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
При этом обработка молока частотой 60,50 ГГц не влияет на содержание лактозы и витамина С, а также не приводит к изменению нативного протеинового состава и общего содержания белка.
Следовательно, обработка молока ЭМП КВЧ на ингибирующей
частоте, в отличие от процесса пастеризации, действует более адресно –
лишь подавляет активность молочнокислых бактерий и не меняет молекулярный состав, характеристики и свойства самого молока.
62
Г л а в а 3. С Н И Ж Е Н И Е М И К Р О Б Н О Й К О Н Т А М И Н А Ц И И
П Р И Р О Д Н Ы Х О Б Ъ Е К Т О В
( Н А П Р И М Е Р Е П Ш Е Н И Ч Н Ы Х О Т Р У Б Е Й )
К сожалению, в мире наблюдается тенденция к нарастанию численности и распространению продуктов переработки с высокой степенью микробиологической обсемененности.
Все это отражается и на качестве отрубей, которые являются побочным продуктом мукомольной промышленности, получаемым при помоле
зерна в муку. В зависимости от вида перерабатываемого зерна отруби бывают пшеничные, ржаные, овсяные, рисовые, гречневые, просяные. Одним
из таких продуктов являются пшеничные отруби. Они широко применяются в пищевой промышленности благодаря целому комплексу биологически ценных веществ, сконцентрированных в пшеничных отрубях.
Это, прежде всего, высокое содержание пищевых волокон, различных витаминов, макро- и микроэлементов. Однако пшеничные отруби контаминированы в значительной степени «загрязнителями» микробного происхождения, что и приводит к ухудшению их качества и
снижению функциональных свойств [1–3]. В связи с этим актуальным
является поиск и выбор метода, обеспечивающего подавление посторонней микрофлоры и повышение микробиологической безопасности
пшеничных отрубей. В настоящее время разработан ряд химических
методов воздействия на отруби, обеспечивающих снижение микробной
контаминации [5–8]. Интересным в этом отношении представляется активно разрабатываемый в последнее время подход к консервированию
продуктов растениеводства, основанный на использовании растительных экстрактов [9–10]. Специальные физические методы обработки
(термические, СВЧ, ультразвук и т. п.) существенно повышают стойкость отрубей при хранении. Для снижения микробиологической обсемененности отрубей до уровня, установленного Минздравом СССР с
целью обеспечения хранения без снижения их качества рекомендуется
термообработка в псевдоожиженном слое при температуре отрубей и
горячего воздуха 120 °С в течение 5 мин [11]. Положительные результаты были получены при воздействии на зерно ионизирующего излучения [12]. Однако подобного рода воздействия, помимо достижения эффекта обеззараживания, оказывают существенное влияние на генный
аппарат зерна, что делает его небезопасным в гигиеническом смысле.
В настоящее время активно изучаются возможности менее жесткого
63
электромагнитного воздействия на биологические объекты, в том числе
на микроорганизмы. В этой связи нами проведено исследование особенностей влияния различных видов электромагнитного поля радиодиапазона на микробную обсемененность пшеничных отрубей и сравнение эффективности снижения их микробной обсемененности методами
электромагнитной обработки в диапазонах СВЧ и КВЧ.
Явления, наблюдаемые при воздействии СВЧ-энергии на живые
ткани, имеют в основном тепловой характер и зависят от дисперсии колебаний клеточной структуры, диэлектрической проницаемости,
электро- и теплопроводности материала биообъекта [13].
Технология обеззараживания растительного сырья с использованием СВЧ-полей предполагает объединение следующих двух операций: предварительное увлажнение зерна (так как в основе большинства
процессов обеззараживания, выполняемых с помощью СВЧ-энергии,
лежит диэлектрический нагрев обрабатываемого материала) либо обработка материала с относительно высокой влажностью и последующее
термическое воздействие на биосистему [14].
СВЧ-нагрев следует отнести к новому виду энергосберегаю-
щей электромагнитной технологии благодаря следующим преимуществам по сравнению с обычным температурным (теплотехническим) нагревом:
1) тепловая безинерционность, т. е. возможность практически
мгновенного включения–выключения теплового воздействия на обрабатываемый материал;
2) высокий КПД преобразования энергии в тепловую (90 %);
3) возможность осуществления избирательного, равномерного и
быстрого нагрева;
4) экологическая чистота нагрева, поскольку при его использова-
нии отсутствуют какие-либо продукты сгорания;
5) сильное обеззараживающее действие [15].
3 . 1 . М е т о д и к и п р о в е д е н и я э л е к т р о м а г н и т н о й
о б р а б о т к и и м и к р о с к о п и р о в а н и я м и к р о о р г а н и з м о в
В настоящее время устойчиво сохраняется тенденция к нарастанию
численности и распространению большинства возбудителей болезней зерновых культур, эффективно бороться с которыми и призваны методы электромагнитной обработки сельхозпродуктов.
