Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Отклик бактериальных культур на низкоинтенсивное электромагнитное поле крайне высоких частот. Монография
.pdf
41
Таблица 2.3
Влияние ЭМО на физиологические константы роста
микроорганизмов Lactobacillus casei С–1 ВКПМ В–3960
и Lactobacillus lactis В–5646
Параметры
Lactobacillus casei
Lactobacillus lactis
Контроль
Опыт
Контроль
Опыт
Y
max
, г АСБ / г S
0,16
0,23
0,14
0,19
ms, ч
–1
0,345
0,312
0,347
0,315
r
max
, ч
–1
0,327
0,614
0,318
0,512
Ks, мг/л
5,010
3,910
4,630
3,450
Как видно из табл. 2.3, у обеих исследуемых культур наблюдается увеличение максимального значения выхода потребленного субстрата (Y
max
для Lactobacillus casei – от 0,16 до 0,23 г АСВ/г S, и от 0,14
до 0,19 г АСВ/г S для Lactobacilus lactis). Повышение значения максимального выхода сопровождается снижением скорости затрат субстрата на поддержание биомассы ms, что говорит о перераспределении
метаболических потоков внутри клетки.
Внешним проявлением этого может служить повышение максимальной скорости роста r
max
при воздействии ММ поля, что наблюда-
ется для обеих исследуемых культур. В хорошем согласии с вышеуказанным находится тенденция изменения константы субстратного насыщения Ks. Как следует из табл. 2.3, наблюдается снижение и этого показателя.
Следует особо отметить, что Ks характеризует сродство культуры к субстрату, и изменение его величины непосредственно связано
с изменением активности ферментных систем микроорганизмов. Поэтому следующим этапом работы стало исследование активности
ряда ферментов микробных культур контрольных и опытных образцов лактобацилл.
Изучалась активность следующих ферментов: β-галактозидазы
(лактазы), гексокиназы, фумарат-гидратазы (фумаразы).
При этом следует иметь в виду, что β-галактозидаза – внеклеточный фермент, который характеризует активность разложения лактозы, гексокиназа – первый фермент гликолиза и пентозофосфатного
цикла, а фумарат-гидратаза – ключевой фермент цикла трикарбоновых кислот.
Полученные результаты представлены в табл. 2.4–2.8.
42
Таблица 2.4
Влияние ЭМО на активность β-галактозидазы бактерий
Lactobacillus casei С–1 ВКПМ В–3960 и Lactobacillus lactis В–5646
Образцы
Активность β-галактозидазы, ед/мл
Lactobac. casei
ΔК
Lactobac. lactis
ΔК
Неактив.
культура
Контр.
0,05
180
Контр.
0,08
200
Опыт
0,09
Опыт
0,16
Активир.
культура
Контр.
0,12
125
Контр.
0,12
167
Опыт
0,15
Опыт
0,20
Из табл. 2.4 видно, что активность β-галактозидазы неактивированной культуры Lactobacillus casei после обработки ЭМП КВЧ повышается в 1,8 раза, в то время как активность β-галактозидазы активированной культуры – в 1,25 раза.
Та же тенденция наблюдается и для Lactobacillus lactis, хотя количественные характеристики этого процесса несколько выше, что, вероятно, связано с физиологическими особенностями этих культур.
Представляется интересным тот факт, что практически так же изменяется активность фермента гексокиназы после воздействия ЭМП КВЧ
(табл. 2.5 и 2.6).
Таблица 2.5
Влияние ЭМО на активность гексокиназы у L. casei
Образцы
Активность гексокиназы L. casei, ед/мл
До культив.
ΔК
После культив. в
течение 24 ч
ΔК
Неактив.
культура
Контр.
45,90
191
5,46
290
Опыт
87,80
15,85
Активир.
культура
Контр.
104,11
113
8,73
252
Опыт
117,22
22,02
Таблица 2.6
Влияние ЭМО на активность гексокиназы у L. lactis
Образцы
Активность гексокиназы L. lactis, ед/мл
До культив.
ΔК
После культив.
в течение 24 ч
ΔК
Неактив. куль-
тура
Контр.
16,67
206
5,46
230
Опыт
34,43
12,57
Активир.
культура
Контр.
45,63
178
13,11
138
Опыт
81,15
18,07
43
Вместе с тем фумарат-гидратазная активность для обеих исследуемых культур в разных физиологических состояниях практически не меняется. Для объяснения этого факта следует обратить внимание на то,
что синтез первых двух ферментов и сфера их деятельности связанs с
внешними оболочками микробной клетки (околоклеточная жидкость,
примембранные слои цитоплазмы, а также сама мембрана), в то время
как фумарат-гидратаза «работает» в мезосомах. Можно предположить,
что столь значительные в результате воздействия ЭМП КВЧ изменения
в активности ферментов, близких к поверхностным структурам, объясняется рядом факторов, рассмотренных другими исследователями [5–7].
