КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 16-16-04038

НазваниеРазработка электрофизических технологий по обеспечению ветеринарной и биологической безопасности в птицеводстве

РуководительСоковнин Сергей Юрьевич, Доктор технических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный аграрный университет", Свердловская обл

Года выполнения при поддержке РНФ 2016 - 2018  продлен на 2019 - 2020

КАРТОЧКА ПРОДЛЕНИЯ ПРОЕКТА

КонкурсКонкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по поручениям (указаниям) Президента Российской Федерации» (исследования в области картофелеводства и птицеводства)

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки, 06-204 - Животноводство

Ключевые словаэлектрофизические технологии, ускорители электронов, наносекундный пучок электронов, высоковольтные импульсы, дезинфекция, излучение плазмы, птицеводство, яйцо, мясо птицы

Код ГРНТИ68.41.31


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Современное птицеводство - одна из рентабельных отраслей животноводства. К сожалению, инфекционные заболевания, как заразной, так и незаразной патологии сдерживают развитие промышленного птицеводства. Значительный ущерб среди болезней птиц представляют бактериальные инфекции (пастереллёз, сальмонеллёз и др.) (Джаилиди, Г.А., Лысенко А.А., 2014). Для профилактики и ликвидации источника возбудителя болезней используют различные методы. Самые известные физические методы, препятствующие росту микробов: стерилизация и пастеризация (тепловая обработка), охлаждение и замораживание (воздействие холодом), высушивание (удаление воды) и обработка ионизирующими излучениями. При этом практически единственным действенным способом снижения микробиологической обсемененности сырья животного происхождения является термическая обработка. Однако термическая стерилизация ведет к необратимому изменению качественных характеристик продукта. Например, при производстве меланжа соблюдение санитарно-гигиенических правил является необходимым условием, так как содержимое яйца служит хорошей питательной средой для размножения микроорганизмов. Получить меланж высокого качества можно только из яиц с обеззараженной скорлупой, что не всегда достижимо. При хранении яйца также невозможно добиться микробной стерильности, особенно после 3-10 дней. В процессе хранения яиц качество их ухудшается. При длительном хранении белок яйца теряет свои бактерицидные свойства, поэтому в яйце может происходить размножение бактерий, грибов, накопление токсических веществ. При производстве мяса птицы возникает угроза микробной обсемененности. При выращивании птицы существует угроза заноса и возникновения инфекционных болезней. Обезвреживание и обработка продукции птицеводства, а также факторов передачи возбудителя инфекции являются одним из основных звеньев в профилактике и лечении опасных возбудителей инфекционных болезней животных и птицы. В процессе реализации проекта планируется разработать основы двух электрофизических методов обработки продукции птицеводства: частотным наносекундным пучком электронов и излучением плазмы частотного импульсного разряда в газе высокого давления, причем планируется исследовать методы как раздельно, так и совместно для изучения возможного синергетического эффекта. Данный подход является пионерским, и обладает несомненной научной новизной При этом доза радиационной стерилизации (независимо от вида излучения) не превышает 25 кГр [Туманян М.А. и др. , 1974]. Небольшая глубина пробега наносекундного электронного пучка, связана с относительно небольшой энергией электронов (до 1 МэВ). Вполне возможно использование наносекундного электронного пучка для обработки жидких и сыпучих материалов, которые можно тонким слоем пропускать под пучком. При этом требуемая производительность будет достигаться за счет большой скорости перемещения продукта под пучком. Предложенная технология имеет преимущества по сравнению с существующими: не изменяются органолептические и качественные характеристики продукта (что показано на примере исследований по меланжу), не требуются расходные материалы для процесса обработки. Между тем во многих случаях для стерилизации не требуется высокой проникающей способности радиации, а достаточно лишь поверхностной обработки, особенно если стерилизацию изделий выполнять до их упаковки во вторичную, используемую для перевозки, тару. В этом случае более важно обеспечить высокую скорость облучения, упростить технологическую оснастку и снизить затраты на биологическую защиту. Все это сделало актуальной задачу исследования биологического действия наносекундного электронного пучка (НЭП). Для тех же целей использование излучения из плазмы частотного импульсного газового разряда в воздухе позволит определить эффективность этого метода. Главное достоинство этого метода – существенное упрощение установки, т.к. будет использоваться практически та же система формирования высоковольтного импульса, но при этом не требуется вакуумный диод с системами получения вакуума и электронного пучка, а также отсутствует фактор радиационной опасности. Достижение заявленных результатов будет происходить при использовании обозначенных методов, по результатам исследований будет выбран оптимальный. Создание наносекундных ускорителей электронов (НУЭ) и высоковольтных генераторов с полупроводниковым прерывателем тока позволяет перейти от экспериментов по исследованию воздействия наносекундного электронного пучка и излучения из плазмы частотного импульсного газового разряда в воздухе на микроорганизмы к разработке основ технологии стерилизации для конкретных ветеринарных изделий и продуктов. Данные методы можно использовать при производстве и переработке продуктов птицеводства, обработке продуктов птицеводства при профилактике опасных возбудителей инфекционных болезней птицы.

