Программное обеспечение

Необходимо знать, когда спутник будет доступен для нашей территории, знать азимут на который направить аненну трансивера. Для этого установил на компьютер программу Orbitron  — систему слежения за спутниками, предназначенная для радиолюбителей и любителей визуальных наблюдений космических рукотворных объектов. Программа показывает положения различных спутников на любой заданный момент (как в реальном времени, так и в режиме симуляции). Программа БЕСПЛАТНА (Cardware), и считается одной из самых простых в обращении, и одновременно и самых мощных программ слежения за спутниками, по мнению тысяч ее пользователей со всего мира. На скриншоте рабочее окно  программы:

Посмотреть на QSO, которые проведены через спутник можно по ссылке здесь.

Для точного определения азимута использую мобильное приложение  Compass Galaxy для OS Android.

В качестве трансивера, способного работать на разнесённых частотах выбрал популярную недорогую модель Baofeng -UV5R. Настроил каналы на прием и передачу в необходимых диапазонах. Спасибо за советы в сети интернет HAMов. Отправил документы для регистрации в Роскомнадзор.

Теперь встал вопрос выбора антенны. Конструкций в сети множество. По совету Энвера Балмушева (UA4SAI) выбрал довольно простую конструкцию. Усиление антенны ( по информации автора) 4 dBd на 144 Мгц и 6.5 dBd на 433 Мгц  питается кабелем 50 ом. Детали для антенны приобрел в близлежащем магазине ( металло-пластиковая 3/4 труба, крепления к ней, пластиковые хомуты, медная шинка 4мм).

Схема антенны:

Согласующий трансформатор:

Антенная часть готова (сделал два экземпляра с разной толщиной элементов) и подключена к трансиверу. Направляться на спутник она будет руками.

Остается дождаться благоприятных погодных условий, выбраться на улицу и попробовать провести первую радиосвязь через спутник-ретранслятор…

(PDF) Влияние электромагнитных полей и их экранирования на качество семян моркови (Daucus Carota L.)

Ромуальд Гурски, Ханна Дорна, Агнешка Росинска, Дорота Шопиньска и Станислав Восиньски

EX в сочетании с электромагнитным полем ADR с экранированием TDS. screen

(E + ADR TEX и EM + ADR TEX) увеличил энергию прорастания семян и всхожесть

по сравнению с этими обработками без защиты и контроля.

2.Все обработки, в которых применялось экранирование, т.е. E + ADR TEX, EM + ADR TEX и

M + ADR TEX, снижали процент аномально пораженных проростков по сравнению с

обработками без защиты и контроля.

3. Ни одна из обработок не повлияла на жизнеспособность семян.

4. Как правило, воздействие электромагнитного излучения на семена не влияло на заболеваемость грибами

.

Ссылки

[1] Araújo SdeS, Paparella S, Dondi D, Bentivoglio A, Carbonera D, Balestrazzi A.Физические методы восстановления семян

: преимущества и проблемы технологии семян. Фронтальный завод им. 2016; 12 (7): 646. DOI:

10.3389 / fpls.2016.00646.

[2] Дас Р., Бхаттачарья Р. Воздействие электромагнитного поля на прорастание семян. Протокол XXVIII Генеральной Ассамблеи

URSI, Нью-Дели, Индия, октябрь 2005 г. ISBN Proceedings 8177649280. Бумага KP.14 (0983).

www.ursi.org/proceedings/procGA05/pdf/KP.14(0983).pdf.

[3] Даннель Д.Влияние электричества на реакцию растений. Sci Hortic. 2018; 234: 382-92. DOI:

10.1016 / j.scienta.2018.02.007.

[4] Пьетрушевски С., Каниа К. Влияние магнитного поля на всхожесть и урожайность пшеницы. Int

Agrophys. 2010; 24: 297-302. http://www.old.international-agrophysics.org/artykuly/international_

agrophysics / IntAgr_2010_24_3_297.pdf.

[5] Jedlička J, Paulen O, Ailer Š. Исследование влияния низкочастотного магнитного поля на всхожесть, рост и плодоношение полевых томатов.Acta Horticulturae et Regiotecturae 2015; 1: 1-4. DOI: 10.1515 / ahr-2015-0001.

[6] Хасан Г.Т., Али К.Дж., Ахмад М.А. Исследование влияния магнитного поля, излучаемого высоковольтными линиями электропередачи

, на рост растений. Eur J Sci Res. 2011; 56 (2): 272-8.

https://www.researchgate.net/publication/289882505_Investigation_the_influence_of_mintage_field_emitte

d_by_high_voltage_transmission_lines_on_plant_growth.

[7] Бхаттачарья Р., Бармен П.ЛЭП 132 кВ и напряжение на Brassica juncea.

Int J Electronics Commun Technol. 2013; 4 (1): 140-2. http://www.iject.org/vol4/spl1/c0047.pdf.

[8] Рохальска М., Грабовска-Топчевска К., Мацкевич А. Влияние слабого магнитного поля на улучшение качества семян

. Int Agrophys. 2011; 25 (3): 265-9. http://www.international-agrophysics.org/Influence-of-

переменное низкочастотное магнитное поле при улучшении качества семян, 106320,0,2.html.

[9] Балахнина Т., Булак П., Носалевич М., Петрушевский С., Влодарчик Т. Влияние предпосевной обработки семян пшеницы Triticum

aestivum L. магнитными полями на прорастание, рост проростков и антиоксидантный потенциал

оптимальный полив и затопление почвы. Acta Physiol Plant. 2015; 37: 59. DOI:

10.1007 / s11738-015-1802-2.

[10] Вашистх А., Сингх Р., Джоши Д.К. Влияние статического магнитного поля на всхожесть и свойства проростков томата

(Solanum lycopersicum).J Agr Phys. 2013; 13 (2): 182-5. https://pdfs.semanticscholar.org/

2f8b / 6dd294e2db9d567ccc390f63ed23bd4db2c9.pdf.

[11] Хозайн М., Эль-Махди AAA, Абдель-Рахман HMH. Влияние магнитного поля на прорастание, рост проростков

и цитогенетику лука (Allium cepa L.). Afr J Agric Res. 2015; 10 (8): 849-57. DOI:

10.5897 / AJAR2014.9383.

[12] Grzesik M, Górnik K, Janas R, Lewandowski M, Romanowska-Duda Z, van Duijn B.Высокая эффективность

стратификация покоя семян яблони сорта Лигол по фитогормонам, тепловому шоку и импульсной частоте радио

. J. Plant Physiol. 2017; 219: 81-90. DOI: 10.1016 / j.jplph.2017.09.007.

[13] Wosiński S. Раствор для пропитки материалов, экранирующих низкочастотное электрическое поле, и экранирующего материала

. PAT.221223. http://regserv.uprp.pl/register/application?number=P.387274.

[14] Wosiński S. Состав для пропитки материалов для защиты от воздействия переменных электромагнитных полей

, его применение для покрытия / пропитки волокнистых и / или пористых матриц и материалов

, содержащих их.Заявка на патент 20170349765; 2017. https://patents.justia.com/patent/20170349765.

[15] Международные правила тестирования семян. Глава 5: Тест на всхожесть 2019; 1: 5-56. DOI:

10.15258 / istarules.2019.05.

