ОЦЕНКА РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОХЛАЖДЕННОГО МЯСА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА - Лабрадор - ЭПР спектрометр X-диапазона

ОЦЕНКА РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОХЛАЖДЕННОГО МЯСА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА




Спектрометр ЭПР серии Labrador — новый инструмент для анализа продуктов питания

В мировой практике активно применяются радиацион­ные технологии обработки пищевых продуктов, при этом в продукции обнаруживаются свободные радикалы. Ученые не приняли окончательного решения о полной безопасности метода радиационной стерилизации, поэтому очень важен контроль облученных пищевых продуктов для выявления факта облучения и определения остаточных явлений. Полученные экспериментальные данные на отечественном спектрометре ЭПР серии Labrador Expert X, разработан­ным ООО «Спектр» при содействии научного коллектива авторов Института естественных наук УрФУ им. Ельци­на Б.Н. свидетельствуют о наличии свободных радикалов в образцах мяса говядины бескостной, что возможно связано с возникновением прижизненных технологических и убойных стрессов у животных.

Проведенное в лабораторных условиях облучение образцов мяса кур, позволяет сравнить полученные спектры до и после облучения. Доза облучения мяса птицы составляет 12 кГр. Указанная доза выбрана, исходя из сложившейся практики признания безопасной дозой облучения во многих странах в 10-12 кГр. Установлено, что в диапазоне магнитного поля от 3272 до 3280 Гс присутст­вует слабый сигнал ЭПР с амплитудой 7,28 е-05 и D менее 1. Такой фоновый сигнал может быть объяснен стрессом пти­цы, особенностями кормления и другими факторами. После облучения дозой 12 кГр сигнал ЭПР усилился в диапазоне маг­нитного поля от 3273 до 3286 Гс и D более 1.

Эта технология, или по-другому радаппертизация, явля­ется промышленной стерилизацией пищевых продуктов для длительного хранения при положительных темпера­турах, исключающих повторное инфицирование микроор­ганизмами. После облучения наблюдается пятикратное возрастание амплитуды ЭПР сигнала, появляются еще два сигнала с малой амплитудой. Факт облучения/не облучения образцов также подтвержден расчетным путем по ГОСТу Р 52529-2006.

Необходимость продолжения дальнейших исследований мяса и мясопродуктов методом ЭПР очевидна: для установления факта стерилизации или радуризации, для определения дозы облучения, для накопления достоверно установленной информации о радиационной чувствительности и для разработки методологической базы использования спектроме­тра ЭПР.

 Безопасность продовольственного сырья

Одной из безопасных современных технологий консервирования мяса является ионизирующее облу­чение [1, 2]. Порча облученного мяса при длительном хранении при плюсовых температурах обусловлена протеолизом белковых макромолекул [3, 4]. По данным некоторых авторов доза радиации, обеспечивающая полную стерилизацию мяса не инактивирует тканевые ферменты [5]. Как повышение дозы облучения, так и ее понижение приводит к негативным последствия.

В настоящее время одним из направлений современ­ной науки о питании является разработка новых спо­собов исследования безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов. К одному из эффектив­ных методов относится электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), который может быть использован не только для фундаментальных исследований различных веществ и процессов в физике, химии, биологии, гео­логии и других науках, но и, на наш взгляд, имеет при­кладной характер для оценки радиационной безопас­ности пищевой продукции, в том числе мясной.

— явление поглощения энергии сверхвысоко­частотного (СВЧ) излучения (9-10 ГГц) веществом, по­мещенного в магнитное поле, при некотором опреде­ленном для данных парамагнитных центров значении индукции магнитного поля. В современных условиях облучение ионизирующими излучениями пищевых продуктов (около 40 видов: специи и сушеные овощи, зерно и фрукты, мясо и рыба, корнеплоды) разреше­но в 60 государствах, в частности: в Китае и США (до 70 % от общего количества центров для облучения пи­щевых продуктов), Индии, Германии, Франции, ЮАР, Бразилии, Индонезии, Мексике, Чили, Бельгии, Ис­пании, Вьетнаме, Таиланде, Бангладеш, Англии, Перу. За рубежом метод радиационной стерилизации мяса птицы начали осваивать с 1992 года, а охлажденного и замороженного красного мяса (говядина, баранина, свинина) с 1999 года.

