авторефераты диссертаций www.z-pdf.ru
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
 

На правах рукописи

Баландин Глеб Владленович

ПРИМЕНЕНИЕ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ

БЕЗОПАСНОСТИ В БРОДИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВАХ

Специальность 05.18.07 - «Биотехнология пищевых продуктов и

биологических активных веществ»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2015

доктор технических наук, профессор

Ермолаева Галина Алексеевна

доктор технических наук, профессор, заведу-

ющая кафедрой «Технология бродильных

производств и консервирования» ФГБОУ ВО

«Кемеровский технологический институт пи-

щевой промышленности (университет)»

Помозова Валентина Александровна

кандидат технических наук, ведущий инже-

нер отделения биотехнологий и биоэнерге-

тики НИЦ «Курчатовского института»

Горин Кирилл Викторович

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный

университет инженерных технологий»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

2

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном

учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный

университет пищевых производств»

Защита диссертации состоится «25» февраля 2016 г. в 13:00 на заседании со-

вета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соис-

кание ученой степени доктора наук Д 006.025.01 при ФГБНУ «Всероссийский

научно-исследовательский институт пивоваренной, безалкогольной и винодельче-

ской промышленности» по адресу 119021, Россия, г. Москва, ул. Россолимо, д.7.

Просим Вас принять участие в заседании Совета или прислать отзыв в двух экзем-

плярах, заверенных печатью учреждения, по вышеуказанному адресу.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке и на сайте

ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт пивоваренной, безалко-

гольной и винодельческой промышленности»: http://vniinapitkov.ru/

Электронная версия автореферата размещена на официальном сайте ВАК Мини-

стерства образования и науки РФ http://www.vak.ed.gov.ru

Автореферат разослан «___» ________________ 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

канд. техн. наук

Л.Н. Харламова

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В соответствии с Государственной програм-

мой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной про-

дукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы предусмотрено комплексное развитие

всех отраслей. Среди приоритетов Программы - развитие импортозамещения и экологи-

ческая безопасность сельскохозяйственной продукции и продовольствия.

Экологическая безопасность производства пива, кваса, спирта – бродильных про-

изводств - в значительной мере обусловлена микробиологической безопасностью сырья

и производства. Основные источники контаминации пивоваренного производства - зер-

новое сырье и ведение дрожжей. Микробная контаминация снижает качество зерна, по-

вышает его потери, привносит в продукт токсины, ухудшает качество дрожжей и может

контаминировать продукт (пиво, квас); сокращает продолжительность хранения как го-

тового продукта, так и пивной дробины - ценного сырья для биоконверсии. Снижение

микробной контаминации зерна, дрожжей, дробины повышает биологическую безопас-

ность пива (кваса) и продуктов переработки дробины.

Бродильные производства используют большие объемы зерновых ресурсов: яч-

меня, пшеницы и др., например, в 2014 г. для выработки 760 334 млн дал пива было ис-

пользовано 1073 тыс. т солода, на производство которого израсходовано 1263 тыс. т пи-

воваренного ячменя. Принимая во внимание значительные потери зерна при хранении –

до 30% за счет развития возбудителей болезней в послеуборочный период - как бактерий,

так и мицелиальных грибов, а также тот факт, что многие из последних токсигенные, осо-

бое внимание следует уделять разработке современных методов обработки зерна для по-

вышения экологической безопасности произведенных из него пива и других напитков.

Также при переработке зерна образуется значительное количество вторичных зерновых

сырьевых ресурсов (ВСР), в частности, в пивоварении – пивная дробина. В бродильных

производствах на экологическую безопасность пива также влияют дрожжи, от которых

зависит качество продукции и ход технологического процесса, а в производстве спирта –

выход спирта, скорость и степень сбраживания.

Известно много способов деконтаминации: (обработка кислотами, щелочами, га-

зами, дезинфектантами), на протяжении столетий применяли серебро. Но, учитывая ре-

зультаты развития науки и технологий, представляет интерес использовать новые его

формы, в том числе для целей повышения биологической безопасности - применение се-

ребра в виде наноразмерных частиц (НЧС).

В январе 2014 г. Председателем Правительства Российской Федерации утвержден

долгосрочный Прогноз научно-технологического развития России на период до 2030 г.

(разработан Минобрнауки РФ, резолюция № ДМ-П8-5 от 3.01.2014), в котором среди

семи приоритетных направлений определены два: «Биотехнологии» и «Новые материалы

и нанотехнологии». В приоритетном направлении №4 «Новые материалы и нанотехноло-

гии» предусматривается расширение применения наноразмерных материалов в различ-

ных отраслях и комплексах, в том числе в пищевой промышленности; а перспективными

4

направлениями научных исследований №2 «Биотехнологии» определены пищевые био-

технологии, в которых отмечена необходимость обеспечения безопасности пищевых про-

дуктов переработки пищевого сырья и отходов. Среди ожидаемых результатов - микроб-

ные консорциумы с заданными свойствами и оптимизированными технологическими ха-

рактеристиками, а также биотехнологические процессы получения полезных ингредиен-

тов из малоценных продуктов переработки растительного сырья.

Потребность в разработке новых эффективных методов повышения биологической

безопасности продукции бродильных производств привела к решению проблемы за счет

снижения микробиологического заражения культуры дрожжей, зерна, зерновых ВСР с

применением наноразмерных частиц серебра, что соответствуют современным направле-

ниям научно-технологического развития России.

Степень разработанности. Значительный вклад в проблемы применения наноси-

стем в производстве продуктов питания изучали Тутельян В.А., Гмошинский И.В., Хо-

тимченко С.А., Попов К.И., Филиппов А.Н., Жердев А.В., Карпенко Д.В., Сидоренко

Ю.И., Ivask A., Fewtrell L., Yada R., Aguilera J.M., Kampers F., Weiss J., Takhistov P. и др.; а

в решениях проблем безопасности зерна – Е.Д. Казаков, В.А. Бутковский, Г.Г. Юсупова.

Однако, влияние НЧС на широкий спектр микроорганизмов зернового сырья и перераба-

тывающих его бродильных производств детально не исследовалось.

Цели и задачи. Цель данного исследования - разработка способов повышения био-

логической безопасности культуры дрожжей, зерна, пивной дробины в результате приме-

нения НЧС при разведении чистой культуры дрожжей (ЧКД) для сбраживания зернового

сусла бродильных производств и снижения микробной контаминации дрожжей в про-

цессе брожения, а также при обработке зернового сырья и пивной дробины, предназна-

ченной для ее биоконверсии.

Для осуществления поставленной цели сформулированы следующие задачи:

разработать способы применения НЧС для снижения количества микроорганизмов

– вредителей бродильных производств;

исследовать особенности воздействия НЧС на бактериальные и грибные микроор-

ганизмы, контаминирующие дрожжи, зерно, пивную дробину;

выбрать эффективные и приемлемые для условий бродильных производств рас-

творы НЧС коллоидной степени дисперсности;

подобрать эффективные антимикробные концентрации, химический состав и ха-

рактеристики растворов НЧС, применение которых целесообразно в бродильных произ-

водствах;

разработать технологические приемы обработки дрожжей, пивной дробины нано-

частицами серебра; испытать их в производственных условиях,

определить влияние НЧС на свойства дрожжей Saccharomyces cerevisiae и на про-

цесс биоконверсии пивной дробины в результате культивирования на ней мицелиального

гриба Aspergillus niger;

разработать рекомендации предприятиям по применению НЧС для обработки

дрожжей, дробины, зерна.

