Дослідження ефективності застосування природного антимікробного засобу "Бетастаб" при переробленні цукрових буряків

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет харчових технологій

National University of Food Technologies

Дослідження ефективності застосування природного антимікробного засобу «Бетастаб» при переробленні цукрових буряків

Study on the effectiveness of natural disinfectant “Betastab” for sugar beet processing

Н.А. Гусятинська, Т.М. Нечипор, С.М. Тетеріна (N. Husyatynska, T. Nechipor, S. Teterina)

Abstract

The effectiveness of disinfectant “Betastab”, based on natural hop p-acids, against contaminating microflora of sugar production was studied. Gram-positive bacterial cultures of Bacillus subtilis, B. megaterium and Leuconostoc me- senteroides, yeast Saccharomyces cerevisiae, Rhodotorula glutinis, Micromycetes Endomyces lactis belonging to contaminating microflora of diffusion juice and technological water were used in the present research. The highest bactericidal effect of “Betastab” against Gram-positive bacteria was observed when the disinfectant was used at concentrations from 0.025 to 0.05% (w/v). Also the influence of disinfectant “Betastab” against microflora on diffusion juice of sugar production was studied. Addition of “Betastab” to diffusion juice ensured disinfection effect on acidogenic bacteria because of pH stabilization. It was found that the efficiency of disinfectant “Betastab” could be compared with the efficiency of other commercial biocides. The feasibility of “Betastab” application in sugar production was shown.

Key words: Diffusion juice Contaminating microflora Disinfectant Hop p-acids

Article history: Received 16.11.2016 Received in revised form 29.11.2016 Accepted 14.12.2016 Corresponding author: N. Husyatynska E-mail: npnuht@ukr.net

Анотація

У статті наведено результати досліджень ефективності дії дезінфікуючого засобу «Бетастаб» на основі натуральних f-хмелевих кислот. Дослідження проводили на чистих культурах мікроорганізмів, які належать до контамінуючої мікрофлори дифузійного соку і технологічних вод, зокрема бактерії Bacillus subtilis, B. тegatherium, Leuconostoc mesenteroides, дріжджі Saccharomyces cerevisiae, Rhodotorula glutinis, мікроміцети Endomyces lactis. У ході досліджень було встановлено високу бактерицидну дію засобу щодо грампозитивних бактерій при його використанні в концентрації 0,025-- 0,05%. Також досліджено вплив засобу «Бетастаб» на мікрофлору дифузійного соку у виробництві цукру з буряків. Отримані в ході досліджень результати свідчать про ефективність знезаражувальної дії засобу щодо кислото-утворювальних мікроорганізмів. Варто зазначити, що при використанні засобу спостерігалась стабілізація показника pH при термостатуванні проб дифузійного соку. Встановлено, що засіб «Бетастаб» конкурентоспроможний порівняно з іншим сучасними біоцидами. Результати лабораторних досліджень підтвердили доцільність використання засобу в промислових умовах.

Ключові слова: дифузійний сік, контамінуюча мікрофлора, дезінфектант, в-хмелеві кислоти.

Вступ

Постановка проблеми. Основною сировиною для виробництва білого цукру в Україні є цукрові буряки. В результаті використання сучасної збиральної техніки збільшується кількість пошкоджень поверхні коренеплодів, що призводить до зменшення терміну зберігання буряків через розвиток слизистого бактеріозу та кагатної гнилі [9]. При переробці цукрових буряків низької якості знижується якість стружки та ефективність вилучення сахарози, збільшується ступінь інфікування дифузійного апарата, де відбувається швидкий розвиток мікроорганізмів, продукти життєдіяльності яких негативно впливають на роботу всіх подальших стадій виробництва цукру. Так, наприклад, накопичення у соку летких сполук підвищує піноутворюючу здатність дифузійного соку; утворення полісахаридів (в основному декстрану та левану) ускладнює процес фільрування; збільшення вмісту органічних кислот (молочної, масляної, бутилової, оцтової, щавлевої) сприяє інвертному розкладанню сахарози, що створює проблеми на етапі кристалізації [4; 7].

Втрати сахарози від розкладання при переробленні цукрових буряків на вітчизняних підприємствах становлять 0,44--1,5 % до маси буряків [3]. У процесі екстрагування втрати сахарози внаслідок життєдіяльності мікроорганізмів складають 0,06--0,1 % до маси буряків, а при несприятливих умовах зростають до 0,3 % та вище, тому проблемі зменшення негативного впливу мікрофлори і втрат сахарози від розкладання необхідно приділяти постійну увагу.