64
В качестве объекта воздействия ЭМП готовились навески пшеничных отрубей массой 3,00 ± 0,01 г, которые помещали в чашки Петри. Последующая обработка ЭМП проводилась в чашке Петри с открытой верхней крышкой. В качестве контроля использовались пшеничные отруби,
которые не подвергались электромагнитной обработке. Для определения
общей бактериальной обсемененности осуществляли высевы обработанных и контрольных образцов на среду КМАФАнМ. При посеве крышку
чашки Петри слегка приоткрывали. После этого чашки Петри переносили в термостат при температуре (30±1) °С. Учет результатов (подсчет
выросших колоний микроорганизмов и пересчете их количества на 1 г
пшеничных отрубей) проводили через 48–72 ч инкубации. Через каждые
24 ч проводили количественный анализ: определяли КОЕ и % изменения
КОЕ по отношению к контролю. По числу колоний на КМАФАнМ в контрольных и опытных чашках судили о микробной обсемененности пшеничных отрубей. Результаты эксперимента фиксировались в таблице и
подвергались стандартной статистической обработке.
Для исследования морфологии методом простой окраски микроскопического препарата [16] передмикроскопированием готовили
«мазки», фиксировали их над пламенем спиртовки, окрашивали основным фуксином в течение 2–3 мин, высушивали и микроскопировали с
использованием иммерсионного объектива. Клетки микроорганизмов
окрашивались в малиново-красный цвет.
3 . 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 п ш е н и ч н ы е о т р у б и
Ухудшению качества продуктов переработки зерна (в частности,
пшеничных отрубей) способствует поражение их микроорганизмами
грибной и бактериальной этиологии. Поэтому нами проведено исследование действия ЭМП КВЧ на общую микробную обсемененность пшеничных отрубей. При этом общую микробную обсемененность выражали
показателем КОЕ, что позволяет оценивать концентрацию (количество) микроорганизмов в единице объема. Для этого осуществляли обработку чашек Петри с предварительно взвешенной навеской пшеничных
отрубей. В табл. 3.1 представлены данные, характеризующие влияние
времени обработки на общую микробную обсемененность исследуемого
объекта.
65
Таблица 3.1
Влияние продолжительности ЭМО миллиметровыми волнами
на общую микробную обсемененность пшеничных отрубей
Время экспозиции,
мин
КОЕ * 10³/1 г пшеничных отру-
бей
% КОЕ
по отношению
к контролю
Контроль
Опыт
1
32,6±0,7
2,8±0,6
8,5
5
5,0±0,4
15,3 10
5,3±0,6
16,2
15
4,1±0,3
12,6
Как видно из данных табл. 3.1, ЭМП КВЧ оказывает существен-
ное влияние на микробную контаминацию пшеничных отрубей по
сравнению с контролем. Кроме того, следует отметить, что увеличение длительности воздействия ЭМП КВЧ приводит к изменению количества жизнеспособных колоний. Причем максимальный эффект
снижения общей микробной обсемененности наблюдается при воздействии ЭМП миллиметрового диапазона в течение 1 мин. В этом
случае число выросших колоний составило менее 8,5 % от контрольного уровня. Однако при обработке КВЧ в течение 15 мин также
наблюдается активное уменьшение КОЕ (в 7,9 раза по сравнению с
контролем).
Для определения видового состава микрофлоры пшеничных отрубей был проведен их микроскопический анализ. Микроскопический анализ бактериальной микрофлоры, выделенной с контрольного
образца, представлен на рис. 3.1. Все препараты были приготовлены
после 24 ч культивирования. На рис. 3.1а обнаруженные прямые вытянутые палочковидные клетки расположены одиночно, реже цепочкой. Споры овальные, не превышающие размер клетки, были расположены центрально, капсул не образовывали и являлись грамположительными аэробами. При росте на питательной среде образовывали
форму колоний, похожую на ромашку. Колонии телесного цвета, вязкой консистенции, мелкоморщинистые, складчатые, с возвышающимся центром и фестончатым или ровным краем. Через 48 ч роста
при +37 °C на сусле агара культура имеет непрозрачные матовые колонии с фестончатым краем [17]. Хорошо снимается петлей с поверхности питательной среды.
66
а б в
Рис. 3.1. Микроскопический анализ образцов бактериальной
и микрофлоры, выделенной с поверхности контрольного образца
На рис. 3.1б определялись палочки, одиночные или соединенные
в короткие цепочки. Колонии округлые, белого цвета, с приподнятым
центром, жирно-блестящие, с волнисто-бахромчатым краем и гладкой
поверхностью.
