ТМ «Силартос»

Цель настоящей работы заключалась в исследовании влияния нанобиосеребра на прорастание зерна пшеницы и накопление в нем серебра для обеззараживания от фитопатогенов и продления срока годности продукции, получаемой из зерновых проростков

Омельченко А.В.¹, Юркова И.Н.¹, Бугара И.А.¹, Котов С.Ф.¹, Пипия О.М.^2
1 Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского, Симферополь, Украина
e-mail: nanosilver@rambler.ru
² ООО «Экохлеб-плюс», Симферополь, Украина
e-mail: odissey@ecohleb.com.ua

Исследованы различные концентрации наносеребра в водорастворимой композиции на основе альгината натрия на прорастание зерна пшеницы и накопление в нем серебра. Показано, что концентрации нанобиосеребра до 25,0 мг/л не оказывали ингибирующего действия на процессы набухания и проклевывания семян. Определен оптимальный диапазон концентраций нанобиосеребра, при которых содержание серебра в проростках пшеницы составляло от 50,0 до 100,0 мкг/кг сухого вещества.

Ключевые слова: нанобиосеребро, накопление серебра, зерно пшеницы, прорастание.

ВВЕДЕНИЕ

В последнее время широкое распространение приобрело употребление в пищу пророщенных семян различных растений, обладающих полезными свойствами. Особый интерес представляют пророщенные зерна пшеницы, занимающие важное место в пополнении организма человека ценными питательными веществами [1]. Продукция из пророщенного зерна содержит в достаточном количестве клетчатку, углеводы, витамины группы В, витамин Е, минералы в числе которых железо, цинк и селен, антиоксиданты, растительные эстрогены и другие полезные элементы, которые необходимы организму для поддержания здоровья. При регулярном употреблении хлебопродуктов из пророщенного зерна организм очищается от шлаков, канцерогенных и токсичных веществ, нормализуются обменные процессы, улучшается моторика кишечника, снижается уровень холестерина в крови и риск заболеваний сердечно-сосудистой системы [1-5].

Однако большинство ценных компонентов пророщенного зерна представляют собой богатую питательную среду для развития многих микроорганизмов, в частности плесневых грибов. Кроме того, большинство технологических линий производства зернового хлеба имеют открытую систему. Это приводит к вторичному заражению хлебопродуктов, что значительно сказывается на качестве продукции.

Известные способы замачивания зерна перед диспергированием в различных веществах антимикробного действия не всегда дают положительный эффект [6]. Споры плесневых грибов устойчивы к внешним воздействиям и могут быстро адаптироваться к таким веществам в отличие от природного антисептика – серебра, обладающего сильным бактерицидным, фунгицидным, противовирусным действием. В литературе известны примеры успешного использования «серебряной воды» в хлебопечении при изготовлении хлебобулочных изделий [7]. В отличие от ионного серебра наносеребро обладает пролонгированным действием, что не требует внесения его в больших дозах для достижения необходимого фунгицидного и бактерицидного эффекта [8].

Вода, обогащенная ионами серебра, которые выделяются с поверхности наночастиц, проникает в процессе набухания зерна сквозь его оболочку, насыщая зерновую массу ионами серебра, особенно внешние слои зерна. Присутствие серебра в пищевых продуктах позволяет уничтожить многие болезнетворные бактерии и плесневые грибы. При этом серебро в концентрации 0,05-0,1 мг/л не наносит вред организму человека. Вместе с тем известно лечебно-профилактическое действие малых доз серебра, ежедневно поглощаемых человеком [9-12].

Цель настоящей работы заключалась в исследовании влияния нанобиосеребра на прорастание зерна пшеницы и накопление в нем серебра для обеззараживания от фитопатогенов и продления срока годности продукции, получаемой из зерновых проростков.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объектом для проведения исследований служили зерно пшеницы Triticum aestivum L. и водорастворимая бактерицидная нанобиокомпозиция серебра. При синтезе нанобиокомпозиции серебра использовали нитрат серебра («ч.д.а.») и альгинат натрия (натриевая соль альгиновой кислоты, BioChemika). Все растворы готовили на бидистиллированной воде. Фотовосстановление катионов Ag+ проводили на воздухе при температуре 20 °C в колбах объемом 100 мл, изготовленных из пирексового стекла. В качестве источника света использовали ртутную лампу высокого давления ДРШ-250 [13, 14].