Unauthentifiziert | Heruntergeladen 24.01.20 00:28 UTC

Извлечение пигмента β-каротина из отходов переработки моркови с использованием метода инкубации с ультразвуковым встряхиванием

Journal of Food Measurement and Characterization (2018) 12: 1818–1828

https: // doi.org / 10.1007 / s11694-018-9796-2

ORIGINAL PAPER

Экстракция β-каротинового пигмента из отходов переработки моркови с использованием метода инкубации с ультразвуковым встряхиванием

MaryamMirheli1 · SomayehTaghian

Получено: 26 декабря 2017 г. / Принято: 27 марта 2018 г. / Опубликовано онлайн: 30 марта 2018 г.

© Springer Science + Business Media, LLC, часть Springer Nature 2018

Реферат

В настоящем исследовании показано извлечение β- каротин из отходов переработки моркови был исследован с использованием комбинации предварительной обработки ультразвуком

и процесса инкубации при встряхивании.В этой связи влияние ультразвукового времени (на трех уровнях 0, 40, 80 мин)

и времени инкубации при встряхивании (на трех уровнях 30, 75 и 120 мин), а также взаимное влияние этих двух Были исследованы переменные

зависимых ответов содержания β-каротина, антиоксидантной активности и цветовых параметров L *, a * и b * экстрактов, содержащих пигмент β-каротина, содержащий

. Результаты этого исследования показали, что увеличение времени ультразвуковой обработки с 0 до

80мин вызывало значительное увеличение β-каротина (P ≤ 0.001), антиоксидантная активность (P ≤ 0,01), параметр цвета a * (P ≤ 0,01),

и параметр цвета b * (P ≤ 0,001) экстрактов. Кроме того, увеличение времени инкубации при встряхивании с 30 до 120 мин

привело к значительному увеличению содержания β-каротина в экстрактах (P ≤ 0,001). Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье не выявила разрушения функциональных групп экстрактов. Кроме того, изображения, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии, показали более

пористой структуры твердых остатков в условиях увеличения времени инкубации ультразвуком и встряхиванием.

Ключевые слова β-каротиновый пигмент · Обработка ультразвуком · Параметры цвета · Антиоксидантная активность · Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FT-IR)

спектроскопия  · Сканирующая электронная микроскопия (SEM)

Введение

Цвет является одним из основных особенности питания. Он играет важную роль в первоначальном распознавании пищевых продуктов,

восприятии потребителя по качеству пищевых продуктов и даже

распознавании порчи пищевых продуктов. Производство и потребление значительного количества искусственных красителей химического происхождения

в пищевых продуктах оказывают пагубное воздействие на окружающую среду

и могут привести к аллергии, пищевым отравлениям и

канцерогенезу для человека.Таким образом, отказ от потребления пищевых продуктов, содержащих искусственные красители, вынуждает пищевую промышленность

заменять их натуральными пигментами [1, 2].

Каротиноиды — одна из основных групп природных

свиней в пищевой промышленности [3]. Эти соединения

играют важную роль в предотвращении рака легких, кожи, мочевого пузыря и

рака кишечника, катаракты и сердечных заболеваний [4]. Среди

каротиноидов желто-красный пигмент β-каротина занимает особое место для производителей и потребителей пищевых продуктов

[5].Этот пигмент является важным предшественником витамина A

, который не может быть произведен в организме человека. β-каротиновый пигмент

может широко использоваться в различных секторах бизнеса, таких как пищевая, фармацевтическая и химическая промышленность

[6].

Исследователей привлекли к извлечению природного

β-каротинового пигмента из различного растительного сырья, особенно из отходов сельского хозяйства [7]; потому что каждый год

большая часть сельскохозяйственных отходов утилизируется как мусор, все

во всем мире [8].Таким образом, используя отходы сельского хозяйства

для производства натуральных пигментов, таких как β-каротин, можно защитить окружающую среду от вредного воздействия отходов

[9]. Ничего не стоит упомянуть, что среди

овощей морковь имеет самое высокое содержание β-каротина. Морковь

отходы как побочный продукт сельского хозяйства, производимые в большом количестве во всем мире

, могут быть использованы в качестве природного источника

для извлечения пигмента β-каротина [10].

Для извлечения β-каротина из таких источников, как отходы

сельскохозяйственных продуктов, можно использовать разные методы. Инкубация Shak-

— это традиционный метод экстракции. В этом методе

после смешивания твердого образца с предполагаемым растворителем

экстракция проводится внутри шейкер-инкубатора

тор с заданной температурой, временем и скоростью встряхивания

[11]. Процесс встряхивания вызывает полный контакт растворителя с

* Somayeh Taghian Dinani

taghian @ iaush.ac.ir; [email protected]

1 Департамент пищевых продуктов, филиал Шахреза, Исламский

Университет Азад, Шахреза, Иран

Содержание предоставлено Springer Nature, применяются условия использования. Права защищены.

Применение технологии PEF в пищевой промышленности и питании людей

J Food Sci Technol. 2021 фев; 58 (2): 397–411.

Каролина Новосад

Кафедра анализа и оценки качества пищевых продуктов, Университет естественных наук в Люблине, Скромна 8, 20-704 Люблин, Польша

Моника Суйка

Кафедра анализа и оценки качества пищевых продуктов, Университет естественных наук в Люблине, Скромна 8, 20-704 Люблин, Польша

Уршула Панкевич

Кафедра анализа и оценки качества пищевых продуктов, Университет естественных наук в Люблине, Скромна 8 , 20-704 Люблин, Польша

Радослав Ковальский

Кафедра анализа и оценки качества пищевых продуктов, Университет естественных наук в Люблине, Скромна 8, 20-704 Люблин, Польша

Кафедра анализа и оценки качества пищевых продуктов, Университет наук о жизни в Люблине, Скромна 8, 20-704 Люблин, Польша

Пересмотрено 23 марта 2020 г .; Принято 1 мая 2020 г.

Реферат

В течение последних десятилетий было разработано множество новых технологий обработки пищевых продуктов в ответ на растущий спрос на безопасные и высококачественные пищевые продукты.В настоящее время потребители возлагают большие надежды на сенсорное качество, функциональность и пищевую ценность продуктов. Также они придают большое значение использованию экологически чистых технологий производства продуктов питания. Цель этого обзора — обобщить применение PEF в пищевых технологиях и, возможно, в производстве функциональных продуктов питания. Были представлены примеры параметров процесса и полученных эффектов для каждого приложения.

Ключевые слова: Импульсное электрическое поле, Пищевая промышленность, Функциональное питание

Введение

Разработка инновационных методов обработки пищевых продуктов может повысить конкурентоспособность пищевой промышленности за счет улучшения качества продукции, вывода на рынок новых продуктов и снижения производственных затрат ( Tiwari et al.2009 г.). Внедрение технологии импульсного электрического поля (PEF) в производство продуктов питания было поддержано растущим интересом потребителей к продуктам с высокой питательной ценностью, спросом на продукты, похожие на свежие, а также продукты питания, произведенные с использованием экологически безопасных методов (Evans and Cox 2006 ; Солива-Фортуни и др., 2009). Исследования показали, что, несмотря на то, что потребители придерживаются довольно консервативного подхода и им не всегда легко увидеть преимущества новых технологий обработки, они ценят натуральность, улучшенный вкус и высокую пищевую ценность продуктов, подвергнутых PEF (Nielsen et al. al.2009; Sonne et al. 2012). Как показывают результаты исследований, проведенных в разных странах, предоставление подробной и надежной информации о новых технологиях может иметь ключевое значение для повышения потребительского восприятия продуктов, полученных с использованием новых технологий обработки пищевых продуктов (Lee et al. 2015; Galati et al. 2019; Махерани и др., 2016).

