Біологічні науки/6. Микробиология

Перепелиця О.В.

Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Харків

ВПЛИВ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ НА АЛЬФА – АМІЛАЗНУ АКТИВНІСТЬ ТА ЗАСТОСУВАННЯ ЇХ В ПИВОВАРІННІ

На теперішній час багато науковців вивчають реакції живих організмів, мікроорганізмів та ферментів, на вплив різних фізичних чинників. Встановлено, що певні абіотичні фактори спроможні викликати адаптивні зміни біологічних властивостей бактерій та посилювати дії ферментів. Серед фізичних чинників викликають особливу увагу дослідників міліметрові хвилі в різних частотних діапазонах, так і ультразвукові коливання. Вони відносяться до найперспективніших факторів для розробки нових технологій, що можуть застосовуватися в біотехнології. Наприклад для активації дії такого ферменту як α – амілаза, що утворюється при солодовирощуванні і без якого не проходить розщеплення крохмалю при виробництві пива[1,4,5].

Солод – зерна злаків (пшениці, ячменю та ін.) пророслих в штучних умовах при певній вологості та температурі. Процес штучного проростання зерна називається солодовирощування. Метою солодовирощування є накопичення в зерні максимальної кількості активних ферментів. В зв’язку з цим пророщування зерна ведеться в умовах, що забезпечують максимальне накопичення амілолітичних ферментів[7]

При солодовирощуванні проходить активація ферментів та в присутності води починається розчинення запасних речовин зерна. На ряду з переходом ферментів в активний стан, відбувається також синтез нових ферментів. Розрізняють α – амілазу та β- амілазу, під дією яких проходить гідроліз крохмалю, основний процес при приготуванні пивного сусла.

В солодовирощуванні головною є водо – теплова аерація зерна та різна тривалість спричиняє різну інтенсивність перетворення крохмалю амілолітичними ферментами в цукрові компоненти. Така ферментація проходить більш сповна , якщо крохмаль із рослинних клітин пройшов стадії клейстиризації та розчинення це забезпечує його більш ефективну взаємодію з ферментами[2,6,7].

Фермент α – амілаза каталізує розрив α – 1,4 глікозидних зв’язків в крохмалеві з утворенням низькомолекулярних олігосахаридів та невеликої кількості глюкози та мальтози. Існує дві фази дії α- амілази на крохмаль. Перша фаза призводить до декстринізації, при якій крохмаль розщепляється на фрагменти з досить високою молекулярною масою. На другій фазі, що називається осхаренням, декстрини частково розкладають до тетро- і тримальтози, які повільно гідролізуються до ді- і моносахаридів. Амілази проявляють досить високу осахарюючу дію, і чим більша активність амілази тим швидше проходить розщеплення крохмалю [7].

Відомо три методи інтенсифікації солодовирощування: удосконалення технологій, використання хімічних домішок, використання методів механічної дії на оболонку зерна. Недоліками цих методів являється: наприклад, механічна обробка зерна є трудомісткою, так як на виробничому обладнанні відділити оболонку від зерна не пошкодивши його неможливо. Існує ще такий метод, як застосування гіддерелліну, що посилює дихання зерна, стимулює утворення гідролітичних ферментів(α – амілази та ін.) але разом з цим призводить до втрати сухих речовин ячменю. Збільшення росту, що визвано гіббереллінновою кислотою, підвищує витрати на дихання та ріст корінців.

Метою нашої роботи є вивчення зміни активності α- амілази, під впливом сумісної та монофакторної дії ультразвукових коливань (УЗ) та електромагнітних полів (ЕМП), а також усунення приведених недоліків вище перекислених методів.

Визначення Альфа - амілази коринебактерій. Активність

α- амілази визначали в мг/мл мікробної суспензії амілокласичним методом (за основу вибраний метод Каравел, що був модифікований). Для вивчення активності альфа – амілази були досліджені музейні та циркулюючі штами коринобактерій C.d.gravis.кількість вилученого ферменту визначали після дії на культуру ультрафіолетовим світлом та електромагнітним полем і їх дії в сукупності. Після цього активність альфа – амілази визначали за уніфікованою амілокласичною методикою з стійким крохмальним субстратом (метод Каравея). Контролем культур були ті ж самі штами коринобактерій без обробки фізичними чинниками.

Вимірювання оптичної щільності холостої та дослідної проб прводили за допомогою спектрофотометра СФ – 56 при довжині хвилі 640 нм (спектр діапазону 190 – 1100 нм, що відповідає виконанню УХЛ 4.2 за ГОСТом 15150 – 69 відповідно вимогам ГОСТ 12.2.007.0 - 75), найбільша абсолютна похибка ± 0,25.

Джерелами мікрохвильового випромінювання використовувалися стандартні високочастотні генератори Г4-141 та Г4-142 з діапазоном частот Г4- 141 f ₁= 37,5 – 53,57 ГГц для Г4 – 142 f ₂=53,57 – 78,73ГГц та середньою щільністю потоку потужності 0,1мВт/см². Обґрунтуванням застосування міліметрових хвиль являється те, що вони відносяться до неіонізуючих випромінювань. Однією з важливих особливостей мікрохвиль є те , що вони сильно поглинаються водою і водними розчинами.

