microbeПроблемы особо опасных инфекцийProblems of Particularly Dangerous Infections0370-10692658-719XRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”10.21055/0370-1069-2022-3-70-74microbe-1727Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESВоздействие импульсным СВЧ излучением на образцы пищевой продукции с целью увеличения показателей ее микробиологической безопасности и сроков храненияExposure of Food Samples to Pulsed Microwave Radiation to Increase their Microbiological Safety and Shelf Lifehttps://orcid.org/0000-0003-4401-9275ГуляевЮ. В.GulyaevYu. V.

125009, Москва, ул. Моховая, 11, корп. 7

Building VII, 11, Mokhovaya St., Moscow, 125009

https://orcid.org/0000-0002-7863-4631МещановВ. П.MeshchanovV. P.

Мещанов Валерий Петрович

410012, Саратов, ул. Московская, 66

Valery P. Meshchanov

Ltd. 66, Moskovskaya St., Saratov, 410012

nika373@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2666-8538КацБ. М.KatsB. M.

410012, Саратов, ул. Московская, 66

Ltd. 66, Moskovskaya St., Saratov, 410012

nika373@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2173-3150КоплевацкийН. А.KoplevatskyN. A.

410012, Саратов, ул. Московская, 66

Ltd. 66, Moskovskaya St., Saratov, 410012

nika373@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2911-4055ЛопатинА. А.LopatinA. A.

410012, Саратов, ул. Московская, 66

Ltd. 66, Moskovskaya St., Saratov, 410012

nika373@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6960-7183СаяпинК. А.SayapinK. A.

410012, Саратов, ул. Московская, 66

Ltd. 66, Moskovskaya St., Saratov, 410012

nika373@bk.ruЁлкинВ. А.ElkinV. A.

410012, Саратов, ул. Московская, 66

Ltd. 66, Moskovskaya St., Saratov, 410012

nika373@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2345-086XКомаровВ. В.KomarovV. V.

410012, Саратов, ул. Московская, 66, 410054,

Саратов, ул. Политехническая, 77

Ltd. 66, Moskovskaya St., Saratov, 410012, 

77, Politekhnicheskaya St., Saratov, 410054

nika373@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2056-3516БайбуринВ. Б.BayburinV. B.

410012, Саратов, ул. Московская, 66,

410054, Саратов, ул. Политехническая, 77

Ltd. 66, Moskovskaya St., Saratov, 410012, 

77, Politekhnicheskaya St., Saratov, 410054

nika373@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2911-4055РытикА. П.RytikA. P.

Саратов, 410012, ул. Астраханская, 83

83, Astrakhanskaya St., Saratov, 410012

ФГБУН «Институт радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова» РАНРоссияInstitute of Radio Engineering and Electronics named after V.A. Kotel’nikov of the Russian Academy of SciencesRussian FederationООО «Научно-производственное предприятие «НИКА-СВЧ»РоссияResearch and Production Enterprise “NIKA-SVCh”Russian FederationООО «Научно-производственное предприятие «НИКА-СВЧ»; ФГБОУ «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»РоссияResearch and Production Enterprise “NIKA-SVCh”; Saratov State Technical University named after Gagarin Yu.A.Russian FederationФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского»РоссияSaratov National Research State University named after N.G. ChernyshevskyRussian Federation202229102022037074Copyright © Гуляев Ю.В., Мещанов В.П., Кац Б.М., Коплевацкий Н.А., Лопатин А.А., Саяпин К.А., Ёлкин В.А., Комаров В.В., Байбурин В.Б., Рытик А.П., 20222022Гуляев Ю.В., Мещанов В.П., Кац Б.М., Коплевацкий Н.А., Лопатин А.А., Саяпин К.А., Ёлкин В.А., Комаров В.В., Байбурин В.Б., Рытик А.П.Gulyaev Y.V., Meshchanov V.P., Kats B.M., Koplevatsky N.A., Lopatin A.A., Sayapin K.A., Elkin V.A., Komarov V.V., Bayburin V.B., Rytik A.P.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.microbe.ru/jour/article/view/1727

Цель – исследование эффективности обеззараживания биологических материалов и сред (на примере пищевой продукции) путем воздействия импульсного (нетеплового) радиоизлучения и анализ перспектив его применения в медицине и биологии.

