G:MQGB LJM>H

ISSN 1311-3321

РУСЕНСКИ УНИВЕРСИТЕТ “Ангел Кънчев”

UNIVERSITY OF RUSE “Angel Kanchev”

НАУЧНИ ТРУДОВЕ Том 51, серия 9.2

Биотехнологии и хранителни технологии

НАУЧНЬIЕ ТРУДЬI Том 51, серия 9.2

Биотехнологии и пищевые технологии

PROCEEDINGS Volume 51, book 9.2

Biotechnologies and food technologies

Русе

Ruse

2012

Том 51 на НАУЧНИТЕ ТРУДОВЕ включва докладите, изнесени на научната

конференция РУ&СУ’12, организирана и проведена от Русенския университет

“Ангел Кънчев” – Филиал Разград, Дом на науката и техниката – Разград и Съюза

на учените - Разград.

Серия 9.2 съдържа трудовете, докладвани в секция “Биотехнологии и

хранителни технологии” проведени в рамките на РУ&СУ’12.

НОМЕР НА СЕРИЯТА

ФАКУЛТЕТ И СЕКЦИИ

1

Факултет АГРАРНО ИНДУСТРИАЛЕН

Земеделска техника и технологии. Аграрни науки и ветеринарна медицина

Ремонт и надеждност

Топлотехника, хидро- и пневмотехника

Екология и опазване на околната среда

Дизайн и ергономия

2 Факултет МАШИННО-ТЕХНОЛОГИЧЕН

Механика и машиностроителни технологии

Материалознание и технология на материалите

3

Факултет ЕЛЕКТРОТЕХНИКА, ЕЛЕКТРОНИКА И АВТОМАТИКА

Електротехника, електроника и автоматика

Комуникационна техника и технологии

Компютърна техника и технологии

4 Факултет ТРАНСПОРТЕН

Транспорт

Машинознание

5

Факултет БИЗНЕС И МЕНИДЖМЪНТ

Икономика и мениджмънт - I

Икономика и мениджмънт - II

Европеистика

6

Факултет ПРИРОДНИ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЕ

Математика, информатика и физика

Педагогика и психология

История, етнология и фолклор

Езикознание

Литературознание

Лингвистика

Изкуствознание

7 Факултет ЮРИДИЧЕСКИ

Правни науки

8

Факултет ОБЩЕСТВЕНО ЗДРАВЕ

Здравна промоция и превенция

Физическо възпитание и спорт

Здравни грижи

9 Филиал – Разград (02. - 03.11.2012)

Химични технологии


10 Филиал - СИЛИСТРА

Майски четения

Докладите са отпечатани във вида, предоставен от авторите им.

Доклады опубликованы в виде, предоставленном их авторами.

The papers have been printed as presented by the authors. ISSN 1311-3321

Copyright

НАУЧНИ ТРУДОВЕ НА РУСЕНСКИЯ УНИВЕРСИТЕТ - 2012, том 51, серия 9.2

- 3 -

НАУЧНАТА КОНФЕРЕНЦИЯ РУ&СУ’12 СЕ ОРГАНИЗИРА ОТ:

Русенски университет ‖Ангел Кънчев‖ – Филиал Разград

Дом на науката и техниката - Разград

Съюза на учените - клон Разград ПОД ПАТРОНАЖА НА:

Министерството на образованието, младежта и науката

Областен Управител на Област Разград

ОРГАНИЗАЦИОНЕН КОМИТЕТ

Съпредседатели: проф. д.т.н. Христо Белоев, DHC проф. д-р Емил Маринов

Научен секретар: проф. д-р Ангел Смрикаров

Технически секретар: Валентина Мирчева

Членове: проф. д.п.н. Антоанета Момчилова

проф. д-р Златоживка Здравкова

проф. д-р Иван Палов

доц. д-р Йорданка Факирска

доц. д-р Калоян Стоянов

доц. д-р Цветан Димитров

доц. д-р Стоян Стоянов

доц. д-р Теодор Илиев

доц. д-р Валентин Иванов

доц. д-р Стефан Янев

гл.ас. д-р Свилена Рускова

гл.ас. д-р Мими Корнажева

гл.ас. д-р Милена Костова

гл. ас. д-р Велислава Донева

гл.ас. д-р Антонина Димитрова


- 4 -

РЕДКОЛЕГИЯ:

Председател:

проф. д-р Ангел Смрикаров

Членове:

проф. д-р Диана Антонова

доц. д-р Калоян Стоянов

доц. д-р Стоян Стоянов

доц. д-р Теодор Илиев

доц. д-р Валентин Иванов

доц. д-р Емилия Великова

доц. д-р Стефан Янев


гл.ас. д-р Антонина Димитрова

ст.пр. Цветанка Павлова

РЕЦЕНЗЕНТИ НА ДОКЛАДИТЕ:

проф. дтн Цонка Годжевъргова

проф. д-р Стефан Стефанов

доц. д-р Милувка Станчева

доц. д-р Настя Василева

доц. д-р Станка Дамянова

доц. д-р Нейко Стоянов


доц. д-р Драгомир Добруджалиев

гл. ас. д-р Теменужка Хараланова

гл. ас. д-р Илиана Костова


- 5 -

С Е К Ц И Я Биотехнологии и хранителни технологии

С Ъ Д Ъ Р Ж А Н И Е

1. Determining Reasonable Parameters for the Functional Module of Moldable Foods Batching

Oleksandr Gavva, Serhii Tokarchuk…………………………….

9 2. Ecotoxicological examination of some spirohydantoins

and their derivatives towards Black Sea Mussel (Mytilus galloprowincialis) Donyo Ganchev, Marin Marinov, Petja Marinova, Stefan Krustev, Milena Zlateva, Nadezhda Atanasova, Angel Nikolov, Neyko Stoyanov………………………………………….

14 3. Acute toxicity of some spirohydantoins and their

derivatives towards Planorbis planorbis (Ram's Horn Snail)

Marin Marinov, Donyo Ganchev, Petja Marinova, Stefan Krustev, Plamen Penchev, Milena Zlateva, Nadezhda Atanasova, Neyko Stoyanov……………………………………...

18 4. Statistical Approach to the Quality of Some Bulgarian

Honeys

Ivan Obreshkov, Natalia Kravchenko…………………………….

22 5. Снижение затрат энергии при резании пищевых

продуктов Виктор Гуць, Олексий Губеня, Евгений Рoдионов..............

27 6. Комплексный метод обезвоживания капиллярно-

пористых материалов Людмила Постол, Александр Прохоров………………………

33 7. Автоматизированное управление промышленным

производством хлебно-булочного ассортимента Вячеслав Иващук, Лариса Журавлева………………………..

36 8. Использование зародышей пшеницы как

физиологически функциональных сырьевых ингредиентов при производстве сдобного печенья для больных сахарным диабетом Антонелла Дорохович, Виктория Дорохович, Оксана Яременко…………………………………………………………...

40 9. Исследование тепло-масообменных процессов в

камере гигротермической обработки тестовых заготовок Андрей Германчук, Владимир Теличкун, Юлия Теличкун, Микола Десик……………………………………………………...

44


- 6 -

10. Биохимическая характеристика цветков мандарина Уншу из Субтропиков Грузии и в этой области возможности развития туризма Гурам Папунидзе, Иамзе Чхартишвили, Марина

Кобахидзе, Софио Папунидзе, Нино Сеидишвили………….

49 11. Възможности за биологично подкисляване на майша

при производството на пивна мъст: Изследване възможността за повишаване на синтеза на млечна киселина от щамове Lactobacillus delbrueckii с добавка на царевичен екстракт Богдан Горанов, Запряна Денкова, Михаил Ангелов, Георги Костов……………………………………………………...

53 12. Получаване на модифицирани магнитни наночастици

и приложението им за имобилизация на биоагенти

Светла Иванова, Явор Иванов, Катя Габровска, Цонка Годжевъргова……………………………………………………...

59 13. Насипни характеристики на смлени листа от

пауловния (Paulownia spp.) Николай Димитров, Анна Колева, Божидар Бозаджиев……

64 14. Разработване на имунофлуоресцентен биосензор за

анализ на сулфадиметоксин в мляко на базата на магнитни наночастици Катя Габровска, Светла Иванова, Цонка Годжевъргова…..

69 15. Биологично активни компоненти в градинския охлюв

и приложението им Павлина Долашка…………………………………………………

74 16. Антимикробна активност на щам Lactobacillus

acidophilus Z10 спрямо патогенни микроорганизми Росица Денкова, Любка Георгиева, Запряна Денкова, Величка Янакиева………………………………………………...

79 17. Инхибираща активност на щамове Lactobacillus

fermentum и Lactobacillus brevis спрямо сапрофитни микроорганизми Росица Денкова, Светла Илиева, Запряна Денкова, Величка Янакиева………………………………………………...

84 18. Храни и агресия у децата

Маргарита Бонева, Георги Колев………………………………

89 19. Изследване възможностите на спори Bacillus

stearother-mophilus за анализ на пеницилин Галина Йорданова, Цонка Годжевъргова…………………….

94 20. Технология на екстракти за козметиката от плодови

пресовки на арония (Aronia melanocarpa (Michx) Elliott.) Дъбилни вещества Станислава Ташева, Станка Дамянова, Павел Мерджанов, Албена Стоянова………………………………….

98


- 7 -

21. Изследване възможностите за получаване на прахообразен пчелен мед Тодор Джурков…………………………………………………….

105 22. Пребиотиците и влиянието им върху човешкото

здраве Цветеслава Игнатова-Иванова, Радослав Иванов, Илия Илиев, Искра Иванова…………………………………………...

109 23. Приложение на системите за компютърно зрение при

определяне съдържанието на мазнини в свинско месо Венелин Бочев, Златин Златев, Красимира Добрева………

116 24. Наноструктуриран биосензор за анализ на глюкоза

Руска Ненкова, Недялка Димова, Нина Димчева, Цонка Годжевъргова……………………………………………………...

120 25. Изграждане на компютърна система за оценка

качеството на месо и месни продукти по цветови признаци

Венелин Бочев, Златин Златев, Красимира Добрева………

125 26. Японският опит по управление на качеството в

процесен тип производство (химическа, хранително-вкусова и биохимическа промишленост) Нако Стефанов …………………………………………………

130 27. Експериментални методи за биоразграждане на

глицерол до получаване на ценни органични съединения Симеон Даракчиев……………………………………................

138 28. Приложение на етеричномаслени суровини и

ароматични продукти от тях в хранителновкусовата промишленост. Плодове от ким (Carum carvi L.) в бяло саламурено сирене

Димитър Трифонов, Илиана Костова,Тодор Димитров, Станка Дамянова,Михаела Иванова,Павел Мерджанов, Радка Власева, Албена Стоянова…………………………….

143 29. Хранителна стойност и значение на сиренето

Димитър Димитров Тодор Димитров…………………………

149

30. Изследване на поведението на образци от плосък и вълнообразен картон при натоварване на натиск Делян Господинов, Вилхелм Хаджийски, Стефан Стефанов…………………………………………………………..

152 31. Влияние на компонентите на хранителната среда

върху развитието и антибиотичната активност на Bacillus subtilis TS 01

Севдалина Тодорова…………………………………………….

158


- 8 -

32. Изследване върху технологичната характеристика на обогатено с течни и твърди мазнини тесто Валентина Чонова, Росен Чочков……………………………...

164 33. Традиционните хранителни технологии в контекста на

съвременния туризъм Иван Обрешков……………………………………………………

169


- 9 -

Determining Reasonable Parameters

for the Functional Module of Moldable Foods Batching

Oleksandr Gavva, Serhii Tokarchuk

Abstract: Design of both process and packaging equipment for food production facilities requires taking consideration of all factors affecting its operation and maintenance one way or another. This article proposes a method for scientifically substantiated determination or parameters for the functional module of moldable foods batching and sealing into consumer packages, taking into account the rheological parameters of foods, device structure, and the batching and sealing modes.

Keywords: moldable foods, functional module, piston batcher, nozzle. INTRODUCTION The moldable foods, depending on their physico-chemical and biological properties,

as well as market demand, is dispensed into various types of packaging material and types of consumer containers. Depending on the routine, the machines could be classified into: packaging by wrapping separate servings, mostly regularly shaped; packaging by filling pre-fabricated consumer containers; and packaging into containers made by thermal sealing or gluing, concurrently with product batching and prepacking. Along with this, packaging can be done in atmospheric or modified gaseous environment or in vacuum. The above factors heavily influence the structural specifics of batching and prepacking devices. Appropriate additional treatment of of moldable foods is required to increase efficiency of batching device operation, as well as to ensure longer storage of moldable foods [5].

Volumetric batching (flow-line or unit) is the most featured for moldable foods [3]. Flow-line procedure is used to shape the product into cord or to roll it into a band of uniform thickness and unit weight, to be then separated into regular batches. This method is used for solid elasto-plastic foods (yeast, confectionery), for which batching precision is ensured by homogenous consistence (also depending on the quality of premolding units) and stable movement speed of the products [4]. When unit batching is used, the product batches are filled into measuring containers, and then, depending on the packaging process, are dispensed into consumer packages or served into the intermediate chamber where the necessary product shape is molded. The first method is usable for any moldable foods, whilst the other one, for elasto-plastics preserving the selected shape for a long time.

The design of both processing and packaging machines requires taking into consideration the most important physical properties of foods. Для науково обґрунтованого врахування цих властивостей в різних областях техніки і технології харчових виробництв необхідна систематизація даних про фізико-механічні характеристики продуктів.

The key physico-mechanical features can be classified by the mode of external forces applied to the product and the deformations caused: shearing is displayed when tangential forces are applied; compression, when normal forces are applied; and surface behaviour, for shearing or disruption of the product from hard surface.

The moldable foods see themselves classified as disperse systems into emulsions, possessing a dispersed medium and liquid dispersed phase (butter) and suspensions (minced meat) [7].

The structural and mechanical properties describe the product‘s behaviour under the stressed condition and enable to establish a connection between the stresses, deformations or deformation rates in the course of applying force. They are not the ‗pure‘ constants of a certain material and substantially depend on the shape and dimensions of a


- 10 -

body, stress rate, condition of the contacting surface, impact of the environment, temperature, structure, and other factors.

