Влияние наночастиц серебра на пивные дрожжи

ТЕХНОЛОГИЯ'

УДК 663.45:669.22

Влияние

наночастиц серебра на пивные дрожжи

Д. В. Карпенко, д-р техн. наук, доцент;

Ю. А. Уваров, аспирант; Л. Н. Шабурова, канд. техн. наук, доцент Московский государственный университет пищевых производств

Ключевые слова: наночастицы серебра; развитие дрожжевой популяции; сбраживание пивного сусла. Keywords: fermentation of beer wort; silver nanoparticles; the development of yeast populations.

Сегодня во всем мире интенсивно развиваются технологии, основанные на применении наночастиц и наноматериалов, позволяющие эффективно решать различные задачи во многих отраслях промышленности и сельского хозяйства [1]. При этом установлено, что наночастицы в процессе их применения или по завершении такового при использовании готовой продукции могут попадать в окружающую среду и, следовательно, накапливаться в сырье различных производств.

В настоящее время влияние наночастиц на различные биообъекты точно не определено, по этому вопросу высказываются различные, в том числе противоположные, мнения. В научной литературе, за редкими исключениями [2], практически не представлена информация о безопасности наночастиц и нано-материалов в пищевых, в частности, в бродильных производствах. Вследствие этого представляется актуальным изучить влияние наночастиц на технологические процессы пивоварения, в первую очередь на те, которые базируются на использовании различных биологических и биохимических объектов.

На первом этапе наших исследований было решено изучить влияние наночастиц серебра, так как, с одной стороны, абиотические свойства различных форм серебра давно известны, а с другой — сегодня на-носеребро активно применяется в промышленном масштабе при производстве разнообразной продукции.

Для качественной и количественной характеристики искусственных наноматериалов в составе пищевой продукции разработано определенное число аналитических методов [3], однако единой методики для определения не существует [4], поэтому влияние наночастиц серебра оценивали по изменению физико-химических и микробиологических характеристик технологических сред, в которые эти частицы вносили в определенных концентрациях.

В экспериментах использовали серебросодержащий препарат «Ар-говит» («Витар») ветеринарного назначения, производитель ЗАО «Вектор-бест» (г. Новосибирск), в котором наночастицы серебра стабилизированы медицинским поли-винилпирролидоном.

В качестве объекта воздействия наночастиц серебра на первом этапе

Таблица 1

Вариант Концентрация наносеребра, мкг/см3 Количество клеток дрожжей в 1см3 х 106 начальное после 7 сут 0 1 Концентрация РВ, % День брожения 2 3 4 5 7

1 0 (контроль) 9,0 18,0 4,52 4,26 3,96 3,76 3,60 3,32 3,14

2 32,0 10,0 12,5 4,64 4,62 4,50 4,46 4,56 4,50 4,44

3 0,4 9,0 18,5 4,42 4,14 3,92 3,78 3,66 3,50 3,32

4 0,2 8,5 19,0 4,42 4,14 3,90 3,70 3,50 3,06 2,86

работы были выбраны сухие пивные дрожжи расы S 23.

Для изучения влияния наночастиц серебра на развитие дрожжевой популяции был проведен следующий эксперимент. В качестве питательной среды использовали модельную среду — 5%-ный раствор глюкозы, который подвергали дробной стерилизации. Такую среду засевали сухими дрожжами из расчета 50 мг на 100 см3 раствора глюкозы. В этом эксперименте дрожжи не подвергали предварительной гидратации и / или разбраживанию для обеспечения более однородных стартовых условий опытов и экспериментов. Было сформировано несколько вариантов с разной концентрацией наночастиц серебра (табл. 1).

Процесс культивирования проводили при 28 °С в течение 7 сут. Накопление биомассы дрожжевой популяции проверяли непосредственным контролем в камере Горяева (см. табл. 1).

Приведенные результаты убедительно доказывают выраженное негативное воздействие наночастиц серебра в концентрации 32 мкг / см3 на развитие дрожжевой популяции. Так, в варианте с указанной концентрацией наносеребра в питательной среде прирост дрожжевых клеток за 7 сут культивирования составил всего 25 %, тогда как в контроле, не содержавшем наночастиц, он равнялся 100%. При этом в контроле было утилизировано 30,5% глюкозы от ее исходного содержания в питательной среде, тогда как в варианте с 32 мкг наносеребра на 1 см3 питательной среды концентрация глюкозы снизилась менее чем на 4,5 %.

Данные табл. 1 позволяют предположить, что присутствие на-носеребра в концентрациях 0,2 и 0,4 мкг/см3 не оказывает отрицательного воздействия на клетки дрожжей. Однако результаты проведенных нами экспериментов свидетельствуют о некотором ухудшении состояния дрожжевых популяций даже в присутствии невысоких концентраций наночастиц серебра.

