CC BY
1DOI 10.53980/24131997_2021_4_37
Н.И. Хамнаева, д-р техн. наук, проф., e-mail: hni@bk.ru Я.А. Зверькова, ст. преподаватель, e-mail: yana.p84@mail.ru Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г. Улан-Удэ
УДК 621.79
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ КОМПОНЕНТОВ БИОАКТИВНОЙ УПАКОВОЧНОЙ ПЛЕНКИ
В статье приведены совокупные и комплексные показатели качества инновационного упаковочного материала. Он должен быть безопасным, экологичным, функциональным, эргономическим, иметь информационную выразительность, так как упаковка - это защита, гигиеническая, химическая надежность, рациональная форма, безопасность употребления, биоразложение.
Подобран ингредиентный состав биоактивной пленки, который не вступает во взаимодействие с внутренней микрофлорой, не изменяет вкусовые качества, запах, цвет, аромат упакованного продукта, не вызывает миграцию элементов материала в продукт.
За основу биопленки брали альгинат натрия (разрешенная к использованию в пищевых продуктах добавка) и фильтрат микробной ассоциации кефирных грибков.
Исследования совместного культивирования микробной ассоциации кефирных грибков и клеток санитарно-показательной (E. coli), условно-патогенной микрофлоры (Ent. aerogenes) позволили выявить антагонистический эффект. Микробные клетки ассоциации кефирных грибков угнетали развитие E. coli и Ent. aerogenes.
Фильтрат микробной ассоциации кефирных грибков обеспечивает устойчивость биоактивной пленки к сопутствующей микрофлоре, которая представлена в основном санитарно-показательными микроорганизмами.
Ключевые слова: биоразлагаемая упаковка, показатели качества, альгинат натрия, фильтрат микробных клеток, микробная ассоциация кефирных грибков, кишечная палочка, антагонистическая активность.
N.I. Khamnaeva, Dr. Sc. Engineering, Prof. Ya.A. Zverkova, Senior teacher
STUDY OF PROPERTIES OF BIOACTIVE PACKAGING FILM COMPONENTS
The article reveals the aggregate and complex indicators of the quality of innovative packaging material. It should be safe, environmentally friendly, functional, ergonomic, and have informational expressiveness. At the same time, packaging is protection, hygienic, chemical reliability, rational form, safety of use, biodegradation.
The ingredient composition of the bioactive film has been selected, which does not interact with the internal microflora, does not change the taste, smell, color, aroma of the packaged product, does not cause migration of material elements into the product.
The biofilm was based on sodium alginate (an additive permitted for use in food) and the filtrate of the microbial association of kefir fungi.
Studies of co-cultivation of the microbial association of kefir fungi and cells of the sanitary-indicative (E. coli), opportunistic microflora - (Ent.aerogenes) revealed an antagonistic effect. Microbial cells of the association of kefir fungi inhibited the development of E. coli and Ent.aerogenes.
The filtrate of the microbial association of kefir fungi will ensure the resistance of the bio-active film to the accompanying microflora, which is mainly represented by sanitary-indicative microorganisms.
Key words: biodegradable packaging, quality indicators, sodium alginate, microbial cell filtrate, mi-crobial association of kefir fungi, Escherichia coli, antagonistic activity.
Введение
В настоящее время особый интерес вызывает органическая упаковка, способная легко ассимилироваться в естественной среде. Известны способы ее получения - от съедобной до такой, которая разлагается по мере расходования содержимого.
В Швеции разработана упаковка на основе желатина, воска и карамелизированного сахара. В Бразилии продают мороженое в желатиновой упаковке, которая съедается вместе с содержимым. В Японии, Исландии создана упаковка на основе агара, полисахарида, получаемого из водорослей. Известно использование в продуктах питания агара, имеющего более высокую температуру плавления. Его добавляют в пищу вместо желатина как загуститель. Получен упаковочный материал, который может быть как мягким, эластичным, так и твердым. В отличие от обычного пластика он быстро разлагается и может служить удобрением. Канадскими исследователями разработан биоразлагаемый пластик из картофельной кожуры, обладающий антибактериальными и антиоксидантными свойствами [1, 3].
Следует отметить способность инновационной упаковки продлевать сроки хранения пищи без использования вредных консервантов.
Цель исследования
Целью исследования является создание упаковочного материала с новыми свойствами для функциональных продуктов, подавления развития сопутствующей микрофлоры упакованного продукта. Объектом исследования являлись гидрофобная биопленка из альгината натрия и фильтрата антагонистически активных эу- и прокариотических клеток микробной ассоциации кефирных грибков.
Методы исследования
Методология исследований базировалась на основе опубликованных трудов отечественных, зарубежных ученых, патентов и разработок, связанных с созданием инновационных упаковочных материалов. Экспериментальная часть работы выполнялась на основе разработанных планов определения технологических параметров упаковки. Для организации непосредственного лабораторного исследования образцов использовались общепринятые и современные методы исследований [4-6].
