CC BY
6УДК 537.635; 539.166; 53.06
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГЛОЩЕННЫХ ДОЗ ДЛЯ РАЗНЫХ ВИДОВ РАДИАЦИОННО-ОБРАБОТАННОГО МЯСА
Р.Т. Тимакова, С.Л. Тихонов, Тихонова Н.В.
Распространение радиационных технологий обработки сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов требует совершенных методов дозиметрии. Целью исследований является разработка методики определения поглощенных доз для разных видов радиационно-обработанного мяса. В ходе эксперимента образцы подвергали обработке следующими дозами: 3, 9, 10, 12 кГр с помощью линейного ускорителя электронов модели УЭЛР-10-10С2. Исследования облученных образцов проводили на спектрометре ЭПР марки Labrador Expert X-диапазона. Опытным путем установлено, что разработанная методика определения поглощенных доз позволяет с высокой степенью достоверности рассчитать поглощенную дозу по облученным мякотным частям говядины, свинины и птицы. Выявлена корреляционная зависимость увеличения площади ЭПР-сигнала от дозы облучения: для говядины - 0,89, для свинины- 0,68 и птицы - 0,73. Установлена высокая сила статистической связи между дозой облучения и поглощенной дозой: по свинине - 0,87, по говядине - 0,94, по птице - 0,84. Разработанная методика определения дозы облучения мякотной ткани позволяет с высокой степенью достоверности (р<0,05) определить дозу облучения.
Ключевые слова: продовольственные потери, облучение, спектр, амплитуда, поглощенная доза, метод ЭПР.
Введение
Сокращение продовольственных потерь и повышение эффективности использования ресурсов является частью одной из Целей в области устойчивого развития (ЦУР), определенных ООН [1].
По оценкам ФАО, в мире ежегодно теряется почти треть всех пищевых продуктов, производимых для потребления [2]. Продовольственные потери на всех этапах логистической цепочки, свидетельствующие об неэффективном расходовании ресурсов, подрывают основу продовольственной безопасности и являются угрозой для устойчивого мирового развития.
В России в общем объеме производства более 80 % говядины, 94 % свинины и 64 % птицы занимает охлажденная скоропортящиеся продукция [3-5]. Только за счет естественной убыли потери в розничной торговой сети составляют: по охлажденной говядине в пределах 0,58-0,7 %, по охлажденной свинине - 0,51-0,59 %, по охлажденному мясу птицы, упакованному в полимерные пленки -0,20-0,25 % [6].
Хранение в подмороженном состоянии и вакуумной среде, обработка ультрафиолетовыми лучами, антиокислителями и антибиотиками приносят свои положительные результаты.
Автор работы [7], проведя исследования по увеличению сроков годности говядины до
30 суток при хранении в газо-модифицированной среде, утверждает, что воздействие на пищевые продукты с помощью радиации не получило широкого промышленного применения. Данное заявление не согласуется с общемировыми тенденциями. Начиная с 1992 года, метод холодной пастеризации активно применяется для обработки продовольственного сырья и пищевых продуктов. С 01 июля 2017 года в России вводятся в действие ГОСТ 33820-2016 «Мясо свежее и мороженое, Руководство по облучению для уничтожения паразитов, патогенных и иных микроорганизмов» и ГОСТ 33825-2016 «Полуфабрикаты из мяса упакованные, Руководство по облучению для уничтожения паразитов, патогенных и иных микроорганизмов». В этих НД представлена информация о технологии обработки ионизирующим облучением мяса свежего и мороженого, полуфабрикатов из мяса, установлен регламент до и после процедуры облучения, представлены сведения о радиационной чувствительности основных вегетативных патогенных бактериях, обнаруживаемых в продуктах: Campylobacter, Escherichia coli, Listeria и др. Отдельно выделено, что согласно техническому регламенту ТР ТС 021/2011 к обращению не допускаются мясо птицы, конина и мясо домашнего кролика, обработанные ионизирующими излучениями.
За рубежом облучение мяса кур разрешено и регламентируется АSTM F1356-08.
Авторы работы [8] отмечают, что мясное сырье менее обсеменено патогенной микрофлорой, в отличие от мясных полуфабрикатов. Обработка ионизирующим излучением продовольственного сырья и пищевых продуктов является наиболее эффективным методом консервирования. В последние годы в качестве источника ионизирующего излучения преимущественно используется обработка пучками электронов. В [9] отмечено существенное увеличение срока годности при использовании радиационной технологии обработки и более низкие энергетические и денежные затраты. Доза от 4,5 кГр снижает микробиологическую обсемененность [10-12].