These features being known enable calculating the values of stresses or deformations, thus obtaining the required parameters for the process and the equipment unit, that is, enable strength and process calculations. Besides, the objective features of the product enable to judge on its quality. Special significance is attached to the form of equation establishing, through the constants being its features, the connection between the strength and deformation for each specific type of food.

The output of modern batchers for moldable foods depends both on their structural parameters and appropriate selection of batching conditions and on products‘ rheologic features.

From this viewpoint the hydraulic friction at the pipe cross-sections and the force applied by the active member to the moving product are the most important features for the batching units and batching modes, respectively [2], because the other parameters of batching units and batching modes will not be so significantly changed during the batching process.

Batching units for moldable foods vary very much in design, yet no method of sufficient amplitude could be found at research and information resources for determination of reasonable parameters of similar batching units.

Thus, a conclusion can be drawn that the shortage of information regarding the batching parameters for moldable foods results in considerable difficulties for designers, bringing the necessity of ‗playing safe‘, adopting overstated values for certain parameters, which negatively impacts the cost, quality, and efficiency of the resulting designs.

This article sets forth the research results of piston type batchers for moldable foods, aiming to develop the method to determine the reasonable values of their power consumption and operational reliability, depending on the aggregate friction ratio for the product movement, the effective clear opening of pipeline, and kinematic parameters of piston‘s movement [1].

Flow Vision software system was selected to conduct the research, designed for modelling three-dimensional flows of liquids and gases within technical and natural environments and providing computer visualization for such flows. The flows subjected to modelling include steady and unsteady; compressible, weakly compressible, and non-compressible liquid and gas flows. The use of varied turbulence models and an adaptive calculation grid enables modelling the complicated movement of liquids. FlowVision is based on the finite volume method of solving the hydrodynamic equations and applies rectangular adaptive grid with local refinement. For increased precision approximation of curved geometry, FlowVision uses the sub-grid geometry resolution technology. This technology enables importing the geometry from CAD systems and exchanging data with finite element analysis systems.

The task in question was resolved using non-compressible liquid turbulence model. This model describes the flow of a moldable food for low and high (turbulent) Reynolds numbers. Minor changes in specific weight are permitted, enabling to take the lifting force naturally into account. The model includes equations of Navier-Stokes, energy, and convection-diffusion transport for impurities concentration.

The first stage of research was used to create the geometry of batching unit‘s active members. To that end models of the research unit were built using the Compass software and then those images were transferred to the FlowVision system (Fig. 1).


- 11 -

a) b) c) Fig. 1. Research unit models and its images within the FlowVision system: a) piston

and cylinder with the nozzle; b) loaded model with piston; c) calculation grid applied. Various designs of the batching unit‘s nozzle were considered during the research

(Fig. 2).

a) b) Fig. 2. Designs of the batching unit‘s nozzles: a) with a varied size chamfer by the

nozzle base; b) with curvatures by the nozzle base Further the calculation model was selected in accordance with the batching process,

limit conditions established, and the incoming rheological parameters set: temperature, density and effective viscosity of the moldable food as a function of its velocity. To determine the effective viscosity of studied products, РЕОТЕСТ 2 rotational viscosimeter was used and a number of correlations were established as represented in a form of graphs or analytical correlations (Fig. 3).

The results of studies of moldable foods movement with a piston feeder were step by step recorded into the file, and pressure-to-time dependence diagrams were built based on the data received.

a) b)

c)

Fig. 3. Graphs showing effective viscosity of studied foods as a function from the velocity gradient and functional correlations describing them: a) butter; b) dough; c) minced meat.

α f

d D

r

R D

R

d


- 12 -

Using the ‗pressure chart‘ layer superposed on a longitudinal section of the batcher (Fig. 4) pressure distribution along the batcher was studied, and the pressure on the piston required to feed the product with a constant piston velocity.

During the experiment, the following geometrical parameters of the batcher were varied: D – feeder cylinder diameter, d – nozzle diameter, r – curvature radius at the nozzle base, f – chamfer length, α – chamfer point corner. The obtained experimental data were stored and processed using the methodology developed for mathematical statistical research [6], further transformed into an empirical dependence in a form of a mathematical model stating the way and the degree of influence of geometrical parameters and the product viscosity on the batching speed.

Based on the experiments run with the different types of nozzles, a number of pressure dependences were found, demonstrating that, from the standpoint of energy efficiency, batchers with a 45° chamfer at the base (Fig. 5b) or with a curvature at the base of the nozzle (Fig. 5a) would be the most appropriate options.

а) b) Fig. 5. Options of batcher design and research results: a) model with a concave

curvature of R20 and the chart describing dependence of pressure on the piston axis from time; b) model with a 10 mm chamfer (α=45°) and the chart describing dependence of pressure on the piston axis from time.

The mathematical model of extracting the product from the measuring cylinder, obtained through a multi-factor experiment for the nozzle with a curvature, has the following form:

,/14,281/86,31628,695

/82,1702,1999/04,37105,4706,720

maxmaxmax

max

KvdDrKvdDKvr

dDrKvdDrР (1)

where P is maximal pressure required for the piston‘s movement, Pa; r, curvature radius, mm; D/d, ratio between diameters; Kvmax, maximal value of speed ratios.

y = 4538,1x5 - 36112x

4 + 106026x

3 - 144469x

2 + 86719x - 1288,8

R2 = 0,9804

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

Час, с

Ти

ск, П

а

D

d

α f

D d

r

y = 5905,6x5 - 41192x4 + 109869x3 - 139129x2 + 78386x - 1167,9

R2 = 0,985

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

Час, с

Ти

ск, П

а

Fig. 4. Pressure change graph along the axis of the

batcher cylinder


- 13 -

The mathematical model of extracting the product from the measuring cylinder, obtained through a multi-factor experiment for the nozzle with a chamfer, has the following form:

,/7.647/8.9897.1602

/3.6042.6241/8.85446.15545.6173

maxmaxmax

max

KvdDfKvdDKvf

dDfKvdDfР (2)

where P is maximal pressure required for the piston‘s movement, Pa; f, chamfer length, mm; D/d, ratio between diameters; Kvmax, maximal value of speed ratios.

As it becomes evident from the dependences obtained, the nozzle shape is the least relevant of the factors in consideration, yet when the feeding speed increases, so does its role. The ratio between the feed cylinder and the output channel diameters exerts the heaviest influence on the moldable food friction. Applying the constant speed piston movement law allows reducing the power consumption required for batching, and the sinusoidal motion law enables shock-free motion.

CONCLUSIONS Previous research enabled the conception of a mathematical model for the process

of extracting moldable food from the feed cylinder and the method for selecting the parameters for a functional module to dispense moldable food into consumer packages, taking into account rheological features of the products, design parameters, and batching modes. It was established that, with the feeding speed increasing, the impact of the nozzle shape grows significantly, requiring appropriate calculations using the output data.

REFERENCES

[1] Гуць В. С. Енергетика механічних процесів пакування // В. С. Гуць, О. М. Гавва – Упаковка – 2002. - 1 – с 22-25.

[2] Гуськов К.П., Берман Г.К. Течение пищевых масс в каналах различной формы - Изв. вузов. Пищ. технология, 1968. – 6. – C. 138-142 с.

[3] Гавва О. М., Волотківський О. М.,Дембровський Л. О. Пристрої для фасування пластичних харчових продуктів // Упаковка. – 2003. – 3; 4. – С. 33-35; 32-34.

[4] Фриденберг Г. Инструменты для сырка // PakkoGraff. –2000. – 3. – С. 24-27.

[5] Инженерная реология биотехнологических сред / В. Д. Косой, Я. И. Виноградов, А. Д. Малышев. – СПб.: ГИОРД, 2005. – 648 с.: ил.

[6] Грачев Ю.П. Плаксин Ю.М Математические методы планирования эксперимента / учеб. пособие. М.: ДеЛи, 2008. – 325 c.

[7] Гавва О.М. Пакувальне обладнання: підручник / Гавва О.М., Беспалько А.П., Волчко А.І., Кохан О.О. – Київ: ІАЦ "Упаковка", 2010. – 744 с.

About the autors: Oleksandr M. Gavva, Doctor of Technical Science, professor of Technical

Mechanics and Packaging Equipment Dept., National University of Food Technologies, Kyiv, Ukraine. е-mail: [email protected]

Serhii V. Tokarchuk, Candidate of Technical Science, associate professor of Technical Mechanics and Packaging Equipment Dept., National University of Food Technologies, Kyiv, Ukraine. е-mail: [email protected]

The paper is reviewed.


- 14 -

Ecotoxicological examination of some spirohydantoins and their derivatives towards Black Sea Mussel (Mytilus galloprowincialis)

Donyo Ganchev, Marin Marinov, Petja Marinova, Stefan Krustev, Milena Zlateva,

Nadezhda Atanasova, Angel Nikolov, Neyko Stoyanov

Ecotoxicological examination of some spirohydantoins and their derivatives towards Black Sea Mussel (Mytilus galloprowincialis): This article represent an investigation conducted in order to be revealed the eventual toxic action of cyclopentanespiro-5-hydantoin, cyclohexanespiro-5-hydantoin, cyclopentanespiro-5-(2,4-dithiohydantoin) and 1-aminocyclohexanecarboxylic acid to Black Sea Mussel (Mytilus galloprowincialis) which is the most economic important shellfish species for the region of Black Sea. Shellfish species are famous for their sensitiveness to presence of toxicants in the environment due to their specific way of life, that’s why, the ecotoxicological investigation especially with economic important species like Black Sea Mussel are extremely significant in the area of ecology, ecotoxicology and fishery.

Key words: Mytilus galloprowincialis, Spirohydantoins.

INTRODUCTION

Black sea mussel (Mytilus galloprowincialis) is one of the most perspective novel food source with proteins content equal to the cattle meat. The mussels are also important natural bio filter – at 17°C temperature of the water, one mussel is able to filter almost 3 litters sea water per hour. During recent years in Bulgaria is the increasing interest to this animal as profitable breeding culture. However due to the industrial contamination of Black Sea there is serious obstacles in realization of mussels farms.

The goal of this investigation is to be reveal the acute toxicity of some synthetic compounds: cyclopentanespiro-5-hydantoin (CPSH), cyclohexanespiro-5-hydantoin (CHSH), cyclopentanespiro-5-(2,4-dithiohydantoin) (CPSDTH) and 1-aminocyclohexanecarboxylic acid (ACHCA), which are also in the process of screening for biocide activity.

RESULTS AND DISCUTIONS 1. Test animals

Commercially available Mytilus galloprovincialis from a mussel farm situated in Bulgarian Black Sea coast were purchased. Mussels of similar size 7-8 cm were placed in aquarium filled with natural sea water received from mussel farm under continuously aerated conditions, temperature of 25°C and natural light. The mussels were acclimatized in laboratory conditions for at least 7 days before the beginning of the experiments and were fed with approximately 0.05 g powdered Spirulina every day [1].

2. Synthetic compounds

All used chemicals were purchased from Merck and Sigma-Aldrich. The initial cyclopentanespiro-5-hydantoin (CPSH, Figure 1a) and cyclohexanespiro-5-hydantoin (CHSH, Figure 1b) were synthesized via the Bucherer-Lieb method [2]. The cyclopentanespiro-5-(2,4-dithiohydantoin) (CPSDTH, Figure 1c) was synthesized in accordance to Marinov et. al. [3]. The 1-aminocyclohexanecarboxylic acid (ACHCA, Figure 1d) was obtained according to Stoyanov and Marinov [4]. The melting points were determined with a Koffler apparatus and with a digital melting point apparatus SMP 10. The elemental analysis data were obtained with an automatic analyzer Carlo Erba 1106. IR spectra were taken on spectrometers Bruker-113 and Perkin-Elmer FTIR-1600 in KBr discs. NMR spectra were taken on a Bruker DRX-250 spectrometer, operating at 250.13 and 62.90 MHz for 1H and 13C, respectively, and on a Bruker Avance II + 600 MHz spectrometer, operating at 600.130 and 150.903 MHz for 1H and 13C, respectively, using the standard Bruker software. Chemical shifts were referenced to tetramethylsilane (TMS). Measurements were carried out at ambient temperature.


- 15 -

All the products obtained were characterized by physicochemical parameters, IR and NMR spectral data. The results obtained from these analyses are identical with the previously published in the literature [3-5].

CPSH CHSH CPSDTH ACHCA

a) b) c) d) Figure 1

Ten concentrations of the tested compounds were prepared using the natural sea

water from aquarium. The saturated concentrations of the compounds in the sea water were as follows: CPSH – 1 %, CHSH – 0.1 %, CPSDTH – 0.025 %, ACHCA – 2 %. The mussels were acclimatized in laboratory conditions for at least 5 days before the beginning of experiments. Healthy mussels were placed in separated mini aquariums filled with test solution with volume 5 litters and mussel density - 10 mussel / aquarium at 12 hours photoperiod daily [6]. The water was changed every 12 h and was spiked with test solutions after each renewal

The general condition of the animals and the mortalities were recorded daily and generally after 96 h (4 days) according to OEDC standard for performing acute toxicity fish tests [7].

3. Mussel mortality

After finishing the test, the general conditions of the tested animals - reaction to stimuli, excretion of mucus, attachment to glass-walls were visually observed including with digital microscope. The percents of mortality (response to current compound) were calculated using Abbot‘s formula [8].

4. Statistical analisys

On base of mussel mortality LD05 (NOEL) and LD50, were calculated for CPSH using R language for statistical computing [9] and R packages DoseFinding [10] with logistic model at 95 % confidence level with AIC coefficient of the model = 75.7166.

Non-linear regression modelling was conducted by R language DoseFinding packages function fitDRModel() in order to be determined values of LDx (LD05 and LD50) which are as follows:

LD05= 0.17 %

LD50= 0.57 %

The dose-response curve of CPSH created by R language function plot() with main argument fitDRModel() function is presented on Figure 2.