5

Научная новизна

Обнаружена селективная антимикробная активность НЧС в отношении микро-

биоты бродильных производств в зависимости от размера и концентрации частиц в среде.

Проанализирована эффективность антимикробного действия НЧС на культуры

бактерий в зависимости от морфологических особенностей и расположения их клеток

относительно друг друга.

При изучении динамики накопления клеток дрожжей в ходе их культивирования в

жидких средах, инфицированных бактериальными контаминантами, установлена интен-

сификация экспоненциальной фазы роста дрожжей в присутствии НЧС.

Изучено распределение частиц серебра по размеру в сбраживаемых средах мето-

дом динамического лазерного светорассеяния и установлено, что в процессе брожения

происходит коагуляция частиц серебра с переходом коллоидной системы из нанодисперс-

ного состояния в микродисперсное.

По результатам исследования культивирования A. niger на твердой питательной

среде – пивной дробине, обработанной коллоидными растворами НЧС - выявлено как ин-

гибирующее, так и активирующее влияние НЧС на продуцент в зависимости от концен-

трации частиц.

Теоретическая и практическая значимость работы. На основании проведенной

сравнительной оценки характеристик препаратов растворов НЧС коллоидной степени

дисперсности (отечественного производства и синтезированных в Эталонной нанолабо-

ратории МГУПП) выявлены наиболее эффективные препараты для антимикробной обра-

ботки в производстве пива и спирта.

На основании изучения действия препаратов НЧС на микроорганизмы бродильных

производств подобраны эффективные концентрации препаратов и разработаны способы

антимикробной обработки дрожжей при их культивировании; зерна в качестве сырья;

пивной дробины как субстрата для получения лимонной кислоты.

Установлено, что применение НЧС:

при культивировании дрожжей улучшает их качество и повышает эффективность;

при обработке зерна снижает его микробиологическую контаминацию;

при обработке дробины значительно снижает обсемененность микроорганизмами,

продляет срок ее хранения, повышает эффективность ее использования для биоконверсии.

Проведенные опытно-промышленные испытания применения НЧС при разведении

ЧКД на ЗАО МПБК «Очаково» и для обработки пивной дробины на минипивзаводе ООО

«НТЦ Солодовые напитки» и на минипивзаводе УНПК МГУПП подтвердили значимость

результатов исследования. Определен экономический эффект от применения НЧС.

Методология и методы исследования. Исследования проводили на основе сбора,

анализа и систематизации научной информации, а также с использованием инструмен-

тальных стандартных и специальных физико-химических и микробиологических методов

анализа дрожжей, зерна, пивной дробины с последующей обработкой результатов иссле-

дований. Структурная схема проведения исследований представлена на рисунке 1.

Обоснование выбора

микроорганизмов,

вызывающих контаминацию

бродильных производств

Бактериостатическое

действие

Фунгистатическое

действие

Изучение способов антимикробной обработки сырья, дрожжей и ВМР в производстве

ферментированных продуктов с применением НЧС

Обработка культуры

дрожжжей

Saccharomyces

Оптимизация способов обработки с применением НЧС

Разработка приемов

культивирования ЧКД в

присутствии НЧС

Контроль

нанокомпонентов в

конечном продукте

Обработка зернового

сырья

Разработка

рекомендаций

промышленности по

обработке зернового

сырья с применением

НЧС

Обработка ВСР

(пивной дробины)

Разработка способа

подготовки ВМР к

биоконверсии грибом

Aspergillus niger

6

Исследование

антимикробной

активности коллоидных

растворов НЧС в

модельных средах

Проведение опытно-промышленных испытаний

Разработка

Разработка

рекомендаций

рекомендаций

промышленности по

промышленности по

обработке дрожжей с

обработке ВМР с

применением НЧС

применением НЧС

Рисунок 1 – Структурная схема проведения исследований

С целью оценки антимикробной активности НЧС использовали методы определе-

ния минимальной ингибирующей концентрации (МИК), зоны ингибирования по МУК

4.2.1890-04. Микробиологический контроль осуществляли с применением методов свето-

вой микроскопии, определения микробиологического показателя безопасности пищевых

продуктов (КМАФАнМ) по ГОСТ 10444.15-94, прямого подсчета клеток микроорганиз-

мов. Массовую концентрацию лимонной кислоты определяли спектрофотометрически по

ГОСТ 32113-2013; активную кислотность – потенциометрически по ГОСТ 31764-2012, а

также использовали общепринятые в пивоварении методы анализа (ТИ-18-6-47-85. Тех-

нологическая инструкция по производству солода и пива).

Исследование свойств коллоидных растворов наночастиц осуществляли при по-

мощи динамического лазерного светорассеяния (ДЛРС) и атомно-абсорбционного спек-

трального анализа (ААС) на приборе Zetatrac (Microtrac inc, США).

7

Положения, выносимые на защиту:

влияние НЧС различных препаратов на микробиоту бродильных производств

(дрожжей, зерна, дробины);

способы антимикробной обработки дрожжей и зерна с применением НЧС;

способ антибактериальной обработки пивной дробины с целью ее подготовки к

биоконверсии;

теоретическое и экспериментальное обоснование применения коллоидных раство-

ров НЧС как селективного биоцидного агента;

технологические приемы применения НЧС при культивировании дрожжей S.cere-

visiae и в подготовке пивной дробины к биоконверсии.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность эксперименталь-

ных данных оценивали методами математической статистики с помощью программы

Microsoft Excel с вероятностью Р=0,95. Сформулированные в работе положения, выводы

и рекомендации обоснованы с учетом информационно-патентных данных и подтвер-

ждены в лабораторных и производственных условиях. Степень достоверности результа-

тов исследований подтверждается проработкой данных в соответствии с тематикой дис-

сертационной работы, постановкой экспериментов, применением современных методов

анализа, публикацией основных положений работы в научных изданиях.

Основные положения и результаты исследований представлены на Х научно-прак-

тической конференции с международным участием «Экспертиза, оценка качества, под-

линности и безопасности пищевых продуктов» (М.: МГУПП, ноябрь 2012), XII Всерос-

сийской научно-практической конференции «Современное хлебопекарное производство:

перспективы развития» (Екатеринбург: УрГЭУ, апрель 2011), Межведомственной

научно-практической конференции «Инновационные технологии в пищевой промышлен-

ности, товароведении и общественном питании» (М.: МГУПП, апрель 2013), Междуна-

родной выставке высоких технологий «China Hi-Tech Fair 2013» (Китай, Шэньчжэнь:

China Hi-Tech Transfer Center, ноябрь 2013), 4-й Совместной конференции Немецкого об-

щества гигиены и микробиологии DGHM и Ассоциации общей и прикладной микробио-

логии VAAM (Германия, Дрезден: DGHM & VAAM, октябрь 2014), XII Международной

научно-практической конференции «Пища. Экология. Качество» (М.: МГУПП, март

2015), Научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Вопросы

длительного хранения продовольственных товаров, товароведения и технологий обще-

ственного питания» (М.: МГУПП, апрель 2015), Всемирной конференции по технологии,

инновациям и предпринимательству «Entrepreneurship for Sust Dev based on Tech and In-

nov» (Турция, Стамбул: Istanbul University, май 2015), Осеннем финале по программе

«У.М.Н.И.К.» РАН (М.: Президиум РАН, ноябрь 2015).

Результаты исследования отмечены дипломами XIV Всероссийской выставки

научно-технического творчества молодежи «НТТМ-2014»; за победу в конкурсе научно-

исследовательских работ, VI межведомственной научно-практической конференции «То-

вароведение, общественное питание и технологии хранения продовольственных товаров»

8

(М.: МГУПП, апрель 2014). По результатам работы, автору назначена стипендия Прави-

тельства Российской Федерации.