Несмотря на то, что к настоящему времени опубликовано множество научных исследований принципов и приложений технологии PEF, а также тот факт, что PEF был внедрен в пищевую промышленность много лет назад, эта технология все еще считается развивающейся.В Европейском Союзе нет специального законодательства о пищевых продуктах, обработанных PEF. В целом использование этого метода регулируется Новым Регламентом по пищевым продуктам (ЕС) 2015/2283, но внедрение PEF в производство не означает, что продукт автоматически становится «новым». Согласно Статье 4 Регламента (ЕС) № 258/97, пищевой продукт может считаться новым, если применяемый производственный процесс вызывает значительные изменения в его составе или структуре, влияющие на пищевую ценность, метаболизм или уровень нежелательных веществ.Исследования показали, что, например, в случае жидких продуктов, таких как масла, соки и напитки, содержащие соки, не наблюдалось значительного снижения содержания полезных для здоровья соединений в результате лечения PEF (Guderjan et al. 2005; Zulueta et al. др. 2007; Сальвия-Трухильо и др. 2011; Моралес-Де Ла Пенья и др. 2012; Валлверду-Керальт и др. 2012). Сторона, которая хочет продавать продукты питания, несет ответственность за разъяснение своего регулирующего статуса национальному органу управления пищевыми продуктами.Решение о новизне пищевых продуктов основывается на процедурах, описанных в Исполнительном регламенте Комиссии (ЕС) 2018/456, и оценка безопасности должна проводиться как часть процесса авторизации. Использование новых технологий обработки может снизить воздействие производства пищевых продуктов на окружающую среду и повысить безопасность пищевых продуктов, поэтому их использование поощряется регулирующими органами в ЕС (Регламент (ЕС) 2015/2283). Правила, касающиеся новых продуктов питания, существуют также в Канаде, Новой Зеландии / Австралии, Китае и Бразилии, но определение «новых продуктов питания» может отличаться (Magnuson et al.2013). В Соединенных Штатах до 2002 года Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов рассматривало пастеризацию как термическую обработку, но в сентябре 2004 года Национальный консультативный комитет Министерства сельского хозяйства США по микробиологическим критериям пищевых продуктов (NACMCF) переопределил термин «пастеризация» как «любой процесс, обработка или их комбинация, применяемая к продуктам питания для уменьшения количества микроорганизмов, значимых для общественного здравоохранения, до уровня, который вряд ли представляет риск для здоровья населения при нормальных условиях распределения и хранения », позволяя использовать такие методы, как PEF используется (NACMCF 2004).PEF использовался для коммерческой пастеризации соков в соответствии с требованиями правил HACCP FDA для соков (21 C.F.R.120). Производители соков также должны соблюдать санитарные нормы и надлежащую производственную практику при производстве соков и соковых продуктов. Согласно FDA, производственные процессы должны соответствовать стандарту эффективности 5 log уменьшения наиболее устойчивого патогена (FDA 2000).

Пастеризация жидких пищевых продуктов по-прежнему остается основной целью использования технологии PEF.Смертельный эффект PEF на различные вегетативные бактерии, плесень и дрожжи можно усилить, комбинируя его с другими физическими методами, такими как УФ-излучение (Gachovska et al. 2008), высокоинтенсивные световые импульсы (HILP) (Caminiti et al. 2011) , ультразвук (Aadil et al. 2018), двуокись углерода под высоким давлением (Pataro et al. 2010) и манотермозоника (Palgan et al. 2012).

Общий обзор: преимущества и недостатки PEF

PEF — это метод, использующий электрические волны с высокой амплитудой напряжения.Короткие электрические импульсы (от микросекунд до миллисекунд каждый) высокого напряжения (обычно 10–80 кВ / см) подаются на изделие, помещенное между электродами в камере (Deeth et al. 2008). В зависимости от свойств обработанного пищевого продукта и получаемых эффектов условия процесса, такие как напряженность электрического поля (кВ / см), частота импульсов, ширина импульса, форма пульсовой волны и время воздействия (в зависимости от скорости потока) и объем жидкости в электродной камере) можно соответствующим образом изменить.Например, диапазон напряженности электрического поля 0,1–1 кВ / см вызывает обратимую проницаемость растительных клеток, 0,5–3 кВ / см — необратимую проницаемость тканей растений и животных, 15–40 кВ / см — необратимую проницаемость микробных клеток ( Цонг 1996).

В последнее десятилетие одной из основных областей исследований в области альтернативных энергосберегающих процессов было применение PEF в качестве нетермического метода в пищевой промышленности (Soliva-Fortuny et al. 2009). Тем не менее, следует отметить, что энергия электрических импульсов генерирует тепло из-за джоулева нагрева, поэтому охлаждение необходимо для поддержания низкой температуры обрабатываемого продукта во время обработки PEF.С другой стороны, это явление можно применить для щадящего процесса консервации. Комбинация высокотемпературной и мембранной электропорации PEF также улучшает эффективность инактивации (Jaeger et al. 2010b).

Большинство исследований по использованию PEF связано с инактивацией ферментов и микроорганизмов. Импульсы высокого напряжения разрушают клеточную мембрану, делая ее проницаемой для небольших молекул, в результате чего клетки начинают набухать и разрушаться (Zimmerman 1986). PEF можно использовать для жидких и полутвердых продуктов e.г. супы, жидкие яйца или фруктовые соки (Qin et al. 1995). Фруктовые соки, обработанные по этой технологии, были представлены на рынке США в 2005 году (Ravishankar et al. 2008). Что касается твердых продуктов, технология PEF нашла применение в основном в картофелеперерабатывающей промышленности. Картофель можно подвергнуть PEF сразу после очистки и перед этапом нарезки (Faridnia et al. 2015a) или в виде ломтиков. Эффект PEF заключается в изменении структурной целостности тканей, что приводит к более контролируемому высвобождению внутриклеточных соединений, таких как восстанавливающие сахара или аминокислоты, участвующие в реакциях Майяра, и, следовательно, снижает содержание акриламида в приготовленных или жареных картофельных продуктах (Jaeger et al. .2010а, б; Janositz et al. 2011; Genovese et al. 2019). Картофель, обработанный PEF, также имеет более однородный цвет и поглощает меньше масла во время жарки (Ignat et al. 2015; Liu et al. 2018a, b). Другой эффект PEF — более мягкая текстура, которая облегчает переработку картофеля, например резка (Лебовка и др., 2004) и значительное сокращение времени сушки картофельных дисков (Фаустер и др., 2018).

Несмотря на то, что эта технология была широко исследована и существует несколько десятков коммерческих систем PEF, работающих по всему миру, большинство полученных результатов относятся к экспериментам, проводимым в лабораторных масштабах.Сама технология импульсного электрического поля обычно считается безопасной для человека, поскольку не было обнаружено никаких опасных химических реакций (Frewer et al. 2011). Однако результаты некоторых исследований показывают, что компоненты электродного материала (например, Fe, Cr, Ni, Mn) выделяются в жидкие образцы пищевых продуктов из-за коррозии (Роденбург и др., 2005; Патаро и др., 2014). Эту проблему можно решить, применив угольные электроды (Toepfl et al. 2004). По данным Pataro et al. (2014), некоторые электрические параметры, такие как частота импульсов и состав обрабатываемого продукта (например,г. присутствие галогенидов) влияют на количество металла, выделяемого из электродов. Несомненно, необходимы дальнейшие исследования для определения оптимальных условий для обработки PEF в промышленном масштабе, а также материала и геометрии электродов, чтобы исключить или, по крайней мере, минимизировать нежелательные электродные реакции.