Таблица 2.7
Влияние ЭМО на активность фумарат-гидратазы
у Lactobacillus casei
Образцы
Активность фумарат-гидратазы, ед/мл
До культив.
ΔК
После култив.
в течение 24 ч
ΔК
Неактив.
культура
Контр.
1,31
102
1,22
103
Опыт
1,33
1,25
Активир.
культура
Контр.
1,74
109
1,62
113
Опыт
1,89
1,84
Таблица 2.8
Влияние ЭМО на активность фумарат-гидратазы
у Lactobacillus lactis
Образцы
Активность фумарат-гидратазы ,
ед/мл
До культив.
ΔК
После култив.
в течение 24 ч
ΔК
Неактив.
культура
Контр.
2,23
106
2,08
104
Опыт
2,36
2,17
Активир.
культура
Контр.
2,62
107
2,57
107
Опыт
2,79
2,74
Подтверждением этого предположения является и то обстоятельство, что изменение активности ферментов β-галактозидазы и гексокиназы обнаруживается сразу после обработки, в то время как активность
фумарат-гидратазы практически не меняется.
44
При этом изменения в ферментативной активности коррелируют
с изменениями в морфологических характеристиках культуры, о чем
свидетельствуют данные табл. 2.9.
Здесь длины клеток соответствуют стандартным длинам клеток
лактобацилл [8]. Но во всех случаях у обеих исследуемых культур происходит удлинение клеток молочнокислых бактерий (от 2 до 3 раз от
контрольного уровня), а также происходит увеличение доли стрептоподобных форм, причем большей способностью к образованию удлиненных форм обладает активированная синхронизированная культура молочнокислых бактерий.
Таблица 2.9
Влияние ЭМО на длину клеток бактерий Lactobacillus casei С–1
ВКПМ В–3960 и Lactobacillus lactis В–5646
Образцы
Длина клеток
L.casei, мкм, 0,05
ΔК
Длина клеток
L.lactis, мкм, 0,05
ΔК
Неактив.
культура
Контр.
2,1
228
1,5
230
Опыт
4,8
3,4
Активир.
культура
Контр.
2,5
272
2,5
296
Опыт
6,8
7,4
Фотографии реальных опытных (после воздействия ЭМП КВЧ) и
контрольных микробных культур представлены на рис. 2.7–2.10.
а б
Рис. 2.7. Изменение морфологии неактивированной культуры L. casei:
а – контроль; б – опыт
45
а б
Рис. 2.8. Изменение морфологии активированной культуры L. casei:
а – контроль; б – опыт
а б
Рис. 2.9. Изменение морфологии неактивированной культуры L. lactis:
а – контроль; б – опыт
а б
Рис. 2.10. Изменение морфологии активированной культуры
L. lactis: а – контроль; б – опыт
46
Из рис. 2.7–2.10 следует, что под воздействием ЭМП КВЧ происходит изменение морфологии консорциумов бациллярных клеток. Вероятно, именно поэтому наблюдаются различия в степени прироста
концентрации биомассы, определенной по абсолютно сухому весу и оптической плотности (данные табл. 2.1 и 2.2).
Зависимости концентрации биомассы от титруемой кислотности
и активности гексокиназы у Lactobacillus casei С–1 ВКПМ В–3960 и
Lactobacilus lactis В–5646 представлены в табл. 2.10.
Таблица 2.10
Зависимость концентрации биомассы от титруемой кислотности
и активности гексокиназы у Lactobacillus casei С–1 ВКПМ В–3960
и Lactobacilus lactis В–5646
Параметры
Концентрация
биомассы, г/л
Титруемая
кислотность, °Т
Активность
гексокиназы,
ед/мг
Образцы
L. casei
L. lactis
L. casei
L. lactis
L. casei
L. lactis
Неактив.
культура
Контр.
12,7
10,7
0,4
0,56
5,46
5,46
Опыт
21,2
13,7
0,57
0,6
15,85
12,57
Активир.
культура
Контр.
15,0
15,2
0,7
0,56
8,73
13,11
Опыт
30,4
21,4
0,8
0,58
22,02
18,07
Как можно видеть из данной таблицы, между приростом биомассы, титруемой кислотностью и активностью гексокиназы прослеживается общая тенденция к росту значений физиологических показателей у активированных и(или) обработанных ЭМП КВЧ (опытных) образцов, хотя и не наблюдается количественных совпадений или прямо
пропорциональных корреляций.
