CC BY
55
БЕЗОПАСНОСТЬ И КАЧЕСТВО ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ - КОНКУРЕНТНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА
ш ТЕМАНОМЕРА
УДК 579.67
Консервация сметаны коллоидным серебром
Н. С. Мнацаканян
«ЭФДИЭЙ ЛАБ» испытательная лаборатория, ООО «ТОНУС-ЛЕС», Котайк 2410, Армения; Е.А. Трчунян, д-р биол. наук, член-корр. НАН Армении, профессор Ереванский государственный университет, Армения, г. Ереван
Введение
Консервированные пищевые продукты занимают значимое место в питании населения во всех странах мира. Консервирование продуктов осуществляется с целью продления срока их хранения, что имеет особое значение для скоропортящихся продуктов. Оно также позволяет свести к минимуму сезонные влияния погоды и обеспечить потребителей разнообразным ассортиментом пищевых продуктов, особенно овощей, фруктов, ягод и их соков на протяжении всего года [1]. Также позволяет осуществить перемещение продуктов питания на далекие расстояния, из одного континента в другой, и таким образом продукты питания становятся доступными во всех странах мира вне зависимости от расстояния и климатических условий.
Сущность консервирования заключается в создании определенных условий хранения продуктов, при которых прекращаются процессы развития микроорганизмов, вызывающих порчу. Особенностью методов консервирования является получение продуктов с высокой устойчивостью при длительном хранении с максимальным сохранением природных пищевых, вкусовых и биологических свойств [2, 3]. В зависимости от свойств пищевых продуктов и целей применяются разные методы консервирования. Различают физические, физико-химические, химические и биохимические методы [1]. К физическим методам от-
а б
Рис. 1. Микроскопирование коллоидного серебра: а - электронное (увеличение 10000Х); б - световым микроскопом (увеличение 1000)
носят консервирование высокими или низкими температурами (пастеризация, стерилизация, охлаждение, замораживание), использование обеспложивающих фильтров (механическая стерилизация), токами ультравысокой (УВЧ) и сверхвысокой (СВЧ) частоты, консервирование ионизирующими излучениями (холодная стерилизация), облучение ультрафиолетовыми лучами (УФЛ), консервирование с помощью ультразвука. К физико-химическим методам относят сушку, консервирование солью и сахаром. Консервирующим механизмом этих методов является снижение активности воды и повышение осмотического давления. При этом показано, что действие соли на бактерии сильнее в анаэробных условиях [4]. Химические методы консервирования основаны на добавлении к пищевым продуктам небольшого количества химических веществ - консервантов, которые обладают бактерицидным или антисептическим действием и должны быть безвредными, не изменять вкус, запах и цвет продукта. К таким веществам относят уксусную, бензойную, сорбиновую, борную, пропионовую кислоты, сернистый ангидрид, мета-бисульфит калия, уротропин, некоторые антибиотики. Из антибиотиков в консервировании в настоящее время применяют биомицин, нистатин и низин [5]. Наконец, к биохимическим методам относят применение молочной кислоты (квашение, соление, мочение) и этилового спирта, которые обладают антимикробным действием [6]. Цель исследования
Сметана, как и большинство молочных продуктов, относится к скоропортящимся продуктам и имеет короткий срок хранения, что приводит к трудностям хранения, особенно во время транспортировки.
Ещё с древних времён известны бактерицидные и фунгицидные свойства серебра (Ад) и его соединений [7, 8]. Показано подавляющее дей-
ствие Ag на бактерии и грибы, причем его влияние сильнее, чем других металлов [9].
Цель работы - применение коллоидного Ag в качестве консерванта, способствующего подавлению роста микроорганизмов, вызывающих порчу продукта.
Экспериментальная часть
Сметана, микроскопические грибы. В ходе эксперимента использовалась сметана местного производства, содержащая 18% жиров, 2,8% белков, 3,0% углеводов, без добавления консервантов и антибиотиков, со сроком годности 5 сут. В качестве исследуемого показателя были выбраны микроскопические грибы, к которым относятся дрожжевые и плесневые грибы. Их наличие допускается в сметане, но в определенном количестве [10], превышение которого приведет к порче продукта. Большинство видов дрожжей непатогенны, но существуют также патогенные дрожжевые грибы, вызывающие различные заболевания. Многие плесневые грибы вырабатывают вторичные метаболиты - микотоксины, которые имеют токсичное воздействие на человека.
