36. Использование ионизирующих излучений при переработке продукции.

При гамма-облучении растительного и животного сырья в относительно высоких дозах проявляются последствия радиолиза высокополимерных (сложных) веществ, составляющих структуру ткани сырья. В результате изменяется ряд ее свойств: проницаемость, сорбируемость, жесткость, экстрагируемость, набухаемость, которые представляют интерес при технологической обработке сырья.

Основной процесс для растительного сырья – радиолиз полимерных углеводов, таких, как целлюлоза, гемицеллюлоза, пектины, галактаны, крахмал, пентозаны, полифруктозы, липиды, а для животного сырья – радиолиз мукосахаридов, белков, липидов, таких, как коллаген и проколлаген, кератин, эластин, которые являются основными компонентами соединительной и основной ткани и биомембран.

При облучении полисахаридов (клетчатки, крахмала, инулина, пектина) в дозах сотни кГр как в растворах, так и в составе сырья происходит реакция деполимеризации, т. е. образование более простых соединений, приводящих к изменению вязкости, растворимости, механической прочности и других их физических свойств. При облучении клетчатки, наряду с деполимеризацией, наблюдается образование органических кислот, радиационный выход которых снижается с увеличением дозы облучения. Деполимеризация молекул крахмала сопровождается снижением температуры набухания крахмальных зерен, появлением олигосахаридов и редуцирующих сахаров, повышением их растворимости в воде. При этом одновременно образуется небольшое количество различных нерастворимых веществ, возникающих в результате реакции полимеризации. Облучение инулина в чистом виде не вызывает значительного разрушения молекул. Однако, при облучении водного раствора инулина в присутствии кислорода, радикалы инулина реагируют с кислородом и продуктами радиолиза молекулы воды (ОНº, Нº и е^-_aq), что приводит к быстрой и значительной деградации его молекул.

Деполимеризация инулина сопровождается выходом сахарозы, фруктозы, глюкозы, дезоксисахаров, формальдегида, щавелевой кислоты. Пектин очень чувствителен к гамма-облучению, при этом уже при дозе 10 кГр происходит деградация молекул с образованием низкомолекулярных фрагментов и изменением вязкости. Он наряду с липидами входит в состав оболочек растительных клеток. Поэтому предварительное облучение растительного сырья значительно повышает проницаемость клеточных оболочек и увеличивает выход ягодного и плодового соков, алколлоидов, эфирных масел, лекарственных веществ.

В технологической обработке сырья животного происхождения важная роль отводится разрушению соединительной ткани, одним из компонентов которой является талуроновая кислота, относящаяся к высоковязким полимерам. Облучение сырья в кислых растворах дозой 5 кГр сопровождается полной потерей вязкости этой кислоты, потому что происходит быстрый радиолиз молекулы до свободных радикалов и их взаимодействие с радикалом ОНº и е^-_aq.

Существенную роль в улучшении обрабатываемого сырья играет радиолиз белков (коллагена, желатина). Облучение коллагена в сухом виде приводит к распаду молекул, нарушению структурного состояния и повышению растворимости, а в присутствии воды – к образованию межмолекулярных сшивок с участием ее радикалов. Радиолиз коллагена имеет большое значение при радиационной обработке кожи, сухожилий, костно-хрящевой ткани. Технологически используемый желатин – это смесь продуктов деградации коллагена. Растворы желатина имеют устойчивую желеобразную структуру, что широко используется в пищевой промышленности. Для продления сроков хранения, сохранения вязкости и желеобразования сухой желатин облучают дозой 15–20 кГр.

В разных областях пищевой технологии для получения продуктов с высокими показателями качества требуется значительное время. Длительность процесса обусловлена:

- слабой проницаемостью и медленной экстракцией нужных веществ;

- медленным процессом взаимодействия кислорода воздуха с нужными веществами;

- низкой активностью ферментов, участвующих в ферментативных процессах.

В то же время установлено, что под влиянием облучения длительность этого процесса сокращается по следующим причинам:

- увеличивается проницаемость мембран тканевых клеток;

- происходит деполимеризация высокомолекулярных веществ, что облегчает экстракцию многих компонентов природного сырья;

- благодаря образованию свободных радикалов молекул облучаемого вещества ускоряется реакция окисления с участием кислорода воздуха;

- в облученной ткани происходит активация определенных ферментов, что приводит к ускорению ряда ферментативных процессов.

Типичным примером ускорения медленно идущих процессов является ускорение созревания коньячных спиртов. Для этого коньячный спирт настаивают на дубовых стружках, облученных в дозе 200 кГр, что позволяет через 20 суток получить коньяк, который по ряду показателей занимает место между коньяком 3- и 5-летней выдержки. Радиационное ускорение созревания коньяка обусловлено следующими основными причинами:

1) частичным радиолизом высокополимерных веществ древесины (клетчатки, гемицеллюлозы, лигнина и др.), что приводит к усилению экстракции ряда веществ из дубовых стружек, в том числе и дубильных веществ;

2) образованием свободных радикалов веществ дубовой древесины, которые при доступе воздуха образуют активные перекиси, гидроперекиси и семихионы, ускоряющие процессы окисления;

3) радиолизом лигнина с образованием свободных радикалов лигнина, которые при настаивании спирта взаимодействуют с кислородом, образуя ряд ароматических альдегидов – ванилина, сиреневого альдегида и др.;

4) радиолизом белков древесины и повышенной экстракцией аминокислот;

5) радиолизом простых сахаров и радиационным окислением продуктов гидролиза глюкозидов.

Ионизирующие излучения используют для ускорения ферментативных процессов. При облучении растительного сырья чая и табака гамма-излучением ускоряется процесс ферментации листьев за счет усиления активности ферментов пероксидаз и полифенолоксидаз, поэтому ускоряется послеуборочное созревание и улучшается качество.

В хлебопекарной промышленности для ускорения размножения стимулирующими дозами облучают дрожжи, при этом ускоряется подъем теста, увеличивается высота выпечки и улучшаются вкусовые качества. Облучение дрожжей, плесеней, грибов, бактерий в относительно малых дозах может стимулировать ряд метаболических процессов и, в частности, синтез ценных веществ – аминокислот, ферментов, антибиотиков, которые с успехом используются в пищевой промышленности для разных целей.