В следующем эксперименте определяли влияние наносеребра на сбраживание дрожжами пивного сусла. Для этого готовили 11%-ное пивное сусло из концентрата Finlandia lager так, чтобы получить три равных объема (500 см3) с различным содер-

32 ПИВО и НАПИТКИ 6•2011

жанием наночастиц серебра: 0 (контроль), 1,6 и 32,0 мкг / см3 (табл. 2). Минимальная концентрация нано-серебра была выбрана выше, чем в предыдущем эксперименте, для того чтобы их потенциальное негативное влияние было более выраженным и определялось достовернее. Каждый вариант засевали сухими дрожжами из расчета 1 % к объему сусла. В сусле определили сухие вещества (СВ, рефрактометрически), редуцирующие вещества (РВ, по методу с динитросалициловой кислотой), аминный азот (АА, по числу карбоксильных групп), а также титр дрожжевых клеток (^о6щ, подсчетом в камере Горяева) сразу после засева.

Процесс брожения проводили при 12.. .14 °С в течение 7 сут. Результаты эксперимента приведены на рисунке и в табл. 3. В трех изучаемых вариантах начальные условия брожения были идентичными или очень близкими, за исключением содержания наночастиц серебра, что, по нашему мнению, позволяло более объективно оценить характер влияния последних на процесс брожения.

Оценивая динамику накопления дрожжевой биомассы (см. рисунок), можно заключить, что наночастицы серебра обладают выраженным негативным воздействием на развитие дрожжевой популяции в процессе главного брожения. Так, в условиях эксперимента за 7 сут сбраживания прирост общего числа дрожжевых клеток в варианте 1 (содержание наносеребра 32,0 мкг/см3) составил всего 29,2%, в варианте 2 (содержание наносеребра 1,6 мкг/см3) — 95,5%, тогда как в варианте 3 (контроль, без наночастиц серебра) увеличение этого показателя составило 132,6%.

Далее сопоставляли аналитические показатели процесса брожения и готового сусла. Концентрацию этанола в образцах сусла в ходе брожения измеряли ускоренным методом, а по окончании процесса, на 7-е сутки, в молодом пиве определяли содержание этанола и действительный экстракт дистил-ляционным способом. Этиловый спирт в варианте 1, с наибольшей из рассмотренных концентрацией наносеребра, накапливался с низкой интенсивностью. Концентрация этанола в молодом пиве этого вариан-

ТЕХНОЛОГИЯ!

Таблица 2

Вариант Концентрация наносеребра, мкг/ см3 СВ, % РВ, % АА, мг/см3

1 32,0 11,2 7,3 0,865

2 1,6 11,2 7,3 0,857

3 0 (контроль) 11,2 7,3 0,868

Таблица 3

Вариант Концентрация наносеребра, мкг/ см3 2 сут 3 сут 4 сут 7 сут (дист.) ДЭ, мас. %

1 32,0 0,558 0,684 0,938 0,883 9,618

2 1,6 0,608 0,989 1,546 2,448 5,2215

3 0 (контроль) 0,811 1,141 1,648 2,645 5,230

Время брожения, сут

Накопление биомассы дрожжей

та равнялась 33,4% от количества, накопленного в контроле. В то же время в варианте 2 было накоплено почти такое же количество этилового спирта, как и в контроле, хотя сбраживание в этом варианте шло медленнее, чем в варианте 3.

Значения действительного экстракта в образцах молодого пива подтвердили выводы — в первом варианте величина этого показателя снизилась по сравнению с плотностью начального сусла очень незначительно.

По нашему мнению, наночастицы серебра проявляют выраженное негативное воздействие на дрожжи и их бродильную активность. В случае расширения применения препаратов наносеребра для решения различных задач и при повышении концентрации таких частиц в окружающей среде и сырье бродильных производств перед технологом пивоваренного производства может встать задача по контролю содержания наносеребра и, возможно, снижению его содержания. Кроме того, полученные результаты сде-

лали целесообразным продолжение изучения влияния наночастиц серебра на другие виды сырья и процессы пивоваренного производства. О результатах таких исследований будет сообщено позднее.

ЛИТЕРАТУРА

1. Mp://www.membrana.ru / particle /13 527.

2. Влияние препаратов наночастиц металлов на микрофлору непастеризованного пива: сб. материалов Инновационного форума пищевых технологий, посвященного юбилею МГУПП/отв. ред. Л. А. Каплин. — М.: ИК МГУПП, 2010. — С. 79-81.

3. Суздалев, И. П. Нанотехнология. Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов/И. П. Суздалев. — М.: Книжный дом «Либроком», 2009. — 592 с.

4. Современное состояние метрологии в сфере наноматериалов и нанообъектов для пищевой промышленности: сб. материалов Инновационного форума пищевых технологий, посвященного юбилею МГУПП/отв. ред. Л. А. Каплин. — М.: ИК МГУПП, 2010. — С. 19-22. &

6 • 2011 ПИВО и НАПИТКИ 33