Катодный луч, он же электронный луч – один из нетермальных методов обработки пищевой продукции. Такое облучение уничтожает патогены и увеличивает срок годности продукта.
1. Как это работает
Электронный или катодный луч, как понятно из обоих названий, состоит из электронов, генерируемых катодом в линейном электронном ускорителе. Положительно и отрицательно заряженные резонаторы, расположенные в этом ускорителе, влияют на скорость электронного потока, увеличивая её до 0.9999с (с – скорость света в вакууме).
На выходе из электронного ускорителя электроны проходят через сканирующий магнит, который придаёт электронному лучу требуемую форму и направление. В таком виде луч и контактирует с пищевым продуктом, высвобождая ионы из молекул, находящихся в нём.
2. Как луч воздействует на продукт
Катодный луч вызывает эффекты прямой и косвенной ионизации. Прямая ионизация происходит при контакте электронов с молекулами в продукте: он приводит к ионизации соседних молекул до тех пор, пока лишняя энергия не будет потрачена. Такая ионизация вызывает разрушение двойных спиралей ДНК. Это значит, что катодный луч можно использовать для деактивации патогенов и других вредных организмов, из-за которых продукт может испортиться.
Косвенная ионизация – это расщепление молекул воды, приводящее к появлению свободных радикалов: пероксида водорода, гидрированных электронов и протонов. Эти свободные радикалы также повреждают ДНК микроорганизмов, хотя и в меньшей степени, чем процесс прямой ионизации.
Оба вида ионизации не меняют температуру продукта, поэтому катодный луч считается нетермальным способом обработки. Иногда такую обработку даже называют «холодной пастеризацией».
3. Какие продукты обрабатывают катодным лучом?
3.1. Морепродукты
Катодные лучи часто применяют в производстве рыбы и других морепродуктов для их стерилизации без изменения температуры и состава. Необходимая доза излучения, обычно измеряемая в килогрэях (кГр), зависит от числа D – параметра, который есть у каждого микроорганизма и означает дозу излучения, которая его деактивирует. Так, у клебсиеллы – бактерии, которая часто встречается в рыбе и вызывает пневмонию – D варьируется от 0.116 до 0.277 кГр.
К другим патогенам, которые чаще всего встречаются в замороженной и охлаждённой рыбе, относятся сальмонелла, кампилобактер и кишечная палочка. Все эти патогены деактивирует излучение в 2-6 кГр. Верхний предел устанавливают, чтобы физические и химические изменения в самом продукте, вызванные излучением, были незначительными. В случае морепродуктов катодный луч конвертирует оксимиоглобин в метмиоглобин, придавая им коричневый цвет.
3.2. Мясо
Излучения в 4.5 кГр для свежего мяса и в 7 кГр для замороженного достаточно для уничтожения и деактивации патогенов, обычно встречающихся в мясных продуктах. Кроме того, в 2015 году было установлено, что катодный луч ещё и деактивирует вирус птичьего гриппа.
3.3. Вода
Катодные лучи применяют для обработки как питьевой, так и сточной воды. Доза в 2-3 кГр уничтожает 90% бактерий из групп кишечной палочки. Питьевая вода входит в состав большинства сложных продуктов, но зачем обрабатывать сточную воду? Для того, чтобы патогены в ней не проникли в почву и не заразили другие продукты (как растительного, так и животного происхождения).
3.4. Фрукты и овощи
Такой способ борьбы с патогенами во фруктах и овощах ещё более актуален, чем в случае мяса, потому что эти продукты очень часто едят сырыми. Однако катодные лучи также используют как способ их консервации.
Витамины чувствительны к излучению, и возникает законный вопрос: не станет ли продукт менее полезным? В 2006 году китайский биолог Жао Йонгфу проверил, как электронный луч влияет на содержание витамина С в апельсинах, яблоках и луке. Потери оказались значительными (около 30%) только в апельсинах и в случае больших доз (4-6 кГр). Он сделал вывод, что в большинстве случаев польза от катодного облучения перевешивает вред: уничтожение вредных микроорганизмов означает, что фрукт или овощ будет терять меньше витаминов при хранении.