Можно предположить, что воздействие внешних факторов сразу же скажется на количественном содержании микроскопических грибов в сметане, исходя из чего сможем оценить эффективность метода.
Коллоидное серебро. Коллоидное серебро получено методом электрофореза без добавления стабилизатора. Концентрацию коллоидного Ag определили пламенным методом с помощью атомно адсорбционного спектрофотометра («Shimadzu» серии АА-7000/ААС, Япония). Нижний предел чувствительности спектрофотометра составляет 0,2 мкг/мл. При световом и электронном микро-скопировании видно, что размеры наночастиц варьируют (рис. 1).
Изучение действия коллоидного серебра на рост и развитие микроскопических грибов в сметане. К одной части сметаны было добавлено коллоидное Ag, в результате чего количество наночастиц Ag в сметане составляло 10 мг/л или 20 мг/л. К другой части сметаны было добавлено такое же количество стерильной дистиллированной воды для создания одинаковой консистенции. С помощью физиологического раствора готовили десятикратные разведения образцов в соотношении 1:9. По 1 мл с соответствующего разведения каждого образца сразу же были посеяны в Sabouraud CAF агар («Liofilchem», Italy) в чашках Петри (начальная точка экспозиции). Из-за высокой концентрации глюкозы
КОЕ/ыл
а б
Рис. 2. Микроскопия грибов: а -плесневый гриб рода РепюНит; б -дрожжевой гриб класса Saccharomycetes
и кислого pH, среда имеет селективность для плесневых и дрожжевых грибов класса Saccharomycetes. Среда также содержит антибиотик хло-рамфеникол, что подавляет сопутствующий бактериальный рост. Чашки инкубировали при температуре 25 °С в течение 5 - 7 дней [11]. Помимо свойств питательной среды температура инкубации тоже имеет селективность для истинных дрожжей класса Saccharomycetes. При 25 °С представители класса Blastomycetes, которые являются диморфными грибами, имеют мицелиальную форму, в то время как при 37 °С образуют дрожжеподобные клетки [12]. В течение эксперимента образцы сметаны хранились в условиях препятствующих порче и контаминации продукта извне (4 °С). Через каждые два - три дня повторяли посев обоих образцов в Sabouraud CAF агар. Через 5 - 7 дней инкубации чашек, с помощью счетчика колоний (Colony Counter CLC-570, «MRC», Israel) подсчитывали количество колоний образующих единиц (КОЕ) микроскопических грибов.
Микроскопический анализ дрожжевых и плесневых грибов. Колонии микроскопических грибов оценили визуально на основе морфологических признаков колоний, и микро-скопированием (Digital Biological Microscope DMBA 219, «Motic», Israel). Среди них выделили дрожжевые и плесневые грибы. Дрожжи или дрожжевые грибы (класс Saccharomycetes), это одноклеточные формы, имеют форму круглых или овальных клеток, во много раз крупнее бактерий. Средний размер дрожжевых клеток приблизительно равен 7 - 10 мкм. Отличительной морфологической особенностью дрожжей является отсутствие нитевидного мицелия и размножение почкованием, могут размножаться также половым путем, образуя аски -половые споры. Дрожжеподобные грибы образуют псевдомицелий и не образуют половых спор, по которым их можно отличить от истинных дрожжей при микроскопировании [13]. На питательной среде Sabouraud
Рис. 3. Изменение количества плесневых грибов (а) и дрожжей класса Saccharomycetes (б) в в течение хранения при температуре 4 °С.
