0
Экологический клуб
 
"STENUS"
 
 
 
Калужский краеведческий Интернет-портал


 
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. Книга седьмая. (Сборник научных трудов)   Под ред. С.К. Алексеева и В.Е. Кузьмичева   Калуга:   КГПУ им. К.Э. Циолковского   -   2006 C. 60-66.



Экологические проблемы радиационно-биологической технологии подготовки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья


Т.В. Мельникова, Л.П. Полякова, Г.В. Козьмин

Государственный технический университет атомной энергетики,

кафедра экологии, Обнинск


РЕЗЮМЕ: В статье рассматриваются экологические проблемы радиационной обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья. Показано, что радиационная обработка продуктов оказывает как положительное так отрицательное воздействие на качество пищевых продуктов. Так с одной стороны при облучении продукции улучшаются ее технологические свойства, а с другой – облученные продукты становятся потенциально измененными в связи с возможным вторичным загрязнением их различными остатками разложившихся токсикантов.



В настоящее время среди радиационных технологий, применяющихся в различных областях науки и техники, наиболее активно развивающимся направлением является радиационно-биологическое. Связано это с тем, что радиационно-биологические технологии (РБТ) охватывают огромные по масштабу и различные по характеру сферы деятельности человека – сельское хозяйство, пищевую, медицинскую, микробиологическую, рыбную промышленности, охрану окружающей среды [Пикаев, 1995; Каушанский, Кузин, 1984].
Использование РБТ в сельском хозяйстве и пищевой промышленности обусловлено тем, что с постоянным ростом численности населения городов, а также отдаленностью большей части потребителей от мест производства продуктов питания возникла необходимость разработки и применения средств и методов их хранения. Для обработки пищевых продуктов производители стали использовать химические методы (консервирование и добавление стабилизаторов), УФ-облучение, специальную упаковку пищевых продуктов, тепловую обработку. Как оказалось, эти, ставшие традиционными способы улучшения сохранности пищевых продуктов недостаточно эффективны, т.к. не всегда позволяют избежать потерь пищевой ценности (вследствие снижения ферментативной и витаминной активности), не всегда пригодны для широкого использования, а в ряде случаев экономически невыгодны [Каушанский, Кузин, 1984; Фрумкин и др. 1973]. За последние десятилетия получил развитие принципиально новый физический метод улучшения сохранности пищевых продуктов – обработка их ионизирующим излучением. По сравнению с обычными методами эта технология требует меньших затрат энергии и может заменить или резко снизить применение пищевых консервантов (таких как: сложные эфиры n-гидроксибензойной кислот; бензойная кислота; сульфиты калия, кальция и натрия; борная кислота и т.д.) и фумигантов (таких как: дихлорэтан, синильная кислота, хлорпикрин окись этилена, четыреххлористый углерод, акрилонитрил, формальдегид), использование которых не всегда безопасно для здоровья потребителей [Фелленберг, 1997; Фрумкин и др. 1973; Широков Е.П., Полегаев, 1989; Метлицкий и др., 1967]. Кроме того, технология радиационной обработки продуктов питания позволяет: сократить потери при транспортировке и хранении плодов и овощей, не создавая при этом специальных условий; удлинить сроки хранения мяса, рыбы и ряда мясных продуктов; увеличить срок годности при хранении продуктов питания и управлять биологическим загрязнением продуктов, вызывающим болезни [Woods, Pikaev, 1994; Каушанский, Кузин, 1984; «Радиационная химия…», 1983].
Несмотря на то, что теоретические основы и первые экспериментальные разработки методов РБТ были созданы еще в начале прошлого века, практическое применение их в сельскохозяйственной и пищевой промышленности долгое время не могло быть реализовано из-за отсутствия доступных источников ионизирующего излучения [Фрумкин и др. 1973].