Эксперты ФАО, ВОЗ и МАГАТЭ на основе анализа многочисленных научных исследований, проведенных учеными разных стран, пришли к выводу об относительной безвредности применения метода холодной пастеризации при условии, что поглощенная доза не превышает 10 кГр.
По действующему ГОСТ Р 52529-2006 «Мясо и мясные продукты. Метод электронного парамагнитного резонанса для выявления радиационно-обработанных мяса и мясопродуктов, содержащих костную ткань» методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) можно идентифицировать по костной ткани мяса: облучена продукция или нет. Однако способностью к поглощению отличается не только костная, но и мякотная ткань. Исходя из данных предпосылок, идентификация и распространение имеющейся методики по ГОСТ Р 52529-2006 на образцы мякотной ткани, а также разработка методики определения поглощенной дозы, являются важным и своевременным. ЭПР спектроскопия позволяет зафиксировать с помощью спектрометра аналитический сигнал - ЭПР-спектр [13].
Целью исследований является идентификация радиационно-обработанных мякот-ных частей мяса различных видов и разработка методики количественного определения поглощенных доз ионизирующего излучения методом ЭПР для мякотных частей.
Объекты и методы исследований
Объекты исследований: охлажденное мясо - свинина и говядина (заднепоясничная часть туши) после 48 ч с момента убоя, мясо кур (грудная часть тушки) после 24 ч с момента убоя. Для разработки методики образцы мяса подвергали обработке ионизирующим излучением дозами: 3, 9, 10, 12 кГр.
Отбор проб мякотной ткани мяса проводили по ГОСТ Р 51447-99 «Мясо и мясные продукты. Методы отбора проб».
Обработка проб ионизирующим излучением проводилась в Центре радиационной стерилизации Уральского федерального университета им. Б.Н. Ельцина на линейном ускорителе электронов модели УЭЛР-10-10С2 с энергией до 10 МэВ. В качестве дозиметра использовался спектрометр ЭПР марки Labrador Expert X-диапазона.
За основу методики взяты основные положения ГОСТ Р 52529-2006. Разработанная нами методика подготовки образцов мякот-ной ткани для эксперимента предполагает увеличение продолжительности сушки в отличие от требований ГОСТ 52529-2006, что позволяет получить стабильные ЭПР-спектры и, соответственно, достоверные результаты.
Методика подготовки образцов мышечной ткани (ОМТ) заключается в следующем: мышечная ткань измельчается и сушится при температуре 39-40 °С в течение 24-30 ч до содержания влаги в продукте 16-20 %. Затем исследуемые образцы ОМТ взвешивают с точностью до третьего десятичного знака. ОМТ помещали в кварцевую ампулу высотой 10,0±0,5 мм и размещали в рабочей зоне резонатора на определенную глубину.
Опытные исследования проводили в 5-кратной повторности, при частоте облучения 9200МГц, в диапазоне магнитного поля от 3000 до 3500 Гс и с подбором оптимальных значений времени преобразования, амплитуды модуляции, коэффициента усиления. Для сравнения сигналов использовался эталонный высоко стабильный образец.
Обработку ЭПР-спектров проводили с использованием специализированного программного обеспечения. Для каждого исследуемого образца определяли следующие параметры ЭПР-сигнала: g-фактор; амплитуду (отн. ед.); ширину линии поглощения (Гс); площадь сигнала (отн. ед.). За дозу облучения принимали дозу воздействия ионизирующего излучения на исследуемые образцы; за поглощенную дозу - величины энергии ионизирующего излучения, поглощенное облучаемым ОМТ.
В связи с тем, что обработка ЭПР сигнала в нашем эксперименте осуществлялась автоматизировано (в отличие от условий ГОСТ Р 52529-2006), нами внесены изменения в единицы измерения параметров: единица измерения КПЦ соответствовала эталонному образцу, интенсивность сигнала рассчитывали в относительных единицах. Внесенные изменения позволили расчетным
способом определить не только факт облучения, но и поглощенную дозу.
D
_кпц ь0
10"
(1)
м -ьм
где КПЦ - число парамагнитных центров;
LO - значение интенсивности сигнала ЭПР ОМТ, отн. ед.;
М - масса образца мякотной ткани, г;
LM - интенсивность сигнала ЭПР эталонного образца, отн. ед.;
D - поглощенная доза.
Результаты исследований обработаны методом вариационной статистики с использованием коэффициента Стьюдента.