Эксперименты проводили согласно описанию технологического процесса производства зернового хлеба из проросшего зерна пшеницы в лабораторных условиях и на базе ООО «Экохлеб-плюс».

Зерно пшеницы предварительно промывали, насыпали в кюветы по 300 г и заливали 600 мл водопроводной водой (контроль) и растворами нанобиосеребра с концентрацией 0,05; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 10,0; 15,0; 20,0 и 25,0 мг/л по серебру, при этом над поверхностью зерна слой раствора составлял 1-2 см. Процесс набухания проводили в течение 24 ч при температуре воды 22 °C. Затем раствор сливали, а набухшее зерно проращивали в течение 10 ч при той же температуре. На протяжении всего процесса проращивания через каждые 2 часа отбирали по 100 семян и подсчитывали количество проклюнувшихся. По истечении процесса проращивания зерно высушивали в сушильном шкафу при температуре 105 °C в течение 10 ч. Затем из каждого варианта отбирали по 50 г сухого зерна и измельчали в гомогенизаторе.

Содержание серебра в биомассе пшеницы определяли методом атомно-абсорбционной спектроскопии (Сатурн-4 ЭПАВ). Для определения содержания серебра отбирали по 10 г измельченной биомассы. Определение серебра проводили после озоления в течение 10 ч в муфельной печи при температуре 400-450 °C. Дальнейший анализ проводили с электротермической атомизацией.

Укрупненный эксперимент был проведен в условиях производства ООО «Экохлеб-плюс» по схеме: контроль (без серебра), замачивание зерна в растворах нанобиосеребра 0,2 и 0,3 мг/л в трехкратной повторности. В каждом варианте было взято по 5 кг зерна.

Для определения заражения зернового хлеба спорами плесневых грибов готовая продукция, упакованная в пищевую пленку, помещалась в термостат при температуре 25 °C на 3 суток по ГОСТу [15].

Полученные данные обработаны стандартными методами математической статистики с использованием компьютерных программ Microsoft® Excel 2007 и Statistica v.6.0. Stat Soft Inc.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Процесс проращивания зерна включал два этапа: набухание (замачивание в воде) и проклевывание.

Процесс набухания необходим для активации ферментов и создания условий для биохимических реакций, так как сухие семена содержат только связанную воду [16]. В связи с этим, учитывая особую значимость процесса набухания, первоначальная задача заключалась в исследовании влияния различных концентраций нанобиосеребра на этот процесс (рис. 1).

Рис. 1. Влияние различных концентраций нанобиосеребра на набухание зерна пшеницы.

Как видно из результатов, приведенных на рисунке 1, значительное увеличение влажности семян наблюдалось до 16 ч во всех вариантах опыта, что соответствует максимальной ферментативной активности [17]. Таким образом, нанобиосеребро в концентрации 0,5-25,0 мг/л не оказывало угнетающего действия на процесс набухания семян. Результаты исследований показали, что нанобиосеребро в высоких концентрациях не оказывало ингибирующего действия на процесс проклевывания семян, что важно для технологии получении зернового хлеба в промышленных условиях (табл., рис. 2).

Таблица Влияние различных концентраций нанобиосеребра на проклевывание зерна пшеницы

Рис. 2. Внешний вид проклюнувшихся семян пшеницы (10 часовая экспозиция).

Как видно из приведенных результатов, нанобиосеребро в широком интервале концентраций (0,5-25,0 мг/л) не оказывало ингибирующего действия на процессы набухания и проклевывания зерна пшеницы, используемого для производства зернового хлеба.

Содержание серебра в питьевой воде регламентировано СанПиН 2.1.4.1074-01. «Питьевая вода». В этих нормативах содержание серебра в форме нитрата в питьевой воде ограничено концентрацией 0,05 мг/л [18].

