Экологическая составляющая применения модифицированных латексных покрытий в пищевой промышленности

УДК 667.613.5

Экологическая составляющая

применения модифицированных латексных покрытий в пищевой промышленности

Ю. В. Фролова

Московский государственный университет пищевых производств

Использование полимерных материалов и покрытий в пищевой промышленности определяется не только их свойствами обеспечивать качество и безопасность упакованной продукции, но и способностью после использования ассимилироваться в окружающей среде, не нанося ей вред. В настоящее время для придания упаковке специфических свойств используются достижения нанотехнологии. Наибольшую популярность в области создания упаковки получили полимерные материалы, модифицированные наночастицами серебра [1-3].

После использования такая упаковка чаще всего не перерабатывается, а утилизируется вместе с пищевыми отходами. Наночастицы серебра обладают определенным комплексом антимикробных свойств по отношению к большому количеству вирусов и микроорганизмов [4, 5], поэтому попадание такой упаковки в почву может нанести вред. В данной работе рассматривалась способность к деструкции по-

лимерного покрытия, полученного из водной дисперсии полимеров, модифицированной наночастицами серебра, под воздействием микроорганизмов.

Процесс деструкции полимерных упаковочных материалов может осуществляться несколькими путями в зависимости от их химических и физических свойств, а также условий окружающей среды и наличия специфических микроорганизмов. Особыми преимуществами обладают микроскопические грибы, которые быстро адаптируются к субстратам, способны формировать биопленки и внедряться вглубь материала, приводя к разрушению его целостности [6]. Развиваясь на поверхности упаковки, грибы способны синтезировать органические кислоты, гидролитические и окислительные ферменты, вызывающие деструкцию материала.

В лабораторных условиях проведены исследования влияния модификатора на биодеструкцию антимикробного латексного покрытия, содержащего наночастицы серебра,

в зависимости от характера загрязнения. Оценку способности к деструкции полимерных материалов и покрытий, согласно литературным данным, целесообразно проводить с использованием грибов ДБСотусо1а [7]. В качестве тест-культуры для исследований использовали штамм гриба ТпсИос1егта у1пс1е в1-3 из коллекции культур ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств».

Испытания заключались в выдержке исследуемого материала, зараженного спорами грибов, в условиях, оптимальных для их развития. При этом проводили параллельные исследования процесса деструкции материала под воздействием гриба Т. у1пс1е в зависимости от характера загрязнения. В первом случае зараженный спорами материал помещался в среду, практически полностью исключающую загрязнение материала; во втором случае среда имитировала наличие минеральных загрязнений на материале; в третьем случае, материал, зараженный спорами, помещался в условия, имитирующие наличие на поверхности как минерального, так и органического загрязнения. Выбор таких условий исследования позволяет более полно изучить процесс деструкции материала под воздействием выбранной тест-культуры.

Оценку деструкции полимерных материалов оценивали по степени развития гриба на поверхности исследуемого материала и по изменению его прочностных характеристик. Максимальное время экспозиции для оценки развития культуры составляло 28 сут, для исследования изменения прочностных характеристик - 84 сут.

Результаты исследования развития гриба на поверхности пленки, в условиях, имитирующих отсутствие посторонних загрязнений, представлены на рис. 1.

Развитие культуры происходит только за счет питательных веществ, содержащихся в материале. На 14-е сутки экспозиции наблюдали развитие мицелия на всей поверхности контрольных и опытных образцов, что может свидетельствовать о наличии веществ в материале, способствующих его росту, и, следовательно, отсутствие подавления роста на опытных образцах, содержащих наночастицы серебра. Увеличение времени эксперимента до 28 сут приводит к остановке развития культуры как в контрольном,

QUALITY AND SAFETY

а б

Рис. 2. Степень развития тест-культуры на поверхности контрольного (а) и опытного (б) материала через 28 сут экспозиции

а б

Рис. 3. Степень развития тест-культуры на поверхности контрольного (а) и опытного (б) материала через 14 сут экспозиции

так и в опытном образцах, за счет отсутствия достаточного количества питательных веществ. Исследования изменения прочностных характеристик показали, что у образцов материала, выдержанного в течение 84 сут под воздействием тест-культуры и повышенной влажности, ухудшились деформационно-прочностные показатели.

Анализ степени развития гриба на поверхности материала в условиях, имитирующих наличие минеральных загрязнений на поверхности исследуемого материала, показал, что рост тест-культуры происходит на протяжении всего времени экспозиции. Полученные данные представлены на рис. 2.

