Реферат отчет 50 с., 1 ч., 22 рис., 14 табл., 22 источн., 2 прил

РЕФЕРАТ

Отчет 50 с., 1 ч., 22 рис., 14 табл., 22 источн., 2 прил.

ПЕРЕРАБОТКА, ЗЕРНО, ФЕРМЕНТЫ, РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ, БЕЗОПАСНОСТЬ, ТЕХНОЛОГИИ, МЕТОДЫ, ХЛЕБОБУЛОЧНЫЕ, МАКАРОННЫЕ, МУЧНЫЕ КОНДИТЕРСКИЕ ИЗДЕЛИЯ, ЛЕКАРСТВЕННО-ТЕХНИЧЕСКОЕ СЫРЬЕ

В отчете представлены результаты исследований, выполненных по 3 этапу Государственного контракта № П507 «Наименование исследований: Экологически безопасные ресурсосберегающие производства и переработки сельскохозяйственного сырья и продуктов питания. Наименование проблемы исследования: Разработка ресурсосберегающих технологий переработки зерна злаковых культур и производства экологически безопасных зерновых продуктов питания.» (шифр «НК-572П») от 14 мая 2010 по направлению «Экологически безопасные ресурсосберегающие производства и переработки сельскохозяйственного сырья и продуктов питания» в рамках мероприятия 1.2.1 «Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук.», мероприятия 1.2 «Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук и кандидатов наук» , направления 1 «Стимулирование закрепления молодежи в сфере науки, образования и высоких технологий.» федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.Объект исследования – зерно злаковых культур, микрофлора зерна, лекарственно-техническое сырье.

Цель работы — Разработка ресурсосберегающих технологий переработки зерна пшеницы, ржи, тритикале и производства экологически безопасных зерновых продуктов питания (хлебобулочных, мучных кондитерских и макаронных изделий).

Инструментарий, методы, оборудование:

— определение микроэлементов – методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии в воздушно-ацетиленовом пламени на приборе фирмы Hitachi, с дейтериевым корректором фона;

— анализ распределения тяжелых металлов по анатомическим частям зерновки и относительного содержания тяжелых металлов в промывных водах – с помощью рентгеноспектрального ЭДС детектора miniCup в системе электронного сканирующего микроскопа JEOL JSM 6390;

— измерение удельной активности радионуклидов Sr90 и Cs – с использованием многоканального у γ-анализатора Compugamma 1282 LKB-Wallac;

— СанПиН 2.3.2.1078-01 Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов;

— ГОСТ 10444.15-94 Продукты пищевые. Методы определения количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов;

— ГОСТ Р 52816-2007 — Продукты пищевые. Методы выявления и определения количества бактерий группы кишечных палочек (колиформных бактерий);

— определение количества плесневых грибов и дрожжей – по ГОСТ 10444.12-88;

— количество спорообразующих бактерий – по общепринятой методике;

— Федеральный закон «О качестве и безопасности пищевых продуктов» от 02.01.2000 г. № 29-ФЗ

— определение содержания водорастворимых экстрактивных веществ в экстрактах – по ГОСТ 28551-90;

— определение качественного состава экстрактов – методом ВЭЖХ на приборе Милихром УФ-5, снабженном компьютерной системой обработки «Мультихром»;

— содержание горьких веществ – по количеству изогумулона спектрофотометрическим методом при длине волны 275 нм;

— количество флавоноидов – на КФК-3 при длине волны 338нм в кювете толщиной слоя 10мм.

Научные результаты:

Банк данных содержания тяжёлых металлов, радионуклидов и биогенных элементов по морфологическим частям зерновки в процессе замачивания и проращивания зерна.

Видовой состав микрофлоры зерна до и после замачивания (КМАФАнМ, спорообразующие бактерии, плесневые грибы и дрожжи). Количество колониеобразующих единиц и оценка степени микробиологической обсеменённости зерновых продуктов.