По литературным данным безвредная и лечебно-профилактическая концентрация ионов серебра в воде составляет 0,05-0,1 мг/л [7]. Поэтому основная задача исследований заключалась в определении концентрации нанобиосеребра в растворах для замачивания зерна, при которой сорбция серебра в зерне не превышала 0,1 мг/кг готовой продукции.

Исследования содержания серебра в зерне после замачивания в растворах нанобиосеребра проводили в два этапа. На первом этапе концентрации нанобиосеребра составляли 5,0-25,0 мг/л. Полученные данные показали, что даже при минимальной концентрации нанобиосеребра 5,0 мг/л наблюдалось высокое содержание серебра в биомассе (1,03 мг/кг) (рис. 3, а).

Рис. 3. Сорбционная емкость проклюнувшихся семян пшеницы в зависимости от концентрации нанобиосеребра: а) 0,2-1,0 мг/л (по серебру); б) 5,0-25,0 мг/л (по серебру).

Поэтому на следующем этапе исследований концентрации нанобиосеребра при замачивании зерна были значительно снижены до 0,2-1,0 мг/л. При этом накопление серебра в зерне составляло 0,06-0,3 мг/кг сухой биомассы (рис. 3, б). По результатам сорбции серебра в биомассе проклюнувшихся семян видно, что для достижения концентрации серебра 0,1 мг/кг необходимо замачивание зерна в растворе нанобиосеребра с концентрацией 0,3 мг/л.

При замачивании зерна в растворе нанобиосеребра с концентрацией 0,3 мг/л в условиях укрупненного производственного эксперимента в готовой продукции, упакованной в пищевую пленку в условиях термостатирования при температуре 25 °C образование колоний плесневых грибов наблюдалось на 5 сутки, в то время, как в контрольном варианте (без добавления нанобиосеребра) – на 3 сутки.

В качестве альтернативного варианта получения продукта с антимикробными свойствами поверхность готовой продукции обрабатывали спреем нанобиосеребра в количестве, не превышающем 0,1 мг/кг готовой продукции: контроль (без серебра), 2 мл раствора нанобиосеребра с концентрацией 4,0 мг/л (соответствует 50 мкг/кг) и 2 мл с концентрацией 8,0 мг/л (соответствует 100 мкг/кг) (рис. 4).

Рис. 4. Внешний вид зернового хлеба после поверхностной обработки спреем нанобиосеребра (5 сутки при температуре 25 °C): а) контроль (без Ago); б) 50 мкг/кг Ago; в) 100 мкг/кг Ago.

Таким образом, показана возможность получения готовой продукции из пророщенного зерна, обладающей антимикробными свойствами, путем поверхностной обработки спреем нанобиосеребра.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы выражают благодарность сотрудникам ООО «Экохлеб-плюс» за помощь в проведении экспериментов в производственных условиях.

ВЫВОДЫ

1 — Впервые исследовано влияние водорастворимой композиции нанобиосеребра на прорастание зерна пшеницы. Показано, что высокие концентрации нанобиосеребра (до 25,0 мг/л) не оказывают ингибирующего действия на процессы набухания и проклевывания семян.

2 — Определен оптимальный диапазон исходных концентраций нанобиосеребра, при которых содержание серебра в проростках пшеницы составляло от 0,05 до 0,1 мг/кг сухого вещества.

3 — Исследована возможность получения готовой продукции с антимикробными свойствами путем обработки ее поверхности спреем нанобиосеребра.

Список литературы:

1. Чубенко Н. Т. Применение зерна в хлебопечении / Н. Т. Губенко // Хлебопечение России. – 2004. – № 6. – С. 20.

2. Шаскольский В. Проростки – источник здоровья / В. Шаскольский, Н. Шаскольская // Хлебопродукты. 2005. – № 4. – С. 56-57.

3. Козубаева Л. А. Хранение и переработка сельхозсырья / Л. А. Козубаева, С.С. Кузьмина. – 2005. – № 5. – С. 49-50.