Ожидаемые результаты
Будет проведено исследование и получены данные о механизме воздействия наносекундного электронного пучка и излучения из плазмы импульсного газового разряда высокого давления, как по одиночке, так и совместно, на микроорганизмы, ткани яйца перед закладкой и в период инкубации, тушки птицы. В настоящее время подобных данных нет и, кроме новизны, данный подход отражает мировую тенденцию к использованию радиационных и электрофизических технологий воздействия на микроорганизмы. Будут созданы регламенты, разработанные на основе данных основ электрофизических методов обработки, стерилизации яйца и продуктов убоя в птицеводстве, а также ветеринарных инструментов в агропищевых технологиях для создания экологически безопасных производств. Будут установлены оптимальная геометрия и режимы обработки продукции птицеводства наносекундным электронным пучком и излучением из плазмы импульсного газового разряда высокого давления, как по одиночке, так и совместно. Будет проведена модернизация ускорителя электронов УРТ-0,5 и генератора импульсов ГВИ-150 для использования в электрофизических технологиях в птицеводстве, повышен их ресурс. Все планируемые результаты будут обладать мировой новизной и патентной чистотой.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Результаты дозиметрии электронного пучка показали, что ПД тормозного излучения внутри яйца не превышает 0,31 сГр/импульс, а в желтке не более 0,2 сГр/импульс. При этом на поверхности яйца ПД электронного пучка составляла 0,2 кГр/импульс. Следовательно, при ПД=5кГр, набираемой за 25 импульсов и достаточной для дезинфекции поверхности яйца от патогенных микроорганизмов ПД тормозного излучения в белке не превысит 8сГр, а желтке 5сГр. Данная величина ПД не должна приводит к биологическим изменениям биологической ткани, а наоборот находится в области ПД обладающей стимулирующим эффектом для живых организмов (радиационный гормезис). Было установлено, что обработка яиц в товарной пластиковой упаковке наносекундным электронным пучком полностью подавляет рост микрофлоры на поверхности яиц при поглощенной дозе в 5 кГр и выше. При соблюдении условий хранения поверхность яиц остаётся стерильной на протяжении всего регламентированного срока хранения. Обработка плазмой в течение 1 минуты снижает общую микробную обсемененность, приводит к элиминации плесневых грибов рода Aspergillius ssp. Исследовали основные химические показатели куриных яиц (пищевых и инкубационных). Было обнаружено, что содержание витамина А в желтке яиц, подвергнутых воздействию наносекундными импульсами ускоренных электронов незначительно превышает аналогичный показатель для яиц контрольной партии. Содержание витамина В2 в белке пищевых яиц составляло в контрольной партии 7,06±0,31 мг/кг, в опытной (НЭП, 5 кГр) 3,55±0,42 мг/кг, в опытной (НЭП, 25 кГр) 2,24±0,12 мг/кг и в опытной (плазма) – 2,28±0,11 мг/кг. Массовая доля кальция скорлупы в опытных и контрольных пробах не имела статистически значимых различий и составляла в среднем 366112,4 мг/кг (опытные пробы) и 368192,7 мг/кг (контроль). Содержание натрия в скорлупе отличалось и было меньше в контрольных пробах (908,5 мг/кг), чем в опытных: 1531,3 мг/кг (воздействие плазмой), 1324,2 мг/кг (НЭП, 5 кГр), наиболее высокие показатели были в опытной партии яиц, подвергнутых действию ускоренных электронов с поглощенной дозой 25 кГр – 2064,5 мг/кг. Содержание фосфора в скорлупе не представляло достоверной разницы между всеми опытными и контрольными пробами. Установили, что в пробах яиц, подвергнутых действию НЭП с ПГ 25 кГр, массовая доля сырого жира была незначительно ниже (8,5±0,35 %), чем в других опытных (10,6±0,53% - обработка НЭП-5кГр, и 10,8±0,52 – обработка плазмой) и контрольных (10,3±0,51%) образцах. Анализ содержания белковых веществ в яйцах не выявил статистически достоверных изменений и различий между пробами всех опытных и контрольной групп. При исследовании аминокислот было выявлено, что наибольшим изменениям подвержено содержание лизина в яйцах: наименьшее количество отмечали в контрольных пробах (0,88%±0,05%) и в опытных пробах яиц, обработанных плазмой (0,84%±0,03%). Наибольшие показатели отмечали в пробах, подвергнутых действию НЭП (поглощенная доза 25 кГр) – 1,15%±0,05%. Изменения процентного содержания триптофана и метионина незначительны во всех группах. Все выявленные при макроскопической оценке и овоскопировании яиц изменения качеств и свойств скорлупы и внутренних структур соответствуют естественным изменениям при длительном хранении. Полученные данные свидетельствуют об отсутствии достоверных различий между изменениями в яйцах, подвергнутых воздействию НЭП, обработанных плазмой и в пробах из контрольной партии. Процент выводимости инкубационных яиц составил 63% в контрольной группе и 64% в опытной. Установили, что причиной замирания и гибели птенцов в первые часы стало нарушение теплового режима, что связано с естественными погрешностями инкубации. При биохимическом исследовании крови выведенных цыплят отмечали увеличение среднего показателя содержания общего белка и глобулинов у цыплят контрольной группы (40,1 г/л и 24,5 г/л соответственно) по сравнению с аналогичными показателями в опытной группе (39,0 г/л и 23,4 г/л). Патологоанатомическое исследование цыплят-бройлеров выявило признаки хронического воспалительного процесса у 86% цыплят в контрольной группе, (в опытной – 4%) что согласуется с приведенными выше лабораторными данными. На основе полученных результатов предполагаем, что хронический воспалительный процесс у цыплят в контрольной группе был вызван патогенными микроорганизмами, содержавшимися на поверхности яйца. В отличие от опытной группы, где воздействием НЭП с большой поглощенной дозой (40 кГр) была элиминирована вся микрофлора с поверхности яйца, в том числе патогенная и условно-патогенная. Установили, что массовая доля оксипролина и триптофана в мясе кур контрольной и опытной групп составляет не имеет существенных различий. Выявлена тенденция к слабому увеличению концентрации маркера оксидазного стресса МДА в крови цыплят опытной группы – среднее значение 0,263 ммоль/мл; в контрольной группе значение - 0,199 ммоль/мл. В мясе цыплят концентрация МДА – 0,064 ммоль/мл в опытной группе и 0,074 ммоль/мл в контрольной группе. Вариабильность полученных результатов незначительна и в большей степени, по-видимому, обусловлена половыми различиями и индивидуальной реакцией на факторы внешней среды. Признаков радиационного поражения структур яйца и зародыша в опытной группе не обнаружено. Отдаленного влияния облучения яиц НЭП на качество продукции не установлено. Для изучения радиочувствительности патогенных микроорганизмов, способных обитать на поверхности яиц, проводили опыт с микроорганизмами рода Salmonella – выявили, что при воздействии на микробную культуру НЭП с разными поглощенными дозами (5 кГр, 10 кГр, 25 кГр) микроорганизмы Salmonella typhimurium, Salmonella Gallinarum, Salmonella Enteritidis полностью погибают, отсутствует рост колоний на питательной среде. Проведены: модернизация ускорителя электронов УРТ-0,5 , создание макета для облучения НЭП пищевого и инкубационного яйца; генератора ГВИ-150, создание макета для облучения пищевого и инкубационного яйца излучением из плазмы . Разработаны: лабораторный технологический регламент оценки действия электрофизических методов на пищевые и инкубационные яйца, лабораторный технологический регламент излучением из плазмы частотного импульсного разряда в газе высокого давления перед закладкой яиц на инкубацию, лабораторный технологический регламент облучения наносекундным электронным пучком перед закладкой куриных яиц на инкубацию Подготовлена статья для публикации в издании, индексируемом в базе Web of scienes и Scopus «Shell egg dosimetry in case of surface radiation by nanosecond electron beam on the URT-0.5 accelerator» С.Ю. Соковнин, М.Е. Балезин, Р.А. Вазиров, RADIATION PHYSICS AND CHEMISTRY, IF 1,207. Проведен патентный поиск (отчет о патентных исследованиях, см. приложение). Оформлена заявка на интеллектуальную собственность на тему «Способ поверхностной дезинфекции яйца» (см. приложение).

