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
71
Таблица 3.4
Изменение влажности пшеничных отрубей после воздействия
ЭМП КВЧ
Время экспозиции, мин
Контроль
1 5 10
Влажность, %
15,3±0,1
13,1±0,1
13,1±0,4
10,9±0,4
При этом с увеличением продолжительности воздействия ЭМП
КВЧ на пшеничные отруби их влажность падает. Наибольшее снижение показателя влажности наблюдается при обработке пшеничных отрубей продолжительностью 10 мин, которая в этом случае составила 10,9 ±
±0,4 %, что в 1,4 раза ниже по сравнению с контролем. Обработка в течение 1 и 5 мин приводит к схожим результатам.
3 . 3 . В о з д е й с т в 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 С В Ч - д и а п а з о н а
на м и к р о ф л о р у п ш е н и ч н ы х о т р у б е й
Следующим этапом исследования стала обработка пшеничных отрубей потоком энергии СВЧ. Известно, что явления, наблюдаемые при
воздействии СВЧ-энергии на живые объекты, имеют в основном тепловой характер, обусловленный преимущественно вращением и поляризацией заряженных молекул, особенно диполей.В литературе имеются данные о возможности использования воздействия ЭПМ СВЧ для повышения хранимоспособности зерна и продуктов его переработки [19–21].
Следует отметить, что описанные в литературе эксперименты проводились по методике, включающей дополнительное увлажнение отрубей, исходя из особенностей механизма действия этого вида физического воздействия [22]. Это приводило к повышению влажности отрубей до 25–
30 %. Однако если в первоначальный период авторам удается достичь хороших результатов по снижению микробной обсемененности, дальнейшее хранение отрубей с влажностью более 15 % стимулирует порчу продукта за счет инициации размножения микроорганизмов в процессе дальнейшего хранения. В связи с этим нами было исследовано влияние энергии электромагнитного поля СВЧ-диапазона на отруби, влажность которых не превышала 15 %.
72
Результаты исследования представлены на рис. 3.4, который показывает, что уже в начале инкубирования показатели общей микробной обсемененности пшеничных отрубей, подвергшихся обработке
ЭМП СВЧ, были на 17 % ниже контроля при воздействии уровнем мощности 90 Вт, а также на 50 % при уровне мощности 140 Вт. В процессе
эксперимента эта тенденция сохранялась: активное нарастание клеток
в контрольном образце (36 * 10³ КОЕ / 1г пшеничных отрубей) в опыте
сопровождалось уменьшением количества жизнеспособных клеток: в
случае 90 Вт оно составило 40 %, а при уровне мощности 140 Вт – 73 %.
Рис. 3.4. Влияние ЭМП СВЧ на общую микробную обсемененность
пшеничных отрубей при различных временах инкубирования
Для определения степени контаминации пшеничных отрубей
микромицетами было рассмотрено влияние СВЧ на грибную обсемененность. Полученные результаты объединены в рис. 3.5.
Из него следует, что тенденция снижения обсемененности под
воздействием энергии СВЧ наблюдается также и в отношении грибных
штаммов. Количественный состав микрофлоры контрольного и опытных вариантов заметно отличаются. Обращает на себя внимание тот
факт, что повышение уровня мощности СВЧ-поля приводит к усилению эффекта снижения микробиологической обсемененности пшеничных отрубей.
По сравнению с контролем показатель обсемененности микромицетами оказался ниже в 3,5 раза и в 4,6 раза при воздействии уровнями мощности в 90 и 140 Вт соответственно. Следует отметить, что
образование грибных колоний в образцах, обработанных ЭМП
73
мощностью в 140 и 280 Вт, начиналось лишь на 72 ч инкубирования.
Это на 24 ч позже по сравнению с контрольным вариантом. В этом случае значения КОЕ не сильно отличались между собой. Однако наилучший эффект обеззараживания отмечался при обработке пшеничных отрубей ЭМП СВЧ мощностью 280 Вт.
Рис. 3.5. Влияние ЭМП СВЧ на обсемененность пшеничных отрубей
микромицетами
Последние полученные данные позволяют существенно повысить
микробиологическую безопасность пшеничных отрубей. Данное заключение особенно значимо для пищевой промышленности, так как в последнее время наблюдается увеличение количества партий пшеничных отрубей, зараженных микроорганизмами грибной и бактериальной этиологии.