Во втором случае, когда развитие гриба происходит за счет наличия минеральных солей и питательных веществ пленки, отмечается значительный рост культуры на протяжении времени экспозиции. Наблюдается образование спор на 28-е сутки. В результате исследования изменения деформационно-прочностных характеристик контрольных и опытных образцов было установлено, что показатель относительного удлинения при разрыве снижается

в 10 раз, при этом разрушающее напряжение при разрыве повышается. Это свидетельствует об изменении структуры материала под воздействием гриба Т. утСе, материал становится менее эластичным и более прочным. Идентичные изменения происходят как в образцах материала, не содержащего модификатора, так и в опытных образцах.

В третьем случае развитие гриба происходит за счет наличия минеральных и органических веществ, а также питательных веществ пленки. На рис. 3 представлены фотографии поверхности контрольных и опытных пленок на 14-е сутки экспозиции.

Развитие тест-культуры в третьем случае происходит интенсивнее на поверхности как контрольных, так и опытных образцов по сравнению с развитием гриба на поверхности пленки в первых двух случаях. Отмечено, что через 30 сут экспозиции все образцы стали хрупкими и разрушались от любого механического воздействия. На 84-е сутки наблюдалось прорастание гриба сквозь исследуемые образцы, а также распад материала на фрагменты.

Таким образом, в результате исследований было установлено, что модифицированное латекс-ное покрытие, предназначенное для контакта с пищевыми продуктами, подвержено деструкции под воздействие гриба Trichoderma viride. В ходе исследования установлено, что независимо от природы загрязнения поверхности модифицированный материал подвержен процессам деструкции аналогично исходному материалу. Отмечено, что характер загрязнения влияет на скорость развития культуры на поверхности исследуемых пленок, а также на скорость процесса ассимиляции материала в окружающей среде. Эти наблюдения позволяют предположить, что исследуемое покрытие будет разлагаться в окружающей среде после его использования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Raheem, D. Application of plastics and paper as food packaging materials-An overview / D. Raheem // Emirates Journal of Food and Agriculture. -2012. - Т. 25. - №. 3. - С. 177-188.

2. Appendini, P. Review of antimicrobial food packaging/ P. Appendini, J. H. Hotchkiss // Innovative Food Science & Emerging Technologies. -2002. - Т. 3. - №. 2. - С. 113-126.

3. Федотова, А. В. Наномодифициро-ванное латексное покрытие для защиты колбасных изделий/А. В. Федотова, Ю. В. Фролова, О. А. Сдобникова // Мясная индустрия. - 2013. - № 10. -С. 24-26.

4. Galdiero, S. Silver nanoparticl.es as potential antiviral agents/ S. Galdiero [et al.] // Molecules. - 2011. - Т. 16. -С. 8894-8918.

5. Reidy, B. Mechanisms of silver nanoparticle release, transformation and toxicity: a critical review of current knowledge and recommendations for future studies and applications/ B. Reidy [et al.] // Materials. - 2013. - №. 6. -С. 2295-2350.

6. Gu, J. G. Methods currently used in testing microbiological degradation and deterioration of a wide range of polymeric materials with various degree of degradability: a review/J. G. Gu, J. D. Gu // Journal of Polymers and the Environment. -2005. - Т. 13. - №. 1. - С. 65-74.

7. Кураков, А. В. Разнообразие и особенности состава микроскопических грибов на синтетических полимерных материалах / А. В. Кураков, С. А. Геворкян [и др.] // Прикладная биохимия и микробиология. - М.: МГУ. -2008. - 44. - №. 2. - С. 232-235.

Экологическая составляющая применения модифицированных латексных покрытий в пищевой промышленности

Ключевые слова

деструкция; латекс; наночастицы; окружающая среда; пищевые продукты; полимерные покрытия

