, Западной Европе и СССР.
С 1958 по 1983 гг. в Советском Союзе было разрешено облучение ряда продуктов питания (овощи, фрукты, мясо и мясные изделия, рыба, консервы, крупы, мука, специи). В 1958 году Советский союз был первым государством в мире, разрешившим облучение покупаемого в Канаде зерна.
Одним из первых источников ионизирующего излучения, который соответствовал необходимым параметрам, начал применяться60Со. Облученный гамма-лучами картофель может храниться в течение нескольких лет не прорастая. В процессе облучения происходит замедление жизненных процессов, происходящих в картофеле, при этом гамма-лучи 60Со не вызывают искусственной радиоактивности в облученном продукте [6].
В 1963 - 1964 гг. в СССР были сооружены первые опытные установки для радиационного облучения различных пищевых продуктов. В Богучаровском филиале института консервной и овощесушильной промышленности была создана первая опытно- производственная установка с использованием60Сов качестве источника излучения. В Бирюлевском филиале был смонтирован линейный ускоритель с энергией ускоряемых электронов до 5 МэВ. В Подольском филиале института зерна была смонтирована опытно-промышленная установка для радиационной стерилизации зерна. В порту Одессы на крупнейшем элеваторе была построена промышленная установка с ускорителем электронов для радиационной стерилизации зерна производительностью 200 т/ч. Ученые Института микробиологии АН СССР доказали, что при небольших дозах ионизирующего излучения нарушается лишь способность клеток к размножению. Доза, вызывающая гибель микроорганизмов, зависит от их вида, штамма, возраста, физиологического состояния, внешних условий. При десятикратном снижении числа бактериальных клеток срок хранения продуктов возрастает в 2-3 раза.
В апреле 1969г. в Женеве состоялось международное совещание специалистов заинтересованных стран с участием ООН, МАГАТЭ, ВОЗ,
посвященное унификации законодательства по облучению продуктов питания. Было одобрено распространение метода радиационной обработки пищевых продуктов растительного происхождения. По пищевым продуктам животного происхождения приняли решение о необходимости продолжения исследований для санитарно-гигиенической оценки метода, более подробного изучения вопроса о генетических изменениях на примере лабораторных животных, например, крыс, кормом которых длительное время был бекон, облученный дозой 5 Мрад [7].
В 1970 г. 19 стран подписали Международную программу в области облучения пищевых продуктов, создана Международная консультативная группа по облучению пищевых продуктов [8]. В ноябре 1981 г. в Токио на Международном семинаре по технологии облучения пищевых продуктов, была дана положительная оценка практическому применению данной технологии стерилизации [7]; также в 1981г. объединенный комитет экспертов ФАО, МАГАТЭ и ВОЗ пришел к выводу о том, что облучение любого пищевого продукта дозами, не превышающими дозу 10 кГр, не вызывает токсического действия и не требуются дальнейшие токсикологические исследования обработанной излучением продукции [9].
В 2011 г. Комиссия Европейского Управления по безопасности пищевых продуктов (EFSA) подтвердила эффективность радиационной обработки для обеспечения микробиологической безопасности продуктов питания и перспективность использования ионизирующих излучений в агробиотехнологиях [8].
В РФ исследования в данной области проводятся в АО «НИИТФА» ГК «Росатом» (Москва), институте биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина (Пущино), институте картофельного хозяйства им. А.Г. Лорха (Московская область). В сентябре 2017 года в Калужской области был открыт первый специализированный центр по обработке продуктов растительного и животного происхождения. В 2018 году госкорпорация «Росатом» утвердила план мероприятий, позволяющий изучить применение ионизирующего излучения для обработки сельскохозяйственной и пищевой продукции [10]. С 2020 года на территории РФ планируется широкое распространение метода холодной пастеризации продуктов питания ионизирующим излучением согласно проекту «Росатом Хэлскеа».
На рисунке 1 схематически представлен процесс обработки пищевой продукции ионизирующим излучением на заключительном этапе производства.