Для створення ультразвукових коливань використовували стандартний генератор Г3 – 109 на частоті випромінювань 60 кГц. Ультразвук представляє собою хвильообразні розповсюджуючі коливальний рух частин середовища. В ультразвуковому спектрі порівняно не складно отримати випромінення: він добре піддається фокусуванню, в результаті чого підвищується інтенсивність ультразвукових коливань. При розповсюдженні в рідинах ультразвук утворює явища, що заслуговують уваги, та які вже знайшли широке застосування в різних областях науки та техніки. В останні роки ультразвук грає важливу роль в наукових дослідах. На ряду з теоретичними та експериментальними дослідженнями в області УЗ виконано багато практичних робіт. Розроблені універсальні і особливі ультразвукові станки, установки, генератори з підвищеною частотою, перетворювачі з помірно розподіленим полем.

Ультразвукові хвилі використовуються в хімічній технології для інтенсифікації реакцій. Фізичним показником, що визначає інтенсивність хвильової дії на продукт є щільність ультразвукового випромінення(Вт/см²).

Висновок

Дослідження показали, що вибрані абіотичні фактори впливають на активність - амілілази ефективніше якщо діють окремо. Особливо можно виділити дію на циркулюючі штами коринобактерій C.d.gravis. опромінення ЕМП з частотою 42,2 ГГц упродовж 1 години при цьому активність альфа – амілази збільшилася в 1,44 рази. А при дії такого ж фактору але вже на музейні штами коринобактерій C.d.gravis. активність збільшилася в 4,8 рази. Це ми можемо побачити з таблиць 1,2

Табл. 1

Активність а-амілази коринебактерій дифтерії (M±m) в залежності від способу взаємодії ультразвуку та електромагнітних полів за 24 години інкубації,(мг/л мікробної суспензії)

Фізичні чинники	Тривалість дії ультразвуку , год
	1	2	3	4	5
Опромінення ЕМП з частотою 61,1 ГГц упродовж 1 год. + УЗ з частотою 60 кГц	5,32 ±1,74	6,192± 0,96	5,777 ±1,29	4,559 ±0,48	4,792 ±0,54
УЗ з частотою 60 кГц + опромінення ЕМП з частотою 61,1 ГГц упродовж 1 год.	4,180 ±1,08	3,447 ±0,47	2,078 ±1,68	3,483± 0,36*	3,297 ±0,48
Опромінення ЕМП з частотою 61,1 ГГц упродовж 1 год.	9,5±1,7* Без застосування УЗ)
Опромінення ЕМП з частотою 42,2 ГГц упродовж 1 год.	20, 2±1.6* (без застосування УЗ)
контроль культур	4,2±0,7 (без застосування фізичних чинників)

Табл. 2

Активність а -амілази коринебактерій дифтерії (M±m) в залежності від способу взаємодії ультразвуку та електромагнітних полів за 24 години інкубації,(мг/л мікробної суспензії)

Фізичні чинники	Тривалість дії ультразвуку , год
	1	2	3	4	5
Опромінення ЕМП з частотою 61,1 ГГц упродовж 1 год. + УЗ з частотою 60 кГц	4,37 ± 0,064	5,36 ± 0,1	5,34 ± 0,024	0,625 ± 0,098	0,625 ± 0,098
УЗ з частотою 60 кГц + опромінення ЕМП з частотою 61,1 ГГц упродовж 1 год.	1,74 ± 0,08	5,27 ±0,043	4,14 ±0,15	4,36 ± 0,046*	3,69 ± 0,11
Опромінення ЕМП з частотою 61,1 ГГц упродовж 1 год.	6,68±0,092 (без застосування УЗ)
Опромінення ЕМП з частотою 42,2 ГГц упродовж 1 год.	7,29±53 (без застосування УЗ)
контроль культур	5,21 ±0,17 (без застосування фізичних чинників)

Як висновок з проведених нами дослідів можна сказати, що по – перше розробка фізико – хімічних методів не потребує великих затрат, по – друге розробка фізико – хімічних технологій приваблює ще й тим, що передбачає застосування чинників, які не накопичуються в кінцевому продукті навіть в залишкових концентраціях.

Список літератури

1. Бойко М.М. Вивчення впливу ультразвуку на кінетику вилучення біологічно активних речовин з рослинної сировини/ М.М. Бойко, О.І.Зайцев//Укр. ж. клін. та лаб. мед. – 2008. – Т3,№3 – С. 53 -55

2. Зубченко В.С. Вплив ультразвукової обробки на стійкість напоїв бродіння/ В.С. Зубченко, О.П. Вітряк, В.Ткаченко//Харчова промисловість. – 2008.- №7. – С.51 – 53

3. Калініченко С.В. вплив електромагнітних полів на біологічні властивості токсиноутворюючих коринебактерій: дис…канд.мед.наук: 03.00.07/Калініченко Світлана Вікторовна. – Харьків, 2006. – 166 с

4. Тамбиев А.Х. Миллиметровые волны и фотосинтезирующие организмы под ред. Ю.В.Гуляева, А.Х. Тамбиева – М.:Радиотехника, 2003 - С. 175

5. Антушева Т.І. Вплив фізичних чинників на активність α – амілази коринебактерій. Буковинський медичний вісник -2011 –Т14 - №4. – С.77 – 80

6. ДСТУ 4282 – 2004. Солод пивоварний ячмінний. Загальні технічні умови.

7. Клещев Н.Ф., Бенько М.П. Общая промышленная биотехнология: Технология бродильных производств: Учеб.пособие/ Н.Ф.Клещев, М.П.Бенько- Харьков:НТУ «ХПИ»,2007. – 200 с. – На рус.яз. – С. 20 – 36