MODERNIOS ŠVIESOS TECHNOLOGIJOS MAISTO SAUGAI

Habil. dr. Živilė Lukšienė
Vilniaus universitetas, Medžiagotyros ir taikomųjų mokslų institutas

Antibiotikų atradimas pagimdė žmonijai viltį, kad pagaliau rastas galingas ginklas prieš patogeninius mikroorganizmus ir jų sukeliamas ligas. Tačiau šis atokvėpis nuo infekcinių ligų nebuvo labai ilgas. Patogeniniai mikroorganizmai, įgiję atsparumą, vėl atakuoja žmoniją. Grįžta tuberkuliozė, maliarija, 450 mln. žemės gyventojų yra hepatito B ir C chroniški nešiotojai, o 15 proc. vėžio atvejų yra sukelti virusinės infekcijos. Tenka padaryti išvadą, kad beveik aštuonis dešimtmečius trukusi kova su patogeniniais mikroorganizmais vis dar nėra laimėta, ji, deja, tęsiasi. Infekcinės ligos išlieka vyraujančia mirties priežastimi pasaulyje (33 proc.).

Negana to, XX a. pab., po įspūdingo mokslo ir technologijų proveržio, gyvenimo kokybės šuolio, atsiranda nauja grėsmė ekonomiškai išsivysčiusiose (stipriose) šalyse – tai maisto sukeltos infekcinės ligos. Šiuo metu žinoma daugiau kaip 250 su maistu siejamų ligų, kurias gali sukelti jame užsilikusios bakterijos, virusai, grybeliai ar parazitai. JAV šios ligos kiekvienais metais sukelia beveik 76 mln. kitų ligų ir 5 tūkst. mirčių. Sveikatos ekspertai apskaičiavo, kad šių ligų sukelti ekonominiai nuostoliai šaliai kasmet kainuoja 10–83 mlrd. dolerių. Didžiausias infekcijų šaltinis ekonomiškai išsivysčiusiose šalyse yra vartojimui paruoštas maistas, o jo paklausa pasaulyje nesustabdomai auga. Be to, globalaus klimato atšilimo sąlygomis prognozuojamas didžiulis infekcinių ligų protrūkis, susijęs su neišvengiamai išaugsiančia maisto ir vandens mikrobiologine tarša.

Todėl Pasaulio bankas paskelbė, kad ateityje negali būti ir nebus svarbesnio ir labiau remiamo prioriteto, kaip žemės ūkis ir maistas.

XX a. antrojoje pusėje siekiant didinti maisto kokybę ir saugą, pasaulyje imta intensyviai ieškoti naujų, efektyvesnių neterminių antibakterinių maisto technologijų, įgalinančių efektyviai pašalinti ligas sukeliančius mikroorganizmus nepažeidžiant maisto mitybinės vertės. Tradicinės terminės maisto saugos technologijos ne tik neapsaugo žmonijos nuo maisto sukeliamų ligų, bet ir kaip terminio poveikio padarinys maisto matricoje sukelia nesuskaičiuojamą aibę nekontroliuojamų destrukcinių reakcijų. Be abejo, tokio produkto mitybinė vertė gerokai krenta. Cheminės technologijos, taikomos maisto saugai, ne tik mažina maisto vertę, keičia organoleptines jo savybes, bet ir sukelia daugybę su maistu susijusių ligų (vėžį, širdies ir kraujagyslių ligas), nes dėl jų vartojimo, vykstant Mailardo reakcijai, neretai susidaro nauji kancerogeniniai junginiai.

Į naujų, perspektyvių ir plėtojamų technologijų sąrašą buvo įtraukti fiziniai poveikiai, kurie po ilgalaikių tyrimų tapo naujų neterminių technologijų pagrindu. Pavyzdžiui, aukštas hidrostatinis slėgis, po pusės amžiaus trukusio pasaulio mokslininkų triūso, ne vienoje šalyje jau įdiegtas skystų ir pusiau skystų produktų paruošimui. Galinga impulsinė šviesa, naikinanti mikrobus maisto matricos paviršiuje, taikoma vaisių ir daržovių derliaus išsaugojimui. Impulsinis elektrinis laukas kartu su švelniu terminiu poveikiu taikomas alkoholinių gėrimų pasterizacijai.

Jonizuojanti spinduliuotė būtų labai efektyvus antibakterinis ginklas, tačiau spinduliuoti produktai turi pakitusias skonio savybes ir ne itin paklausūs tarp vartotojų.

Įvertinant esamą situaciją, Europos neterminių maisto saugos technologijų korifėjai, pirmiausia Bolonos universiteto prof. Elizabetta Guerzoni, sutelkė Europos mokslininkus, dirbančius šioje srityje ir gavo Europos Komisijos paramą (BPD 6 projektas) tam, kad plėtotų netermines technologijas paruošto maisto mikrobiologinei saugai užtikrinti.