Найбільшого ефекту пригнічення життєдіяльності мікроорганізмів можна досягти шляхом підтримання температури близько 75 °С протягом усього процесу екстракції, проте з технологічної точки зору такий температурний режим призводить до підвищення вмісту пектинових речовин, що негативно впливає на процес фільтрації та призводить до погіршення якості очищеного соку. Сукупність названих наслідків перешкоджає отриманню якісного білого цукру, тому на цукрових заводах з метою інгібування мікробіологічних процесів вводять дезінфікуючі засоби на стадії екстрагування. Як дезінфікуючий засіб для пригнічення розвитку мікроорганізмів вітчизняні підприємства широко використовують формалін, витрата і частота додавання якого в дифузійні апарати встановлюється, виходячи з мікробіологічної забрудненості дифузійного соку [2; 3]. Проте використання формаліну як дезінфікуючого засобу обмежене такими причинами [1; 2]: формальдегід (діюча складова) -- токсична речовина, яка негативно впливає на оточуюче середовище та здоров'я людини, оскільки спричинює алергічні реакції, проявляє канцерогенні властивості і може викликати подразнення слизових оболонок людини. Крім того, підвищений вміст формаліну у відходах цукрового виробництва -- мелясі і жомі, обмежує їх подальше використання.

У ряді європейських країн і США застосування формаліну заборонено [2], а в Польщі його витрати обмежуються і не повинні перевищувати 0,012% (або 120 г/т буряків). На вітчизняних цукрових заводах його витрати тільки у дифузійному відділенні становлять 150 г/т буряків.

Наразі широко використовують у цукровому виробництві дезінфікуючі засоби окиснювального характеру -- хлор і хлорвмісні препарати, а саме: хлорне вапно і гіпохлорити натрію [1; 2]. Негативними аспектами використання даних засобів нехтують, зважаючи на їх низьку собівартість.

Затрати на дезінфікуючі засоби складають близько 10--15% від вартості цукру, втраченого в результаті його мікробного розкладу, тому правильний вибір і використання дезінфектантів є ефективним заходом зниження неврахованих втрат сахарози [3].

На ряді зарубіжних виробництв альтернативою токсичним біоцидним препаратам є використання природних антимікробних засобів, зокрема препаратів на основі Р-хмелевих кислот, які мають чітко виражену дезінфікуючу дію щодо основних контамінантів виробництва цукру, не спричиняють шкідливого впливу на людину, розкладаються в навколишньому середовищі.

Дезінфекційний засіб на основі P-кислот хмелю «Бетастаб» вперше був використаний під назвою «Baseextract» в емульгованому вигляді [6] і містив близько 50% P-кислоти, яка є найменш розчинною, але найбільш ефективною серед інших кислот хмелю. Пізніше P-кислоти для більшої ефективності було запропоновано використовувати як лужні розчини. В такому складі вони використовуються і зараз як препарат «Бетастаб» або «BetaStab 10А». Структурні формули кислот хмелю зображені на рис. 1.

Рис. 1. Структурні формули а) а-хмелевих і б) р-хмелевих кислот

До складу комерційного препарату «Бетастаб» входять три первинні Р-кислоти:

- Lupulinic -- R=CH₂CH(CH₃)₂;

- Со-Iupulinic -- R=CH(Ch₃)₂;

- Ad-lupulinic -- R=CH(CH₃)CH₂CH₃.

Отримують кислоти з хмелевих смол використанням надкритичної екстракції діоксидом вуглецю.

Бактерицидний механізм P-кислоти залежить від гідрофобних властивостей бактеріальної клітини. Первинною дією є зміна проникності мембрани [5]. Клітинна стінка грампозитивних бактерій містить пептидоглікан муреїн і складає до 20% від сухої ваги клітин. На противагу цьому, клітинна стінка грамнегативних становить менше 2% від їх загальної ваги, але клітина покрита ліпополісахаридною мембраною, хімопроникність якої значно менша. Тому клітинні стінки грампозитивних бактерій є більш проникним, ніж грамнегативних, і хмелеві кислоти виявляють більшу ефективність щодо пригнічення грампозитивних мікроорганізмів. Опинившись всередині клітинної мембрани, P-кислоти пригнічують процеси синтезу білка, ДНК і РНК, тому лізис клітини відбувається швидко. В останні десятиліття в наукових працях доведена і пояснюється дія кислот хмелю на бактерії, яка полягає в дизфункції бактеріальної мембрани [8] і, як наслідок, зниженні внутрішньоклітинного значення рН.

Комерційно доступні препарати хмелю є альтернативою застосуванню високоагресивних чи малоефективних біоцидів. Переваги використання препарату «Бетастаб» як дезінфікуючого засобу включають меншу корозійну активність, простоту та безпечність застосування [5]. Ці переваги спонукають до неохідності дослідження ефективності використання та встановлення оптимальних режимів застосування препарату.