Исследования выполняли в рамках Гранта Президента Российской Федерации для

государственной поддержки молодых российских ученых № МК-5220.2014.4 «Обеспече-

ние микробиологической безопасности продуктов питания различных сроков хранения

при использовании нано- и криотехнологий».

Диссертация соответствует паспорту специальности 05.18.07 «Биотехнология пи-

щевых продуктов и биологических активных веществ», п.п. 1 и 13.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из 2 глав, заключе-

ния, списка литературы и приложений. Диссертационный материал изложен на 163 стра-

ницах текста, включает 21 рисунок, 13 таблиц, 7 приложений. Список литературы со-

стоит из 202 источников (в том числе 135 иностранных).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулированы актуальность темы, степень её разработанности,

цель и задачи исследования, научная новизна, теоретическая и практическая значимость,

методология и методы исследования; положения, выносимые на защиту, а также степень

достоверности и апробация результатов работы.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзоре литературы описаны микробиологические процессы, протекающие при

переработке зернового сырья; рассмотрены способы снижения микробной контаминации

зернового сырья и ВСР в бродильных производствах; приведены особенности примене-

ния наносистем в пищевой промышленности; охарактеризованы физико-химические и

биологические свойства коллоидных растворов НЧС; представлены механизмы антимик-

робного действия НЧС; проанализированы проблемы безопасного использования НЧС в

пищевых технологиях. На основании анализа научно-технической литературы установ-

лена целесообразность разработки технологических приемов, обеспечивающих повыше-

ние биологической безопасности дрожжей при их культивировании, а также зернового

сырья и пивной дробины в результате применения НЧС.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Исследования проводились на базе кафедры «Технология бродильных производств

и виноделие» и в Эталонной нанолаборатории ФГБОУ ВПО «Московский государствен-

ный университет пищевых производств» (МГУПП).

2.1 Объекты исследования

Для проведения исследований выбраны 7 образцов коллоидных растворов НЧС,

выпускаемые российскими производителями, а также 2 образца, синтезированные в Эта-

лонной нанолаборатории МГУПП (таблица 1).

Препа-

рат

Агбион-

1

КНД-С-

К12

Агбион-

2

КНД-С-

К8

КНД-С-

Х12

AgPVP

КНД-С-

К4

Размер нано-

частиц (нм)

5-10

5-15

10-20

10-15

10-15

15-25

15-25

Коагуляционная

устойчивость

высокая

высокая

высокая

высокая

средняя

средняя

средняя

высокая

Стабилизатор

Натриевая соль сульфо-

янтарной кислоты

Гуммиарабик

+ глицин

Натриевая соль сульфо-

янтарной кислоты

Гуммиарабик

Хитозан

Поливинил

пирролидон

Гуммиарабик

Поливинилпирролидон

(ПВП)

Производитель

ЗАО «Концерн нано-

индустрия»

ООО НПП «Сентоза

факторинг НП»

ЗАО «Концерн нано-

индустрия»

ООО НПП «Сентоза

факторинг НП»

ООО НПП «Сентоза

факторинг НП»

Эталонная нанолабо-

ратория МГУПП

ООО НПП «Сентоза

факторинг НП»

ООО НПЦ

«Вектор-вита»

Эталонная нанолабо-

ратория МГУПП

9

Таблица 1 – Характеристика образцов растворов НЧС коллоидной дисперсности

Арговит

35-50

AgCit

40-60

Додецилсульфат натрия

средняя

В экспериментах использовали чистые культуры микроорганизмов: бактериальные

микроорганизмы-вредители бродильных производств Micrococcus varians (M. varians),

Pediococcus claussenii (P. clausenii), Lactobacterium brevis (L. brevis), Bacillus cereus (B.

cereus), Escherichia coli (E. coli), Pseudomonas fluorescens (P. fluorescens); мицелиальные

грибы хранилищного типа Aspergillus niger (A. niger), Penicillium candidum (P. candidum),

Rhizopus oryzae (R. oryzae), а также пивные и спиртовые дрожжи вида Saccharomyces

cerevisiae (S. cerevisiae) рас rH и XII; в качестве возбудителя лимоннокислого окисления

-выбран A. niger штамм 82. Культивирование микроорганизмов осуществляли с примене-

нием элективных, дифференциально-диагностических и индикаторных сред. В качестве

зернового сырья использовали сорта ячменя «Скарлетт» (ГОСТ 5060-86) и пшеницы «Да-

рья» (ГОСТ Р 52554-2006), а пивную дробину (ОСТ 10-1-86) - для биоконверсии.

2.2 Результаты исследований и их обсуждение

2.2.1 Изучение антимикробной активности коллоидных растворов НЧС

Антимикробную активность (бактериостатический и фунгистатический эффекты)

растворов НЧС изучали по отношению к микроорганизмам, наиболее распространенным

в пивоваренном, спиртовом и других бродильных производствах, источниками которых

служит зерно. Образующаяся пивная дробина может служить сырьем для микробного

синтеза в случае ее микробиологической безопасности.

Бактериостатический эффект НЧС в значительной степени зависит от размера

частиц, способа их синтеза и стабилизирующих агентов. Для выбора препарата, наиболее

Di - d0

(1)

Di

Ka =

Полученные данные, обработанные статисти-

чески, представлены в таблице 2. Очевидно, что

наибольшее бактериостатическое действие харак-

терно для препаратов на основе натриевой соли

сульфоянтарной кислоты (Агбион-2), гуммиарабика

и глицина (КНД-С-К12, КНД-С-К8) и хитозана

(КНД-С-Х12). Остальные препараты значительно

уступают по антимикробному действию.

Таблица 2 – Антибактериальная активность препа-

ратов НЧС

Рисунок 2 – Определение диаметра

зоны ингибирования

Исследуемый

Усредненное

Стандартное

препарат

значение К

отклонение

Доверитель-

Относительная

ошибка определения, %

ный интервал

Агбион-1

КНД-С-К12

Агбион-2

КНД-С-К8

КНД-С-Х12

AgPVP

КНД-С-К4

Арговит

AgCit

0,075

0,161

0,189

0,112

0,124

0,059

0,060

0,058

0,058

0,042

0,003

3,938

0,082

0,006

3,614

0,089

0,006

3,341

0,063

0,004

3,963

0,072

0,005

4,107

0,037

0,003

4,423

0,039

0,003

4,539

0,037

0,003

4,451

0,036

0,003

4,353

10

пригодного для применения в бродильных производствах, требуется оценить степень бак-

териостатической активности исследуемых растворов. Анализ проводили с использова-

нием разновидности метода зон ингибирования при культивировании на твердых пита-

тельных средах, преимущества которого заключается в том, что определение величины

бактериостатического действия происходит с учетом способности частиц диффундиро-

вать в питательную среду. Способ основан на вычислении коэффициента антибактери-

альной активности К по формуле (1):

Для наглядного представления о взаимодействии НЧС с разными культурами

бактерий-контаминантов построены диаграммы (рисунок 3).