Таким образом, можно предположить, что СВЧ-поле также способствует
улучшению качества сырья и его технологических показателей.
Для оценки влияния толщины слоя навески пшеничных отрубей
на значения общей микробной обсемененности было проведено дополнительное исследование. Эксперимент схематически состоял из следующих этапов:
1. Обработка навески пшеничных отрубей (уровень мощности
90 Вт, удельная мощность 4 Вт/г).
2. Обработка навески пшеничных отрубей (уровень мощности
140 Вт, удельная мощность 6 Вт/г).
3. Обработка навески пшеничных отрубей (уровень мощности
140 Вт, удельная мощность 4 Вт/г).
Полученные результаты представлены в табл. 3.5.
74
Таблица 3.5
Влияние толщины слоя навески на общую микробную
обсемененность пшеничных отрубей
Вариант опыта
КОЕ * 10³/ 1 г пшеничных отрубей
24 ч
48 ч
72 ч
Средние значения
90 ВТ (4 Вт/г)
6,1±0,4
7,0±0,3
9,2±0,2
3,0±0,4
140 ВТ (6 Вт/г)
10,1±0,6
12,3±0,3
14,5±0,5
2,3±0,3
140 ВТ (4Вт/г)
40,4±0,6
45,8±0,4
59,5±0,8
19,6±0,4
Из данных табл. 3.5 видно, что величина удельной мощности генерации связана с показателем общей микробной обсемененности. При
повышении удельной мощности генерации на 2 Вт/г общая микробная
обсемененность снижается в среднем на 23,4 %. В то же время при одинаковой мощности ЭМП во втором и третьем вариантах можно получить различные результаты. Это объясняется разными значениями
удельной мощности. В случае ее понижения с 6 до 4 Вт/г, микробная
контаминация возрастает в 8,5 раз. Поэтому целесообразно проводить
эксперименты по влиянию ЭМП СВЧ на микробиологическую составляющую пшеничных отрубей при условии одинаковых значений удельных мощностей.
3 . 4 . С р а в н и т е л ь н ы й а н а л и з в л и я н и я
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 - и С В Ч - д и а п а з о н о в н а м и к р о б н у ю
о б с е м е н е н н о с т ь п ш е н и ч н ы х о т р у б е й
Выполненные исследования показали эффективность снижения
микробной контаминации пшеничных отрубей электромагнитными
полями сверхвысоких и крайне высоких частот по отдельности.
Однако представляет интерес проведение сравнительного анализа эффективности действия используемых видов ЭМП в комплексе.
Полученные результаты приведены в табл. 3.6 и 3.7.
Сравнение данных, полученных при обработке пшеничных отрубей ЭМП КВЧ и СВЧ, показало, что оба исследуемых вида электромагнитного воздействия оказывают ингибирующее влияние на
75
микробную контаминацию пшеничных отрубей, но в различной степени. При этом если не связывать наблюдаемую закономерность с частотой ЭМП, то более эффективным оказывается электромагнитное
поле КВЧ (в 25 раз сильнее, чем аналогичное воздействие ЭМП СВЧ –
табл. 3.6). В то же время разница в величинах использованных частот
СВЧ и КВЧ хорошо коррелирует со значениями КОЕ (табл. 3.7). К тому
же необходимо учитывать и различия в механизмах влияния ЭМП КВЧ
и СВЧ на пшеничные отруби.
Таблица 3.6
Влияние ЭМП различных диапазонов на бактериальную
микрофлору пшеничных отрубей
(КОЕ * 10³ /1 г пшеничных отрубей)
Бактериальная микрофлора
Контроль
КВЧ
СВЧ
Общее кол-во МКО
32,6
2,8
1,2
спорообразующие
28,5
0,4
14,3
неспорообразующие
1,7
2,4
0,5
микромицеты
9,0
3,5
0
Таблица 3.7
Влияние ЭМП различных диапазонов на микробную
обсемененность пшеничных отрубей
Показатели для сравнения
СВЧ
КВЧ
Частота генерации, ГГц
2,45
61,60
Снижение КОЕ к контролю, %
16,70
91,40
Считается, что при электромагнитной обработке сверхвысокими
частотами основным биологическим действием является тепловой эффект, обусловленный превращением поглощаемой энергии во внутреннюю энергию клетки [13]. Однако в случае КВЧ используются мощности ЭМП, не дающие тепловых эффектов, т. е. преимущественно влияющие на процессы регуляции метаболизма микробных клеток [23]. Поэтому полученный результат (табл. 3.6 и 3.7) требует дополнительного
более глубокого исследования и(или) анализа.