З-нй Днн
сметане
КОЕ/ыл
«Э 60000 -
Q 50000 ■
с Ag I без Ag
Til Til Til
i
j
1-ый З-нй 5-ый 8-ой 10-ый 12-ый 15-ый 17-ый Дни
Рис. 4. Изменение количества дрожжевых грибов класса Saccharomycetes в сметане в течение хранения при температуре 4° С
CAF агар дрожжевые грибы класса Saccharomycetes образуют крупные, выпуклые, блестящие, серовато-белые колонии с гладкой поверхностью и ровными краями. В отличие от них плесневые грибы образуют мицелий стелющийся по питательному субстрату. От мицелия вверх поднимаются воздушные ветви, которые оканчиваются плодоносящими телами различной формы, несущими споры. Среди выросших плесневых грибов были выявлены грибы из рода Penicillum, многоклеточные грибы с плодоносящим телом в виде кисточки (рис. 2), а также плесневые грибы из рода Aspergillus, многоклеточные грибы с плодоносящим телом, при микроскопии напоминающим наконечник лейки, разбрызгивающей струйки воды. Результаты и их обсуждение
При добавлении к сметане коллоидного Ag в таком количестве, что конечное содержание наночастиц Ag в сметане составило 10 мг/л, наблюдалось уменьшение количества плес-ней в 1,25 раз или на 20% по сравнению с исходным содержанием, а на 3-ий день экспозиции количе-
ство плесневых грибов увеличилось в 7,6 раз или на 86,8% по сравнению с исходным содержанием, и в 1,16 раз или на 13,6% их количество было меньше, чем в сметане, не содержащей наночастицы Ад, на 3-й день экспозиции (рис. 3, а).
Количество наночастиц Ад в 10 мг/л почти не сказалось на количестве дрожжей в сметане, и на 3-й день экспозиции наблюдалось увеличение количества дрожжей в 2,06 раз или на 51,5% по сравнению с исходным содержанием, и в 1,02 раза или на 13,6% их количество было больше, чем в сметане, не содержащей наночастицы Ад, на 3-й день экспозиции (рис. 3, б).
При добавлении коллоидного Ад в сметану в таком количестве, что конечное содержание наночастиц Ад в сметане составило 20 мг/л, сразу же наблюдалось изменение в количестве дрожжей класса Saccharomycetes по сравнению с пробой без добавления коллоидного Ад. Чем дольше длилась экспозиция, тем сильнее было выражено воздействие наночастиц Ад на дрожжевые и плесневые грибы (рис. 4 и 5).
БЕЗОПАСНОСТЬ И КАЧЕСТВО ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ - КОНКУРЕНТНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА
ТЕМА НОМЕРА
КОЕ/мл 12000
CD
О 10000 -
Ю
S
Œ
i—
X 8000 -
CD
<D
I
<D 6000 -
С
О
CD
4000 -
<D
T
S
^
o 2000 -
с Ag без Ag _
Il 1х il II li là È
j
1-ый 3-нй 5-ый 8-ой 10-ый 12-ый 15-ый 17-ый
дни
Рис. 5. Изменение количества плесневых грибов в сметане в течение хранения при температуре 4 °С
КОЕ/мл 1200
1-ый 3-нй 5-ый 8-ой 10-ый 12-ый 15-ый 17-ый Днн Рис. 6. Изменение количества дрожжевы1х грибов в сметане с добавлением 20 мг/л наночастиц Ад в течение хранения при температуре 4 °С
Наиболее высокий результат воздействия наночастиц Ад на дрожжевые грибы наблюдался на 12-й день экспозиции, когда их количество уменьшилось в 3,77 раз или на 73,5% по сравнению с исходным содержанием, в то время когда в сметане без содержания наночастиц Ад количество дрожжей увеличилось в 4,61 раз или на 78,3% по сравнению с исходным содержанием. После наблюдалось увеличение количества дрожжей и на 20-й день экспозиции в пробе, содержащей наночастицы Ад, достигло почти своего первоначального количества, с разницей в 0,97 раз. Вероятно, в результате приобретения микроорганизмами устойчивости по отношению к токсичному воздействию Ад [14]. А в пробе, не содержащей наночастицы Ад, на 20-й день экспозиции количество дрожжевых грибов увеличилось в 63,25 раз по сравнению с исходным содержанием. В итоге, на 20-й день экспозиции, количество дрожжевых грибов в сметане без добавления коллоидного серебра в 65 раз пре-
вышало количество дрожжей, содержащихся в сметане с добавлением коллоидного Ад.