Реферат

В статье рассматривается способность модифицированных покрытий, полученных из водных дисперсий полимеров с нано-частицами металлов, разлагаться под воздействием микроорганизмов. Придание пищевой упаковке и покрытиям специальных свойств достигается за счет применения антимикробных добавок, антиоксидантов, ароматизаторов, пигментов и других веществ. После использования упаковка и ее компоненты должны разлагаться, не нанося вред окружающей среде. Работа выполнена в Московском государственном университете пищевых производств. Целью данной работы являлось исследование влияния модификатора на процесс деструкции латексного покрытия, содержащего наночастицы серебра, под воздействием микроорганизмов. Исследования проводились в научно-исследовательской лаборатории Московского государственного университета пищевых производств (МГУПП). Модифицированное латексное покрытие подвергали длительному воздействию гриба ТпсИоСегта у1пСе в условиях повышенной влажности (до 90%) и различного характера загрязнений материала. Определяли степень развития культуры на поверхности материала в течение 28 сут и изменение деформационно-прочностных характеристик в течение 84 сут. В результате выявлено, что на степень развития гриба ТпсИоСегта утСе не влияют содержащиеся в покрытии наночастицы серебра. Степень развития гриба в исследовании зависела от характера загрязнения покрытия. Процесс деструкции модифицированного покрытия оценивали по изменению деформационно-прочностных характеристик. Чем лучше происходило развитие гриба, тем быстрее ухудшались относительное удлинение и разрушающее напряжение при разрыве. При воздействии культуры в течение 84 сут в условиях повешенной влажности и наличия минеральных и органических веществ происходит разложение модифицированного покрытия. Установлено, что содержащиеся в покрытии наночастицы серебра не препятствуют деструкции модифицированного покрытия в окружающей среде. Исследование взаимодействия материала и гриба показывает, что наночастицы серебра, содержатся в покрытии в количествах, не влияющих на микрофлору почвы. Автор считает, что способность модифицированного латексного покрытия разрушаться под воздействием гриба ТпсИоСегта утСе является достоинством при выборе защитного полимерного покрытия из ряда аналогичных материалов.

Авторы

Фролова Юлия Владимировна,

Московский государственный университет пищевых производств, 125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, himid4@mail.ru

The Environmental Component of the Application of the Modified Latex Coating in the Food Industry

Key words

destruction; latex; nanoparticles; environment; foodstuffs; polymer coatings

Abstracts

The article deals with the ability of the modified coatings which are based on aqueous polymer dispersions with metal nanoparticles and the effect of microorganisms to degrade this kind of material. The effectiveness of combining food packaging and coating with those special properties depends on the presence of antimicrobial additives, antioxidants, fragrances, pigments, and other substances. After using, the packaging and its components must be decomposed without causing harm to the environment. Work performed at the Moscow State University of Food Production. The aim of this research is to study the effect of modifying in the process of degradation of latex coating which contains silver nanoparticles through the influence of microorganisms. The studies were conducted in the laboratory of the Moscow State University of Food Production (MGUFP). The modified latex is subjected to prolong exposure to the fungus Trichoderma viride in the conditions of high humidity (90 %) and the different characteristics of the contaminated material. Determining the degree of development of culture on the surface of the material within 28 days and the change of deformation strength characteristics within 84 days. As a result, it is found that the degree of development of the fungus Trichoderma viride does not affect silver nanoparticles which are contained in the coating. The development of the fungus in the study depends on the characteristics of contaminated coating. The process of degradation of the modified coatings is evaluated by the change of the deformation strength characteristics. It is found that the better development of the fungus, the faster deteriorate of the relational elongation and destroying strain at fractures. Impacting culture within 84 days under the condition of humidity and the presence of minerals and organic substances, modified coating is decomposed. It is found that the nanoparticles silver which are contained in the coating does not prevent the destruction of the modified coating in the environment. The study of the interaction between the material and the fungus suggests that the certain amount of silver nanoparticles which are contained in the coating does not affect the microflora soil. The author believes that the ability of the modified latex coating is destroyed by the fungus Trichoderma viride, it is an advantage when selecting protective polymer coating from a series of similar materials.

Authors

Frolova Yuliya Vladimirovna,

Moscow State Universityof Food Production , 11, Volokolamskoye Shosse, Moscow, 125080, himic14@mail.ru

I

Это интересно?

Вопросы развития сотрудничества России и Германии в АПК обсудили на выставке «Зеленая неделя 2017»

20 января 2017 г. состоялись переговоры заместителя министра сельского хозяйства Российской Федерации Евгения Громыко с министром сельского хозяйства и окружающей среды Федеральной земли ФРГ Мекленбург-Передняя Померания Тилем Бакхаусом.

Встреча состоялась «на полях» Международной сельскохозяйственной выставки «Зеленая неделя 2017» в Берлине при поддержке Германо-Российского

аграрно-политического диалога по инициативе германской стороны.

В ходе встречи стороны обсудили вопросы двустороннего сотрудничества в аграрной сфере.

Тиль Бакхаус отметил, что сотрудничество России и ФРГ в сфере сельского хозяйства обладает большим потенциалом для развития и реализации совместных проектов.

Несмотря на существующие сложно-

сти, германская сторона выступает за продолжение сотрудничества, особо отметив интерес во взаимодействии в сфере селекции и семеноводстве.

Евгений Громыко, подтвердил, что существующая ситуация требует развития сотрудничества в тех областях, на которые не распространяются ограничения, что, в свою очередь, продемонстрирует готовность работать друг с другом в существующей ситуации.

♦ ♦

г ♦

ф