Рисунок 1. Применение ядерных технологий для обработки пищевой продукции [11]
Применение ионизирующего излучения для обработки пищевых ресурсов на территории Российской Федерации регламентировано следующими стандартами: ГОСТ ISO 14470-2014 «Радиационная обработка пищевых продуктов. Требования к разработке, валидации и повседневному контролю процесса облучения пищевых продуктов ионизирующим излучением»; ГОСТ 33302-2015 «Продукция сельскохозяйственная свежая. Руководство по облучению в целях фитосанитарной обработки»; ГОСТ 33271-2015 «Пряности сухие, травы и приправы овощные. Руководство по облучению в целях борьбы с патогенными и другими микроорганизмами»; ГОСТ 33820-2016 «Мясо свежее и мороженое. Руководство по облучению для уничтожения паразитов, патогенных и иных микроорганизмов»; ГОСТ 33800-2016 «Продукция пищевая облученная. Общие требования к маркировке»; ГОСТ 34154-2017 «Руководство по облучению рыбы и морепродуктов с целью подавления патогенных и вызывающих порчу микроорганизмов».
В качестве источников ионизирующего излучения при облучении пищевых продуктов применяются:
установки, генерирующие у-излучение на основе радионуклидов 60Со или
137Cs;
промышленные ускорители электронов, генерирующие тормозное рентгеновское излучение при торможении электронного пучка в мишени из тяжелых металлов, энергия электронов в пучке меньше или равна 5 МэВ (7,5 МэВ для США);
пучки электронов, генерируемые установками с энергией 10 МэВ или менее [7].
Установки, генерирующие у-излучение на основе 60Со: ГУ-200М, АММАРИД, ИССЛЕДОВАТЕЛЬ, РХМ-гамма-20, Агат-С, ГУР-120, применяются для стерилизации медицинских инструментов и материалов, компонентов кремов для лица, стимуляции роста и урожайности зерновых и овощных культур, борьбы с вредителями, обеззараживания и очистки промышленных стоков, а также для стерилизации пищевых продуктов [11, 12 с.13-16].
Рентгеновские установки используются для контроля качества производимой продукции. Рентгеновские лучи невидимы, так как они представляют собой вид электромагнитного излучения. Источником рентгеновского излучения могут являться ускорители частиц. Если мишень бомбардировать протонами, ионами гелия или более тяжелыми ионами, то мишень будет испускать рентгеновское излучение линейчатого спектра с очень слабым непрерывным излучением (контрастность характеристических линий такого рентгеновского излучения очень высокая). Для ускорения ионов используют электростатические генераторы или циклотроны. Тормозное излучение рентгеновского диапазона часто получают с помощью ускорителей электронов.
Помимо радионуклидов (60Со) тормозное у-излучение может вырабатывать и ускорители электронов (линейные ускорители, циклотроны и т.п.). Для получения тормозного излучения высокой энергии, пучок электронов направляют на мишень, изготовленную из тугоплавкого материала. Испытания влияния на материалы и конструкции мощных импульсов у-излучения проводятся в поле тормозного у-излучения, создаваемом импульсными ускорителями электронов ЛИУ-10, ЛИУ-15, УИН-10, РИУС-5 [13].
Электронно-лучевая и рентгеновская технологии используют электричество, поэтому относятся к интерактивным технологиям. Оборудование, которое генерирует электронные лучи и рентгеновские лучи, называют «линейным ускорителем». Существуют различные типы ускорителей в зависимости от энергии, возможных скоростей технологической линии, электрической эффективности: ускорители постоянного тока (Динаметрон - 5 МэВ), ускорители непрерывного действия (Родотрон - 7,5-10МэВ) и импульсные ускорители (LINAC - 10 МэВ) [14]. Ускорители дают пучок электронов строго фиксированной энергии, причем поток и энергия электронов могут варьироваться в широких интервалах. В настоящее время в промышленности и технологических центрах всего мира используется около 1100 ускорителей с энергией электронов 0,4-5,0 МэВ и мощностью 10-200 кВт[13].К основным производителям электронных ускорителей относятся Varían Medical Systems Inc. (США), Elekta (Швеция), Ion Beam Applications (IBA) (Бельгия), Siemens (Германия), Nuctech (Китай), Mitsubishi Heavy Industries и Nissin High Voltage (Япония), Mevex (Канада), EB TECH Co., Ltd. (Южная Корея), НИИЭФА им. Ефремова и ИЯФ им. Г.И. Будкера (Россия).