Типичный блок PEF состоит из нескольких основных компонентов: генератора высоковольтных импульсов, камеры обработки, системы обработки жидкости, устройств управления и мониторинга (рис.). Первый компонент подает импульсы высокого напряжения необходимой формы, длительности и интенсивности. Сгенерированные импульсы подаются на пару электродов, находящихся в камере обработки, и обрабатываемый продукт помещается между ними. В зависимости от типа обрабатываемого продукта (твердый, полутвердый, жидкий, полужидкий) камеры обработки можно разделить на камеры периодической обработки и камеры непрерывной обработки. Последний тип очень удобен для промышленных процессов, поскольку позволяет перекачивать жидкие и полужидкие продукты через камеру.Процесс управляется центральным компьютером, который используется для настройки параметров, управления работой насоса и сбора данных с датчиков, размещенных внутри камеры (Barbosa-Canovas et al. 2004). В жидких продуктах, обработанных PEF, серьезной проблемой является неравномерность распределения электрического поля внутри камеры обработки, вызванная ее конфигурацией, наличием пузырьков / примесей и теплофизическими свойствами самого продукта (Zhang et al. 1995). В результате некоторые части объема жидкости могут подвергаться недостаточной обработке (часто в центральных или мертвых зонах) или чрезмерной обработке (часто в пограничных областях).Достижение однородности электрического поля особенно важно в случае холодной пастеризации, потому что во время этого процесса все микроорганизмы, присутствующие в жидкости, должны подвергаться воздействию одинакового электрического поля и одинакового количества импульсов. Чтобы решить эту проблему, можно использовать камеры для обработки с параллельными пластинчатыми электродами или несколько камер для обработки PEF, размещенных последовательно (Buckow et al. 2013).

Типичная установка PEF, используемая в пищевой промышленности

Механизм импульсного электрического поля

Нанесение PEF на клетки растений, животных или микробов временно или постоянно нарушает целостность клеточной мембраны, увеличивая ее проницаемость, однако механизм активности PEF имеет не были полностью поняты.До сих пор было предложено несколько теоретических моделей, но до сих пор нет доказательств режима действия PEF на клеточном уровне (Soliva-Fortuny et al. 2009). Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что водные гидрофильные поры образуются в результате перестройки компонентов мембраны, таких как вода и липиды, вызванной длинными и интенсивными электрическими импульсами (Weaver 2003). Невозможно непосредственно наблюдать поры размеров в нанометрах с помощью традиционных методов, например. электронная микроскопия.Однако в настоящее время вычислительные методы (моделирование молекулярной динамики) можно использовать для моделирования воздействия электрического поля на клеточную мембрану (Leach 2001). Моделирование, проведенное Tieleman (2004), показало, что процесс электропорации проходит в два этапа: (1) молекулы воды, организованные в одну проволоку, проникают через гидрофобное ядро ​​бислоя; (2) водяные нити увеличиваются в длину и расширяются в поры, заполненные водой, которые позже стабилизируются за счет реорганизации липидных молекул.

Когда биологическая клетка рассматривается как электролит, окруженный электрически поврежденной оболочкой (цитоплазма, окруженная плазматической мембраной), и подвергается воздействию внешнего электрического поля, это приводит к возникновению индуцированного трансмембранного напряжения (Kotnik et al. 2010 ). В физиологических условиях существует ионный градиент через мембрану, возникающий в результате работы натрий-калиевых насосов и каналов утечки калия. Его значение зависит от типа ячейки и обычно составляет от -80 до -40 мВ (Котник и Миклавчич, 2006).Проницаемость клеточной мембраны — это локальный процесс, который происходит, когда трансмембранная разность потенциалов, индуцированная электрическим полем, достигает 250 мВ. Эта часть поверхности клетки становится очень проницаемой для небольших заряженных молекул, таких как ДНК или ионы металлов (Teissié and Tsong 1981). Диффузия наблюдается в основном после пульса и длится секунды и минуты (Gabriel and Teissie 1997). Проницаемость зависит от напряженности поля, параметров импульса (амплитуда, длительность, количество импульсов и частота повторения), состава мембраны, окружающей среды, температуры, размера и формы клеток и их ориентации относительно силовых линий электрического поля (Valič et al.2003). Это явление можно обнаружить, например, с использованием флуоресцентных индикаторов, таких как йодид пропидия (PI) (Sadik et al. 2013), или посредством электрических измерений (методы биоимпеданса или микроэлектродов) (Silve et al. 2011, 2017). Поглощение индикатора клетками свидетельствует о проницаемости мембраны. Когда действие электрического поля прекращается, дефекты мембраны закрываются, и клетки удерживают введенные молекулы или ионы. Это зависит от времени воздействия и напряженности электрического поля.Повторное запечатывание может длиться от нескольких секунд до нескольких часов, в зависимости от температуры. Например, при 37 ° C дефекты мембраны закрываются за несколько секунд, при 4 ° C за несколько минут, а когда клетки хранятся на льду, требуется несколько часов. Когда напряженность поля значительно превышает критическое значение, процесс необратим и может привести к разрушению клеток (Golzio et al. 2002).

Применение PEF в пищевой промышленности

Технология PEF вызвала интерес уже в двадцатом веке.В начале 1990-х годов был разработан метод пастеризации молока, в котором использовалось переменное электрическое поле низкой частоты. В 1960 году немецкий инженер Довенспек запатентовал метод, в котором электрические волны высокого напряжения разрушали структуру ячеек пищевых материалов (Toepfl et al. 2006). Факторы обработки, такие как напряженность электрического поля, форма импульса, ширина импульса, время обработки, частота и полярность импульсов, температура, периодическая обработка или система непрерывного потока, являются критическими факторами, определяющими эффективность технологии PEF в пищевой промышленности.Оптимизация параметров PEF требуется для каждого конкретного приложения импульсного электрического поля. Некоторые примеры представлены в таблице.

Таблица 1

Примеры условий процесса и эффектов использования PEF в пищевой промышленности

Сушка

Предварительная обработка образца PEF с целью разрушения структуры ячеек снижает его сопротивление диффузии, а скорость массо- и теплопередачи между ячейками и их окружением увеличивается (Barba et al.2015). Исследование влияния начальной обработки PEF на кинетику сушки, а также изменение цвета и текстуры нарезанного пастернака и моркови было проведено Alam et al. (2018). Время сушки сократилось до 28% при 70 ° C и до 21% при 60 ° C по сравнению с необработанными образцами. Виктор и др. (2016) наблюдали, что время сушки образцов моркови, обработанных PEF, было сокращено до 8,2%, эффективный коэффициент диффузии воды увеличился до 16,7%, а образцы после сушки показали более светлый оттенок и покраснение по сравнению с неповрежденной тканью.Влияние предварительной обработки PEF на сушку лука исследовали Ostermeier et al. (2018). Исследование показало, что повышение напряженности электрического поля до 1,07 кВ / см вызывает усиление разрушения клеток, что способствует выделению влаги на поверхность продукта. Более высокая диффузия привела к 30% сокращению времени сушки предварительно обработанных PEF образцов лука, высушенных при 45 ° C. Телфсер и Гомес Галиндо (2019) изучали эффект обратимой проницаемости в качестве предварительной обработки перед сушкой на воздухе при 40 ° C, вакуумной сушкой и сублимационной сушкой базилика ( Ocimum basilicum L.) листья. Применение PEF сократило время сушки на 57% для воздушной сушки, 33% для вакуумной сушки и 25% для сублимационной сушки. Было обнаружено, что образцы, которые были обработаны PEF и высушены в вакууме, наиболее близки к свежим листьям по цвету и запаху, определенным сенсорной панелью. Применение PEF также ускоряет сушку моркови, картофеля, яблок, кокосов или перца (Ade-Omowaye et al. 2001).