76
3 . 5 . 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 с р о к и
х р а н е н и я п ш е н и ч н ы х о т р у б е й
На следующем этапе исследования оценивалось влияние ЭМП КВЧ
на сроки хранения пшеничных отрубей, для чего проводилось два варианта экспериментов:
1) хранение пшеничных отрубей осуществлялось насыпью;
2) пшеничные отруби хранились в полиэтиленовых пакетах.
Полученные результаты объединены в табл. 3.8.
Как видно из табл. 3.8, показатели общей микробной обсемененности пшеничных отрубей после двухнедельного хранения гораздо
выше по сравнению с исходными значениями. Обращает на себя внимание тот факт, что увеличение длительности обработки сопровождается неоднозначным характером снижения микробной контаминации
пшеничных отрубей.
Хранение пшеничных отрубей насыпью оказалось более микробиологически безопасным, чем хранение пшеничных отрубей в полиэтиленовых пакетах. Анализируя значения, полученные через две недели инкубирования, можно отметить, что при хранении пшеничных отрубей
насыпью микробная контаминация была снижена в 1,8 раза по сравнению
с контролем. Это может быть связано с тем, что при хранении пшеничных
отрубей в полиэтиленовых пакетах проявляется парниковый эффект.
Он связан с тем, что в процессе хранения отруби теряют влагу. При хранении в пакетах это ведет к повышению концентрации водяных паров и,
соответственно, к дополнительному увлажнению поверхностных слоев.
Влажность внутренних слоев повышается в результате активизации деятельности микроскопических грибов. В результате создаются благоприятные условия для размножения микроорганизмов.
Таблица 3.8
Влияние ЭМП КВЧ на сроки хранения пшеничных отрубей
Время
экспозиции, мин
КОЕ * 10³/ 1 г пшеничных отрубей
Опыт
Контроль
Сразу после
ЭМО
Через две недели
после ЭМО
исходный
через
2 недели
Вариант
Вариант
32,6±4,0
81,5±3,5
1
2 1 2
1
2,8±0,6
45,5±3,8
62,5±3,4
5
5,0±0,4
72,5±3,2
82,0±4,2
10
5,3±0,6
43,0±4,6
140,0±5,4
15
4,1±0,3
53,5±2,1
50,5±4,2
При хранении насыпью в сухом помещении также происходит
потеря влажности отрубей, но уже в силу непосредственного контакта
с сухим воздухом. Такая ситуация не только не способствует интенсивному развитию собственной микрофлоры, но и снижает риск экзогенного микробного заражения. Поэтому обработка пшеничных отрубей
ЭМП КВЧ при хранении насыпью снижает микробную обсемененность
в 100 раз.
78
З а к л ю ч е н и е
Исследовано влияние электромагнитного поля крайне высоких
частот низкой интенсивности и параметров обработки им биообъектов
(времени и частоты ЭМП) на физиологические и технологические характеристики роста и(или) активности разнообразных бациллярных
препаратов, прежде всего на: МКО модельного ряда на основе Bacillus
subtilis D26 и на них же, находящихся в контакте с антибиотиками широкого и узкого спектра действия, а также на сами антибиотики; на стимуляцию роста молочнокислых бактерий при сквашивании капустного
сока и синтез гидроколлоидаксантана бактериями Xanthomonas cam-
pestris; на ингибирование молочнокислых бактерий в молоке и микробных загрязнителей в пшеничных отрубях, а также на повышение активности биологического средства защиты растений «Фитоспорин».
