CC BY
4
УДК 579: 614.876
Пименов Е.П., к.биол.н. ведущий научный сотрудник лаборатории микробиологии
Павлов А.Н., к.биол.н. главный специалист гамма установки ГУР-120
Васильева Н.А., к.биол.н. научный сотрудник лаборатории микробиологии
Морозова А.И.
младший научный сотрудник лаборатории микробиологии ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт
радиологии и агроэкологии» Россия, г. Обнинск Калужской области СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМОВ ИМПУЛЬСНОГО ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОНОВ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ ПРЯНОСТЕЙ И СПЕЦИЙ, ОБСЕМЕНЕННЫХ
МИКРООРГАНИЗМАМИ Статья посвящена сравнительной оценке эффективности электронного ускорителя при работе в двух режимах - электронных и конверсионных рентгеновских лучей - при облучении сухих пряностей и специй (перец черный молотый, луковый порошок и сухие измельченные листья петрушки), обсемененных микроорганизмами. Установлено, что обработка специй двумя видами излучения показала более эффективное действие тормозного (рентгеновского) излучения на санитарно-показательные микроорганизмы.
Ключевые слова: импульсный линейный ускоритель электронов ИЛУ-10; электронная мода; тормозное (рентгеновское) излучение; специи и приправы; микроорганизмы
Pimemov E.P., candidat of biological sciences, leading researcher of microbiological laboratory, FSBSE «Russian scientific research institute of
radiology and agroecology», Russia, Obnunsk-sity, Kaluga region Pavkov A.N., candidat of biological sciences, Chief of gamma-emitter GUR-120, FSBSE «Russian scientific research institute of
radiology and agroecology», Russia, Obnunsk-sity, Kaluga region Vasil'eva N.A., candidat of biological sciences, researcher of microbiological laboratory, FSBSE «Russian scientific research institute of
radiology and agroecology», Russia, Obnunsk-sity, Kaluga region
Morozova A.I.,
junior researcher of microbiological laboratory, FSBSE «Russian scientific research institute of
radiology and agroecology», Russia, Obnunsk-sity, Kaluga region
COMPARATIVE EFFICACY OF DIFFERENT MODES OF PULSED LINEAR ELECTRON ACCELERATOR DURING IRRADIATION OF HERBS AND SPICES, CONTAMINATED BY MICROORGANISMS
The article is devoted to comparative assessment of the efficiency of the electron accelerator is at work in one of two modes - electron and conversion x -rays when irradiated dry spices and seasonings (black pepper, onion powder and dry minced parsley leaves), contaminated by microorganisms. It is established that processing of spices two types of radiation showed more effective inhibitory (x-ray) radiation on the sanitary-indicative microorganisms.
Key words: pulsed linear electron accelerator ILU-10; electron-mode; brake (x-ray) radiation; spices and seasonings; microorganisms
Радиационные технологии все более широко применяются в области здравоохранения продовольственной безопасности и экологии во всем мире. В сельскохозяйственном производстве и пищевой промышленности применение ионизирующего излучения позволяет защитить продукты от возбудителей болезней и других вредных организмов [1].
В настоящее время облучение сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов в основном осуществляют на гамма-установках с изотопами 60Co или 137Cs. Однако для пищевых продуктов допустимы и другие виды ионизирующего излучения: электронное излучение с энергией на более 10 МэВ; тормозное рентгеновское излучение, генерируемое электронными ускорителями с энергией не более 5 МэВ [2, 3].
Следует отметить, что все виды излучения имеют как преимущества, так и недостатки. Так, тормозное рентгеновское излучение хорошо проникает в облучаемый материал, но имеет низкий КПД (не более 20%). Установки, использующие изотопы, также отличаются низким КПД (около 25%). Оба вида установок требуют высокой степени защиты персонала, что отражается на их стоимости [3].
Электронные ускорители более экономичны, но имеют существенный недостаток - малую глубину проникновения (до 1 см). Однако есть и преимущества по сравнению с гамма-установками. Это малое время экспонирования (несколько секунд по сравнению с часами в случае источников гамма-излучения) и более высокий КПД, который, в зависимости от облучаемого материала составляет 40-80%. К тому же к ускорителям предъявляют менее жесткие требования к защите от облучения обслуживающего персонала [3, 4].
Нами были проведены исследования по облучению сухих
сельскохозяйственных продуктов, а также специй и пряностей на гамма-установке ГУР-120 во ВНИИРАЭ. Результаты показали высокую эффективность в снижении численности микроорганизмов, обсеменяющих все виды сырья [5].
Целью настоящего исследования была сравнительная оценка эффективности электронного ускорителя при работе в двух режимах -электронных и конверсионных рентгеновских лучей - при облучении пряностей и специй, обсемененных микроорганизмами (молотый черный перец, листья петрушки и порошок лука).
