CC BY
19
УДК 637; 577.15
О. Ю. ШИНКАРУК, М. Д. КУХТИН, О. С. ПОКОТИЛО
Терношльський нацюнальний техшчний унiверситет iMeHi 1вана Пулюя
Ф1ЗИКО-Х1М1ЧН1 ВЛАСТИВОСТ1 ДОСЛ1ДНОГО ВАР1АНТУ Р1ДКОГО ЕНЗИМНОГО МИЙНОГО ЗАСОБУ ДЛЯ САН1ТАРНО1 ОБРОБКИ УСТАТКУВАННЯ У МОЛОЧН1Й ПРОМИСЛОВОСТ1
У cmammi наведено результати фiзико-хiмiчного вивчення до^дного eapiaHmy рiдкого ензимного мийного засобу. Шд час проведених до^джень виявлено, що ензимнi мийн засоби можуть втрачати свою активтсть як пiд час приготування, так i пiд час зберiгання. У зв 'язку з цим необхiдно вивчити умови, як впливають на стабшьнкть ензимних мийних засобiв, а саме, на його протеолiтичну активтсть (ПА) по вiдношенню до молочно-бшкових забруднень. Метою роботи було визначити основнi показники залежностi протеолiтичноi активнкть мийного засобу вiд температури, рН i твердостi води робочих розчитв.
Було розроблено до^дний варiант рiдкого ензимного мийного засобу для санiтарноi обробки технологiчного устаткування у молочнт промисловостi та визначено його оптимальн фiзико-хiмiчнi властивостi. Результати проведених до^джень показали, що найоптимальтша протеолтична активтсть засобу проявляеться за температури робочого розчину 60°С, рН 8,35 од. i твердостi води 0,357-0,714 мг-екв/л.
Ключовi слова: протеолiтична активтсть, ензим, ензимний мийний засiб, температура, рН, твердють води.
О.Ю. ШИНКАРУК, М.Д. КУХТЫН, О. С. ПОКОТИЛО
Тернопольский национальный технический университет имени Ивана Пулюя
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОПЫТНОГО ВАРИАНТА ЖИДКОГО ЭНЗИМНОГО МОЮЩЕГО СРЕДСТВА ДЛЯ САНИТАРНОЙ ОБРАБОТКИ ОБОРУДОВАНИЯ В МОЛОЧНОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
В статье приведены результаты физико-химического изучения опытного варианта жидкого энзимного моющего средства. В ходе проведенных исследований выявлено, что энзимные моющие средства могут терять свою активность как во время приготовления, так и во время хранения. В связи с этим необходимо изучить условия, которые влияют на стабильность энзимных моющих средств, а именно, на его протеолитическую активность (ПА) по отношению к молочно-белковым загрязнениям. Целью работы было определить основные показатели зависимости протеолитической активности моющего средства от температуры, рН и жесткости воды рабочих растворов.
Был разработан опытный вариант жидкого энзимного моющего средства для санитарной обработки технологического оборудования в молочной промышленности и определены его оптимальные физико-химические свойства. Результаты проведенных исследований показали, что оптимальная протеолитическая активность средства проявляется при температуре рабочего раствора 60 ° С, рН 8,35 ед. и жесткости воды 0,357-0,714 мг-экв /л.
Ключевые слова: протеолитическая активность, энзим, энзимное моющее средство, температура, рН, жесткость воды.
O.Yu.SHYNKARUK, M.D.KUKHTYN, O. S. POKOTYLO
Ternopil Ivan Puluj National Technical University
PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES OF THE INVESTIGATED ANALOGUE OF A LIQUID ENZYME DETERGENT INTENDED FOR SANITIZATION PURPOSES EQUIPMENT IN DAIRY
INDUSTRY
The article describes the results ofphysical and chemical study for the investigated analogue of a liquid enzyme detergent. During the studies it was found that enzyme detergent may lose its activity both during preparation and storage. In this connection it is necessary to examine the conditions that affect the stability of enzyme detergents, in particular, its proteolytic activity (PA) in relation to milk-protein contaminants. The research aimed at identifying the key indicators for the dependence of the detergent's proteolytic activity on temperature, pH and water hardness of work solution.
The investigated analogue of a liquid enzyme detergent intended for sanitization purposes in dairy industry was developed for this purpose and its optimal physical and chemical properties were identified. The
studies showed that the most optimal proteolytic activity appears at 60 °C temperature of the work solution, pH 8.35, and water hardness 0,357-0,714 mEq /L.
