В мясоперерабатывающей отрасли, как и в других направления АПК, сохранение готовых продуктов питания не менее важная задача, чем их производство. Круг существующих проблем известен: изначальная бактериальная обсемененность мясного сырья, загрязнение сырья и мясных продуктов в процессе их переработки, транспортировки и хранения, высокая скорость роста микроорганизмов на продуктах переработки мяса. Усугубляет ситуацию также формирование резистентности микроорганизмов к антибиотикам.
Отказ от консервантов, антибиотиков и «другой химии» без применения альтернативных методов не позволит в реальных условиях рынка предложить качественный, и, что не менее важно, безопасный продукт с удовлетворительными сроками хранения. Такой альтернативой стала обработка продукции ускоренными электронами, о которой и пойдет речь в настоящей статье.
По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) от отравления пищевыми продуктами и водой ежегодно умирает 2,2 млн человек. Примечательно, что статистика пищевых отравлений остается стабильно высокой как для развивающихся, так и для развитых стран (126-ая сессия исполнительного комитета ВОЗ). Именно поэтому еще в 1997 году после серии массовых отравлений мясными продуктами Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США разрешает применение радиационной обработки к охлажденному и замороженному мясу, чтобы увеличить срок его хранения и уменьшить число болезнетворных микроорганизмов (Advanced Technologies for Meat Processing, 2018). Ведь, если результат «работы» микроорганизмов порчи мясной продукции хорошо виден (изменение запаха, вкуса и цвета продукции), то наличие патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, таких как листерия, сальмонелла, кишечная палочка, клостридии, стафилококки и др., вызывающих серьезные токоинфекции или даже смерть, оценить на прилавке нереально.
По данным микробиологического мониторинга полуфабрикатов из мяса птиц (Абдуллаева А.М. – Микробиологический мониторинг …, 2017), 19-23% реализуемой продукции имеет повышенное КМАФАнМ; из 12-28% образцов выделены бактерии группы кишечных палочек; из 3-10% – бактерии рода Salmonella; из 5-14% – бактерии рода Pseudomonаs; из 12-36% — микроорганизмы кокковых форм; из 7-26% – клостридии; из 15-17% – молочнокислые бактерии; из 9-37% – бактерии рода Proteus. В отдельных образцах обнаружены споры плесеней и клетки дрожжей.
Производство сырокопченых колбас, где по ТУ тепловая обработка не предусмотрена (или минимальна), также сопряжено с наличием в готовом продукте микробиологических показателей исходного сырья (к вопросу о качестве сырья). Как показывает реальная практика, микробиологическое несоответствие мясного сырья и готовых продуктов мясопереработки СанПин 2.3.2.1078–01, ТРТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции» и ТРТС 034/2013 «О безопасности мяса и мясной продукции» – проблема, к сожалению, повсеместная и регулярная (опыт работы ООО «Теклеор»).
Однако, в России технология применения ускоренных электронов является наиболее широко игнорируемой. Это обусловлено отсутствием понимания потребителей и зачастую самих производителей основополагающих принципов такой технологии. Вопрос о наведенной радиоактивности в продуктах и о радиофобии в целом, искажение описания технологии в сети интернет и малое число адекватных источников информации, формируют ложные представления об эффективности и безопасности ускоренных электронов. Тем не менее, такая обработка пищевых продуктов одобрена в 69 странах. Только центров, использующих в своей основе ускорители электронов, во всем мире насчитывается более 200. Широко интегрирована технология и в странах Евросоюза (Бельгия, Франция, Англия, Чехия, Нидерланды, Польша, Швейцария и др.), где таким образом обрабатывается достаточно большой перечень продуктов, сырья и пищевых ингредиентов: мясо и рыба, а также продукты их переработки, фрукты и овощи, специи, сыры, крупы, белковые концентраты и многое другое (Electron Beam Pasteurization and Complementary Food Processing Technologies, 2015; Advanced Technologies for Meat Processing, 2018; Food Irradiation Technologies. Concepts, Applications and Outcomes, 2018).
Так, какие преимущества у технологии антимикробной обработки продуктов, и чего действительно стоит опасаться?..
История технологии
Применение ионизирующего излучения в пищевой промышленности имеет более, чем вековую историю. Через 10 лет после открытия рентгеновский лучей Дж. Аплеби и А. Бэнск в 1905 году в Великобритании зарегистрировали первый патент на радиационную обработку пищевых продуктов (Apleby, Banks. Brit.Pat. No. 1609, Jan. 26, 1905). Сейчас эту технологию, как мы уже сказали, используют 69 стран, где таким образом обрабатывается свыше 100 видов пищевой продукции. На постоянной основе такую обработку проводят около 40 стран (Козьмин Г.В., Гераськин С.А., Санжарова Н.И. – Радиационные технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности, 2015). Наряду с рентгеновскими и гамма-излучением, более успешно и массово реализуется применение ускоренных низкоэнергетических электронов, хотя и первые два вида не лишены преимуществ.
