CC BY
5УДК 579.676
ПРИМЕНЕНИЕ СВЧ-ПОЛЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА И БЕЗОПАСНОСТИ ДЕГИДРАТИРОВАННОГО МОЛОКА
к
А.Ю. Колоколова, Н.В. Илюхина, М.Ю. Колоколов ФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевых производств»
Г
Адрес для переписки:
Колоколова Анастасия Юрьевна, aykolokolova@yandex.ru
ключевые слова:
СВЧ-поле, пищевая безопасность, физические методы обработки, дегидратированное молоко
Для цитирования:
Колоколова А.Ю., Илюхина Н.В., Колоколов М.Ю. Применение СВЧ-поля для обеспечения качества и безопасности дегидратированного молока. Вестник Медицинского института непрерывного образования. 2022; (2): 46-49.
БО! 10.46393/27821714_2022_2_46
Аннотация
Обеспечение и поддержание микробиологической чистоты готовой продукции - важная задача, поставленная перед пищевой промышленностью. Решением данной проблемы может послужить применение физических методов на всех этапах жизненного цикла продукта. В данной работе рассмотрено применение СВЧ-поля на готовую продукцию с целью снижения микробиологической обсемененности дегидратированного молока. Исследование проводили на СВЧ-установке модели Samsung C.T.P. марки M187GNR (Китай) с рабочей частотой 2450 МГц и выходной мощностью 200 Вт. Определяли концентрацию жизнеспособных микроорганизмов до и после обработки дегидратированного молока под воздействием СВЧ в различных дозах (60, 120, 180, 240 кДж). Результаты исследования показали, что обработки дозой 60 кДж достаточно для снижения начальной микробиологической обсемененности на 0,9 lg КОЕ/г. Доза 60 кДж является оптимальной для обработки образцов дегидратированного молока, позволяет снизить начальную обсемененность и дает возможность увеличить срок годности продукции. Определены коэффициенты развития микрофлоры в процессе хранения, необходимые для установления граничных критериев режимов обработки образцов.
For correspondence:
Anastasiya Yu. Kolokolova, aykolokolova@yandex.ru
Key words:
microwave field, food safety, physical processing methods, dehydrated milk
For citation:
Kolokolova A.Yu., Ilyukhina N.V., Kolokolov M.Yu. Application of the microwave field to provide quality and safety of dehydrated milk. Bulletin of the Medical Institute of Continuing Education. 2022; (2): 46-49. DOI 10.46393/27821714_2022_2_46
Annotation
Ensuring and maintaining the microbiological purity of finished products is a significant problem and task set for the food industry. The solution to this problem can be the use of physical methods at all stages of the product life cycle. In this paper, the use of a microwave field on finished products is considered in order to reduce the microbiological contamination of dehydrated milk. The research was carried out on a microwave installation of the Samsung C. T. P. model of the M187GNR brand (China) with an operating frequency of 2450 MHz and an output power of 200 watts. The studies were carried out by taking into account the initial concentration of viable microorganisms and after processing dehydrated milk under the influence of microwave at various doses (60, 120, 180, 240 kJ). The results of the study showed that treatment with a dose of 60 kJ is sufficient to reduce the initial microbiological contamination by 0.9 lg CFU/g. Studies have shown that the use of a dose of 60 kJ is optimal.
Обеспечение продовольственной безопасности готовой продукции в объемах, необходимых для удовлетворения запросов населения, является ключевым моментом социально-экономического развития страны. Решить эту задачу возможно путем насыщения внутреннего рынка продукцией высокого качества, вытесняя тем самым производителей товаров, не соответствующих заданному уровню. Критерии выработки такой продукции, безусловно, основываются на качестве поставляемого сырья, строгом производственном контроле и контроле технологического процесса [1].
