Д

Агроинжен ер и я
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
Д
ля 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 5∙106…8∙108 КОЕ/г. Первичная сухая очистка,
которая включает ситовое сепарирование, аэродинамическое, вибрационно-пневматическое сепари20
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 %.
Вестник ФГОУ ВПО МГАУ № 1'2009
Электротехнологии, электрификация и автоматизация сельского хозяйства
3. Имеется возможность совмещения процессов
го сортов, а также зерно с высокой споровой наотволаживания и обработки энергией СВЧ-поля.
грузкой. При дозировке препарата «Ропал» 0,3 г
4. Предприятию не требуются дополнительные
на 100 г муки зараженность снижалась примерматериальные затраты на переоборудование техноно в 2…2,5 раза, а при увеличении дозы препаралогической линии.
та до 0,6 г на 100 г муки — в 8…10 раз (табл. 2).
Все виды продуктов переработки зерна имеют
В результате обработки энергией СВЧ-поля колиразной степени обсемененность спорами микроорчество жизнеспособных спор в муке уменьшалось
ганизмов. Лучший эффект обеззараживания присутв 8…10 раз. Максимальный обеззараживающий
ствует при обработке зерна, поскольку оно имеет
эффект был получен при обработке зерна с влажоптимальную влажность 15…16 %. Мука и отруби
ностью 14,5 %.
имеют влажность 13,5…14,5 %, при которой такТаким образом, внесение препарата «Ропал»
же происходит эффективное обезвреживание микснижает зараженность в 2…3 раза, но при высороорганизмов.
кой зараженности абсолютного обезвреживания
Зараженность снижается до безопасных предене происходит и остается высокая степень веролов при температуре нагрева 70…80 °C. В первом ваятности заболевания хлеба картофельной болезрианте доходит до нуля. Область эффективных режинью. Обработка СВЧ-энергией снижает споромов находится в плоскости: экспозиция τ = 75…85 с,
вую нагрузку бактерий до безопасных пределов,
скорость нагрева Δ = 0,6…0,8 °C/с (табл. 1).
хлеб не заболевал картофельной болезнью при терДля выявления эффективности обеззараживамостатировании в течение 80 ч при температуре
ния продуктов переработки зерна была использова37 °C.
на мука разных сортов. При обработке муки влажВ последние годы при разработке новых сорностью 12,4 % наблюдалось снижение зараженнотов хлеба и хлебобулочных изделий с целью обогасти в 2…5 раз. Но при высокой заспоренности (2000
щения их микро- и макроэлементами, а также друКОЕ/г) обработка на мягких режимах (варианты 3,
гими полезными веществами используют муку гру4, 8) неэффективна, и хлеб в любом случае заболеет
бого помола, муку второго сорта, дробленое зерно,
картофельной болезнью, независимо от СВЧ-обраотруби. Это сырье по результатам микробиологиботки, поскольку безопасным считается число до 200 КОЕ/г.
Таблица 1
В область безопасных предеВлияние СВЧ-энергии на зараженность зерна пшеницы
лов попадают режимы: экспозии продуктов его переработки спорами возбудителя рода Bacillus
ция τ = 60…90 с, скорость нагреЗараженность, КОЕ/г
ва Δ = 0,4…0,6 °C/с, температура
№ ваСкорость ТемператуЭкспозирианнагрева
ра нагрева
мука
67 °C и выше. В пробной выпечция τ, с
зерно
отруби
та
∆, °C/с
зерна t, °C
1 сорта
ке из обработанной муки при тем1
90
0,8
85
0
0
0
пературе 67 °C, скорости нагрева
2
90
0,4
70
118
100
200
0,6 °C/с и экспозиции 60 с хлеб,
3
30
0,8
57
720
600
800
находясь в провокационных усло4
30
0,4
33
960
700
1200
виях, не заболел картофельной бо5
60
0,8
80
50
0
100
лезнью.
6
60
0,4
50
230
180
400
Следующим этапом иссле7
90
0,6
78
200
100
320
дований стало проведение опы8
30
0,6
45
1100
900
1400
та по сравнительной оценке влия9
60
0,6
60
300
150
400
ния улучшителя окислительного
10
Контроль
1450
920
1600
действия и энергии СВЧ-поля
на развитие споровых бактерий
возбудителей картофельной боТаблица 2
лезни хлеба. В качестве улучшиВлияние методов деконтаминации продукции
теля был использован «Ропал»
от возбудителей Bacillus subtilis
с различной дозировкой и один
из вариантов опыта с СВЧ-возЗараженность продукции, КОЕ/г
Метод воздействия
действием. Для обработки выМука высМука
Мука
Зерно
шего сорта
1 сорта
2 сорта
бирались режимы, вызывающие
Ропал 0,3 г/100 г
2200
2500
1700
3600
максимальное обезвреживание,
Ропал 0,6 г/100 г
1000
1100
900
200
но при этом сохраняющие техСВЧ-энергия τ = 60 с,
нологические свойства муки.
Δ = 0,6 °C/с
450
430
380
50
В опыте использованы образцы
Контроль
4800
5200
3400
5200
муки высшего, первого и второВестник ФГОУ ВПО МГАУ № 1'2009
21
Агроинжен ер и я
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
τ = 60…90 с, скорость нагрева Δ = 0,8 °C/с. При экспозиции τ = 60 с и скорости нагрева Δ = 0,6 °C/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 3·103 КОЕ/г и обработанные при экспозиции τ = 60 с и скорости нагрева ∆ = 0,6 °C 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 ºС
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 ºС и влажности воздуха 75 %.
В результате анализа на зараженность возбудителями рода Bacilus заболевшим оказался хлеб
в контрольном варианте и в варианте с нагревом
муки до 45 °C. Эти данные подтверждают вывод
о том, что температура до 50 ºС 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 ºС/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 %.
22
При обработке муки со скоростью нагрева 0,4…0,6 ºС/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 ºС/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-обеззараживания 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.
Вестник ФГОУ ВПО МГАУ № 1'2009