Влияние уФ-излучения на изменение свойств растительного сырья и его хранимоспособность. Обзор

Представлен анализ влияния различных диапазонов ультрафиолетового излучения (УФ-излучение) на физико-химические, органолептические, микробиологические свойства отдельных видов фруктов, овощей, грибов и изменение их хранимоспособности. Приводятся результаты экспериментальных работ и патентов, в которых описаны существенные изменения свойств и состава растительных объектов после обработки уФ-излучением: увеличение концентрации фенольных соединений, антоцианов, кверцетингликозидов, хлорогеновой и аскорбиновой кислот, рост антиоксидантной активности, снижение микробиологической обсемененности. Существующие данные позволяют делать выводы об эффективности применения УФ-излучения и как самостоятельного вида обработки продукции при хранении и переработке растительного сырья, и в составе комбинированных технологий с применением и других физических методов обработки (СВЧ-излучения, обработки быстрыми электронами, Y-излучения, обработки ультразвуком, температурного воздействия и др.). Эффективность применения УФ-излучения существенно зависит от его диапазона и режимов обработки. УФ-излучение наряду со стерилизующим эффектом проявляет термический эффект в отношении обрабатываемых объектов. Так, при длительном воздействии УФ-излучения в результате теплового нагрева происходит значимое отепление, учитывать которое необходимо при обработке растительных объектов, имеющих температуру ниже температуры окружающей среды, что потенциально может приводить к изменению хранимоспособности обработанного объекта. Рассмотрены вопросы выбора оптимальных режимов обработки растительных объектов УФ-излучением (доза излучения и время обработки), способных повысить хранимоспособность фруктов, овощей, грибов и других видов растительного сырья с сохранением физико-химических и органолептических показателей качества. Сделан вывод, что эффективность дозы излучения определяется плотностью потока мощности излучения, параметрами источников излучения и их расположением относительно обрабатываемых объектов. Определение оптимальных режимов обработки (доза излучения и время обработки) растительного сырья УФ-излучением в зависимости от поставленных целей представляет собой важную научную и технологическую задачу.

ультрафиолетовое излучение, диапазоны УФ-А, УФ-В, УФ-С, растительное сырье, физико-химические свойства, хранимоспособность, режимы обработки, доза излучения, плотность потока мощности, ultraviolet irradiation, UV-A, UV-B, UV-C ranges, plant raw materials, physicochemical properties, storability, processing conditions, radiation dose, power flux density

1. Безлепкин А.И. Переводчиков В.И., Шлифер Э.Д. Разработки установки для обеззараживания жидких и твердофазных объектов комбинированным воздействием СВЧ- и УФ-излучений и озона. «Высоковольтная и преобразовательная техника». М., Изд-во ВЭИ. 2001. С. 137-143.

2. Вассерман А.Л. Проектирование и эксплуатация ультрафиолетовых бактерицидных установок / Под ред. Ю.Б. Поповского. М., 2009, 56 с.

3. Джарулаев Д.С. Научно-технические принципы создания интенсивных технологий переработки плодово-ягодного сырья с использованием электромагнитного поля сверхвысокой частоты: автореферат дис.. доктора технических наук: 05.18.01. Краснодар, 2005. 49 с.

4. Джеймс М. Джей, Лёсснер М.Д., Гольден Д.А. Современная пищевая микробиология. М.: Бином. Лаборатория знаний., 2011, 886 с.

5. Патент РФ 2666747, Российская Федерация, МПК A23L 3/36, A23L 3/28, A23L 3/3409. Устройство для хранения свежих продуктов и способ хранения / Хирума Наоя, Канаи Сатору, Икута Такако, Итимура Дзунтаро, Хисинума Нобуюки; заявитель и патентообладатель - МАЙЕКАВА МФГ. Ко., ЛТД.; заявка № 2017140022, заявл.: 30.05.2016, опубл.: 12.09.2018.