Эксперименты проводили на импульсном линейном ускорителе электронов типа ИЛУ-10, разработанном и введенном в эксплуатацию под руководством кандидата технических наук, заведующего научно-исследовательской лабораторией А.А. Брязгина (Институт ядерной физики имени Г.И. Будкера СО РАН). Характеристика ускорителя: энергия ускоренных электронов (макс.) - 5.0 МэВ; тип ускоряющей структуры -однозазорный ВЧ-резонатор; частота ВЧ-импульсов - 118 МГц; количество генераторов - 2; возбуждающий ВЧ-элемент генератора - триодная лампа типа ГИ-50.
В экспериментах применяли два режима работы ускорителя ИЛУ-10:
1. Электронная мода. Энергия ускоренных электронов - 4.8 МэВ. Ток пучка импульсный - 100 мА. Частота следования импульсов 2 Гц. Расстояние до фантома - 400 мм. Зафильтровано слоем гофрокартона (имитация упаковки, защита от рассеянных электронов).
2. Тормозное (рентгеновское) излучение. Танталовый конвертер. Энергия ускоренных электронов - 4,8 Мэв, сила тока - 100 тА, Частота следования импульсов = 15 Гц. Мощность дозы - 67 Грей мин-1. Расстояние от фантома - 400 мм. Линейка дозиметров 9 штук равномерно на длине 300 мм вдоль выпускного окна ускорителя. Зафильтровано 25 мм сухим деревом (0,7 г/см3).
Дозы облучения в обоих режимах: 0, 2, 4, 6, 8, 10 и 15 кГр.
Объектом исследований были сухие пряности и специи: перец черный молотый, луковый порошок и сухие измельченные листья петрушки.
Микробиологический контроль проводили до и после облучения. Количество мезофильных аэробных и факультативных анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) определяли на мясопептонном агаре (МПА) после выращивания при 30-37оС в течение 24 часов; численность бактерий группы кишечной палочки (БГКП), выращенных в тех же условиях на среде Эндо; число плесневых грибов и дрожжей учитывали на среде Сабуро после инкубации в течение 72 часов при 28оС. Учеты на каждой среде проводили на пяти чашках Петри. Численность микроорганизмов выражали в колониеобразующих единицах на 1 грамм продукта (КОЕ/г) [6].
Микробиологические анализы до облучения показали, что наиболее обсемененным продуктом были листья петрушки (таблица 1), численность
бактерий, учтенных на МПА, здесь превысила 107 КОЕ/г. Облучение электронными лучами в дозе 4кГр существенно уменьшило их количество, а при дозах 6 кГр и выше бактерии на этой среде не обнаружены.
Перец черный молотый также был в значительной степени обсеменен микроорганизмами, растущими на МПА. Облучение его электронными лучами позволило снизить количество мезофильных аэробов и факультативных анаэробов более чем в 10 раз дозой в 4кГр, что было меньше норматива 5х105 КОЕ/г [7]. Однако жизнеспособные бактерии в виде спор обнаруживались и при максимальной дозе 15 кГр (таблица 1).
Луковый порошок, как и черный перец, отличался наличием устойчивых к облучению организмов. Несмотря на то, что существенное снижение бактерий отмечено при дозе 2 кГр, незначительное их количество учитывалось вплоть до 15 кГр.
Во всех анализируемых специях обнаружены бактерии группы кишечных палочек (БГКП) и плесневые грибы. Наибольшая численность БГКП отмечена в черном перце (3,63 тыс. КОЕ/г). Обсеменность листьев петрушки и лукового порошка составила 2,21 и 1,8 тыс. КОЕ/г, соответственно. Дозы выше 2 кГр приводили к полной гибели бактерии этой группы во всех изученных продуктах, что удовлетворяло нормативные требования.
Численность плесневых грибов в черном перце и листьях петрушки превышала норматив, который для сухих специй и пряностей не должен превышать 5х103 КОЕ/г. Облучение дозой 2 кГр давало положительный результат, а дозы выше 4 кГр полностью подавляли эти микроорганизмы (таблица 1).
