Повышение биологической безопасности зернового сырья с использованием наночастиц серебра

 

Quality and biosafety of food products is directly related to the ecology of production processes determined by the microbiological conditions of the raw materials. The statement given is also applicable for the fermentation technology that is generally contaminated through the utilized grain. Microbial infections lower the grain quality, increase the losses, release toxins into the product, and decrease yeast activity. The demand in development of new effective ways to improve biosafety of fermentation industry products brought about a new solution of this problem by means of grain decontamination using silver nanoparticles. Current field of research complies with modern trends in scientific and technological development of Russia.

Keywords:biosafety, nanoparticlesilver, grain

 

Среди приоритетов развития в соответствии с Государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013–2020 годы — экологическая безопасность сельскохозяйственной продукции и продовольствия [1].

Бродильные производства используют большие объемы зерновых ресурсов: ячменя, пшеницы и др., например, в 2014 г. для выработки 760 334 млн дал пива было использовано 1073 тыс. т солода, на производство которого израсходовано 1263 тыс. т пивоваренного ячменя [2]. Принимая во внимание значительные потери зерна при хранении — до 30 % за счет развития возбудителей болезней в послеуборочный период — как бактерий, так и мицелиальных грибов, а также тот факт, что многие из последних токсигенные, особое внимание следует уделять разработке современных методов обработки зерна для повышения экологической безопасности пива и других напитков, произведенных из него.

В январе 2014 г. Председателем Правительства Российской Федерации утвержден долгосрочный Прогноз научно-технологического развития России на период до 2030 г. (разработан Минобрнауки РФ, резолюция № ДМ-П8–5 от 3.01.2014), в котором среди семи приоритетных направлений определены два: «Биотехнологии» и «Новые материалы и нанотехнологии».

В приоритетном направлении № 4 «Новые материалы и нанотехнологии» предусматривается расширение применения наноразмерных материалов в различных отраслях и комплексах, в том числе в пищевой промышленности; а перспективными направлениями научных исследований № 2 «Биотехнологии» определены пищевые биотехнологии, в которых отмечена необходимость обеспечения безопасности пищевых продуктов, переработки пищевого сырья и отходов. Среди ожидаемых результатов — микробные консорциумы с заданными свойствами и оптимизированными технологическими характеристиками, а также биотехнологические процессы получения полезных ингредиентов из малоценных продуктов переработки растительного сырья.

Потребность в разработке новых эффективных методов повышения биологической безопасности продукции бродильных производств привела к решению проблемы за счет снижения микробиологического заражения зернового сырья.

Известно много способов деконтаминации: (обработка кислотам, щелочами, газами, дезинфектантами). Для консервирования влажного зерна широко применяют низкомолекулярные жирные кислоты — пропионовую, уксусную, муравьиную и сорбиновую [3]. Учитывая результаты развития науки и технологий, представляет интерес использовать новые технологические решения в целях повышения биологической безопасности. Современным способом антимикробной обработки можно назвать применение серебра в виде наноразмерных частиц (НЧС).

Для проведения испытаний зерна ячменя и пшеницы обрабатывали раствором препарата НЧС на основе гуммиарабика методом распыления. Внешние микроорганизмы зерна определяли методом смыва и высева на элективные питательные среды. Основные показатели микробиологической безопасности зерна установлены ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции». Один из определяемых показателей — наличие мицелиальных грибов (плесеней) в единице массы зерна. Так как мицелиальные грибы более устойчивы к воздействию НЧС [4], оптимальную концентрацию препарата подбирали на основе ингибирующего эффекта по отношению к ним.

Микробиологический контроль образцов пшеницы и ячменя показал, что в зерне, не прошедшем обработку препаратами НЧС, концентрация микроорганизмов превысила максимально допустимые показатели, причем количество бактерий увеличилось на порядок, а мицелиальных грибов — на 36 %, а в обработанном НЧС, было соответсвие нормам ТР ТС 021/2011 (таблица 1).

 

Таблица 1

Микроорганизмы зерна, подвергшихся хранению при 20 оС и 30оС («ускоренное» хранение), обработанного и необработанного препаратами НЧС

Образец зерна	Мицелиальные грибы, КОЕ/ г			КМАФАнМ, КОЕ/г			БГКП (колиформы), КОЕ/ г
	Характеристики, нормируемые ТР ТС 021/2011
	50			5·103			не допускается в 0,1 г
	пшеница	ячмень	пшеница		ячмень	пшеница		ячмень
Исходное зерно – контроль	49	42	4,5·103		3,9·103	не обнаружено
Исходное зерно, обработанное НЧС	47	41	2,4·103		2,1·103	не обнаружено
Хранение при t=30 oC — контроль	67	60	4·104		3,3·104	не обнаружено
Хранение при t=30 oC — обработка НЧС	48	43	2,7·103		2,3·103	не обнаружено

 

Основываясь на результатах экспериментов, можно сделать вывод, что внесение в зерновую массу препарата НЧС позволяет предотвратить развитие микробной контаминации, повысить срок хранения и качество зерна. Обработанное зерно можно применять, например, в технологии спиртового производства, так как процесс ректификации при получении этилового спирта позволит предотвратить попадание НЧС в конечный продукт.

В случае использования обработанного НЧС ячменя для солодоращения или в качестве несоложеного сырья при получения пивного сусла требуется провести дополнительную подготовку зерна для удаления НЧС и снижения вероятности попадания в пиво.

Таким образом, учитывая повышенное внимание, уделяемое в последнее время в Российской Федерации экологизации промышленности и внедрению новейших биотехнологий в производственные процессы, повышение биобезопасности зерна, как одного из основных растительных ресурсов пищевых производств, является актуальной задачей современной биотехнологической отрасли.

 

Литература:

 

1.                Постановление Правительства Российской Федерации от 15 июля 2013 г. № 598 о федеральной целевой программе «Устойчивое развитие сельских территорий на 2014–2017 годы и на период до 2020 года» [Электронный ресурс] / Минсельхоз России. — 2014. — Режим доступа: http://www.mcx.ru/documents/file_document/v7_show/25186.342.htm

2.                  Производство солода в России с 2006 г. по май 2015 г. [Электронный ресурс] / Официальный сайт Национального Союза производителей пивоваренного ячменя и солода. — 2015. — Режим доступа:http://barley-malt.ru/?p=15157

3.                Смирнова, Т. А. Микробиология зерна и продуктов его переработки / Т. А. Смирнова, Е. И. Кострова. — М.: Агропромиздат, 1989. — 159 с.
4.                Size-dependent toxicity of silver nanoparticles to bacteria, yeast, algae, crustaceans and mammalian cells in vitro / A. Ivask, I. Kurvet, K. Kasemets и [др.] // PloS one. — 2014. — Т. 9. — №. 7. — С. 102–108.