В сметане с содержанием наночастиц Ад в концентрации 20 мг/л на 20-й день экспозиции количество плесневых грибов не превышало допустимые нормы микробиологической безопасности [10] и осталось почти неизменным по сравнению с исходным содержанием, т. е. < 10 КОЕ / мл, а в сметане, не содержащей наночастицы Ад, на 20-й день хранения, количество плесней по сравнению с исходным содержанием увеличилось в1100 раз (рис. 6). Во столько же раз количество плесневых грибов, в пробе без добавления коллоидного серебра, превышало количеству плесней, содержащихся в сметане с добавлением Ад на 20-й день экспозиции.
Относительно механизма воздействия Ад на микробную клетку нет единого мнения. Однако нет сомнений в том, что Ад имеет выраженную антимикробную и антигрибковую
активность, что доказывается существующими многочисленными исследованиями и научными работами [15, 16, 17, 18].
Известно, что Ag допускается для использования в различных отраслях пищевой промышленности в качестве пищевой добавки Е174, для окрашивания продуктов и придания им товарного вида [19]. С помощью Ag очищают воду и воздух. Есть исследование, где показано воздействие наночастиц Ag на микроорганизмы, вызывающие порчу пищевых продуктов [20]. Однако на количество употребления человеком Ag имеются ограничения. ВОЗ определила для Ag максимальную дозу, которая не вызывает обнаруживаемого вредного воздействия на здоровье человека, -так называемый уровень NOAEL (No Observable Adverse Effect Level), который состовляет 10 г [21]. Т. е. человек, «съевший и выпивший» за всю свою жизнь (в среднем 70 лет) суммарно 10 г Ag, гарантированно не должен иметь из-за этого никаких проблем со здоровьем. Кроме этого, Ag выводится из организма, но не так долго, как многие другие тяжелые металлы, период его «полувыведения» из организма (печени) может достигать от нескольких до 50 дней [22]. Экспериментально установлено, что ионы Ag имеют бактериостатическое действие, однако мутагенной активности не выявлено; также не установлено и канцерогенное действие [23]. Однако накопление Ag в организме человека в избыточных количествах может вызывать специфическое заболевание, называемое «аргироз» или «аргирия» - хроническая интоксикация Ag. Определить уровень, с которого начинается развитие болезни, довольно сложно, но многочисленные исследования, позволили сделать вывод о том, что аргирию вызывает накопление в организме в среднем 1 г Ag [24]. Как правило, кроме пигментации кожи и слизистых, глаз, иногда и волос, аргироз не приводит к более серьезным последствиям. Выводы
Таким образом, показано подавляющее действие коллоидного Ag различных концентраций (10 мг/л, 20 мг/л) на дрожжевые грибы класса Saccharomycetes и плесневые грибы, вызывающие порчу молочного продукта - сметаны. Можно заключить, что Ag можно применять в качестве консерванта скоропортящихся молочных продуктов, в данном случае сметаны, что открывает перспективы для исследований, направленных на повышение безопасности пищевых продуктов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Киселева, С.И. Применение пищевых добавок в плодовых и овощных консервах/С. И. Киселева // Вестник КрасГАУ. -2014. - № 1. - С. 153 - 158.
2. Dobias, J. Heating of canned fruits and vegetables: Deaeration and texture changes/J. Dobias, M. Voldrich, D. Curda. -J. Food Eng., 2006.-77 (3). - pp. 421 - 425.
3. Chiewchan, N. Effect of homogenizing pressure and sterilizing condition on quality of canned high fat coconut milk/ N. Chiewchan, C. Phungamngoen, S. Siriwattanayothin // J. Food Eng. - 2006. -73 (1). - Р. 38 - 44.
4. Хижняк, С. В. Микрофлора консервированной растительной продукции при использовании насыщенного рассола в качестве консерванта/С.В. Хижняк, Г.А. Демиденко, Е.Я. Мучкина // Вестник КрасГАУ. - 2015. - № 11. - С. 120 - 125.
5. Davidson, P. M. Chemical preservatives and natural antimicrobial compounds./ P. M. Davidson, T. M. Taylor, S. E. Schmidt. - Food Microbiology: Fundamentals and Frontiers, 4th edition. American Society for Microbiology, Washington, DC, 2012. - Р. 765 - 801.