Очевидно, что растворы НЧС коллоидной дисперсности способны эффективно ин-

гибировать развитие грамотрицательных и грамположительных бактерий. Можно отме-

тить, что в наименьшей степени эффект проявляется в отношении бактерий рода Pedio-

coccus, что возможно объяснить тем, что эти бактерии формируют пространственные

структуры – тетрады. При высокой концентрации клеток доступ НЧС к клеточной стенке

затруднен, а частицы в меньшем количестве адсорбируются на ее поверхности, что при-

водит к снижению биоцидного действия. В отличие от Pediococcus, другие бактерии

а

где, D - диаметр зоны ингибирования, d

торое вносили препарат НЧС (рисунок 2).

i

0 - диаметр отверстия, в ко-

а

Минимальная ингибирующая концентрация, г/дм3

M. varians P. сlausenii

L. brevis

B. cereus

E. coli

P. fluorescens

0,09

0,09

0,09

0,06

0,06

0,06

0,03

0,03

0,03

0,03

0,03

0,03

0,03

0,03

0,03

0,03

0,03

0,03

0,06

0,06

0,06

0,06

0,06

0,06

0,03

0,06

0,06

0,06

0,06

0,03

0,06

0,09

0,09

0,06

0,09

0,06

0,09

0,09

0,09

0,06

0,09

0,09

0,06

0,09

0,09

0,06

0,06

0,09

0,09

0,09

0,09

0,06

0,06

0,09

Препа-

рат

Агбион-1

КНД-С-

К12

Агбион-2

КНД-С-

К8

КНД-С-

Х12

AgPVP

КНД-С-

К4

Арговит

AgCit

11

имеют пространственную конфигурацию цепочек или представлены отдельными клет-

ками. Таким образом, предположили, что активность НЧС в отношении бактерий зависит

от пространственного взаиморасположения их клеток.

Далее определяли минимальную ингибирующую концентрацию (МИК) для каж-

дой из тестируемых культур бактерий (таблица 3).

Таблица 3 – МИК препаратов коллоидных растворов НЧС в твердых средах в от-

ношении ряда бактериальных микроорганизмов

Установлено, что препараты КНД-С-К12 и Агбион-2 ингибируют все виды тесто-

вых бактерий при концентрации частиц в среде более 0,03 г/дм3. В то же время, МИК

препарата КНД-С-Х12 0,03-0,06 г/дм3. Другие препараты НЧС обладают меньшими бак-

терицидными свойствами по отношению к бактериям. Поэтому коллоидные растворы

НЧС КНД-С-К12 и Агбион-2 выбраны в качестве наиболее действенных.

В работе проверяли и фунгистатическое действие препаратов НЧС путем поверх-

ностного твердофазного культивирования мицелиальных грибов в среде, содержащей се-

ребро в различных концентрациях, и определяли значения МИК (рисунок 4, таблица 4).

Установлено, что исследуемые грибные микроорганизмы проявляют бóльшую

устойчивость к биоцидному действию НЧС по сравнению с бактериальными культурами.

Наибольший антимикробный эффект наблюдается в отношении P. candidum (рисунок 4).

Рост грибных колоний в значительной степени угнетался растворами НЧС колло-

идной дисперсности Агбион-2, КНД-С-К12 и КНД-С-Х12. При этом МИК препаратов,

стабилизированных поливинилпирролидоном (ПВП) и додецилсульфатом натрия, в сред-

нем на 60% выше, чем у стабилизированных полисахаридами и солью сульфоянтарной

кислоты, что свидетельствует о низкой эффективности действия последних как фунги-

цидных агентов.

Рисунок 3 – Влияние концентрации НЧС в среде на антибактериальное действие в отно-

шении микроорганизмов: (а) - M. varians, (б) - B. cereus, (в) - P. clausenii, (г) - P. fluorescens, (д)

- L. brevis, (е) - E. coli; препаратами 1 - Агбион-1; 2 - КНД-С-К12; 3 - Агбион-2; 4 - КНД-С-К8; 5

- КНД-С-Х12; 6 - AgPVP; 7 - КНД-С-К4; 8 - Арговит; 9 – AgCit

а

б

в

г

Рисунок 4 – Культивирование Penicillium candidum в среде, содержащей НЧС в концентрациях

(а) – 0,03 г/дм3; (б) - 0,06 г/дм3; (в) 0,09 г/дм3; (г) - 0,12 г/дм3

а

в

а

д

а

12

б

а

г

б

е

г

Номер препарата

Минимальная ингибирующая концентрация, г/дм3

R. oryzae

A. niger

P. candidum

0,15

0,15

0,12

0,09

0,09

0,09

0,09

0,09

0,06

0,12

0,12

0,09

0,09

0,06

0,06

0,15

0,15

0,15

0,15

0,15

0,12

0,15

0,15

0,15

0,15

0,15

0,15

Препарат

Агбион-1

КНД-С-К12

Агбион-2

КНД-С-К8

КНД-С-Х12

AgPVP

КНД-С-К4

Арговит

AgCit

13

Таблица 4 – Минимальная ингибирующая концентрация коллоидных растворов НЧС в

твердых средах в отношении мицелиальных грибов

С учетом полученных результатов (см. таблица 4) составлена диаграмма сравни

тельной антимикробной активности для наиболее эффективных препаратов коллоидных

растворов НЧС (рисунок 5). Можно отметить, что существует диапазон концентраций

НЧС, при котором частицы проявляют бактерицидную активность, не оказывая влияния

на грибные микроорганизмы или общую антимикробную активность (см. рисунок 5). Та-

кое действие можно объяснить разницей в строении клеточных стенок и генетического

аппарата, различиями протекающих метаболических процессов, дифференцированной

структурной и пространственной организацией колоний у бактерий и грибов.

Рисунок 5 – Сравнение ингибирующего действия препаратов НЧС

На основании приведенных результатов для дальнейших исследований выбрали

растворы НЧС КНД-С-К12 и КНД-С-Х12 как наиболее эффективные. При этом, КНД-С-

К12 целесообразнее применять для подавления бактериальных контаминантов, как име-

ющего расширенную зону селективного действия, а КНД-С-Х12 предпочтительнее ис-

пользовать для ингибирования роста комплексной микробиоты вследствие его большей

14

эффективности в отношении аскомицетовых грибов. Препарат Агбион-2, также показав-

ший хорошие результаты, исключен из дальнейших исследований в силу нежелательно-

сти попадания содержащегося в нем стабилизатора - натриевой соли сульфоянтарной кис-

лоты - в пиво.

2.2.2 Антимикробная обработка зернового сырья

с применением препаратов НЧС

Основное сырье бродильных производств пива, спирта - злаковые культуры: яч-

мень и пшеница, на которых при хранении развиваются поверхностные и внутренние

микроорганизмы. Для обеспечения микробиологической безопасности зерна предполо-

жили возможность проведения его обработки коллоидным раствором НЧС. Зерна ячменя

и пшеницы обрабатывали раствором препарата КНД-С-Х12 (распылением). Внешние

микроорганизмы зерна определяли методом смыва и высева на элективные питательные

среды. Известно, что основные показатели микробиологической безопасности зерна уста-

новлены ТР ТС 021/2011; один из них - наличие мицелиальных грибов (плесеней) в еди-

нице массы зерна. Так как мицелиальные грибы более устойчивы к воздействию НЧС

(Ivask A. и др.), оптимальную концентрацию препарата подбирали на основе ингибирую-

щего по отношению к ним эффекта. Построение математической модели осуществляли

на основе данных, полученных при обработке зерна пшеницы. Термостатированием при

до 30 С имитировали «ускоренное хранение» зерна.

В результате изучения влияния содержания НЧС (X) на количество мицелиальных

грибов в 1 г зерновой массы (Y) получено уравнение регрессии (уравнение 2, рисунок 6).

Y = -70,9894 ln X -119,3737

(2)

Из уравнения 2 следует, что для достижения содержания в тестируемом зерне ми-

целиальных грибов 50 КОЕ/г зерна (допустимого значения по ТР ТС 021/2011) необхо-

димо вносить препарат НЧС до концентрации частиц 0,092 г в 1 кг зерна.

