CC BY
75ТЕОРЕТИЧЕСКИЕАСПЕКТЫ ХРАНЕНИЯ ИПЕРЕРАБОТКИСЕЛЬХОЗПРОДУКЦИИ
УДК 663.18
Влияние лазерного излучения на молочнокислые бактерии
А. Н. ДАНИЛОВА, студент; М. С. ПОНОМАРЕВА, канд. техн. наук; М. В. ГЕРНЕТ, д-р техн. наук, профессор; Л. Н. ШАБУРОВА, канд. техн. наук
Московский государственный университет пищевых производств
Микроорганизмы выполняют важную функцию при производстве пищевых продуктов. Их роль в производственных процессах сводится, в основном, к двум типам брожений углеводов — спиртовому и молочнокислому [1]. Для получения алкогольных напитков (вина, коньяка, спирта) используют дрожжи; в хлебопекарной промышленности — дрожжи и бактерии, в молочной — молочнокислые бактерии и т. д. [2].
На активацию и ингибирование жизнедеятельности микроорганизмов влияют различные физико-химические факторы: ультразвук, ультрафиолет, химические соединения.
Стимулирующее воздействие лазерного излучения на живые системы давно привлекает внимание многих исследователей [3]. Многочисленные публикации в медицинской литературе указывают на многофакторный лечебный эффект лазерного света [4]. Воздействие на клетки в суспензии или в культуре, в зависимости от параметров и условий облучения, может вызвать как стимуляцию, так и подавление жизнедеятельности микроорганизмов [5]. Две эти противоположные тенденции приводят к тому, что результат воздействия лазерного излучения оказывается труднопредсказуемым.
Один из важных признаков, позволяющих дифференцировать разные виды микроорганизмов, — строение их клеточной стенки. В частности, основу клеточной стенки молочнокислых бактерий составляет пептидогликан (муреин), в состав которого входят ^ацетилглюкозамин, аланин, глутаминовая кислота, муравьиная кислота и орнитин либо лизин, связанные с одной или двумя аминокислотами — глицином, серином, аспарагиновой кислотой либо треонином. Полисахаридный компонент клеточных стенок пред-
ставлен, главным образом, такими соединениями, как глюкоза, галактоза и рамноза, качественный и количественный состав которых может значительно варьироваться у представителей различных видов и штаммов, а также в зависимости от среды и условий культивирования.
Задача представленной работы — изучение лазерного воздействия на рост числа и развитие молочнокислых бактерий в лабораторных условиях.
Облучение осуществляли с помощью аппарата лазерной терапии низкоинтенсивного лазерного излучения (НИЛИ) «Матрикс» двухканальный (импульсный режим инфракрасного излучения) мощностью 5 Вт и частотой 3000 Гц.
В качестве объектов исследования выбрали молочнокислые бактерии Lactobacterium bulgaricum (L. bulgaricum) и Streptococcus thermophilus (S. thermophilus). Средой для разведения микроорганизмов служило пивное сусло экстрактивностью 12%.
Продолжительность воздействия на суспензию микроорганизмов составляла 1, 5 и 10 мин при 25 °С. Контрольными служили образцы без обработки лазерным излучением. Расстояние между облучателем и обрабатываемым материалом для каждого опытного образца — 0,5 см при толщине слоя суспензии 1 см. Таким образом обеспечивали равномерность воздействия.
Для выявления жизнеспособных клеток молочнокислых бактерий после воздействия на биомассу использовали метод подсчета колониеобразующих единиц (КОЕ/см3) с помощью глубинного культивирования в чашки Петри на стандартную питательную среду (сусло-агар c мелом) при 37 °С в течение 72 ч.
При учете количества бактерий L. bulgaricum (см. рисунок, а) наблюдали увеличение числа клеток в сус-
120 -г
100-
° ^
s^lu 3 О са
П
80-
60-
40-
20-
0
0 (контроль)
1
5
10
180 у g 160-¡5 140-|иЙ 120
¡S§ 100
0 -£ >g 80 4
U Ё
а о 60-
1 § 40-
170
200
0 (контроль) 1
5
10
Продолжительность воздействия, мин Продолжительность воздействия, мин
а б
Диаграмма влияния лазерного излучения на рост количества бактерий Lactobacterium bulgaricum (а) и Streptococcus termophilus (б)
пензии, подвергавшейся облучению, по сравнению с контрольным образцом.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что обработка лазерным излучением оказывает стимулирующее воздействие на бактерии L. bulgaricum. Количество выросших клеток зависит от продолжительности облучения. Лучший результат достигнут при облучении в течение 1 мин. В данном образце прирост биомассы был максимальным и увеличился до 1100% от исходного количества микроорганизмов (100%).
