CC BY
53
УДК 621.798:579.22
Влияние «активного» упаковочного материала
на развитие микроорганизмов в пищевых продуктах
Проблема сохранения качества продуктов питания - одна из важнейших технологических и научных задач пищевой промышленности. Проблема защиты пищевых продуктов от внешних воздействий (влаги, кислорода воздуха, температуры и света, механических воздействий и т. п.) обычно решается с помощью упаковки. Вместе с тем, в пищевых продуктах протекают различные физико-химические процессы под влиянием находящихся в них микроорганизмов, которые либо вносятся в процессе технологической обработки продукта, либо контаминируют продукт перед его упаковкой. В процессе хранения происходит их дальнейшее нежелательное развитие, что неизбежно приводит к ухудшению качества и порче продуктов.
В современных условиях развития общества все больше наблюдается переход к использованию так называемых «активных» упаковок - упаковок с дополнительными функциями, способных влиять на упакованный продукт, сохраняя его органо-лептические, физико-химические и микробиологические характеристики и даже в некоторых случаях, улучшая его технологические, кулинарные свойства и питательную ценность [1]. Существует несколько направлений активного воздействия упаковки на продукты. Это регулирование газовой среды внутри упаковки, [2]; направленное изменение составов продуктов питания [3, 4]. Большой интерес представляют «активные» упаковки, предназначенные для защиты пищевых продуктов от воздействия различных микроорганизмов и токсичных продуктов их жизнедеятельности, основанные на создании композиций полимеров с различными антисептиками и консервантами [35].
Рядом авторов предлагается принципиально новый вариант «активной» упаковки, которая позволит эффективно подавлять развитие микроорганизмов и тем самым продлевать срок хранения продуктов без использования консервантов и других пищевых добавок [6, 7]. Речь идет об упаковке, изготавливаемой из пленочного полимерного электрета, т. е. материала, обладающего по-
А.Ю. Крыницкая, канд. биол. наук, доцент, А.Н. Борисова, аспирант, М.Ф. Галиханов, д-р техн. наук, доцент, М.А. Сысоева, д-р хим. наук, доцент,
В.С. Гамаюрова, д-р хим. наук, профессор Казанский государственный технологический университет
Ключевые слова: пищевые продукты; электретные материалы; микробная контаминация; качество
Key words: foodstuff; electrical materials; microbial contamination; quality
стоянным электрическим полем. Под действием электрического поля интенсивность дыхания, теплопродукция и другие энергетические параметры микробных клеток снижаются [8]. Электрическое поле разработанной «активной» упаковки позволяет увеличить срок хранения, сохранить органолептические и физические характеристики различных продуктов питания [6, 7]. Возникает вопрос о возможном влиянии электрического поля упаковки на человека. Ранее проведенные исследования показали положительный эффект воздействия таких материалов на человеческий организм, что позволило использовать их в медицине [8, 9].
Цель данной работы - исследование влияния электрического поля электретного материала на отдельные виды микроорганизмов, содержащихся в пищевых продуктах.
Объектами исследования служили промышленные полипропиленовые пленки, допущенные к контакту с пищевыми продуктами (ГОСТ 2699686). Поляризацию образцов в виде прямоугольников со сторонами 10 и 20 см и толщиной 0,1 мм проводили в поле коронного разряда. Расстояние между пленкой и электродом составляло 20 мм, напряжение поляризации - 35 кВ, время поляризации - 10 с. Перед поляризацией образцы выдерживали в термошкафу в течение 10 мин при 100 °С. Измерение потенциала поверхности V, напряженности электрического поля Е и поверхностной плотности электрических зарядов зэф проводили с помощью измерителя ИПЭП-1, принцип действия которого основан на
методе периодического экранирования приемного электрода, находящегося на некотором расстоянии от поверхности электрета. Погрешность измерения электретных характеристик не превышала 3 %. Изготовление пакетов из электретного материала и из обычной полипропиленовой пленки (для контрольного опыта) осуществляли с помощью устройства для термоимпульсной сварки ИС-600. В качестве тест-объектов использовали микроорганизмы, наиболее часто принимающие участие в процессах порчи пищевых продуктов, а также при их изготовлении: дрожжи Saccharomyces cerevisiae раса 509, бактерии Bacillus subtilis ВНИИСХМ 128 и Escherichiae coli. ВКПМ 6645 Приготовленные суспензии микроорганизмов в питательной среде помещали в предварительно стерилизованные пакеты из элект-ретного и обычного полимерного материала и герметично запаивали. Для культивирования бактерий Bacillus subtilis и Escherichiae coli использовали СП-бульон. Выращивание дрожжей проводили на среде Сабуро. Концентрацию микроорганизмов анализировали турбидимет-рическим методом через каждые 24 ч в течение 5 сут. Каждый эксперимент проводили не менее чем в трех по-вторностях.