6. Aiamla-or S, Yamauchi N, Takino S, et al. Effect of UV-A and UV-B irradiation on broccoli (Brassica oleracea L. Italica Group) floret yellowing during storage. Postharvest Biol Technol. 2009; 54(3):177-179. D0I:10.1016/j.postharvbio.2009.07.006

7. Allende A, Marin A, Buendia B, et al. Impact of combined postharvest treatments (UV-C light, gaseous 03, superatmospheric 02 and high C02) on health promoting compounds and shelf-life of strawberries. Postharvest Biol Technol. 2007; 46(3):201-211. D0I:10.1016/j. postharvbio.2007.05.007

8. Alothman M, Bhat R, Karim AA. UV radiation-induced changes of antioxidant capacity of fresh-cut tropical fruits. Innov Food Sci Emerg. 2009; 10(4):512-516. D0I:10.1016/j.ifset.2009.03.004

9. Charles MT, Mercier J, Makhlouf J, et al. Physiological basis of UV-C-induced resistance to Botrytis cinerea in tomato fruit. Role of pre - and post - challenge accumulation of the phytoalexinrishitin. Postharvest Biol Technol. 2007; 43:366-373. D0I:10.1016/j.postharvbio.2007.05.014

10. Charles MT, Benhamou N, Arul J. Physiological basis of UV-C induced resistance to Botrytis cinerea in tomato fruit. III. Ultrastructural modifications and their impact on fungal colonization. Postharvest Biol Technol. 2008; 47(1):27-40. D0I:10.1016/j.postharvbio.2007.05.015

11. Charles MT, Mercier J, Makhlouf J, et al. Physiological basis of UV-C-induced resistance to Botrytis cinerea in tomato fruit. I. Role of pre- and post-challenge accumulation of the phytoalexin-rishitin. Postharvest Biol Technol. 2008; 47(1):10-20. D0I:10.1016/j. postharvbio.2007.05.013

12. Cia P, Benato EA, Pascholati SF. Use of irradiation in postharvest disease management: problems and solutions. Int J Rev Postharvest Biol Technol. 2010; 4(6):1-7. D0I: 10.2212/spr.2010.4.3

13. Costa L, Vicente AR, Civello PM, et al. UV-C treatment delays postharvest senescence in broccoli florets. Postharvest Biol Technol. 2006; 39(2):204-210. D0I:10.1016/j.postharvbio.2005.10.012

14. rlowska M, Koutchma T, et al. Continuous and pulsed ultraviolet light for nonthermal treatment of liquid foods. Part 1: Effects on quality of fructose solution, apple juice, and milk. Food and Bioprocess Tech, 2013; 6(6): 1580-1592. D0I:10.1007/s11947-012-0779-8

15. Erkan M, Wang SY, Wang SY, et al. Effect of UV treatment on antioxidant capacity antioxidant enzyme activity and decay in strawberry fruit. Postharvest Biol Technol. 2008; 48:163-171.

16. Escalona VH, Aguayo E, Martнnez-Hernбndez GB, et al. UV-C doses to reduce pathogen and spoilage bacterial growth in vitro and in baby spinach. Postharvest Biol Technol. 2010; 56(3):223-231. DOI:10.1016/j.postharvbio.2010.01.008

17. Forges M, Vаsquez H, Charles F, et al. Impact of UV-C radiation on the sensitivity of three strawberry plant cultivars (Fragaria ananassa) against Botrytis cinerea. Scientia Horticulturae, 2018; 240: 603-613. D0I:10.1016/j.scienta.2018.06.063

18. Gardner DWM, Shama G. Modeling UV-induced inactivation of microorganisms on surfaces. Journal of Food Protect, 2000; 63(1):63-70. D0I:10.4315/0362-028x-63.1.63

19. Gonzalez-Aguilar GA, Villegas-0choa MA, Martнnez-Tёllez MA, et al. Improving antioxidant capacity of fresh-cut mangoes treated with UV-C. J Food Sci. 2007; 72(3):197-202. D0I:10.1111/j.1750-3841.2007.00295.x

20. Guan W, Fan X, Yan R. Effects of UV-C treatment on inactivation of Escherichia coli 0157:H7, microbial loads, and quality of button mushrooms. Postharvest Biol Tech. 2012; 64(1): 119-125. D0I:10.1016/j.postharvbio.2011.05.017