- 16 -

Figure 2. Dose-response curve of CPSH

CONCLUSIONS In all tested variants except CPSH were not observed any toxic manifestation on

mussels. The results from experiment show that in highest possible concentration CHSH, CPSDTH and ACHCA do not cause black sea mussel mortality. However the tested compound CPSH is poetically dangerous for mussels expressing extraordinary toxicity according to them with LD50= 0.57 % (NOEL (LD05) = 0.17 %).

Acknowledgements: Financial support by the Agricultural University – Plovdiv,

Bulgaria (Contract 06-12) is gratefully acknowledged. We are grateful also to Mr. G. Marinov, Sofia and Mr. V. Gergov, Burgas, for stimulating discussions.

REFERENCES

[1] Emmanouil,Ch., K.M.Kasiotis, K.Machera. Bioaccumulation of thiram in Mytilus galloprovincialisand its effect on different tissues. Hellenic Plant Protection Journal, 2011, 4, 57-69.

[2] Bucherer,H.T., V.Lieb. Über die Bildung substituierter Hydantoine aus Aldehyden und Ketonen. Synthese von Hydantoinen. J. Prakt. Chem., 1934, 141, 5-43.

[3] Marinov,M., S.Minchev, N.Stoyanov, G.Ivanova, M.Spassova, V.Enchev. Synthesis, spectroscopic characterization and ab initio investigation of thioanalogues of spirohydantoins. Croat. Chem. Acta., 2005, 78, 9-16.

[4] Stoyanov,N., M.Marinov. Two Methods for spirothiohydantoin synthesis. Acta Chim. Slov., 2012, 59 (3), 680-685.

[5] Enchev,V., N.Stoyanov, V.Mateva, J.Popova, M.Kashchieva, B.Aleksiev, M.Mitewa. Copper (II) complexes of spirohydantoins. Synthesis, quantum-chemical, and spectroscopic study. Struct. Chem., 1999, 10 (5), 381-385.

[6] Emmanouil,C., S.Kypriotakis, A.Kungolos, K.Machera. Effects of Thiram or MCPA Acid on Mussel Gill DNA. Discussion Paper Series, 2008 14 (24), 455-468.


- 17 -

[7] OECD 203 Guideline for testing of chemicals. Fish, acute toxicity test. Adopted by Council on 17.07.1992.

[8] Abbot,S. A method for computing the effectiveness of an insecticide. Journal of Economoc Enthomology. 1925, 18, 367-271.

[9] R Development Core Team (2011). R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. ISBN 3-900051-07-0. URL http://www.R-project.org/.

[10] Bornkamp,B., J.Pinheiro, F.Bretz (2012). DoseFinding: Planning and Analyzing Dose Finding experiments. R package version 0.6-1. http://CRAN.R-project.org/package=DoseFinding.

About the autors: Donyo Ganchev, PhD, Faculty of Plant Protection and Agroecology, Agricultural

University – Plovdiv, е-mail: [email protected]. Marin Marinov, PhD, Faculty of Plant Protection and Agroecology, Agricultural

University – Plovdiv, е-mail: [email protected]. Petja Marinova, PhD, Faculty of Chemistry, University of Plovdiv, e-mail:

[email protected]. Stefan Krustev, Assoc. Prof., PhD, Faculty of Plant Protection and Agroecology,

Agricultural University – Plovdiv, е-mail: [email protected]. Milena Zlateva, student, Faculty of Plant Protection and Agroecology, Agricultural

University – Plovdiv, е-mail: [email protected]. Nadezhda Atanasova, student, Faculty of Plant Protection and Agroecology,

Agricultural University – Plovdiv, е-mail: [email protected]. Angel Nikolov, Assoc. Prof., PhD, Faculty of Plant Protection and Agroecology,

Agricultural University – Plovdiv, е-mail: [email protected] Neyko Stoyanov, Assoc. Prof., PhD, Department of Chemistry and Chemical

Technology, University of Ruse – Branch Razgrad, e-mail: [email protected].



- 18 -

Acute toxicity of some spirohydantoins and their derivatives towards

Planorbis planorbis (Ram's Horn Snail)

Marin Marinov, Donyo Ganchev, Petja Marinova, Stefan Krustev, Plamen Penchev, Milena Zlateva, Nadezhda Atanasova, Neyko Stoyanov

Acute toxicity of some spirohydantoins and their derivatives towards Planorbis planorbis

(Ram's Horn Snail): The article represent an investigation with freshwater snail (Planorbis planorbis) for revealing the eventual acute toxic effect of cyclopentanespiro-5-hydantoin, cyclohexanespiro-5-hydantoin, cyclopentanespiro-5-(2,4-dithiohydantoin) and 1-aminocyclopentanecarboxylic acid. Planorbis species are very common air-breathing freshwater snails in Europe. They are commonly used as species for ecotoxicological test in order to be determined the eventual deleterious action of chemicals on freshwater invertebrates.

Key words: Planorbis planorbis, Spirohydantoins.

INTRODUCTION

Planorbis planorbis (Ram's Horn Snail) is a species of air-breathing freshwater snail, an aquatic gastropod mollusk in the family Planorbidae. It is one of the most common freshwater snails in Europe, occurs in numerous water body types with a preference for standing water such as ponds, swamps or lakes with slow moving or stagnant waters. As typical freshwater invertebrate it is commonly used as test species for ecotoxicological investigations of various chemicals including pesticides [1, 2].

The aim of this study is to be reveal the acute toxicity of cyclopentanespiro-5-hydantoin (CPSH), cyclohexanespiro-5-hydantoin (CHSH), cyclopentanespiro-5-(2,4-dithiohydantoin) (CPSDTH) and 1-aminocyclopentanecarboxylic acid (ACPCA) towards Planorbis planorbis.

RESULTS AND DISCUTIONS 1. Test animals Naturally occurring freshwater Planorbis planorbis individuals were collected from

lake Srebarna, Bulgaria. Snails with similar size 5-6 mm shell diameter were placed in aquarium filled with natural lake water under continuously aerated conditions, temperature of 25°C and natural light.

2. Synthetic compounds All used chemicals were purchased from Merck and Sigma-Aldrich. The initial

cyclopentanespiro-5-hydantoin (CPSH, Table 1) and cyclohexanespiro-5-hydantoin (CHSH, Table 1) were synthesized via the Bucherer-Lieb method [3]. The cyclopentanespiro-5-(2,4-dithiohydantoin) (CPSDTH, Table 1) was synthesized in accordance to Marinov et. al. [4]. The 1-aminocyclopentanecarboxylic acid (ACPCA, Table 1) was obtained according to Stoyanov and Marinov [5]. The melting points were determined with a Koffler apparatus and with a digital melting point apparatus SMP 10. The elemental analysis data were obtained with an automatic analyzer Carlo Erba 1106. IR spectra were taken on spectrometers Bruker-113 and Perkin-Elmer FTIR-1600 in KBr discs. NMR spectra were taken on a Bruker DRX-250 spectrometer, operating at 250.13 and 62.90 MHz for 1H and 13C, respectively, and on a Bruker Avance II + 600 MHz spectrometer, operating at 600.130 and 150.903 MHz for 1H and 13C, respectively, using the standard Bruker software. Chemical shifts were referenced to tetramethylsilane (TMS). Measurements were carried out at ambient temperature.

All the products obtained were characterized by physicochemical parameters, IR and NMR spectral data. The results obtained from these analyses are identical with the previously published in the literature [4-6].


- 19 -

The Attenuated Total Reflection FTIR (ATR) spectra were recorded with a VERTEX 70 FT-IR spectrometer (Bruker Optics). The ATR accessory is MIRacle with a one-reflection ZnSe element (Pike) and the stirred crystals of CPSH, CHSH, CPSDTH and ACPCA were pressed by an anvil to the reflection element; the spectra are from 4500 cm−1 to 600 cm−1 at resolution 2 cm−1 with 16 scans (see Table 1).

Table 1. Structures and ATR spectral data of the compounds

Compound Structure ATR spectral bands, cm-1

cyclopentanespiro-5-hydantoin (CPSH)

3193, 3070, 2960, 2877, 2761, 1729, 1679, 1456, 1446, 1412, 1384, 1323, 1312, 1298, 1276, 1244, 1178, 1105, 1072, 1045, 1023, 1004, 949, 917, 887, 789, 748, 713, 643

cyclohexanespiro-5-hydantoin (CHSH)

3278, 3199, 3065, 2991, 2704, 2365, 1766, 1728, 1711, 1599, 1536, 1495, 1450, 1444, 1432, 1398, 1366, 1337, 1317, 1291, 1226, 1190, 1160, 1106, 1080, 1071, 1017, 1000, 983, 960, 915, 875, 851, 783, 764, 751, 732, 693, 669, 648, 639, 627, 616

cyclopentanespiro-5-(2,4-dithiohydantoin)

(CPSDTH)

3138, 3058, 2933, 2924, 2845, 1602, 1539, 1453, 1446, 1424, 1383, 1349, 1327, 1306, 1283, 1270, 1260, 1230, 1216, 1202, 1156, 1125, 1108, 1089, 1046, 1018, 981, 958, 921, 892, 850, 841, 803, 772, 726, 664, 650, 628

1-aminocyclopentanecarboxylic acid

(ACPCA)

3462, 3341, 3216, 2947, 2764, 2540, 2361, 2066, 1669, 1637, 1619, 1597, 1561, 1522, 1472, 1447, 1395, 1331, 1295, 1246, 1228, 1196, 1161, 1073, 1035, 1012, 965, 909, 882, 768

Ten concentrations of the tested compounds were prepared using the natural lake

water from aquariums. The saturated concentrations of the compounds in the water were as follows: CPSH – 1 %, CHSH – 0.1 %, CPSDTH – 0.025 %, ACPCA – 0.1 %. Snails were placed in separated mini aquariums filled with test solution with volume 10 ml and snail density – 10 snails / aquarium at 12 hours photoperiod daily. The water was changed every 12 h and was spiked with test solutions after each renewal. The general condition of the animals and the mortalities were recorded daily and generally after 96 h (4 days) according to OEDC standard for performing acute toxicity fish tests [7].

3. Snails mortality

After finishing the test, the immobilization the tested animals were visually observed with digital microscope [8]. The percents of mortality (response to current compound) were calculated using Abbot‘s formula.

4. Statistical analisys On base of snail mortality (immobilization) LD05 (NOEL), LD25 (LOEL) and LD50, were

calculated using R language for statistical computing [9] and R packages drc [10] with logistic model at 95 % confidence level.

For CPSH compound model fitting the three-parameter logistic function with lower limit 0 was used by R language drc package function drm() for general model fitting function for concentration/dose/time-response models [10].


- 20 -

The values of LDx (LD05, LD25, LD50) were determined by ED() function, R language drc package [10] and are as follows:

LD05 = 0.130752 %

LD25= 0.230346 %

LD50= 0.322668 % The graphical presentation of dose-response modelling as dose-response curve

(Figure 1) was created by R language function plot() with function drm() as main argument [10].

Figure 1. Dose-response curve of CPSH

For CPSDTH compound the same dose-response modeling by R language drc package was conducted. Figure 2 represent dose-response curve for this compound.

Received values of LDx (LD05, LD25, LD50) are as follows:

LD05= 7.8203e-07

LD25= 2.8945e-05

LD50= 2.4834e-04

Figure 2. Dose-response curve of CPSDTH

CONCLUSIONS All tested substances except CPSH and CPSDTH have not cause any toxic

manifestation on snails at the saturated concentration of the compounds in water. However CPSH manifest acute toxic effect at relatively high concentration – LD50= 0.322668 (3226.68 ppm). CPSDTH on the other side show that can be potentially


- 21 -

dangerous for the freshwater invertebrates with in LD50=2.4834e-04 (24.834 ppm) concentration.

Acknowledgements: Financial support by the Agricultural University – Plovdiv, Bulgaria (Contract 06-12) is gratefully acknowledged.

REFERENCES

[1] Van Wijngaarden,R.P.A., S.J.H.Crum, K.Decraene, J.Hattink, A. van Kammen. Toxicicity of derosal (active ingredient carbendazim) to aquatic invertebrates. Chemosphere, 1998, 37 (4), 673–683.

[2] Poundsa,N., S.Macleana, M.Webleya, D.Pascoeb, T.Hutchinson. Acute and chronic effects of ibuprofen in the mollusc Planorbis carinatus (Gastropoda: Planorbidae). Ecotoxicology and Environmental Safety, 2008, 70 (1), 47-62.

[3] Bucherer,H.T., V.Lieb. Über die Bildung substituierter Hydantoine aus Aldehyden und Ketonen. Synthese von Hydantoinen. J. Prakt. Chem., 1934, 141, 5-43.

[4] Marinov,M., S.Minchev, N.Stoyanov, G.Ivanova, M.Spassova, V.Enchev. Synthesis, spectroscopic characterization and ab initio investigation of thioanalogues of spirohydantoins. Croat. Chem. Acta., 2005, 78, 9-16.

[5] Stoyanov,N., M.Marinov. Two Methods for spirothiohydantoin synthesis. Acta Chim. Slov., 2012, 59 (3), 680-685.

[6] Enchev,V., N.Stoyanov, V.Mateva, J.Popova, M.Kashchieva, B.Aleksiev, M.Mitewa. Copper (II) complexes of spirohydantoins. Synthesis, quantum-chemical, and spectroscopic study. Struct. Chem., 1999, 10 (5), 381-385.

[7] OECD 203 Guideline for testing of chemicals. Fish acute toxicity test. Adopted by Council on 17.07.1992.

[8] Taylor,S., N.Blake. Literature reviews on ecotoxicology of chemicals with a special focus on plant protection products. Report for EFSA by Cambridge Environmental Assessments – ADAS. Report Number CEA.468, 2009.

[9] R Development Core Team (2011). R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. ISBN 3-900051-07-0, URL http://www.R-project.org/.

[10] Ritz,C., J.Streibig. Bioassay Analysis using R. J. Statist. Software, 2005, 12 (5).

About the autors:

Marin Marinov, PhD, Faculty of Plant Protection and Agroecology, Agricultural University – Plovdiv, е-mail: [email protected].

Donyo Ganchev, PhD, Faculty of Plant Protection and Agroecology, Agricultural University – Plovdiv, е-mail: [email protected].