Микробиологический контроль образцов пшеницы и ячменя показал, что в зерне,

не прошедшем обработку препаратами НЧС, концентрация микроорганизмов превысила

максимально допустимые показатели, причем количество бактерий увеличилось на

порядок, а мицелиальных грибов на 45 %, а в обработанном НЧС - соответствовало

нормам ТР ТС 021/2011 (таблица 5).

Основываясь на результатах экспериментов, можно сделать вывод, что внесение в

зерновую массу препарата КНД-С-Х12 до концентрации НЧС 0,092 г/кг зерна позволяет

предотвратить развитие микробной контаминации, повысить срок хранения и качество

зерна. Обработанное зерно можно применять, например, в технологии спиртового произ-

водства, так как процесс ректификации при получении этилового спирта позволит

предотвратить попадание НЧС в конечный продукт.

о

Характеристики, нормируемые ТР ТС 021/2011

50

5·103

не допускается в 0,1 г

пшеница

ячмень

пшеница

ячмень

пшеница

ячмень

Образец зерна

Исходное зерно –

контроль

Исходное зерно,

обработанное КНД-С-Х12

(0,092 г/кг)

«Ускоренное хранение »

зерна (6 нед) – контроль

«Ускоренное хранение»

зерна (6 нед), обработанного

КНД-С-Х12 (0,092 г/кг)

4,5·103

3,9·103

2,4·103

2,1·103

5,5·104

6·104

3,8·103

3,5·103

49

42

47

41

84

79

49

45

не обнаружено

не обнаружено

не обнаружено

не обнаружено

15

Рисунок 6 – Влияние концентрации НЧС на содержание мицелиальных грибов в зерне

Таблица 5 – Микробиологические показатели зерна, обработанного препаратами НЧС

Мицелиальные

КМАФАнМ,

БГКП (колиформы),

грибы, КОЕ/ г

КОЕ/г

КОЕ/ г

В случае использования обработанного НЧС ячменя для солодоращения или в ка-

честве несоложеного сырья при получения пивного сусла требуется провести дополни-

тельную подготовку зерна для удаления НЧС и снижения вероятности попадания в пиво.

Образцы ячменя, содержащего 0,092 г/кг НЧС и предназначенного для солодоращения,

выдерживали в 0,15 %-ном растворе NaOH в течение 1-5 ч (как рекомендовано в ТИ 18-

6-47-85). Затем щелочь сливали и промывали зерно водой. Далее готовили из этого яч-

меня солод, а из него - 12%-ное пивное сусло, в котором после фильтрования измеряли

содержание серебра методом ААС (таблица 6). Как видно из таблицы, щелочная обра-

ботка ячменя позволяет удалить значительное количество серебра с поверхности зерна и

предотвратить его попадание в сусло и, следовательно, в пиво.

Эффективность такого приема объясняется тем, что хитозан, входящий в состав

КНД- С-Х12, отличается пониженной устойчивостью к щелочной среде, и при повыше-

Продолжитель-

ность щелочной об-

работки ячменя, ч

Концентрация

серебра, г/дм3

Таблица 6 – Содержание серебра в сусле

0 (Контроль)

7,83·10-3± 0,04·10-5

1

1,55·10-4± 0,04·10-5

2

9,63·10-5± 0,04·10-5

3

4,81·10-5± 0,04·10-5

4

2,92·10-5± 0,04·10-5

5

1,76·10-5± 0,04·10-5

16

нии pH теряет свои стабилизирующие свойства,

интенсифицируя

коагуляцию

серебра

и

упрощая его удаление с поверхности зерновой

массы. Требуется отметить, что содержание

серебра в сусле, приготовленном из образцов

ячменя, выдержанных в растворе щелочи в

течение 3-5 ч, не превышает 5·10-5 г/дм3 - мак-

симально допустимого содержания коллоид-

ного серебра в питьевой воде, регламентируе-

мого СанПиН 2.1.4.1074-01.

2.2.4 Исследование влияния НЧС на микробную контаминацию

дрожжей S. cerеvisiae

Один из важных этапов технологии бродильных производств (пива, спирта, кваса,

вина) – получение чистой культуры дрожжей (ЧКД) и предотвращение ее инфицирова-

ния. Разнообразие контаминантов дрожжей обширно, однако наиболее распространены

инфекции, вызываемые педиококками. Для повышения микробиологической безопасно-

сти при культивировании S. cerevisiae в питательную среду вносили растворы НЧС (пре-

парат КНД-С-К12). Учитывая, что НЧС в определенных концентрациях и бактериальная

инфекция оказывают негативное влияние на рост дрожжей, провели ряд испытаний для

определения диапазона рабочих концентраций НЧС. В солодовое сусло, инфицированное

P.clausenii, вносили НЧС в различных концентрациях и дрожжевую суспензию (до содер-

жания дрожжей в сусле 1∙106 кл./1 см3). Через 48 ч культивирования осуществляли непо-

средственный подсчет дрожжевых клеток.

На основе экспериментальных данных методом планирования двухфакторного экс-

перимента ПЭФ22 с применением статистической обработки получено уравнение регрес-

сии, отражающее влияние концентрации НЧС (X ) и начального содержания P. clausenii

(X ) на концентрацию дрожжевых клеток (Y):

(3)

Графическая интерпретация данной зависимости представлена на рисунке 7, на ос-

нове чего определен диапазон рабочих концентраций НЧС в пределах 0,001 – 0,007 г/дм3.

Дальнейшие исследования проводили для определения эффективных концентра-

ций НЧС, способных подавлять развитие комплексных бактериальных инфекций в био-

массе дрожжей. В эксперименте использовали ЧКД рас rH и XII. В течение 48 ч в опыт-

ных образцах сусла проводили накопление дрожжевой биомассы (рисунок 8, раса rH).

Показано, что в течение первых 24 ч НЧС в концентрации 0,001-0,005 г/дм3 повы-

шают скорость накопления дрожжевой биомассы за счет сокращения лаг-фазы и экспо-

ненциальной фазы. Среднее количество клеток S. cerevisiae в образцах, контаминирован-

ных смешанной бактериальной инфекцией P. clausenii, B. subtilis и E. coli и не прошедших

1

2

2

Y=49,62706-2,75X

1

1 2

1-1,75 X

2-5,35125 X +2,125 X X

17

Рисунок 7 – Влияние концентрации НЧС и начального содержания P. Clausenii

на накопление биомассы дрожжевых клеток

обработку наночастицами серебра, оказалось на 40% ниже по сравнению с образцами,

содержащими 0,003-0,005 г/дм3 НЧС, в которых количество дрожжевых клеток сходно с

контролем (без инфицирования). Косвенно показатель доброкачественности дрожжей

определяли по количеству клеток с гликогеном и нежизнеспособных. В контрольном об-

разце (без бактерий) 74 % клеток содержали гликоген, а количество нежизнеспособных

клеток составило 1,9 %. Результаты свидетельствуют о том, что бактериальное заражение

повышает концентрацию мертвых клеток в 5 раз (таблица 7). Отмечено отсутствие нега-

тивного влияния на дрожжи при концентрации НЧС 0,001-0,005 г/дм3 через 48 ч культи-

вирования. В то же время необходимо подчеркнуть довольно высокое количество нежиз-

неспособных клеток дрожжей в образце с комплексной бактериальной инфекцией, обра-

ботанном 0,001 г/дм3 НЧС, хотя и в 3 раза ниже, чем в образце без НЧС. Анализ образцов

дрожжевой суспензии показал отсутствие роста колоний бактерий на твердой питатель-

ной среде с концентрацией НЧС выше 0,003 г/дм3.

