CC BY
114
УДК 631.3; 631.53.02
Г.Г. Юсупова, канд. биол. наук, доцент, зав. отделом микробиологии и аналитических исследований ГНУ «Государственный научно-исследовательских институт хлебопекарной промышленности»
Р.Х Юсупов, доктор техн. наук, профессор
ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
ОБЕСПЕЧЕНИЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ МУКИ И ХЛЕБА ЭНЕРГИЕЙ СВЧ-ПОЛЯ
Для продуктов переработки зерна, главным образом, хлеба, характерно заражение вредоносными возбудителями бактериозов — спорообразующими бактериями рода Bacillus, вызывающими картофельную болезнь хлеба. Исключительная термоустойчивость спор приводит к тому, что они сохраняют жизнеспособность в процессе выпечки хлеба и вызывают у человека такие заболевания, как артриты, эндокардиты, перитониты, менингиты.
Под влиянием протеолитических ферментов бактерий образуются продукты распада белков, придающие хлебу резкий специфический запах. Такой хлеб непригоден ни в пищу человеку, ни на корм животным.
Нарастание инокулюма, развитие и распространение болезни ввиду высокой термостойкости споровых форм возбудителя отмечается во многих регионах и требует срочных мер по выявлению очагов инфекции, разработки системы фитосанитарного мониторинга и мероприятий по карантину [1].
В связи с высокой микробной контаминацией зерна возникла проблема микробиологической безопасности хлеба и хлебобулочных изделий.
Зерно, как живая экологическая система, подвержено влиянию внешних факторов, что часто приводит к снижению его качества и ухудшению технологических свойств. В полевых условиях предупредить неблагоприятное действие внешних факторов сложно. Низкое качество зерна и высокая контаминация усложняют его хранение, переработку и влияют на качество и безопасность готовой продукции (муки, хлеба).
Для обеззараживания можно использовать химические препараты, но в случае продовольственного зерна это не всегда приемлемо. Часто используют лучистую энергию, инфракрасные и ультрафиолетовые лучи. Однако эти методы обезвреживают только поверхностные микроорганизмы, а споры их остаются неуязвимыми. Поэтому зерно формируемых помольных партий поступает с высокой степенью зараженности. Общее микробное число составляет 5106...8108 КОЕ/г. Первичная сухая очистка, которая включает ситовое сепарирование, аэродинамическое, вибрационно-пневматическое сепари-
20
рование, сепарирование по длине и ширине, несколько снижает зараженность. При этом происходит удаление пыли, больных и травмированных зерен, отличающихся от здоровых по весу и размерам, а также поверхностной инфекции со здоровых семян.
При влажной вторичной очистке зерна, его промывании часть поверхностных микробов смывается водой. Но при взаимодействии с водой происходит вторичное заражение здоровых зерен. Поэтому заметного снижения зараженности не наблюдается. Поступившая на стадию гидротермической обработки зерновая масса имеет зараженность 8 ■ 106 „.1 ■ 107 КОЕ/г. После проведения технологического процесса, который длится в течение 8...12 ч, общее микробное число составляет 1 млн КОЕ/г.
В условиях повышенной влажности и температуры микробы активизируются, а набухшие споры готовятся к прорастанию. В данной ситуации действенными окажутся термические методы с высокой скоростью нагрева и не вызывающие денатурации белка. Таковым является метод обеззараживания энергией СВЧ-поля. Априорные исследования доказали целесообразность использования СВЧ-обеззараживания на стадии стабилизации влажности зерна. Обработка зерна, прошедшего этапы первичной сухой очистки и вторичной очистки — гидротермической обработки, находящегося на стадии стабилизации влажности и имеющего общую зараженность до 1 млн КОЕ/г, энергией СВЧ-поля может уменьшить количество микробов до нуля [2].
Обработку СВЧ-энергией целесообразно проводить, наряду с имеющимися в технологии этапами очистки, именно на стадии стабилизации влажности по нескольким причинам:
1. Первичная сухая очистка зерна устраняет большинство примесей (пыль, сечку, дробленое зерно), что повышает эффективность обеззараживания.
2. На этапе обработки водой происходит дальнейший смыв поверхностных микробов, и зерно вступает в стадию стабилизации и отволаживания с влажностью 15,5.16,5 %.
3. Имеется возможность совмещения процессов отволаживания и обработки энергией СВЧ-поля.
4. Предприятию не требуются дополнительные материальные затраты на переоборудование технологической линии.