6. Shelef, L. A., Seiter J. Indirect and miscellaneous antimicrobials./ Eds. P. M. Davidson, J. N. Sofos, A. L. Branen. Antimicrobials in Food. Third edition. Food science and technology, CRC Press, Taylor & Francis Group, 2005. - Р. 573.
7. Пархоменко, Н.А. Антибактериальное и противогрибковое действие водорастворимой нанобиокомпозиции на основе серебра и морских биополимеров/Н.А. Пархоменко, И.Н. Юркова, В. И. Рябушко // Биология и химия. - 2008. - Т. 21 (60). -№ 2. - С. 106 - 112.
8. Kim, J. S. Antibacterial effects of silver nanoparticles / J. S. Kim [et al.] // Nanomedicine: Nanotechnology, Biol. Med. -2007. - № 3. - Р. 95 - 100.
9. Vardanyan, Z. Effects of various heavy metal nanoparticles on Enterococcus hirae and Escherichia coli growth and protoncoupled membrane transport/Z. Vardanyan [et al.] // J. Nanobiotechnology. - 2015. -№ 13. - Р. 69.
10. ТР ТС 033/2013. Технический регламент Таможенного союза «О безопасности молока и молочной продукции». Принят решением Совета Евразийской экономической комиссии от 9 октября 2013 г. № 67.
11. Молоко и молочные продукты. Подсчет колониеобразующих единиц дрожжей и /или плесневых грибов. Методика определения количества колоний при температуре 25 °С. ГОСТ ISO 6611 - 2013.
12. Baumgardner, D.J. Studies on the molecular ecology of Blastomyces derma titidis/ D.J. Baumgardner, B. Laundre // Mycopathologia. - 2001. - 152: 51.
13. Garry T. Cole. Basic biology of fungi./ G. T. Cole. - Medical microbiology 4th edition. Chapter 73. Galveston (TX): University of Texas Medical Branch at Galveston; 1996.
14. Percival, S. L. Bacterial resistance to silver in wound care / S. L. Percival, P.G. Bowler, D.J. Russell // Hospital Infect. -2005. - № 60. - Р. 1 - 7.
15. Kim, Keuk-Jun. Antifungal effect of silver nanoparticles on dermatophytes/Kim, Keuk-Jun, Woo Sang Sung, Seok-Ki Moon, Jong-Soo Choi, Jong Guk Kim and Dong Gun Lee // J. Microbiol. Biotechnol. - 2008. -№ 18. - Р. 1482 - 1484.
16. Monteiro, D.R. Silver nanoparticles: influence of stabilizing agent and diameter on antifungal activity against
Candida albicans and Candida glabrata biofilms/D.R. Monteiro [et al.] // Lett Appl Microbiol. - 2012. - № 54:383. - Р. 91.
17. Panacek, A. Antifungal activity of silver nanoparticles against Candida spp/A. Panacek [et al.]. // Biomaterials. -2009. - № 30. - Р. 6333 - 6340.
18. Мнацаканян Н. Обеззараживающие свойства нанокомпозитного фильтра на основе пористого минерала туфа и наночастиц серебра и его применение для фильтрации больших объемов воды/Н. Мнацаканян, А. Трчунян // Биолог. ж. Армении. - 2016. - № 68 (2). -С. 75 - 81.
19. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.3.2.1293 - 03. Гигиенические требования по применению пищевых добавок.
20. Weiss, J. Micro- and nanoparticles for controlling microorganisms in foods/ J. Weiss, Q. Zhong, F. Harte, M.P. Davidson. - Liposomes, Lipid Bilayers and Model Membranes: From Basic Research to Application. - 2014. - Р. 415 - 425.
21. Background document for development of Guidelines for Drinking-water Quality. Silver in Drinking-water. World Health Organization, Geneva, 2003.
22. Nordberg G. F., Gerhard-sson L. Silver. / Eds. Seiler H.G., Sigel H., Sigel A. Handbook on the toxicity of inorganic compounds. New York, NY, Marcel Dekker, 1988. - Р. 619 - 624.
23. U. S. Public Health Service. Toxicological profile for silver. Agency for Toxic Substances and Disease Registry. December, 1990.