21. Guerrero RF, Puertas B, Jimёneza MJ, Cacho J, and Cantos-Villar E. Monitoring the process to obtain red wine enriched in resveratrol and piceatannol without quality loss. Food Chem. 2012; 122(1):195-202. D0I:10.1016/j.foodchem.2010.02.057

22. Hagen SF, Borge GIA, Bengtsson GB, et al. Phenolic contents and other health and sensory related properties of apple fruit (Malus domestica Borkh., cv. Aroma): Effect of postharvest UV-B irradiation. Postharvest Biol Technol. 2007; 45(1):1 -10. D0I:10.1016/j. postharvbio.2007.02.00

23. Interdonato R, Rosa M, Nieva CB, et al. Effects of low UV-B doses on the accumulation of UV-B absorbing compounds and total phenolics and carbohydrate metabolism in the peel of harvested lemons. Environ Exp Bot, 2011; 70(2-3):204-211. D0I:10.1016/j. envexpbot.2010.09.006

24. International Application WO 2010010059, Italy, IPC А23В 7/015, А23В 7/154, А23В 7/157, A23L 3/28. Method for the production of fresh-cut fruits and vegetables based on the combined use of ultraviolet light and acidification. Manzocco Lara; Applicants -Universita’ degli Studi di Udine; Manzocco Lara; application no. PCT/EP2009/059286, filed: 20.07.2009, publ.: 28.01.2010.

25. Jasinghe VJ, Perera CO. Distribution of ergosterol in different tissues of mushrooms and its effect on the conversion of ergosterol to vitamin D2 by UV irradiation. Food Chem. 2005; 92(3):541-546. D0I:10.1016/j.foodchem.2004.08.022

26. Jiang T, Jahangir MM, JiangZ, et al. Influence of UV-C treatment on antioxidant capacity, antioxidant enzyme activity and texture of postharvest shiitake (Lentinus edodes) mushrooms during storage. Postharvest Biol Tech. 2010; 56(3):209-215. D0I:10.1016/j. postharvbio.2010.01.011

27. Koutchma TN, Forney LJ, Moraru CI. Ultraviolet light in food technology: principles and applications. Boca Raton: CRC Press: Contemporary food engineering 2009; 278:267-278.

28. Lado B, Yousef A. Alternative food preservation technologies: efficacy and mechanisms. Microbes Inf. 2002; 4:433-440.

29. Lemoine ML, Civello PM, Martinez GA, et al. Influence of postharvest UV-C treatment on refrigerated storage of minimally processed broccoli Brassica oleracea Italia. J Sci Food Agric. 2007; 87:1132-9.

30. Liu LH, Zabaras D, Bennett, LE, et al. Effects of UV-C, red light and sun light on the carotenoid content and physical qualities of tomatoes during post-harvest storage. Food Chem. 2009; 115(2):495-500. D0I:10.1016/j.foodchem.2008.12.042

31. Lu Y, Zhang J, Wang X, et al. Effects of UV-C irradiation on the physiological and antioxidant responses of button mushrooms (Agaricus bisporus) during storage. Int J Food Sci Tech. 2016; 51(6):1502-8. D0I:10.1111/ijfs.13100

32. Maharaj R, Arul J, Nadeau P. UV-C irradiation effects on levels of enzymic and non-enzymic phytochemicals in tomato. Innov Food Sci Emerg. 2014; 21:99-106. D0I:10.1016/j.ifset.2013.10.001

33. Manzocco L, Da Pieve S, Bertolini,A, et al. Surface decontamination of fresh-cut apple by UV-C light exposure: Effects on structure, colour and sensory properties. Postharvest Biol Technol. 2011; 61(2-3):165-171. D0I:10.1016/j.postharvbio.2011.03.003

34. Marisa M Wall. Phytosanitary irradiation and fresh fruit quality: cultivar and maturity effects. Stewart Postharvest Review. 2015; 11(3):1-6. www.stewartpostharvest.com. D0I:10.2212/spr.2015.3.6

35. Pan Q-H, Wang L, Li J-M. Amounts and subcellular localization of stilbene synthase in response of grape berries to UV irradiation. Plant Sci. 2009; 176(3):360-366. D0I:10.1016/j.plantsci.2008.12.004

36. Pataro G, Sink M, Capitoli MM, et al. The influence of postharvest UV-C and pulsed light treatments on quality and antioxidant properties of tomato fruits during storage. Innov Food Sci Emerg. 2015; 30:103-111. D0I:10.1016/j.ifset.2015.06.003

37. Patent Application CN 101978837, China, IPC А23В 7/00, А23В 7/04, А23В 7/015, А23В 7/148. Method for refrigerating and preserving juicy peach fruits. Linchun Mao, Chunlu Qian, Yuying Zhao; Applicant - Zhejiang University; application No. 201010294423.0, filed: 27.09.2010, publ.: 23.02.2011.