При этом следует обратить внимание на соотношение между приростом концентрации биомассы и гексокиназной активности, в особенности для активированной культуры. Как можно видеть из данных таблицы, данные параметры резко меняются, однако неплохо коррелируют
между собой, причем эта тенденция имеет место для обеих исследуемых культур. Отсюда следует, что у изученных культур, в особенности
активированных, существует взаимосвязь между активностью биохимических путей утилизации глюкозы и концентрации биомассы.
В то же время у опытного образца неактивированной культуры
Lactobacillus casei наблюдается существенный прирост значений титруемой кислотности (почти в полтора раза – от 0,4 до 0,57 °Т), что
47
особенно заметно на фоне слабой тенденции к росту кислотности у
остальных образцов.
У культуры Lactobacilus lactis нет явной корреляции между при-
ростом концентрации биомассы и титруемой кислотностью. По-видимому, экскретируемая молочная кислота не может рассматриваться в
качестве наиболее адекватного и универсального показателя, характеризующего процессы брожения.
Таким образом, активированная культура является наиболее восприимчивой к воздействию волн ММ диапазона. В этом состоянии активность ферментных систем высока, вероятно, именно в этом состоянии даже незначительные конформационные изменения, вызываемые
действием ЭМП, могут приводить к достаточно серьезным перестроениям метаболических маршрутов или стадий, инициируемых, например, по механизму триггерного типа.
Подобные предположения обсуждались и другими исследователями. В частности, А. Б. Гапеевым было высказано предположение о
скоординированности действия электромагнитного фактора на метаболитическом уровне, что было обнаружено при исследовании реакций
грызунов на действие ЭМП [9].
Таким образом, проведенное исследование влияния ЭМП КВЧ на
рост биомассы молочнокислых бактерий, находящихся в различных
физиологических состояниях (близком к анабиозу и активированном).
Обнаружено, что эффективность воздействия ЭМП КВЧ стимулирующей частотой (в данном случае – 61,22 ГГц) на рост молочнокислых
бактерий зависит от физиологического состояния бактериальной культуры в момент электромагнитной обработки. При этом активированная
культура, находящаяся в начале экспоненциальной фазы роста, более
восприимчива к электромагнитному воздействию.
Также показано, что ЭМП КВЧ на стимулирующей частотесущественно повышает активность внутриклеточных ферментативных систем, а также меняет морфологию бактериальных клеток (происходит
удлинение клеток более чем в 2 раза и наблюдается увеличение доли
стрептоподобных форм). В то же время характер влияния ЭМП КВЧ на
рост молочнокислых бактерий не определяется типом брожения культуры (гомо- или гетероферментативный).
Необходимо отметить, что все эти закономерности более выражены у синхронизированной активированнойкультуры, т. е. наблюдается аддитивность действия на микробную культуру факторов физикохимической (активирование состояния) и физической природы
48
(обработка ЭМП КВЧ на стимулирующей частоте). Можно предположить, что единым источником наблюдаемой аддитивности является
одинаковый по направленности характер воздействия этих факторов на
ферментативную систему микроорганизмов.
2 . 2 . В л и я н и е н и з к о и н т е н с и в н о г о э л е к т р о м а г н и т н о г о
п о л я К В Ч - д и а п а з о н а н а м и к р о б и о т у м о л о к а
и е г о б и о х и м и ч е с к и е п о к а з а т е л и
Одной из основных задач современных производств является изготовление продукта, безупречного с точки зрения гигиены и имеющего продолжительный срок годности и в то же время не содержащего
никаких химических консервантов или других вспомогательных веществ, т. е. сохраняющего свою натуральность.
Молоко – хорошая среда для сохранения и развития многих микроорганизмов, которые вызывают в нем в том числе и нежелательные
изменения, приводящие к порче продукта.
В настоящее время существует ряд методов обеззараживания пищевого сырья и контаминации продуктов из него: термическая, химическая обработка, использование ультразвука и др.
Применение существующих на сегодняшний день методов и способов обеззараживания позволяют в значительной мере достичь положительных результатов в главном направлении – уничтожении вегетативных и спорообразующих форм микроорганизмов в обрабатываемом
объекте. Следует отметить, что молоко – сложная, сбалансированная по
биохимическому составу система, обладающая нативной структурой.
Поэтому необходимо контролировать показатель качества и безопасности питьевого молока, а выбор метода обеспложивания молока требует
тщательного подбора.