Наиболее распространенными установками, применяемыми для обработки пищи ионизирующим излучением на территории Российской Федерации, являются: гамма- установка ГУР-120 на основе радионуклида 60Co (ВНИИРАЭ);
ускорители электронов УЭЛВ-10-10 (технопарк Ворсино, Калужская область); ускоритель электронов ИЛУ-6 конвейерного типа с энергией 10 МэВ (институт ядерной физики им. Г.И. Будкера, Новосибирск).
Таким образом, применение ионизирующего излучения для обработки пищевых продуктов, начатое еще в прошлом веке, активно применяется в настоящее время. Во всем мире уже сейчас насчитывается около 200 центров обработки продукции в 60 странах, из них 8 центров располагается на территории Российской Федерации. В качестве источника ионизирующего излучения активно применяются установки, генерирующие у-излучение на основе радионуклидов 60Со и ускорители электронов с генерируемой энергией до 10 МэВ.
Библиографический список:
1. Дерюгина И.В. Голод в странах Южной Азии: Бангладеш, Индия, Пакистан // Труды Института востоковедения РАН. 2018. № 12. С. 109-134.
2. Плеханова Ю. Проблема голода как глобальная проблема человечества // Мировое и национальное хозяйство. 2019. № 1 (47). С. 6.
3. Галстян А.Г., Аксёнова Л.М., Лисицын А.Б., Оганесянц Л.А., Петров А.Н. Современные подходы к хранению и эффективной переработке сельскохозяйственной продукции для получения высококачественных пищевых продуктов // Вестник Российской академии наук. 2019. Т. 89. № 5. С. 539-542.
4. Берестова А.В., Манеева Э.Ш., Попов В.П. Технология продуктов длительного хранения // Учебное пособие. Оренбург, 2017. с. 165.
5. Радиационная защита и безопасность источников излучения: международные основные нормы безопасность // Промежуточное издание МАГАТЭ. Вена. - 2011.с. 311.
6. Балабанов Е.М. Ядерные реакторы // Москва -1957 г. с. 177-178.
7. Петросьянц А. М. Атомная энергия в науке и промышленности. М. : Энергоатомиздат, 1984. — 447 с. : ил. — Библиогр.: с. 443—445.
8. Санжарова Н. И. Перспективы применения радиационных технологий в агропромышленном комплексе РФ [Текст] Форум «Города и ядерные технологии», Обнинск, 14-15 июля 2016. с. 30.
9. Тимакова Р.Т. Влияние ионизирующего излучения на биологическую ценность белков говядины // Пищевая промышленность. 2020. № 5. С. 13-18.
10. Известия. Вкусный атом: продукты питания начнут облучать в 2020 году [Статья]. - Режим доступа: https://iz.ru
11. Росатом. Официальный сайт. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http : //www. rosatom. ru
12. Pillai S.D., Shayanfar S. Electron Beam Technology and Other Irradiation Technology Applications in the Food Industry. Topics in Current Chemistry. - 2017. -Vol. 375, № 1. - Р. 6.
13. Бекман И.Н. Ядерная индустрия // Курс лекций. Москва. - 2005. С. 31.
14. Brown D. Integrating electron beam equipment into food processing facilities: strategies and design considerations. Electron Beam Pasteurization and Complementary food Processing Technologies. - 2014. - P. 27-46.