Keywords: proteolytic activity, enzyme, enzyme detergent, temperature, pH, water hardness.
Постановка проблеми
Яшсть молока та молочно! продукци, а також !х епвдемюлопчна безпека значною м1рою залежать ввд санитарного стану технолопчного обладнання, швентарю i тари, що досягаеться за рахунок строгого дотримання на шдприемств! таких важливих операщй як миття i дезшфекщя [1, 2].
На ринку Укра!ни назвн впчизнян! та 1мпортш мийш, дезшфшуюч! та мийно-дез1нф1куюч1 засоби, яш под1ляють на лужн та кислотш. Вони бувають просп, що складаються з одше! активно! речовини, та складш, що е композищею р1зних простих мийних засоб1в або створюються на основ! поверхнево-активних речовин. У якосп дезшф!куючих речовин використовують переважно хлоровм1сн1 сполуки, також ЧАС, перекис водню, надоцтову кислоту.
Перелж мийних i дезшф!куючих засоб1в для обробки посуду, технолопчного устаткування й тари, призначених для контакту з молочними продуктами, перюдично переглядаеться Мшютерством охорони здоров'я Укра!ни. Затверджений перелж е офщшним та кер1вним документом при вибор1 засобу для саштарно! обробки
Проте !з шдвищенням мшробюлопчних вимог до молочних продукпв в останш роки широкого застосування у молочнш промисловосп набувають мийн засоби !з ензимами. Це пов'язано з тим, що мжрооргашзми б1льшу частину свого юнування на абюгенних поверхнях перебувають у бюпл!вщ. Бюпл!вка - це жива сукупшсть одного або дешлькох вид1в чи род1в бактерш, яка постшно оновлюеться, прикршлена до бюгенно! чи абюгенно! поверхн та оточена полюахаридним матриксом [3]. Матрикс - це сумш екзопол1сахарид1в, б1лшв, нукле!нових кислот та шших неоргатчних речовин, який захищае бактери ввд фактор1в навколишнього середовища [4, 5]. Бактери сформован у мжробн бюпл1вки на поверхн технолопчного устаткування е основним джерелом обаяння молока та молочних продукпв. Це пояснюеться тим, що мжрооргашзми, як1 сформован у бюпл1вки бшьш стшш до розчишв дезшфжуючих засоб1в, нж планктонт клггини. Тому, навиъ шсля добро! саштарно!' обробки до!льного устаткування, бактери можуть залишатися на його поверхн1 [6, 7].
Актуальшсть застосування ензимних засоб1в пов'язане з !х доброю ферментативною актившстю щодо молочних в1дкладень, а також здатнютю руйнувати м1кробн1 бюпл1вки [8, 9, 10, 11].
Анатз останшх дослiджень i публжацш
Нин1 в Укра!н1 практично ввдсутне виробництво таких ензимних засоб1в. Ввдомий лише зас1б «Бюмой», який м1стить ензим лужну протеазу i проявляе змочувальн1, мийн1, емульгуюч1 властивост1 та видаляе б1лков1 забруднення. Однак, завдяки вм1сту сульфанолу у склад1 «Бюмою», його не можливо застосовувати у С1Р-установках через значну п1нн1сть [12].
Закордонш мийн1 засоби 1з ензимами занадто дорог1 для в1тчизняного виробника i не завжди враховують твердють води на молокопереробних тдприемствах Укра!ни.
На в1тчизняному ринку поширен1 так протеол1тичн1 ферменти, як Everlase i Savinase, компашя-виробник Novozymes A/S, Дан1я [13]. Пров1вши л1тературний анал1з та лабораторн1 дослвдження, ми для створення ензимного мийного засобу використали ензим Savinase.
Savinase - це протеолггичний ензим, який секретуеться алкалофшьними бактер1ями Bacillus Lentus i здатний пдрол1зувати пептидн1 зв'язки у бшках.
Проте, ензимн1 мийн1 засоби можуть втрачати свою активн1сть як тд час приготування, так i щд час збер1гання.
У зв'язку з цим необхадно вивчити умови, яю впливають на стабшьтсть ензимних мийних засоб1в, а саме, на його протеолпичну активн1сть (ПА) по вщношенню до молочно-бшкових забруднень [14].