Интерес к возможностям радиационного облучения продуктов питания возрос в середине 40-ых годов прошлого столетия. С 1940 по 1953 годы исследования по радиационной обработке продуктов питания в Соединенных Штатах были поддержаны министерством обороны США, комиссией по атомной энергии и частной промышленностью. В 1950 году были разработаны аналогичные национальные исследовательские программы в СССР, Англии, Бельгии, Канаде, Франции, Нидерландах, Польше, Германии и многих других странах. В 1970 г. в Париже была подписана Международная программа в области облучения пищевых продуктов между 19 странами. Учитывая это, NEA1 при OECD2 совместно с отделением FAO3 (IAEA)4, занимающимся вопросами использования атомной энергии в пищевой промышленности и сельском хозяйстве, изучили возможность создания новой международной группы для совместных исследований доброкачественности облученных пищевых продуктов [«Радиационная химия…», 1983].

В 1994 году радиационная обработка пищевых продуктов была разрешена и применялась в 38 странах, а в 27 странах работали пилотные и промышленные установки по облучению пищевых продуктов [Пикаев, 1995].

На территории СССР был организован выпуск экспериментальных (МРХ-гамма-20, «Стебель», ЭГО, ГУБЭ и др.), опытно-промышленных («Стерилизатор», «Ставрида») и промышленных («Колос», «Стерилизация») мощных g-установок, которые стали широко использоваться в научно-исследовательских институтах, высших учебных заведениях, заводских и производственных условиях [Каушанский, Кузин, 1984].

Как отмечалось в работах [Каушанский, Кузин, 1984; «Радиационная химия…», 1983] облучение различных пищевых продуктов по биологическим эффектам – способ, во многом сходный с такими методами физической обработки, как нагревание и замораживание продуктов. Авторы рассматривали облучение как альтернативный консервированию и указанным физическим методам путь инактивации микроорганизмов или паразитов в пище. Подвергая радиационной обработке различные продукты, можно подавить жизнедеятельность микроорганизмов и вредителей пищевых продуктов, не воздействуя при этом химическими соединениями, и не производя термических разрушений органического материала.

В практическом использовании ионизирующих излучений как показано в работе [Snyder, 1995] выделяются следующие направления: ингибирование (торможение или подавление физиологических процессов в сельскохозяйственных продуктах); пастеризация (подавление жизнедеятельности вредных микроорганизмов, загрязняющих продукты); стерилизация (полное уничтожение вредных микроорганизмов); дезинсекция (уничтожение насекомых-вредителей).

В работе [Woods, Pikaev, 1994] представлены дозы ионизирующего излучения (0,05 – 50 кГр), применяемые для различных целей облучения, а также список пищевых продуктов, рекомендованных для радиационной обработки.

В соответствии с данными [Snyder, 1995; Woods, Pikaev, 1994; Каушанский, Кузин, 1984; «Радиационная химия…», 1983] в настоящее время для радиационного облучения пищевых продуктов разрешено применять установки, со следующими видами ионизирующего излучения:

  1. электронное излучение с энергией не более 10 МэВ;

  2. - излучение искусственно произведенного радиоизотопа 60Со (Т1/2 = 5.27 года, Е = 1.25 МэВ). 60Со получают в ядерном реакторе по реакции 59Со + n ®; 60Со + g;

  3. - излучение радиоизотопа 137Cs (Т1/2 = 30.17 года, Е = 0.66 МэВ), который выделяют из продуктов реакций деления, осуществляемых в ядерном реакторе;

  4. тормозное рентгеновское излучение, генерируемое электронными ускорителями с энергией не более 5 МэВ.

Выбор верхнего энергетического предела для электронов и рентгеновских лучей связан с тем, что при указанных энергиях не проявляется наведенная радиоактивность [Пикаев, 1995]. Энергия g-излучения не может быть выше 5 МэВ, поскольку это излучение возникает при возвращении возбужденного ядра в более низкое энергетическое состояние [Пикаев, 1995, 1985].