Замораживание

Замораживание продуктов питания имеет один серьезный недостаток — образование кристаллов льда может разрушить ткань, так что после оттаивания продукты (например, мягкие фрукты, листовые овощи) теряют форму и становятся мокрыми.В таком виде они не принимаются потребителями. Было продемонстрировано, что импульсные электрические поля могут быть использованы для улучшения морозостойкости молодых листьев шпината. PEF применяли с вакуумной пропиткой в ​​присутствии криопротекторов, таких как трегалоза, сахароза, глюкоза и фруктоза. Комбинация этих методов привела к тому, что клетки листа оставались жизнеспособными, а листья сохраняли тургор после цикла замораживания и оттаивания (Demir et al. 2018). Диски моркови, обработанные PEF после замачивания в различных криопротекторов и текстурирующих агентов, имели более высокую твердость после оттаивания, чем контрольный образец (Shayanfar et al.2014). Аналогичные исследования были проведены для картофельных полосок. Результаты показали, что обработка PEF сама по себе (без текстурирующих агентов и антифризов) не была подходящим методом предварительной обработки, но когда она применялась с CaCl ₂ и картофельными полосками трегалозы, сохранялась структурная целостность, твердость и цвет после оттаивания (Shayanfar et al. . 2013). Интересно, что не было улучшения текстуры замороженной и размороженной клубники после применения PEF в сочетании с вакуумной инфузией и криопротекторами.Однако такая обработка усиливала сохранение цвета размороженных фруктов (Velickova et al., 2018).

Применение технологии PEF вместе с замораживанием или сублимационной сушкой влияет на время и скорость замораживания. Например, исследование Jalté et al. (2009) показали, что предварительная обработка PEF может сократить время замораживания, увеличить скорость сублимационной сушки и улучшить качество лиофилизированного картофеля. Аналогичным образом Wiktor et al. (2015), изучавшие влияние PEF на замораживание и оттаивание тканей яблока, обнаружили, что общее время замораживания и общее время оттаивания сократились соответственно на 3.5–17,2% и 71,5%. Аналогичные результаты были получены Ben Ammar et al. (2011) и Аль-Сайед и др. (2018). Авторы пришли к выводу, что электропорация многоклеточных тканей приводит к лучшим связям между внутри- и внеклеточным содержимым, что увеличивает вероятность образования зародышей льда и более быстрое распространение льда после замораживания и, соответственно, сокращает время замораживания.

Консервация продуктов питания

Порча продуктов питания может быть вызвана несколькими факторами, такими как развитие микроорганизмов и активность эндогенных ферментов.Технология PEF, по сравнению с традиционным методом пастеризации, не только инактивирует патогенные микроорганизмы, но и в некоторой степени ферменты, сводит к минимуму потерю первоначального вкуса, цвета, текстуры, питательных веществ и других термолабильных соединений, обнаруженных в пищевых продуктах (Syed et al., 2017) . По этой причине он является многообещающим дополнением или заменой традиционной термической пастеризации. PEF может успешно использоваться для жидких продуктов с низкой вязкостью и электропроводностью, например молоко и соки.

Микробная инактивация

Молоко и молочные продукты обрабатываются с использованием различных термических методов, чтобы сделать их безопасными для употребления в пищу. Неправильная пастеризация молока вызывает порчу продукта и образование патогенных бактерий, таких как Escherichia coli , Listeria spp. и Pseudomonas . Обработка с использованием высоких температур вызывает потерю питательных веществ (Ercolini et al. 2009). Импульсное электрическое поле не только инактивирует бактерии при низких температурах, но и минимально влияет на питательные и сенсорные свойства пищевого продукта.PEF вызывает инактивацию грамотрицательных и грамположительных бактерий в цельном молоке уже при 50 ° C (Sharma et al. 2014). Молоко, которое было подвергнуто термической консервации, может быть микробиологически стабильным в течение 21 дня при хранении при 4 ° C. Однако тепло вызывает неблагоприятные эффекты, такие как: нарушение кремообразующих свойств, неферментативное потемнение, разложение лактозы, денатурация сывороточных белков (Fox et al. 2015). Технология PEF может использоваться синергетически с нагреванием, антимикробными средствами, мембранной фильтрацией и ультрафиолетовым излучением, чтобы повысить эффективность бактериальной инактивации и продлить период потребления.В одном из исследований Sharma et al. (2017) образцы молока были подвергнуты PEF со следующими параметрами: 25,7 кВ / см в течение 34 мкс после нагрева до 55 ° C и выдержки в течение 24 с и термообработки при 63 ° C в течение 30 минут или при 73 ° C в течение 15 минут. мин. Инактивация щелочной фосфатазы была сопоставимой во всех образцах. Образец, обработанный PEF, изначально демонстрировал пониженную активность ксантина (30%) и плазминоксидазы (7%), однако после 21 дня хранения в холодильнике эти параметры были аналогичны образцу молока, который вообще не обрабатывался.Во время хранения во всех образцах молока липолитическая активность увеличивалась, а уровень pH снижался. Hemar et al. (2011) сообщили, что PEF не влияет на сывороточные белки и pH молока, но он может влиять на вязкость и размер частиц, когда молоко обрабатывается сильным полем.

Jin et al. (2017) изучили, как PEF влияет на естественную микрофлору и популяцию E. coli Listeria innocua , которые были искусственно привиты на чернику. Комбинация PEF и PAA (60 ppm перуксусной кислоты) привела к снижению E.coli и Listeria innocua , но он не изменил цвет и внешний вид черники. Единственным минусом процесса было смягчение ягодной структуры. Антоцианы и фенольные соединения увеличились на 10 и 25% соответственно. Palgan et al. (2012) объединили PEF и манотермозонизацию (MTS), чтобы уменьшить количество Listeria innocua в смузи на основе молока. Исследование показало, что применение MTS с последующим применением PEF было наиболее эффективным в инактивации L.innocua , вызывая среднее снижение на 5,6 log КОЕ / мл.

Инактивация спор

Обработка PEF, по-видимому, не влияет на эндоспоры, хотя в некоторых публикациях описывается определенный уровень инактивации спор, достигаемый при применении необходимых жестких условий. Споры обладают более высокой устойчивостью к PEF, чем вегетативные клетки, из-за их малых размеров, низкой проницаемости, обезвоживания и минерализации (Setlow 1995). Следовательно, в настоящее время только обработка PEF может применяться для пастеризации, но не для целей стерилизации.Однако комбинированное применение PEF с другими методами, например термическая обработка может привести к успешной инактивации эндоспор. Например, Siemer et al. (2014) сообщили о 3 логарифмических циклах инактивации спор B. subtilis при следующих условиях процесса: напряженность электрического поля 9 кВ / см, температура на входе 80 ° C, добавление 10% сахара в среду. Аналогичным образом, Reineke et al. (2015) достигли 4,67 log ₁₀ инактивации спор B. subtilis в соленой воде, когда они применяли условия процесса: 70 ° C при скорости потока 5 л / ч, частота 150 Гц, энергозатрат 226.5 кДж / кг.