Электретные свойства полимерных материалов зависят от многих факторов - природы полимера, параметров его поляризации, условий хранения и т.д. Применяемые для создания «активной» упаковки полипропиленовые материалы обладали следующими начальными значениями электретных характеристик:
\/ = -0,35 кВ; Е = -48 мВ/м;
s^ = -0,41 мкКл/м2.
Микроорганизмы различных таксономических групп обладают разной восприимчивостью к электрическому полю полипропиленового электретного материала. «Активная» упаковка в наибольшей степени эффективна в отношении бактерий группы кишечной палочки. Задержка
Щ\УПАКОВКА И ЛОГИСТИКА
ТЕМА НОМЕРА
Кол-во Е. coly, г/л
Время хранения, ч
Рис. 1. Концентрация бактерий Escherichiae coli, развивающихся в «активной» (1) и простой (2) полипропиленовых пленках
Кол-во В. subtilis, г/л
Время хранения, ч
Рис. 2. Концентрация бактерий ВасШиБ БиМНБ, развивающихся в «активной» (1) и простой (2) полипропиленовых пленках.
Время хранения, ч
Рис. 3. Концентрация дрожжей БассЬаготусеБ сегеуыае, развивающихся в «активной» (1) и простой (2) полипропиленовых пленках
в развитии этих микроорганизмов в результате действия электрического поля наблюдается уже в течение первых 48 ч хранения. Как видно из рис. 1, нарастание биомассы в опытном образце в течение первых 48 ч происходит менее интенсивно, чем в контрольном. Об этом свидетельствуют и значения удельной скорости роста. Так, для контрольного образца значение удельной скорости роста соответствовало 0,13 ч-1, в то время как для опытных образцов оно было равно 0,11 ч-1. Дальнейшее развитие E. coli приводит к тому, что значения концентрации биомассы
развивавшейся в обычной и элект-ретной упаковке, практически одинаковы (см. рис. 1).
Поведение другой микробной культуры B. subtilis (рис. 2) отличается от рассмотренного выше. Различия в реакции культуры на внешнее воздействие электрического поля упаковки проявляются лишь через 36 ч роста и в дальнейшем нарастают. Сравнивая динамику роста для этой культуры и рассмотренной ранее E. соИ, можно обнаружить наличие временного сдвига проявления действия электрического поля упаковки. Это явление можно объяснить особенностями жизненного цикла бацилл, имеющих фазу спорообразования, в то время как E. coli не спорообразующая культура. Вероятно, электрическое поле стимулирует прорастание спор в начальный период культивирования. В результате через двое суток культирования концентрация биомассы в опытном варианте превышает контрольный уровень. Однако дальнейшее влияние электрического поля пленки оказывает неблагоприятное воздействие на развитие вегетативных клеток культуры B. subtilis. Это приводит к резкому спаду концентрации биомассы, в то время как активность контрольной культуры снижается не столь значительно.
Динамика роста дрожжей Saccharomyces cerevisiae (рис. 3) практически не отличается для контроля и опыта в течение первых 24 ч роста. Отличия начинают проявляться начиная с 36 ч культивирования. Значения удельной скорости роста в этот период у контрольной культуры на 20 % выше, чем у опытной. Эти различия сохраняются до конца эксперимента.