Первоначальный этап исследований связан с изучением показателей качества упаковочного материала. Полученные результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1
Показатели качества упаковки
Совокупные показатели Комплексные показатели
Функциональные Защита от действия внешней среды
Эргономические Гигиенические (санитарно -гигиенические)
Безопасность Химическая
Информационная выразительность Рациональная форма
Экологические Безопасность употребления
Безопасность для окружающей среды Степень биоразложения
Таким образом, на основе данных таблицы 1 следует выделить такие комплексные показатели упаковки, как защита от действия внешней среды, гигиенические показатели, химическая безопасность, безопасность употребления, степень биоразложения.
В результате анализа полученных данных был подобран ингредиентный состав биоактивной пленки, который не вступает во взаимодействие с внутренней микрофлорой, не изменяет вкусовые качества, запах, цвет, аромат упакованного продукта, не вызывает миграцию элементов материала в продукт.
При достижении пороговой температуры (80 °С) и смачивании ее водой пленка подвергается биодеструкции, выражающейся в изменении физического состояния, консистенции, в
результате чего возможно использование биоактивной пленки в качестве упаковочного материала или в пищу.
В ходе дальнейших исследований за основу биопленки брали альгинат натрия (разрешенная к использованию в пищевых продуктах добавка) и фильтрат микробной ассоциации кефирных грибков.
В таблицах 2, 3 представлены результаты исследования способности микрофлоры микробной ассоциации кефирных грибков подавлять технически вредную и патогенную микрофлору E. coli и Ent. aerogenes.
Таблица 2
Раздельное культивирование закваски и тест-культур кишечной палочки
Продол- Титруе- Актив- Рост лак- Титруе- Актив- Рост Титруе- Актив- Рост
житель- мая кис- ная кис- тобакте- мая кис- ная кис- тест- мая кис- ная кис- тест-
ность лот- лот- рий лот- лот- куль- лот- лот- куль-
сквашива- ность, ность, в 1 см3 ность, ность, туры ность, ность, туры
ния, ч О'р рН рН рН Ent. aerogenes A-906 О'р рН E. coli J53
0 22±1 6,4±0,1 12104 19±1 6,5±0,1 2,8104 18±1 6,6±0,1 1,0104
1,5 38±1 5,8±0,1 20105 20±1 6,4±0,1 6,0105 19±1 6,5±0,1 5,4105
3,0 55±2 5,4±0,1 14107 22±1 6,3±0,1 1,2106 21±1 6,4±0,1 14105
4,5 72±1 4,8±0,1 18,3 • 108 23±1 6,2±0,1 7,2-106 22±1 6,3±0,1 9,8106
24 79±2 4,4±0,1 19,5 • 109 25±1 5,95±0,1 9,9106 24±1 6,0±0,1 12,6106
Таблица 3
Совместное культивирование закваски и тест-культур кишечной палочки
Продол-житель-ность сквашивания, ч Титруемая кислот-ность, О'р Активная кислотность, рН Рост лак-тобактерий в 1 см3 Рост Ent. aerogenes в 1 см3 Титруемая кислотность, О'р Активная кислотность, рН Рост лак-тобактерий в 1 см3 Рост E. coli в 1 см3
0 24±1 6,2±0,1 8,8104 4,2104 22±1 6,4±0,1 1,8 • 105 1,0103
1,5 40±1 5,7±0,1 9,9105 6,0104 44±1 5,2±0,1 4,9105 19,7103
3,0 58±1 5,1±0,1 1,2107 18,9 • 103 58±1 5,1±0,1 2,8107 10,2103
4,5 72±1 4,8±0,1 7,3 • 108 5,0103 70±1 4,7±0,1 3,6107 1,6103
24 74±1 4,6±0,1 18,5108 4,210! 72±1 4,5±0,1 7,2^108 1,210:
Из данных, приведенных в таблице 2, видно, что клетки эталонных штаммов кишечной палочки активно развивались в стерильном молоке без микробной ассоциации кефирных грибков. Подавляющее действие микрофлоры микробной ассоциации проявлялось уже в первые 2-3 ч совместного культивирования в стерильном молоке. В последующие часы отмечено угнетающее действие микрофлоры микробной ассоциации кефирных грибков как по отношению к штамму E. coli, так и к штамму Ent. aerogenes. После 5-часового совместного культивирования количество клеток кишечной палочки было в 1000 раз меньше, чем при их росте в стерильном молоке без добавления микробной ассоциации кефирных грибков.
Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о высокой антагонистической активности к кишечной микрофлоре микробной ассоциации кефирных грибков и эффективности включения фильтрата для получения биоактивной упаковочной пленки.