 

Публикации

1. Соковнин С.Ю., Балезин М.Е. CATHODES FOR NANOSECOND ELECTRON ACCELERATORS TYPE URT1 Журнал «Известия ВУЗов. Физика», - (год публикации - 2016).


Аннотация результатов, полученных в 2017 году
а) В настоящей работе проведено комплексное исследование свойств МД катодов на ускорителе УРТ-1М. В том числе, исследовано влияние количества и взаимного расположения излучающих элементов (ИЭ) катода на параметры пучка и равномерность распределения плотности тока. Кроме того, было изучено влияние формы корпуса катода, в котором устанавливаются ИЭ, на стабильность работы при высоких частотах (более 50Гц) для облучения продуктов, в частности куриных яиц в потоке. ИЭ устанавливались вдоль и поперек корпуса катода. При этом использовались излучающие элементы, содержащие 19(ИЭ19) и 5(ИЭ5) тройных точек (ТТ) металл-диалектик-вакуум . Были созданы катоды двух типоразмеров, для получения пучка шириной 200 и 400мм. В процессе проведения работ найдено, что МДМ–катод, в котором для создания тройных точек используется металлическая гребенка, может устойчиво работать при относительно низком вакууме ~1,5-0,1 Па , при уровне напряжений до 1МВ и частоте до 250 Гц. Экспериментально установлено, что падение эмиссии МДМ катода, при работе на большой частоте (100Гц) существенно в начале процесса, а затем происходить достаточно медленно, что позволяет обеспечить непрерывную работу до 40 часов. При этом распределение плотности тока при работе катода остается достаточно равномерной. Затем требуется очистка ИЭ от нагара, прежде всего диэлектрических пластин. Проведена модернизация ускорителя электронов УРТ-0,5 для использования в электрофизических технологиях, повышен его ресурс, прежде всего МД катода новой конструкции. б) Разработана техническая документация на экспериментальные макет на основе ускорителя УРТ-0,5 с вакуумным диодом для двухстороннего облучения . На основе этой документации изготовлен экспериментальные макет на основе ускорителя УРТ-0,5 с вакуумным диодом для двухстороннего облучения для обработки опытных партий яйца. в) Разработана схема облучения и техническое задание на радиационно-устойчивый транспортер. На основании этих документов разработана техническая документация на радиационно-устойчивый транспортер для экспериментального макета. г) Проведено исследовано совместное действие наносекундным электронным пучком и излучения плазмы для изучения возможного синергетического стерилизационного эффекта. Облучение излучением плазмы проводились на генераторе ГВИ-150, нагрузкой которого была разрядная камера. Частота работы генератора составляла 37 Гц, расстояние от среза электродов до обрабатываемых образцов ~ 5 см. Для исследования бактерицидного действия излучения плазмы на микрофлору яиц использовались пищевые столовые куриные яйца. Они укладывались в пластиковые контейнеры по 10 шт. На подающем транспортёре пластиковые контейнеры пропускаются через рабочее пространство установки (мимо среза электродов), подвергаясь облучению излучения плазмы. Для исключения потерь УФИ в материале контейнера крышка не закрывалась. После обработки контейнеры с яйцами переворачивали и яйца облучали излучением плазмы с другой стороны. Эксперименты по облучению НЭП проводились на импульсно–периодическом наносекундном ускорителе УРТ-0,5 (энергия электронов до 500кэВ, длительность импульса 50нс, частота работы до 200Гц). ПД определялась с помощью пленочного дозиметра СО ПД(Ф)Р-5/50 . В процессе экспериментов ускоритель работал в режимах при зарядном напряжении 30кВ. На подающем транспортёре пластиковые контейнеры на 10 яиц пропускаются через рабочее пространство установки, подвергаясь равномерному по ширине облучению НЭП. Для поиска синергетики вначале партии яиц облучались излучением плазмы, а затем НЭП. Время нахождения контейнера под облучением излучения плазмы изменялось от 0 до 5 минут, ПД разных партий изменялась от 0 до 5 кГр. Исследовали выживаемость типовых представителей условно-патогенной и патогенной микрофлоры на поверхности куриного яйца при комбинированной обработке НЭП и излучением плазмы разряда в газе высокого давления. Исследования проводили методом смыва с поверхности яйца с последующим посевом на стандартные питательные среды, термостатированием, выделением чистых культур и идентификацией микроорганизмов. Использовали стандартные штаммы микроорганизмов рода Salmonella. Выполняли посев на плотную питательную среду (среда Эндо) из разведения 5 млрд / мл. Сразу после посева чашки петри подвергали воздействию НЭП с поглощенными дозами 1,2,3,5 кГр. Опыт проводили в 3 параллелях, контрольные пробы находились в тех же условиях, что и опытные, но не обрабатывались НЭП. После облучения чашки помещали в термостат и инкубировали при температуре 35-37°С в течение 24 часов. Далее проводили подсчет количества колоний на питательных средах (КОЕ). Получен большой массив данных по совместному действию НЭП и излучения плазмы для нескольких типов распространенных микроорганизмов. Для микроорганизмов рода Klebsiella обнаружен синергетический эффект действия НЭП и излучения плазмы: при ПД НЭП 3 кГр эти микроорганизмы высеваются при обработке плазмой в 0-1 минуту, а при 3-5 минутах