24. Guidelines for Drinking-Water Quality. 2nd Edition. Vol. 2: Health Criteria and Other Supporting Information. World Health Organization, Geneva, 1996.
Консервация сметаны коллоидным серебром Ключевые слова
дрожжевые и плесневые грибы; коллоидное серебро; консервирование; молочные продукты; срок хранения пищевых продуктов
Реферат
Консервирование продуктов осуществляют с целью получения продуктов с высокой устойчивостью при длительном хранении, что облегчает их хранение и транспортировку на далекие расстояния. При консервировании продуктов создаются специальные условия, при котором прекращаются развитие микроорганизмов, вызывающих их порчу. Применяют разные методы консервирова_-ния. Исследования проводили совместно сотрудниками «ЭФДИЭЙ ЛАБ» и Ереванского государственного университета. Цель работы - исследование возможности применения коллоидного серебра (Ад) в качестве консерванта, так как ещё с древних времён известны бактерицидные и фунгицидные свойства Ад и его соединений. К молочному продукту - сметане, добавляли коллоидное Ад разной концентрации, в результате чего количество наночастиц Ад в сметане составляло 10 мг/л и 20 мг/л. Через определенные промежутки времени проверяли продукт на содержание дрожжей и плесней, и сравнивали с их содержанием в сметане без добавления коллоидного Ад. Выяснилось, что наночастицы Ад в концентрации 20 мг/л в отличие от 10 мг/л вызвали задержку роста дрожжевых и плесневых грибов по сравнению с пробои без добавления коллоидного Ад, и чем дольше длилась экспозиция, тем сильнее было выражено воздействие наночастиц Ад. Можно рекомендовать применение коллоидного Ад в качестве консерванта скоропортящихся молочных продуктов, в данном случае - сметаны.
Авторы
Мнацаканян Нарине Сельбертовна,
«ЭФДИЭЙ ЛАБ» испытательная лаборатория ООО «ТОНУС-ЛЕС», Армения, марз Котайк 2410, село Нор Гюх, ул. 6, стр. 1, [email protected]; [email protected] Трчунян Армен Амбарцумович, д-р биол. наук, член-корр. НАН Армении, профессор,
Ереванский государственный университет, Биологический факультет, кафедра биохимии, микробиологии и биотехнологии, Армения, г. Ереван 0025, ул. Манукяна, д. 1, [email protected]
Preservation of Colloidal Silver Cream Key words
yeasts and molds; colloidal silver; canning; dairy; the shelf life of food products
Abstracts
Canned products is carried out to obtain products with high stability during long storage, thus facilitating their storage and transportation over long distances. Special conditions are made for canning foods at which stop the growth of microorganisms that cause spoilage. Applyed different methods of preservation. Research conducted jointly by «EFDIEY LAB» and Yerevan State University. Purpose of work - investigate the possibility of the use of colloidal silver (Ag) as a preservative, because since ancient times known bactericidal and fungicidal properties of Ag and its compounds. By dairy product -cream, colloidal Ag added different concentration, whereby the amount of Ag nanoparticles in the cream was 10 mg/L and 20 mg/L. At regular intervals check the products for the maintenance of yeast and mildew, and compared to their content in the cream without adding colloidal Ag. It was found that Ag nanoparticles in a concentration of 20 mg/L as opposed to 10 mg/L caused a delay of growth of yeasts and molds as compared with the sample without the addition of colloidal Ag, and lasted longer than the exposure, the greater the effect was expressed nanoparticles Ag. It is possible to recommend the use of colloidal Ag as a preservative in dairy perishable products, in this case - cream.
Authors
Mnatsakanyan Narine Selbertovna,
«FDA LAB» Testing Laboratory LLC «TONUS-LES», 1, 6th St., Nor Gyugh, Kotayk Marz 2410, Armenia, [email protected]; [email protected]
Trchunyan Armen Ambartsumovich, Doctor of Biological Science, Corresponding Member of NAS of Armenia, Professor, Yerevan State University, Faculty of Biology, Department of Biochemistry, Microbiology and Biotechnology, 1, Manukyana St, Yerevan 0025, Armenia, [email protected]
