Влияние ионизирующих излучений на продукты питания Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»
Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Петриченко Л. К., Васильева А. Г.
Текст научной работы на тему «Влияние ионизирующих излучений на продукты питания»
зления нов и рацию хноло-шжахь вимо с компь-нариях ¡стиро-
ВЛИЯНИЕ ИОНИЗИР УЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИИ НА ПРОДУКТЫ ПИТАНИЯ
Л.К. ПЕТРИЧЕНКО, А. Г. ВАСИЛЬЕВА
Кубанский государственный технологический университет Институт экономики, права и естественных специальностей
Современные технологии обработки сельскохозяйственного сырья и продуктов питания с целью продления сроков хранения, кроме традиционных способов -сушки, консервирования высокими либо низкими температурами, а также химическими соединениями, предусматривают использование различных видов ионизирующих излучений [1, 2]. Такая обработка разрешена более чем в 30 странах (США, Канада, Голлан-дия, Франция, Польша, Венгрия, СНГ и др.), причем перечень продуктов, которые подвергаются облучению, постоянно расширяется [3].
Ионизирующие излучения, воздействуя на микрофлору, способны обеспечить полную стерильность продукта. Это позволяет намного сократить применение химических консервантов, которые в большинстве своем являются чужеродными для организма человека [4-9]. Кроме того, ионизирующее излучение ингибирует прорастание овощей, замедляет созревание фруктов и тем самым удлиняет сроки их хранения [10-13], уничтожает зерновых вредителей и вредителей сушеных фруктов, овощей и пищевых концентратов [14-16].
Применение ионизирующих излучений для обработки пищевых продуктов по сравнению с традиционными способами консервирования требует меньших затрат при большей эффективности воздействия.
Широкое использование для обработки пищевых продуктов ионизирующих излучений вызывает у ряда исследователей некоторую настороженность. В связи с этим обобщение результатов изучения воздействия ионизирующих излучений на продукты питания является вполне обоснованным.
Стерилизующий эффект такой обработки зависит от вида микроорганизмов. Малые дозы облучения не приводят к гибели последних, а лишь угнетают их жизнедеятельность. Большие дозы облучения, вызывающие гибель микроорганизмов, способны оказывать негативное воздействие на пищевую ценность и органолептические показатели облученных продуктов [11]. Уменьшение количества грибов и дрожжей достигается дозой 0,1-0,5 Мрад, для инактивации гнилостных и патогенных микроорганизмов необходима доза 4-6 Мрад [4, 17].
Ионизирующее излучение приводит к изменениям в химическом составе продуктов. Обычно молекулы воды возбуждаются и ионизируются в гораздо большей степени, чем другие компоненты. Установлено, что возбужденные и ионизированные молекулы воды
образуют свободные радикалы и молекулярные продукты. Упрощенная формула этих реакций выглядит следующим образом:
+ 0,71 Н202 + 2,7 Н30+, где ОН' иН’ - нейтральные свободные гидроксильные радикалы и атомы водорода; е гадР - гидратированный электрон, который был обнаружен в 1958-1963 гг.;
Н2, Н202 и Н30+ - молекулярный водород, пероксид водорода и ионы водорода [18-20].
Присутствие кислорода в облучаемой среде способствует более значительному распаду воды и образованию большего количества пероксидных соединений.
Основными продуктами радиолиза воды, действие которых в значительной степени определяет химический эффект облучения, являются гидроксильные радикалы, гидратированные электроны и атомы водорода.
Гидроксильные радикалы способны присоединяться к ароматическим и олефиновым соединениям, отбирать атомы водорода из связей углерод-водород в алифатических соединениях, например в спиртах, углеводах, карбоновых кислотах, эфирах, альдегидах, кетонах, аминокислотах и т. п., присоединять атомы водорода при разрыве связи сера-водород. Таким образом, при наличии в системе как ароматических, так и алифатических компонентов (например в белках или нуклеиновых кислотах) некоторые гидроксильные радикалы реагируют по типу присоединения, а некоторые - по типу отрыва. В любом случае продуктом реакции является органический свободный радикал.
В объектах, содержащих более одного компонента, воздействие гидроксильных радикалов распределяется в зависимости от молярной концентрации соединений, входящих в систему. Данные радикалы довольно неселективны, поэтому они реагируют главным образом с теми веществами, которые присутствуют в избытке. Следовательно, основные компоненты защищают более мелкие от воздействия гидроксильных радикалов.
Другим основным реакционноспособным элементом в облученных системах, содержащих воду, являются гидратированные электроны. Они более селективны, чем гидроксильные радикалы, поэтому не всегда взаимодействуя с главными компонентами системы могут вступать в реакцию с витаминами, пигментами и т. п. Однако с веществами, имеющими низколежащие свободные орбитали (большинство ароматических соединений, карбоновые кислоты, альдегиды, кетоны, тиолы и дисульфиды), соединяются очень быстро.