38. Patent Application CN 102640782, China, IPC А23В 7/015. Blueberry fresh keeping method utilizing ultraviolet ray irradiation. Weijun Sun, Tao Wang, Tingcai Yan, Chengyuan Liang, Qingsheng Hu, Yanqing Zhu, Cheng Wang; Applicant - Jiangsu Xingtu Modern Agriculture Developing Co., Ltd.; application No. 201210147577.6, filed: 14.05.2012, publ.: 22.08.2012.

39. Patent Application CN 103355398, China, IPC А23В 7/015, А23В 7/04. Preservation method for performing ultraviolet irradiation and pressure-reduction storage on strawberries. Wang Yousheng, Wang Guixi, Li Jian, He Xinmeng, Zhang Chengjin, Liang Lisong; Applicant - Beijing Technology and Business University; application No. 201310251154.3, filed: 24.06.2013, publ.: 23.10.2013.

40. Patent Application CN 103385284, China, IPC А23В 7/00, А23В 7/16, А23В 7/154, А23В 7/157, А23В 7/148. Biological chemical physical comprehensive long-acting fresh-keeping and storage method for honey peach. Li Jianlong, Chen Yizhao, Gang Chengcheng, Li Yang, Li Hui; Applicant - Nanjing University; application No. 201310282871.2, filed: 04.07.2013, publ.: 13.11.2013.

41. Patent Application CN 105918429, China, IPC А23В 7/015, А23В 7/16. Method for comprehensively preserving and storing prunus persica at normal temperature. Li Jianlong, Zhang Yanzhen, Li Hui; Applicant - Nanjing University (Suzhou) High-Tech Institute; application No. 201610250315.0, filed: 21.04.2016, publ.: 07.09.2016.

42. Patent Application US 2009311392, USA, IPC A23L 3/28, A23B 7/015, A23L 3/34. Novel approach to the controlled decontamination and or detoxification of nuts, grains, fruits and vegetables. Newman Paul Bernard; Applicant - Paul Bernard Newman; application No. 12/211571, filed: 16.09.2008, publ.: 17.12.2009.

43. Patent Application US 2013323375, USA, IPC A23L3/28. Method for sterilizing fruits and vegetables. Takahashi Akira, Kinouchi Yohsuke, Akutagawa Masatake, Lian Xin; Applicants - Takahashi Akira, Kinouchi Yohsuke, Akutagawa Masatake, Lian Xin и The University of Tokushima; application No. 13/883010, filed: 04.11.2011, publ.: 05.12.2013.

44. Patent Application US 2016235080, USA, IPC А23В 7/015, А23В 7/04. Methods for increasing the nutraceutical content of perishable fruits. Ayala Gil Maria Esperanza, Lozoya Gloria Edmundo; Applicant - Centro de Investigaciуn y de Estudios Avanzados del Instituto Politftcnico Nacional; application No. 15/024643, filed: 12.09.2014, publ.: 18.08.2016.

45. Patent US 7217358, USA, IPC 002F 1/32. Ultraviolet radiation treatment of unwanted microorganisms. Evans Lionel; Applicant and assignee - Evans Lionel; application No. 10/512941, filed: 28.04.2003, publ.: 15.05.2007.

46. Patent US 7601376, USA, IPC А23В 7/15. Preservation of produce. Stanley R.A.; Applicants - Stanley Roger Anthony; The Horticulture and Food Research Institute of New Zealand Limited; Assignee - The Horticulture and Food Research Institute of New Zealand Limited; application No. 10/487263, filed: 29.08.2002, publ.: 13.10. 2009.