Petja Marinova, PhD, Faculty of Chemistry, University of Plovdiv, e-mail: [email protected].

Stefan Krustev, Assoc. Prof., PhD, Faculty of Plant Protection and Agroecology, Agricultural University – Plovdiv, е-mail: [email protected].

Plamen Penchev, Assoc. Prof., PhD, Faculty of Chemistry, University of Plovdiv, e-mail: [email protected].

Milena Zlateva, student, Faculty of Plant Protection and Agroecology, Agricultural University – Plovdiv, е-mail: [email protected].

Nadezhda Atanasova, student, Faculty of Plant Protection and Agroecology, Agricultural University – Plovdiv, е-mail: [email protected].

Neyko Stoyanov, Assoc. Prof., PhD, Department of Chemistry and Chemical Technology, University of Ruse – Branch Razgrad, e-mail: [email protected].



- 22 -

Statistical Approach to the Quality of Some Bulgarian Honeys

Ivan Obreshkov, Natalia Kravchenko

Abstract: Honey is a natural product rich in biologically active substances. The current study includes

HPAEC-PAD carbohydrate data (trehalose, rhamnose, arabinose, glucose, fructose, saccharose, raffinose, melezitoze, maltose), pH, moisture, ash, protein, carbon, nitrogen, P, K, Na, Mg and Zn, and presents descriptive statistic data on average, minimal, and maximal values, standard deviations and the median. The highest median levels are shown by K (647 mg kg

-1), followed by Na (138 mg kg

-1), P (59 mg kg

-1), Mg

(28.2 mg kg-1

), and Zn (2.45 mg kg-1

). Both negative and positive statistically significant correlations at p < 0.01 are identified. There are 20 statistically significant correlations with Pearson correlation coefficients higher than 0.95.

Key words: honey, quality, correlation, carbohydrates, minerals, protein.

INTRODUCTION

Honey is a healthy natural product. Among the traditional natural foodstuff in Bulgaria, honey has been known, produced and consumed by people for centuries. Due to its composition, honey is recognized for its nourishing, antioxidant, antibacterial and other properties [4, 5, 6, 7, 10, 11, 16, 27, 29, 34, 35, 37, 39, 41, 42]. The honey sugar analysis is important for identification of the fraudulent activities i.e. the addition of industrial syrups to honey [18] and for honey‘s classification as a blossom or honeydew honey [9]. Carbohydrates are analyzed by means of various techniques [2, 3, 12, 13, 14, 15, 17, 19, 20, 21, 23, 24, 25, 26, 28, 30, 36, 40]. Although, the high-performance anion-exchange chromatography with pulsed amperometric detection (HPAEC-PAD) is influenced by various factors [1, 15, 19, 22, 26, 33], it is the most appropriate contemporary technique.

The aim of the present study is to identify correlations between HPAEC-PAD carbohydrates (trehalose, rhamnose, arabinose, glucose, fructose, saccharose, raffinose, melezitoze, maltose), pH, moisture, ash, protein, carbon and nitrogen, phosphorus, potassium, sodium, magnesium, and zinc.

MATERIAL AND METHODS Honey samples. Honeys were bought directly from various local Bulgarian

beekeepers. The honeys were stored at room temperature (20±2 oC) in glass jars until analyses.

Carbohydrate analyses. An aliquot of 2 g of honey was diluted with double-distilled water (TOC = 4 ppb; 18.2 MΩ 10-2 m) and the dilution was analyzed by means of HPAEC-PAD after filtration [31, 32].

Determination of pH. An aliquot of 10 g of honey was diluted in 75 mL double-distilled water (TOC = 4 ppb; 18.2 MΩ 10-2 m) and the pH values were read by inoLAB pH720 (WTW, Weilheim, Germany) [8].

The moisture was determined using Mettler balance & moisture analyser, model LJ16, Type PJ300MB supplied with LC-P45 printer (Mettler-Toledo).

Protein, carbon and nitrogen were determined at 949 oC, using Hellium flow-through carrier gas by TruSpec CN (Leco Corporation, USA). The apparatus was calibrated with EDTA calibation sample (Leco Corporation, USA).

Ash content determination included incineration in a muffle furnace Nabertherm (L15/11, Lilienthal, Germany) [8].

Phosphorus was colorimetrically determined based on the vanadomolybdate procedure by Stuffins [38]. The method included incineration at 550 oC, solution in 1N nitric acid. Then, the absorbance was read by Specord 200 spectrophotometer (Analytic Jena, Germany). The data were processed by WinASPECT® 1.2 software (Analytic Jena, Germany).


- 23 -

The minerals K, Na, Mg and Zn were determined by flame atomic absorption spectrometer (Model AAS 5-FL, Analytik Jena AG, Germany) equipped with an AS 52 autosampler (Analytik Jena AG, Germany). A calibration standard by Merck (Germany) ICP multi-element standard solution IV (23 elements in diluted nitric acid) was used. The data were processed by WinAAS ver.3.80.

The data were processed with the stated software packages. Statistical analyses were performed by STATISTICA statistical software package (version 7.0) and Origin 8.0. All samples were analyzed in triplicates.

RESULTS AND DISCUSSION According to the Bulgarian Legislation [43], various honey characteristics are subject

to quality control. In Table 1 are presented descriptive data about the main properties and the contents of carbon, nitrogen, phosphorus, potassium, sodium, magnesium and zinc (Var.1-Var.11).

Table 1. Descriptive Statistics of Honey Composition and Properties

рН moisture Ash Protein C N P K Na Mg Zn

- g 100g-1 mg kg-1 Var.1 Var.2 Var.3 Var.4 Var.5 Var.6 Var.7 Var.8 Var.9 Var.10 Var.11

Average 4.36 15.06 0.71 0.27 21.1 433 72 565 136 23.8 2.57 Min 3.89 12.58 0.23 0.17 18.8 277 35 117 81 0.0 0.57 Max 4.70 18.99 0.89 0.40 24.3 638 134 1044 185 49.6 4.87 SD 0.31 2.24 0.21 0.07 1.7 108 36 351 46 21.0 1.59

Median 4.40 14.12 0.78 0.27 20.9 429 59 647 138 28.2 2.45

Demonstrating a pH value below 5, honey was defined as an acidic product. Similar

results have been reported by other authors [41, 42]. The Bulgarian legislation states different requirements for industrially- and not-

industrially produced honey. The latter must not contain more than 1.0 % ash and 20 % moisture [43]. All samples meet these requirements. P, K, Na and Zn were found in all samples.

The descriptive statistics of absolute quantities of honey carbohydrates determined by HPAEC-PAD is shown in Table 2 (Var.12 - Var.22). For five carbohydrates (fructose, glucose, saccharose, maltose, and melezitose), the median values are more than 1.0 g 100g-1.

Table 2. Descriptive Statistics of Honey Carbohydrates (absolute quantities)

Fru Glu Sac Mel Mal Tre Raf Ara Rha F+G F/G

g 100g-1 - Var.12 Var.13 Var.14 Var.15 Var.16 Var.17 Var.18 Var.19 Var.20 Var.21 Var.22

Average 33.04 25.39 273 1.22 1.37 0.61 0.04 0.04 0.04 58.43 1.30 Min 30.84 23.24 1.98 0.92 1.05 0.31 0.00 0.00 0.00 54.31 1.22 Max 38.66 27.06 3.43 1.69 1.75 1.06 0.31 0.27 0.23 64.78 1.48 SD 2.68 1.34 0.54 0.24 0.26 0.25 0.11 0.10 0.08 3.65 0.08

Median 32.15 25.28 2.84 1.20 1.35 0.55 0.00 0.00 0.00 57.69 1.29

Although, not found in all honeys, raffinose, arabibose, rhamnose were also detected.

The average ratio between fructose and glucose (F/G) was above 1.2.


- 24 -

Fructose (≥50 %) was the most abundant carbohydrate (Table 3). Almost 90 % of the carbohydrates were fructose and glucose, followed by saccharose (4.28 %). The presence of maltose (more than 1.5 %) is a proof for the lack of fraudulent activities.

Table 3. Descriptive Statistics of Honey Carbohydrates (relative quantities – only carbohydrates)

All

Sugars Fru Glu Sac Mel Mal Tre Raf Ara Rha F+G

g 100g-1

%

Var.23 Var.24 Var.25 Var.26 Var.27 Var.28 Var.29 Var.30 Var.31 Var.32 Var.33

Average 64.48 51.19 39.41 4.28 1.88 2.11 0.94 0.06 0.06 0.07 90.60

Min 60.42 50.00 36.60 2.95 1.52 1.62 0.47 0.00 0.00 0.00 88.58

Max 71.37 54.17 41.78 5.67 2.52 2.57 1.48 0.46 0.41 0.34 92.60

SD 3.71 1.40 1.57 1.02 0.32 0.31 0.34 0.16 0.14 0.12 1.35

Median 63.57 50.72 39.65 4.42 1.93 2.13 0.87 0.00 0.00 0.00 90.19

Strong positive and negative significant correlations (Pearson correlation coefficient

more than 0.85) have been found at p < 0.01 (Table 4).

Table 4. Statistically Significant Correlations at p < 0.01* Var. 1 3 4 8 9 10 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 27 30 31

1

2

3

4

5

6 +++

7

8 ++

9

10 ++ ++

11

12 -- -

13 -

14 + ---

15

16

17

18

19 +++

20 ++ +++

21 -- +++

22 --

23 - -- +++ +++

24 - + +

25 --

26 ++ --- +++ -

27 +++ +

28 +++

29 +++

30 +++ +++ ++

31 +++ +++ +++ +++

32 ++ +++ +++ + ++ +++

33

* ―+‖ statistically significant positive correlation (―+‖Pearson correlation coefficient < 0.89; ―++‖ between 0.90-0.94; ―+++‖ more than 0.95); ―-― statistically significant negative correlation (―-― Pearson correlation coefficient < 0.89; ―--" between 0.90-0.94; ―---― more than 0.95).


- 25 -

CONCLUSION

The data about the honey properties and the existing correlations are worthwhile for the quality evaluation of honey. In future studies the current one could be a reference point to identify regression models and coefficients.

REFERENCES [1] Allosio-Ouarnier N., B. Quemener, D. Bertrand, P. Boivin. Application of High

Performance Anion Exchange Chromatography, 2000, 106(1):45-52. [2] Andersen, R., A. Sørensen. 2000. Journal of Chromatography A 897(1-2):195-

204. [3] Bansleben, D., I. Schellenberg, A.-C. Wolff. 2008. Journal of the Science of Food

and Agriculture 88(11):1949-1953 [4] Bobis, O., C. Socaciu, L.Al. Mărghitas, D. Dezmirean. 2005. Buletinul USAMV

Cluj, 62:349-353. [5] Bobis, O., D. Dezmirean, L.Al. Mărghitas, C. Socaciu, C. Echim. 2006. XXXXIth

Croatian and Ist Internat. Symp. on Agriculture, Opatija Croatia, p.547-548. [6] Bobis, O., L. Marghitas, I.K. Rindt, M. Niculae, D. Dezmirean. 2008. Zootehnie si

Biotehnologii, 41(2):271-277. [7] Bobis, O., L. Mărghitas, V. Bonta, D. Dezmirean. 2007. Buletin USAMV-CN,

64:179-185. [8] Bogdanov, S. 2009. Harmonised methods of the international honey commission. [9] Bogdanov, S., M. Gfeller. 2006. Classification of honeydew and blossom honeys

by discriminant analysis. ALP Science, vol. 500. [10] Bogdanov, S., M. Haldimann,W. Luginbühl, P. Gallmann. 2007. Journal of

Apicultural Research and Bee World 46(4): 269–275. [11] Bogdanov, S.: Characterisation of antibacterial substances in honey. In:

Lebensmittel-Wissenschaft und-Technologie, vol. 17(2), 1984, p. 74-76. [12] Caseiro, A, I.L. Marr, M. Claeys, A. Kasper-Giebl, H. Puxbaum, C.A. Pio. 2007.

Journal of Chromatography A 1171(1-2):37-45. [13] Cataldi, T. R., C. Campa, G. E. De Benedetto. 2000. Fresenius' Journal of

Analytical Chemistry 368(8):739-58. [14] Cataldi, T. R., D. Nardiello. 2003. Journal of Agricultural and Food Chemistry

51(13):3737-3742. [15] Cheng, X., L. A. Kaplan. 2003. Journal of chromatographic science 41:434–438. [16] Chirife, J., M.C. Zamora, A. Motto. 2006. Journal of Food Engineering

72(3):287–292 [17] Corradini, C., G. Canali, A. Cavazza, D. Delfino, G. Teti. 1998. Journal of Liquid

Chromatography & Related Technologies 21:941-951. [18] Cotte, J.F., H. Casabianca, S. Chardon, J. Lheritier, M.F. Grenier-Loustalot.

2003. Journal of Chromatography A 1021(1-2):145–155. [19] Currie, H.A., C.C. Perry. 2006. Resolution of complex monosaccharide mixtures

from plant cell wall isolates by high pH anion exchange chromatography. Journal of Chromatography A 1128(1-2):90-96.

[20] Davis, M. W. 1998. Journal of Wood Chemistry and Technology 18(2):235-252. [21] Dubois, M., D. A. Gilles, J. K. Hamilton, P. A. Rebers, F. Smith. 1956. Analitycal

Chemistry 28(3):350-356. [22] Jahnel, J. B., P. Ilieva, F. H. Frimmel. 1998. Fresenius' Journal of Analytical

Chemistry 360(7-8):827-829. [23] Kaskoniene, V., P. R. Venskutonis1, V. Ceksteryte. 2008. Proceedings of the 3rd

Baltic Conference on Food Science and Technology – FOODBALT2008, p. 94-98. [24] Kurz, C., M. Leitenberger, R. Carle, A. Schieber. 2010. Food Chemistry

119(2):806-812. [25] Kurz, C., R. Carle, A. Schieber. 2008. Food Chemistry 106(1):421-430.


- 26 -

[26] Landberg, E., A. Lundblad, P. Påhlsson. 1998. Journal of Chromatography A 814(1-2):97-104.