погибают – в данных пробах роста нет. д) Разработан «Лабораторный технологический регламент обработки яйца совместно наносекундным электронным пучком и излучением плазмы частотного импульсного разряда в газе высокого давления перед закладкой яйца на инкубацию». д) Проведено изучение качественных показателей облучаемых продуктов при хранении. Эксперименты по облучению проводились на ускорителе УРТ-0,5, облучение излучением плазмы проводились на генераторе ГВИ-150. Для исследования бактерицидного действия излучения плазмы на микрофлору яиц использовались пищевые столовые куриные яйца. Они укладывались в пластиковые контейнеры по 10 шт. На подающем транспортёре пластиковые контейнеры пропускаются через рабочее пространство установки (мимо среза электродов), подвергаясь облучению излучения плазмы. Для исключения потерь УФИ в материале контейнера крышка не закрывалась. После обработки контейнеры с яйцами переворачивали и яйца облучали излучением плазмы с другой стороны. Для поиска синергетики вначале партии яиц облучались излучением плазмы, а затем НЭП. Время нахождения контейнера под облучением излучения плазмы и данные ПД разных партий изменялось в диапазоне 0-5 минут. Исследовали выживаемость типовых представителей условно-патогенной и патогенной микрофлоры на поверхности куриного яйца при комбинированной обработке НЭП и излучением плазмы разряда в газе высокого давления. Исследования проводили методом смыва с поверхности яйца с последующим посевом на стандартные питательные среды, термостатированием, выделением чистых культур и идентификацией микроорганизмов. Пробы хранили в течение 21 суток в асептических условиях. С опытных и контрольных партий проводили смывы на 1-е, 10-е и 21 сутки. Выполняли посев на стандартные питательные среды с последующим подсчетом общего микробного числа, выделением чистой культуры и идентификацией микроорганизмов. Кроме того, исследовали облучение кусковых мясных полуфабрикатов из цыплят бройлеров, подвергнутых воздействию НЭП с ПД равной 0 (контроль), 2, 5, 10 кГр. После облучения проводился анализ мяса Установлено, что при обработке, заложенного на хранение, во всех пробах опытных и контрольных партий яйца отмечается уменьшение общего микробного числа на 21-е сутки. Наибольший бактерицидный эффект по результатам данного опыта обнаружило комбинированное воздействие НЭП с ПД 5 кГр и излучения плазмы в течение 5 минут. В пробах, обработанных НЭП с ПД 5 кГр и излучением плазмы в течение 5 минут отмечали рост только золотистого стафилококка на всех сроках хранения, при этом отмечали меньшее количество КОЕ по сравнению с контрольными пробами и пробами, обработанными НЭП в дозе 1 кГр и плазмой в течение 1 минуты. Установлено, что технологические свойства пищевого куриного яйца, обработанного НЭП и излучением п колеблются в пределах, обусловленных естественными различиями яйца одного сорта, полученного от кур одного кросса, одной секции. При исследовании физико-химических показателей куриного мяса не выявлено значимых изменений в опытных пробах по сравнению с контрольными. Тенденций в изменении показателей в большую или меньшую сторону при увеличении поглощённой дозы от 2 до 10 кГр также не обнаружено. При исследовании состава аминокислот куриного мяса была обнаружена тенденция к дозозависимому снижению массовой доли отдельных аминокислот. Гистологическое исследование мяса бройлеров, обработанного НЭП показало, что в пробах из контрольных и 1-й опытной групп (ПД 2кГр) мышечные волокна в основном не изменены, чётко выражена поперечнополосатая исчерченность, встречаются отдельные несформированные мышечные волокна, неравномерное распределение белка в отдельных мышечных волокнах. В группе «опыт-2» (ПД 5 кГр) обнаружены признаки коагуляции белка в мышечных клетках, нарушение поперечнополосатой исчерченности. В группе «опыт-3» (ПД 10 кГр) обнаружены признаки фибрилляции белка, нарушение структуры саркоплазмы клеток, нарушение исчерченности, коагуляция белка, а также нарушение сарколеммы. Таким образом, в пробах мяса, обработанных НЭП с ПД 5 кГр и выше, имеет место повреждение клеточных белков, что проявляется расслоением миофибрилл, нарушением исчерченности, фибрилляцией волокон, а также нарушением структуры клеточной мембраны – сарколеммы. Данные эффекты отмечали только в поверхностных слоях мяса (до 2 мм). В целом, данные изменения в поверхностных слоях мяса под воздействием НЭП свыше 5 кГр, не должны оказывать негативного действия на качество продукции, так как глубина проникновения электронов, и соответственно, глубина затронутых тканей крайне мала. При исследовании физико-химических показателей куриного мяса не выявлено значимых изменений в опытных пробах по сравнению с контрольными. Тенденций в изменении показателей в большую или меньшую сторону при увеличении поглощённой дозы от 2 до 10 кГр также не обнаружено. Установлено, что в пробах мяса, обработанных НЭП с ПД 5 кГр и выше, имеет место повреждение клеточных белков, что проявляется расслоением миофибрилл, нарушением исчерченности, фибрилляцией волокон, а также нарушением структуры клеточной мембраны – сарколеммы. Данные эффекты отмечали только в поверхностных слоях мяса (до 2 мм)