Гидратированные электроны слабо реагируют с алифатическими спиртами и углеводами. В белках они соединяются с остатками гистидина, цистеина, цисти-на и с некоторыми другими аминокислотами, но существенных реакций не дают.
Реакции атомов водорода занимают промежуточное положение междуг реакциями гидроксильных радикалов и гидратированных электронов. Как и гидроксильные радикалы, они могут соединяться с ароматическими и олефиновыми соединениями, хота скорость этих реакций в несколько раз ниже, чем у гидроксильных радикалов. В белках их основные реакции направлены на серосодержащие и ароматические аминокислоты.
Первичные процессы ионизации, протекающие в объектах, содержащих значительное количество влаги, завершаются примерно через Ю^-Ю^с, при этом образуются молекулы новых органических соединений и свободные органические радикалы. Эти радикалы образуются как косвенно, под влиянием гидроксильных радикалов, гидратированных электронов и атомов водорода, так и в результате прямого действия облучения.
Присутствие свободных органических радикалов в облученном продукте может вызвать разнообразные реакции. Они могут редуцировать второстепенные компоненты; отделять атомы водорода от тиолов и спиртов; взаимодействовать с кислородом с образованием пероксидных радикалов; распадаться с образованием новых радикалов, вызывая цепную реакцию; реагировать друг с другом посредством димеризации или диспропорционирования, образовывая новые продукты [19].
Время жизни радикалов зависит от содержания влаги, температуры и наличия кислорода. Подвижные радикалы обычно исчезают, оставляя относительно стабильные химические продукты облучения основных компонентов пищевых продуктов - белков, липидов, углеводов и т. д. [18, 20].
В результате воздействия излучения на белки может произойти разрыв водородных связей молекулы белка с последующим ее развертыванием; агрегация или диссоциация на более мелкие элементы, либо фрагментация. При некоторых изменениях химически активные группы становятся более доступными для реакций или изменяются настолько, что исчезают. Появляется возможность для реакций продуктов радиолиза белков с другими веществами, входящими в белковую среду, с образованием новых соединений, не характерных для конкретных продуктов. Все это приводит к исчезновению обычных свойств белка: ферменты могут потерять свою активность, хромопротеиды — изменяют цвет и т. п. [21].
Белок, представляющий собой сложный биополимер, построен из аминокислот, радиочувствительность которых зависит от длины углеродной цепочки алифатических кислот, наличия в молекуле аминокислоты
БН-группы, ароматического кольца, положения аминогруппы в молекуле кислоты и др.
Продуктами радиолиза аминокислот являются аммиак, карбоновые кислоты, амины и углекислый газ, образующиеся в результате их восстановительного дезаминирования и декарбоксилирования. Распад аминокислот, в том числе незаменимых, снижает пищевую ценность облучаемых продуктов [22].
Различна чувствительность аминокислот в свободном состоянии и включенных в белковую молекулу. Тирозин белка при облучении разрушается быстрее, чем свободный, а фенилаланин, аргинин, пролин и гистидин в составе белка более устойчивы. В свободном состоянии особо чувствительны к ионизирующему излучению серосодержащие аминокислоты, имеющие в своехм составе тиоловую или дисульфидную группы. Ароматические и гетероциклические аминокислоты по чувствительности к ионизирующему излучению могут быть поставлены в следующий ряд: гистидин > фенилаланин > тирозин > триптофан, а наиболее стабильны по отношению к облучению пролин и оксипро-лин [23].
Облучение жиров приводит к аутоокислительным изменениям, ведущим к образованию типичных продуктов окисления, и неокислительным радиологическим изменениям, в результате которых образуются специфические радиолитические соединения. В нормальных условиях некоторые из этих изменений могут происходить одновременно, и их эффекты суммируются, причем роль каждого из них в общем радиолизе зависит от условий облучения.
Облучение ускоряет процесс аутоокисления, особенно в присутствии кислорода во время и после облучения. Продукты, обнаруженные в облученных жирах, идентичны тем, которые обычно присутствуют в необ-лученных, но окисленных жирах. Степень окислительных изменений при облучении зависит от факторов, которые (за исключением дозы облучения) также типичны для окисления без облучения - температуры, присутствия или отсутствия кислорода, катализаторов, антиокислителей, состава жира и т. д.
Облучение натуральных жиров приводит к образованию гомологического ряда углеводородов, альдегидов, метиловых и этиловых эфиров и свободных жирных кислот.
Углеводороды представлены полным гомологиче-скимрядом С1 - Сп н-алканов, С2- Сп - 1-алкенов, некоторыми внутреннененасыщенными моноенами и, в отдельных случаях, полиенами; альдегиды - нормальными алканшхями с той же длиной цепи, что и у основных компонентов жирных кислот, а образующиеся в наибольшем количестве метиловые и этиловые эфиры - теми, которые соответствуют преобладающим насыщенным кислотам в жире.
В молекуле триглицерида радиолитическое расщепление происходит избирательно в пяти точках около карбоксильной группы (1-5) и беспорядочно во всех остальных связях С - С жирнокислотного остатка (6-9)