Формулювання мети дослiдження
Метою роботи було визначення оптимальних ф1зико-х1м1чних властивостей дослвдного вар1анту р1дкого ензимного мийного засобу для саштарно! обробки технолопчного устаткування у молочнш промисловосп.
Викладення основного MaTepi^y дослiдження
Експериментальт дослщження проводили у лаборатор1ях Тернотльського нацюнального техтчного ушверситету !мет 1вана Пулюя.
Протеолггачну актившсть ензимного мийного засобу визначали у вщповвдносп з вимогами, вказаними у патент! SU 1065742 А [15]. Для цього брали три проб!рки: у першу проб!рку вносили 5 см3 5%-го водного розчину молока i 20 см3 води дистильовано!, у другу - 5 см3 води дистильовано! i 20 см3 1%-го водного розчину ензиму (ензимного мийного засобу), у третю - 5 см3 5%-го водного розчину молока i 20 см3 1%-го водного розчину ензиму (ензимного мийного засобу). Перемшували, пщ^вали до температури 50°С i витримували при цш температур!. П!сля витримки у три rnmi проб!рки вносили по
20 см3 води дистильовано! i по 5 см3 ввдповщних розчишв. Вимiрювали оптичну густину розчишв спектрофотометрично при довжинi хвилi 600 нМ [3].
Протеолтгачну активнiсть А, %, визначали за формулою:
А = До-(Д2 -Д)х1оо,
Д о
де А - протеолггачна активнiсть ензиму (ензимного мийного засобу); Д0 - оптична густина водного розчину молока;
Д2 - оптична густина сумiшi водних розчишв молока та ензиму (ензимного мийного засобу); Д1 - оптична густина водного розчину ензиму (ензимного мийного засобу).
Визначення концентрацп водневих юшв (рН) проводили за допомогою рН-метру 150. Для визначення твердосп води використовували набiр АриАТБ8Т.
Нами було встановлено, що одним iз важливих факторiв, як1 впливають на протеолгтичну активнiсть ензиму 8ауша8е i дослвдного варiанту ензимного мийного засобу, е температура !х робочих розчишв. Результата дослщжень впливу рiзних температур робочих розчишв на актившсть ензиму 8аушазе i дослвдного варiанту мийного засобу наведено на рис.1.
—х
Н
"Ч
О Щ
н о а В
70 60 50 40 30 20 10 0
10
20
55,1 60 65,8
59,4 64
53,7
33
17,2 31 ,8
13
12,1 16 . 0
60
70
30 40 50
Температура, °С
Протеолггачна актившсть ензиму Savinase
Протеолггачна актившсть дослщного варiанту редкого ензимного мийного засобу
Рис. 1. Протеолггична актившсть ензиму Savinase та дослвдного варiанту р1дкого ензимного мийного засобу, залежно в1д температури 1х розчишв за рН 8,35 од. i твердосп води 0,357 мг-екв/л
1з рис. 1 видно, що за температури 10°С протеолiтична активнiсть ензиму 8аутаБе складала 13%. При збшьшенш температури до 30°С активнiсть зросла у 2,5 раза (Р<0,05), а при наступному збiльшенi температури до 50°С - у 4,6 раза, порiвняно з температурою 10°С. Найвища активнiсть ензиму щодо молочних бшшв спостерiгалася за температури 60°С i становила 65,8%. З шдвищенням температури вище 60°С активнiсть знижуеться, у зв'язку з тим, що ензими денатуруються, адже висока температура призводить до змш у первиннiй структурi i конформаци ензиму [14].
Практично таку саму закономiрнiсть вiдмiчали у дослщному варiантi ензимного мийного засобу, яка характеризувалася поступовим збiльшенням протеолггачно! активностi з пiдвищенням температури робочих розчишв. В той же час, якщо порiвняти ПА 8ауша8е i дослвдного варiанту мийного засобу, то у мийному ензимному засобi ПА на 1-2% нижча.
Таким чином, проведеш дослiдження вказують на те, що досягнення максимально! ди протеолггачно! активностi ензимного мийного засобу на бiлки молока можливе за температури 60°С.
На рис.2 наведено результата дослщжень залежностi протеолiтично! активностi ензиму 8ау1па$е i дослiдного варiанту ензимного мийного засобу ввд рН !х розчинiв.
