В В Олішевський, А І Маринін - Антимікробний вплив препаратів наночастинок металів на мікрофлору харчових продуктів - страница 1

Страницы:
1  2  3 

rainica licprganica So

www.bioorganica.org.ua

Ukrainica Bioorganica Acta 1 (2011) 46—52

Антимікробний вплив препаратів наночастинок металів на мікрофлору харчових продуктів

В.В. Олішевський, А.І. Маринін, Ю.О. Дашковський, С.В. Ткаченко*, О.Б. Щербаков

Національний університет харчових технологій вул. Володимирська, 68, Київ-33, 01601, Україна

Резюме. Встановлено антимікробну дію препаратів наночастинок металів (ПНМ) Ag, Am, CeO2 в низьких концентраціях (0,5-7,5 мг/л) на чисті культури мікроорганізмів Escherichia coli ІЕМ-1, Bacillus subtilis БТ-2 і Saccharomyces cerevisiae ОБ-3. Визначено посилення на 1-2 порядки антимікробної дії ПНМ Ag у компо­зиції з ПНМ Au на чисті культури мікроорганізмів (В. subtilis БТ-2, S. cerevisiae ОБ-3). Встановлено трива­лу антимікробну дію ПНМ Ag на мікрофлору непастеризованого пива, зокрема зниження на 16 % бактері­альної та на 41 % дріжджової мікрофлори через 504 год (21 доба) експозиції.

Ключові слова: препарати наночастинок металів, zeta-потенціал, антимікробні властивості, контаміную-ча мікрофлора, непастеризоване пиво.

Вступ. Нині важливим напрямом дослід­і розробок у науковому просторі, що спрямовані на вирішення комплексних науко­во-технічних та технологічних завдань, є мож­ливість застосування нанотехнологій [1]. Зок­рема, у харчовій і переробній промисловості актуальними на сьогодні є пошук та розробка способів використання нанотехнологій з метою одержання харчових продуктів нового поко­ління, а також удосконалення й навіть заміни деяких способів обробки продуктів і напівпро­дуктів за умови збереження їхніх харчосмако­вих властивостей та забезпечення їхньої без­пеки. У Проблемній науково-дослідній лабора­торії Національного університету харчових технологій проводяться дослідження з вико­ристання властивостей препаратів наночасти-нок металів (ПНМ) у харчових технологіях.

Однією з основних причин інтересу науков­ців до застосування наноматеріалів є їх уні­кальні властивості, пов'язані з їх структурою:

* Corresponding author.

Tel.: +38044-2897213

E-mail address: nuftnano@ukr.net

© В.В. Олішевський, А.І. Маринін, Ю.О. Дашковський, С.В. Ткаченко, О.Б. Щербаков, 2011 наноматеріали являють собою складні об'єкти, наноструктуровані на поверхні або в об'ємі, і можуть розглядатись як особливий стан речо­вини, оскільки нанорозмірні частинки володі­ють надмірною в порівнянні з монолітними ма­теріалами енергією. Це пов'язано, в основному, з підвищеною кількістю атомів, що знаходять­ся в приповерхневих шарах, які мають зв'яз­ки, що не компенсуються, на поверхні і пору­шену симетрію в розподілі сил, що діють на них. У результаті спостерігається висока ак­тивність наночастинок до взаємодії з навко­лишнім середовищем, наприклад, прискорен­ня процесів адсорбції, іонного й атомного обмі­ну, контактної взаємодії із структурними еле­ментами [2]. Особливу увагу дослідники приді­ляють вивченню антимікробних властивостей наночастинок металів по відношенню до пато­генних і технологічно шкідливих мікроорга­нізмів [3-6].

Мета цієї роботи — дослідити антимікробну дію ПНМ на чисті культури мікроорганізмів, які є типовими контамінантами у виробництві та зберіганні харчових продуктів, і мікрофло­ру непастеризованого пива для забезпечення ефекту «холодної» пастеризації.

Рис. 1. Розподіл розмірів частинок ПНМ Ag.

Матеріали і методи. Як об'єкти досліджен­ня використовували чисті культури Escheri­chia coli IEM-1, Bacillus subtilis БТ-2, Candida scottii КБ-2, Saccharomyces cerevisiae ОБ-3, Aspergillus niger P-3, Fusarium culmorum T-7, Penicillium chrysogenum Ф-7, а також непас-теризоване пиво. У роботі застосовано ПНМ Ag, Au, CeO2 з розмірами частинок у діапазоні від 0,7 до 5 нм. Розподіл розмірів частинок і zeta-потенціалу ПНМ визначали за допомогою аналізатора розмірів частинок і zeta-потенціа-лу Zetasizer Nano ZS (Malvern Instruments Ltd, United Kingdom, сертифікований у 2011 р). Вибір дослідних ПНМ був обумовлений їхньою безпекою [6], а також ефективністю дії віднос­но штамів мікроорганізмів, яку проявляють частинки металу, що не знаходяться в наноме-тровому діапазоні [7, 8]. Більш детальний опис ПНМ наведено нижче.

Науково доведено, що олігодинамічні роз­чини срібла володіють бактерицидною, антиві-русною, вираженою протигрибковою й анти­септичною дією [9-10]. Ефективність бактери­цидної дії срібла пояснюється здатністю при­гнічувати роботу ферменту, за допомогою яко­го забезпечується кисневий обмін у найпрос­тіших організмах [11]. Можна припустити, що наночастинки срібла мають кращий бактеріо­статичний ефект, ніж олігодинамічні розчини срібла, за рахунок збільшеної питомої по­верхні самої частинки і, як наслідок, ефектив­ності взаємодії з мікроорганізмами.