Результаты исследований
После облучения ОМТ свинины дозой 3 кГр (рисунок 1) в диапазоне поля 32603293 Гс амплитуда пика составляет 8,62±0,74е-5, ширина сигнала 9,96±0,10 Гс и площадь пика - 3,118±0,081е-4.
После облучения ОМТ дозой 9 кГр наблюдается изменение характеристик спектра ЭПР-сигнала: при снижении амплитуды пика до 4,27±0,22е-5 или на 50,5 %, и при уширении сигнала до 12,29±0,01 Гс или на 23,3 % отмечается увеличение площади сигнала до 9,516±0,0003е-4 или в 3,1 раза.
После облучения дозой 10 кГр увеличилась амплитуда сигнала по сравнению с ОМТ свинины, облученными дозой 9 кГр, на 23,4% до 5,27±0,23е-5 и площади пика - на 5,2 % (до 1,0±0,2е-3), отмечено уменьшение ширины пика на 6,7 % до 11,47±0,14 Гс. Облучение дозой 12 кГр привело к увеличению амплитуды пика в 1,9 раза до 1,01±0,01е-4 и площади пика в 6,8 раза до 6,794±0,082е-3 при ушире-нии сигнала на 33,0 % до 15,25±0,12 Гс по сравнению с ОМТ, облученными дозой 10кГр.
<и
I
н
о
го
с; с
00006 00005 00004 00003 00002 00001 0
00001 00002
00003
00004
00005
3240 3260 3280 3300 3320
Магнитное поле, Гс
Рисунок1 - Спектр ОМТ свинины, облученной дозой 3 кГр (д-фактор 2,0062±0,0002)
Образцы мякотной ткани говядины, облученные дозой 3 кГр (рисунок 2), в диапазоне поля 3260-3290 Гс имели амплитуду пика 5,29±0,08е-5 и ширину сигнала 10,14±0,15 Гс. Площадь пика под линией поглощения была равна 9,317±0,025е-4. После облучения дозой 9 кГр отмечается увеличение амплитуды пика на 71,8 % до 9,09±0,22е-5 при сужении ширины на 4,5 % до 9,68±0,26 Гс и увеличении площади пика 61,0 % до 1,500±0,010е-3.
Исследование образцов, облученных дозой 10 кГр, показало, что при увеличении амплитуды пика сигнала на 13,3 % до 1,03±0,04е-4 и ширины пика на 12,4 % (до 10,88±0,09) отмечается также увеличение площади сигнала на 33,0 % до 1,995±0,010е-3 по сравнению с ОМТ, облученными более низкой дозой - 9 кГр.
Облучение ОМТ дозой 12 кГр по сравнению с ОМТ говядины, облученными 10кГр, привело при увеличении амплитуды пика сигнала ЭПР на 46,6 % до значения 1,51±0,06е-4 и ширины сигнала на 8,6 % (11,82±0,41 Гс) к увеличению площади пика на 50,4 % до значения 3,000±0,030е-3.
0,00004
е 0,00003
± т 0,00002
о 0,00001
го" 0,00000
1- и -0,00001
л п -0,00002
с -0,00003
3220 3240 3260 3280 3300 3320
Магнитное поле, Гс Рисунок 2 - Спектр ОМТ говядины, облученной дозой 3кГр Й-фактор 2,0058±0,0006) После облучения образцов мяса птицы дозой 3 кГр (рисунок 3) в диапазоне поля 3260-3290 Гс амплитуда пика составила 3,85±0,06е-5 при ширине сигнала 9,58±0,29Гс и площади пика 5,074±0,085е-4.
После облучения образцов дозой 9 кГр отмечается изменение параметров ЭПР-сигнала по сравнению с образцами, облученными дозой 3 кГр: увеличение амплитуды пика на 21,8 % до 4,69±0,36е-5 при снижении ширины сигнала на 11,6 % до 8,47±0,31 Гс и увеличение площади пика на 3,2 % до 5,234±0,036е-4.
После облучения дозой 10 кГр уменьшилась амплитуда пика сигнала по сравнению с образцами мяса птицы, облученными дозой 9 кГр, на 4,3 % до 4,48±0,20е-5 с одновре-
менным расширением пика на 26,1 % до 10,68±0,14 Гс и увеличением площади на 32,7 % (до 6,940±0,154е-4).