[27] Lazarova, M., Yurukova, L. 2007. Comptes Rendus de l'Académie Bulgare des Sciences 60(11) :1187-1192.

[28] Lebet, V., E. Arrigoni, R. Amado. 1997. Zeitschrift fuer Lebensmittel-Untersuchung und-Forschung A/Food Research and Technology 205(4):257-261.

[29] Lee, C. Y., N.L. Smith, B.A. Underwood, R.A. Morse, R. A. 1990. American Bee Journal, 130(7):478-479.

[30] Martens, D. A., W. T. Frankenberger. 1991. Journal of Chromatography 546:297-309.

[31] Obreshkov, I., D. Franz, I. Schellenberg. 2012. Carbohydrate analysis in honey by high-performance anion-exchange chromatography with pulsed amperometric detection (HPAEC-PAD). Proceedings of the International Conference ―Agricultural and Food Sciences, Processes and Technologies‖ AGRI-FOOD20 (pp. 398-404), Sibiu, Romania.

[32] Obreshkov, I., D. Franz, I. Schellenberg. 2012. HPAEC-PAD carbohydrate analyses of Bulgarian blossom honeys. Journal of EcoAgriTourism 8(2):18-21.

[33] Panagiotopoulos, C., R. Sempere, R. Lafont, P. Kerherve. 2001. Journal of Chromatography A 920: 13-22.

[34] Pridal, A., L. Vorlova. 2002. Czech Journal of Animal Science 47(10):439–444. [35] Przybylowski and Wilczynska, 2001. Food Chemistry 74(3):289–291. [36] Ramirez-Truque, C., P. Esquivel, R. Carle. 2011. Carbohydrate Polymers

83(3):1134-1138. [37] Rodriguez, O.G., de Ferrer, B.S., Ferrer, A., Rodriguez, B. 2004. Food

Chemistry 84(4):499-502. [38] Stuffins, 1967. C.B. Stuffins, Analyst 92 pp. 107–111. [39] Terrab, A., A. F. Recamales, D. Hernanz, F. J. Heredi. 2004. Food Chemistry 88

(4):537–542. [40] Vaccari, G., G. Lodi, E. Tamburini, T. Bernardi and S. Tosi. 2001. Food

Chemistry 74(1):99-110. [41] Vela, L., Lorenzo, C. de, Perez, R.A. 2007. Journal of the Science of Food and

Agriculture 87(6):1069-1075. [42] Yurukova, L., Atanassova, J., Lazarova, M. 2008. Comptes Rendus de

l'Académie Bulgare des Sciences 61(11):1433-1440. [43] Regulation #9 / 22. June 2005 (SG54/1.July 2005) (In Bulgarian). About the authors: Ivan Obreshkov, PhD, Catering and Tourism Department, University of Food

Technologies, Plovdiv, Bulgaria, е-mail: [email protected] Natalia Kravchenko, Department of Technology in a Restaurant Economy, Donetsk

National University of Economics and Trade named after Mikhail Tugan-Baranovsky, Donetsk, Ukraine, е-mail: [email protected]



- 27 -

Снижение затрат энергии при резании пищевых продуктов

Виктор Гуць, Олексий Губеня, Евгений Рoдионов

Energy cost savings for cutting food products. The possibility of reducing energy consumption

during cutting has been investigated. A new technique for determining the cutting force was developed. Mathematical models in the form of second-order differential equations for the determination of the cutting forces were obtained. The dependence of the cutting force of the cutting speed and the structure of the materials is determined. Recommendations to reduce the cutting forces and improve the quality of the cut is presented.

Key words: cutting, food products, energy cost savings.

ВВЕДЕНИЕ.

Современное пищевое производство нуждается в уменьшении затрат энергии на механические процессы, включая и резание. Известно, что уменьшить силу резания можно при рациональном выборе режимных параметров процесса.

В литературе отсутствуют данные о влиянии структуры продукта и скорости режущего инструмента на изменение силы резания. Отсутствуют методики, позволяющие непосредственно определить силу резания материала при значительном изменении скорости ножа. Сила резания определялась лишь для определѐнной скорости ножа, которая часто не является оптимальной. Математические модели не достаточно учитывают влияние на процесс режимов резания, явлений трения и адгезии. Не учитывалась многослойность продукта, например наличие кости и жил в мясе, тонкой прочной оболочки в овощах.

Основная масса научных исследований резания проводилась до 1980 года, их основные результаты представлены в [1]. Большинство последующих исследований рассматривали частные случаи резания, без усовершенствования теории процесса.

Нами проведены исследования, в результате которых разработаны простые методики исследования, ряд математических моделей, определены рациональные режимы резания с учѐтом структуры продукта.

ИЗЛОЖЕНИЕ. Методика определения силы резания.

Разработано простую и надѐжную методику, которая позволяет определить силу резания для большого диапазона скоростей ножа и разных по структуре продуктов. Методика заключается в использовании экспериментальной установки, которая выполнена в виде маятника. На коромысле маятника закреплен нож, который разрезает продукт. Такая конструкция позволяет в широких диапазонах изменять скорость лезвия и запас кинетической энергии режущего устройства. Для определения силы резания на основании экспериментальных данных необходимо вывести ряд математических моделей.

Экспериментальная установка Установка изготовлена в виде физического

маятника (рис. 1). На торце коромысла 2 закреплен нож 4. Нож при опускании коромысла разрезает продукт 7. Продукт

Рис. 1. Схема установки для исследования процесса

резания: 1 - станина; 2 - коромысло;

3 - груз; 4 - нож; 5 - указательная стрелка;

6 - шкала; 7 - продукт; 8 – фиксатор продукта.


- 28 -

находится в фиксаторе 8. Скорость ножа и запас кинетической энергии изменяется в широких пределах. Для этого коромысло запускается с разных углов, а также изменяется положение груза 3. Например, при длине коромысла 1.4 m и его весе 0.2 kg скорость ножа можно изменять от 0.1 до 8 m/s.

Скорость ножа определяется по формуле:

cos12J

rPRV

ii

вх , (1)

где Pi - вес каждой детали коромысла, rі - расстояние от центра масс детали к оси коромысла; β – угол запуска коромысла; R – длина коромысла; J – момент инерции всех деталей коромысла.

Математическое моделирование движения ножа в продукте Цель математическое моделирование – определить непосредственно силу

резания при разных скоростях лезвия на основании экспериментальных данных. Рассмотрим механизм процесса резания. Составим дифференциальное

уравнение, которое описывает движение лезвия в продукте. На нож действуют силы сопротивления: Fr - сила резания, G - сила трения между боковой поверхностью лезвия и продуктом, Рі - сила инерции. В случае проявления продуктом адгезионных свойств, вместо силы трения используем сиду адгезии Fад.

Сила трения определяют по формуле:

dt

dykСVkCG 1тр1тр , (2)

где Стр - коэффициент, зависящий от удельной нагрузки продукта на боковую поверхность ножа; V - скорость скольжения между продуктом и поверхностью ножа; k1 – коэффициент влияния скорости скольжения на силу трения; у - перемещение ножа в продукте; t - продолжительность резания.

Сила инерции Рі:

2

2

іdt

)t(ydmmaР , (3)

где m - приведенная к ножу масса режущего механизма; а - ускорение ножа в

продукте. Получаем уравнение движения:

Fr+G+Pi=0 (4) Учитывая уравнение 2 и 3, раскрываем члены уравнения 16:

0)(

))(

(2

2

1dt

tydm

dt

tdykCF трr (5)

Решение уравнения:

2

11

1)(

)(

1

Ck

tCF

k

emСty

трrm

tk

, (6)

где С1 и С2 – постоянные интегрирования.

При начальных условиях t=0 => y=0 => oy

Vdtdy / имеем:

2

1

1

1

2

1

1 )()()()(

1

k

mkVCF

k

tCF

k

emkVCFty

oyтрrтрrm

tk

oyтрr (7)

Дифференцируем уравнение 19:

1

трr

2

1

m

tk

1oyтрr

k

CF

k

e)KVCF(

dt

)t(dy1

(8)


- 29 -

Из уравнения (8) находим силу резания:

1e

C)kVC(edt

)t(dyk

Fm

tk

тр1oyтрm

tk

1

r1

1

, (9)

где dttdy /)( - скорость движения ножа.

При расчете силы и мощности резания необходимо знать удельную силу резания как отношение силы резания к длине среза L.

L

FF rуд , N/m (10)

Рассмотрим второй случай, когда на продукт проявляет адгезионные свойства. Сила адгезии может быть непостоянна. Это характерно для неоднородных по структуре продуктов. Например, в продукте может быть тонкая прочная оболочка, которая не позволяет продукту деформироваться при внедрении ножа.

Силу адгезии определяем по формуле )cos(SPF

0адад(3)

где адP - прочность адгезии, N/m2, S – площадь контакта продукта с ножом.

Уравнение движения ножа:

0)(

2

2

адr FFdt

tydm (11)

Принимаем, что прочность адгезии линейно зависит от продолжительности t резания:

atbPад (12)

где a и b – экспериментально найденные коэффициенты. Получаем решение уравнения (5). Учитываем начальные условия t=0 => y=0, dy/dt=V0y, и получаем уравнение:

m

atbSFttVty r

oy6

))3)(cos(3()( 0

2

(13)

Дифференцируем уравнение (13). Определим скорость резания:

m

atbtStFtV

dt

dy roy

2

)2)(cos(22 2

0 (14)

Из уравнения (8) определяем сила резания:

dt

dy

t

m

t

atbtStVF

oy

r2

)2)(cos(2 2

0 (15)

Чаще прочность адгезии изменяется во времени по закону: bt

ад BeP (16)

Тогда, раскрыв члены уравнения (11), проведя аналогичные преобразования, получаем силу резания

0)cos()(

02

2

SBeFdt

tydm bt

r (17)

t

m

dt

dy

tb

bebBS

t

mVF

btoy

r 2

0 ))(cos( (18)

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Результаты моделирования применены для определения рациональных

режимов резания пищевых продуктов. По формуле (21) определена удельная сила резания. Результаты установлены при скоростях ножа 1-10 м/с и представлены на рис. 2.


- 30 -

Рис. 2. Зависимость удельной силы резания от скорости лезвия в продукте:

1 – мякиш горячего хлеба; 2 – мякиш хлеба после охлаждения 6 часов; 3 – сыр твѐрдый; 4 – стебли мяты; 5 – корка хлеба; 6, 7 – мясо (свинина) при температуре 5°

С и -5°С.

При увеличении скорости ножа сила резания большинства продуктов возрастает, и затем снижается. Уменьшение силы происходит за счѐт уменьшения деформирования продукта под кромкой ножа при высоких скоростях. Это характерно для всех вязко-упруго-пластичных продуктов.

Для относительно твѐрдых и хрупких продуктов силы резания непрерывно возрастает при увеличении скорости ножа.

Скорость ножа необходимо выбирать при условии снижения усилия резания и деформации продукта. Например, для резания хлеба – это более 6 м/с, твѐрдого сыра – более 3 m/s (рис.2).

Резание продуктов, которые имеет оболочку. Сила резания, а также качество поверхности среза зависит от расположения оболочки относительно движения ножа. Оболочка в продукте может располагаться на входе или выходе ножа, а также в средине. Примеры продуктов с оболочкой – хлеб, который состоит из мякиша и корки. Мясо, в котором есть кости и жилистые ткани. Овощи и фрукты, которые имеют

наружную оболочку. А также упаковочные материалы, состоящие из разных по структуре слоѐв.

Приведѐм пример для резания мяса, которое имеет жилистую прослойку (рис. 3). Размещение оболочки на входе ножа в продукт незначительно влияет на увеличение силы резания. Если оболочка размещена на выходе ножа с продукта – сила резания возрастает в 2 раза.

В некоторых случаях расположение оболочки может изменять силу резания в 10-50 раз. Это характерно для многослойных материалов, мяса с костью.

Работа, затраченная на резание непосредственно оболочки, обычно незначительна. Но, если оболочка расположена на выходе ножа, она создаѐт сопротивление деформированию продукта при его внедрении. При этом на боковую

Удельная сила резания, кN/m

Рис. 3. Влияние

расположения жилистой оболочки на удельную силу

резания мяса: 1 – без оболочки

2 – оболочка на входе лезвия в продукт;

3 – на выходе с продукта. (скорость лезвия 3.3 m/s,

температура мяса – 5 °С):


- 31 -

поверхность ножа действует большое давление, и возникает значительная сила трения. Экспериментально подтверждено, что наибольшее сопротивление движению ножа возникает при его максимальном приближении к оболочке. Такую

закономерность объясняет экспоненциальная зависимость прочности адгезии адP от

времени резания (формула 16 ). При резании многослойного продукта необходимо вначале разрезать тонкую

прочную оболочку, а потом – остальной объѐм продукта. Так снижаем силу резания, повышаем качество среза, повышаем срок службы ножа.

Научная новизна проведенных исследований - это разработка группы математических моделей. Модели позволяют определить непосредственно силу резания для продуктов с разными структурно-механическими свойствами. Это было невозможным до настоящего времени, потому что процесс характеризовался удельной работой резания и другими характеристиками, которые не раскрывали его физической сути.

ВЫВОДЫ.

Использование полученных результатов позволяет снизить затраты энергии, уменьшить деформацию (смятие) продукта и повысить качество среза.

ЛИТЕРАТУРА.

[1] Резник Н. Е. Теория резания лезвием и основы расчета режущих аппаратов / Н. Е. Резник. - М.: Машиностроение, 1975. - 311с.

[2] Guts Viktor. Modelling of food product cutting / Viktor Guts, Oleksiy Gubenia, Stefan Stefanov, Wilhelm Hadjiiski // 10th International conference ―Research and development in mechanical industy – 2010‖, Donji Milanovac, Serbia, 10-16 september 2010. Volume 2. – P.1100-1105.

[3] Гуць В. Определение усилия резания продуктов с разными структурно-механическими свойствами / В. Гуць. А. Губеня // Научни трудове на УХТ, том 57, свитък 2. – Пловдив – 2010. - С. 411-416

[4]Gubenia O., Guts V. Modeling of cutting of food products / EcoAgroTourism. - 2010. - N1. – P. 67-71.