Материалы и методы

Материалы и методы. Для достижения поставленной цели разработана, изготовлена и испытана экспериментальная установка, позволяющая проводить исследования процессов воздействия импульсного (нетеплового) радиоизлучения на биологические материалы и среды, в частности на примере пищевой продукции. В основе метода лежит идея оптимального управления электрофизическими параметрами облучающего радиосигнала в зависимости от типа облучаемого объекта. Для облучения использованы импульсные магнетроны с рабочей частотой (2,45±0,05) ГГц, разрешенной для медико-биологических исследований, генерирующие импульсное излучение с регулируемой мощностью в интервале 0,1...10 кВт. Частота следования импульсов со скважностью 500...10000 составляет 0,1...5 кГц. Установка имеет рабочую камеру, в которой размещается испытуемый образец, а также дополнительные элементы защиты магнетрона и устройства измерения параметров падающей на биологический объект СВЧ‑мощности.

Результаты и обсуждение

Результаты и обсуждение. Установка успешно использована для облучения импульсным СВЧ‑сигналом различных образцов пищевых материалов с патогенной микрофлорой (Salmonella spp. и др.). В частности, как показали проведенные исследования, после 28 суток хранения мясного фарша среднее арифметическое значение количества болезнетворных бактерий в облученных образцах оказалось в 27,5 раза меньше, чем в необлученных. Предварительно проведенные эксперименты в области изучения влияния импульсного СВЧ‑излучения на процесс деления клеток и другие аспекты воздействия электромагнитного поля на патогенные микроорганизмы подтверждают их перспективность и целесообразность продолжения начатых экспериментов в медицине и биологии.

The aim of the study was to increase the efficiency of decontamination of biological material and media (by the example of food products) by pulsed (non-thermal) radio emission and asses the prospects of its application in medicine and biology.

Materials and methods

Materials and methods. To achieve the goal an experimental setup has been designed, manufactured and tested, which makes it possible to study the process of exposure of biological materials and media to pulsed (non-thermal) radio emission, in particular, by the example of food products. The basis of the method is optimum control of the electro-physical parameters of the irradiating radio signal, depending on the type of the irradiated object. We used pulsed magnetrons with operating frequency of (2.45±0.05) GHz, authorized for bio-medical research, generating pulsed radiation with an adjustable power within the range of 0.1...10 kW. The pulse repetition rate with a duty cycle of 500...10000 is 0.1...5 kHz. The setup has an operating chamber into which the test sample is placed, as well as additional elements of magnetron protection and measuring the parameters of the microwave power incident on biological object.

Results and discussion

Results and discussion. The setup has been successfully used to irradiate various food samples with pathogenic micro flora (Salmonella spp. etc.) with pulsed microwave radiation. In particular, as shown by the studies, the arithmetic mean number of pathogenic bacteria in the irradiated samples of minced meat decreased by 27.5 times after 28 days of storage as compared to the control group of non-irradiated samples. Preliminary conducted experiments in the field of investigating the effect of microwave radiation on the process of cell division and other aspects of electromagnetic field influence on pathological microorganisms confirm the prospects and the expediency of continuing the ongoing studies in medicine and biology. 