Инактивация ферментов

Ферменты менее чувствительны к действию PEF, чем микробы, поэтому для их инактивации требуется более интенсивная обработка PEF (Ho et al. 1997), но механизм этого явления до сих пор не совсем понятен. Вероятно, как электрохимические, так и тепловые эффекты, связанные с PEF, вызывают изменения в структуре и конформации ферментов, приводящие к их инактивации (Terefe et al. 2013). В случае виноградного сока, который чувствителен к действию многих ферментов, PEF не оказал значительного влияния на его физико-химические и сенсорные характеристики, но снизил активность полифенилоксидазы и пероксидазы.Продолжительность действия PEF, его интенсивность и частота оказали значительное влияние на относительную активность выбранных ферментов, которая была отменена вместе с увеличением вышеупомянутых параметров (Marselle´s-Fontanet and Martin-Belloso 2007).

Экстракция биологически активных соединений

Экстракция — один из наиболее часто используемых в промышленности процессов для получения ценных соединений, обычно он включает химическую и / или термическую обработку образца. Многочисленные исследования сообщают, что применение импульсного электрического поля для экстракции может повысить ее эффективность, сократить время экстракции и свести к минимуму любой ущерб извлеченным питательным веществам.PEF был использован для улучшения экстракции внутриклеточных соединений из фруктов и овощей. Луенго и др. (2013) сообщили, что количество полифенолов, извлеченных из томатов и винограда, увеличилось после обработки PEF. Использование этого метода усилило экстракцию полифенолов из листьев бурачника ( Borago officinalis L.) и повысило их антиоксидантную активность. Кроме того, это также сократило время экстракции, а увеличение интенсивности импульса было пропорционально количеству извлеченных полифенолов, а также их антиоксидантным свойствам (Segovia et al.2014). Soliva-Fortuny et al. (2017) изучали влияние PEF на содержание фенолов, флавоноидов и флаван-3-ола, а также на антиоксидантную способность яблок, хранящихся при разных температурах (4 и 22 ° C) в течение 48 часов. Максимальное увеличение общего содержания фенола (13%) и флавон-3-ола (92%) наблюдалось в яблоке, обработанном наиболее мягкими параметрами электрического поля. Антиоксидантная активность также была выше у яблок, подвергнутых PEF (на 43%), по сравнению с необработанными образцами. Лю и др. (2018a, b) исследовали влияние PEF на экстракцию водорастворимых фенольных соединений из лука, а также антиоксидантную активность экстрактов.Результаты показали, что выход водорастворимых фенольных и флавоноидных соединений, экстрагированных из лука, значительно увеличился после обработки PEF после водной экстракции в 2,2 и 2,7 раза, соответственно, по сравнению с контролем. Авторы отметили, что антиоксидантная активность экстрактов увеличивается с увеличением напряженности электрического поля и продолжительности лечения. Эль Кантар и др. (2018) исследовали влияние PEF на цитрусовые (апельсин, помело и лимон). Фрукты и кожуру обрабатывали импульсным электрическим полем при напряжении поля 3 кВ / см и 10 кВ / см соответственно.Обработка PEF увеличила выход сока на 25% для апельсинов, 37% для помело и 59% для лимона и улучшила извлечение полифенолов до 50%.

PEF — идеальный метод, используемый для улучшения процесса экстракции различных внутриклеточных соединений, например сахар из сахарной свеклы (Lopez et al. 2009), фитостерины из зародышей кукурузы (Guderjan et al. 2005). Одним из преимуществ использования PEF также является получение фруктовых соков высокой чистоты (Lebovka et al. 2003). Однако использование слишком высокой интенсивности может привести к разрушению клеточной мембраны, тургора клеток и может отрицательно сказаться на вязкости и эластичности растительной ткани (Lebovka et al.2004 г.). Способность PEF инактивировать микроорганизмы и индуцировать проницаемость эукариотических клеток без значительного повышения температуры продукта может быть использована в процессе производства вина для улучшения его качества. Низкое потребление энергии и короткое время обработки, необходимые для проницаемости клеток кожицы винограда, являются ключевыми преимуществами использования PEF для получения вин с высоким содержанием фенольных соединений. Высокая концентрация полифенолов помогает стабилизировать цвет и улучшает качество вина в процессе выдержки (Boulton 2001).Фенольные соединения также обладают полезными для здоровья свойствами (например, антиоксидантными и провоспалительными свойствами). PEF не влияет на изменение вкуса, цвета или пищевой ценности виноградного сусла и вина. Это также способствует росту активных сухих винных дрожжей, которые добавляются в виноградное сусло, чтобы ускорить процесс брожения. PEF также снижает количество SO ₂ , что ухудшает качество вина (Puertolas et al. 2010).

Фруктовый сок с добавлением стевии был обработан с помощью PEF для изучения влияния этой технологии на биологически активные соединения и гликозиды стевии.Обработка PEF привела к удержанию аскорбиновой кислоты более чем на 74%, увеличению экстракции антоцианов и каротиноидов. Наилучшие результаты были получены при 30 кВ / см в течение 230 мкс. При максимальном напряжении 40 кВ было обнаружено самое высокое содержание гидроксиметилфурфурола. При проведении PEF при 21 кВ / см в течение 300 мкс с 2,5% стевии было получено наивысшее содержание биоактивных соединений и подслащивающих свойств при минимальных изменениях цвета (Carbonell-Capella et al., 2017).

Lin et al.(2017) исследовали механизм улучшения антиоксидантных свойств пептидов, выделенных из кедровых орехов, с помощью PEF. Радикальное ингибирование DPPH и клеточной антиоксидантной активности (CAA) использовали для оценки антиоксидантной активности пептидов. Структуру электропорированных пептидов анализировали с помощью спектрофотометрии в средней инфракрасной области (MIR) и кругового дихроизма (CD). Захват радикалов DPPH значительно увеличился (от 89,10% ± 0,20% до 93,22% ± 0,09%) в условиях обработки PEF. Частота импульсов составляла 1800 Гц, а напряжение электрического поля составляло 15 кВ / см.PEF не изменял аминокислотную последовательность Gln-Cys-His-Lys-Pro, Gln-Cys-His-Gln-Pro, Lys-Cys-His-Gln-Pro.