[5] А. Губеня, С. Стефанов, В. Теличкун, В. Хаджийски. Усъвършенстване на конструкцията и режимите на работа на машина за рязане на хляб Русенски университет «Ангел Кънчев». Начни трудове. Том 48. 2009. С. 186-189.

Для контактов:

Виктор Гуць, д.т.н., профессор, заведующий кафедры «Безопасность жизнедеятельности», Национальный университет пищевых технологий, Украина.

Алексей Губеня – к.т.н., доцент, кафедра «Машины и аппараты пищевых и фармацевтических производств», Национальный университет пищевых технологий, Украина, [email protected]

Доклад был рецензирован.


- 32 -


- 33 -

Комплексный метод обезвоживания капиллярно-пористых

материалов

Людмила Постол, Александр Прохоров

Complex method of dehydration of capillary-porous materials. Analysis of the costs of energy during dehydration of capillary-porous materials was performed. To reduce energy consumption complex method was proposed. The method consists in the fact that in the first stage the material is dewatered mechanically, and the second stage is the drying. Mathematical relationships that define the optimum moisture content of the liquid pressed process, were obtained.

Key words: Drying, the capillary-porous product, drying schedule, the energy savings

ВВЕДЕНИЕ.

Капиллярно-пористые материалы занимают значительную часть материалов, что используются в пищевой и перерабатывающей отраслях производства. Поэтому процессам их обезвоживания приделяется значительное внимание.

Целью обезвоживания является повышение качества продукта, увеличение срока его хранения и повышения ценности извлечѐнной жидкости.

Влага, находящаяся в материале, связана с твѐрдым остатком механическим, физическим и химическим способом.

Наиболее экономичным методом обезвоживания является механический процесс, который позволяет извлекать влагу, связанную с твѐрдым остатком, механическим и частично физическим методами. Конечная влага продукта зависит от режима прессования и реологических свойств продукта, и составляет 30-60 % [4].

Для дальнейшего обезвоживания капиллярно-пористых материалов используется процесс сушки, являющийся одним из наиболее энергоѐмких методов. Он позволяет получить материал с оптимальной конечной влажностью 2-10%.

Для уменьшения энергетических затрат на обезвоживание капиллярно-пористых материалов предложено первый этап обезвоживания проводить методом прессования, а второй- методом сушки. Но, необходимо установить, до какой влажности необходимо прессовать каждый из материалов.

ИЗЛОЖЕНИЕ.

Рассмотрим процесс обезвоживания комплексным методом. Механическую работу при обезвоживании опишем уравнением:

VqLSqLFAM (1)

где: F – усилие прессования, N; L – перемещение поршня, m, q – удельное давление, Pа; S – площадь сдавливаемого материала, m2; V – объѐм усадки материала, m2.

В процессе усадки материала изменяется коэффициент пористости:

1kV

V

V

VVE

Т

Ж

Т

ГЖ (2)

где VЖ,VГ,VТ – объѐмы, занятые жидкостью, газом и твѐрдым остатком, m3. Влагосодержание материала определяем:

ТТ

ЖЖ

Т

Ж

V

V

m

mW (3)

где mЖ, mТ – масса жидкости и твѐрдого остатка, kg. Подставляя уравнение (3) в уравнение (2), получим:

11 kWkWEЖ

T (4)


- 34 -

где - 1k

ENТ коэффициент, ρЖ, ρТ – плотность жидкости и твѐрдого остатка, kg/m3.

Объѐм усадки определяем из формулы (4):

T

TT mW

k

VEV

1

(5)

где ΔW – изменение влагосодержания материала при прессовании. Подставим уравнение (5) в уравнение (1) и определим работу при отжимании

жидкости:

T

TM

mWqA (6)

Энергетические затраты на процесс сушки состоят из затрат на нагрев материала, и затрат на испарение влаги:

TWTTWWC mrAmrttcmttcmA )()( 00 (7)

где cW, cT – теплоѐмкости воды и твердого остатка, seckg

kDj; t, t0 – конечная и

начальная температуры продукта во время сушки, °С, r – теплота парообразования

kg

kDj, A - работа на нагрев твѐрдого остатка и воды, kDj .

На рис. 1 изображѐн процесс обезвоживания капиллярно-пористого материала от начального W0

влагосодержания до конечного W3 c помощью процессов прессования и сушки. Процесс сушки показано кривой BCDE. Участки BC - подогрев материала, CD – прямая постоянной скорости сушки, DE – кривая досушивания материала. Равновесные значения влажности материала при прессовании – WР, а при

сушке этого материала - C

PW .

Процесс механического обезвоживания показано кривой BD. На начальном этапе механического обезвоживания потери энергии незначительные, а потом они резко увеличиваются. Независимо от удельного давления прессования получаем конечное влагосодержание продукта WP, которое зависит от режимов прессования и реологических характеристик продукта. По рис. 1 определяем, что комбинированный метод даѐт возможность минимизировать энергетические затраты.

Для определения положения точек пересечения кривых обезвоживания механическим методом и сушкой, необходимо, чтобы углы наклона касательных в точке D были одинаковыми. Математически это описывается

CM AA (8)

T

W

W

T

Г

Г mrBWWmrAdWWqq

m)()( 0

0

1

(9)

Из уравнения (9) получаем:

T

T

rm

BWq )()( (10)

Рис. 1. Зависимость затрат энергии при

прессовании и сушке влажных продуктов


- 35 -

Компрессионная кривая для большинства капиллярно-пористых материалов апроксимируется отношением [4]:

bq

aE (11)

где: a, b – коэффициенты, которые характеризируют исследуемый материал. По формуле (11) получаем:

b

E

aq

1

(12)

Учитывая формулы (4), (10), (12) определяем влагосодержание W1, до которого необходимо обезвоживать материал механическим методом:

T

T

b

rm

B

kW

a)(

1

1

(13)

1

1

)(

k

arm

B

W

b

T

T (14)

Экономия энергии при использовании комбинированного метода обезвоживания капилярно-пористых материалов определяется:

1

000

W

WM

W

Wr

W

WC AAAE

CC

(15)

ВЫВОДЫ.

1. На основании компрессионной кривой материала установлено целесообраз-ность использования комбинированного метода обезвоживания материалов.

2. Определены параметры для расчета нового и реконструкции существующего оборудования для обезвоживания материалов.

3. Определено экономию энергии для обезвоживания материалов комбинированным методом.

ЛИТЕРАТУРА.

[1] Vasiliki P. Oikonomopoulou, Magdalini K. Krokida, Vaios T. Karathanos. The influence of freeze drying conditions on microstructural changes of food products / Procedia Food Science. - V. 1. – 2011. – P. 647-654.

[2] Soraya Kerdpiboon, Sakamon Devahastin, William L. Kerr. Comparative fractal characterization of physical changes of different food products during drying / Journal of Food Engineering. V. 83.- Issue 4. – 2007. P. 570-580.

[3] James C Atuonwu, Xin Jin, Gerrit van Straten, Henk C van Deventer Antonius, J.B. van Boxtel. Reducing energy consumption in food drying: Opportunities in desiccant adsorption and other dehumidification strategies /Procedia Food Science. V. 1. – 2011. – P. 1799-1805.

[4] Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1973. – 752 с.


Александр Прохоров, кандидат технических наук, доцент кафедры машин и аппаратов пищевых и фармацевтических производств, Национальный университет пищевых технологий, г. Киев, Украина

Людмила Постол, магистрант, Национальный университет пищевых технологий, г. Киев, Украина.



- 36 -

Автоматизированное управление промышленным производством

хлебно-булочного ассортимента

Вячеслав Иващук, Лариса Журавлева Automated control of industrial production a lot of range bread. This paper describes a research

of aspects of baking technology as automation object. Indicated on the current problems of the existing control systems by tunneled oven. Research is needed to create an automation system to work with a lot of range of bread products. Identified current problems of the parameters of the control system is chosen class of control algorithms. The descriptions of the process being modeled. Further development is planned to build a model predicted forecast temperature changes when loading the baking oven and determining the correction factors for the type of bread workpiece in the oven

Keywords: baking technology, control system, model predicted forecast, tunneled oven.

ВВЕДЕНИЕ Большинство отечественных заводов оснащено печами высокой

производительности, что дает возможность осущетвлять гибкую политику реализации заказов. Актуальность хлебной продукции всегда поддерживал ассортимент, который предлагает хлебопекарное предприятие. В то же время важные параметры технологического процесса выпечки, такие как температура и влажность, часто координируются опытом оператора технологической линии. Правильное определение упека хлеба в процессе его выпечки имеет большое значение. От правильной степени готовности хлеба зависят его качественные показатели: толщина и окраска корки, физические свойства мякиша, такие как эластичность и сухость на ощупь. Излишняя длительность выпечки увеличивает упек, снижает производительность, вызывает перерасход топлива. Расход пара в камере выпечки необходим для стабилизации температурного градиента хлебной заготовки повышением влажности, а соответственно количеством теплового агента, предупреждая ее поверхность от перегрева и нарушения гидродинамических свойств полой структуры мякиша.

Объективным показателем готовности хлеба и булочных изделий является температура в центре мякиша, которая в конце выпечки должна составлять 96—97°С[1]. Прогрев заготовки должен осуществляться с некоторым постоянным градиентом(Фиг.1).Причем, любые попытки изменения технологиеских параметров выпечки при асортиментном производстве заканчивались увеличением упека или снижением качественных показателей (внешний вид, объем, состояние корки, степень созревания мякиша).

Фиг. 1. Градиент изменения температуры в хлебной заготовке.


- 37 -

Процесс прогрева крупной тестовой заготовки по постоянной времени изменения температуры значительно отличается от прогрева с изделиями малой массы(печенье, вафли), поэтому для поддержания неизменности температурного градиента в процессе выпечки, температура регулируется по зонам с требованием поддержания необходимого режима каждой. Таким образом, осуществляется интегрирование температурного режима для крупных заготовок.

ИЗЛОЖЕНИЕ Контур управления процессом выпечки большинства печей тоннельного типа

(ХП, ХПН, ПХС) составляет контроль температуры по зонам выпечки с управлением температурой на горелках. Вследствие значительной инертности технологической информации такого канала процесс переведения параметров печи на другой режим выпечки продукта приводит к значительному перерасходу энергии. Так установлено, что технологу хлебопекарной линии для обеспечения требуемой точности поддержания температуры в зоне приходится терять значительное время (от 20 до 40 минут). Проблема наиболее распространенных промышленных печей заключается в существующем конвейере выпечки, когда печные камеры связаны по количеству продукта и порядку реализации технологических условий. Таким образом, заключенным в технологическом режиме оказывается не только тепло-паровой режим, но и ритмичность движения конвейера.

Заслонки распределения теплого воздуха в каналах управления устанавливаются вручную, а их корректировка до сих пор происходит в экспериментальном режиме.

Теплота в печи расходуется в первую очередь на испарение влаги из тестовой заготовки. Тесту передается доля теплоты излучением от раскаленных стенок[2] пекарной камеры, что должно учитываться статистической составляющей модели печи, как средний распределенный по зоне тепловой поток. При повышении температуры в пекарной камере ускоряется прогревание заготовок и сокращается продолжительность выпечки. Образование твердой хлебной корки происходит в результате обезвоживания наружных слоев тестовой заготовки. Скорость прогрева заготовки должна рассчитываться с учетом образования корки, которая формируется первые 6-8 минут выпекания [3]. Последнее предполагает образование корки с необходимыми гидродинамическими свойствами для продолжения процесса выпекания и соответствующей подпитки верхних слоев тестовой заготовки.

На рисунке (Фиг.2) представлены переходные процессы изменения

Фиг. 2. Переходные процесы изменения температуры в

зоне печи. Хлебные изделия:

1-―Паляниця‖ ,2- „Плетенка‖, 3- ‖Батон дорожный‖


- 38 -

Все кривые демонстрируют значительное недорегулирование процесса, связанное с установкой контроллера печи на задачи стабилизации отклонений от заданного значения. Установленные заслонки в этом случае играют роль корректирующего элемента в виде пропорционального звена в результате чего, переведение температуры на новое задание часто осуществляется оператором в ручном режиме.

Существующие решения представленные на рынке Чешской фирмой «J4» реализуют автоматизированную систему локального управления с автоматизированным регулированием заслонок и диспетчеризацией температурных режимов. Реализованная фирмой «J4» система «Стир» позволяет менять задание локальных регуляторов температуры согласно существующей технологической карте изделий.

Анализ проблемы изменения параметров печи позволил определить отсутствие надлежащего ресурса управления U , которое возникает за счет

нагрузки камеры нагрева сразу всеми зонами выпечки

),,( ag FFfTU 0limmax

TFg

(1)

А также наличие нелинейной зависимости q функции изменения температуры

в зоне T расхода топочных газов при постоянном расходе горючего в топке gF

)(, aFqTconstFg , maxvarq

T (2)

Монотонный вид переходного процесса поддержания нового задания на горелках печи дал возможность оценить недостаток ресурса регулирования, который невозможно преодолеть изменением настроек регулятора. Ускорение режимов печи увеличением продуктивности горелок устанавливает повышенные требования к элементам конструкции печи, на которые они типично не рассчитаны, а также приводит к значительному перерасходу топлива. Так, даже полное открытие шиберных заслонок печи не позволит ускорить установление необходимого температурного режима. Изменение коэффициентов регулирования позволит держать баланс между допустимой динамической погрешностью и уменшением времени переходного процесса при изменении целевого продукта.

Так как процесс выпечки ведется по четырем зонам, где тестовая заготовка прибывает в течении 10-20 минут, появляется возможность заимствовать тепловой поток ограничением открытия остальных заслонок, оставив задачи регулирования по зонам в режиме стабилизации первоначальных уставок. Расчет для определенных рецептов тестовой заготовки и нагрузки пекарной камеры позволит минимизировать период подготовки печи при смене продукта.

Анализ процесса выпечки различного сорторазмера хлебных заготовок позволил установить зависимость массы и влагосодержания хлебной заготовки к температуре, которую необходимо поддерживать для достижения необходимого температурного градиента тестовой заготовки, что гарантирует целевой упек, качество выпечки и внешний вид хлебного изделия.