В процессе стерилизации в элект-ретных материалах идет довольно резкое снижение значений потенциала поверхности, напряженности электрического поля и поверхностной плотности электрических зарядов, связанное с увеличением поверхностной электропроводности полимеров и предпочтительной релаксацией гомозаряда в поверхностных и приповерхностных слоях электрета [8]. Данный процесс продолжает протекать и в процессе хранения в предлагаемых «активных» упаковках различных пищевых продуктов. Другими словами, влияние электрического поля пленочных электретов на развитие микроорганизмов с течением времени ослабевает. Проведенные исследования говорят о том, что после стерилизации полипропиленовые электретные материалы имеют /э = -0,16 кВ;
Е = -21 мВ/м; s3(f = -0,18 мкКл/м2. Через 98 ч хранения культур в элект-ретной пленке при условиях эксперимента значения /э снижаются до -0,05 кВ, Е- до -4э кВ/м и sф -до -0,07 мкКл/м2. Сравнение этих данных и приведенных ранее о развитии микроорганизмов в электретах позволяет подтвердить высказанное предположение о воздействии электрического поля упаковки на метаболизм микроорганизмов даже в отсутствие внешне выраженных эффектов. Вместе с тем, несомненно, наиболее активно электрическое поле упаковки действует в течение первых суток воздействия. В дальнейшем снижается концентрация биомассы во всех исследуемых образцах (рис. 1-3). Причем это имеет место при хранении микроорганизмов и в «активной», и в обычной упаковке. Вероятно, это связано с тем, что к данному моменту питательные вещества исчерпываются. Кроме того, несомненно, оказывает влияние дефицит кислорода в объеме исследованных образцов, усиливающийся с течением времени.
Представляется, что, используя результаты работы, можно объяснять результаты применения электретных материалов в качестве «активной» упаковки для сохранения качества различных пищевых продуктов длительное время, ориентируясь на их микробиологический состав. Так, при производстве смесового хлеба типа «Сельский» используют дрожжи Saccharomyces cerevisiae. В процессе выпекания изделия часть дрожжей сохраняет свою жизнеспособность и остается в продукте. Кроме того, известно, что хлебобулочные изделия могут быть обсеменены бактериями, относящимися к семейству кишечной палочки и роду Bacillus. Эти микроорганизмы вызывают пороки, известные как «болезни хлеба». Проведенные модельные эксперименты на чистых культурах данных микроорганизмов показали наличие ингибирующего эффекта в отношении их роста. В связи с этим представляло интерес исследование особенностей хранения смесового хлеба в упаковке из электретной пленки и сравнение с теоретическими предположениями.
Изучение изменения качественных характеристик упакованного хлеба показало, что в процессе хранения его органолептические показатели -аромат и вкус - ухудшаются (рис. 4).
Одновременно нарастает кислотность (рис. 5). Причем снижение качественных характеристик хлеба, упакованного в электретную пленку, происходило медленнее.
На третьи сутки хранения на поверхности хлеба в обычной полиэтиленовой упаковке начали формироваться колонии, характерные для микроскопических грибов, относящихся к роду Penicillum, а также отдельные колонии, характерные для Bacillus subtilis. В электретной пленке грибные колонии начали появляться только на четвертые сутки хранения при комнатной температуре. Бациллы развивались более интенсивно. Их появление было зафиксировано уже через 72 ч хранения. Кроме того, размер колоний в опытных вариантах был меньше, чем в контрольных. Следовательно, электрическое поле упаковки может ингибировать рост бактерий, а также микроскопических грибов в реальных условиях. Таким образом, наблюдаемое в процессе хранения хлеба снижение скорости порчи в основном связано с ингиби-рованием роста обсеменяющих его микроорганизмов, относящихся к разным таксономическим группам.
Таким обарзом, изучено влияние электрического поля «активной» упаковки на различные микроорганизмы. Показано замедление развития под действием электрического поля упаковки вегетативных форм дрожжей Saccharomyces cerevisiae, бактерий Escherichiae coli и Bacillus subtilis. Вместе с тем, наблюдается стимулирование прорастания спор бактерий Bacillus subtilis. Учитывая активную составляющую жизнедеятельности этих микроорганизмов в процессе хранения пищевых продуктов, полученные результаты представляются крайне интересными. Проведенные исследования по влиянию «активной» упаковки на процесс хранения хлеба показали положительную динамику. Используя результаты работы, можно прогнозировать эффективность применения электретных материалов в качестве «активной» упаковки для сохране-
ния качества различных пищевых продуктов длительное время, ориентируясь на их микробиологический состав. Безусловно, результаты использования подобного рода материалов будут напрямую зависеть от значений электретных характеристик «активной» упаковки. Для пищевой промышленности нужны материалы с меньшей восприимчивостью к действию влаги и температур. В настоящее время созданы материалы на основе композиций полимеров с наполнителями различной природы, обладающие большей термостабильностью электретных характеристик [10, 11].