Все виды продуктов переработки зерна имеют разной степени обсемененность спорами микроорганизмов. Лучший эффект обеззараживания присутствует при обработке зерна, поскольку оно имеет оптимальную влажность 15.16 %. Мука и отруби имеют влажность 13,5.14,5 %, при которой также происходит эффективное обезвреживание микроорганизмов.
Зараженность снижается до безопасных пределов при температуре нагрева 70.80 °С. В первом варианте доходит до нуля. Область эффективных режимов находится в плоскости: экспозиция т = 75.85 с, скорость нагрева Л = 0,6.0,8 °С/с (табл. 1).
Для выявления эффективности обеззараживания продуктов переработки зерна была использована мука разных сортов. При обработке муки влажностью 12,4 % наблюдалось снижение зараженности в 2.5 раз. Но при высокой заспоренности (2000 КОЕ/г) обработка на мягких режимах (варианты 3, 4, 8) неэффективна, и хлеб в любом случае заболеет картофельной болезнью, независимо от СВЧ-обра-ботки, поскольку безопасным считается число до 200 КОЕ/г.
В область безопасных пределов попадают режимы: экспозиция т = 60.90 с, скорость нагрева Л = 0,4.0,6 °С/с, температура 67 °С и выше. В пробной выпечке из обработанной муки при температуре 67 °С, скорости нагрева
0,6 °С/с и экспозиции 60 с хлеб, находясь в провокационных условиях, не заболел картофельной болезнью.
Следующим этапом исследований стало проведение опыта по сравнительной оценке влияния улучшителя окислительного действия и энергии СВЧ-поля на развитие споровых бактерий возбудителей картофельной болезни хлеба. В качестве улучши-теля был использован «Ропал» с различной дозировкой и один из вариантов опыта с СВЧ-воз-действием. Для обработки выбирались режимы, вызывающие максимальное обезвреживание, но при этом сохраняющие технологические свойства муки.
В опыте использованы образцы муки высшего, первого и второ-
го сортов, а также зерно с высокой споровой нагрузкой. При дозировке препарата «Ропал» 0,3 г на 100 г муки зараженность снижалась примерно в 2.2,5 раза, а при увеличении дозы препарата до 0,6 г на 100 г муки — в 8.10 раз (табл. 2). В результате обработки энергией СВЧ-поля количество жизнеспособных спор в муке уменьшалось в 8.10 раз. Максимальный обеззараживающий эффект был получен при обработке зерна с влажностью 14,5 %.
Таким образом, внесение препарата «Ропал» снижает зараженность в 2.3 раза, но при высокой зараженности абсолютного обезвреживания не происходит и остается высокая степень вероятности заболевания хлеба картофельной болезнью. Обработка СВЧ-энергией снижает споровую нагрузку бактерий до безопасных пределов, хлеб не заболевал картофельной болезнью при тер-мостатировании в течение 80 ч при температуре 37 °С.
В последние годы при разработке новых сортов хлеба и хлебобулочных изделий с целью обогащения их микро- и макроэлементами, а также другими полезными веществами используют муку грубого помола, муку второго сорта, дробленое зерно, отруби. Это сырье по результатам микробиологи-
Таблица 1
Влияние СВЧ-энергии на зараженность зерна пшеницы и продуктов его переработки спорами возбудителя рода Bacillus
№ варианта Экспозиция т, с Скорость нагрева А, °С/с Температура нагрева зерна t, °С Зараженность, КОЕ/г
зерно мука 1 сорта отруби
1 90 0,8 85 0 0 0
2 90 0,4 70 118 100 200
3 30 0,8 57 720 600 800
4 30 0,4 33 960 700 1200
5 60 0,8 80 50 0 100
6 60 0,4 50 230 180 400
7 90 0,6 78 200 100 320
8 30 0,6 45 1100 900 1400
9 60 0,6 60 300 150 400
10 Контроль 1450 920 1600
Таблица 2
Влияние методов деконтаминации продукции от возбудителей Bacillus subtilis
Зараженность п родукции, КОЕ/г
Метод воздействия Мука высшего сорта Мука 1 сорта Мука 2 сорта Зерно
Ропал 0,3 г/100 г 2200 2500 1700 3600
Ропал 0,6 г/100 г 1000 1100 900 200
СВЧ-энергия т = 60 с, А = 0,6 °С/с 450 430 380 50
Контроль 4800 5200 3400 5200
ческих исследований имеет более высокую зараженность микроорганизмами по сравнению с мукой высшего и первого сорта, поэтому оно нуждается в дополнительном обеззараживании. В связи с этим в опыте исследовалась мука второго сорта твердой пшеницы.
