Влияние нанопрепаратов оксида меди и никеля на протеолитическую активность светлого ячменного солода Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ для ПРОИЗВОДСТВА ПИВА и НАПИТКОВ

ТЕМА НОМЕРА

УДК 663.44

Влияние нанопрепаратов оксидов меди и никеля на протеолитическую активность светлого ячменного солода

Д. В. Карпенко,

д-р техн. наук, доцент;

B. В. Житков,

магистрант; ИА. Орлов, студент;

C.А. Словацкий,

студент

Московский государственный университет пищевых производств

В последнее десятилетие нано-частицы и нанопрепараты — неотъемлемая часть процессов производства широкого спектра товаров как пищевого, так и непищевого назначения [1], позволяющая повысить качество и потребительские характеристики продукции, интенсифицировать протекание технологических стадий и, в ряде случаев, снизить производственные затраты. Однако цикл получения и применения самих объектов наноразмера, а затем и продукции, содержащей их в своем составе, неизбежно приводит к их распространению и постепенному накоплению в окружающей среде. Это может быть причиной аккумуляции наночастиц в растениях, а при использовании их в качестве сырья — в технологических средах пищевых, в частности, бродильных производств.

В последнее время в литературе все чаще публикуют результаты исследований, свидетельствующие о том, что те или иные наночастицы, нанопрепараты или наноматериалы обладают цитотоксичностью [2, 3] и фитотоксичностью [4]. Эта точка зрения подтверждается и экспериментальными данными исследований, проведенных ранее на кафедре «Технологии бродильных производств и виноделие» МГУПП [5-8]. Выявлено, что присутствие в среде наночастиц в определенных концентрациях может как тормозить развитие биологических объектов различных уровней организации, так и снижать активность ферментов (ферментных препаратов) вплоть до полной их инактивации. Такой эффект наночастиц был выявлен по отношению к гидролитическим

ферментам как микробного [9-11], так и растительного происхождения [12, 13]. В частности, установлено выраженное влияние наночастиц диоксида титана и многослойных углеродных нанотрубок на протеолитическую способность (ПС) экстракта светлого ячменного пивоваренного солода (рис. 1). В зависимости от содержания наночастиц в среде они могут как незначительно повышать ПС солода, так и снижать ее вплоть до полной инактивации, причем, как было установлено в дополнительных экспериментах, такое влияние усиливается по мере увеличения продолжительности контакта протеолитических ферментов и среды, содержащей вышеупомянутые нанообъекты.

Так как качество светлого солода, в частности, активность его протеаз, служит одним из ключевых факторов,

120

.100 80 60 40 ■ 20 К0

0,125 0,25 0,5 1 2 Концентрация нанопрепарата, мг/см3 — ТЮ2 — МУНТ

Рис. 1. Влияние нанопрепаратов ТЮ2 и многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ) на активность протеолитических ферментов солодовой вытяжки (изменение прироста концентрации аминного азота (АА) после ферментативной реакции длительностью 60 мин)

16 ПИВО и НАПИТКИ

3•2018

*

й а о 3 "1 а а

О а? £ Я

3 я I а

04 к » я

п> п> в §

Концентрация АА, % к контролю

Ь О О г

^ о п:

ч ь ^ а го го го х

п: го -а о "а ш ^ П1£и

ш ^

-в- =

ГО

, О ^С Ь ш

ьо « 43

Я К

И О

Я

я н

ь о о г

2

-е- =

ГО

!, о =1 ^с ^ ш

-О °

го ал " ш м

ш

Концентрация АА, % к контролю

ТЕМА НОМЕРА

Современные технологии для производства пивай напитков

cytotoxic properties / S. Stankic, S. Suman, F. Haque, J. Vidic / Journal of Nanobiotech-nology. - 2016. - Vol. 14. - P. 73-78.

3. Zhang, L. Investigation into the antibacterial behaviour of suspensions of ZnO nanopar-ticles (ZnO nanofluids) / L. Zhang [et al.] // Journal of Nanoparticle Research. — 2007. — Vol. 9. — № 3. — P. 479-489.

4. Lin, D. Phytotoxicity of nanoparticles: inhibition of seed germination and root growth / D. Lin // Environmental Pollutants. — 2007. — Vol. 150. — № 2. — P. 243-250.

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

6. 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.

7. 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.

8. Карпенко, Д.В. Влияние наночастиц металлов на сбраживание пивного сусла / Д. В. Карпенко [и др.] // Пиво и напитки. — 2012. — № 1. — С. 16-17.

9. Карпенко, Д. В. Влияние наноцинка на активность протеолитических ферментов / Д. В. Карпенко [и др.] // Пиво и напитки. — 2015. — № 5. — С. 16-19.

10. 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.

11. 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.