Проблемам облучения мяса и мясопродуктов по­священы труды отечественных ученых: В.В. Светлич­ного, А.М. Смирнова, А.С. Лескова, Ю.Г. Костенко, Л.П. Поляковой и др. Исследованиями ученых было установлено, что при передозировке уровня облуче­ния в мясе на кости могут образовываться свобод­ные радикалы и радиотоксины [3, 4]. С.М. Орехова и А.П. Нечипоренко предложили гибридный метод радиационного консервирования измельченной мы­шечной ткани свинины, сочетающий облучение элек­тронным пучком в режимах радуризации и обработку 40 % раствором этанола. Комплексное использование двух стерилизующих агентов и аскорбиновой кисло­ты в качестве антиоксиданта позволяет продлить срок анаэробного хранения мясопродуктов при низких по­ложительных температурах (плюс 4 оС) в 5-6 раз с со­хранением качества по всем органолептическим и ми­кробиологическим показателям [6].

А.С. Казиахмедов, проводя экспериментальные исследования по обработке мяса цыплят-бройлеров ионизирующим излучением, установил, что для уве­личения сроков хранения мяса цыплят-бройлеров рекомендуется стерилизация ионизирующим излуче­нием в дозах 2,5 и 6 кГр; мясо, облученное ионизиру­ющим излучением в указанных дозах допускается ис­пользовать на пищевые цели без ограничения [7].

В 2011 году был принят основополагающий меж­дународный стандарт ISO 14470:2011, целью которого является обеспечение требований по облучению пи­щевых продуктов в соответствии с действующими нормами и практикой; обеспечение направлений тех­нического соглашения между клиентом и оператором по облучению; создание системы документации для поддержки управления на процесс облучения продук­тов питания.

Следует отметить, что в разных странах мира мак­симально допустимая доза облучения продуктов пи­тания различная, так в США она составляет 30 кГр, в Бельгии и Голландии — 10 кГр, во Франции — 11 кГр. В России эта величина в настоящее время не регла­ментируется. Вместе с тем отсутствует целостная картина — насколько «вредны» те или иные облу­ченные пищевые продукты и сырье, каковы послед­ствия для организма человека при постоянном упо­треблении в пищу облученных пищевых продуктов. В 1959 году «Journal of Nutrition» сообщил об иссле­довании, проводившемся по заказу Главного хирурга армии США. В этом эксперименте крысы, которых кормили облученной говядиной, прожили не более 34 дней. Они также все погибли от внутреннего кро­воизлияния. В отчете FDA за 1968 год указывалось, что многие крысы, которых кормили облученной говядиной погибали от внутреннего кровоизлияния в течение 46 дней.

Ученые сомневаются и окончательно не приняли решение о полной (безусловной) безопасности мето­да радиационной стерилизации. Свободные радикалы обладают очень высокой химической активностью. Имеются данные о высоком риске возникновения он­кологических заболеваний. Поэтому, очень важен ана­лиз и контроль облученных пищевых продуктов и пи­щевого сырья на регулярной основе для выявления факта облучения и определения остаточных явлений.

В начале 90-х годов за рубежом был принят ряд стандартов по подготовке образцов, условиям прове­дения измерений и однозначной идентификации об­лученных пищевых продуктов с применением метода ЭПР, одобренный Всемирной организацией здравоох­ранения, но только при условии жесткого контроля за облученными пищевыми продуктами. Россия значи­тельно отстала от общемировой тенденции и находит­ся на начальной стадии формирования рынка пищевых продуктов, обработанных с помощью использования радиационных технологий. Существенной проблемой  является неактуальная нормативно-правовая база, а также частичное или полное отсутствие необходи­мых стандартов для облучения определенных пище­вых продуктов и пищевого сырья.

Так, в законодательной базе России отсутствуют разделы об облучении пищевого сырья и продуктов питания. Статья 1 Закона «О качестве и безопасности пищевых продуктов» безопасность пищевых продук­тов трактует как «состояние обоснованной уверен­ности в том, что пищевые продукты при обычных условиях их использования не являются вредными и не представляют опасности для здоровья нынеш­него и будущих поколений»[8]; в доктрине «О продо­вольственной безопасности Российской Федерации» сказано, что одной из задач обеспечения продоволь­ственной безопасности является обеспечение без­опасности пищевых продуктов, а для формирования здорового типа питания населения страны потребу­ется развитие фундаментальных и прикладных науч­ных исследований по медико-биологической оценке безопасности новых источников пищи и ингредиен- тов[9]. В Техническом регламенте Таможенного союза ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции» безопасность пищевой продукции определяется как «состояние пищевой продукции, свидетельствую­щие об отсутствии недопустимого риска, связанного с вредным воздействием на человека и будущие по­коления» [10].