 

Публикации

1. А.С. Кривоногова, А.Г. Исаева, К.В. Моисеева, С.Ю. Соковнин, И.М. Донник, П.С. Кривоногов Results of nanosecond electron beam application for antimicrobial treatment of chicken meat International journal of advanced biotechnology and research, - (год публикации - 2017).

2. С.Ю. Соковнин Наносекундные ускорители электронов для радиационных технологий ФГБОУ ВО Уральский ГАУ, г. Екатеринбург., - (год публикации - 2017).

3. С.Ю. Соковнин, А.С. Кривоногова, И.А. Шкуратова, А.Г. Исаева, И.М. Донник, Л.И. Дроздова, О.Г. Лоретц The Use of Nanosecond Electron Beam Irradiation Method to Sterilize Eggs in Industrial Poultry International Journal of Advanced Biotechnology and Research, Vol-8, Issue-2,2017, pp680-686 (год публикации - 2017).

4. С.Ю. Соковнин, И.М. Донник, И.А. Шкуратова, А.С. Кривоногова , А.Г. Исаева, М.Е. Балезин Development of technology bases of shell eggs disinfection using surface irradiation by the nanosecond electron beam First Conference Innovations on Food Science & Technology, - (год публикации - 2017).

5. С.Ю. Соковнин, М.Е. Балезин Investigation of cold cathode for nanosecond electron accelerators Vacuum, Volume 146, December 2017, Pages 79-86 (год публикации - 2017).

6. С.Ю. Соковнин, Р.А. Вазиров, М.Е. Балезин, А.С. Кривоногова Surface disinfection of chicken eggs by nanosecond electron beam International journal of advanced biotechnology and research, - (год публикации - 2017).

7. С.Ю. Соковнин, Р.А. Вазиров, М.Е. Балезин, А.С. Кривоногова Surface irradiation of chicken eggs by nanosecond electron beam RAD Conference Proceedings, vol. 2, pp. 11–14, 2017 (год публикации - 2017).