Было установлено, что:
– наиболее оптимальным режимом электромагнитной обработки
бациллярных культур Bacillus subtilis D26 частотами миллиметрового
диапазона является воздействие в течение 5 мин на МКО, выращенные
на плотных питательных средах и после 24 ч культивирования находящиеся в вегетативном состоянии;
– в целом наличие самого эффекта от воздействия ЭМП КВЧ на
колонии Bacillus subtilis D26, контактирующие с антибиотиками,
наблюдается при любой активной (стимулирующей или ингибирующей) частоте обработки, но сказывается на его количественных характеристиках; при этом направленность эффекта от воздействия ЭМП
КВЧ зависит от природы антибиотика, причем ЭМП КВЧ оказывает
более существенное влияние на действие фунгицидных антибиотиков,
а также действует как на клетки бацилл, так и на антибиотики, и при
совместной обработке бацилл с антибиотиками наблюдается синер-
гический эффект от воздействия ЭМП на эти объекты;
– опытно-промышленные испытания модифицированного препа-
рата «Фитоспорин» на разных сельскохозяйственных культурах показали его высокую эффективность в отношении ряда заболеваний, имеющих бактериальную и грибную природу;
– оптимальной частотой для развития молочнокислых бактерий
является 61,22 ГГц, при действии которой наблюдается резкое повышение количества микробных клеток, сопровождающееся значительным
выделением молочной кислоты и повышением уровня антиоксидантной
79
активности; при этом большое значение имеет подготовка инокулята, а
активизированная культура является более чувствительной к действию
ЭМП; можно предположить, что усиление метаболизма приводит к экскреции низко- и высокомолекулярных веществ, обладающих антиокислительной активностью (помимо аскорбиновой кислоты), что, наряду с
ростом микробных клеток при действии ЭМП КВЧ, вызывает значительный прирост АОА по сравнению с контролем; получаемый продукт
можно отнести к группе продуктов лечебно-профилактического направления с выраженными антиоксидантными и детоксицирующими свойствами, обладающих длительным сроком хранения;
– обнаружено, что ЭМП миллиметрового диапазона оказывает
влияние как на рост биомассы бактерий Xanthomonas campestris, так и
на синтез ими гидроколлоидаксантана, т. е. ЭМП КВЧ воздействует на
механизм и(или) условия продуцирования бактериями Xanthomonas
campestris и первичных, и вторичных метаболитов;
– обработка молока ЭМП на частоте 60,50 ГГц приводит к значительному снижению количества жизнеспособных клеток МКО и резкому замедлению физиологической активности выживших микроорганизмов, а также способствует его обеспложиванию в отношении БГКП,
при этом не влияя на содержание лактозы и витамина С и не приводя 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;
– в ходе исследований обнаружено, что воздействие примененных видов ЭМП (КВЧ и СВЧ) является достаточно эффективным средством повышения микробиологической чистоты пшеничных отрубей, в
том числе благодаря снижению их обсемененности и влажности (после
обработки резко снижается контаминация споровыми бактериями и
микроскопическими грибами); сравнение ингибирующего действия
электромагнитного поля сверхвысоких и крайне высоких частот в отношении микробных загрязнителей пшеничных отрубей выявило значительно более высокую эффективность последнего, а проведенный
скрининг оптимального времени воздействия на объект изучения показал, что увеличение времени воздействия носит неоднозначный характер, причем эта закономерность проявляется для обоих видов ЭМП;
вместе с тем следует отметить, что для достижения существенного эффекта в случае использования КВЧ требуется значительно меньше
80
времени иэнергии, чем в случае применения СВЧ воздействия, а полученные данные являются косвенным подтверждением существования
различных механизмов действия электромагнитного поля в разных диапазонах; продемонстрирована специфичность действия различных видов обработки в отношении отдельных групп контаминирующих микроорганизмов, ассоциированных с пшеничными отрубями, и обнаружена возможность управления ростом МКО путем воздействия
ЭМП КВЧ (задержка развития микроорганизмов грибной этиологии),
причем наибольшая эффективность ингибирования роста МКО достигается при воздействии ЭМП КВЧ; также показано преимущество хранения обработанных КВЧ-полем пшеничных отрубей насыпью по сравнению с тарным методом хранения.
В целом наблюдается широкий диапазон масштабов биоэффектов, вызываемых неионизирующей электромагнитной обработкой биообъектов КВЧ низкой (нетепловой) интенсивности (в зависимости от
биообъекта и природы анализируемого параметра – от10–15 до 80–90 %
и более от контрольного уровня в обоих возможных направлениях (стимулирования или ингибирования)).
Поэтому использование этого вида бесконтактного и неинвазивного, при этом оперативного и экологически безвредного воздействия
на микроорганизмы, в том числе бактериальной природы, имеет большое практическое значение и перспективы дальнейшего развития, обусловленные объективной необходимостью усиления контрольно-регулирующих функций в структуре модернизируемых микробиологических стадий и технологий производства медицинской, пищевой, сельскохозяйственной и биотехнологической продукции.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]