Для оценки радиационной безопасности продо­вольственного сырья и пищевых продуктов страны используются спектрометры ЭПР, отличающиеся сво­им характеристиками. Della Wai-mei Sin, Yiu-chung Wong, Michael Wai-yinYao, Eric Marchioni применяли ЭПР для обнаружения факта облучения в костях сель­скохозяйственных животных и птицы, рыбы и рако­вины моллюска [11].

Мировой рынок спектрометров, основанных на яв­лении электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), сегодня поделен между немецкими и японскими про­изводителями. Всемирно известная компания Bruker предлагает разнообразные спектрометры ЭПР, в том числе и портативный ЭПР спектрометр Х-диапазона e-Scan, предназначенный для использования в меди­цине и фармакологии.

Интеграция России в мировую практику исполь­зования облученных пищевых продуктов и пищевого сырья продолжается и в соответствии с решениями по итогам заседания президиума Совета при Президенте России по модернизации экономики и инновационно­му развитию от 11 декабря 2014 года поставлена гло­бальная задача по внедрению радиационной обработ­ки сельскохозяйственного сырья и готовой продукции в агропромышленное производство. Согласно послед­ним данным, к 2017 году в Российской Федерации бу­дет внедрена современная технология облучения про­дуктов с целью продления срока их годности.

В связи с этим своевременными и актуальными являются исследования, направленные на внедрение современных методов оценки безопасности охла­жденного мяса, в частности методом ЭПР.

Материалы и методы

В г. Екатеринбурге инженерами и программиста­ми ООО «Спектр» при содействии научного коллек­тива авторов Института естественных наук УрФУ им. Ельцина Б.Н. разработан портативный автоматизи­рованный спектрометр ЭПР серии Labrador Expert X-диапазона (длина волны 3 см), предназначенный для прямой регистрации параметров спектров ЭПР веществ, имеющих в своем составе свободные радика­лы, что позволяет осуществлять радиобиологический контроль веществ (рис. 1).

Общие технические характеристики спектрометра ЭПР приведены в таблице 1.

Целью настоящих исследований является изуче­ние возможности использования спектрометра ЭПР для проведение радиобиологического контроля мяса. Хотя в России официально пищевая продукция не об­лучается и, соответственно, отсутствует информация о факте облучения, нельзя с достоверностью сказать, что продукция, поступающая из-за пределов России, не прошла радиационную стерилизацию или могла быть поставлена из неблагополучных в радиационной отношении районов.

Метод электронного парамагнитного резонанса по ГОСТу 52529-2006 применяется для выявления факта облучения мяса, содержащих костную ткань. Нами был расширен диапазон исследуемых образцов, т.е. к исследованию были отобраны также и образцы бес­костного мяса.

Общие технические характеристики спектрометра ЭПР

Тип спектрометра

Когерентный

cупергетеродинный Х диапазона

Чувствительность, спин/0,1 мТхГц, не более 1х1010
Разрешающая способность 5х10-5
Диапазон изменения СВЧ мощности от 1 нВт  60 мВт
Рабочая частота, МГц 9 200
Промежуточная частота, МГц 100
Диапазон изменения магнитного поля, Тл, не менее +/- 0,03
Диапазон изменения частоты модуляции магнитного поля, Гц, не менее 0-     12 000
Масса, кг, не более 20
Потребляемая мощность, Вт, не более 60
Габаритные размеры (ДхШхВ), мм, не более 330 х 370 х 260


Рис. 1. Внешний вид спектрометра ЭПР

 

 

Эксперимент проводился по 2-м на­правлениям: установка самого факта радиационной стерилизации представленных образцов (мясо) и радиобиологический контроль образцов мяса птицы до облучения и после проведенного облучения согласно ГОСТ Р 52529-2006. «Мясо и мясные продукты. Метод электронного парамагнитного резонанса для выявле­ния радиационно-обработанных мяса и мясопродук­тов, содержащих костную ткань».Облучение проводилось в новом ускорителе при поддержке Центра радиационной стерилизации Уральского Федерального университета. Для сравнения сигналов использовался контроль­ный образец (высокостабильный эталон): мера ко­личества парамагнитных центров (КПЦ) на основе оксида марганца. Исследования проводились в деся­тикратной повторности при частоте СВЧ, приближен­ной к 9200 мГц; в разных диапазонах магнитного поля (с центром в 3280 Гс); с изменяющимися временем преобразования, амплитудой модуляции и коэффи­циентом усиления. Мощность СВЧ устанавливалась в диапазоне 4-8 дБм путем апробации для нормализа­ции показателя — сигнал/шум.