12. Карпенко, Д.В. Влияние нанопрепаратов на активность протеаз светлого ячменного солода / Д. В. Карпенко [и др.] // Пиво и напитки. — 2017. — № 4. — С. 14-17.

13. Карпенко, Д.В. Влияние нанопрепаратов на активность амилаз светлого ячменного солода / Д. В. Карпенко, В. О. Кашанков, М. В. Савина // Пиво и напитки. — 2017. — № 6. — С. 18-21. <®

2 ш

I

0

1

<

I ш Ь

Влияние нанопрепаратов оксида меди и никеля на протеолитическую активность светлого ячменного солода

Ключевые слова

нанопрепараты оксидов меди и никеля; нанотехнологии; протеолитическая активность; ферменты светлого ячменного солода.

Реферат

Статья продолжает серию публикаций, посвященных изучению влияния наночастиц и нанопрепаратов на сырье, вспомогательные материалы и технологические процессы бродильных производств, в частности, пивоваренного. Представлены результаты экспериментов по определению зависимости активности протеаз светлого ячменного солода в составе вытяжки из зерна от концентрации нанопрепаратов оксидов никеля и меди, присутствующих в модельной реакционной среде. Концентрации нанопрепаратов варьировали в диапазоне от 0,1 до 2,0 мг/см3 реакционной среды. Приведены концентрации нанопрепаратов, в присутствии которых наблюдали слабовыраженный положительный эффект. Установлено, что повышение содержания наночастиц обоих типов привело в условиях экспериментов к снижению протеолитической активности солодовых вытяжек на 20-30 % по сравнению с контрольным вариантом, реакционная среда которого не содержала нанопрепаратов. Представлены результаты экспериментов по определению влияния продолжительности контакта протеаз светлого ячменного солода и наночастиц оксидов меди и никеля в составе реакционной среды на изменение концентрации аминного азота как продукта гидролиза субстрата - желатина. Выявлено, что продолжительность контакта служит существенным фактором, определяющим воздействие наночастиц на протеазы растительного происхождения - по мере его увеличения эффект присутствия нанообъектов в реакционной среде возрастает. Кроме того, был подтвержден вывод, сделанный на основании результатов первой серии экспериментов: в зависимости от концентрации наночастицы оксидов никеля и меди могут проявлять как положительное, так и отрицательное влияние на протеолитическую активность светлого ячменного солода.

Авторы

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

Житков Владимир Владимирович, магистрант;

Орлов Илья Андреевич, студент;

Словецкий Станислав Александрович, студент

Московский государственный университет пищевых производств,

125080, Россия, г. Москва, Волоколамское ш., 11,

[email protected], [email protected],

[email protected], [email protected]

The Influence of Copper and Nickel Oxide Nanopreparations on the Proteolytic Activity of Light Barley Malt

Key words

nanopreparations of copper and nickel oxides; nanotechnologies; proteolytic activity; light barley malt enzymes.

Abstract

The article continues a series of publications devoted to the study of nanoparticles and nanopreparations effect on raw materials, auxiliary materials and technological processes of fermentation productions, particularly brewing. The results of experiments to determine the dependence of light-colored barley malt proteases activity in the extract from the grain of the concentration of nickel and copper oxides of nanopreparations which are contain in the model reaction medium are presented; the concentrations of nanopreparations were varied in the range of 0.1 to 2.0 mg/cm3 of the reaction medium. Concentrations of nanopreparations in the presence of which a weak positive effect was observed are given. It was found that an increase of the content of nanoparticles of both types led under conditions of experiments to a decrease in the proteolytic activity of malt extracts by 20-30 % compared to the control variant, the reaction medium of which did not contain nanopreparations. The results of experiments to determine the effect of the duration of light-colored barley malt proteases and of copper and nickel oxides nanoparticles contact in the reaction medium on the change in the concentration of amine nitrogen as a substrate (gelatin) hydrolysis product, are also presented. It was found that the duration of contact is an important factor determining the effect of nanoparticles on plant protease proteases - as it increases, the effect of the presence of nanoobjects in the reaction medium increases, too. In addition, a conclusion based on the results of the first series of experiments was confirmed: depending on the concentration of nickel and copper oxides nanoparticles can exhibit both a positive and negative effects on the proteolytic activity of light barley malt.

Authors

Karpenko Dmitrij Valer'evich, Doctor of Technical Science, Associate Professor;

Zhitkov Vladimir Vladimirovich, Graduate student;

Orlov Ilja Andreevich, Student;

Sloveckij Stanislav Aleksandrovich, Student

Moscow State University of Food Productions,

11 Volokolamskoye highway, Moscow, 125080, Russia,

[email protected], [email protected],

[email protected], [email protected]

3•2018 ПИВО и НАПИТКИ 19