2.4.3 Характеристика биостойкости материалов микрокалориметрическим методом
Оценку биостойкости материалов и изделий можно проводить инструментальным методом с использованием микрокалориметра МКМ-Ц.
В качестве объектов исследования были выбраны пищевые продукты: пряники, конфеты, шоколад.
В процессе жизнедеятельности микроорганизм в пищевых продуктах потребляют питательные вещества и выделяют определенное количество тепла. Количество выделенного тепла пропорционально содержанию клеток и их активности.
Согласно основному динамическому уравнению микрокалориметров типа Тиана-Кальве, связь между истинным и регистрируемым тепловыми патоками описывается формулой 6:
F(t)=q·(t-τ)+K· ƒ q·(t- τ)·dt, (5)
где К – постоянная величина, характеризующая скорость теплообмена между ячейкой и термоблоком,
q- зарегистрированное значение теплового потока;
f - истинное значение;
τ - время запаздывания.
Скорость выделения тепла при жизнедеятельности микроорганизмов обычно ниже, чем скорость распространения тепловой энергии к теплометру.
Поэтому для микробных клеток реализуется условие, описанное формулой 7:
q·(t-τ)=f,(t)/K, (6)
Между удельным тепловым потоком и концентрацией клеток N0 микроорганизмов наблюдается зависимость, выраженная через формулу 8:
f(t)=F·N0·exp(m·t)+B·N0, (7)
где F - среднее значение удельной тепловой активности делящихся клеток;
B - среднее значение удельной тепловой активности не делящихся клеток;
m - удельная константа скорости размножения клеток.
Результаты микробиологического анализа кондитерских изделий представлены в таблице 4.
Таблица 4 − Результаты микробиологического анализа кондитерских изделий
Вид продукта |
t, ч |
q, мкВт/см3 |
Шоколад
Конфеты
Пряники |
0 2 4 0 2 4 0 2 4 |
-2382 -2636 -3823 -4975 -3653 -3485 -1944 -2458 -3770 |
По данным таблицы 4 построим графики зависимостей N от t и lnN от t для каждого вида продукции.
Рисунок 8 – Зависимость зарегистрированного значения теплового потока от времени
Рисунок 9 –Зависимость логарифма зарегистрированного значения теплового потока от времени
Таким образом, по термограммам можно быстро определить как численность микроорганизмов, так и один из основных кинетических параметров их жизнедеятельности – удельную скорость размножения. При этом значительно сокращается длительность анализа, а также расход реактивов и вспомогательных материалов по сравнению с другими методами.
Данный метод позволяет произвести подсчет и изучить активность микроорганизмов, что открывает возможность его использования с целью оценки биостойкости материалов и изделий.