У больных яблок повышается температура, что можно использовать при проверке хранилищ. Тепловизоры дают информацию точнее и разнообразнее, чем «электронный нос», считают польские ученые
Группа исследователей Кафедры пищевой биотехнологии и микробиологии Института пищевых наук, Варшавский университет естественных наук, предложили новый способ оптимизации хранения яблок в своей статье, опубликованной в журнале Horticulturae 2022 на портале MDPI.
«Яблоки полезны и превосходны во многих отношениях. Их можно употреблять как в натуральном, так и в переработанном виде (соки, выжимки, сухофрукты). Продажа свежих яблок вне сезона – отличный способ заработка. Проблема в том, как сохранить яблоки подольше.
Свежие яблоки подвержены заражению такими микроорганизмами, как дрожжи (Saccharomyces, Pichia, Kloeckera, Candida и др.), плесень (Penicillium, Aspergillus, Rhizopus, Botrytis, Fusarium, Mucor) и колиформные бактерии.
Нитчатые грибы - космополиты и олиготрофы. Они могут легко изменять свой метаболизм в соответствии с преобладающими физическими условиями и типом питательных веществ, присутствующих в субстрате. Эти организмы также способны секретировать различные ферменты и, таким образом, могут преобразовывать высокомолекулярные соединения в более простые усваиваемые формы.
Плесневые грибы - это аэробные организмы, которые растут на поверхности продуктов, образуя обильный воздушный мицелий. Однако механическое удаление видимого мицелия не гарантирует полной ликвидации гриба, так как другая его часть, включая глубинный мицелий и метаболиты (например, микотоксины), остается в субстрате. Таким образом, эти микроорганизмы встречаются как на поверхности, так и внутри плода.
Виды грибов, такие как Penicillium expansum, вызывают мягкую гниль, то есть вызывать плесневение сердцевины семени у внешне здоровых яблок без каких-либо изменений поверхности.
Сильный ущерб плодам происходит от серой гнили (Botrytis cinerea). Споры этой плесени легко проникают в плоды через любые повреждения кожуры и удаленные плодоножки. Они также способны расти в широком диапазоне температур и, таким образом, наносят значительный ущерб сырью.
Плесневые заболевания представляют значительную угрозу для садоводов и продавцов в связи с быстрым развитием инфекций и огромными экономическими потерями, а также влияют на здоровье потребителей. Поэтому необходимо обеспечить раннее обнаружение изменений в сырье.
Обычные способы, используемые для определения присутствия микроорганизмов, включая культуральные и иммунологические методы, требуют больших затрат времени и средств. Поэтому внимание исследователей сосредоточено на инновационных методах контроля качества пищевых продуктов, в том числе на тепловидении (тепловидении).
Техника тепловидения, выполняемая с помощью тепловизионной камеры, позволяет проводить простые, недорогие и неинвазивные тесты, а также получать точные результаты в более короткие сроки.
Инфракрасная термография (ИКТ) предполагает наблюдение объекта с температурой выше абсолютного нуля и регистрацию распределения излучения в инфракрасном диапазоне. Пользователю предоставляется термограмма или тепловизионное изображение с цветовой палитрой, отмасштабированной в соответствии со значениями температуры.
Термография различается на два типа: активную и пассивную. В активной термографии разность температур определяется с помощью внешних источников теплового воздействия. Исследуемый объект нагревают или охлаждают, а затем анализируют динамические изменения температуры объекта во времени. С другой стороны, пассивная термография использует объект с излучением, возникающем при нормальном функционировании, без стимуляции дополнительными источниками тепла.
Благодаря простой методологии и неинвазивности тепловизионные методы широко используются во многих областях, от медицины, до строительства и пищевой промышленности.
Например, в пищевой промышленности термография применяется для оценки стадии созревания плодов по содержанию выделяющихся летучих соединений. Тепловидение считается идеальной альтернативой газовой хроматографии и электронному носу, поскольку оба этих метода требуют сбора проб газа для количественного анализа, что сложно и ограничивает массовое хранение проб.
Целью данного исследования была разработка метода раннего выявления развития плесени на яблоках с помощью тепловидения.
Свежие яблоки (сорт Хани Крисп) были получены из садов Варшавского университета естественных наук. В экспериментах использовали следующие штаммы плесневых грибов: P. expansum KKP 774 (Коллекция промышленных микроорганизмов, Варшава, Польша), Botrytis cinerea IOR 2110 (Институт национальных исследований растений, Познань, Польша) и Rhizopus stolonifer ATCC 14037 (Американский Коллекция типовых культур, Манассас, Вирджиния, США).
Было проведено три серии испытаний, в которых были получены тепловые изображения тестируемых образцов яблок с помощью тепловизионной камеры VIGOcam V60 (VIGO System SA) через заданные интервалы времени (т.е. через 2, 4, 24 и 48 ч загрязнения).