Так, для обеспечения температурного режима первой зоны выпечки сдобных изделий, где завершается формирование изделия, благодаря прекращению процесса газообразования и запекания твердой формообразующей оболочки, необходимо рассмотрение теплообмена с учетом изменения влажности воздуха, которая вносит изменения в тепловой баланс печи. Здесь следует различать массу влаги, испаряющейся в наружном слое заготовки и избыточную влагу, которая тормозит этот процесс обезвоживания и перегрева. Моделирование процесса предусматривает использование модели теплообмена по массе содержания воды в виде паровоздушной смеси, как теплоагента процесса выпечки. Баланс масс определяет потери перегретого пара, его пополнением долей влаги за счѐт


- 39 -

поверхности заготовки. Конвективный нагрев заготовок можно представить в виде апериодического звена первого порядка, где постоянная времени объекта печи будет зависеть от влажности воздуха и скорости его движения после установленной задвижки регулирования. Все остальные зоны выпечки имеют отличную постоянную времени и коэффициент усиления апериодического звена в модели, поскольку это влияние как массы воздуха перемещаемого в зоне, так и его влагосодержания. Утечку влажности с объема заготовки можно рассматривать как процесс испарения, однако здесь учитывать ограничения по градиенту температуры в заготовке (Фиг.1).

Поддержание режима минимального расхода пары первой зоны, стабилизация температурного градиента определенного для целевого продукта по температурным зонам пекарной камеры обеспечит минимизацию затрат на потерю испаряемой влажности, а, как следствие, экономию топлива в печи.

Последующее управление тепловым потоком сводится к задаче координациии открытия шиберных заслонок с учетом краевых условий по сохранению ресурсов для стабилизации режимов по зонам.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, тема исследования актуальна для большинства производственных мощностей Украины. Замена ручного управления автоматизированной системой управления заслонками не позволит осуществить эффективное управление при смене ассортимента изделий и получить ожидаемый экономический эффект при автоматизации процесса выпечки. Локальным регулированием невозможно разрешить проблему отсутствия ресурсов управления.

Проведенные исследования обуславливают использование нелинейных систем регулирования, где изменение границ варьирования исходной координаты предусмотрены использованным алгоритмом регулирования. Недостатки ограниченного ресурса управления температурой печи решаются использованием связанного регулирования по зонам выпечки с применением управляемых шиберных заслонок. Нагрузка печи количеством тестовой массы может быть учтена через начальный вес тестовых заготовок, с коррекцией по коэффициентам разновидности теста и влагосодержания тестовой заготовки. В данном случае корректирующий коэффициент будет характеризовать процесс продуцирования воды в верхние слои изделия тестовой заготовки.

Дальнейшее развитие системы автоматизации промышленной печи проходного типа может быть направлено на обеспечение контроля состояния тестовых заготовок для оценки текущего регулирования в процессе смены ассортимента изделий путем получения замкнутого регулирования для снижения количества брака готовой продукции.

ЛИТЕРАТУРА [1] Андреев А.Н. Производство сдобных хлебобулочных изделий. – СПб.:

ГИОРД,2003. – 480 с. [2] Бегунов А.А. Метрологическое обеспечение производства пищевой

продукции. Справочник. – СПб: МП «Издатель», 1992. – 287 с. [3] Пащенко Л.П., Жаркова И.М. Технология хлебобулочных изделий. – М.:

«КолосС»,2006. – 392 с. Для контактов:

К.т.н., доцент Вячеслав Иващук, Кафедра автоматизации процессов управления, Национальный университет пищевых технологий, тел/факс: (044)289-46-00, [email protected].

Студент Лариса Журавлева, факультет Автоматизации процессов управления, Национальный университет пищевых технологий, [email protected]



- 40 -

Использование зародышей пшеницы как физиологически функциональных сырьевых ингредиентов при производстве

сдобного печенья для больных сахарным диабетом

Антонелла Дорохович, Виктория Дорохович, Оксана Яременко

Use of embryos of wheat as physiological functional raw material ingredients at the production of pastry for patients saccharine diabetes. The ration of feed of modern man requires in the direction of diminishing of caloric content, glicemic load and improvements of food and biological value. It is possible to attain then, when products, included in a food ration will conform to the indicated requirements. A pastry is in large demand among a population, especially children. However much the analysis of his chemical composition testifies to high calorie content, glicemic load, to the understated food and biological value. Development of pastry of enhanceable food and biological value is offered with the use of embryos of wheat and sweetener lactitol, which it is possible to use to all of groups of population, including by sick saccharine diabetes.

Keywords: calorie content, glycemic low, biological value, sweetener lactitol, saccharine diabetes.

ВВЕДЕНИЕ

Рацион питания современного человека требует перестроения в направлении уменьшения калорийности, гликемичности и улучшения пищевой и биологической ценности. Это возможно достичь тогда, когда продукты, входящие в пищевой рацион будут соответствовать указанным требованиям.

Сдобное печенье пользуется большим спросом среди населения, особенно детей. Однако анализ его химического состава свидетельствует о высокой калорийности, гликемичности, заниженной пищевой и биологической ценности.

ИЗЛОЖЕНИЕ Для улучшения качества сдобного печенья соответственно с требованиями

нутрициологии нужно при разработке рецептурного состава вводить сырье с физиологически функциональными свойствами, то есть богатыми витаминами, минеральными веществами, эссенциальными аминокислотами, полиненасыщенными жирными кислотами. Таким сырьем являются зародыши пшеницы (ЗП).

Содержание белков в ЗП составляет 30-31 %, содержание незаменимых аминокислот приведен в табл. 1.

Таблица 1 – Содержание незаменимых аминокислот

Эссенциальные аминокислоты

Содержание аминокислот (g) в 100 g белка

шкала ФАО / ВОЗ

мука I сорта сырые ЗП обжаренные

ЗП

Лизин 5,5 1,91 / 34,71 7,7 /140 7,5 / 135

Изолейцин 4,0 4,93 / 123 4,62 / 116 3,95 / 99

Лейцин 7,0 8,19 / 117 7,58 / 108 7,08 / 100

Треонин 4,0 2,88 / 68,2 5,63 / 141 4,91 / 123

Валин 5,0 5,17 / 104,4 6,25 / 125 6,10 / 122

Фенилаланин + тирозин 6,0 9,66 / 168 8,86 / 147 8,33 / 147

Метионин + цистин 3,5 3,72 / 106,3 2,89 / 83 2,03 / 58

Триптофан 1,0 1,1 / 110 1,30 / 120 1,18 / 118

Примечание 1. В числителе содержание аминокислот в 100 г белка, в знаменателе – аминокислотный скор, %.


- 41 -

Анализ данных показывает, что скор всех эссенциальных аминокислот ЗП, кроме метионин + цистин больше 100 %. Главное преимущество ЗП в высоком содержании лизина, скор – 140 %, пшеничной муки I сорта – 34,7 %.

Биологическая ценность белков характеризуется не только содержанием незаменимых аминокислот, но и их усвояемостью, то есть скорость переваривание белков в желудочно-кишечном тракте, что зависит от их атакуемости протеолитическими ферментами. Проведенные исследования показали, что атакуемость белков ферментами пепсином и трипсином у ЗП на 35 – 40 % больше, чем в пшеничной муке в/с.

Содержание жира в ЗП находится в пределах 10,5 – 12 %. Особенностью глициридного состава ЗП заключается в доминировании содержания ненасыщенных жирных кислот. Так, содержание олеиновой и линолевой кислот составляет 80 – 82 %. Масло, полученное из зародышей пшеницы методом прессования, имеет приятный хлебный аромат и принадлежит к числу лучших деликатесных масел. Она содержит до 7,5 % лецитина, больше 0,5 % витамина Е, по составу не уступает маслу шиповника [2].

Минеральные вещества ЗП представлены в виде макро- и микроэлементов, их общее содержание составляет 4,5 – 6,7 % [2].

Приведенные данные свидетельствуют о высокой пищевой и биологической ценности ЗП, но из-за характерного бобового привкуса, их использование было ограничено в производстве кондитерских изделий. В 1984 году Дорохович А.М. [1] было предложено использовать ЗП при производстве кондитерских изделий обжаренные зародыши пшеницы (ОЗП). Было предложено поддавать ЗП мягкой термической обработкой (t=130 оС), при этом влажность ЗП с 13,5 % была снижена к 2,5 %. ЗП содержат в 12 раз больше карбонильных групп, чем пшеничная мука в/с, что способствовало приданию обжаренным ЗП характерного орехового вкуса. В последствии реакции меланоидинообразования в ОЗП образовываются альдегиды и кетоны, их количество увеличилось в 1,5 раза относительно их содержания в сырых ЗП. В табл. 1 приведены данные относительно изменений аминокислот в ОЗП. Исследования показали, что термическая обработка не влияет негативно на аминокислотный состав. Ферментативная атакуемость белков ОЗП увеличилась на 40 % относительно сырых ЗП. Было предложено использовать ОЗП при производстве печенья, вафель, конфет [2]. Были разработаны и утверждены центральной дегустационной комиссией Кондитерпрома рецептуры печенья «Золотой росток», вафель «Дары полей», конфет «Золотое поле».

Недостатком изделий было то, что в их составе был сахар и поэтому их нельзя было употреблять больным сахарным диабетом. В последние годы по всему миру резко увеличилось количество больных сахарным диабетом. По прогнозам 2013 года количество больных достигнет 300 млн., в Украине – 3 млн. Это указывает на необходимость разработки кондитерских изделий, которые можно употреблять всем группам населения, в том числе больным сахарным диабетом. В состав таких кондитерских изделий вместо сахара должны входить сахарозаменители. Наиболее перспективным сахарозаменителем есть полиол лактитол. Преимуществом лактитола есть его пребиотические свойства, низкая калорийность – 2 ккал / г, у сахара – 4 ккал / г, низкий гликемический индекс – 3 %, у сахара – 68 %.

Мы считали целесообразным разработать новый вид печенья на основе рационального использования лактитола и ОЗП. С помощью метода многофакторного планирования эксперимента было установлено оптимальное соотношение пшеничной муки в/с, лактитола, ОЗП, которое составило 1 : 0,8 : 0,8. Это соотношение было положено в основу разработки рецептурного состава печенья «Золотая лактитолочка». Учитывая химический состав и влажность ОЗП (2,5 %) и пшеничной муки (14,5 %) мы прогнозировали сокращение процесса


- 42 -

термообработки. Однако, проведенные исследования показали увеличение времени термообработки на 5 – 7 %. Вероятно, что ОЗП экранируют выделение влаги с теста.

На печенье «Золотая лактитолочка» была утверждена рецептура ЗАО «Укркондитер», технология защищена патентом Украины [4]. Образцы изделий были изготовлены в промышленных условиях ООО «О‘кей», ЧП «Розмай» (Украина), ООО «Караван» и ЗАО «Пищекомбинат - центр» (Россия). Также были проведены клинические испытание в клинических условиях. Установлено, что печенье целесообразно употреблять всем группам населения, в том числе больным на сахарный диабет.

Расчеты интегрального скора (для мужчин 18-19 лет II группы интенсивности труда) показаны в табл. 2.

Таблица 2 – Расчеты интегрального скора (для мужчин 18-19 лет

II группы интенсивности труда)

Наименование показателя Интегральный скор, %

Белки 14,92

Жиры 39,04

Углеводы 11,42

Полиолы 54,89

Моносахариды 0,44

Дисахариды 6,19

Полисахариды усвояемые 8,95

Полисахариды неусвояемые 3,70

Незаменимые аминокислоты 17,12

Заменимые аминокислоты 12,61

насыщенные жирные кислоты 78,73

мононенасыщенные жирные кислоты 27,68

полиненасыщенные жирные кислоты 17,53

витамин Е 35,66

витамин А 67,57

витамин В1 29,52

витамин В2 18,64

Калий 3,90

Кальций 1,50

Железо 6,20

ВЫВОДЫ

Расчет интегрального скора показал, что печенье «Золотая лактитолочка» соответствует требованиям предъявляемым к функциональным пищевым продуктам [3], согласно которым в состав продукта со статусом «функциональный» должны входить физиологически функциональные сырьевые ингредиенты в количестве от 10 до 50 % от суточной потребности, которая зависит от возраста, пола, физической нагрузки. Печенье «Золотая лактитолочка» заслуживает статус «полифункциональный пищевой продукт», так как при его употреблении в количестве 100 г удовлетворяются все требования по всем нутриентам, кроме минеральных веществ.

ЛИТЕРАТУРА [1] Дорохович А.М. Разработка научных основ технологии мучных кондитерских

изделий улучшенного качества. М., 1988. – 433 с.


- 43 -

[2] Острик А.С. использование нетрадиционного сырья в кондитерской промышленности / А.С. Острик, А.Н. Дорохович, Н.В. Мироненко. – К.: Урожай, 1989. – 112 с.

[3] Пат. 29379 Украина, МПК А 23 G 3/00 Печенье и низким гликемическим индексом / Ковбаса В.М., Дорохович В.В., Яременко О.М.; заявлено и владелец Национальный университет пищевых технологий. – заявл. 20.09.07.; опубл. 10.01.08. Бюл. 1.

[4] Дорохович А.Н. Кондитерские изделия со статусом функциональные пищевые продукты / А.Н. Дорохович // Продукты & Ингредиенты. – 2008. – 4. – С. 28-30.

[5] Дорохович В. В. Дослідження сорбції-десорбції моно- та дицукридів (глюкози, фруктози, цукрози) і поліолів (сорбіту, лактитолу, ізомальту) / В. В. Дорохович, О. М. Яременко // Хлібопекарська і кондитерська промисловість України. – 2008. – 5. – С. 31–33.

[6] Дорохович В. В. Дослідження сорбційних і десорбційних процесів у здобному печиві на цукрі та цукрозамінниках / В. В. Дорохович, О. М. Яременко // Хлібопекарська і кондитерська промисловість України. – 2008. – 6. – С. 15–17.