Для создания большинства готовых к употреблению блюд или полуфабрикатов широко используют сухие полуфабрикаты, такие как дегидратированное молоко, яйца, горчица и т.п. Как показало исследование качества и безопасности дегидратированного молока различных фирм, два образца из трех не соответствуют критериям безопасности [2], что в свою очередь ставит вопрос сохранения качества и безопасности готового изделия. Дегидратированное молоко является продуктом с низкой влажностью, поэтому попадание и развитие условно-патогенной и патогенной микрофлоры могут произойти вследствие его заражения от персонала, из воздуха, упаковочного материала и т.д., в связи с чем необходима дополнительная обработка сырья перед его использованием, позволяющая обеспечить качество готовой продукции.
Решению данной проблемы может способствовать использование физических методов обработки, основанных на принципе электромагнитного излучения [3], к которым относят ультрафиолет, ионизационное излучение, кавитацию, СВЧ. Подбор способа и режима обработки представляет сложную задачу и должен осуществляться исходя из качественного состава обрабатываемого сырья, его структуры, микробиологических и физико-химических характеристик. Каждый из перечисленных методов имеет свои преимущества и недостатки, которые необходимо учитывать при выборе режимов обработки пищевых продуктов. Применение СВЧ в качестве метода обработки дегидратированного молока является наиболее привлекательным, что обусловлено физико-химическими характеристиками данной продукции. Нормирование влажности - один из ключевых показателей, отвечающих за качество и безопасность полуфабриката. Применение СВЧ при использовании различных режимов позволяет решить эту проблему.
Применение СВЧ в качестве метода обработки различных видов пищевой продукции показало возможность снижения микробиологической обсеменен-ности и зарекомендовало себя в качестве альтернативного метода обработки сырья и готовой продукции. Эффективность воздействия СВЧ-поля на микроорганизмы зависит от ряда критериев, таких как мощность установки, таксономическая принадлежность микроорганизмов, диэлектрические свойства и концентрация в среде обитания [4, 5]. СВЧ относится к электромагнит-
ному излучению с частотами в интервале от 300 МГц до 300 ГГц и используется в качестве объемного метода нагрева продукции [6].
Цель исследования - изучение влияния продолжительности обработки СВЧ-полем образцов дегидратированного молока.
В соответствии с поставленной целью были решены следующие задачи:
• изучить воздействие СВЧ-поля на примере изменения микрофлоры дегидратированного молока в зависимости от дозы обработки;
• определить степень развития остаточной микрофлоры в процессе последующего хранения дегидратированного молока.
Материал и методы
В качестве объекта исследования было выбрано дегидратированное молоко промышленного производства (ООО «ВИВА») [7].
Обработку проводили на экспериментальной СВЧ-установке модели Samsung C.T.P. марки M187GNR (Китай) с рабочей частотой 2450 МГц и выходной мощностью 200 Вт. Исследование включало два этапа.
На первом этапе был проведен анализ ряда производственных партий дегидратированного молока для установления соответствия анализируемой продукции требованиям нормативной документации по количеству мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) [8, 9] и изучена кинетика их гибели в зависимости от дозы обработки после воздействия СВЧ, при условии единого начального уровня микрофлоры по данному показателю [10].
В ходе исследования руководствовались принципами повторяемости и воспроизводимости полученных результатов, оперируя тремя параллельными образцами. Обработку экспериментальных данных проводили согласно нормативной документации ГОСТ Р 50779.232004 (ISO 3301:1975) «Статистические методы. Правила определения и методы расчета статистических характеристик по выборочным данным. Часть 1. Нормальное распределение», ГОСТ ISO 7218-2015 Межгосударственный стандарт «Микробиология пищевых продуктов и кормов для животных. Общие требования и рекомендации по микробиологическим исследованиям».
На втором этапе устанавливали степень развития остаточной микрофлоры в процессе хранения обработанных образцов. Эффективность определяли по формуле: АС = lgN - lgN - N0 ,
где AC - прирост концентрации микроорганизмов в процессе хранения, ^(КОЕ/г); lg N0 - концентрация микроорганизмов в начальный момент хранения, ^(КОЕ/г); lg N - концентрация микроорганизмов в процессе хранения, ^(КОЕ/г).
