Совершенствование технологии расфасовки молочной продукции путем обеззараживания потребительской тары импульсным ультрафиолетовым излучением

Сохранение пищевых продуктов без снижения их качества – это один из важнейших вопросов обеспечения населения России сбалансированным питанием в тече­ние круглого года, в различных условиях деятельности и обитания человека.

Допустимые сроки хранения, в основном, определя­ют природа и структура молока и молочных продуктов. Одними из направлений обеспечения их качества и сохранности являются правильно выбранная упаковка и условия расфасовки. В соответствии с Федеральным законом №88-ФЗ «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» молоко и продукты его перера­ботки, предназначенные для реализации, должны быть расфасованы, упакованы в тару или упаковку, изготов­ленную из экологически безопасных материалов, разре­шенных федеральным органом исполнительной власти. Однако даже изначально стерильная потребительская тара в результате перепадов температур, возможного образования конденсата в процессе транспортирования, хранения, использования и других влияющих факторов, может подвергаться повторному обсеменению.

Перспективным и рациональным способом обез­зараживания упаковочных полимерных материалов является их асептическая обработка непосредственно перед розливом либо упаковыванием молочной продук­ции. В мировой и отечественной практике наиболее распространенными методами обработки поверхностей материалов является их обеззараживание реагентными (использование перекиси водорода, надуксусной кис­лоты, а так же их смеси) или безреагентными (ультрафи­олетовое излучение) способами, либо их комбинацией. Механизмы воздействия этих методов на упаковочные полимерные материалы, входящие в состав упаковки, исследованы недостаточно.

Под асептической обработкой и упаковкой подразу­мевается наполнение стерилизованного обычными мето­дами продукта в стерилизованную же тару с герметичным запечатыванием в стерильной среде. Под расфасовкой понимают процесс упаковывания молочной продукции на фасовочном оборудовании.

В современной фасовочной технике используются четыре основных типа обеззараживающих воздействий, которые в технической литературе обычно называют clean, ultra clean,super clean, aseptic.

Обеззараживание УФ-излучением имеет ряд преиму­ществ по сравнению с альтернативными методами обработки. В отличие от химических реагентов, потоки ультрафиолета не приводят к образованию токсинов и различного рода остатков и не изменяют химического состава, вкуса, запаха и показателей кислотности обрабатываемой жидкости. Это особенно важно для молочной промышленности, где добавление химических веществ к участвующей в тех­нологическом процессе воде может привести к появлению постороннего привкуса, запаха и изменит, тем самым, химический состав самого продукта.

В ГНУ ВНИМИ ведутся работы по исследованию влияния импульсного ультрафиолетового излучения на полимерные упаковочные материалы. В качестве источников излучения использовались ксеноновые лампы, исходные данные которых (напряжение источ­ника излучения (кВт) и поверхностная доза облучения (мДж/см²)) представлены в таблице 1.

Как известно, традиционно применяемое в фасовоч­ной технике ультрафиолетовое (УФ)-излучение в диапа­зоне 205 – 315 нм обладает бактерицидной активностью, причем максимальное значение относительной спект­ральной бактерицидной эффективности приходится на длину волны 254 нм. Однако ртутные лампы обладают узким спектром и не в состоянии действовать во всем бактерицидном диапазоне длин волн. В отличие от них импульсные ксеноновые источники позволяют получать кратковременные мощные импульсы излучения, что дает возможность заметно снизить время обработки. При этом бактерицидная эффективность импульсных ламп заметно выше, чем ртутных.

В некоторых видах фасовочной техники бактерицид­ную УФ-лампу располагают над упаковочным объектом, например, над стаканчиком. Исследования показали, что при этом более интенсивному воздействию подвергается торцевая площадка, предназначенная для герметичного приваривания крышки. В то же время, в области донышка стаканчика, где может находиться нежелательная микро­флора, требуемого уровня бактерицидного эффекта не обнаружено (особенно при высокой производительности оборудования).

Возможен принципиально другой способ ориентации лампы, основанный на предпосылке, что условие равно­мерного облучения внутренней поверхности полимерной тары цилиндрической формы обеспечивает цилиндри­ческий источник света, расположенный вдоль ее оси. Наиболее близкой к этим условиям облучения и тех­нически просто реализуемой является схема, в которой используется спиральная или U–образная импульсная лампа. Стенки колбы источника должны быть оптималь­но приближены к боковым поверхностям и донышку стаканчика для выравнивания светового потока.

Наиболее перспективными в техническом и техноло­гическом аспектах среди источников УФ-излучения света такого типа являются импульсные ксеноновые лампы. Длины волн, генерируемые высокотемпературной ксеноновой плазмой, непрерывно перекрывают весь диапазон исследуемого спектра длин волн (180- 5000 нм), обладая, к тому же, высокой интенсивностью излучения.

В таблице 2 приведены результаты определения бактерицидного эффекта от облучения поверхности образцов импульсным источником.

Эффект значительно возрастает с увеличением поверх­ностной дозы облучения (эффективность гибели клеток составила от 1•104 до 1•109 КОЕ/см³).

Излучение полного спектра импульсной ксеноновой лампы (180 – 5000 нм) оказывает летальное действие на E. coli 675 при относительно невысоких дозах (при величине поверхностной дозы до 64 мДж/см² гибель клеток происходит на девять порядков), что можно объ­яснить присутствием в спектре излучения света с длиной волны 260-265 нм (коротковолновые ультрафиолетовые волны, обладающие наибольшей бактерицидной актив­ностью).

Полученные результаты микробиологических иссле­дований свидетельствуют, что обработка ультрафиолетом полностью уничтожает БГКП, дрожжи, существенно снижает уровень обсемененности плесневыми грибами, при этом бактерицидное излучение менее эффективно, чем импульсное.

С целью оптимизации процесса обеззараживания поверхности образцов из полимерных материалов им­пульсным УФ-излучением была построена математичес­кая модель процесса обеззараживания в зависимости от следующих основных параметров: поверхностная доза облучения мДж/см², расстояние от источника излучения до обеззараживаемой поверхности, времени воздействия УФ-излучения (рис.1).

Анализ уравнений поверхности отклика показывает, что оптимальными параметрами процесса обеззара­живания являются: поверхностная доза облучения от 18 до 25 мДж/см², расстояние от источника излуче­ния до поверхности упаковочного материала от 3,5 до 12,5 см. Увеличение поверхностной дозы облучения с 25 до 64 мДж/см² приводит к ухудшению санитарно-гигиенических свойств упаковочного материала. Появляется запах водных вытяжек и наблюдается сверхнормативная миграция мономера стирола, что может негативно отразиться на качестве расфасованного молочного продукта.

Исходя из сказанного выше, можно сделать опреде­ленный вывод, что при воздействии УФ-излучения при обеззараживании поверхностей упаковочных материалов можно достигнуть бактерицидного эффекта, равного 99,9999%. При этом установлено, что для его достижения при наличии импульсного источника требуется 0,7 с. Для получения аналогичного эффекта с использованием УФ-излучения от лампы постоянного горения требуется 1800 с, что является неприемлемым в промышленных условиях расфасовки продукции.

О.Б. ФЕДОТОВА, Д.М. МЯЛЕНКО,
ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии