МЕТОДЫ УДАЛЕНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ ПРИ КОНСЕРВИРОВАНИИ СОКОВ

АННОТАЦИЯ

В статье проведён сравнительный анализ четырёх ключевых технологий обеззараживания соков — УФ-С обработки, мембранной фильтрации, озонирования и пастеризации. Обзор основан на исследованиях 2016–2024 гг., опубликованных в MDPI, PubMed Central (PMC), ScienceDirect и университетских репозиториях. Показано, что УФ-С обработка и мембранная фильтрация обеспечивают высокую степень микробиологической стабильности при минимальных изменениях качества, тогда как пастеризация остаётся наиболее надёжным методом инактивации микроорганизмов. Озонирование демонстрирует выраженную антимикробную активность, однако может вызывать окислительные изменения в составе сока. На основе анализа литературы предложена оптимальная комбинированная схема обработки соков.

ABSTRACT

This article presents a comparative analysis of four key technologies used for juice decontamination—UV-C treatment, membrane filtration, ozonation, and pasteurization. The review is based on studies published between 2016 and 2024 in MDPI, PubMed Central (PMC), ScienceDirect, and university repositories. The findings indicate that UV-C treatment and membrane filtration provide high levels of microbiological stability while preserving the quality attributes of juices, whereas pasteurization remains the most reliable method for microbial inactivation. Ozonation demonstrates strong antimicrobial activity but may pose risks of oxidative changes in juice composition. Based on the literature analysis, an optimal combined treatment scheme for juice preservation is proposed.

Ключевые слова: УФ-С обработка, мембранная фильтрация, озонирование, пастеризация, обеззараживание соков, логарифмическая редукция.

Keywords: UV-C treatment, membrane filtration, ozonation, pasteurization, juice decontamination, log reduction.

Введение. Различные методы консервирования пищевых продуктов направлены на увеличение срока их хранения за счёт применения технологий, предотвращающих микробиологические изменения и обеспечивающих сохранение качества. [6] В случае фруктовых соков микробиологическая стабильность имеет ключевое значение, поскольку высокая влажность, оптимальная кислотность и наличие легкодоступных углеводов создают благоприятные условия для развития дрожжей, плесеней и патогенных микроорганизмов [1]. Традиционные термические методы обработки, такие как пастеризация, эффективно инактивируют большинство видов микрофлоры, однако могут приводить к снижению содержания витаминов, изменению цвета и деградации ароматических соединений.

В последние годы возрастающий интерес вызывает использование нетермических технологий, которые позволяют минимизировать тепловое воздействие и сохранить натуральные сенсорные и питательные свойства продукта. К таким технологиям относятся УФ-С обработка, мембранная фильтрация, озонирование и другие физико-химические методы, обеспечивающие значительное снижение микробной нагрузки без существенных изменений органолептических характеристик [2]. Каждая из этих технологий имеет свои механизмы действия, ограничения и области Эффектив-ности, что обусловливает необходимость их сравнительной оценки.

Актуальность исследования обусловлена потребностью пищевой промышленности в безопасных и энергоэффективных методах консервирования, которые обеспечивают высокую степень микробиологической защиты при одновременном сохранении качества соков. В данном обзоре проводится сопоставление современных технологий удаления микроорганизмов с целью определения их преимуществ, ограничений и потенциальных направлений комбинированного применения.

Материалы и методы. Настоящее исследование выполнено в формате аналитического обзора научной литературы, посвящённой технологиям удаления микроорганизмов при консервировании фруктовых соков. В качестве источников использовались публикации, размещённые в базах данных MDPI, PubMed Central (PMC), Elsevier ScienceDirect и в открытых университетских репозиториях. При отборе литературы учитывались научная значимость исследования, корректность экспериментального дизайна, полнота описания технологических параметров, а также наличие результатов, позволяющих проводить сопоставительный анализ различных методов обработки.

Оценка микробиологической эффективности осуществлялась на основе принципа логарифмического снижения численности микроорганизмов. Для УФ-С обработки использовались данные о дозозависимом механизме инактивации и влиянии оптических свойств среды на поглощение излучения [1,5]. При анализе мембранной фильтрации основное внимание уделялось характеристикам поровой структуры мембран и коэффициенту удержания, определяющим способность физически задерживать клетки микроорганизмов [2]. Эффективность озонирования рассматривалась через кинетические параметры, связанные с концентрацией озона и временем его взаимодействия с жидкой средой [3]. В контексте пастеризации оценка основывалась на термокинетических моделях, описывающих температурную устойчивость микроорганизмов и их реакцию на тепловое воздействие [4].

Влияние технологий на качество сока анализировалось по изменению цветовых параметров в системе CIE Lab*, содержанию аскорбиновой кислоты, антоцианов и полифенольных соединений, а также по стабильности ароматических и органолептических характеристик. Дополнительно рассматривались технологические ограничения методов, особенности их промышленного применения и требования к оборудованию, обеспечивающему воспроизводимость и надёжность обработки.

Результаты и обсуждение. Обработка УФ-С излучением. Согласно MDPI (2016), доза УФ-С 10–40 мДж/см² обеспечивает снижение численности дрожжей и плесени на 3–4 log, а патогенных бактерий — на 2–3 log [1]. Обзор PMC (2023) показал, что эффективность УФ-С резко снижается при оптической прозрачности сока ниже 40 %, что ограничивает применение метода в сильно окрашенных матрицах [5]. Потери витамина С и антоцианов минимальны — сохраняется 85–95 % исходного содержания.

Дополнительные исследования подтверждают, что в указанном диапазоне доз формируются устойчивые фотохимические повреждения ДНК микроорганизмов, включая образование тиминовых димеров и блокировку процессов репликации. На практике это позволяет существенно повысить микробиологическую стабильность сока без использования теплового воздействия. Ограничивающим фактором остаётся светопоглощение: чем выше концентрация фенольных пигментов и мутность продукта, тем меньше глубина проникновения УФ-С света. Тем не менее, для прозрачных и умеренно окрашенных соков технология демонстрирует высокую эффективность при минимальном изменении органолептических и питательных свойств.

Мембранная фильтрация. Ультрафильтрация обеспечивает практически полное (≈100 %) удаление бактерий из осветлённых соков [2]. Отсутствие нагрева позволяет сохранить витамины, полифенолы и летучие ароматические соединения без изменения их структуры. Основным ограничением остаётся склонность мембран к засорению при фильтрации мутных соков, что приводит к снижению производительности и необходимости регулярной регенерации фильтрующих элементов. Дополнительные исследования показывают, что эффективность процесса значительно возрастает при предварительном осветлении и удалении пектиновых и коллоидных частиц, поскольку это снижает скорость обрастания мембраны. Ультрафильтрация также способствует улучшению прозрачности и стабильности сока, одновременно обеспечивая микробиологическую очистку, что делает метод перспективным для применения в технологиях холодной стерилизации.

Озонирование. Озон в концентрации 1.5–4.0 ppm снижает численность микроорганизмов на 3–4 log за 5–10 минут обработки [3]. Вместе с выраженной антимикробной активностью наблюдается уменьшение содержания витамина С на 10–20 %, а также частичное обесцвечивание, связанное с окислением фенольных соединений. Дополнительно отмечается, что озон активно взаимодействует с антоцианами и другими окрашенными полифенолами, что приводит к снижению интенсивности окраски и ослаблению антиоксидантного потенциала. Несмотря на это, высокая растворимость озона в жидких средах обеспечивает быстрый эффект инактивации микроорганизмов, что делает метод эффективным при условии строгого контроля концентрации и времени экспозиции, позволяя минимизировать нежелательные изменения качества сока.