При исследовании «мазков» культуры, представленной на рисунке 3.1в, под микроскопом обнаружены типичные граммположительные кокки, расположенные поодиночке, парами, неправильными скоплениями в виде гроздей винограда. Выросшие колонии были гладкими,
круглыми, желто-кремового цвета, с блестящей поверхностью и ровными краями. Исходя из культурально-морфологических признаков,
можно предположить, что это бактерии рода Streptococcus.
Параллельно в пшеничных отрубях были обнаружены грибные колонии. К ним можно отнести микромицеты р. Аspergillus и Рenicillium. Они
образовывали плоские пушистые колонии. На рис. 3.2 показан микроскопический препарат образца пшеничных отрубей после КВЧ-воздействия.
а б
Рис. 3.2. Микроскопический анализ бактериальной микрофлоры,
выделенной с образцов, обработанных ЭМП КВЧ в течение 1 (а)
и 10 (б) мин
Все препараты были сделаны после 24-х часовой инкубации. При
их исследовании определились палочковидные клетки, одиночные или
соединенные в короткие цепочки. Наблюдалось активное спорообразование. Колонии округлые, кремового цвета, жирно-блестящие, плоские,
67
с волнисто-бахромчатым краем. Сравнивая рис. 3.1б с рис. 3.2а, можно
предположить, что это колонии одного рода, принадлежащие бактериям рода Bacillus. В то же время следует отметить, что в микроскопическом препарате опытного образца на момент 24-х часового культивирования, в отличие от контроля, уже наблюдается спорообразование.
Такое различие может быть связано с действием ЭМП КВЧ на клетки
микроорганизмов. Как известно, образование спор начинается при
наступлении условий, неблагоприятных для жизнедеятельности клетки
[17]. Вероятно, действие ЭМП КВЧ стимулирует процесс спорообразования. Такое подавление жизнеспособности клеток закономерно коррелирует со снижением микробной обсемененности пшеничных отрубей.
На рис. 3.2б показан микроскопический препарат образца пшеничных отрубей после минимально эффективного КВЧ-воздействия
продолжительностью 10 мин. В мазках определили наличие клеток, образующих длинные, в виде извитых нитей, цепочки палочек. Спорообразования не наблюдалось. Колонии были кремового цвета, плоские, с
блестящей поверхностью и ровными краями. Предположительно это
бактерии рода Bacillus.
Следующим этапом работы стало изучение влияния продолжительности обработки ЭМП КВЧ на бактериальную микрофлору пшеничных отрубей (табл. 3.2).
Таблица 3.2
Влияние ЭМП КВЧ на бактериальную микрофлору (КОЕ * 10³ /1 г
пшеничных отрубей)
Бактериальная
микрофлора
Контроль
Время экспозиции, мин
1 5 10
15
Спорообразующие
бактерии
28,5±1,1
0,4±0,1
4,0±0,4
5,3±0,4
3,2±0,6
Неспорообразующие
бактерии
1,7±0,2
2,4±0,3
1,0±0,4
0
0,9±0,2
Наряду с микроскопическими грибами, большую опасность для
пшеничных отрубей представляют спорообразующие бактерии, например, те же бактерии рода Bacillus. Нарастание численности бактерий
рода Bacillus в пшеничных отрубях ввиду высокой термостойкости их
споровых форм широко распространено. Вредоносность болезней, вызванных возбудителями микроорганизмами этих групп, достаточно велика. Поэтому представляло интерес изучить направленность действия
ЭМП КВЧ именно на бактериальную микрофлору пшеничных отрубей.
68
В табл. 3.2 и на рис. 3.3 представлены данные, характеризующие
влияние продолжительности ЭМП КВЧ на бактериальную микрофлору
пшеничных отрубей. Состав бактериальной микрофлоры пшеничных
отрубей представлен несколькими группами микроорганизмов. В частности, это бактерии спорообразующего и неспорообразующего типа.
Анализируя контрольный образец, можно отметить, что преимущественную часть микрофлоры пшеничных отрубей составляют спорообразующие микроорганизмы (КОЕ = 28,5*10³). Полученные результаты
позволяют предположить, что это бактерии рода Bacillus. В литературе
есть аналогичные данные [4].
Рис. 3.3. Влияние продолжительности ЭМП КВЧ на бактериальную
микрофлору пшеничных отрубей: 1 – спорообразующие бактерии,
2 – неспорообразующие бактерии
В обработанных ЭМП КВЧ образцах пшеничных отрубей жизнеспособность микроорганизмов заметно снижается. В случае со спорообразующими микроорганизмами наибольшее подавление наблюдается при воздействии в течение 1 мин и составляет 0,4*10³ КОЕ на 1 г
пшеничных отрубей. Для более наглядного представления о соотношении спорообразующих и неспорообразующих бактерий в пшеничных
отрубях полученные данные были также представлены в виде рис. 3.3.