47. Perkins-Veazie P, Collins JK, Howard L. Blueberry fruit response to postharvest application of ultraviolet radiation. Postharvest Biol Technol. 2008; 47(3):280-285. D0I:10.1016/j.postharvbio.2007.08.002

48. Pombo M A, Dotto M C, Martnnez G A, et al. UV-C irradiation delays strawberry fruit softening and modifies the expression of genes involved in cell wall degradation. Postharvest Biol Tech. 2009; 51(2):141-148. D0I:10.1016/j.postharvbio.2008.07.007

49. Pombo MA, Rosli HG, Martнnez G.A et al. UV-C treatment affects the expression and activity of defense genes in strawberry fruit (Fragaria nananassa, Duch.). Postharvest Biol Technol. 2011; 59(1):94-102. D0I:10.1016/j.postharvbio.2010.08.003

50. Shama G. A new role for UV Extensions to the shelf foods by UV-induced effects. I0A-IUVA a Joint World Congress; Los Angeles CA 2007; pp.27-29.

51. Shama G, Alderson P. UV hormesis fruits: A concept ripe for commercialization. Trends Food Sci Tech. 2005; 16:128-136.

52. Shama G. Process challenges in applying low doses of ultraviolet light to fresh produce for eliciting beneficial hormetic responses. Postharvest Biol Technol. 2007; 44(1):1-8. D0I:10.1016/j.postharvbio.2006.11.004

53. Sheng K, Zheng H, Shui S, et al. Comparison of postharvest UV-B and UV-C treatments on table grape: Changes in phenolic compounds and their transcription of biosynthetic genes during storage. Postharvest Biol Tech. 2018; 138:74-81. D0I:10.1016/j.postharvbio.2018.01.002

54. Stevens C, Khan VA, Wilson CL, et al. The effect of fruit orientation of fruit orientation of postharvest commodities following low dose ultraviolet light-C treatment on host induced resistance to decay. Crop Prot. 2005; 24:756-759.

55. Teichmann A, Dutta P C, Staffas A. et al. Sterol and vitamin D2 concentrations in cultivated and wild grown mushrooms: Effects of UV irradiation. Food Science Tech. 2007; 40(5):815-822. D0I:10.1016/j. lwt.2006.04.003

56. Terry L. Elicitors of induced disease resistance in postharvest horticultural crops: a brief review. Postharvest Biology Technol. 2004; 32(1):1-13. D0I:10.1016/j.postharvbio.2003.09.016

57. UK Patent Application GB 2388764, United Kingdom, IPC А23В 7/015, А23В 9/06, A23L 3/28. Treatment of vegetable foodstuffs with UV radiation / Newman Paul Bernard David; Applicant -Paul Bernard David Newman; application No. 0310456.9, filed: 07.05.2003, publ.: 26.11.2003.

58. United States Food and Drug Administration - FDA (2002). Ultraviolet radiation for the processing and treatment of food Code of Federal Regulations, 21 Part, 179.39. Washington: United States Government Publishing 0ffice

59. Vicente AR, Pineda C, Lemoine L, et al. UV-C treatments reduce, retain quality and alleviate chilling in jury in pepper. Postharvest Biol Technol. 2005; 35:69-78.

60. Wang CY, Chen CT, Wang SY. Changes of flavonoid content and antioxidant capacity in blueberries after illumination with UV-C. Food Chem. 2009; 117(3):426-431. D0I:10.1016/j.foodchem.2009.04.037

61. Wen PF, JiW, Gao MY, et al. Accumulation of flavanols and expression of leucoanthocyanidin reductase induced by postharvest UV-C irradiation in grape berry. Genet Mol Res. 2015; 14(3):7687-7695. D0I:10.4238/2015.july.13.14

62. Yaun BR. Summer SS. Eifert JD, et al. Inhibition of pathogens on fresh produce by ultraviolet energy. Intern J Food Microbiol. 2004; 90(1):1-8. D0I:10.1016/s0168-1605(03)00158-2

63. Zhang K, Pu YY, Sun DW. Recent advances in quality preservation of postharvest mushrooms (Agaricus bisporus): a review. Trends Food Sci Tech. 2018; 78:72-82. D0I:10.1016/j.tifs.2018.05.012