Tarp visiškai naujų, niekada netaikytų neterminių poveikių, be abejo, su dideliu rizikos veiksniu, „pakliuvo“ ir fotosensibilizacija. Kokios buvo šio pionieriško pasirinkimo prielaidos? Fotosensibilizacija seniai žinoma kaip biofotoninė technologija, selektyviai sukelianti gyvoje sistemoje daugybę destrukcinių reakcijų. Jos mechanizmų bei optimizacijos būdų paieška ne vienus metus buvo vykdoma ir Lietuvoje. Už šiuos darbus šių eilučių autorė kartu su kolegomis 1993 m. Los Andžele buvo apdovanota T. Maimano premija. Kaip netoksiškas, efektyvus, neterminis poveikis, fotosensibilizacija galėtų papildyti plėtojamų neterminių maisto technologijų arsenalą vien todėl, kad turi stiprų antibakterinį poveikį, nesukelia mikroorganizmų rezistentiškumo ir nepalieka aplinkai kenksmingų ir žmogui nereikalingų produktų.

Fotosensibilizacija remiasi dviejų netoksiškų poveikių – matomos šviesos ir fotojautrios medžiagos sąveika deguoninėje aplinkoje. Ši sąveika indukuoja nemažai citotoksiškų reakcijų, vykstančių mikroorganizmuose ir juos pažeidžiančių. Metodas labai universalus, nes naikina ne tik bakterijas, jų sporas ir biofilmus, bet ir mikromicetus, mieles bei virusus.

Vilniaus universiteto Medžiagotyros ir taikomujų mokslų institute sutelkus nemažą daugiadisciplinį mokslininkų kolektyvą, bendradarbiaujant instituto fizikams, biofizikams bei mikrobiologams su Lietuvos Aukštųjų technologijų įmone EKSPLA buvo sukurtas unikalus pasaulyje šviesos šaltinis, leidžiantis derinti naujausius kietakūnio apšvietimo pasiekimus su vienu iš efektyviausiu šiuolaikiniu antibakteriniu fizikiniu poveikiu – galinga impulsine šviesa.

Mūsų tyrimų, jau paskelbtų 14-ame Pasauliniame Maisto mokslo ir technologijų kongrese Šanchajuje, duomenimis, šis metodas gali sunaikinti iki 10 mln. bakterijų viename mililitre skystos matricos. Kietos matricos paviršiuje per kelias minutes galima visiškai pašalinti visus patogeninius ir žalingus mikroorganizmus. Rezultatai rodo, kad ne tik patogeninės, mezofilinės, puvimo bakterijos, bet ir mikromicetai, sporos ir viskam atsparūs biofilmai gali būti efektyviai pašalinti nuo paruoštam maistui naudojamų žaliavų paviršiaus, neprarandant jų prekinės išvaizdos. Tai galėtų būti puikus instrumentas vaisių ir daržovių mikroflorai kontroliuoti, nes, mūsų duomenimis, fotosensibilizacijos poveikis pailgina vaisių vartojimo trukmę bei pagerina jų mitybinę vertę dėl padidėjusio antioksidantinių fermentų aktyvumo, fotosintezės suintensyvėjimo ir t. t. Metodas patrauklus tuo, kad šviesos spinduliai veikia tik paviršinį bet kurios maisto matricos sluoksnį, nekeičia organoleptinių jo savybių bei prekinės išvaizdos, tuo pat metu efektyviai naikina mikroorganizmus.

Toks stiprus antibakterinis poveikis galėtų būti taikomas ir įvairių medžiagų (metalinių, polimerinių gaminių) paviršiams sterilizuoti. Gauti rezultatai rodo, kad fotosensibilizacija gali būti taikoma kaip alternatyva cheminėms priemonėms sterilizuojant maisto pakuotėms naudojamą poliolefiną. Be abejo, kyla klausimas, ar šis metodas nekeičia poliolefino savybių, jo sąveikos su maisto matrica. IR spektroskopijos, chromatografinės analizės, paviršiaus skenuojančios elektroninės mikroskopijos, pralaidumo CO2, O2 ir H2O garams tyrimai atlikti bendradarbiaujant su Prancūzijos Nacionaline Metrologijos laboratorija parodė, kad esminių medžiagos pakitimų šis poveikis nesukelia.

Taigi tai viena ekologiškiausių ir ekonomiškiausių modernių neterminių antibakterinių šviesos technologijų, kurią mums pavyko patentuoti kaip naują metodą paviršių sterilizacijai. Tačiau tik tolesni intensyvūs Europos komisijos remiamo BPD 6 projekto vykdymo darbai leis įvertinti, ar nauja neterminė technologija galės konkuruoti su tradicinėmis technologijomis ir bus naudojama praktikoje, susiduriant su realiomis problemomis.

Šiuo metu fotosensibilizacija, kaip maisto saugos technologija, yra tik embrioninės stadijos. Neaprėpiami paveiktų maisto matricų medžiagotyriniai darbai laukia ateityje. Tačiau esami rezultatai teikia vilčių, kad nauja, saugi, efektyvi, ekonomiška technologija, turinti pakankamą mokslinį pagrindą, turės ir plačią taikymo erdvę bei išsikovos sau ateitį.

Prof. habil. dr. S. Juršėno mokslinėje grupėje sukurtas šviesos šaltinis veikia kietakūnio apšvietimo pagrindu (400 nm, galia 20 mW/cm2)

ES 6-osios bendrosios programos projekto „Inovacinės neterminės maisto saugos technologijos“ dalyviai. Pirmoje eilėje, antra iš kairės projekto koordinatorė prof. Elizabetta Guerzoni