Следующим этапом работы стало исследование влияния ЭМП
КВЧ на обсемененность пшеничных отрубей микромицетами.
Как известно, среди возбудителей болезней, вызывающих потери
продуктов переработки зерна (в частности, пшеничных отрубей),
наиболее опасными являются микроскопические грибы. Они существенно влияют на микробиологическую безопасность зерна,
69
продуктов его переработки, муки и хлеба. Мицелиальная пыль, попадая
в муку и хлеб, приводит к изменению его традиционного запаха, вкуса
и цвета, ухудшению потребительских характеристик и сенсорных показателей [14].
С целью предупреждения развития микроскопических грибов
представляло интерес рассмотреть влияние потоков энергии электромагнитных колебаний крайне высокой частоты на пшеничные отруби.
Полученные данные объединены в табл. 3.3.
Таблица 3.3
Влияние продолжительности ЭМП КВЧ на обсемененность
пшеничных отрубей в отношении микромицетов
Время экспозиции, мин
КОЕ * 10³/ 1 г пшеничных отрубей
Контроль
Опыт
1
9,0±0,5
3,5±0,3
5
0,7±0,1
10
1,0±0,3
15
2,3±0,5
По результатам, представленным в табл. 3.3, можно увидеть, что
ЭМП КВЧ уменьшает микологическую обсемененность пшеничных отрубей. Наибольшая степень снижения наблюдается при воздействии в
течение 5 и 10 мин. По сравнению с контролем КОЕ оказалось ниже
приблизительно в 13 и 9 раз соответственно. Можно предположить, что
эти времена обработки наиболее оптимальны в отношении микроскопических грибов.
При увеличении времени воздействия ЭМП КВЧ на пшеничные
отруби на 5 мин эта тенденция проявляется не настолько сильно: при
обработке в течение 15 мин микологическая обсемененность составила
2,3 КОЕ*10³/1 г пшеничных отрубей, что всего в 3,9 раза ниже по сравнению с контролем.
Как известно, бактерии группы кишечной палочки относятся к
группе санитарно-показательных микроорганизмов. Бактерии хорошо
растут на простых питательных средах: мясопептонном бульоне
(МПБ), мясопептонном агаре (МПА). Бактерии группы кишечных палочек – короткие (длина 1–3 мкм, ширина 0,5–0,8 мкм) полиморфные
подвижные и неподвижные грамотрицательные палочки, не образующие спор.
70
С помощью количественного учета санитарно-показательных
МКО можно выявить степень загрязнения исследуемого объекта. Поэтому представляло интерес определить бактерии группы кишечных
палочек в пшеничных отрубях. Для этого через 24 ч проводили предварительный, а через 48 ч – окончательный учет посевов. При предварительном и окончательном просмотре ни в одной из пробирок не было
зарегистрировано признаков роста на среде Кеcслера бактерий группы
кишечной палочки.
Для подтверждения этого заключения из каждой пробирки были
сделаны пересевы петлей на поверхность стерильной плотной среды
Эндо. Посевы термостатировали при температуре (37±1) °С в течение
24 ч. После этого просматривали посевы и рост колоний, характерных
для бактерий группы кишечных палочек. После просмотра не были обнаружены БГКП.
Таким образом, было сделано заключение об отсутствии бактерий
группы кишечных палочек в анализируемых пшеничных отрубях.
Так как данный электромагнитный способ обработки близок по
частоте к ЭМО сверхвысокими частотами, которые непосредственно
связаны с термическим воздействием на объект, то можно было предполагать, что крайне высокие частоты также способны оказывать определенное отрицательное воздействие на физико-химические показатели пшеничных отрубей, в частности на влажность. В этой связи
следующим этапом работы стало определение влажности пшеничных отрубей после их обработки ЭМП КВЧ (табл. 3.4).
Как известно, влажность пшеничных отрубей определяется согласно стандарту ГОСТ 9404–88 «Метод определения влажности» [18].
При этом влажность является важным физико-химическим показателем
качества пшеничных отрубей. Поэтому возникает необходимость поддерживать этот показатель на допустимом уровне.
Как видно из табл. 3.4, показатели влажности контрольных и обработанных пшеничных отрубей заметно различаются. Влажность в контрольном образце составила 15,3±0,1, что не соответствует требованиям
ГОСТ 9404–88. Необходимо отметить, что избыточное увлажнение
опасно тем, что во влажных продуктах происходят микробиологические
и биохимические процессы, вызывающие быстрое изменение и порчу товаров. И поскольку в опытном образце наблюдается снижение этого показателя, то и интенсивность развития микробов с уменьшением содержания воды в субстрате закономерно падает.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]