электромагнитные импульсыобеззараживаниевирусыпатогенные микроорганизмыelectromagnetic pulsesdecontaminationvirusespathogenic microorganismsReferencesWelt B., Tong C., Rossen J., Lund D. Effect of microwave radiation on inactivation of Clostridium sporogenes (PA 3679) spores. Appl. Environ. Microbiol. 1994; 60:482–8. DOI: 10.1128/aem.60.2.482-488.1994.Welt B., Tong C., Rossen J., Lund D. Effect of microwave radiation on inactivation of Clostridium sporogenes (PA 3679) spores. Appl. Environ. Microbiol. 1994; 60:482–8. DOI: 10.1128/aem.60.2.482-488.1994.Letellier M., Budzinski H. Microwave assisted extraction of organic compounds. Analusis. 1997; 27(3):259–70. DOI: 10.1051/analusis:1999116.Letellier M., Budzinski H. Microwave assisted extraction of organic compounds. Analusis. 1997; 27(3):259–70. DOI: 10.1051/analusis:1999116.Shaw P., Kumar N., Mumtaz S., Lim J.S., Jang J.H., Kim D., Sahu B.D., Bogaerts A., Choi E.H. Evaluation of nonthermal effect of microwave radiation and its mode of action in bacterial cell inactivation. Sci. Rep. 2021; 11(1):14003. DOI: 10.1038/s41598-021-93274-w.Shaw P., Kumar N., Mumtaz S., Lim J.S., Jang J.H., Kim D., Sahu B.D., Bogaerts A., Choi E.H. Evaluation of nonthermal effect of microwave radiation and its mode of action in bacterial cell inactivation. Sci. Rep. 2021; 11(1):14003. DOI: 10.1038/s41598-021-93274-w.Гуляев Ю.В., Черепенин В.А. О возможности использования мощных электромагнитных импульсов для обеззараживания бактериологически загрязненных объектов. Журнал радиоэлектроники. 2020; 4:11. DOI: 10/30898.1684-1719.2020.4.13.Gulyaev Yu.V., Cherepenin V.A. [Concerning the possibi¬ lity of using high power electromagnetic pulses for disinfection of bacteriologically contaminated objects]. Zhurnal Radioelectroniki [Journal of Radio Electronics]. 2020; (4):11. DOI: 10/30898.16841719.2020.4.13.Gulyaev Y.V., Taranov I.V., Cherepenin V.A. The use of high-power electromagnetic pulses on bacteria and viruses. Doklady Physics. 2020; 65(7):230–2. DOI: 10.1134/S1028335820070034.Gulyaev Y.V., Taranov I.V., Cherepenin V.A. The use of high-power electromagnetic pulses on bacteria and viruses. Doklady Physics. 2020; 65(7):230–2. DOI: 10.1134/S1028335820070034.Гуляев Ю.В., Таранов И.В., Черепенин В.А. Использование мощных электромагнитных импульсов для воздействия на бактерии и вирусы. Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки. 2020; 493(1):15–7. DOI: 10.31857/S2686740020040069.Gulyaev Yu.V., Taranov I.V., Cherepenin V.A. [Using highpower electromagnetic pulses to impact bacteria and viruses]. Doklady Rossiiskoi Akademii Nauk. Fizika, Tekhnicheskie Nauki [Reports of the Russian Academy of Sciences. Physics, Technical Sciences]. 2020; 493(1):15–7. DOI: 10/31857/S2686740020040069.Kubo M.T., Siguemoto E.S., Funcia E.S., Augusto P.E.D., Curet S., Boillereaux L., Sastry S.K., Gut J.A.W. Non-thermal effects of microwave and ohmic processing on microbial and enzyme inactivation: a critical review. Curr. Opin. Food Sci. 2020; 35:36–48. DOI: 10.1016/j.cofs.2020.01.004.Kubo M.T., Siguemoto E.S., Funcia E.S., Augusto P.E.D., Curet S., Boillereaux L., Sastry S.K., Gut J.A.W. Non-thermal effects of microwave and ohmic processing on microbial and enzyme inactivation: a critical review. Curr. Opin. Food Sci. 2020; 35:36–48. DOI: 10.1016/j.cofs.2020.01.004.Lystsov V.N., Frank-Kamenetskii D.A., Shchedrina M.V. Effect of centimeter radiowaves on vegetative cells, spores and transforming DNA. Biophysics. 1965; 10(1):114–9.Lystsov V.N., Frank-Kamenetskii D.A., Shchedrina M.V. Effect of centimeter radiowaves on vegetative cells, spores and transforming DNA. Biophysics. 1965; 10(1):114–9.Kaczmarczyk L.S., Marsay K.S., Shevchenko S., Pilossof M., Levi N., Einat M., Oren M., Gerlitz G. Corona and polio viruses are sensitive to short pulses of W-band gyrotron radiation. Environ. Chem. Lett. 2021; 19(6):3967–72. DOI: 10.1007/s10311021-01300-0.Kaczmarczyk L.S., Marsay K.S., Shevchenko S., Pilossof M., Levi N., Einat M., Oren M., Gerlitz G. Corona and polio viruses are sensitive to short pulses of W-band gyrotron radiation. Environ. Chem. Lett. 2021; 19(6):3967–72. DOI: 10.1007/s10311021-01300-0.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.