Воздействие импульсным СВЧ излучением на образцы пищевой продукции с целью увеличения показателей ее микробиологической безопасности и сроков хранения

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. 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. 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.

1. 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.

2. Letellier M., Budzinski H. Microwave assisted extraction of organic compounds. Analusis. 1997; 27(3):259–70. DOI: 10.1051/analusis:1999116.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

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.