Дозы излучения, применяемые для фруктов и овощей, такие:
- 0.05-0.15 кГр для деактивации микроорганизмов
- 0.15-1 кГр для замедления процесса созревания (актуально для бананов и другой продукции, которая после созревания становится скоропортящейся)
- 1-3 кГр для увеличения срока годности
- 1-7 кГр для уничтожения вредителей и паразитов, которые живут в мякоти и семенах
Применение электронного луча для борьбы с насекомыми на этапе выращивания – это один из способов сократить использование пестицидов (а значит, и их содержание в конечном продукте).
3.5. Биоразлагаемые упаковки
Биоразлагаемой считается упаковка, которая при попадании в почву или воду расщепляется микроорганизмами на минералы, углекислый газ и воду. К сырью для таких упаковок относится полиэтановая кислота (ПЭК), которая придаёт им термоустойчивость и прочность. Этими качествами ПЭК не обладает изначально: она получает их под воздействием электронного луча, который вызывает реакцию между полимерными цепочками, аналогичную вулканизации.
Доза облучения для ПЭК намного выше, чем для пищевых продуктов – около 50 кГр.
3.6. Стерилизация упаковок
Стерилизация упаковочных материалов катодным лучом считается передовой технологией, которая опережает даже требования, указанные в нормативах. Доза в 5-7 кГр эффективна против плесени, дрожжей и их спор; эти грибки подлежат уничтожению как можно раньше, потому что следы их жизнедеятельности делают продукт вредным и, в отличие от патогенов, не уничтожаются термообработкой. Такая технология позволяет дезинфицировать упаковки без применения традиционных химикатов (например, пероксида водорода).
4. Катодный луч против рентгена: что эффективнее?
Ионизующее облучение продуктов для уничтожения патогенов и увеличения срока годности – не новинка. Раньше для этой цели применяли гамма-лучи и рентгеновские лучи, но по сравнению с ними катодный луч обладает рядом преимуществ.
В отличие от гамма-лучей, катодный луч не требует кобальта-60 или иных радиоактивных материалов: для его работы нужно лишь коммерческое электричество. Это значит, что в программу безопасности пищевой продукции не придётся включать меры по хранению, обработке или выбросу радиоактивных материалов.
Катодный луч включается и выключается гораздо быстрее, чем гамма- или рентгеновский луч. В случае отклонения дозы излучения от нормы его можно мгновенно выключить, и количество бракованного продукта будет меньше, чем при неправильной работе рентгеновской установки.
Катодный луч не только включается, но и работает быстро: для эффективного облучения пищевых продуктов достаточно нескольких секунд, а применение рентгеновского и гамма-излучения занимает несколько часов.
Ещё одно преимущество катодного луча в том, что можно с большой точностью настраивать его плотность и размеры, что позволяет использовать одинаковые установки для разных целей в разных точках линии производства.
Основной недостаток катодных лучей в том, что они проникают не так глубоко в продукт, как рентгеновские. Перед тем, как начинать применение катодного луча, необходимо протестировать глубину его проникновения в целевой продукт. Возможно, вместо одного луча потребуется два, направленных с разных сторон и включаемых одновременно.
5. Заключение
Итак, катодный луч – это эффективный, безопасный и безотходный способ обеззараживания пищевых продуктов и увеличения их срока годности с сохранением большей части их полезного состава.
На территории России применение катодного луча, рентгена и гамма-луча регулирует ГОСТ 33340-2015 «Пищевые продукты, обработанные ионизирующим излучением», устанавливающий максимально допустимую дозу излучения в 10 кГр.
Катодный луч считается передовой технологией по сравнению с другими видами облучения, используемыми в пищевой промышленности, потому что работает быстро и не создаёт радиоактивные отходы.
Низкий уровень проникновения катодного луча означает, что он не всегда эффективен сам по себе. Многие компании, использующие эту технологию (большинство из них находится в Китае, Чили, ЮАР и США), совмещают её с термообработкой или охлаждением для максимизации сроков годности продуктов.
Источник: crispy.news