Результаты и обсуждение

Установление факта облучения образца мяса (D) проводили расчетным путем по ГОСТу Р 52529-2006, в результате чего было выявлено, что факт облуче­ния — D меньше 1. Проведенными исследованиями не подтвержден факт облучения образца мяса говяди­ны, факт облучения подтверждается при выполнении условия: D больше 1. В образцах говядины в диапазо­не магнитного поля от 3260 до 3290 Гс присутствует незначительный сигнал ЭПР с амплитудой 4,09 е-05 (g-фактор = 2,0066) (рис. 2), который свидетельствует о наличии свободных радикалов, что возможно связа­но с возникновением прижизненных технологических и убойных стрессов у животных. В ходе эксперимента для анализа возможностей спектрометра проводилось сравнение спектров для необлученных и облученных образцов мяса кур (рис. 3). Доза облучения мяса птицы составляет 12 кГр.

 

Указанная доза выбрана, исходя из сложившейся практики признания безопасной дозой облучения во многих странах в 10-12 кГр. Эта технология, или по- другому радаппертизация, является промышленной стерилизацией пищевых продуктов для длительного хранения в обычных условиях, исключающих повтор­ное инфицирование микроорганизмами. При измерении ЭПР спектра в диапазоне магнит­ного поля от 3250 до 3300 Гс присутствует слабый сиг­нал ЭПР с амплитудой 7,28 е-05 и g-фактором 2,0054 шириной 10 Гс; расчетным путем установлено, что D меньше 1 (по ГОСТу Р 52529-2006). Такой фоновый сигнал может быть объяснен стрессом птицы, осо­бенностями кормления и другими факторами. После облучения дозой 12 кГр наблюдается пятикратное воз­растание амплитуды ЭПР сигнала, ширина увеличива­ется до 12 Гс, g-фактор становится равным g = 2,0045, появляются еще два сигнала с малой амплитудой и шириной 2 Гс, с g*=2,004 g2=1,998. Факт облучения также подтверждается расчетным путем: D больше 1.

Выводы

Полученные экспериментальные данные свиде­тельствует о том, что ЭПР Labrador Expert, разрабо­танный специалистами ООО «Спектр», возможно использовать для определения радиационной без­опасности мяса. В результате проведенных исследо­ваний не подтвержден факт облучения образца мяса говядины. Незначительный сигнал ЭПР с амплитудой 4,09 е-05 (g-фактор = 2,0066) свидетельствует о на­личии свободных радикалов, что возможно связано с возникновением прижизненных технологических и убойных стрессов у животных. Установлено, что об­лученные образцы мяса птицы (доза 12кГр) дают ярко выраженный спектр на спектрометре ЭПР, отлич­ный по амплитуде от исходных необлученных образ­цов. В диапазоне магнитного поля от 3250 до 3300 Гс присутствует слабый сигнал с амплитудой 7,28 е-05 и g-фактором 2,0054 шириной 10 Гс. Такой фоновый сигнал может быть объяснен стрессом птицы, осо­бенностями кормления и другими факторами. После облучения дозой 12 кГр наблюдается пятикратное воз­растание амплитуды ЭПР сигнала, ширина увеличива­ется до 12 Гс, g-фактор становится равным g = 2,0045, появляются еще два сигнала с малой амплитудой и шириной 2 Гс, с g1 = 2,004 g2 = 1,998. Факт облучения/ необлучения образцов также подтвержден расчетным путем по ГОСТу Р 52529-2006. Исходя из вышеизложенного, можно сделать за­ключение, что метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) является перспективным для осу­ществления контроля безопасности облученного мяс­ного сырья. Продолжение исследований мяса и мясо­продуктов методом ЭПР обусловлено необходимостью как для установления факта стерилизации (радуриза- ции/ радисидации ) отсутствия облучения, а также

This dose was selected based on the practice of recogniz­ing the radiation doses of 10-12 kGy as safe, which was es­tablished in many countries. This technology or, in other words, radappertization, is an industrial sterilization of food products for long-term storage under normal condi­tions precluding re-contamination by microorganisms. When measuring the EPR spectrum in the magnetic field range from 3250 to 3300 GS, it was found that there was a weak EPR signal with an amplitude of 7.28 e-05 and g-factor of 2.0054 and a width of 10 Gs; it was estab­lished by calculation that D was less than 1 (according to GOST R 52529-2006). This background signal can be ex­plained by stress in the birds, peculiarities of feeding and other factors. After irradiation with a dose of 12 kGy, a five-fold increase in the amplitude of the ESR signal was observed, the width increased to 12 Gs, g-factor became g=2.0045; two additional signals having a small amplitude and a width of 2 Gs, with g’= 2.004 and g2 =1.998 appeared. The fact of irradiation was also confirmed by calculation: D was higher than 1.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