Заключение
Разработка технологических приемов создания биоразлагаемого упаковочного материала для функциональных продуктов становится особенно актуальной. Современные технологии позволяют создавать различные виды упаковочного материала в зависимости от упаковываемого продукта и необходимых функциональных свойств упаковочного материала. Требования, предъявляемые к упаковочным материалам, обусловлены комплексом характеристик:
технических, физико-химических и защитных, санитарно-гигиенических показателей, технологичностью, надежностью, герметичностью и экологичностью.
Полученные результаты исследований свидетельствуют о высокой антагонистической активности к кишечной микрофлоре микробной ассоциации кефирных грибков и эффективности включения фильтрата для получения биоактивной упаковочной пленки.
Библиография
1. Бурова Т.Е. Безопасность продовольственного сырья и продуктов питания: учебник. - СПб.: Лань, 2020. - 364 с. - ISBN 978-5-8114-3968-3. - Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. - URL: https://e.lanbook.com/book/130155 (дата обращения: 10.11.2021).
2. Информационный ресурс ФИПС - Федерального государственного бюджетного учреждения Федеральный институт промышленной собственности [Электронный ресурс] - URL: http://www.fips.ru/ (дата обращения: 01.11.2021).
3. Скопинцев И.В. Производство тары и упаковки из полимерных материалов: учеб. пособие. -СПб.: Лань, 2018. - 112 с. - ISBN 978-5-8114-3038-3. - Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. - URL: https://e.lanbook.com/book/107277 (дата обращения: 23.11.2020). Мамаев А.В., Куприна А.О., Яркина М.В. Тара и упаковка молочных продуктов: учеб. пособие. - СПб.: Лань, 2014. - 304 с. - ISBN 978-5-8114-1755-1. - Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. - URL: https://e.lanbook.com/book/52617 (дата обращения: 22.11.2020).
4. Хамнаева Н.И., Зверькова Я.А. Антагонистическая активность микробной ассоциации кефирных грибков и направления ее использования // Сб. науч. тр. Секция: Пищевые технологии. Товароведение и экспертиза продовольственных товаров. Вып. 5. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2018. - 144 с. -С.109-115.
5. Хамнаева Н.И., Зверькова Я.А. Исследование факторов, повышающих антибиотические свойства лактобактерий и дрожжей // Материалы нац. науч.-практ. конф. «Образование и наука»; Сб. науч. тр. серия: Пищевые технологии. Товароведение и экспертиза продовольственных товаров. Вып. 8. -Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2021. - 124 с. - С. 70-78.
6. Хамнаева Н.И. Кефирные грибки: использование биотехнологических свойств при производстве бактериальных заквасок. - М.: Изд-во МГУПБ, 2000. - 89 с.
Bibliography
1. Burova T.E. Safety of food raw materials and food products: textbook. - SPb.: Lan, 2020. - 364 p. - ISBN 978-5-8114-3968-3. - Text: electronic // Lan: electronic library system. - URL: https://e.lanbook.com/book/130155 (access date: 02.11.2021).
2. Information resource FIIP - Federal State Budgetary Institution Federal Institute of Industrial Property [Electronic resource]. - Access mode: http://www.fips.ru/ (access date: 01.11.20212021).
3. Skopintsev I.V. Production of containers and packaging from polymer materials: a tutorial. - SPb.: Lan, 2018. - 112 p. - ISBN 978-5-8114-3038-3. - Text: electronic // Lan: electronic library system. - URL: https://e.lanbook.com/book/107277 (access date: 11/23/2020). Mamaev A.V., Kuprina A.O., Yarkina M.V. Container and packaging of dairy products: a tutorial. - SPb.: Lan, 2014. - 304 p. - ISBN 978-5-8114-1755-1. -Text: electronic // Lan: electronic library system. - URL: https://e.lanbook.com/book/52617 (access date: 02.11.2021).
4. Khamnaeva N.I., Zverkova Ya.A. Antagonistic activity of the microbial association of kefir fungi and directions of its use // Collection of scientific papers. Section: Food technologies. Merchandising and examination of food products. Issue 5. - Ulan-Ude: ESSUTM Publishing House, 2018. - 144 p. - Р. 109-115.
5. Khamnaeva N.I., Zverkova Ya.A. Study of factors that increase the antibiotic properties of lactobacilli and yeast // Materials of the National Scientific and Practical Conference "Education and Science"; Collection of scientific papers. Series: Food technologies. Merchandising and examination of food products. Issue 8. -Ulan-Ude: ESSUTM Publishing House, 2021. - 124 p. - Р. 70-78.
6. Khamnaeva N.I. Kefir fungi: the use of biotechnological properties in the production of bacterial starters. - M: MGUPB, 2000. - 89 р.