Таким образом, для обеспечения микробиологической безопасности, поддержания

физиологической активности и предотвращения инфицирования ЧКД в процессе их куль-

тивирования необходимо обрабатывать дрожжи раствором КНД-С-К12 так, чтобы кон-

центрация НЧС в среде составила 0,001-0,002 г/дм3 для предотвращения инфицирования

ЧКД и 0,003-0,004 г/дм3 для очистки инфицированных дрожжей последующих генераций.

Предложенный способ обработки дрожжей обусловливает наличие частиц серебра

коллоидной степени дисперсности в конечном продукте. Для контроля содержания нано-

компонентов дрожжевую суспензию, содержащую 0,004 г/дм3 НЧС, вносили в солодовое

сусло в количестве 1,2 % от объема, сусло сбраживали в течение 21 сут. Размер частиц

серебра, присутствующего в сбраживаемой среде, определяли методом ДЛРС через 3 и

21 сут после внесения дрожжей (рисунок 9).

Контаминант

P. clausenii

B. cereus

E. coli

См. инфекция (P. clause-

nii, B. cereus, E. coli)

Упитанность клеток по гликогену, %

Нежизнеспособные клетки, %

0

0,001

0,003

0,005

0,007

0

0,001

0,003

0,005

0,007

61,0

68,0

66,5

58,5

78,5

79,0

77,0

75,5

79,5

77,5

79,0

81,5

76,0

76,5

78,0

76,0

74,0

7,5

74,5

4,9

73,5

3,1

72,5

10,6

1,8

2,0

1,7

3,4

1,9

2,2

2,1

2,1

1,8

2,0

2,1

2,3

2,9

2,9

3,1

3,0

18

Рисунок 8 – Влияние концентрации НЧС на содержание клеток S. cerevisiae в процессе культи-

вирования в жидкой питательной среде: (а) – P. clausenii, (б) – B. cereus, (в) – E. coli,

(г) – смешанная инфекция P. clausenii+ B. cereus + E. coli

Таблица 7 – Концентрация упитанных и нежизнеспособных клеток дрожжей через 48 ч культи-

вирования

Содержание НЧС в сбраживаемом сусле, г/дм3

а

в

Рисунок 9 – Распределение частиц серебра по их размерам в сусле:

(а) – в исходном; (б) – через 7 сут брожения; (в) – через 21 сут брожения

(по абсциссе – размер частиц, по ординате – содержание частиц определенного размера, %)

НЧС были полидисперсными и характеризовались интервалом размера частиц,

представленным на гистограммах. Если при внесении НЧС они, в основном, имели раз-

меры от 7 до 30 нм, преимущественно 9-20 нм; то через 7 сут брожения – от 13 до 100 нм,

преимущественно 40-90 нм; а через 21 сут брожения – от 30 до 350 нм, преимущественно

100-200 нм, причем содержание НЧС размером менее 100 нм составило не более 15 %.

Содержание НЧС в сусле определяли методом ААС, отдельно измеряли общую

концентрацию коллоидного серебра в образцах исходного сусла, через 7 и 21 сут броже-

ния (молодом и готовом пиве). Согласно литературным данным, гуммиарабик, стабили-

зирующий НЧ в препарате КНД-С-К12, отличается пониженной устойчивостью в кислой

среде. Поэтому в сбраживаемом сусле контролировали рН среды. Статистически обрабо-

танные результаты приведены в таблице 8.

Таблица 8 – Показатели сбраживаемого сусла

Концентрация коллоидного серебра, г/дм3

Средний размер

частиц, нм

12,4

65,4

108,7

Образец

рН

Дрожжи во взвешенном

состоянии

4,18·10-5 ± 0,04·10-5

4,18·10-5 ± 0,04·10-5

4,18·10-5 ± 0,04·10-5

19

б

Надосадочное сусло

4,18·10-5 ± 0,04·10-5

3,82·10-5 ± 0,04·10-5

3,64·10-5 ± 0,04·10-5

Исходное

сусло

7 сут

брожения

21 сут

брожения

5,2

4,7

4,1

Средний размер частиц серебра за период брожения увеличился в 10 раз. Соответ-

20

ственно, в процессе брожения в течение 3 нед коллоидная система перешла из нанодис-

персной в микродисперсную (см. таблицу 8), что положительно с точки зрения безопас-

ности продукта. Вследствие того, что коагуляция частиц проходит под влиянием повы-

шенной кислотности среды, стабильность внешней оболочки НЧ, сформированной гум-

миарабиком, нарушается, что приводит к агломерации частиц.

Общая концентрация серебра в процессе сбраживания сусла остается постоянной -

4,18±0,04·10-5 г/дм3, но наблюдается значительное снижение концентрации серебра кол-

лоидной дисперсности в жидкой фазе, объясняемое тем, что серебро, как и многие тяже-

лые металлы, адсорбируется на поверхности дрожжевых клеток. Через 7-10 сут главного

брожения пивного сусла до 95 % клеток дрожжей флоккулируют. Их седиментация при-

водит к снижению количества НЧС в сброженном сусле, причем общая концентрация се-

ребра в сусле не превышает допустимого содержания коллоидного серебра в питьевой

воде 5·10-5 г/дм3 (СанПиН 2.1.4.1074-01). Следовательно, конечный продукт - сброженное

пивное сусло, полученное с применением коллоидного раствора НЧС, по содержанию се-

ребра не превышает норм ВОЗ (WHO guidelines for drinking water quality - Рекомендации

ВОЗ по качеству питьевой воды), Международной организации виноделия (OIV:

Maximum acceptable limits of various substances contained in wine - OIV: Максимально до-

пустимые пределы различных веществ, содержащихся в вине), санитарным нормам РФ.

Расчетная ожидаемая экономическая эффективность обработки дрожжей препара-

том КНД-С-К12 составляет около 69 тыс. руб. в год для минипивзавода производитель-

ностью 12000 дм3/мес.

2.2.4 Антибактериальная обработка пивной дробины препаратом НЧС

Основной ВСР пивоваренного производства – это пивная дробина, на поверхности

частиц которой остаются низко- и среднемолекулярные питательные вещества, вслед-

ствие чего в дробине интенсивно развивается бактериальная инфекция, снижающая воз-

можность ее применения в качестве субстрата для культивирования микроорганизмов в

других производствах. Известны различные способы утилизации пивной дробины, в том

числе высокотехнологичные методы, основанные на ее биоконверсии с применением

грибных микроорганизмов – продуцентов органических соединений.

В качестве модельного микроорганизма выбрали мицелиальный гриб A. niger. Для

определения минимальной ингибирующей концентрации (МИК) НЧС, угнетающей рост

бактерий, контаминирующих мицелиальный гриб, не оказывающей влияния на накопле-

ние его биомассы, проводили твердофазное культивирование A. niger на пивной дробине

в качестве питательной среды, содержащей разные концентрации НЧС (0,01-0,07 г/дм3) в

присутствии смешанной бактериальной инфекции. Состав пивной дробины: 78,2% воды

и 21,8% СВ, содержащих 23,5% белков, 9,3% жиров, 18,4% целлюлозы и 48,8% безазоти-

стых экстрактивных и минеральных веществ. В качестве антимикробного агента исполь-

зовали препарат КНД-С-К12 (таблица 9).