Как показано в работе [Snyder, 1995] все виды излучения имеют определенные преимущества и недостатки. Тормозное рентгеновское излучение имеет хорошее проникновение, но имеет низкий КПД (до 20%) и жесткие требования к защите от облучения обслуживающего установку персонала, а также высокую стоимость по отношению к ускоренным электронам.

Ускоренные электроны, имея недостатки – малую глубину проникновения (до 0,5 см) и нежелательное повышение температуры в облучаемых продуктах, вместе с тем имеют преимущества перед источниками g-излучения, такие как: малое время экспонирования (секунды против часов для источников g-излучения); более высокий КПД (от 40 до 80% в зависимости от облучаемого материала против 25% для установок, заряженных радиоизотопами); меньшую стоимость; менее жесткие требования к защите от облучения обслуживающего установку персонала [Snyder, 1995].

Наряду с радиационными факторами, определяющими выбор источника излучения, существуют нерадиационные факторы. К ним, в частности, может быть отнесено химическое воздействие на обслуживающий персонал продуктов радиолиза воздуха (О3, NOx, СО, NH3, НСОН, HCN и др.), опасных веществ, выделяющихся в результате облучения продукции, в том числе ядохимикатов, которыми обрабатывается продукция и т.д. Эти проблемы должны решаться в процессе разработки установок. В настоящее время широкое распространение получили установки с радионуклидными источниками излучения и ускорителями электронов. Они наиболее полно отвечают перечисленным условиям радиационной безопасности при их эксплуатации [Каушанский, Кузин, 1984]. Однако вопросы экологической безопасности во многом остаются не решенными и для этих установок, т.к. спектр нерадиационных факторов воздействия часто обусловлен спецификой объекта облучения и свойствами окружающей среды.

Из обзора публикаций [Пикаев, 1995; Snyder, 1995], посвященных применению методов РТ следует, что наряду с положительными эффектами от действия ионизирующего излучения на продукты, при ее внедрении в пищевую и сельскохозяйственную отрасли возникает ряд проблем, среди которых наиболее важными являются: выбор источников ионизирующего излучения и подбор соответствующих условий процесса обработки; разработка новых технологий облучения пищевых продуктов; стоимость оборудования и самого процесса облучения; идентификация и характеристики пищевых продуктов, подвергнутых радиационной обработке; радиологическая, микробиологическая, токсикологическая безопасность и пищевая адекватность.

В настоящее время в России началась подготовка к международному сотрудничеству в области радиационной обработки пищевых продуктов. На базе НПО радиационных технологий Института биофизики Федерального медико-биологического агентства разработан проект, рассматривающий правовые, технические, технологические и экономические основы процесса, проблемы и предполагаемые области сотрудничества. В частности при обсуждении правовых основ процесса рассматриваются возможности: 1) внесения изменений и дополнений в проекты технических регламентов (законов) Российской Федерации; 2) разработки национального или адаптации Евростандартов по методам идентификации и контроля облучения пищевых продуктов; 3) разработки национального стандарта: «Пищевые продукты. Требования к микробиологической безопасности и срокам хранения. Обработка ионизирующим излучением ч.1. Общие требования». [«Подготовка…», 2005].

В качестве объекта исследования были применены различные образцы пресноводной рыбы: леща, карпа, щуки и карася. Предварительный хроматографический анализ показал наличие в этих образцах хлорорганических пестицидов (ХОП) и полихлорированных бифенилов (ПХБ). Суммарное содержание ХОП в рыбе составляло – 1,26 – 8,71;10-2 мг/кг, ПХБ – 1,9;10-2 мг/кг. Проводилось ;-облучение образца гомогенизированного фарша леща в условиях: доза 10 кГр, мощность дозы 1,35 Гр/с. Методами газожидкостной хроматографии и хромато-масс-спектрометрии изучался состав ХОП и ПХБ исходного и облученного образцов. По результатам анализа было установлено разложение присутствующих в нем микропримесей (ХОП от 3 до 60% и ПХБ от 24 до 52%). Также идентифицированы и продукты радиационного превращения этих веществ (дихлордифенилдихлорэтилен (4,4-ДДЕ, 2,4-ДДЕ), 2,2-ди(4-хлорфенил)-1хлорэтилен (ДДМУ), дихлорфенилдихлорэтан (4,4-ДДД, 2,4-ДДД) и 1а,2е,3е,4е,5е-пентахлорциклогексан), которые стали источником вторичного загрязнения пищевого продукта.