Мета статті: дослідження ефективності сучасного дезінфікуючого засобу «Бетастаб» щодо контамінуючої мікрофлори буряко-цукрового виробництва порівняно з іншими сучасними біоцидами для подальшого його застосування при виробництві цукру.

В ході досліджень використовували такі деззасоби з відповідними концентраціями діючої речовині: Нобак (основна діюча речовина цитросайд) -- 0,0004 та 0,0008%, Санітарін (дихлорізоціанурова кислота) -- 0,0004 та 0,0008%, Гембар (полігексаметілен гуанідин) -- 0,0006 та 0,0012%, Бетастаб ф-кислоти) -- 0,025 та 0,05%. Як об'єкти досліджень використовували чисті культури мікроорганізмів, які належать до контамінуючої мікрофлори дифузійного соку й технологічних вод [2; 3]: мезофільні бактерії Bacillus subtilis, B. megatherium, Leuconostoc mesenteroides, дріжджі Saccharo- myces cerevisiae, Rhodotorula glutinis, мікроміцети Endomyces lactis.

Дослідження здійснювали методом циліндрів. Після засіву поживного середовища відповідною тест-культурою (при дотриманні умов асептики) на поверхні середовища розташовували стерильні скляні циліндри на відстані 1,5--2,0 см від краю чашки Петрі. В циліндри вносили водні розчини певного дезінфікуючого засобу відповідної концентрації. Висновки про ефективність дезінфікуючого засобу робили з урахуванням наявності та розмірів зони затримки росту мікроорганізмів.

Результати і обговорення. Результати досліджень, зафіксовані після термостатування протягом 24 год за температури 37 °С, представлені на рис. 2.

Рис. 2. Ефективність дії дезінфікуючих засобів щодо чистих культур мікроорганізмів

Порівняння отриманих дослідних даних вказує на високий бактерицидний ефект засобу на основі натрієвої солі дихлоризоціанурової кислоти «Санітаріну» за витрат 0,0002%.

Достатньо високу ефективність дії щодо грампозитивних мікроорганізмів виявив засіб на основі екологічно чистих Р-хмелевих кислот «Бетастаб» при його використанні в концентрації 0,025--0,05%. При вказаних концентраціях засобу спостерігався бактеріостатичний ефект.

Дезінфікуючий засіб з пролонгованою дією «Гембар» характеризувався високою ефективністю щодо досліджуваних культур мікроорганізмів, про що свідчила наявність чітких зон затримки росту, на яких не спостерігалось явище вторинного росту культур навіть на сьому добу досліджень, однак за обраних витрат даний препарат виявився менш ефективним порівняно із засобами «Санітарін» і «Бетастаб».

Засіб «Нобак» при його використанні в концентрації 0,0004--0,0008% виявляв достатню дезинфікуючу дію щодо обраних контамінантів: високочутливими до нього виявились бактерії роду Bacillus, менш чутливими -- Leuconostoc mesenteroides.

Таким чином, проведені дослідження підтвердили ефективність застосування екологічно-безпечного препарату на основі Р-хмелевих кислот «Бетастаб» щодо пригнічення життєдіяльності основних контамінантів бурякоцукрового виробництва, оскільки за своїми знезаражувальними властивостями він не поступається відомим сучасним препаратам.

Оскільки контамінантами в цукровій промисловості є не лише бактерії, але й еукаріотичні мікроорганізми -- гриби і дріжджі, то нами було проведено дослідження дії антимікробних засобів щодо контамінантів-еукаріотів.

У результаті проведених досліджень було встановлено, що засіб «Бетастаб» характеризуються низькою фунгіцидною дією, свідченням чого була низька ефективність дії щодо дріжджових культур і мікроміцетів Endomyces lactis, які є представниками мікрофлори псування цукрових буряків і при значному інфікуванні коренеплодів можуть виявлятись і продовжувати шкодочинну дію на наступних етапах виробництва цукру.

Для впровадження засобу «Бетастаб» у буряко-цукровому виробництві доцільно провести дослідження ефекту знезараження дифузійного соку та визначення оптимальних витрат даного дезінфектанту.

Відомо, що наслідком життєдіяльності більшості мікроорганізмів у цукровому виробництві є органічні кислоти [3], тому було проведено дослідження зміни рН₂₀ дифузійного соку при внесенні до нього дезінфікуючого засобу «Бетастаб» у кількості 0,0025% під час термостатування за температури 55 °С протягом 72 год порівняно з пробою дифузійного соку без застосування дезінфектантів. Результати вимірювань наведено на графіку (рис. 3).