Таблица 1. Численность микроорганизмов при обработке электронными лучами, тыс. колониеобразующих единиц на 1 г продукта (тыс. КОЕ/г)
Доза КМАФАнМ БГКП Плесневые грибы
Перец черный молотый
Контроль (до облучения)
4720
342,3
42,2
9,85
3,12
3,63 0,94 0 0 0 0 0
49,6 0,91 0,17
2кГр
4кГр
6кГр
8кГр
10кГр
15кГр
2,8
1,6
0 0 0 0
Луковый порошок
Контроль
216,7
45,0
1,13
0,71
0,38
0,33
0,04
1,80 0,38 0 0 0 0 0
1,04 0,75 0,25 0,08 0 0 0
2кГр
4кГр
6кГр
8кГр
10кГр
15кГр
Листья петрушки
Контроль 13333 2,21 15,63
2кГр 1767 1,08 3,13
4кГр 958 0 1,38
6кГр 0 0 0
8кГр 0 0 0
10кГр 0 0 0
15кГр 0 0 0
Анализ результатов обработки этих же специй и пряностей в режиме тормозного излучения показал более высокую эффективность этого вида обработки по сравнению с электронными лучами (таблица 2). Так, уже при дозе 2 кГр КМАФАнМ не превышал норматив, который предусматривает наличие микроорганизмов не более 5х105 КОЕ/г. При дозах выше 4 кГр бактерии не обнаруживались.
Следует отметить, однако, что в перце обнаружены бактерии группы кишечных палочек после облучения дозой 2 кГр, в то время как в образцах листьев петрушки и в луковом порошке при этой дозе бактерии погибали.
Плесневые грибы не были обнаружены в облученных образцах перца. В то же время, в образцах листьев петрушки и лукового порошка присутствовало незначительное число этой группы микроорганизмов, облученных дозой 2 кГр (таблица 2).
Таблица 2. Численность микроорганизмов при обработке рентгеновскими лучами, тыс. КОЕ/г
Доза КМАФАнМ БГКП Грибы
Перец черный молотый
Контроль 4720 3,63 49,6
2кГр 21,7 0,38 0
4кГр 1,17 0 0
6кГр 0 0 0
Листья петрушки
Контроль 13333 2,21 15,63
2кГр 6,67 0 0,67
4кГр 0 0 0
6кГр 0 0 0
Луковый порошок
Контроль 216,7 1,80 1,04
2кГр 95,0 0 0,17
4кГр 0 0 0
6кГр 0 0 0
Таким образом, установлено, что обработка специй двумя видами излучения - электронными и рентеновскими лучами - показала более эффективное действие тормозного (рентгеновского) излучения на санитарно-показательные микроорганизмы.
Бактерии группы кишечной палочки полностью погибали при дозе больше 2 кГр. При этом тормозное излучение приводило к большему
снижению бактерий по сравнению с воздействием электронных лучей.
Тормозное излучение оказалось более эффективным и для предотвращения обсемененности продуктов плесневыми грибами: уже при дозе выше 2 кГр эти микроорганизмы не были обнаружены. В то же время при обработке электронными лучами незначительное количество плесневых грибов сохраняло жизнеспособность после облучения дозой 4 кГр, а в луковом порошке - даже при дозе 6 кГр.
Использованные источники:
1. Санжарова Н.И., Козьмин Г.В., Бондаренко В.С. Радиационные технологии в сельском хозяйстве: стратегия научно-технического развития // Инноватика и экспертиза. 2016. Вып. 1(16). С. 197-206.
2. Мельникова Т.В., Полякова Л.П., Козьмин Г.В. Экологические проблемы радиационно-биологической технологии подготовки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья // Известия Калужского Общества изучения природы. - под ред. С.К. Алексеева и В.Е. Кузьмичева. - Калуга: Изд-во КГПУ им. К.Э. Циолковского. 2006. С. 60-66.
3. Пикаев А.К. Современное состояние радиационной технологии // Успехи химии. 1995. № 64(6). С. 609-640.
4. Мощные импульсные линейные ускорители электронов ИЛУ и их применение в пищевой промышленности / Барабанов В.В., Безуглов В.В., Брязгин А.А., Власов А.Ю., Воронин Л.А., Коробейников М.В., Нехаев В.Е., Максимов С.А., Панфилов А.Д., Радченко В.М., Штарклев Е.А., Сидоров А.В., Ткаченко В.О., Факторович Б.Л. // Применение химических веществ, ионизирующих и неионизирующих излучений в агробиотехнологиях: сборник докладов круглого стола в рамках ХХ Менделеевсого съезда по общей и прикладной химии, Москва, 21 сентября 2016 г. - Обнинск: ФГБНУ ВНИИРАЭ. 2016. С. 48-55.
5. Пименов Е.П., Павлов А.Н., Козьмин Г.В., Спирин Е.В., Санжарова Н.И., Исследование эффективности радиационной стерилизации растительного сырья с использованием установки гамма-излучения ГУР-120 // Радиация и риск, 2013. №4. С. 37-42.
6. Лабинская А.С. Микробиология с техникой микробиологических исследований - М.: Изд-во Медицина. 1978. 394 с.
7. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.3.2.107801. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. М. 2002. 317 с.