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В процессе выполнения работ разработан и изготовлен экспериментальный макет на основе ускорителя УРТ-0,5, с вакуумным диодом для двухстороннего облучения, и генератора ГВИ-150, для обработки опытных партий яйца, тушек, субпродуктов и кусковых полуфабрикатов птицы. В процессе создания макета была разработана техническая документация на экспериментальный макет, ускоритель УРТ-0,5 с вакуумным диодом для двухстороннего облучения состыкован с радиационно-устойчивым конвейером и генератором излучения плазмы на основе высоковольтного импульсного генератора ГВИ-150. Ускоритель настроен на режимы, позволяющие получать на поверхности пищевых изделий в стандартных пластиковых контейнерах поглощенную дозу от 5 до 60кГр с двух сторон, при движении подающего радиационно-устойчивого конвейера, а генератор ГВИ-150 настроен на максимальную частоту 290Гц. Для возможности совместной работы доработана система управления ускорителем и генератором. Проведены пусконаладочные работы. Проведены исследования по облучению птицеводческого сырья с использованием наносекундных ускорителей электронов. Эксперименты по облучению проводились на импульсно–периодическом наносекундном ускорителе УРТ-0,5 (энергия электронов до 500кэВ, длительность импульса 50нс, частота работы до 200Гц). Определение поглощенной дозы (ПД) на поверхности облучаемых образцов выполнялось с помощью пленочного дозиметра СО ПД(Ф)Р-5/50.. В процессе экспериментов ускоритель работал в режимах при зарядном напряжении 30кВ. С исследуемых образцов мяса кур и яиц контрольной и опытной партий брали смывы для микробиологического анализа, далее опытную партию подвергали экспериментальному облучению НЭП. Контрольная партия находилась в тех же условиях, что и опытная, но действию НЭП не подвергалась. Облучение образцов мяса и субпродуктов в упаковке из вспененного полистирола и ПНД-плёнки проводилось со стороны полиэтиленовой пленки. Яйца облучали в пластиковых упаковках на 10 яиц. Упаковки с мясом и яйцами проводились под пучком с помощью конвейера, скорость движения ленты составляла 2 см/с. Облучение выполнялось с двух сторон. Сразу после облучения брали смывы с поверхности мяса и яиц и подвергали микробиологическому исследованию – осуществляли посев на питательные среды с подсчетом общего микробного числа, выделением чистых линий, идентификацией микроорганизмов и определением их биохимических свойств. Для определения степени радиационного повреждения скорлупы при облучении НЭП, исследовались образцы скорлупы на сканирующем электронном микроскопе LEO982 с приставкой ЕДХ для микроанализа Oxford X-RayDetector (точность количественного ЕДХ анализа 0.1-1% в зависимости от элементов). Основные результаты по облучению яиц состоят в следующем. Из результатов микроскопии скорлупы можно сделать вывод, что малые ПД (1.5 и 5кГр) не оказывают видимого воздействия на поверхность: изменений морфологии не наблюдается. При увеличении ПД до 25 кГр наблюдаются сглаженные области рельефа поверхности. Скорлупа как - будто подплавляется или подспекается. Количественного изменения элементного состава скорлупы при ПД до 25 кГр не установлено. В результате проведенных исследований установили общую тенденцию снижения бактериальной обсемененности поверхности яйца при увеличении поглощенной дозы. Установлено, что в разных диапазонах ПД темп изменений ОМЧ разный. При ПД 4-7 кГр количественные изменения микрофлоры были незначительны. Это связано, вероятно, с тем, что подсчет общего микробного числа (ОМЧ) ведётся суммарно по клеткам микроорганизмов, а не по отдельным видам. Гибель микроорганизмов с низкой радиочувствительностью могла компенсироваться более устойчивыми штаммами, следовательно, мало повлияла на результат При ПД свыше 10 кГр обсемененность уменьшалась на порядок. То же самое отмечали при дозах свыше 16-18 кГр. В диапазоне 30-40 кГр оставались жизнеспособными не все виды, в основном из таких проб высевали Staphylococcusaureus и Enterococcusspp. Количество колониеобразующих единиц в положительных пробах не превышало 900 КОЕ/г и в среднем составляло 555 КОЕ/г. Такой результат, предположительно, связан с выживанием микроорганизмов на боковых поверхностях яйца, куда пучок электронов падает не под прямым углом, а по касательной. При взятии проб с разных точек яйца отмечали, что на верхушке яйца роста микроорганизмов не было уже при поглощенных дозах 11-15 кГр.