При изучении влияния воздействия лазерного излучения на бактерии £ thermophilus (см. рисунок, б) отмечен обратный эффект лазерного излучения на бактериальную клетку в суспензии.
Видно, что лазерное излучение подавляет рост клеток £ thermophilus. Количество выросших колоний зависит от продолжительности облучения биомассы. По сравнению с контрольными данными (100%), максимальное снижение числа колоний (КОЕ/см3) происходило в результате обработки в течение 1 мин — на 47 %.
По всей вероятности, причина различия полученных данных — вакуолизация цитоплазмы, связанная с нарушением проницаемости клеточной оболочки из-за инактивации внутриклеточных мембран. Данный эксперимент показал, что степень выраженности повреждающего действия НИЛИ зависит от типа клетки и длительности излучения.
При проведении вышеописанного эксперимента также контролировали такой параметр, как титруемая кислотность (см. таблицу).
Титруемая кислотность начального субстрата (охмеленное сусло) составляла 5,5 г/л. Она меняется в зависимости от параметров воздействия низкочастотным лазерным излучением. Данный процесс связан с физиологической особенностью гомоферментативных бактерий и их количеством в суспензии.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ СЕЛЬХОЗПРОДУКЦИИ
Кислотность исследуемых образцов
Продолжительность лазерного излучения, мин Титруемая кислотность, г/л
L. bulgaricum S. thermophilus
0 (контроль) 5,3 4,6
1 4 5,0
5 4,2 4,9
10 4,5 4,7
Установлено, что в данном эксперименте лазерное излучение может оказывать на молочнокислые бактерии эффективное разнонаправленное действие, связанное с различиями в строении клетки отдельных штаммов бифидобактерий. Выявлено, что под воздействием излучения увеличивается количество клеток бактерий L. bulgaricum и подавляется рост числа клеток бактерий £ thermophilus.
Одна из главных задач современного пищевого производства — поиск путей снижения себестоимости готового продукта, улучшение его качества и расширение ассортимента выпускаемой продукции. С помощью лазерного излучения эти задачи решаемы. Так, эффект стимуляции L. bulgaricum можно использовать при получении заквасок для изготовления кваса или ржаного хлеба и на предприятиях, изготавливающих кисломолочные продукты (кефир, ряженку, простоквашу), сыр различных сортов. Для мясной промышленности будет актуально рассмотреть воздействие лазерного излечения с целью подавления & thermophi-1ш, так как бактерии данного вида способствуют ослизнению и порче мясного продукта. С подобной проблемой сталкиваются сахарные производства и предприятия, выпускающие фруктово-ягодные начинки или пюре.
Работа в данном направлении продолжается.
Литература
1. Ильяшенко, Н. Г. Микроорганизмы и окружающая среда. Учебное пособие / Н. Г. Ильяшенко, Т. В. Пичугина, Л. Н. Шабурова. — М.: Издат. центр МГУПП. — 2009. — 103 с.
2. Мурашов, И. Д. Обработка мяса и мясных продуктов лазерным облучением как альтернативный способ увеличения срока хранения / И. Д. Мурашов, Д. А. Журавлева // Технические науки-технологии продовольственных товаров. — 2014. — № 12. — С. 8-10.
3. Chisti, Y. Sonobioreactors: using ultrasound for enhanced microbial productivity / Y. Chist // Trends in Biotechnology. — 2003. — V. 21 (2). — P. 89-93.
4. Москвин, С. В. Эффективность лазерной терапии. Серия «Эффективная лазерная терапия». Т 2 / С. В. Москвин. — Тверь: Триада, 2014. — 896 с.
5. Дурникин, Д. А. Стимуляция ультразвуком накопления биомассы молочнокислых и пропионово-кислых бактерий при глубинном культивировании / Д. А. Дурникин,
References
1. Il'yashenko N. G., Pichugina T V., Shaburova L. N. Mikroorga-nizmy i okruzhayushchaya sreda. Uchebnoeposobie [Microorganisms and the environment]. Moscow, MGUPP Publ., 2009, 103 p.
2. Murashov I. D., Zhuravleva D. A. [Processing the meat and meat products with laser irradiation as an alternative way to extend shelf life]. Tekhnicheskienauki-tekhnologiiprodovol'stvennykh tovarov, 2014, no. 12, pp. 8-10. (In Russ.)
3. Chisti Y Sonobioreactors: using ultrasound for enhanced microbial productivity. Trends in Biotechnology, 2003, vol. 21 (2), pp. 89-93.
4. Moskvin S. V Effektivnost'lazernoi terapii. Seriya «Effektivnaya lazernaya terapiya» [The effectiveness of laser therapy. A series of «Effective Laser Therapy»]. Vol. 2. Tver', Triada Publ., 2014. 896 p.
