Влияние нанопрепаратов на активность протеаз светлого ячменного солода Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

технологические решения для обеспечения качества продукции

ТЕМА НОМЕРА

УДК 663.44

Влияние нанопрепаратов на активность протеаз светлого ячменного солода

Д. В. Карпенко,

д-р техн. наук, доцент;

B. В. Житков,

магистрант;

C.А. Канаев, студент; Е.М. Сырова,

студент

Московский государственный университет пищевых производств

Применение наночастиц, нанопрепаратов и наноматериалов в промышленном масштабе становится в настоящее время все более распространенным приемом при выпуске продукции самого разнообразного назначения. Это позволяет решать различные технологические задачи, повышать качество и потребительские характеристики продукции [1]. В то же время, повышается вероятность эмиссии наночастиц в силу их высочайшей проникающей способности, и, следовательно, накопления объектов наноразмера в окружающей среде, прежде всего, в почвах, грунтовых и поверхностных водах. Это может привести к ситуации, когда наночасти-цы в составе основного сырья пивоваренного производства будут поступать

в технологический процесс. Их присутствие в значимых концентрациях может оказывать выраженное негативное воздействие на сырье, вспомогательные материалы, полупродукты и процессы различных пищевых производств, в том числе пивоварения. Необходимо принимать во внимание, что в настоящее время не существует надежных методов как количественного определения содержания объектов наноразмера в технологических средах сложного состава, так и способов их удаления из таких сред. Наноча-стицы, оставшиеся в составе готового пищевого продукта, могут снижать его безопасность, так как выявлена цитотоксичность некоторых из них [2].

Изложенная выше точка зрения подтверждается как литературными данными [3], так и целым рядом исследований, проведенных ранее на кафедре «Технологии бродильных производств и виноделия» МГУПП [4-7]. Установлено, что, наряду с дрожжевыми клетками, наиболее уязвимы к воздействию наночастиц ферменты-катализаторы белковой природы [8, 9]. Так, изучение влияния двух типов нанопрепаратов, широко применяемых в производственном масштабе — диоксида титана и многослойных углеродных на-нотрубок (МУНТ) [10] — на активность целевых ферментов ферментного препарата протеолитического типа действия «Нейтраза 0,8 Л» (Neutrase 0,8 L) продемонстрировало наличие выраженного влияния наночастиц на контролируемый показатель (рис. 1). Установлено, что при низком содержании каждый из нанопрепаратов не оказывает влияния на активность про-теаз микробного происхождения или

140 -г

120 -

¡5 100 -

80 -

60 -

? 40-

20 -

0,1 0,25 0,5 1 2

Содержание наночастиц, мг/см3

ТЮ,

МУНТ

Рис. 1. Влияние нанопрепаратов диоксида титана и многослойных углеродных нанотрубок на активность протеолитических ферментов ферментного препарата «Нейтраза 0,8 Л» ^еиЬ^е 0,8 Ц (длительность ферментативной реакции 60 мин)

0

5

14 ПИВО и НАПИТКИ 4•2017

Увеличение концентрации аминного азота, % к контролю

Я К

И

о

я я н

X

>

.с

го

>

ТЕМА НОМЕРА

ТЕМА НОМЕРА

Концентрация аминного азота, мг/см3

X ;

-е-!

£ Ц

Концентрация аминного азота, мг/см3

Я)

о -а 7= го " з: ш

X 7=

ГО о

5 =<

О о го "а

О Й ^ г о

п: о ш

II-

Концентрация аминного азота, мг/см3

I ьо з: I аа

Концентрация аминного азота, мг/см3

го "а ^ о го ш 5 ш -а ^ ^ ш X .1= -Ч з: ш

о -а го го

о ^

О

ь

о

-I

т;

т

■о

20

ь а

О СТ1 т

П

т ■С т X

т; >

■С

т П Ч

СО >

ТЭ

о

э

<

7\

вых стадиях пивоварения. Это делает целесообразным разработку системы мероприятий по предотвращению «загрязнения» сырья и технологических сред наночастицами и(или) способов снижения в них содержания последних.

ЛИТЕРАТУРА

1. Нанотехнологии. Наноматериалы. Нано-системная техника. Мировые достижения/ Под ред. д. т. н. проф. П. П. Мальцева — М.: Техносфера, 2008. — 432 с.

2. Stankic, S. Pure and multi metal oxide nano-particles: synthesis, antibacterial and cytotoxic properties / S. Stankic, S. Suman, F. Haque, J. Vidic / Journal of Nanobiotechnology. — 2016. — Vol. 14. — P. 73-78.

ТЕЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ для ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ

3. Zhang, L. Investigation into the antibacterial behaviour of suspensions of ZnO nanoparticles (ZnOnanofluids) / L. Zhang, Y. Jiang, Y. Ding, M. Povey, D. York// Journal of Nanoparticle Research. — 2007. — Vol. 9. — Iss. 3. — P. 479-489.

4. Карпенко, Д.В. Влияние нанопрепаратов на развитие дрожжевых популяций / Д. В. Карпенко, А. О. Комолова, А.А. Хоменко // Пиво и напитки. — 2017. — № 1. — С. 14-17.

5. Карпенко, Д.В. Влияние наночастиц цинка на пивные дрожжи / Д. В. Карпенко, Е. О. Райнина, Н.А. Химачева // Пиво и напитки. — 2015. — № 6. — С. 22-24.

6. Карпенко, Д. В. Влияние наночастиц серебра на прорастание ячменя и качество свежепроросшего солода / Д. В. Карпенко, Ю. А. Уваров // Пиво и напитки. — 2012. — № 3. — С. 32-33.

7. Карпенко, Д.В. Влияние наночастиц металлов на сбраживание пивного сусла / Д. В. Карпенко, Ю.А. Уваров, А. И. Мари-нин, В. В. Олишевский // Пиво и напитки. — 2012. — № 1. — С. 16-17.