При этом на боковой поверхности яйца выживаемость бактериальной и грибковой микрофлоры была вполне удовлетворительной – смывы с этих точек давали умеренный рост колоний на питательных средах. При обработке яйца с ПД свыше 45 кГр жизнеспособные клетки микроорганизмов не обнаруживали, рост на питательных средах отсутствовал. Наибольшую устойчивость обнаружили у штаммов St. aureus, Ent. faeciumи St. epidermidis – их выявляли в смывах с яиц, обработанных НЭП с ПД свыше 10-12 кГр. Наименьшую устойчивость проявили штаммы кишечной палочки (E.coli) - ни в одной пробе с ПД свыше 7 кГр их не обнаруживали. В отношении остальных микроорганизмов выявили только тенденцию уменьшения клеток в большом диапазоне ПД (1–5 кГр). В малых диапазонах выживаемость штаммов варьировала. Способность ферментировать сахара и спирты заметно изменилась только у двух микроорганизмов – у Enterococcus faecium и Staphylococcusaureus. Эти изменения выявляли при воздействии НЭП с ПД свыше 11,7-12,5 кГр. Штаммы Enterococcus faecium при дозе свыше 12,5 кГр утратили способность ферментировать лактозу и дульцит, ослаблена интенсивность ферментирования мальтозы, сахарозы, арабинозы, маннозы, ксилозы и сорбита. При поглощенной дозе 14,3 кГр также снизилась интенсивность ферментирования глюкозы, утрачена способность разложения рамнозы. Штаммы Staphylococcusaureus при обработке НЭП с ПД 11,7 кГр перестали ферментировать дульцит. При ПД 12,5 кГр утрачена способность ферментировать мальтозу и лактозу, уменьшена интенсивность в отношении глюкозы. При ПД 12,5 кГр штаммы перестали ферментировать мальтозу, лактозу, при ПД 14,3 кГр – сорбит. Интересно, что наиболее уязвимой к действию НЭП являлась способность микроорганизмов ферментировать дульцит. При обработке НЭП куриного филе, печени и сердечек наиболее показательными были результаты обработки куриного филе – отчетливо видна дозозависимая динамика бактериальной обсемененности. В отдельных пробах элиминация микрофлоры наблюдалась уже при дозах от 5 кГр, но говорить о стерилизующей эффективности таких доз нельзя. В целом снижение микробной обсеменённости мяса при 5 кГр было недостаточным ни дляувеличении срока хранения, ни для обеззараживания, что обусловливает необходимость использования более высоких доз (12-25 кГр) в технологии НЭП-санации куриного мяса и полуфабрикатов. При воздействии НЭП на куриную печень при дозах свыше 36 кГр на поверхности образцов микроорганизмы не обнаружили. При 11 кГр выявили более 37000 клеток. Исследовали также жидкость в подложках с печенью – выявили высокий уровень обсемененности (до 6*106 КОЕ/г). Микроорганизмы, сохраняющиеся в жидкости при обработке могутреконтаминировать поверхность полуфабрикатов. Требуется изменение режимов обработки для промышленного использования метода. При НЭП-санации куриных сердечек в товарной упаковке микробная обсемененность была высокой даже при значительной поглощенной дозе (при ПД 34 кГр ОМЧ составляло - 2,2*104). Это связано, по видимому, с наличием остатков крови в полостях сердечек, что не является браком производства, но создает благоприятную среду для роста бактерий. Жидкость может являться фактором обсеменения поверхности сердечек при транспортировке, перемещении упаковок после обработки НЭП. В диапазоне доз от 10 до 15 кГр во всех сериях опытов отмечали достоверное снижение бактериальной обсемененности на 30-50%. Точка полной элиминации микроорганизмов (стерилизующая доза) была сильно вариабильна, зависела от внешних и внутренних факторов. Для более точного её определения необходима дальнейшая работа. Кроме того, выявили тенденцию к угнетению микроорганизмов в диапазоне 20-23 кГр, ОМЧ в этом диапазоне чаще всего снижалось либо в несколько раз, либо на 1-2 порядка. Кроме того, подтвердилась проблема, выявленная при облучении яйца – неравномерность обработки поверхностей, которая зависит от угла падения луча и от рельефа самой поверхности. Однако эта проблема решаема путем оптимизации геометрии облучения. Из типичных представителей условно-патогенной микрофлоры наиболее часто в смывах с поверхности мяса м субпродуктов выявляли следующие (в убывающем порядке) (Рис.5): Enterococcusfaecium, Enterococcusfaecalis, Proteusspp., Enterobacterspp., Pseudomonasaeruginosa, E.coli, Staphylococcusaureus, Staphylococcusepidermidis, Staphylococcussaprophyticus, Citrobacter, Candidaspp., Aspergillusspp. Среди выделенных культур Enterobacter и E. coli встречались, в основном, непатогенные штаммы. Способность ферментировать сахара и спирты заметно изменилась у двух микроорганизмов – у Enterococcus faecium и Staphylococcusepidermidis. Штаммы Enterococcus faecium при дозе свыше 22,7 кГр утратили способность ферментировать рамнозу, лактозу и дульцит; снизилась интенсивность ферментирования мальтозы, сахарозы, сорбита, арабинозы, маннозы и ксилозы. Штаммы Staphylococcusepidermidis при обработке НЭП с ПД свыше 18,7 кГр перестали ферментировать дульцит. Это связано, по-видимому, с угнетением или инактивацией ферментных систем, вызванных действием НЭП.