4. Лобачев Е. М. Как приготовить хлеб из пророщенной пшеницы / Е. М. Лобачев // Зерновое хозяйство. – 2003. – № 5. – С. 28-32.

5. Эльберт Г. К. Животворное зерно и хлеб / Г. К. Эльберт, Л. Г. Колесова // Хлебопродукты. – 1993. – № 7. – С. 34-35.

6. Горячева А. Ф. Сохранение свежести хлеба / А. Ф. Горячева, Р. В. Кузьминский. – М. : Легкая и пищевая промышленность, 1983. – 239 с.

7. Пат. 2058080 Россия, МКИ6 А 21 D 13/02. Способ производства зернового хлеба / Коротков Ю.А., Коваль И. В., Коваль Д. И. ; заявитель и патентообладатель Коротков Ю. А., Коваль И. В., Коваль Д. И. – № 930187313 ; заявл. 12.04.93; опубл. 20.04.96.

8. Бактерицидные и каталитические свойства стабильных металлических наночастиц в обратных мицеллах / Е. М. Егорова, А. А. Ревина, Т. Н. Ростовщикова [и др.] // Вестн. Моск. ун-та. Сер.2. Химия. – 2001. – Т. 42. – № 5. – С. 332-337.

9. Кульский Л. А. Серебряная вода / Л. А. Кульский. – Киев : Наукова думка, 1987. – 138 с.

10. Furr J. R. Andrews A Antibacterial activity of Actisorb Plus, Actisorb and silver nitrate / J. R. Furr, A. D. Russel, T. D. Turner // J. Hosp Infect. – 1994. – V. 27, No 3. – P. 201-208.

11. Thomas S. A comparison of the antimicrobial effects of four silver-containing dressings on three organisms / S. Thomas , P. McCubbin // J Wound Care. – 2003. – V. 12, No 3. – Р. 101-107.

12. Rasmussen S. B. Silver nanoparticles as a new generation of antimicrobials / S. B. Rasmussen, L. S. Reinert, S. R. Paludan // Biotechnol Adv. – 2009. – V. 27, No 1. – P. 76-83.

13. Пат. 10539 Украина, МКИ7 А 61 К 33/38, А 61 К 31/715. Способ получения водорастворимой бактерицидной композиции, содержащей наночастицы серебра / Юркова И. Н., Эстрела-Льопис В. Р., Рябушко В. И., Рябушко Л. И. ; заявник та власник патенту Таврійський національний університет імені В. І. Вернадського. – № u2001128682 ; заявл. 13.05.05 ; опубл. 15.11.05. Бюл. № 11.

14. Пат. 46366 Украина, МПК (2009) А 61 К 33/38, А 61 К 31/726. Спосіб отримання водорозчинної бактерицидної композиції, що містить наночастинки срібла / Юркова І. М., Рябушко В. І., Пархоменко Н. А. ; заявник та власник патенту Таврійський національний університет імені В. І. Вернадського. – № u200901632 ; заявл. 12.05.09; опубл. 25.12.09. Бюл. № 24.

15. ГН 4.4.2.094-2002. Тимчасові гігієнічні нормативи вмісту мікроорганізмів в хлібі та хлібобулочних виробах. – Введ. 25.07.2002.

16. Обручева Н. В. Физиология инициации прорастания семян / Н. В. Обручева, О. В. Антипина // Физиология растений. – 1997. – Т. 44. – № 2. – С. 287-302.

17. Рогожин В. В. Физиолого-биохимические механизмы прорастания зерновок пшеницы / В. В. Рогожин, Т. В. Рогожина // Вестник Алтайского аграрного университета. – 2011. – № 8 (82). – С.17-21.

18. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. СанПиН 2.1.4.1074-01.

УДК 633/635:58 Омельченко А.В., Юркова И.Н., Бугара И.А., Котов С.Ф., Пипия О.М. Исследование влияния нанобиосеребра на прорастание зерна пшеницы и накопление в нем серебра // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия: биология, химия. – 2013. – Т. 26 (65), №1. – С. 146-152.