Согласно российским и международным нормам, на молочных
предприятиях ведется контроль в основном двух микробиологических
показателей санитарной оценки молока: количество мезофильных
аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов в 1 г или
1 см3 продукта (КМАФАнМ) и количество бактерий группы кишечной
палочки (БГКП) [4].
49
Для соответствия питьевого молока и молочной продукции санитарно-гигиеническим требованиям в молочной промышленности применяют методы его обеззараживания.
Из химических способов инактивации микрофлоры наибольшее
распространение в молочной промышленности получило ингибирование сорбиновой кислотой или ее солями. Сорбиновую кислоту вводят в
состав плавленых сыров, наносят на поверхность твердых сыров при их
созревании, включают в состав различных покрытий, призванных защитить сыры от плесневения во время созревания.
Более сильным, чем у сорбиновой кислоты, фунгицидным действием обладают дегидрацетовая кислота и ее соли.
Очень сильным ингибиторным эффектом по отношению к микроорганизмам молока и сыворотки обладают некоторые вещества растительного происхождения, например плюмбагин и юглон. Их можно
эффективно применять для консервирования молочной сыворотки во
время ее транспортирования и хранения. С этой же целью в некоторых
случаях используют низкомолекулярные кислоты (пропионовую, муравьиную) и пероксид водорода. Последнее соединение даже в очень слабых концентрациях (8–10 миллионных долей) активирует естественную антибактериальную систему молока. Активно подавляет развитие
плесневых грибов озон. Озонирование камер созревания и хранения сыров проводят с целью инактивирования споровых и вегетативных форм
плесеней и дрожжей.
Применение химических ингибиторов микрофлоры молока и молочных продуктов разрешается только при наличии санкции органов
здравоохранения.
Гибель бактерий в молоке и молочных продуктах происходит
и при воздействии на них некоторых физических факторов. В частности, к ним относится ультрафиолетовое облучение. Кванты ультрафиолетовой части спектра обладают достаточно высокой энергией (порядка
12 эВ), и поэтому могут изменять характер биохимических превращений в клетках микроорганизмов, вызывая их инактивацию. Повреждение ДНК служит основной причиной ингибирования бактерий под действием ультрафиолетового облучения. Воздействие УФ-лучами используют в молочной промышленности для пастеризации молока и подавления воздушно-взвешенных вегетативных и споровых форм в атмосфере помещений с повышенным санитарно-гигиеническим режимом (отделения для приготовления производственных заквасок,
50
камеры для созревания сыров, участки фасования и асептического розлива молочных продуктов и т. д.).
Другой вид обработки – ионизирующим излучением – может глубоко проникать в молочный продукт, обеспечивая холодную пастеризацию или стерилизацию. Существует тенденция использования облучения в сочетании с мягкой тепловой обработкой для уничтожения специфических патогенных микроорганизмов.
Придание взвешенным в воздухе микрочастицам определенного
отрицательного заряда, что происходит в процессе ионизации воздуха,
приводит к ингибированию микробного аэрозоля. Аэроионизацию используют для инактивации спор плесневых грибов в атмосфере камер
созревания и хранения сыров. Это снижает вероятность развития плесеней на поверхности сыра.
К физическим методам борьбы с нежелательной микрофлорой
молока относится также бактофугирование. При этом из молока в виде
фугата при использовании специальных сепараторов выделяется биомасса бактерий, плотность которых выше, чем у плазмы молока.
Обычно используются последовательно две бактофуги, которые удаляют из молока до 97 % клеток микроорганизмов.
Очистить от бактерий молочные продукты можно и путем пропускания их через мембраны. Так как бактерии имеют в среднем размер
одного микрометра, они отделяются от пермеата уже при проведении
процессов микрофильтрации. Более высокая очистка от микробных
клеток достигается при ультрафильтрации. Диаметр головки наиболее
распространенного типа фага, активного по отношению к молочнокислым бактериям, составляет 50–60 нм, а длина 100–170 нм. Следовательно, ультрафильтрат молока и сыворотки можно считать очищенным от бактериофагов [10]. Но чаще всего на молокозаводах используют термическую обработку молока.
В последнее время одним из перспективных методов воздействия на биологические объекты являются электромагнитные поля
крайне высокой частоты (ЭМП КВЧ) миллиметрового диапазона. Обзор существующих работ по действию миллиметровых волн на биологические объекты свидетельствует о существовании механизмов взаимодействия КВЧ волн с клетками растительного или животного происхождения, которые затрагивают фундаментальные аспекты их жизнедеятельности и, соответственно, имеют отношение к способам снижения жизнеспособности микроорганизмов. При этом метод ЭМП КВЧ
низкой интенсивности является неразрушающим по отношению к
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]