Установлено, что МИК НЧС для подавления E. coli 0,03 г/дм3, а P. fluorescens и B.

cereus 0,04 г/дм3, смешанной инфекции - 0,05 г/дм3. Наивысшую резистентность к анти-

МИК,

г/дм3

Стандартное

Доверитель-

Отн. ошибка опреде-

отклонение

ный интервал

ления, %

Бактериальный контаминат

E. coli

P. fluorescens

B. cereus

Смешанная инфекция (E.

coli, P. fluorescens, B. cereus)

0,03

0,001

0,0009

2,9

0,04

0,001

0,0009

2,1

0,04

0,002

0,0017

4,3

0,05

0,001

0,0009

1,8

21

Таблица 9 - МИК НЧС при культивировании A. niger в присутствии бактериальной кон-

таминации

бактериальной активности НЧС проявила комплексная бактериальная инфекция. Но вне-

сение НЧС в количестве 0,05 г/дм3 позволило предотвратить развитие бактерий, обеспе-

чить стабильный рост мицелия A. niger (рисунок 10) и активное выделение лимонной кис-

лоты в питательную среду (область вокруг мицелия).

а

б

Рисунок 10 - Культивирование A. niger в присутствии возбудителей смешанной бактери-

альной инфекция E. coli, P. fluorescens, B. cereus:

(а) – без обработки НЧС; (б) – после обработки НЧС

Для изучения влияния НЧС на накопление грибом A. niger лимонной кислоты

провели эксперименты с производственной нестерилизованной пивной дробиной, ис-

пользуемой в качестве субстрата. В дробину добавляли воду, дрожжевой автолизат,

сульфат магния и дигидрофосфат калия, вносили препарат КНД-С-К12 до концентра-

ции НЧС 0,05 г/дм3. Затем в подготовленную таким образом питательную среду засе-

вали конидии A. niger и инкубировали при 30 С в течение 7 сут, определяя количество

лимонной кислоты в культуральной жидкости (рисунок 11).

Присутствие НЧС в питательной среде позволяет быстро подавить развитие бакте-

риальной микробиоты и интенсифицировать процесс накопления биомассы продуцента

(рисунок 11). Наибольшее количество кислоты – на 5% выше контроля - получили в те-

чение 4 сут культивирования в образце, содержащем НЧС.

Таким образом, антибактериальную обработку дробины для увеличения ее срока

о

22

Рисунок 11 – Накопление лимонной кислоты продуцентом A. niger при культивировании

на солодовой пивной дробине

годности препаратом КНД-С-К12 с целью дальнейшей биоконверсии можно считать це-

лесообразной. Обработка дробины с применением НЧС проверена в производственных

условиях минипивзаводов МГУПП и ООО «НТЦ Солодовые напитки». Установлено, что

обработанную препаратом дробину можно хранить при 20-30 оС в течение 14 сут без уве-

личения содержания в ней микроорганизмов.

2.2.5 Разработка технологических приемов применения НЧС

в бродильных производствах

На основании лабораторных исследований разработаны технологические приемы

обработки зерна с целью снижения его контаминации, а ЧКД S. сerevisiae и пивной дро-

бины - для предотвращения их инфицирования и повышения продуктивности.

2.2.5.1 Применение НЧС для обработки зерна для уменьшения его микробиоты

было, по результатам исследований, было предложено проводить препаратом НЧС КНД-

С-Х12 (рисунок 12).

2.2.5.2 Применение НЧС для обработки ЧКД, с целью снижения контаминации,

ЧКД S.cerevisiae предложено проводить препаратом КНД-С-К12, что позволяет одновре-

менно повысить их продуктивность и качество. Технологический прием прошел апроба-

цию в условиях ЗАО МПБК «Очаково»; на него подана заявка на изобретение (рег. №

2015115461) (рисунок 13).

2.2.5.3 Применение НЧС для обработки пивной дробины. В результате опытно-

промышленных испытаний в условиях двух минипивзаводов проверен способ подготовки

пивной дробины к биоконверсии, включающий антибактериальную обработку дробины

препаратом НЧС КНД-С-К12, обогащение дробины источниками азота и минеральными

23

Рисунок 12 – Технологическая схема применения НЧС для обработки ячменя

Рисунок 13 – Технологическая схема разведения ЧКД с применением НЧС

веществами, как питательной среды для культивирования продуцентов органических ве-

ществ (рисунок 14).

24

Рисунок 14 – Технологическая схема применения НЧС

для подготовки пивной дробины к биоконверсии

Предложенные способы позволяют повысить биологическую безопасность сырья

и готовой продукции вследствие снижения уровня инфекции на отдельных стадиях про-

изводств, увеличивая количество генераций дрожжей и улучшая качество подготовки

дробины к биоконверсии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1.Разработаны способы применения препаратов наночастиц серебра (НЧС) для сни-

жения микробной контаминации в бродильных производствах, приводящих к улучшению

доброкачественности дрожжей; повышению микробиологической чистоты зерна и зерно-

вой дробины – с целью обеспечения биологической безопасности.

2.На основании изучения влияния коллоидных растворов НЧС на микроорганизмы

бродильных производств (дрожжи, бактерии, мицелиальные грибы) установлено, что

НЧС способны эффективно угнетать жизнедеятельность грибных и бактериальных мик-

роорганизмов, контаминирующих зерновое сырье, процесс дрожжегенерации, пивную

дробину, независимо от строения клеточной стенки микроорганизма и его способности к

спорообразованию. В значительных концентрациях НЧС подавляют жизнедеятельность

культурных дрожжей Saccharomyces cerevisiae.

3.Выявлено, что растворы НЧС коллоидной степени дисперсности (КНД-С-К12,

КНД-С-Х12, Агбион-2), стабилизированные гуммиарабиком, хитозаном и сульфоянтар-

ной кислотой, с размером частиц 5-20 нм, обладают наиболее выраженными антимикроб-

ным действием и ингибируют бактерии при концентрации НЧС 0,03-0,06 г/дм3, мицели-

альные грибы – при концентрации более 0,09 г/дм3.

25

4. На основании результатов исследований установлены биостатические концентра-

ции препаратов НЧС. Разработаны способы:

- обработки зернового сырья препаратом - раствором НЧС коллоидной степени дис-

персности КНД-С-Х12 (на основе хитозана), вносимым до концентрации частиц 92 г/т

зерновой массы, с целью снижения развития контаминирующей микробиоты зерна до по-

казателей безопасности, нормируемых ТР ТС 021/2011;

- применения НЧС КНД-С-К12 (на основе гуммиарабика) при разведении чистой

культуры дрожжей S. cerevisiae с внесением раствора НЧС, стабилизированным смесью

глицина и гуммиарабика, до концентрации 0,001-0,004 г/дм3 в сусло-дрожжевой суспен-

зии, что способствует предотвращению развития комплексных бактериальных инфекций;

- снижения бактериальной контаминации пивной дробины ее обработкой препара-

том НЧС КНД-С-К12 с целью ее подготовки для эффективной биоконверсии. Установ-

лено, что КНД-С-К12 при воздействии на пивную дробину, не только подавляет бактери-

альную инфекцию, но и интенсифицирует биоконверсию дробины (с образованием ли-

монной кислоты) мицелиальным грибом A. niger.

5. Разработаны способы обработки дрожжей и пивной дробины препаратами НЧС

для удаления посторонних микроорганизмов. Проведены опытно-промышленные испы-

тания предложенной технологии, подтверждающие эффективность ее использования, с

последующим контролем НЧС в конечной продукции - пиве, показавшим его соответ-

ствие требованиям к содержанию серебра российских и международных нормативных

документов. Ожидаемая экономическая эффективность от обработки дрожжей препара-

том НЧС КНД-С-К12 составит около 69 тыс руб. в год для минипивзавода производитель-

ностью 12000 дм3/мес.