о4
л
н о
н ■л
ев ев Я
т в н
"ч
о и н о а В
70 60 50 40 30 20 10 0
7,2
7,6
60 65,8
49,2 59,4 64
38,4 40,2 42,6 АН О
37,6 39 40,9 47,2
0
8,35
8,6
7,8 8 8,2
Активна кислотшсть, од.
Протеолггачна актившсть ензиму ЗаушаБе
Протеолiтична активнiсть дослщного варiанту редкого ензимного мийного засобу
Рис. 2. Протеолгтична активнiсть ензиму 8аутазе та досл1дного варiанту редкого ензимного мийного засобу залежно вед активно'! кислотностi 1х розчинiв за температури 60°С i твердостi води
0,357 мг-екв/л
Протеолггична активнiсть ензиму Savinase i дослiдного варiанту ензимного засобу за рН 7,2 од. становить 38,4% i 37,6% ведповедно. Збiльшення рН розчинiв на одну одиницю до 8,2 педвищувало протеолтгачну активнiсть в 1,3 раза до 49,2-47,2%. За рН розчишв 8,35 од. протеолггачна активнiсть зросла у 1,7 раза (Р<0,01), порiвняно з рН 7,2 од. i досягла свое! максимально! активносп 65,8-64%. Подальше збшьшення рН розчинiв вед 8,35 од. до 8,6 од. сприяло поступовому iнгiбуванню ензимiв, внаследок чого протеолггачна активнiсть знижувалася до 0.
Отже, найбшьшу протеолiтичну активнiсть ензимного мийного засобу можливо досягнути при рН розчишв 8,35 од. Зб№шення рН до 8,6 од. знижуе протеолтгачну активнiсть як самого ензиму, так i варiанту дослiдного засобу.
У наступнш серi! дослiдiв нами доследжено залежнiсть протеолiтично! активностi мийного засобу вед твердостi води. Визначення протеолiтично! активностi проводили за рН розчишв 8,35 од. i температури розчишв 60°С. Результати дослiджень наведено на рис.3.
о4
,ь т с
т к а а н ч и
н
"ч
о е т
о р
П
70 60 50 40 30 20 10 0
60,5 58,2
59,4 57 ,5
33,2 33,2
32 ,1
7 ,2
6,3 0
0,357
0,714
1,071
1,428
1,785
Твердiсть води, мг-екв/л ■Протеолiтична активнiсть ензиму Savinase Протеолгтична активнiсть дослiдного варiанту рiдкого
Рис. 3. Протеолггична активнiсть ензиму 8аутазе та досл1дного варiанту рiдкого ензимного мийного засобу залежно вед твердост води 1х розчинiв за температури 60°С i рН 8,35 од.
1з рис.3 видно, що при збшьшенш твердостi води робочого розчину протеолiтична активнiсть ензиму i доследного варiанту рiдкого ензимного мийного засобу рiзко знижуеться. Найоптимальнiша ПА ензиму Savinase проявляеться за твердостi води 0,357 мг-екв/л. При зб№шенш твердосп води до
0,714 мг-екв/л ПА ензиму зменшуеться на 2,3%, а при значенш 1,071 мг-екв/л - на 25% та на 26% (Р<0,05) за твердосп води 1,428 мг-екв/л. Вода i3 твердютю 1,785 мг-екв/л i вище негативно впливае на протеолтгачну активнiсть ензиму аж до повного його шпбування.
Протеолiтична актившсть дослвдного варТанту ензимного мийного засобу за твердосп води 0,357 мг-екв/л також досягала максимуму i становила 60,5%, а при збТльшенш твердосп води вщ 0,714 до 1,071 мг-екв/л ПА знижувалася на 25,4% (Р<0,05), тобто зТ збшьшенням твердосп води ПА вщповвдно знижуеться.
Незначне зменшення ПА у досл1дному вармнтп ензимного засобу, порТвняно Тз ензимом Savinase пояснюеться тим, що наявш комплексони у складТ засобу здатш зв'язувати Тони кальцш, зменшуючи при цьому актившсть ензимТв [14].
Отже, проведеш досл1дження вказують, що розроблений варТант рТдкого ензимного мийного засобу за твердосп води 0,357 мг-екв/л проявляе високу протеолггачну актившсть щодо бшшв молока Т не суттево поступаеться ензиму Savinase.