ЛИТЕРАТУРА
1. Власова, Г.М. Инновационные технологии в пластиковой упаковке/ Г.М. Власова, В.Е Сыцко//Известия вузов. Пищевая технология. -
2004. - № 1. - С. 110-112.
2. Шипинский, В.Г. Антиинтрузи-онная упаковка/В.Г. Шипинский// Тара и упаковка. - 2005. - № 3. -С. 40-44.
3. Любешкина, Е. Упаковка с дополнительными функциями/Е. Любешки-на//Пакет. - 2000. - С. 42-44.
4. Розанцев, Э.Г. Защитные материалы для пищевой продукции/Э.Г. Розанцев, Т.В. Иванова//Пищевая промышленность. - 2000. - № 12. -С. 40-41.
5. Казанский, Н.И. Тенденции развития пластиковых оболочек/Н.И. Казанский, С.В. Бородаев//Мясная индустрия. - 2001. - № 12. - С. 36-37.
6. Влияние активного упаковочного материала на качество молока/ М.Ф. Галиханов [и др.]//Известия вузов. Пищевая технология. -
2005. - № 2-3. - С. 71-73.
7. Активная упаковка для масла/ М.Ф. Галиханов [и др.]//Пищевая промышленность. - 2005. - №7.-С. 18-19.
O
2
8
4 6
Время хранения, сут
Рис. 4. Качество хлеба, упакованного в «активную» (1) и простую (2) полипропиленовые пленки
4 6
Время хранения, сут
Рис. 5. Кислотность хлеба, упакованного в «активную» (1) и простую (2) полипропиленовые пленки
8. Макаревич, А.В. Электрические поля и электроактивные материалы в биотехнологии и медицине/А.В. Макаревич, Л.С.Пинчук, В.А Гольда-де. - Гомель.: ИММС НАНБ, 1998. -106 с.
9. Зеля, А. Фармацевтическая упаковка/А. Зеля//Пакет. - 2005.-№ 4. - С. 12-16.
10. Галиханов, М.Ф. Короноэлект-реты на основе полиэтиленовых композиционных материалов/М.Ф. Галиханов//Все материалы. Энциклопедический справочник. - 2008. -№ 5. - С. 20-29.
11. Галиханов, М.Ф. Электретный эффект в композициях полистирола с аэросилом/М.Ф. Галиханов, Д.А. Еремеев, Р.Я. Дебердеев//Журнал прикладной химии. - 2003. - Т. 76. -Вып. 10. - С. 1696-1700.
«Деревенское молоко» агрохолдинга Л, - .З ./и i «Ашатли» - одно из «100 лучших товаров» России ^МЯ®
3 декабря 2010 г. подведены итоги 13-го Конкурса «100 лучших товаров России», ставшего традиционным в нашей стране с 1998 г. Цельное пастеризованное молоко естественной жирности под маркой «Деревенское молоко» производства ООО «Нива» Уинс-кого р-на агрохолдинга «Ашатли» награждено дипломом лауреата конкурса, а также статусом «Новинка года».
В октябре прошлого года агрохолдинг «Ашатли» первым в регионе начал производство почти «парного» коровьего молока в квадратной ПЭТ-бутылке объемом 1,4 л.
Высокая ценность такого молока заключается в применении минимальной термической обработки, что позволяет сохранять до 80 % молочного белка в неизменном виде. Благодаря такой форме пастеризации молоко полностью сохраняет свои органолептические свойства: насыщенный вкус, приятный молочный запах, а также естественную жирность и плотную консистенцию. Ежесуточное производство «Деревенского молока» достигает 15 т, в настоящий момент устанавливается вторая линия по выпуску цельного пастеризованного молока, что позволит увеличить выпуск молока вдвое.
f ♦