ч 3Е-05
<и
х 0,00002 н
„з 0,00001
^ 0 с;
I -0,00001
3220 3240 3260 3280 3300 3320 Магнитное поле, Гс
Рисунок 3 - Спектр ОМТ птицы, облученной дозой 3кГр (д-фактор 2,0057±0,0002)
Облучение дозой 12 кГр привело к увеличению амплитуды пика на 74,6 % до значения 7,82±0,22е-5 и площади пика в 1,6 раза до 1,115±0,021е-3 при снижении ширины сигнала на 3,0 % до 10,57±0,24 Гс по сравнению с образцами мяса птицы, облученными 10кГр.
В результате обработки образцов мякот-ных тканей ионизирующим излучением разными дозами установлена различная способность к поглощению дозы облучения в зависимости от вида мяса. Наибольшей способностью к поглощению отличаются мякотные части говядины и свинины, что может быть связано с видовыми особенностями: консистенцией мяса, более упругой и плотной в говядине и свинине. Зафиксировано, что амплитуда ОМТ не изменяется пропорционально дозе облучения. В тоже время установлено, что наиболее восприимчивы к изменению дозы ОМТ говядины (коэффициент корреляции 0,93) (рисунок 4). Легенда (условные обозначения) для рисунков 4,5,6 представлена ниже: свинина обозначена желтым цветом (1), говядина - зеленым цветом (2), птица -синим цветом (3).
0,00020
0,00015
X
(О 0,00010
ч
итл 0,00005 лп
< 0,00000
.31 =
3 9 10 12 Доза облучения, кГр Рисунок 4 - Амплитуда ЭПР-сигналов ОМТ
Анализ полученных данных свидетельствует об отсутствии достоверно установленной зависимости ширины ЭПР-сигналов от дозы облучения (рисунок 5).
Рисунок 5 - Ширина ЭПР-сигналов ОМТ Площадь ЭПР-сигнала у всех образцов мякотных тканей увеличивается с увеличением дозы облучения: для ОМТ говядины установлена высокая степень силы статистической связи (коэффициент корреляции равен 0,89), для ОМТ свинины и птицы - заметная (коэффициент корреляции, соответственно, 0,68 и 0,73; рисунок 6).
ч 0,0080 е
0,0060
н т о
¡5 0,0040
а ^
о л с
0,0000
г_ 1
1
9 2 2
1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 3
3
9
10
12
Доза облучения, Гс Рисунок 6 - Площадь ЭПР-сигналов ОМТ Поглощенная доза у всех ОМТ имеет достоверно установленную зависимость к увеличению с увеличением дозы облучения с высокой степенью статистической связи: свинина - 0,87, говядина - 0,94, птица - 0,84.
Трехмерная графическая интерпретация дает наглядное представление о влиянии совокупности факторов (дозы облучения Х1 и площади сигнала Х2) на поглощенную дозу излучения (рисунки 7, 8, 9).
Рисунок 7 - Поверхность отклика Y=f (Х1; Х2)
для образцов мякотной ткани свинины ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 1 2017
2
2
1
2
В результате проведенных исследований установлено, что при увеличении дозы облучения ОМТ свинины с 3 кГр до 12 кГр амплитуда возрастает в 11,7 раза, площадь -в 21,8 раза и ширина пика - на 53,1 % (р<0,05); у образцов говядины, соответственно: амплитуда - в 2,9 раза, площадь - в 3,2 раза, ширина пика -на 16,6 % (р<0,05); у образцов птицы соответственно: амплитуда - в 2,0 раза, площадь - в 2,2 раза, ширина пика - на 10,3 % (р<0,05). Мякотная ткань говядины более восприимчива к изменению дозы облучения по всем исследуемым показателям.
Поглощенная доза для каждого вида мяса - различна и зависит от видовой принадлежности мякотной ткани. Наибольшей способностью к поглощению отличаются мякот-ные части говядины и свинины (коэффициент корреляции соответственно 0,94 и 0,87), в меньшей степени - мясо птицы (коэффициент корреляции 0,84).
> 0,006
< 0.005
< 0.003
< 0.001 < -0,001
< -0,003
< -0,005
< -0.007
< -0.009
Рисунок 8 - Поверхность отклика У=Т (Х1; Х2) для образцов мякотной ткани говядины
о < 0.003 □ < 0.001
Рисунок 9 - Поверхность отклика У=Т (Х1; Х2) для образцов мякотной ткани птицы
Установлено увеличение поглощенной дозы с увеличением площади под линией
сигнала ЭПР-спектра. Для ОМТ говядины коэффициент корреляции равен 0,89, для свинины и птицы - соответственно, 0,68 и 0,73). Амплитуда образцов мякотной ткани не изменяется пропорционально дозе облучения: наиболее восприимчивы к изменению дозы облучения ОМТ говядины. Отсутствует достоверно установленная зависимость ширины ЭПР-сигналов от дозы облучения.