Виды природного лекарственно-технического сырья обладающего антимикробным действием и степень их влияния на уровень понижения микробиологической обсеменённости зернового сырья в процессе его переработки.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………….6

1 Аналитический отчет о проведении теоретических и

экспериментальных исследований ……………………………………………7

2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований…………9

2.1 Изучение динамики содержания тяжёлых металлов и радионуклидов

в процессе подготовки (замачивания и проращивания) зерна

злаковых культур……………………………………………………………….9

2.2 Определение степени микробиологической обсеменённости и

видового состава микрофлоры зерна в процессе производства

зерновых продуктов питания………………………………………………….25

2.3 Обоснование применения антисептиков природного происхождения

для повышения микробиологической безопасности зерна и

зерновых продуктов питания…………………………………………………..26

3. Публикации результатов НИР……………………………………………….26

Заключение………………………………………………………………………43

Список использованных источников…………………………………………..47

Приложение А — Публикации результатов НИР………………………………50

Приложение Б — Презентация

ВВЕДЕНИЕ

В результате усиления техногенных потоков происходит избыточная аккумуляция загрязнителей в хозяйственно полезных частях продукции растениеводства. Локализация токсических элементов и радионуклидов в периферических частях зерна злаковых культур указывает на возможность их связи с полисахаридами и белками клеточных стенок. Модификация нативной структуры оболочек под действием ферментных препаратов может привести к высвобождению некоторого количества тяжелых металлов и в определенных условиях при замачивании зерна к миграции за пределы зерновки, обеспечив тем самым снижение их концентрации в зерне и повышение безопасности продуктов его переработки.

Применяемые в зерноперерабатывающей промышленности методы снижения микробиологической обсемененности предусматривают использование синтетических химических соединений, которые часто оказывают отрицательное влияние на технологические свойства зерна. Использование растительного сырья, обладающего антисептическим действием, в технологиях зерновых продуктов открывает возможности получения качественных и безопасных продуктов питания.

Задачи исследования на III (отчетном) этапе выполнения НИР.

1 Изучение динамики содержания тяжёлых металлов и радионуклидов в процессе подготовки (замачивания и проращивания) зерна злаковых культур.

2 Определение степени микробиологической обсеменённости и видового состава микрофлоры зерна в процессе производства зерновых продуктов питания.

3 Обоснование применения антисептиков природного происхождения для повышения микробиологической безопасности зерна и зерновых продуктов питания.

1 Аналитический отчет о проведении теоретических и экспериментальных исследований

В современную индустриальную эпоху окружающая человека среда интенсивно перегружена разнообразными соединениями, поступающими в виде газов, эрозолей, жидких и твердых отходов. Экологическая обстановка, возникшая в результате аварии на Чернобыльской АЭС в 1996 году, привела к одновременному воздействию на экосистемы Орловской области целого комплекса различных загрязнителей – радионуклидов, тяжелых металлов и других соединений [1, 2, 3]. Значительное количество загрязняющих веществ поступает в растения из почвы, а также выпадает из атмосферы и осаждается на растительность. Затем эти соединения проникают во внутриклеточное пространство растений, где адсорбируются клетками и могут взаимодействовать с их компонентами. В золе растений возрастает содержание тяжелых металлов, радионуклидов и вследствие этого зольный состав растений в эпоху глобального загрязнения окружающей среды рассматривается как один из существенных показателей качества. Даже при безупречном биохимическом составе, заслуживающем самой высокой оценки физиологов по пищевой и биологической ценности, растительная продукция может быть признана опасной для здоровья человека, если в золе ее будут содержаться недопустимые количества свинца, кадмия и других металлов.

В основе токсического влияния тяжелых металлов лежит их денатурирующее действие на метаболически важные белки, токсичные элементы на 50 % инактивируют большинство ферментов при концентрации 10-6 -10-4 М. Тяжелые металлы нарушают нормальный ход биохимических процессов, влияют на синтез и функции многих активных соединений: ферментов, витаминов, пигментов. При высоких концентрациях тяжелых металлов (кадмий, свинец, цинк, медь) происходит снижение количества хлорофилла вследствие ингибирования синтеза магний-порфирина. Тяжелые металлы снижают поступление железа, фосфора, кальция, магния в растения. Под действием тяжелых металлов происходит изменение мембран, что приводит к нарушению ближнего и дальнего транспорта [4, 5, 6, 7, 8, 9, 10].