В СССР развитие технологии можно разделить на три этапа. До 1950-х годов формировалась исследовательская и научная база мирного применения атома. Основным заказчиком на этом этапе выступало государство. В 1960-е гг. нарабатывался первый опыт его практического применения, а также разрабатывались первые методики облучения. В 1960-1980-е гг. отмечалась первая волна коммерциализации: на рынок были выведены новые технологические решения – оборудование, прошедшее испытания. Были начаты процессы сертификации облученной продукции, утверждались нормы облучения. Третий этап (с 1990 года) открывается взрывным ростом основных рынков применения всех радиационных технологий, в том числе технологий обработки пищевых продуктов. На этом этапе развития рынка снижается участие государства и возрастает роль коммерческих компаний-потребителей, существенно расширяется перечень продуктов, подлежащих радиационной обработке (Радиационные технологии: взгляд из России. Обзор ассоциация «РАДТЕХ» при поддержке ОАО «РВК». Москва, 2015).
Прогнозируется, что объемы рынка обработки мирового продовольствия увеличатся с 1.9 млрд долл. в 2010 г. до 4.8 млрд долл. к 2020 г. и 11 млрд долл. уже к 2030 г.
Первый в России центр антимикробной обработки продуктов питания потоком ускоренных электронов
В России ярким примером внедрения такой технологии является открытый в 2017 году первый промышленный центр антимикробной обработки «Теклеор». Специально спроектированное оборудование позволяется работать в строго отведенных низких режимах (в отличие от центров стерилизации медицинских изделий), при этом обеспечивая равномерность обработки. Центр «Теклеор», другие существующие и вновь строящиеся во всем мире центры, не изобретают технологию заново, они отличаются лишь по эффективности ее применения, например, настраивая линию конвейера, внутреннюю систему логистики, энергоэффективность оборудования.
Центр антимикробной обработки «Теклеор», зона экспедиции
Ускоренные электроны против микроорганизмов. Как достигается антимикробный эффект?
Известно, что любые микроорганизмы (как и все живое) содержат ДНК (дезоксирибонуклеиновую кислоту), уникальную управляющую структуру, носителя генетической информации, которая является критической мишенью в процессе обработки продукции. Свободно летящие ускоренные электроны (фотоны или гамма-кванты при других видах обработки) наносят им непоправимый урон. В результате трудно репарируемых и невосстанавливаемых повреждений молекул ДНК за счет потерь и повреждений оснований, ДНК-ДНК, ДНК-белковых сшивок, а также одинарных и двойных разрывов, достигается инактивация микроорганизмов. Бактерии не «взрываются», и не «лопаются», они доживают свой цикл, перестают делиться и гибнут (интерфазная или репродуктивная гибель). Именно различия в мишени (количество ДНК, физиологическое состояние, размер генома) и реализации ее репарации (восстановления от повреждений) во многом и определяют различия в радиочувствительности микроорганизмов (Сарапульцев Б.И., Гераськин С.А. – Генетические основы радиорезистентности и эволюция, 1993). Также весомый вклад вносят повреждения цитоплазматической мембраны и ключевых структур бактериальных клеток.
Все вышеперечисленные структуры подвергаются и атаке со стороны активных форм кислорода, образовавшихся в процессе радиолиза воды, процесса неизбежного в результате такой обработки (подробнее об этом далее).
В радиобиологии в качестве критерия радиочувствительности используют показатель D10 – дозу, необходимую для инактивации популяции микроорганизмов на 1 порядок. Эти показатели хорошо изучены практически для всех патогенных, условно-патогенных микроорганизмов, для всех микроорганизмов порчи продукции. Salmonella, Listeria, E.Coli, Enterobacter, Vibrio, Campylobacter, Trichinella, все виды дрожжей и плесени, встречающиеся на/в пищевой продукции – все они успешно инактивируются после обработки. Побороть можно даже вирусы, но такая цель при обработке продуктов питания ставиться не может, т.к. для этого необходимы намного большие дозы, которые успешно используются в процессе радиационной стерилизации медицинских изделий. Нередка проблема и со споровыми формами, также требующими дозы, выше рекомендуемой для продуктов питания, формируя некоторые ограничения на применение технологии.
Различия в радиочувствительности микроорганизмов, качественная и количественная картина изначальной обсемененности продукции (а также наличие в ней антиоксидантов, консервантов и других добавок), тип упаковки (вакуум, МГС), ее температура (охлажденная/замороженная) прямо влияют на выбор режимов обработки. А поскольку антимикробная обработка мясной продукции происходит уже в конечной упаковке, риск повторного обсеменения продукта отсутствует.