Разработанная методика, путем использования основных характеристик ЭПР-сигнала - амплитуды, ширины и площади пика ЭПР сигнала ОМТ, позволяет с высокой степенью достоверности (р<0,05) определить по формуле (1) поглощенную дозу облучения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ФАО, МФСР и ВПП. Мониторинг продовольственной безопасности и питания в поддержку осуществления Повестки дня в области устойчивого развития на период до 2030 года: подведение итогов и планы на будущее. - Рим, ФАО. 2016. -24 с.
2. FAO. 2011b. Global food losses and food waste: extent causes andprevention. Rome. [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://www.fao.org/3/a-i2697e.pdf (дата обращения 23.02.2017).
3. Позняковский В.М. О некоторых приоритетах науки о питании / Ползуновский вестник. -2011. - N 3/2. - С.7-22.
4. Poznyakovskiy, V.M. About the quality of meat with PSE and DFD properties / Poznyakovskiy V.M., Gorlov I.F., Tikhonov S.L., Shelepov V.G. // Foods and Raw Materials - 2015. - N 1/3. - Р. 104110.
5. Tikhonov, S.L. Use of bar processing to increase the shelf life of vitaminized sausages and their use for the correction of students '' health S.L.Tikhonov, N.V.Tikhonova, E.V. Samokhvalova , V.M. Poznyakovskiy, A. Yu.Volkov, A.V. Aleksandrov, A.E. Terent'ev, V.A. Lazarev // Foods and Raw Materials - 2016. - N 2/4. - Р. 121-127.
6. Нормы естественной убыли продовольственных товаров в сфере торговли и общественного питания (утв. Приказом Министерства промышленности и торговли РФ от 1.03.2013 г. № 252). - [Электронный ресурс] // Режим доступа: http:// base.garant.ru (дата обращения 16.02.2017).7. Костенко, Ю.Г. О проблеме производства мяса длительного срока годности / Ю.Г. Костенко, Б.Е. Гутник, М.Х. Искаков // Все о мясе. -2009. - N 6. - С. 18-20.
8. Татарникова, Н.А. Патогенная микрофлора мяса и мясных продуктов / Н.А. Татарникова, О.Г. Мауль // Известия ОГАУ. - 2015. - N 1 (51). -С. 87-89.
9. Тихонов, А.В. Использование радиационных технологий в сельскохозяйственном производстве / А.В. Тихонов, Р.С. Анашкин, А.Е. Крюков
// Сборник научных трудов ГНУ СНИИЖК. - 2013. -N 6. - С. 330-333.
10. Риочи Саката. Тенденция развития технологий и исследований мяса и мясных продуктов в Японии // Все о мясе. - 2015. - N 1. - С. 20-24.
11. Erkan, N. Alternative seafood preservation technologies: ionizing radiation and high pressure processing / N. Erkan, А. GQnlQ, I.Y. Geng // Journal of FisheriesSciences.com. - 2014. - N 8 (3). -Р. 238-251.
12. Geng, i.Y. limination of food borne pathogens in sea foods by irradiation: Effects on quality and shelf-life / i.Y. Geng, A. Diler // Journal of Food Science and Engineering. - 2013. - N 3. - Р. 99-106.
13. Тимакова, Р.Т. Оценка радиационной безопасности охлажденного мяса с использованием метода электронного парамагнитного резонанса / Р.Т. Тимакова, С.Л. Тихонов, А.Н. Тарарков,
Л.С. Кудряшов // Теория и практика переработки мяса. - 2016. - N 3. - С. 39-47.
Тимакова Роза Темерьяновна, доцент кафедры туристического бизнеса и гостеприимства, к. с.-х. н., ФГБОУ ВО «Уральский государственный экономический университет», 620144, г. Екатеринбург, ул. 8 Марта, 62, е-mail: [email protected], т.: 89122479974
Тихонов Сергей Леонидович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой пищевой инженерии ФГБОУ ВО «Уральский государственный экономический университет», й[email protected], т.: 89122769895
Тихонова Наталья Валерьевна, д.т.н., доцент, профессор кафедры пищевой инженерии ФГБОУ ВО «Уральский государственный экономический университет», [email protected], т.: 89193923709.
