CC BY
22
ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ XXI ВЕКА НА ПРАКТИКЕ
ТЕМА НОМЕРА ^^^^^^^^^^^^^^^^
УДК 637.13.07
Нанотоксическое действие частиц серебра
на процесс формирования молочного геля
И.Т. Смыков
ВНИИ маслоделия и сыроделия, г. Углич О.А. Коверкина, Н.Н. Горлова
Московский государственный университет приборостроения и информатики
Бактерицидное действие нано-частиц серебра давно и хорошо известно и используется в самых различных областях: медицине, биологии, авиации и даже музейном деле. В последнее время во всем мире, в том числе и России, активно исследуются и выявлены разнообразные риски отрицательного влияния наночастиц на здоровье человека и экологию окружающей среды. Вместе с тем, совсем не изу-
Ключевые слова: частицы серебра; нанотоксическое действие; молоко-сырье; молочный гель; полезная микрофлора.
Key words: silver particles; nano-toxic action; milk-raw materials; dairy gel; useful microflora.
Бактерицидное действие наночастиц серебра давно и хорошо известно и используется в самых различных областях: медицине, биологии, авиации и даже музейном деле.
ченным остается риск нанотокси-ческого действия частиц серебра на биотехнологическую микрофлору, широко применяемую в разнообразных процессах переработки
сельскохозяйственных продуктов и зачастую составляющую основу всей технологии.
В частности, к настоящему времени в агропромышленном комплексе России начато активное использование различных препаратов на основе наночастиц серебра (НЧС), например: дезинфицирующие средства широкого действия в помещениях сельскохозяйственного и производственного назначения; мази с использованием НЧС для обработки вымени коров с целью профилактики заболеваний и снижения обсеме-ненности молока; бактерицидные и фунгицидные добавки НЧС в полимерные компоненты технологического оборудования [1-3] и т. д.
Эта цепочка применения НЧС в АПК предопределяет возможность их неконтролируемого перехода в молоко-сырье. В то же время большинство молочных продуктов (сыр, сметана, йогурт и пр.) производится с применением специальных бактериальных препаратов, и здесь возникают риски нарушений нормального хода биотехнологических процессов производства и качества готовой продукции за счет отрицательного действия сторонних НЧС на производственно-технологическую микрофлору.
Цели работы - определение влияния НЧС на процесс образования молочного геля и установление локализации НЧС в его компонентах.
В исследованиях использовали цельное молоко-сырье; стандартный бактериальный препарат молочнокислых бактерий «БП-4» (1а<Лососси5 ¡ас^Б БиЬБр. ¡асЬБ, 1асОсоссиз ¡ас^Б БиЬБр. (ЛасеШасИБ, 1асОсосси ¡асИБ БиЬБр. сгетопБ, LeuconoБtoc ¡асИБ) производства Экспериментальной биофабрики (г. Углич); коллоидный раствор НЧС «АдБион-2» производства Института нанотехнологий МФК. Метод исследований - дифференциальный: сравнением изменений свойств контрольного и экспериментального образцов в параллельных экспериментах.
В первой части работы с помощью специализированной компьютерной измерительно-информационной системы [4] изучали влияние НЧС с концентрацией 5,4 мкг/кг на кинетику процесса гелеобразования в молоке. Исследования показали разнонаправленное действие НЧС на процесс образования и свойства геля (рис. 1). Так, время образования геля уменьшилось почти на 30 %, а модуль упругости геля снизился более чем в два раза. Изменения темпера-
■Г, m
4 6
Время, ч
Рис. 1. Изменения модуля упругости (1а) и температуры (2а) контрольного образца и образца с НЧС (1Ь, 2Ь) в процессе образования молочного геля
HIGH TECHNOLOGIES OF THE XXI CENTURY IN PRACTICE
туры геля, характеризующие активность развития микроорганизмов и процесс его структурирования, также претерпели изменения. Плавное повышение модуля упругости в начальной стадии индукционного периода гелеобразования контрольного образца (1а) и повышение его
температуры (2а) вызываются активным размножением внесенных зак-васочных бактерий. Добавка в экспериментальный образец НЧС приводит к значительному (ожидаемому) ослаблению процесса развития микрофлоры, что в эксперименте подтверждается снижением скорости нарастания модуля упругости (1Ь) и уменьшением изменения температуры геля (2Ь).
Из полученных результатов следует, что НЧС подавляют развитие полезной микрофлоры и блокируют
формирование нормальных реологических свойств молочного геля.
Во второй части работы оценивали локализацию и взаимодействие НЧС с компонентами молочного геля. Предварительно были получены ПЭМ-снимки чистого препарата НЧС (рис. 2), которые использовали при идентификации исследуемых объектов. На-ночастицы имеют округлую форму, а их размеры варьируют в пределах 20-60 нм.
На рис. 3 и 4 представлены ПЭМ-фотографии, иллюстрирующие взаимодействие НЧС с молочнокислыми бактериями. На рис. 3 экспериментального образца в результате адсорбции НЧС и последующего взаимодействия НЧС (указаны стрелками) с бактерией произошло разрушение ее клеточной стенки.
Для сравнения, на рис.4 показана бактерия в контрольном образце молочного геля.
Анализ ПЭМ-изображений показал, что основная масса НЧС локализуется в сыворотке молока, а также на клеточных стенках микроорганизмов. Определено, что большая часть НЧС в сыворотке связывается с сывороточными белками (рис. 5), причем в результате их взаимодействия (стрелка) вокруг наночастицы образуется электрон-прозрачная область шириной 5-7 нм (врезка в рисунок), что позволяет говорить о возможном существовании биохимических реакций между НЧС и сывороточными белками.
Наличие таких биохимических реакций также подтверждается проведенными органолептическими исследованиями молочного геля, полученного с использованием НЧС - он характеризуется возникновением специфичного горького вкуса, аналогичного вкусу, образующемуся при распаде сывороточных белков молока на короткие «горькие» полипептиды.
Таким образом, проведенные исследования показали: наночастицы серебра вызывают инактивацию биотехнологической микрофлоры в процессах производства молочной продукции; биохимическое взаимодействии наночастиц серебра с сывороточными белками приводит к возникновению горького привкуса у молочных продуктов; бесконтрольное использование наночастиц серебра в АПК на этапе получения мо-
лока-сырья может привести к негативным последствиям в технологических процессах его дальнейшей переработки и ухудшению качества готовой продукции; необходим контроль за применением НЧС в помещениях сельскохозяйственного и производственного назначения; требуется определение предельно допустимого содержания наночастиц
К настоящему времени в агропромышленном комплексе России начато активное использование различных препаратов на основе наночастиц серебра (НЧС).
серебра (ПДК) в молоке; необходима разработка оперативных методов и средств контроля содержания наночастиц серебра в молоке.
ЛИТЕРАТУРА
1. Нанотехника (Спецвыпуск: Использование нанотехнологий в агропромышленном комплексе). -2009. - № 2 (18). - С. 1-97.
2. The Potential Risks Arising from Nanoscience and Nanotechnologies on Food and Feed Safety/S. Barlo et al.// The EFSA Journal. - 2009. - № 958. -P. 1-39.
3. Благитко, Е.М. Серебро в меди-цине/Е.М. Благитко, В.А. Бурмистров, А.П. Колесников, Ю.И. Михайлов. - Новосибирск, Наука-Центр. -2004. - С. 254.
4. Смыков, И.Т. Сравнительные исследования термодинамики образования молочного геля/И.Т. Смы-ков//Хранение и переработка сель-хозсырья. - 2008. - № 2. - С. 26-31.