Для каждой серии испытаний готовили следующий набор образцов: контрольный образец (неконтаминированный), три повторности трех образцов, контаминированных отдельно спорами каждого вида плесени (т.е. B. cinerea, P. expansum, R. stolonifer ), и три повторения четырех образцов, загрязненных выбранными смесями спор.
В исследованиях использовалась тепловизионная камера с разрешением 320 × 256 пикселей и спектральным диапазоном 2,0–5,1 мкм. Тепловая чувствительность камеры составляла 0,07 °С при 30 °С, мгновенное поле зрения — 0,7 мрад. При съемке тепловых изображений коэффициент излучения яблока был установлен равным 0,96, а камера была зафиксирована на высоте 0,5 м над яблоком. Тестирование проводили при следующих условиях окружающей среды: влажность: 27% (±1%) и температура: 20°С (±0,1°С). Измерения тепловизионной камерой проводились каждые 2 с в течение 1 мин.
Результаты показали достоверную связь между температурой яблок и ростом микроорганизмов, а также то, что изменение температуры происходило в два этапа (температура зараженных яблок в первый день повышалась, а затем снижалась).
Обнаружены значительные различия между температурой яблок, демонстрирующих рост микробов, и температурой незагрязненного контрольного образца, что указывает на то, что метод тепловидения имеет потенциальное применение в автоматизированном контроле качества.
Установлено, что температура всех образцов яблок повышалась в первый день, а затем снижалась между 24 и 48 ч инкубации.
Через 4 ч инкубации самая высокая температура была зарегистрирована в образце, контаминированном смешанной культурой, включающей споры P. expansum, B. cinerea и R. stolonifer.
Через 24 ч инкубации максимальная температура была обнаружена в образцах, контаминированных только B. cinerea (25,90 °С) и смешанной культурой P. expansum и R. stolonifer (25,89 °С), а самая низкая – в образце, загрязненном P. expansum и B. Cinerea (24,27 °С).
Через 48 ч инкубации температура зараженных яблок колебалась от 23,05 °С до 23,85 °С и была ниже, чем у контрольного образца (23,98 °С).
Как у яблок, зараженных культурами моноплесеней, так и у яблок, зараженных плесневыми смесями, наблюдалась сходная тенденция изменения температуры: постепенное повышение температуры после первых суток инокуляции и последующее снижение температуры.
Кроме того, более высокая метаболическая активность отмечена в образце, контаминированном смесью P. expansum, B. cinerea и R. stolonifer, поскольку через 4 ч после инокуляции наблюдалось значительное повышение температуры кожуры плодов. Симбиоз между тремя видами за счет выработки различных ферментов способствовал их более быстрой адаптации к окружающей среде, о чем свидетельствуют термографические изображения.
Выяснилось, что в тепловизионной диагностике важно не столько измерение температуры, сколько определение разницы температур между мицелием данного вида плесени и субстратом. Эта разница температур была связана с размером колонии, ее структурой и микробным метаболизмом.
Так как плесневые грибы разрушающе действуют на ткани плодов, рост микроорганизмов может оказывать влияние на величину коэффициента электропроводности, аналогичное механическому повреждению. Этим можно объяснить локальную потерю влаги и образование пробковидной ткани, характеризующейся меньшей плотностью, и, следовательно, различиями в параметрах температуропроводности.
После того, как плесени достигли продвинутой стадии развития, наблюдалось значительное снижение температуры образцов зараженных фруктов.
Статистический анализ сравнения образцов яблок, зараженных плесенью, и незараженного контроля показал, что изменения, регистрируемые через 24 и 48 ч, достоверно различаются (независимо от варианта заражения), что свидетельствует о потенциальной возможности применения метода тепловидения для точной диагностики.
Наибольшая дифференциация между образцами наблюдалась через 24 ч инкубации, что позволило выделить до шести однородных групп.
Выводы. Результаты показали взаимосвязь между развитием плесневых грибов и температурой испытуемых образцов фруктов. В образцах, загрязненных спорами плесени, наблюдалось постепенное повышение температуры до видимого спорообразования. С другой стороны, скопления спорулирующих форм показали более низкую температуру, чем субстрат. Структура мицелия также существенно влияла на тепловое излучение. Для более глубокого понимания характера микробиологических изменений в исследуемых пищевых продуктах необходимо провести ряд дополнительных научных изысканий, а также создать базу данных для последующего применения тепловидения на промышленный масштаб».
По статье группы авторов (Эдита Липинска, Катажина Побежа, Камил Пивоварека, Станислав Блажеяк), опубликованной на портале www.mdpi.com.
Фото: Дмитрий Лукьянов.
Интересна тема? Подпишитесь на персональные новости в ДЗЕН | Pulse.Mail.ru | VK.Новости.