  1. Fan Х., Sommers C.H. Food Irradiation Research and Technology. — NY.: WileyBlackwell. — 2012. — P. 472.
  2. Кодекс Алиментариус. Облученные продукты питания. Совместная программа ФАО/ВОЗ по стандартам на пищевые продукты. — М.: Весь Мир. — 2007. — С. 21.
  3. Костенко Ю.Г., Шурдуба Н.А.. Шагова Т.С., Телегина МД., Филатов В.И. Применение ионизирующих излучений для улуч­шения санитарно-микробиологических показателей мяса и мясных продуктов. — М.: Мясомолочная промышленность. — 1992. — С. 32.
  4. Чиж Т.В., Козьмин Г.В., Полякова Л.П., Мельникова Т.В. Радиационная обработка как технологический прием в це­лях повышения уровня продовольственной безопасности. // Вестник Российской Академии. Естественных наук. — 2011. — № 4. — С. 44-49.
  5. Kim B.H., Jang A., Lee S.O., Min J.S., Lee M. Combined effect of electronbeam (beta) irradiation and organic acids on shelf life of pork loins during cold storage. // Food Prot. — 2004. — V. 67, № 1. — P. 168-171.
  6. Орехова С.М., Нечипоренко А.П. Радуризация мышечной ткани свинины. //НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». — 2014. — № 1. — С. 273-283.
  7. Казиахмедов А. С. Ветеринарно-санитарная оценка ка­чества и безопасности мяса цыплят-бройлеров при обработ­ке ионизирующим излучением: автореферат дис… канд. вет. наук — М.: МГУПП, 2012. — C.
  8. О качестве и безопасности пищевых продуктов. Закон от 02.01.2000 № 29-ФЗ (в ред. от 13.07.2015.) / URL: https://gov. garant.ru (дата обращения: 08.2016).
  9. О продовольственной безопасности Российской Федера­ции. Доктрина, утв. указом Президента Российской Федера­ции от 30 января 2010 г. № 120 / URL: https://gov.garant.ru (дата обращения: 08.2016).
  10. О безопасности пищевой продукции. Технический регла­мент Таможенного союза ТР ТС 021/2011/ URL: http://www. tsouz.ru (дата обращения: 11.08.2016).
  11. Della Wai-mei Sin, Yiu-chung Wong, Wai-yin Yao M., Marchio- ni E. Identification and stability study of irradiated chicken, pork, beef, lamb, fish and mollusks hellsby electron paramagnetic reso­nance (EPR) spectroscopy / W. M. Sin [et al.] // European Food Research and Technology. — 2005. — № 221. — P. 684-691.

 

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Принадлежность к организации

Тимакова Роза Темерьяновна — канд. с.-х.наук, доцент кафедры туристического бизнеса и гостеприимства Института торговли, пищевых технологий и сервиса Уральского государственного эко­номического университета

620144, г. Екатеринбург, ул. 8 Марта/ул.Народной воли, д. 62/45 Тел.: 8-912-247-99-74 E-mail: trt64@mail.ru

Тихонов Сергей Леонидович — доктор технических наук, до­цент, заведующий кафедрой «Пищевая инженерия» Института торговли, пищевых технологий и сервиса Уральского государст­венного экономического университета 620144, г. Екатеринбург, ул. 8 Марта/ул.Народной воли, д. 62/45 Тел.: 8-912-227-69-89 E-mail: tihonov75@bk.ru

Тарарков Андрей Николаевич — директор ООО «Спектр» 620075, Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 145 Тел.: 8-912-246-34-15 E-mail: fic2000@mail.ru

Кудряшов Леонид Сергеевич — главный научный сотрудник, Всероссийский научно-исследовательский институт мясной про­мышленности им. В.М. Горбатова.

109316, Москва, ул. Талалихина, 26

Тел.: 8-903-627-33-06

E-mail: lskudryashov@yandex.ru

Критерии авторства

Тимакова Р. Т. провела обзор литературных источников по ис­следуемой проблеме, провела эксперимент, написала рукопись, корректировала ее до подачи в редакцию, несет ответственность за плагиат.

Тихонов С. Л. предложил методику проведения эксперимента. Кудряшов Л. С. корректировал и дополнял рукопись до момента подачи в редакцию.

Тарарков А. Н. организовал проведение испытаний.

Авторы в равных долях имеют отношение к написанию рукописи и одинаково несут ответственность за плагиат.

Ответственность за работу и предоставленные сведения несут все авторы.

Все авторы в равной степени участвовали в этой работе.

 


Последние новости

Sorry, the comment form is closed at this time.