Рис. 2. Розподіл Zeta-потенціалу ПНМ Ag.

У нашій роботі для дослідів використано ПНМ Ag з розмірами частинок 1,5 нм (рис. 1) та із zeta-потенціалом -2,98 мВ (рис. 2).

Відомо, що золото в різних сполуках у су­часній медицині застосовується для діагности­ки й лікування злоякісних пухлин [12]. Існує зовсім новий метод, яким передбачено введен­ня в пухлинну тканину нанорозмірних части­нок золота з подальшим впливом на них інфрачервоними променями. При цьому ракові клітини гинуть, а здорова тканина залишаєть­ся непошкодженою [13]. Наночастинки золота відрізняються високою хімічною стабільністю й унікальними каталітичними властивостями, вони добре розсіюють і поглинають світло та цілком сумісні з біологічними об'єктами.

Також у роботі застосовано ПНМ Au з роз­мірами частинок 0,7 нм (рис. 3) та із zeta-по-тенціалом -2,58 мВ (рис. 4).

Наночастинки діоксиду церію є перспек­тивним об'єктом для біологічного використан­ня, що визначається двома основними факто­рами: їх високою кисневою нестехіометрією і низькою токсичністю [14]. Перший фактор обумовлює активність наночастинок діоксиду церію в біохімічних процесах, другий забезпе­чує відносну безпеку їхнього вживання.

Для дослідів також використовували ПНМ СеО2 з розмірами частинок 5 нм (рис. 5) та із zeta-потенціалом -23,0 мВ (рис. 6).

Рис. 3. Розподіл розмірів частинок ПНМ Au.

Рис. 4. Розподіл Zeta-потенціалу ПНМ Au.

www.bioorganica.org.ua

Рис. 5. Розподіл розмірів частинок ПНМ CeO2.

Характеристику використаних ПНМ наве­дено в табл. 1.

З метою визначення антимікробних власти­востей ПНМ методом дифузії глюкозо-кар-топляний агар (ГКА) або м'ясо-пептонний агар (МПА) розливали в чашки Петрі товстим ша­ром (по 30 мл на чашку) і витримували в тер­мостаті при 30 °С упродовж доби, після чого засівали суцільним шаром суспензії (0,1 мл) добових тест-культур, вирощених на агаризо-ваних середовищах (бактерії на МПА, дріжд­жі на ГКА). Після посіву мікроорганізмів у се­редовищі стерильним свердлом робили чотири лунки діаметром 10 мм, в які вносили дослід­жувані ПНМ. Після закінчення інкубації (3-4 доби) вимірювали зони затримки росту тест-куль­тур і фіксували найменшу концентрацію ПНМ, яка спричинювала бактеріостатичний ефект.

Антимікробні властивості ПНМ у суспензії досліджуваних культур визначали за такою методикою: у вихідній суспензії досліджува­них тест-культур бактерій і дріжджів, виро­щених на агаризованих середовищах (бактерії — МПА, дріжджі — ГКА) упродовж 15, 24 і

40000С

Рис. 6. Розподіл Zeta-потенціалу ПНМ CeO2.

72 год, визначали кількість живих мікроор­ганізмів за методом Коха (колоній-утворю-вальні одиниці, КУО/мл). Потім суспензію тест-культур вносили в пробірки (3 мл), дода­вали розраховані об'єми ПНМ та витримували протягом 0; 0,5; 1 і 24 год за оптимальної тем­ператури, необхідної для росту цих культур. Після часу кожної експозиції визначали за ме­тодом Коха кількість живих мікроорганізмів. Виживання мікроорганізмів визначали як відношення кількості живих мікроорганізмів в оброблених ПНМ зразках до кількості мікро­організмів у вихідній суспензії, виражене у відсотках.

Антимікробну дію ПНМ на мікрофлору не-пастеризованого пива визначали шляхом вне­сення їх у досліджуваний зразок об'ємом 3 мл. Тривалість експозиції становила 0; 0,5; 1; 24; 168 і 504 год. Як контроль використовували пи­во без ПНМ, яке витримували в термостаті. Висів здійснювали на МПА та сусло-агарі (СА) для визначення зміни кількості бактеріальної та дріжджової мікрофлори.

Таблиця 1

Характеристика використаних ПНМ

№ ПНМ

ПНМ

Розмір частинок ПНМ, нм

Стабілізатор

Концентрація металу (сполуки), мг/мл

Відсоткове співвідношення Ag/Au, %

1

СвОг

5

HEDP (гідроксиетилен-дифосфорна кислота, 16,7)

1,67

2

СвОг

5

ПАА (поліаліламід, 7,0)

3,5

3

СвОг

5

ПАА (поліаліламід, 7,0)

2,0

4

Ag

1,5

ПВП (полівінілпіролідол)

12,5

5

Ag

1,5

ПВП (полівінілпіролідол 5,0)

1,5

6

Au

0,7

ПВП (полівінілпіролідол)

0,2

7

Ag/Au

50/50

8

Ag/Au

60/40

9

Ag/Au

80/20

Примітка: «—» — дані відсутні.

« I I (4 m >

I

I О

Q. i­V

 

 

 

19 Ik

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ш

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

Ш

 

 

el

 

 

 

ЦІ

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

и

 

 

,45

 

 

 

 

 

=

 

=

^5

Страницы:
1  2  3 


Похожие статьи

В В Олішевський, А І Маринін - Антимікробний вплив препаратів наночастинок металів на мікрофлору харчових продуктів