6. Выявлено, что препараты НЧС, применяемые для обработки дрожжей и дробины,

способствуют улучшению физиологического состояния дрожжей и продуктивности S.

cerevisiae и A. niger.

7.Разработаны рекомендации предприятиям пищевой промышленности по обра-

ботке дрожжей, зерна и пивной дробины с применением НЧС.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

в изданиях, входящих в список ВАК:

1. Баландин, Г.В. Применение наночастиц серебра для обеспечения безопасности

дрожжей рода Saccharomyces / Г.В. Баландин // Пиво и напитки. – 2015. – № 5 – С. 8-12 (Agris)

2. The study of the antimicrobial activity of colloidal solutions of silver nanoparticles prepared

using food stabilizers / G. Balandin, O. Suvorov, L. Shaburova, D. Podkopaev, Yu. Ustinova, G. Er-

molaeva // Journal of Food Science and Technology. – 2015. – Т. 52. - Issue 6 – C. 3881-3886 (Web of

Science, Scopus)

3. Selective action of silver nanoparticles against bacteria and fungi / G. Balandin, O. Suvorov,

L. Shaburova, G. Ermolaeva // BIOspektrum. – 2014. - Tagungsband zur. 4. - C. 289-290 (Scopus)

4. Правовые аспекты реализации и контроля пищевых упаковочных материалов с наносо-

ставляющей в Российской Федерации / Д.О. Подкопаев, Ю.А. Тырсин, О.А. Суворов, Г.В. Ба-

ландин // Товаровед продовольственных товаров. – 2014. – № 4 – С. 51-55

5. Comparative Evaluation of Antimicrobial Activity of Silver Nanoparticles / D. Podkopaev, L.

Shaburova, G. Balandin, O. Kraineva, N. Labutina, O. Suvorov, Yu. Sidorenko // Nanotechnologies in

Russia. – 2014. - № 9. – C. 93-97 (Scopus)

26

в других изданиях:

6. Диффузионные особенности наночастиц серебра при оценке воздействия на микроор-

ганизмы пищевых продуктов / Г.В. Баландин, Г.А. Ермолаева, Л.Н. Шабурова // Сборник науч-

ных трудов SWorld. - Одесса: Куприенко, 2013. – Вып. 2. - Том 36.- C.80-82

7. Разработка, исследование и анализ эффективности использования наноматериалов с

биоцидными свойствами в хлебопекарной промышленности / Н.В. Лабутина, О.А. Суворов, Г.В.

Баландин и [др.] // Catalogue China Hi-Tech Fair. - 2013. - С. 162

8. 8. Исследование бактерицидных и фунгицидных свойств неорганических наночастиц /

Д.О. Подкопаев, Г.В. Баландин, Л.Н. Шабурова и [др.] // Сборник материалов «Экспертиза,

оценка качества, подлинности и безопасности пищевых продуктов» - М.: Издательский комплекс

МГУПП.–2013.–С. 62-67

9. Применение наночастиц металлов для обеспечения микробиологической безопасности

продуктов питания / Г.В. Баландин, Г.А. Ермолаева, Д.О. Подкопаев и [др.] // Сборник матери-

алов межведомственной научно-практической конференции «Инновационные технологии в пи-

щевой промышленности, товароведении и общественном питании». М.: Издательский комплекс

МГУПП. – 2013. – C. 8-10

10. Исследование антимикробной активности коллоидных растворов наночастиц серебра

для обеспечения микробиологической безопасности продуктов питания / О.А. Суворов, Г.В. Ба-

ландин, Д.О. Подкопаев и [др.] // Сборник материалов конференции «Безопасность и качество

продуктов питания: наука и образование» - М.: Издательский комплекс МГУПП.–2014.–C. 85-89

11. Баландин, Г.В. Изучение бактерицидных свойств наночастиц серебра при воздей-

ствии на микроорганизмы пищевых производств. / Г.В. Баландин, Г.А. Ермолаева, О.А. Суворов

// Сборник докладов VI Международной научно-практической конференции "Научно-техниче-

ское творчество молодежи-путь к обществу, основанному на знаниях".М.:МГСУ.-2014.-С.379-384

12. Баландин, Г.В. Селективное действие наночастиц серебра против бактерий и грибов

/Г.В. Баландин, О.А. Суворов//Инновационные технологии производства и хранения материаль-

ных ценностей для государственных нужд: межд.сб.науч.ст.–М.:Галлея-Принт.-2014.-С.61-63.

13. Balandin, G. Applying Sillver Nanoparticles to Ensure the Safety of Food Production Pro-

cesses / G. Balandin, O. Suvorov, A. Podushkina // Istanbul University World Conference on Technol-

ogy, Innovation and Entrepreneurship-Conference Book.Istanbul: Istanbul University.-2015.-C.119-120

14. Баландин, Г.В. Разработка технологических приемов применения наночастиц серебра

для обеспечения микробиологической безопасности бродильных производств / Г.В. Баландин //

Осенний финал по программе «УМНИК» РАН – 2015; Москва, Президиум Российской академии

наук, 13 ноября 2015 г.: Сб. тезисов. – М.: ФИЦ Биотехнологии РАН. – 2015. - С. 48-51.

15. Баландин, Г.В. Повышение биологической безопасности зернового сырья с использо-

ванием наночастиц серебра / Г.В. Баландин, Л.Н. Шабурова, Г.А. Ермолаева // Биоэкономика и

экобиополитика. – 2015. № 1. - С. 92-94.

16. Заявка на изобретение «Способ антибактерильной обработки дрожжей», рег. № 2015115461,

приор. от 24.04.2015 (авторы Баландин Г.В., Ермолаева Г.А.)

Список сокращений

НЧС – наночастицы серебра;

ВСР – вторичный сырьевой ресурс;

ЧКД – чистая культура дрожжей;

МИК – минимальная ингибирующая концентрация;

ДЛРС – динамическое лазерное светорассеяние;

ААС - атомно-абсорбционный спектральный анализ.

Summary

Current research is dedicated to the development of silver nanoparticles application in order to increase

the microbiological safety and stability of different processes of food production such as: incubation of pure yeast

strains for the fermentation of malt wort, storage of grain raw materials and brewers spent grain processing.

Автор выражает благодарность за консультации к.т.н., доц. Л.Н. Шабуровой.



 
Похожие работы:

«БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УДК 621.789 МИЛЮКИНА Светлана Николаевна ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СПЛАВОВ TiNi С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕРМИЧЕСКОЙ И УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТОК Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки Минск, 2015 Работа выполнена в УО Витебский государственный технологический университет и ГНУ Институт технической акустики НАН...»

«0 Учреждение образования БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ УДК 004.934 + 004.4’277 АЗАРОВ Илья Сергеевич МЕТОДЫ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА КВАЗИПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ С НЕСТАЦИОНАРНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РЕЧЕВОЙ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМАХ МУЛЬТИМЕДИА АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.13.17 – Теоретические основы информатики Минск 2015 Белорусский государственный Научный консультант Петровский...»

«Учреждение образования Могилевский государственный университет продовольствия УДК 664.292 ЛАЗОВИКОВА ЛЮБОВЬ ВЛАДИМИРОВНА ТЕХНОЛОГИЯ ПОДГОТОВКИ ВЫЖИМОК ЯБЛОК И ПРОИЗВОДСТВА ИЗ НИХ ПЕКТИНА Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.15 – технология и товароведение пищевых продуктов, продуктов функционального и специализированного назначения и общественного питания Могилев 2015 1 Официальные оппоненты: Оппонирующая организация Артемова...»





 
© 2015 www.z-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.