По результатам исследований радиационно-химических процессов, протекающих в продуктах под воздействием γ-излучения, нами были получены данные, свидетельствующие о возможности образования новых веществ в этих продуктах, если изначально они были техногенно загрязнены. Полученные данные могут быть использованы при разработке рекомендаций по контролю ХОП в облученной продукции, а также для прогноза потенциальной токсичности облученных продуктов.

Литература

Пикаев А.К. Современное состояние радиационной технологии // Успехи химии. – 1995. - № 64(6). - С. 609-640.

Каушанский Д.А., Кузин А.М. Радиационно-биологическая технология. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 152 с.

Фрумкин М.Л., Ковальская Л.П., Гельфанд С.Ю. Технологические основы радиационной обработки пищевых продуктов. - Изд-во «Пищевая промышленность», 1973. – 408 с.

Фелленберг Г. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию. Пер. с нем. – М.: Мир, 1997. – 232 с.

Широков Е.П., Полегаев В.И. Хранение и переработка плодов и овощей. - М.:Агропромиздат, 1989. – 302 с.

Метлицкий Л.В., Рогачев В.И., Хрущев В.Г. Радиационная обработка пищевых продуктов. – М.: «Экономика», 1967. – 159 с.

Woods, A.K. Pikaev. Applied Radiation Chemistry. Radiation Processing. - Wiley, New York, 1994. – 240 р.

Радиационная химия основных компонентов пищевых продуктов / под ред. П.С. Элиаса, А.Дж. Кохена: Пер. с англ.- М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1983. – 224 с.

Snyder O.P. Food irradiation today [Электронный ресурс] / O.P.Snyder, D.M. Poland - 1995. - 22 р.// http://www.hi-tm.com/Documents/Irrad.html.

Пикаев А.К. Современная радиационная химия. Основные положения. Экспериментальная техника и методы. – М.: Наука, 1985. – 375 с.

Подготовка к международному сотрудничеству в области радиационной обработки пищевых продуктов. Российские проблемы и возможные области сотрудничества [Электронный ресурс] – 2005. – 6 с.// www.fp6-food.ru/archives/seminar_4/Molin.doc.


***


Ecological problems of radiobiological processing of foodstuffs

and agricultural raw


T.V. Melnikova, L.P. Polyakova, G.V.Kozmin


In the article the problem of ecological problems of irradiation foodstuffs and agricultural raw are considered. It was shown that irradiation food exerts as positive so negative effect on quality of foodstuff. So on the one hand at an irradiation of foodstuff its technological properties improve, and with another - the irradiated food become potentially changed in connection with possible secondary pollution of degradation products of initial contaminants.


1 NEA - Nuclear Energy Agency (Агентство по ядерной энергии);

2 OECD - Ogranization for Economic Cooperation and Development (Организация экономического сотрудничества и развития);

3 FAO - Food and Agricultural Organization of the United Nations (Организация ООН по вопросам продовольствия и сельского хозяйства, ФАО);

4 IAEA - International Atomic Energy Agency ( МАГАТЭ – Международное агентство по атомной энергии).



Скачать.rar



Сайт создан при поддержке РОССИЙСКОГО ГУМАНИТАРНОГО НАУЧНОГО ФОНДА проект № 09-06-59610 а/Ц "Создание экологического Интернет-портала, как регионального компонента экологического образования"; № 10-06-59629 а/Ц"Создание региональной экологической Интернет-библиотеки"


© Авторы статей