Определяющей токсичность соединений тяжелых металлов является их растворимость в воде и липидах, а также присутствие металла в виде свободного иона, в составе недиссоциированной соли или органических и неорганических комплексных соединений. В кислой среде металлы более подвижны, чем в нейтральной и щелочной [11].

Механизм образования нерастворимых комплексов широко распространен в клеточных стенках, где аккумулируется основная часть поглощенных металлов. При поступлении чужеродных химических веществ через оболочки происходит их взаимодействие с веществами оболочки. Оно может носить характер молекулярной адсорбции, ионного обмена, соединения с компонентами оболочки. При этом концентрация происходит на внутренней поверхности оболочки. Адсорбированные ионы мобильно связанные с оболочкой могут впоследствии десорбироваться в свободное пространство и поглощаться протоплазмой [12, 13].

Ферменты целлюлолитического действия катализируют гидролиз комплекса некрахмальных полисахаридов клеточных стенок. В литературе нет данных по изучению изменений динамики содержания тяжёлых металлов и радионуклидов в процессе подготовки зерна злаковых культур, обработанного биокатализаторами на основе целлюлаз.

Применение процесса ферментации при подготовке зерна к производству зернового хлеба, при котором используются режимы замачивания зерна при температуре 50 °С и продолжительность процесса составляет 12-16 часов, создает благоприятные условия для развития и размножения эпифитной микрофлоры и плесеней хранения. Значительное обсеменение зерна группой КМАФАнМ и плесневыми грибами приводит к закисанию зерна в процессе замачивания и присутствию в зерновой массе и хлебе неприятного «затхлого» запаха.

Имеется ряд публикаций, посвященных изучению антимикробной активности различных экстрактов растений, измельченных разных органов растений, соков, эфирных масел и так далее [14, 15, 16, 17, 18]. Однако приводимые исследователями данные не дают исчерпывающих сведений о степени активности используемых добавок растительного происхождения в отношении микрофлоры зерна, развивающейся при подготовке его к производству зернового хлеба.

С этим связана постановка задач, которые планировалось решить на III (отчетном) этапе выполнения НИР.

2 Результаты теоретических и экспериментальных исследований

2.1 Изучение динамики содержания тяжёлых металлов и радионуклидов в процессе подготовки (замачивания и проращивания) зерна злаковых культур.

В пробах образцов зерна пшеницы районированных сортов, возделываемых в Орловской области осуществляли определение тяжелых металлов с использованием метода атомно-абсорбционной спектрофотометрии. Полученные результаты представлены в таблице 1.

Приведенные результаты показывают, что содержание тяжелых металлов в зерне пшеницы определяется сортовыми особенностями культуры. Наиболее существенные колебания наблюдаются в накоплении кадмия, свинца и никеля.

Потенциальную опасность для здоровья человека представляют концентрации токсичных элементов в диапазоне 0,51 – 1,00 ДУ (ПДК) [19]. В этом диапазоне в зерне пшеницы преимущественно накапливается кадмий.

Таблица 1 – Содержание тяжелых металлов в зерне районированных сортов озимой пшеницы, ржи и тритикале, мг/кг