5. Durnikin D. A., Silant'eva M. M., Ereshchenko O. V [Stimulation by ultrasound of accumulation of lactic acid and propionic-acid bacteria biomass with deep cultivation]. Biological Bulletin
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ СЕЛЬХОЗПРОДУКЦИИ
М. М. Силантьева, О. В. Ерещенко // Biological Bulletin of of Bogdan Chmelnitskiy Melitopol State Pedagogical University, Bogdan Chmelnitskiy Melitopol State Pedagogical Universi- 2016, 6 (2), pp. 287-293. (In Russ.) ty. — 2016. — № 6 (2). — С. 287-293.
Влияние лазерного излучения на молочнокислые бактерии
Ключевые слова
бифидобактерии; ингибирование; излучение; кислотность; лазер; рост.
Реферат
В настоящее время все больше внимания уделяют определению возможности оптимизации технологических процессов на пищевых производствах. Влияние лазерного излучения на живые клетки микроорганизмов вызывает большой интерес многих исследователей. Лазерное излуче ние приводит к изменению биологических параметров и структуры клетки. В зависимости от параметров и условий облучения лазер может вызывать как стимуляцию, так и подавление жизнедеятельности микроорганизмов. Полисахаридный компонент клеточных стенок представлен такими соединениями, как глюкоза, галактоза и рам-ноза, качественный и количественный состав которых может значительно варьироваться у представителей различных видов и штаммов, а также в зависимости от среды и условий культивирования. Цель эксперимента — изучение действия лазерного излучения на рост числа бифидобактерий, а именно Lactobac-terium bulgaricum и Streptococcus thermophilus. Был проведен сравнительный анализ бактерий данных видов. Исследование заключалось в обработке бактерий лазерным излучением в течение определенного времени (мощность 5 Вт, частота 3000 Гц). Для выявления жизнеспособных клеток молочнокислых бактерий после воздействия на биомассу использовали метод подсчета колониеобразующих единиц с помощью глубинного посева. Были выявлены различия в эффектах воздействия лазерного излучения на бактерии разных видов. Полученные результаты показали, что оно вызывает стимулирующий эффект у бактерий Lactobacterium bulgaricum и подавляет рост Streptococcus thermophilus. Количество выросших клеток бактерий различное в двух экспериментах. Это зависит от продолжительности облучения. По всей вероятности, причина разнонаправленного воздействия лазерного излучения связана с различиями в строении отдельных штаммов бифидобактерий.
Авторы
Данилова Анна Николаевна, студент; Пономарева Мария Сергеевна, канд. техн. наук; Гернет Марина Васильевна, д-р техн. наук, профессор; Шабурова Любовь Николаевна, канд. техн. наук Московский государственный университет пищевых производств,
125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, andanilova01@gmail.com, ponomarevamc@mail.ru
Effect of Laser Radiation on Lactic Acid Bacteria
Key words
bifidobacteria; inhibition; radiation; acidity; laser; growth. Abstract
At this time more people are studying the possibility of optimizing technological processes in food production. The effect of the laser on living cells of microorganisms is of great interest to many researchers. Laser radiation leads to a change in biological parameters and cell structure. Depending on the parameters and conditions of irradiation the laser can cause both stimulation and suppression of the life processes of microorganisms. The polysaccharide component of the cell walls is represented by compounds such as glucose, galactose and rhamnose, the qualitative and quantitative composition of which can vary significantly in representatives of different species and strains, and also depending on the medium and the conditions of cultivation. The purpose of this experiment is to study the effect of the laser on the growth of bifidobacteria Lactobacterium bulgaricum and Streptococcus thermophilus. We carried out a comparative analysis between these species of bacteria. The study consisted in laser treatment of bacteria for a certain time interval with a power of 5 W and a frequency of 3,000 Hz. To determine the viable cells of lactic acid bacteria after exposure to biomass, a method was used to calculate the colony-forming units by means of deep-seated culture. Identified differences in the effects of laser radiation on different types of bacteria. The results obtained show that the effect of the laser has a stimulating effect on Lactobacterium bulgaricum and suppresses the growth of Streptococcus thermophilus. The difference in the number of cells grown in two experiments depends on the duration. Probably, the reason for the multidirectional effects of the laser is associated with differences in the structure of individual strains of bifidobacteria.
Authors
Danilova Anna Nikolaevna, Student;
Ponomareva Maria Sergeevna, Candidate of Technical Sciences; Gemet Marina Vasilievna, Doctor of Technical Sciences, Professor; Shaburova Lyubov Nikolaevna, Candidate of Technical Sciences Moscow State University of Food Production, 11 Volokolamskoe shosse, Moscow, 125080, Russia, andanilova01@gmail.com, ponomarevamc@mail.ru