 

Публикации

1. Балезин М.Е., Соковнин С.Ю., Андреев А.А., Аверин Ф.В. Upgrade of the pulse transformer URT-0,5M accelerator Известия высших учебных заведений. Физика, Том 61, №9/2, С. 101-105. (год публикации - 2018).

2. Вазиров Р.А., Соковнин С.Ю., Ильвес В.Г., Бажукова И.Н., Пизурова Н., Кузнецов М.В. Physicochemical characterization and antioxidant propertiesofcerium oxide nanoparticles Journal of Physics: Conference Series, 1115 (2018) 032094 (год публикации - 2018).

3. Вазиров Р.А., Соковнин С.Ю., Ильвес В.Г., Мушкина А.В., Бажукова И.Н. Application of cerium oxide nanoparticles as modificators in radiation therapy AIP Conference Proceedings, AIP Conference Proceedings 2015, 020110 (2018) (год публикации - 2018).

4. Злыгостева О.А., Соковнин С.Ю., Ильвес В.Г. The use of manganese-doped mesoporous silica nanopowder for targeted drug delivery Journal of Physics: Conference Series, 1115 (2018) 042067 (год публикации - 2018).

5. Кривоногова А.С., Исаева А.Г., Соковнин С.Ю., Донник И.М., Моисеева К.В. Применение метода наносекундного электронного пучка для обработки продукции в птицеводстве Материалы XIX международной конференции ВНАП, Материалы XIX международной конференции ВНАП "Мировые и российские тренды развития птицеводства: реалии и вызовы будущего", С. 436-439 (год публикации - 2018).

6. Кривоногова А.С., Соковнин С.Ю., Исаева А.Г., Шкуратова И.А., Донник И.М., Лоретц О.Г., Моисеева К.В., Мусихина Н.Б., Вазиров Р.А. Periblastic sanitation of poultry meat and offal with nanosecond electron beam International Journal of Advanced Biotechnology and Research (IJABR), - (год публикации - 2018).

7. Кривоногова А.С., Соковнин С.Ю., Исаева А.Г., Шкуратова И.А., Донник И.М.. Лоретц О.Г., Моисеева К.В., Вазиров Р.А. Periblastic Sanitation of Poultry Meat and Offal with Nanosecond Electron Beam International Journal of Advanced Biotechnology and Research (IJABR), Vol-9, Issue-4, 2018, pp. 541-548 (год публикации - 2018).

8. Кривоногова А.С., Соковнин С.Ю., Шкуратова И.А., Исаева А.Г., Донник И.М., Моисеева К.В., Лысова Я.Ю., Романова А.С. Method of combine electrophysical disinfection of eggs with nanosecond electron beam and plasma radiation Foodconf. Science, technology and innovation, - (год публикации - 2018).

9. Соковнин С.Ю., Донник И.М., Шкуратова И.А., Кривоногова А.С., Исаева А.Г., Балезин М.Е., Вазиров Р.А. The use of nanosecond electron beam for the eggs surface disinfection in industrial poultry Journal of Physics: Conference Series, 1115 (2018) 022034 (год публикации - 2018).

10. Соковнин С.Ю., Донник И.М., Шкуратова И.А., Кривоногова А.С., Исаева А.Г., Балезин М.Е., Вазиров Р.А., Кривоногов П.С., Моисеева К.В., Баранова А.А., Мусихина Н.Б. Способ поверхностной дезинфекции яйца ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, 2 654 622 (год публикации - 2018).

11. Соковнин С.Ю., Исаева А.Г., Кривоногова А.С., Балезин М.Е. An investigation of the disinfection effect in joint action of the nanosecond electron beam and plasma radiation Journal of Physics: Conference Series, 1115 (2018) 022035 (год публикации - 2018).