Висновки
1. Розроблено дослТдний варТант рщкого ензимного мийного засобу для сашгарно! обробки технолопчного устаткування у молочнш промисловосп та визначено його оптимальш фТзико-х1мТчш властивосп.
2. Найоптимальшша протеолгтична актившсть дослщного варТанту рТдкого ензимного мийного засобу проявляеться за температури робочого розчину 60°С, рН 8,35 од. Т твердосп води 0,3570,714 мг-екв/л.
Список використаноТ лiтератури
1. Мщиряк В.Г. Сучасш ппешчш вимоги до миття та дезшфекцп на харчових тдприемствах [Текст] / В.Г. Мщиряк. - Донецьк, 2012. - 32 с.
2. Ушакова В.Н. Мойка и дезинфекция. Пищевая промышленность, торговля, общественное питание [Текст] / В.Н.Ушакова. - СПб. : Профессия, 2009. - С.50.
3. Watnik P. Biofilm, lity of Microbes / P. Watnik, R. Kolter // J. Bacteriol. - 2000. - №10. - Vol.182. -P. 2675-2679.
4. Donlan R.M. Biofilms: survival mechanism of clinicaly relevant microorganism / R.M. Donlan, J.W. Costerton // Clin. Microbiol Rev. Arr. - 2002. - №2. - Vol.15. - P. 167-193.
5. Costerton J.W. Bacterial biofilm: a common cause of persistent infections / J.W. Costerton, P.S. Stewart, E.P. Greenberg // Science 1999. - Vol.284. - P. 318-322.
6. Flint S. H. Biofilms in dairy manufacturing plant-description, current concerns and methods of control / S. H. Flint, P. J. Bremer, J. D. Brooks // Biofouling. - 2009. - Vol. 11. - P. 81-97.
7. Bremer P. Laboratory scale Clean-In-Place (CIP) studies on the effectiveness of different caustic and acid wash steps on the removal of dairy biofilms / P. Bremer, J. Suzanne Fillery, A. James McQuillan // Int. J. Food Microbiol. - 2006. - Vol.106. - P. 254-262.
8. Мармузова ЛЗ. Основы микробиологии, санитарии и гигиены в пищевой промышленности [Текст] / Л. В. Мармузова. - М. : Академия, 2003. - 132 с.
9. Шингарева Т.И. Санитария и гигиена молока и молочных продуктов [Текст]/ Т. И. Шингарева. -Минск : ИВЦ Минфин, 2007. - 328 с.
10. Кухтин М.Д. Сучасш погляди на санггарну обробку технолопчного устаткування в харчовш промисловосп / М.Д. Кухтин, Ю.Б. Перкш, В.1. Семанюк // Науковий вюник ЛьвТвського нацюнального ушверситету ветеринарно! медицини та бютехнологш Тм. С. З. Гжицького. -ЛьвТв. - 2012. - Т. 14, № 3 (53). - Ч. 3. - С. 302-307.
11. Кухтин М.Д. Формування мжробних бюпл1вок на поверхнях рТзних матерТал1в мТкроорганТзмами, якТ видТленТ з технологТчного устаткування / М.Д. Кухтин, Ю.Б. ПеркТй, Н.В. Крушельнецька // Ветеринарна бютехнолопя. - Шжин: ПП Лисенко М.М., 2013. - № 22. -С. 292-297.
12. Технолопчна шструкщя Тз використання мийного засобу «Бюмой» для миття на молочних фермах та молокопереробних тдприемствах, узгоджено висновком державно! санггарно-ешдемюлопчно! експертизи № 05.03.02-07/66023 вТд 23.07.2013 р., Ки!в, 2013. - 9 с.
13. Novozymes Savinase®. - Режим доступу: www.novozymes.com
14. Чешкова А.В. Ферменты и технологии для текстиля, моющих средств, кожи, меха [Текст] / А.В. Чешков // Учеб.пособие для вузов. - И. : ГОУВПО ИГХТУ, 2007. - 282 с.
15. Пат. SU 1065742 А Союз Советских Социалистических Республик, МПК: G01N 21/00. Способ определения протеолитической активности моющих средств, содержащих ферменты / Мицкявичюс Е. К., Бингялене И. Б. ; заявитель и патентообладатель Литовский филиал всесоюзного научно-исследовательского института маслодельной и сыродельной промышленности. - № 3506503 ; заявл. 25.10.82 ; опубл. 7.01.84, Бюл. № 1.
