Специалисты из НИИ ядерной физики, а также физического и химического факультетов МГУ провели анализ воздействия ионизирующего излучения на формирование летучих органических соединений, присутствующих в пищевых продуктах. Эта работа важна для создания новых биохимических индикаторов радиационной обработки продуктов питания и биологических материалов. Исследование было поддержано Российским научным фондом (грант № 22-63-00075), опубликованы в журнале Molecules.
«В пищевой промышленности для искоренения бактерий, увеличения срока годности продукции и стерилизации используют разные виды ионизирующего излучения. Необходимо учитывать, какие химические преобразования при этом происходят, какие соединения могут образоваться и представляют ли они потенциальную угрозу», — поясняет руководитель отдела ядерно-физических методов, применяемых в медицине и промышленности, в Научно-исследовательском институте ядерных физических реакций МГУ, а также заведующий кафедрой физики ускорителей и радиационной медицины физического факультета МГУ Александр Черняев.
Под воздействием излучения в биологических тканях формируются свободные радикалы. Эти крайне активные частицы способны легко участвовать в химических реакциях и повреждать соседние молекулы. «В процессе разложения исходных органических соединений они распадаются на более простые вещества, среди которых могут образовываться летучие органические соединения (ЛОС). Эти вещества характеризуются высокой летучестью и способны оказывать воздействие на качество и безопасность продуктов питания», — отметил преподаватель из кафедры аналитической химии химического факультета МГУ Игорь Родин.
В процессе окислительной деструкции жиров, в особенности содержащих ненасыщенные жирные кислоты, формируются альдегид – гексаналь, и далее спирт – гексанол. Это вещество может придавать пище запах, напоминающий свежескошенную траву, а в больших концентрациях – резкий, спиртовой привкус. Гексаналь является одним из основных показателей прогоркания жиров и выявляется в растительных маслах, орехах, крупах, хлебе, мясных продуктах, а также в сухом молоке при окислении. Он входит в состав так называемого «профиля летучих соединений», который определяет вкус и аромат.
В рамках проводимых экспериментов изучалось, как различные типы излучения влияют на изменение модельных летучих органических соединений в заданных условиях. «Проводилась оценка влияния ускоренных электронов и рентгеновского излучения, приравненных по дозе, а также определялись факторы, влияющие на результативность разрушения органических молекул», — рассказывает доцент физического факультета МГУ Полина Борщеговская.
Оценка степени воздействия на молекулы биологических тканей и выявление изменений в жировой фазе продукта возможны благодаря увеличению концентрации гексанола после облучения. Исследования продемонстрировали, что оба типа излучения эффективно запускают радиационно-химические процессы (количество трансформированных молекул, приходящихся на единицу поглощенной энергии), что приводит к деструкции исходных молекул. Электронный пучок отличается более высокой линейной плотностью ионизации, что в некоторых ситуациях может вызывать более быстрые скорости реакций. Рентгеновское излучение, напротив, обладает повышенной проникающей способностью и обеспечивает более однородное распределение энергии внутри облучаемого материала.
«На результативность процессов влияет не только вид излучения, но и состав среды, концентрация вещества, наличие кислорода, а также величина полученной дозы. В средах, содержащих кислород, возрастает интенсивность окислительных реакций, что приводит к более быстрому разрушению органических молекул», – по словам младшего научного сотрудника НИИЯФ МГУ Виктория Ипатова.
Данное исследование важно для пищевой отрасли, поскольку электронные пучки и рентгеновское излучение используются для стерилизации продуктов, как в упакованном, так и в свободном виде. Изучение процессов, приводящих к разрушению летучих соединений, дает возможность прогнозировать образование нежелательных веществ и совершенствовать методы обработки. В медицине и фармацевтике облучение применяется для стерилизации различных материалов, поэтому понимание химических превращений, происходящих при этом, способствует повышению безопасности и управляемости этих процессов.
«Данное исследование представляет ценность для создания эффективных способов управления радиационной обработкой продуктов питания и биологических объектов , – подытожила руководитель лаборатории радиационной обработки биообъектов и материалов, функционирующей в составе НИИЯФ МГУ Ульяна Близнюк. – Определение состава летучих соединений с помощью анализа позволяет выявить облучение и определить степень его интенсивности» .
Информация предоставлена пресс-службой МГУ