Модификация крахмала

Импульсное электрическое поле можно использовать для модификации крахмалов из картофеля, кукурузы, пшеницы, восковидного риса и маниока (Han et al.2009; Hong et al.2018; Li et al.2019; Zeng et al. 2016). Исследователи наблюдали перестройку и разрушение молекул крахмала, а также снижение желатинизации, вязкости и кристалличности наряду с увеличением напряженности поля (1.25–5 кВ / см и 30–50 кВ / см). Применение PEF повлияло на перевариваемость крахмала, увеличив уровень быстроусвояемого крахмала в картофельном, пшеничном и гороховом крахмале (интенсивность PEF 2,86, 4,29, 5,71, 7,14 и 8,57 кВ / см, частота импульсов 600 Гц, ширина импульса 6 мкс) ( Li et al.2019) и восковидного рисового крахмала (30, 40 и 50 кВ / см) (Zeng et al., 2016). Hong et al. (2018) сообщили, что такие методы модификации крахмала, как ацетилирование, могут быть значительно усилены обработкой PEF (параметры PEF: частота импульсов 1000 Гц; интенсивность поля 1.25, 2,50, 3,75 и 5,00 кВ / см; длительность импульса 40 мкс). Использование PEF для поддержки методов модификации крахмала может повысить эффективность процесса, сократить время реакции и сэкономить реагенты.

Валоризация отходов в пищевой промышленности

Пищевая промышленность производит огромное количество побочных продуктов и отходов, которые являются проблематичными, поскольку их удаление связано с проблемами окружающей среды и здоровья. С другой стороны, они по-прежнему могут быть богатыми источниками природных биологически активных соединений, особенно во фруктовой и овощной промышленности.В последнее время большое внимание уделяется использованию новых технологий, включая PEF, для восстановления этих соединений. Например, Ghosh et al. (2019) предложили комбинировать PEF с механическим прессованием для извлечения функциональных молекул из отработанных мышц куриной грудки. Андреу и др. (2020) применили PEF при переработке томатов, чтобы повысить ценность томатных отходов. Они заметили увеличение выхода каротиноида при извлечении до 56,4%. Экстракция ликопина также увеличилась (с 9,84 мг ликопина / 100 г до 14.31 мг / 100 г остатков томатов) для обработки PEF при 1,0 кВ / см в течение 7,5 мс. Концентрация извлеченных общих фенольных соединений удвоилась, когда томатные отходы обрабатывали 2 кВ / см и 700 импульсами. Другие иллюстративные исследования касаются применения PEF для увеличения экстракции полифенолов из остатков кожуры лимона (Peiró et al., 2019), картофельной кожуры (Frontuto et al., 2019), побочных продуктов манго и папайи (Parniakov et al., 2016b).

Воздействие PEF на питательные вещества и биоактивные соединения

Недавно опубликованные исследования проводились в основном в отношении продуктов растительного происхождения, особенно соков.Они показали, что лечение PEF можно рассматривать как безопасное для таких биологически активных соединений, как витамины, каротеноиды и полифенолы. Не сообщалось о значительных изменениях содержания витамина C для яблочного сока (200, 300 и 400 импульсов, напряженность электрического поля 30 кВ / см) (Dziadek et al.2019), ананасового сока (20, 30 и 40 кВ и частота 10 , 20, 30 и 40 кГц) (Индриани и др., 2019) или соковыжималке (350 В) (Чжу и др., 2019). Похоже, что PEF не влияет на биодоступность этого витамина (Rodríguez-Roque et al.2015). Salvia-Trujillo et al. (2011), которые изучали влияние обработки PEF на содержание витаминов группы B в напитке, содержащем фруктовые соки (апельсин, киви, манго и ананас), а также цельное и обезжиренное молоко, обнаружили, что содержание ниацина и тиамина в фруктовых напитках не было воздействие PEF (напряженность электрического поля 35 кВ / см в течение 1800 мкс, частота импульсов 200 Гц и биполярные импульсы 4 мкс). Использование PEF для пастеризации имеет преимущество перед термообработкой для сохранения биологически активных соединений.Например, более высокие концентрации фенольных кислот и флавоноидов наблюдались в томатном соке и апельсиновом соке, обработанном PEF, по сравнению с образцами, подвергнутыми традиционной термической обработке (Odriozola-Serrano et al. 2008; Agcam et al. 2014). Пастеризация молока PEF сохраняет его пищевую ценность. Исследования показали, что не было значительного влияния пастеризации в непрерывной лабораторной системе PEF (напряженность поля 35 кВ / см с 64 импульсами биполярной прямоугольной волны в течение 188 мкс) на белки и общее содержание сухих веществ в молоке (Michalac et al.2003). Аналогичным образом не было обнаружено изменений в удерживании тиамина, рибофлавина, ретинола, холекальциферола и α-токоферола в обезжиренном молоке и свежем цельном молоке крупного рогатого скота, подвергнутых обработке PEF при 18,3–27,1 кВ / см, 400 мс, при 50–90 ° C. (Bendicho et al. 2002) или 15–35 кВ / см, 12,5–75 мс при 30 ° C (Riener et al., 2009). Однако цельное молоко, обработанное PEF (20–35 кВ / см, 24–60 мс, 20–40 ° C), продемонстрировало небольшое снижение содержания жира (Bermúdez-Aguirre et al. 2011). Необходимы дополнительные исследования, чтобы выяснить, как PEF влияет на молочный белок, поскольку опубликованные до сих пор результаты противоречивы.В исследованиях, касающихся использования PEF (1,8 кВ / см, 1,6 кДж / кг) для повышения экстракции масла из оливок, не было обнаружено отрицательного воздействия на качество и функциональность масел (Andreou et al., 2017). В случае мясных и рыбных продуктов количество исследований все еще слишком мало, чтобы сделать далеко идущие выводы о влиянии PEF на их пищевую ценность.

Возможности использования ПЭФ в производстве продуктов питания с повышенной пищевой ценностью

Импульсные электрические поля применялись для обогащения микроорганизмов ионами, необходимыми для правильного функционирования человеческого организма (таблица).Приготовленная таким образом клеточная биомасса потенциально может быть использована для производства функционального питания. Дрожжи известны своей способностью накапливать ионы металлов из водных растворов, например адсорбцией и абсорбцией или метаболизмом (Cha and Cho 2009). Биоаккумуляция ионов металлов штаммами Saccharomyces cerevisiae происходит в два этапа. На первом этапе происходит биосорбция или «пассивный захват». Он не зависит от метаболизма дрожжей и связан с накоплением катионов на внешней поверхности клеточной стенки.Затем ионы металлов адсорбируются на анионных центрах. Вторая стадия, называемая биоаккумуляцией или «активным захватом», уже зависит от клеточного метаболизма и включает проникновение ионов металлов в клетку с помощью специальных мембранных переносчиков. Ионы металлов накапливаются в вакуолях (MacDiarmid et al. 2002). Этот механизм связывания катионов может приводить к образованию органических связей, называемых «биоплексами». Было показано, что белковые и минеральные комплексы (металлопротеины или биоплексы) очень хорошо усваиваются организмом человека (De Nicola et al.2007). Использование дрожжей или бактерий в качестве носителей биоплексов может помочь обогатить диету дефицитными элементами, такими как магний, цинк, кальций или селен. Исследования Панкевича и Ямроза (2013), Панкевича и др. (2014) показали, что дрожжевые клетки, обработанные PEF, могут более эффективно накапливать магний, цинк и кальций из-за явления электропорации. Авторы сообщили, что биоаккумуляция магния была в 1,5 раза выше, цинка — в два раза, а кальция даже в 6 раз выше по сравнению с культурой, не обработанной PEF.Наблюдения за обработанными PEF дрожжевыми клетками с помощью лазерной конфокальной микроскопии показали, что ионы цинка диспергированы в основном в органеллах клетки, а ионы магния — в клеточной стенке (Pankiewicz et al. 2015).