В результате исследования выявлено, что обезвреживающими режимами являются: экспозиция т = 60.90 с, скорость нагрева Л = 0,8 °С/с. При экспозиции т = 60 с и скорости нагрева Л = 0,6 °С/с количество спор снижается в четыре раза, но при зараженности 450 КОЕ/г существует опасность развития картофельной палочки в хлебе.
Для пробной выпечки взяты образцы муки, зараженные картофельной болезнью с численностью возбудителей 3103 КОЕ/г и обработанные при экспозиции т = 60 с и скорости нагрева Л = 0,6 °С в трехкратной повторности.
Выпеченный хлеб по вариантам опыта через 4 ч разделили на три партии. Первую партию исследовали на зараженность картофельной болезнью (термостатирование при температуре 37 °С в течение 36 ч). Вторую партию хлеба исследовали по технологическим показателям. В процессе эксперимента определялись органолептические и физико-химические показатели. Третья партия была упакована в герметичную упаковку и помещена на хранение при температуре 22 °С и влажности воздуха 75 %.
В результате анализа на зараженность возбудителями рода ВасПш заболевшим оказался хлеб в контрольном варианте и в варианте с нагревом муки до 45 °С. Эти данные подтверждают вывод о том, что температура до 50 °С не снижает численность возбудителей, в остальных вариантах опыта заболевание не проявилось. Через 36 ч заболевшими оказались образцы третьего и шестого вариантов, остальные образцы не подверглись изменениям в течение 96 ч термостатирования.
Уменьшение объема хлеба, бледная корка, плотный неэластичный мякиш со слабо развитой пористостью отмечен в вариантах при жестких режимах обработки (скорость нагрева 0,8 °С/с и экспозиция 90 с). Эти режимы отрицательно влияют на структурно-механические свойства клейковины, уменьшая активность амилолитических ферментов и снижая сахарообразующую способность муки, что доказано выявленным дефектом хлеба. При этом в ходе технологического процесса увеличивается продолжительность окончательной растойки (выдержки в растоечных шкафах). Пористость хлеба составляет 66 %, что ниже, чем у контрольного образца, на 2 %.
При обработке муки со скоростью нагрева 0,4.0,6 °С/с и экспозицией 30.60 с продукция по качеству не отличалась от контроля. Хлеб имел сухой эластичный мякиш, с развитой пористостью. По объему и пористости показатели оказались выше, чем у контрольных образцов.
Обработанная при скорости нагрева 0,6 °С/с и экспозиции 60 с продукция по качественным показателям превышала контроль, хлеб имел эластичный мякиш, с развитой пористостью, по объему и пористости выше контрольного. Активность альфа-амилазы не изменялась, объемный выход хлеба был выше по сравнению с контрольным образцом.
Обработка муки по вариантам опыта 5, 7, 9 выявила режимы, которые обезвреживают микроорганизмы до безопасных пределов, предотвращают развитие картофельной болезни хлеба, но при этом сохраняют качество продукции.
В общем случае, хлеб, выпеченный из муки, обработанной в условиях жестких, слабых и средних режимов, не уступал по качеству контрольному варианту. Образцы имели золотистый цвет, тонкую ровную корку, равномерную тонкостенную пористость и удельный объем на уровне контроля.
Выводы
1. В ходе эксперимента решены три основные задачи:
• обезвреживание возбудителей картофельной болезни хлеба;
• влияние термического СВЧ-обеззаражива-ния на технологические свойства основного сырья;
• влияние СВЧ-обработки сырья на качественные показатели хлеба.
2. С целью предотвращения развития возбудителей плесени и картофельной болезни хлеба обработку следует проводить на этапе стабилизации влажности перед подачей зерновой массы на размол.
Список литературы
1. Юсупова, Г.Г. Экологически чистый метод предупреждения картофельной болезни хлеба / Г.Г. Юсупова [и др.] // Мат-лы Междунар. симп.: Федеральные и региональные аспекты в области здорового питания. — Кемерово, 2002. — С. 89-91.
2. Юсупова, Г.Г. Использование СВЧ-энергии при разработке технологии диетических сортов хлеба / Г.Г. Юсупова [и др.] // Мат-лы Междунар. симп.: Федеральные и региональные аспекты в области здорового питания. — Кемерово, 2002. — С. 91-93.