Пастеризация. Пастеризация при 80–95 °C обеспечивает инактивацию 98–99 % микрофлоры [4]. При этом в соке фиксируются существенные потери витамина С (20–40 %), разрушение антоцианов и изменение цвета в сторону потемнения. Повышенная температура приводит к разрыву ароматических структур полифенолов, что ускоряет их окисление и снижает антиоксидантную активность сока. Наряду с этим наблюдается изменение вкуса, связанное с образованием продуктов неферментативного потемнения. Несмотря на высокую эффективность в отношении патогенной микрофлоры, термическая обработка считается наименее щадящим методом с точки зрения сохранения природных биоактивных компонентов.

Анализ показал, что нетермические методы обладают значительным преимуществом в сохранении качества соков. УФ-С обработка эффективна только в осветлённых соках с высокой прозрачностью, что делает её идеальной в сочетании с мембранной фильтрацией. Мембранная фильтрация обеспечивает лучшую сохранность биологически активных веществ, однако её применение ограничено высокой мутностью продукта.

Озонирование демонстрирует быстрый антимикробный эффект, но требует строгого контроля, поскольку может приводить к окислительным процессам. Пастеризация остаётся наиболее надёжным методом инактивации микроорганизмов, но сопровождается ухудшением качества.

Комбинированный подход — фильтрация → УФ-С обработка → щадящая пастеризация — позволяет получить наилучший баланс между безопасностью и сохранением пищевой ценности.

Пастеризация обеспечивает максимальную микробиологическую безопасность и остаётся наиболее надёжным методом инактивации патогенной микрофлоры. Тем не менее, высокая температура приводит к разрушению термолабильных витаминов, антоцианов и других фенольных соединений, что существенно снижает пищевую ценность и изменяет сенсорные свойства сока. Мембранная фильтрация представляет собой более щадящий метод и является оптимальным вариантом для осветлённых соков, поскольку обеспечивает почти полное удаление микроорганизмов при полном сохранении природного химического состава и прозрачности продукта. УФ-С обработка демонстрирует высокую эффективность в отношении дрожжей, плесневых грибов и ряда бактерий, особенно при предварительном осветлении, и позволяет сохранить до 95 % биологически активных веществ, что делает её привлекательной нетермической альтернативой традиционной пастеризации. Озонирование также обеспечивает высокую степень дезактивации и способно быстро снижать микробную нагрузку, однако требует строгого контроля, поскольку может вызывать окисление фенольных соединений и изменение окраски сока.

Заключение. Сопоставление всех методов показывает, что ни одна технология не является универсальной: каждая имеет свои преимущества и ограничения. Поэтому наилучшим решением представляется комбинированная схема, объединяющая сильные стороны нескольких подходов — например, предварительное осветление, последующую УФ-С обработку или мембранную фильтрацию, а при необходимости — мягкую термическую стабилизацию. Такой подход позволяет достичь оптимального баланса между микробиологической безопасностью, сохранением питательной ценности и стабильностью качественных характеристик гранатового сока.

Список литературы:

1. Śpiewak A. et al. Fruit Juice Production Using Ultraviolet Pasteurization. Beverages, MDPI, 2016.
2. Aadil R. et al. Application of Membrane Filtration to Cold Sterilization of Clear Fruit Juices. PMC, 2023.
3. Kumar M. et al. Decontamination of Pineapple Juice by Ozone and Its Physico-Chemical Effects. University of Kassel, 2021.
4. Tiwari B. et al. Impact of Thermal and Non-thermal Pasteurization on Microbial Inactivation of Fruit Juice. Longdom, 2022.
5. Rahman S. et al. Efficacy of UVC Irradiation for Inactivation of Pathogens in Fruit Juices. PMC, 2023.
6. Сафаров Ж. Э., Султанова Ш. А., Пулатов М. М. Исследование ультрафиолетового излучения на поглощение овощей и фруктов. Унивесум техничиский науки» апрель, 2023 г.