Функциональные зависимости вида АС = f (т), где т - продолжительность хранения (дни), определяли с помощью специализированного программного обеспечения SYSTAT TableCurve 2D v.5.01.
Результаты
Проведено исследование по изучению различных партий дегидратированного молока на соответствие требованиям нормативной документации. На основе анализа выбранного сырья определено, что показатель КМАФАнМ соответствовал норме (3,9 х 103 КОЕ/г). Образцы продукции обработали с применением СВЧ дозами 60, 120, 180 и 240 кДж. После завершения обработки определяли уровень остаточной микрофлоры в контрольных и обработанных образцах. Результаты представлены на рис. 1.
Исследования показали, что обработка образцов дозой 60 кДж позволяет снизить начальную обсеменен-ность по показателю КМАФАнМ на один порядок. Дальнейшая обработка не дала более значительного эффекта, что обусловлено образованием зоны плато - частым проявлением в исследованиях кинетики гибели микроорганизмов при воздействии физических методов обработки [10, 11]. Таким образом, накопительный эффект при увеличении доз обработки отсутствует.
Следующий этап исследования заключался в определении динамики нарастания остаточной микрофлоры в процессе хранения. С этой целью обработанные с применением СВЧ образцы были заложены на хранение до 6 месяцев. По истечении указанного срока определены уровень развития остаточной микрофлоры в процессе хранения и функция, математически описывающая кинетику нарастания концентрации поверхностной микрофлоры: .п
=ц.
где 5 - продолжительность хранения, при которой прирост концентрации микроорганизмов достигнет первого порядка (д), п - степенной показатель кинетики развития остаточной микрофлоры.
Характеристики полученных математических описаний кинетики нарастания микрофлоры в процессе хранения в зависимости от дозы предварительной обработки в СВЧ-поле представлены в таблице.
Графическое изображение полученных математических описаний представлено на рис. 2.
0 кДж
60 кДж
120 кДж
180 кДж
240 кДж
3,0 2,5 2,0 1,5
gf 1,0
go
0,5 0
2 3 4
Период хранения, мес.
Рис. 2. Влияние обработки в СВЧ-поле на кинетику прироста концентрации микроорганизмов при последующем хранении дегидратированного молока
Анализ графического отображения математической модели кинетики гибели микроорганизмов в процессе хранения показал, что обработка СВЧ позволяет замедлить развитие остаточной микрофлоры. Для установления корректирующего коэффициента рассчитывали относительное и абсолютное значения удельной скорости развития микрофлоры по формулам:
т г = "Т,
где Б - доза обработки, п - степень развития микрофлоры в процессе хранения;
4,0 -| 3,5 ° 3,0 -I
ТО
х 2,°-
е 1,5-
I 1,0* 0,50-
0
60
120
Доза обработки, кДж
180
240
Рис. 1. Влияние дозы обработки в СВЧ-поле на остаточную концентрацию микроорганизмов в сухом молоке
■'ге/ .
Результаты представлены на рис. 3.
Исследование показало, что доза 60 кДж является оптимальной для обработки образцов дегидратированного молока, позволяет снизить начальную обсеме-ненность и дает возможность увеличить срок годности продукции. Определены коэффициенты развития микрофлоры в процессе хранения, необходимые для установления граничных критериев режимов обработки образцов.