8. Карпенко, Д. В. Влияние наноцинка на активность протеолитических ферментов / Д. В. Карпенко, У. В. Вартанова, Н. О. Борисова, М.А. Широкова // Пиво и напитки. — 2015. — № 5. — С. 16-19.

9. Карпенко, Д.В. Влияние нанопрепаратов на активность амилаз / Д. В. Карпенко, С. М. Дроздов, А.А. Евсеева // Пиво и напитки. — 2016. — № 5. — С. 28-31.

10. Карпенко, Д.В. Влияние нанопрепаратов на активность протеаз / Д. В. Карпенко, В. В. Житков, С.А. Карязин // Пиво и напитки. — 2016. — № 4. — С. 46-49. <Э

£ Ш

I

0

1

<

I ш Ь

Влияние нанопрепаратов на активность протеаз светлого ячменного солода

Ключевые слова

активность протеаз солодовой вытяжки; нанопрепарат диоксида титана; нанотехнологии; препарат многослойных углеродных нанотрубок; ферменты.

Реферат

Применение наночастиц и нанопрепаратов в промышленном масштабе повышает вероятность их миграции в окружающую среду, следствием чего может быть повышение содержания последних в основном сырье и полупродуктах пищевых производств, в частности, пивоварения. При этом целый ряд литературных источников сообщает о негативном воздействии тех или иных на-ночастиц и наноматериалов на биологические объекты различной природы и их производные. Вследствие этого актуальная задача заключается в изучении влияния нанопрепаратов, в частности, диоксида титана и многослойных углеродных трубок на активность ферментов, действующих на различных стадиях пивоваренного производства, прежде всего, ферментов ячменного солода. В настоящей работе оценивали влияние вышеупомянутых нанопрепаратов на протеолитическую активность экстракта светлого ячменного пивоваренного солода. Такое влияние оценивали по изменению прироста низкомолекулярных азотистых веществ, образовавшихся под действием ферментов солодовой вытяжки при гидролизе субстрата - 5%-ного раствора желатина, сопоставляя значения контролируемого показателя в опытных и контрольных, не содержавших наночастиц, образцах. Установлено, что характер влияния наночастиц диоксида титана и углеродных нанотрубок на активность солодовых протеаз существенно зависит от содержания нанопрепарата в реакционной среде: небольшие количества наночастиц не изменяют протеолитическую активность или даже повышают ее на 8-10% по сравнению с контролем. Однако при повышении содержания выше определенного значения наблюдали снижение активности солодовых протеаз вплоть до почти полной их инактивации. Пороговое значение и степень снижения зависели от нанопрепарата, внесенного в реакционную среду, а также от продолжительности ферментативной реакции. По мнению авторов. полученные результаты делают целесообразным продолжение исследований влияния наночастиц на сырье, вспомогательные материалы и технологические процессы пивоваренного производства.

Авторы

Карпенко Дмитрий Валерьевич. д-р техн. наук, доцент;

Житков Владимир Владимирович. магистрант;

Канаев Сергей Андреевич, студент;

Сырова Евгения Михайловна. студентка

Московский государственный университет пищевых производств

125080, Москва, Волоколамское ш., д. 11,

DoKa.65@mail.ru, vladimir.v.zhitkov@gmail.com,

raptor111195@yandex.ru, jenuhas@mail.ru

The Effect of Nanopreparations on the Activity of Light Barley Malt Proteases

Key words

activity of malt extract proteases; titanium dioxide nanopreparation; nanotechnologies; multilayer carbon nanotubes preparation; enzymes.

Abstract

The use of nanoparticles and nanopreparations on an industrial scale increases the probability of its migration into the environment, which may result to an increase in the content of these components in the main raw materials and intermediate products of food production, in particular, brewing. At the same time, a number of sources report the negative influence of certain nanoparticles and nanomaterials on biological objects of various nature and their derivatives. Therefore, the actual task is to study the influence of nanopreparations, in particular, titanium dioxide and multilayer carbon tubes on the activity of enzymes acting at various stages of brewing, primarily barley malt enzymes. In our work, the effect of the aforementioned nanopreparations on the proteolytic activity of light barley malt extract was evaluated. This effect was evaluated by the change in the increase of low-molecular nitrogenous substances formed under the influence of malt extract enzymes during hydrolysis of the substrate - the 5% solution of gelatin, comparing the values of the controlled indicator in the experimental and control samples that did not contain nanoparticles. It has been determined that the character of the effect of titanium dioxide and carbon nanotubes nanoparticles on the activity of malt proteases depends significantly on the content of the nanopreparation in the reaction medium: small amounts of nanoparticles do not change the proteolytic activity or even increase it by 8-10% compared to that in the control variant. However, with the increase in the content above a certain values, a decrease in the activity of malt proteases was observed, down to almost complete inactivation. The «threshold» value and the degree of reduction depended on the nanopreparation type introduced into the reaction medium, as well as on the duration of the enzymatic reaction. According to the authors opinion, the results obtained make it expedient to continue research on the effect of nanoparticles on raw materials, auxiliary materials and technological processes of brewing.

Authors

Karpenko Dmitrij Valerievich,

Doctor of Technical Science, Associated Professor;

Zhitkov Vladimir Vladimirovich, Graduate student;

Kanaev Sergej Andreevich, Student;

Syrova Evgenia Mihailovna, Student

Moscow State University of Food Productions,

11 Volokolamskoe highway, Moscow, 125080, Russia

DoKa.65@mail.ru, vladimir.v.zhitkov@gmail.com,

raptor111195@yandex.ru, jenuhas@mail.ru

4•2017 ПИВО и НАПИТКИ 17