Таблица 2

Обзор исследований по применению ПЭФ для увеличения биосорбции выбранных элементов микроорганизмами

Применение PEF может также усилить биоаккумуляцию ионов магния в Lactobacillus rhamnosus B 442, Lactobacillus rhamnosus 1937 и Lactococcus lactis, которые затем могут использоваться для производства клеток JBB. мороженое. Добавление бактерий, обогащенных Mg ²⁺ , не повлияло на физико-химические характеристики (замораживание, плавкость, твердость) мороженого и не изменило цвет образцов.В мороженом было отмечено более высокое общее количество микроорганизмов, чем в заквасочных культурах, однако жизнеспособность этих бактерий была ниже, чем в контрольных образцах (Góral et al. 2018). Góral et al. (2019a, b) использовали PEF для увеличения биоаккумуляции кальция и цинка в клетках Lactobacillus rhamnosus B 442. Наибольшая биоаккумуляция цинка наблюдалась при применении следующих параметров PEF: напряженность поля 3 кВ / см, ширина импульса 20 мкс и время электропорации 20 мин.Оптимальные параметры PEF для накопления кальция были следующими: напряженность поля 3,0 кВ / см, время воздействия 10 мин и длительность импульса 75 мкс. Биоаккумуляция Zn ²⁺ и Ca ²⁺ была выше, чем в контрольном образце (с добавлением цинка и без обработки PEF) соответственно на 164% и 300%. Lactobacillus rhamnosus Клетки B 442, обогащенные ионами цинка, были использованы для производства двух типов мороженого: неферментированного и ферментированного (Pankiewicz et al.2019). Также в случае Se ²⁺ приложение импульсных электрических полей улучшает накопление этого элемента в дрожжевых клетках до 68% (Pankiewicz et al., 2017).

Результаты некоторых исследований показывают, что использование PEF при производстве сока может привести к более высокому содержанию витаминов и полифенольных соединений по сравнению с теми, которые получаются по традиционной технологии. Odriozola-Serrano et al. (2008) использовали PEF (напряженность электрического поля 35 кВ / см, частота поля в диапазоне 50–250 Гц и длительность импульса от 1 до 7 мкс) для получения клубничного сока с более высокой питательной ценностью с точки зрения витамина С, антоцианов. и содержание антиоксидантов.Они наблюдали 98% -ное удержание витамина C, от 83 до 102% удержание антоцианов, тогда как удерживание антиоксидантов колебалось от 75 до 100%. Максимальное удерживание было получено при приложении биполярных импульсов при напряженности поля 35 кВ / см, ширине импульса 1 мкс и частоте 250 Гц. Cortés et al. (2006) заметили, что содержание витамина А в апельсиновом соке, обработанном PEF, было на 8,1% выше, чем в пастеризованном соке. Salvia-Trujillo et al. (2011) показали, что напитки, содержащие молоко и фруктовый сок (киви, манго, апельсины и ананасы), обработанные PEF высокой интенсивности, содержат более высокое содержание витамина B2, чем напитки, обработанные термически.Agcam et al. (2014) в сравнительных исследованиях апельсинового сока, обработанного PEF и термической пастеризации, обнаружили, что флавоноиды и фенольные кислоты в соке, обработанном PEF, были более стабильными, чем в соке, обработанном термической пастеризацией. PEF также позволяет сохранить исходное содержание жирных кислот и аминокислот в продукте. Zulueta et al. (2007) не заметили снижения содержания насыщенных, мононенасыщенных или полиненасыщенных жирных кислот в апельсиново-молочном напитке, обогащенном n — 3 жирными кислотами и олеиновой кислотой, обработанном сильным импульсным электрическим полем.Моралес-Де Ла Пенья и др. (2012) отметили, что содержание свободных аминокислот в напитке из фруктового сока и соевого молока, обработанного импульсным электрическим полем высокой интенсивности и хранящегося при 4 ° C, было выше, чем в напитках, прошедших термическую обработку. С другой стороны, содержание гистидина, тирозина, метионина и лейцина было ниже в напитках, подвергнутых термической пастеризации.

PEF также можно использовать для поддержки образования комплекса железо-глицин, который является стабильным и имеет хорошую биодоступность.Zhang et al. (2017) получили самый высокий выход комплекса Fe-глицин (81,2%) и самую высокую хелатную способность железа (107,13 мг / л), используя PEF с напряженностью электрического поля 4 кВ / см, частотой 1 кГц и шириной импульса. 40 мкс в течение 15 мин. Полученный предел текучести был выше, чем в случае комплекса, образованного термической обработкой (30 мин, 60 ° C). На основании полученных результатов авторы пришли к выводу, что ПЭФ можно использовать в промышленности для образования комплексов ионов металлов с аминокислотами белков.

Фармакологические эффекты (e.г. противовоспалительное, противораковое, антиоксидантное) C-фикоцианина (C-PC), полученного из Spirulina platensis , заставило это соединение найти потенциальное применение в производстве функциональных продуктов питания (Liu et al., 2016). Фикоцианин — это пигментно-белковый комплекс синего цвета, который широко используется в качестве натурального пищевого красителя в пищевой промышленности (Taufiqurrahmi et al.2017). Martinez et al. (2017) использовали PEF для увеличения экстракции C-фикоцианина из A. platensis . Чистота экстракта, полученного из клеток, обработанных PEF, была намного выше, чем в случае других методик, которые заключались в полном разрушении клетки.

Развитие технологий позволяет внедрять в торговлю «новые продукты питания». Примером такой пищи являются белки, полученные из микроводорослей Ulva sp. Экстракция белка из этих микроорганизмов возможна благодаря использованию химических веществ, однако этот метод имеет серьезные последствия, поэтому в качестве альтернативного метода экстракции использовался PEF в сочетании с осмотическим шоком и механическим прессом. Впоследствии экстрагированные белки были идентифицированы, и им был назначен конкретный аллерген.Экстракты, полученные с помощью PEF, содержат только один пищевой аллерген — супероксиддисмутазу (SOD), однако необходимы дополнительные исследования аллергенности белков, извлеченных из макроводорослей, для оценки риска для потребления человеком (Polokovsky et al., 2019).

Заключение

В настоящем обзоре обсуждались выбранные текущие и потенциальные применения PEF в пищевой промышленности. Развитие новых технологий в пищевой промышленности вызвано, среди прочего, растущим интересом потребителей к свежим продуктам с высокой питательной ценностью, а также спросом на продукты питания, произведенные с использованием экологически безопасных методов.PEF — это метод, в котором используются электрические волны с высокой амплитудой напряжения. Короткие электрические импульсы (от микросекунд до миллисекунд каждый) высокого напряжения (обычно 10–80 кВ / см) поступают на изделие, помещенное между электродами в камере. Эта технология может использоваться отдельно или в сочетании с другими методами для получения продуктов более энергоэффективным (например, путем снижения температуры и времени экстракции) и экологически безопасным способом. PEF может применяться для пастеризации, улучшения таких процессов, как сушка, замораживание или экстракция, но также может поддерживать разработку функциональных пищевых продуктов, содержащих е.г. легко усваиваются ионы элементов, необходимых для правильного функционирования человеческого организма.

Исследования технологии импульсных электрических полей ведутся во всем мире. Хотя эта технология широко исследовалась и уже существуют коммерческие системы PEF, работающие в разных странах, большинство полученных результатов по-прежнему относятся к экспериментам, проводимым в лабораторных масштабах.

Соблюдение этических норм