Коэффициенты корреляции степени развития остаточной микрофлоры
Доза обработки, кДж б, д п статистика
значение P > | t | значение P > | t | R2 P > F
0 0,52924939 0,00302 0,43587706 0,00334 0,99773732 0,00005
60 1,10690273 0,0027 0,5909016 0,00082 0,99088663 0,00003
120 0,51353033 0,0027 0,36277386 0,00016 0,99625303 0,00001
180 5,19751734 0,00004 1,17546061 0,00278 0,99130573 0,00034
240 5,42495874 0,00009 1,43832657 0,00872 0,97733258 0,00146
0
5
6
60 кДж 120 кДж 180 кДж 240 кДж
Период хранения, сутки
Рис. 3. Значения коэффициентов абсолютной и относительной концентрации
Обсуждение и вывод
Согласно результатам исследования, обработка дегидратированного молока в СВЧ-поле дозой 60 кДж при мощности излучения 200 Вт позволяет снизить начальную микробиологическую обсемененность на 0,9 lg КОЕ/г. Статистическая характеристика кинетики нарастания концентрации поверхностной микрофлоры в процессе его последующего хранения показала, что в процессе хранения замедляется развитие остаточной микрофлоры. Установлено, что обработка СВЧ-полем в диапазоне доз 60, 120 и 180, 240 кДж, с учетом погрешности изменений (±0,2 lg КОЕ/г), приводит к сходной кинетике нарастания в процессе последующего хранения. В связи с этим обработка дозой 120 кДж является минимально достаточной для снижения микробиологической обсемененности образцов при минимизации сопутствующего термического воздействия.
Литература
1. Кручинин А.Г., Илларионова Е.Е., Бигаева А.В., Туровская С.Н. Роль технологических свойств сухого молока в формировании качества пищевых систем. Вестник КрасГАУ 2020; 8 (161): 166-173.
2. Бабурина Т.М., Колесниченко В.А. Санитарно-микро-биологическое исследование сухого молока. Инновационная наука. 2019; (6). https://cyberleninka.ru/article/n/ sanitarno-mikrobiologicheskoe-issledovanie-suhogo-moloka (дата обращения: 17.06.2021).
3. Семенова А.А., Дыдыкин А.С., Асланова М.А., Беро А.Л. Применение ионизирующего излучения в мясной промышленности. Все о мясе. 2019; (4): 30-34.
4. Рущиц А.А., Щербакова Е.И. Применение СВЧ-нагрева в пищевой промышленности и общественном питании. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. 2014; (1): 9-15.
4,5 -|
0,0 -|—,—,—,—,—,—,—,—,—,—,—,—,—,—,—,—,—,—,—,—,— 50 100 150 200 250
Доза, кДж
»организмов в процессе хранения дегидратированного молока
5. Завьялов М.А., Шишкина Н.С., Карастоянова О.В. и др. Использование комбинированного воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты, ультрафиолетового излучения и озона (СВЧ-УФ-О3) при подготовке растительного сырья к замораживанию. Холодильная техника. 2018; (2): 54-58.
6. Орлов В.В., Алферев А.С. Перспективы применения микроволновой обработки жидких пищевых продуктов. Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Процессы и аппараты пищевых производств. 2006; (2): 11-13.
7. ГОСТ 33629-2015 Межгосударственный стандарт «Консервы молочные. Молоко сухое. Технические условия». https://docs.cntd.ru/document/1200127450.
8. ТР ТС 021/2011 Технический регламент Таможенного союза «О безопасности пищевой продукции». Принят решением Комиссии Таможенного союза от 9 декабря 2011 г. № 880; введен 01.07.2013. http://docs.cntd.ru/ document/902320560.
9. ГОСТ 10444.15-94 «Продукты пищевые. Методы определения количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов». Принят Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации от 21 октября 1994 г. № 6; введен 01.01.1996. http://docs.cntd.ru/ document/1200022648.
10. Грачева А.Ю., Завьялов М.А., Илюхина Н.В. и др. Повышение эффективности хранения и переработки продовольственного сырья с использованием радиационных технологий. Ядерная физика и инжиниринг. 2015; 6 (1112): 673-679.
11. Filippovich V.P., Kolokolova A.Y., Iluhina N.V. et al. Regularities of inhibition of conditionally pathogenic microflora under the influence of accelerated electron beams. In: Proceedings of 26th Russian Particle Accelerator Conference. Protvino, 2018. Pp. 243-245.