Рис. 3. Залежність рН20 дифузійного соку від тривалості термостатування і застосування дезінфектанту

Згідно з одержаними експериментальними даними (рис. 3), під час 24 год термостатування рН20 контрольної проби (дифузійний сік без дезінфектанту) із початкового значення рН = 6,71 знизилося до 4,6.

У разі внесення перед термостатуванням у вихідну пробу засобу «Бетастаб» в кількості 0,025% до маси соку рН₂₀ соку залишалось протягом 24 год практично незмінним. бурякоцукровий бетастаб дезінфікуючий

Висновки

Отже, в результаті проведених досліджень було встановлено, що дезінфікуючий засіб «Бетастаб» має високу бактерицидну дію щодо більшості контамінантів цукрового виробництва, а також ефективно знезаражує дифузійний сік за витрат 0,025--0,05%. Враховуючи ефективність бактерицидної дії засобу «Бетастаб», виявлену при лабораторних дослідженнях, та екологічність засобу, актуальним, на нашу думку, є проведення випробувань препарату в промислових умовах

Література

1. Гусятинська Н.А. Дослідження ефективності застосування дезінфекційного засобу «Жавель-Клейд» на Глобинському цукровому заводi / Н.А. Гусятинська, С.М. Тетеріна, Л.М. Бурда // Цукор України. -- 2014. -- № 1. -- С. 14--19.

2. Гусятинська Н.А. Наукове обгрунтування та розроблення фізико-хімічних методів інтенсифікації вилучення сахарози з цукрових буряків : автореф. Дис. ... канд. техн. Наук : 05.18.05 / Гусятинська Н.А. ; НУХТ. -- Київ, 2008. -- 41 с.

3. Чернявська Л.І. Про втрати цукрози внаслідок мікробіологічного розкладання у цукровому виробництві / Л.І. Чернявська, Ю.О. Зотова, О.В. Леонтьєва // Цукор України. -- 2002. -- № 3. -- С. 8--11.

4. Abdel-Rahman E.A., Schick R., Kurz T. Influence of dextran on sucrose crystallization // Zuckermdustne. -- 2007. -- Vol. 132, # 6. -- Р. 453--460.

5. Fowers M. The Bactericidal Effect of Hop Derived p-acids // ASSBT-Proceedings from the 31st Biennial Meeting at Vancouver, BC (28 Feb. --3 March 2001). -- 2001. -- Р. 79--84.

6. Gudmundson C. Danisco Sugar's experience with hops extracts as alternative for formaldehyde // Zuckerindustrie. -- 1998. -- # 123. -- Р. 456.

7. Hein W., Rosner G., Emerstorfer F. Measures to prevent operational disturbances caused by dextran // Sugar Industry. -- 2008. -- Vol. 133, # 3. -- Р.135--143

8. TeuberM. Membrane Leakage in Bacillus subtilis 168 Induced by the Hop Continents Lupulone, Humulone, Isohumulone and Humulinic acid // Arch. Mikrobiol. -- 1973. -- # 94. -- Р. 159--171.

9. Walker, H. G., Rorem E. S., and McCready R. M. Compositional changes in diffusion juices from stored sugar beets // Journal of the American Society of Sugar Beet Technologists. -- 1960. -- # 11. -- Р. 206--214.

Исследование эффективности применения природного антимикробного средства «бетастаб» при переработке сахарной свеклы

Н.А. Гусятинская, Т.М. Нечипор, С.М. Тетерина

Национальный университет пищевых технологий

В статье приведены результаты исследований эффективности действия дезинфицирующего средства «Бетастаб» на основе натуральных в- кислот хмеля. Исследования проводили с использованием чистых культур микроорганизмов, представителей типичной контаминующей микрофлоры диффузионного сока и технологических вод сахарного производства, в частности Bacillus subtilis, B. тegatherium, Leuconostoc mesenteroides, дрожжи Saccha- romyces cerevisiae, Rhodotorula glutinis, микромицеты Endomyces lactis. В ходе исследований было установлено высокое бактерицидное действие средства по отношению к грамположительным микроорганизмам при его использовании в концентрации 0,025--0,05%. Также исследовано влияние средства «Бетастаб» на микрофлору диффузионного сока в производстве сахара из свеклы. Полученые в ходе исследований результаты свидетильствуют о высоких бактерицидных свойствах средства по отношению к кислотообразующим микроорганизмам. Следует отметить, что при использовании средства наблюдалась стабилизация показателя pH при термостати- ровании проб диффузионного сока. Установлено, что средство «Бетастаб» является конкурентоспособным сравнительно с другими современными биоцидами. Результаты лабораторных исследований подтвердили целесообразность использования средства в промышленных условиях.

Ключевые слова: диффузионный сок, контаминирующая микрофлора, дезинфектант, в-кислоты хмеля.