Сорт

Ni

Cu

Pb

Zn

Cd

Cr

Пшеница

Московская 39

0,317±0,012

2,130±0,127

0,185±0,009

22,43±1,23

0,213±0,016

0,213±0,014

Мироновская 808

0,196±0,011

2,420±0,121

0,329±0,017

23,00±1,65

0,309±0,011

0,138±0,017

Арбатка

0,368±0,014

2,010±0,133

0,481±0,014

20,82±1,59

0,274±0,018

0,173±0,007

Саратовская белая

0,552±0,009

1,810±0,113

0,432±0,018

22,05±2,08

0,457±0,008

0,221±0,011

Колос Дона

0,623±0,012

1,720±0,122

0,267±0,011

23,53±1,88

0,650±0,009

0,236±0,009

Инна

0,125±0,009

2,380±0,108

0,495±0,014

22,60±2,03

0,125±0,012

0,150±0,013

Галина

0,411±0,016

2,170±0,120

0,395±0,022

23,16±1,34

0,319±0,008

0,219±0,008

Рожь

Орловская 9

0,369±0,009

3,236±0,156

0,327±0,015

24,15±1,07

0,317±0,009

0,266±0,014

Таловская 33

0,483±0,012

3,158±0,143

0,432±0,017

23,33±2,10

0,245±0,012

0,351±0,011

Тритикале

Тальва 100

0,150±0,010

1,020±0,112

0,251±0,013

18,25±1,13

0,005±0,001

0,034±0,007

ПДК [369]

0,5

5,0

0,2

25,0

0,02

0,2

ДУ [СанПиН 2.3.2.1078-01]

0,5

0,1

Широко известно, что кадмий – элемент чрезвычайной токсичности. Соли кадмия обладают мутагенными и концерогенными свойствами и представляют потенциальную генетическую опасность. Кадмий обладает сильным сродством к сульфгидрильным группам некоторых соединений. Вследствие геохимического родства с цинком, кадмий может конкурировать с ним за дисульфидные и сульфгидрильные группы растительных и животных белков и ферментов [20, 21, 22]. Различия в содержании кадмия в зерне пшеницы различных сортов составляют 2,2-5,2 раз. Содержание элемента превышало ПДК в зерне всех исследуемых сортов пшеницы в 1,25 – 6,5, в зерне ржи – в 2,5-3,2 раз. Зерно тритикале содержало кадмий в количестве значительно ниже ПДК.

Поступление свинца в организм человека по пищевым цепям ведет к расстройству нервной системы. Свыше 90% свинца попадает в организм человека с пищей. Избыток свинца в крови человека подавляет деятельность мозга, почек и мышц. Для разных сортов пшеницы содержание свинца в зерне варьирует в пределах от 0,185 до 0,495 мг/кг, различия между сортами при этом составляют 1,4-2,7 раз. Содержание свинца в зерне ржи было выше 0,51 ПДК.

Полученные данные о загрязнении зерна отдельных сортов злаковых культур выявили необходимость проведения исследования в отдельно взятом базовом хозяйстве, в качестве которого использовали КП «Фатневское» Болховского района Орловской области, попавшего в результате аварии на Чернобыльской АЭС в зону радиоактивного загрязнения с плотностью до 15 Ku/км2. Хозяйство расположено вдали от промышленных предприятий и его сельскохозяйственные угодья не испытывают непосредственного влияния техногенного воздействия.

Уровни накопления тяжёлых металлов в зерне ряда злаковых культур в условиях производственных посевов базового хозяйства приведены в таблице 2.

Полученные результаты в целом соответствуют общим закономерностям, установленным для накопления макро- и микроэлементов в хозяйственно полезных частях растений и отражают существующие различия в химических свойствах и биологической роли металлов, а также видовых особенностях растений.

Таблица 2 – Содержание тяжелых металлов в зерне озимой пшеницы, ржи и тритикале, выращиваемых в базовом хозяйстве, мг/кг

Элемент

Озимая пшеница

(Московская 39)

Рожь

(Орловская 9)

Тритикале

(Тальва 100)

ПДК [Ягодин Б.А., 2002]

ДУ [СанПиН 2.3.2.1078-01]

Cu

4,55

5,25

4,70

5,00

Zn

23,5

24,9

24,3

25,00

Ni

0,80

0,71

0,65

0,50

Cr

0,74

0,60

0,45

0,20

Pb

0,42

0,38

0,44

0,20

0,50

Cd



Страницы: Первая | 1 | 2 | 3 | ... | Вперед → | Последняя | Весь текст