Центр антимикробной обработки «Теклеор», операторы
Технология сегодня
Как и любая другая технология консервирования, технология ускоренных электронов обладаем набором своих параметров, характеристик, значений, что определяет понятие – «рабочий режим». Сейчас, с увеличением спроса на применение данной технологии в пищевой промышленности, главные силы направлены на определение таких «рабочих» режимов для конкретных видов продукции, принципиально отличающихся по своему составу. Главным критерием тут являются показатели органолептики и сохранение качественного состава продукции. Да, именно эти два показателя (а не микробиология!) в технологии антимикробной обротки являются основополагающими. Сейчас, когда потребитель уделяет пристальное внимание качеству продукции, ее запаху, консистенции, текстуре, цвету и др., нельзя допустить отклонений заданных параметров.
Вернемся к термину «рабочий» режим. Например, используемая сейчас технология пастеризации при 60 °C в течение 60 минут или при 70-80 °C в течение 30 минут обеспечивает безопасность молочной продукции при сохранении ее качеств, и очевидно, что, если увеличить температуру или время в 2-3 раза, бесследно это для качественного состава продукта не пройдет. Неизбежна потеря витаминов, модификация аминокислотного состава, уровня жиров и др. Совершенно также ситуация обстоит с электронами. Есть диапазон, где основные физико-химические показатели безопасности и качества мясного сырья и продукции переработки в результате радиационного облучения изменяются незначительно, оставаясь на уровне показателей, обычно наблюдаемых для различных видов аналогичной продукции без радиационной обработки, или не изменяются вовсе.
Таким образом, становится ясна концепция применения радиационной обработки пищевой продукции. Именно предел для продукции по органолептике, с одной стороны, и необходимый уровень обработки для полноты антимикробного эффекта, с другой, обуславливают формирование окна обработки – того диапазона, когда достигается антимикробной эффект при сохранении органолептических и физико-химических показателей мясной продукции (см. рисунок). И, что крайне важно, для разных продуктов это окно свое: где-то оно больше, где-то меньше, а где-то его нет совсем. В таком случае обработка ускоренными электронами к продукции не применима.
Например, молочнокислые бактерии (например, Leuconostoc) на любительской колбасе требуют для снижения на 4 порядка дозы в 1.4 кГр. Тогда как предел «рабочего» режима для любительской колбасы составляет 1.0 кГр. В таком случае обработка любительской бессмысленна и недопустима, т.к. окно обработки отсутствует. Но, если речь идет о молочных сосисках, где допустимо применять уже до 2 кГр (а правильнее сказать – рекомендуется), проблем с обработкой нет. На сегодняшний день перечень мясного сырья, полуфабрикатов и других продуктов переработки, для которых такое окно существует, – достаточно велик. Ясен и перечень мясной продукции, где подобная обработка не применима.
Пример формирования окна обработки
Важно понимать, что ни в коем случае «испорченный» от такой обработки продукт не попадет на прилавок. Производитель просто не допустит подобной ситуации, рискуя своей репутацией на высококонкурентном рынке. Более того, как правило, сам производитель в своих лабораториях крайне тщательно (зачастую не хуже научных групп, а иногда, что обидно, еще лучше) перепроверяют все результаты антимикробной обработки: от микробиологии до органолептики и биохимии. При таком подходе, сложившимся на рынке обработки пищевой продукции, как бы ни хотелось, ни производителю, ни проводящей такую обработку компании, «испорченный» или «опасный» продукт на прилавок не попадет.
Также обработанная продукция обязательно будет промаркирована соответствующим символом «Радура», который указывает на микробиологическую безопасность продукта и позволяет потребителю самому принять решение о его покупке (настоящее требование является обязательным согласно всем принятым международным и отечественным стандартам).
Регулирование
В мировой практике такая обработка жестко регулируется международными стандартами и требованиями (их число приближается к сотне). В США основополагающими являются документы серии USFDA (United States Food and Drug Administration), и 12 его частей, касающихся радиационной обработки продуктов, в том числе и мясной. В Европе таковым являются Директивы по радиационной обработке пищевых продуктов (Directive 1999/2/EC of the European Parliament and of the Council. Concerning food and food ingredients treated with ionizing radiation и Directive 1999/3/EC of the European Parliament and of the Council on the establishment of a Community list of foods and food ingredients treated with ionizing radiation). И в целом, каждая из стран, используемых такую технологию, обладает соответствующей нормативной базой, регулирующих этот процесс.
В России сейчас технология регламентируется ГОСТами (15 шт.) в том числе:
- 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».
Во второй части статьи «Антимикробная обработка мясных продуктов ускоренными электронами» мы обсудим вопросы безопасности технологии и развеем опасения в том, что обработанная продукция становится радиоактивной.