[7] Дорохович А.Н. Кондитерские изделия специального назначения, учитывающие требования нутрициологии к продуктам питания спортсменов / А.Н. Дорохович, В.В. Дорохович, О.М. Яременко, Я. Естремская // Продукты & Ингредиенты. – 2012. – 4. – С. 12–15.


Антонелла Николаевна Дорохович – д.т.н., профессор кафедры технологии хлебопекарных и кондитерских изделий, Национальный университет пищевых технологий.

Виктория Витальевна Дорохович – д.т.н., профессор кафедры технологии хлебопекарных и кондитерских изделий, Национальный университет пищевых технологий.

Яременко Оксана Михайловна – к.т.н., ассистент кафедры технологии хлебопекарных и кондитерских изделий, Национальный университет пищевых технологий.



- 44 -

Исследование тепло-масообменных процессов в камере

гигротермической обработки тестовых заготовок

А. Германчук, В. Теличкун, Ю. Теличкун, М. Десик

Abstract. The method of calculating the parameters of the environment in the hamber hihrotermal processing dough pieces. We describe a method of calculating the mass of condensed moisture on the surface of the dough piece. A best mode of the process hihrotermal processing.

Ключевые слова: гигротермическая обработка тестовых заготовок, параметры среды, площадь поверхности хлеба, масса сконденсированной влаги.

ВВЕДЕНИЕ

Увлажнение тестовых заготовок в начале выпечки, способствует увеличению объема изделий, улучшению их внешнего вида и аромата, уменьшение величины упека и усушки. В ряде случаев увлажнением корректируют процесс выпечки хлеба при недостаточном времени расстойки заготовок в расстойном шкафу.

Определяющим фактором увлажнения является суммарное количество влаги, сконденсировавшейся на заготовке по окончании процесса.

Существенное влияние на ход процесса гигротермической обработки, имеет

температура среды , и относительная влажность паровоздушной смеси. Так

как температура тестовой заготовки перед выпечкой около , а

температура среды имеет гораздо более высокие значения, то в таком случае расчет параметров влажного воздуха проводим для двух температур: температуры среды и температуры поверхности тестовой заготовки .

ИЗЛОЖЕНИЕ

Для определения парциального давления пара во влажном воздухе было проведено интерполяцию табличных данных по методу полинома Лагранжа с помощью CurveExpert V 1.4. Для наглядности результаты расчетов представлены в виде графика (рис.1).

Расчет параметров парогазовой смеси проводим по следующей методике: 1. Определяем давление насыщения при заданной относительной

влажности для температуры среды и температуры поверхностного слоя

тестовой заготовки (т.е. пограничного) : , , (1)

где – парциальное давление пара при заданной температуре кПа.

Рис.1 График зависимости парциального давления пара от температуры, при различных

значениях относительной влажности среды: 1 - ; 2 - ; 3 - ; 4 - ; 5 -

; 6 - ; 7 - .


- 45 -

2. Определяем точку росы при температуре среды, и температуру

пограничного слоя :

; (2)

3. Определяемм влагосодержание по формуле:

; (3)

4. Определяем массовую долю пара во влажном воздухе:

, ; (4)

где - барометрическое давление, 99,3 кПа.

5. Конденсация пара вызывает повышение температуры поверхности тестовой заготовки и соответствующий рост парциального давления пара, находящегося у поверхности в насыщенном состоянии при температуре поверхности, прекращение процесса происходит при достижении температурой поверхности значения температуры точки росы. Температуру поверхности тестовой заготовки определяем по формуле [6]:

(5)

где – температура среды в зоне гигротермической обработки, ° С;

- начальная температура тестовой заготовки, ° С;

τ - время обработки, с. 6. Расчет молекулярно-диффузионного потока проводим по методике,

предложенной А.А. Михелевим и Н.Н. Дворицыным [4], Плотность потока определяем по закону Фика:

(6)

где - концентрация (парциальная плотность) пара у поверхности

максимальной концентрации, ;

– концентрация паров у поверхности тестовой заготовки,

- коэффициент массоотдачи, отнесенный к разности концентраций в

момент времени ;

- градиент концентрации.

Коэффициент массоотдачи при таком переносе равен:

где - продолжительность процесса конденсации, с.


- 46 -

Коэффициент диффузии определяем по формуле:

(7)

Плотность насыщенного водяного пара рассчитываем по эмпирической

формуле:

(8)

7. Количество влаги, сконденсировавшейся на поверхности за

определенный промежуток времени:

, . (9)

где - длительность гигротермической обработки, с;

- количество влаги, сконденсировавшейся на 1 площади за единицу

времени:

(10)

Большое значение при конденсации влаги из парогазовой среды имеет

площадь поверхности тепло-массообмена, в данном случае это площадь поверхности тестовой заготовки.

Площадь поверхности хлеба рассчитываем, воспользовавшись приближенной формулой [7]:

(11)

где - коэффициент, который зависит от отношения

диаметра к высоте;

где кR - радиус шара:

- объем тестовой заготовки,

h – высота тестовой заготовки, м; k –коэффициент который учитывает форму хлеба, k =1.09;

d – диаметр тестовой заготовки, м. Площадь поверхности белого пшеничного хлеба массой 1 кг составит:

По рекомендациям, приведенным в работах А.А. Михелева [6], для получения глянцевой поверхности готовых изделий необходимо, чтобы сконденсировалось

около 0,014-0,016 влаги.

Согласно расчетам при температуре пекарной камеры и

относительной влажности за время обработки 240с конденсируется

влаги.

То есть теоретический расход пара на одну тонну продукции составит:


- 47 -

(12)

где - количество тестовых заготовок на тонну

продукции. Для определения оптимального режима гигротермической обработки на

основании проведенных расчетов и ранее полученных экспериментальных данных,

нами проведено сравнение зависимости числа показателя, который характеризует качество поверхности (глянец) готовой продукции и массы сконденсировавшейся влаги от времени обработки и температуры среды (Рис.2).

Результаты сравнения приведены в виде графика зависимости массы сконденсированной влаги от времени обработки, при различных режимных параметрах пекарной камеры. Число имеет наибольшее значение при

максимальном количестве сконденсировавшейся влаги и длительности процесса. Например, при температуре пекарной камеры и относительной

влажности за время обработки 60 секунд на поверхности тестовой

заготовки сконденсируется , что соответствует числу

Увеличение температуры среды, приводит к увеличению массы конденсата, числа и уменьшению времени гигротермической обработки.

Что касается температуры поверхности, то для распространенного режима обработки с температурой среды 100…140 , имеет примерно одинаковые

значения 50-55 , что соответствует температуре клейстеризации крахмала.

Образование глянца хлебобулочных изделий зависит от изменения температуры поверхности тестовых заготовок в процессе конденсации влаги из парогазовой среды.

Рис.2. График зависимости массы сконденси-ровавшейся влаги (кривые 1,2,3,4), глянца поверхности (кривые 5,6,7,8) от времени обработки при относительной влажности среды

и температуре: 1,6 – 80; 2,6 – 100; 3,7 -120; 4,8 – 140ºС


- 48 -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Увеличение температуры среды и относительной влажности приводит к

значительному повышению интенсивности процесса конденсации влаги на поверхности тестовой заготовки, что в свою очередь приводит к уменьшению времени обработки.

В рассмотренных температурных пределах 80…140 ºС интенсивность процесса выше при температуре , и относительной влажности , это обусловлено

значительной разницей температур и влагосодержания на поверхности контакта (при температуре поверхности) и в объеме камеры пароувлажнения.

Дальнейшее повышение температуры среды не оказывает значительного влияния на процесс, из-за уменьшения значения парциального давления пара в среде. Но поддержание в камере гигротермической обработки, относительной влажности на уровне насыщения при высокой температуре среды, чтобы не вызвать перегрев пара, почти невозможно. Поэтому оптимальным режимом гигротермической обработки является температура среды , и относительной

влажности при таком режиме на поверхности тестовой заготовки

сконденсируется достаточное количество влаги для получения максимального значения глянца поверхности.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Гинзбург А.С., Теплофизические основы процесса выпечки. М.:Пищепромиздат, 1955. – 476с.

[2] Тарабанов М.Г., Коркин В.Д., и др. Влажный воздух. Справочное пособие. АВОК 2004

[3] Лыков А.В., Теплопроводность и диффузия. – М.: Гизлехпром, 1941. [4] Дворицын M.М., Михелев А.А. исследование процесса конденсации пара на

поверхности заготовки при выпикании. «Хлебопекарская и кондитерская промышленость». 1971, 1, с. 7-11

[5] Воронец Д.,Козич Д. Влажный воздух: термодинамические свойства и приминенние: Пер.с сербхор.-М.: Энергопромиздат,1984.-с.,ил.

[6] Михелев А.А., Расчет и проектирование печей хлебопекарного и кондитерского производств / Михелев А.А., Ицкович Н.М.. – М.: Пищевая промышленность, 1968.-487с.

[7] Десик М.Г. влияние геометрических параметров на динамику внешнего масообмена / Десик М.Г., Теличкун В.І., Теличкун Ю.С. // Научные достижения молодежи по решению проблем молоді-вирішенню проблем питания человечества в XXI веке: программа и материалы 75-й научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, 21-22 апреля 2009 г. - К.: НУХТ, 2009 - с. 234.

Для контактов: Проф. Владимир Иванович Теличкун, Национальный университет пищевых

технологий (Киев), е-mail: [email protected] Доклад был рецензирован.


- 49 -

Биохимическая характеристика цветков мандарина Уншу

из Субтропиков Грузии и в этой области возможности развития туризма

Гурам Папунидзе, Иамзе Чхартишвили, Марина Кобахидзе,

Софио Папунидзе, Нино Сеидишвили.

The biochemical characteristic flowers of mandarin "Unshiu" from subtropics of Georgia and possibilities for the area’s tourism development: As a result of the research and experimental works it has been found that the fallen down flowers of citrus are excellent and valuable food, rich of biologically active substances necessary for the human body.

These are group B vitamins, vitamins P and C, carotenes, amino acids, microelements, carbohydrates, and also a complex of aromatic substances which impact to an extract honey relish and pleasant aroma.

These findings for the subtropics of Georgia can be used by the local people in order to promote the area’s tourism and contribute to the country’s tourism development.

Keywords: citrus, mandarin flowers, chemical contents, biologically active substances, tourism.

ВВЕДЕНИЕ

Цитрусовые растения занимают первое место в мировом садоводстве, их культивируют на всех континентах, кроме Антарктиды.

Крупнейшим производителем цитрусовых является США, а в Европе первое место за Италией и Испанией. В Грузии под насаждением цитрусовых занято 2000 га. От общего урожая цитрусовых плодов 80% составляет мандарины. В группу мандаринов включается около 13 самостоятельных ботанических видов. Однако практическое значение для промышленной переработки, как по качеству насаждения, так и по количественному показателю плодов, имеет вид «Грузинский бессемянный» (C. Unshiu Marc.) [1]. Полученные продукции из цветков мандарина будет использованы как в Грузии, так и за рубежом, а также для туристов [9, 10, 11]. При промышленной переработки мандариновых плодов производится широкий ассортимент продукции.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ

Целью нашего исследования было получение пищевых продуктов из мандариновых цветков.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цветение мандаринов начинается в конце мая. Продолжительность цветения зависит от погодных условий, и длится до одного месяца. Цветы мандаринов сильно ароматные и опыляются пчелами и ветром. Мандариновый цветок развивается из цветочной почки и является укороченным видоизмененным побегом. Листочки этого побега превращаются в отдельные части цветка, приспособленные к опылению, оплодотворению и затем образованию плодов. Цветки мандарина одиночные белые правильные, раздельнолепестные, обычно из 4-5 липистков, тычинок много. Цветение считается массовым при распускании цветков у 75% деревьев, поскольку осыпаются цветки, которые непрочно связаны. Производя легкое встряхивание веток, опадут те цветки, которые все равно будут опадать непрерывно. Причиной осыпания бутонов, цветков и завязи могут быть: высокая температура воздуха, влияние подвоя, периодичность плодоношения, недостаток влаги в почве или в воздухе. Поэтому опадание цветков является нормальным физиологическим процессом и происходит непрерывно в течение всего цикла цветения [1, 6,7]. При обильном цветение цветков цитрусовых 90% цветов не опыляется и


- 50 -

опадает. Исследования цветков показали наличие в них таких биологически активных веществ как аминокислоты (в том числе все незаменимые), витамины группы B, каротин, витамин P и С, микроэлементы, пектин, органические кислоты, углеводы, а также комплекс ароматических веществ [2,3,4,5,8]. Цветочное сырье состоит из отдельных частей – лепестков, тычинок, плодоножек пестиком, поэтому исследования химического состава проводились в отдельных органов цветка. Процентное соотношение отдельных частей цитрусовых цветков составляет: лепестки - 70%, тычинки – 10%, плодоложе с пестиком – 20%.

Результаты анализов мандариновых цветков по отдельным органам представлены в таблице 1.

Таблица 1 Химический состав мандариновых цветков по отдельным органам

Как видно из таблицы цветочное сырье содержит значительное количество таких веществ как витамины и ароматные компоненты, в том числе эфирные масла, которые в процентном соотношении сосредоточены в плодоножке пестика а в пересчете на объем в лепестках. Как показала органолептическая оценка образцов напитков пригатовленых из экстракта извлеченных из различных органов цветка медовым тоном обладает напиток, изготовленный из лепестков. Органолептические показатели напитков даны в таблице 2.

Исследуемый объект

Сухи

е в

в.

вы

суш

иван

ие

м,

%

Сухи

е в

в.п

о

ре

фр

акт

ом

етр

у,

% Сахара,

% К

исл

отн

ость

%

Эфирные масла

Ви

там

ин

C,

мг/

%

Ви

там

ин

P,

м

г/%

Ка

ро

тин

, м

г/%

Об

щи

й п

ект

ин,

%

Пр

оц

ентн

ое

со

отн

о-

шен

ие

ра

зли

чн

ых

часте

й ц

ве

тков,

%

Об

щи

й

Ин

ве

рсн

ый

мг/

об

мг/

%

Манда-рино-вые цветки

18.3 11.5 8.6 5.1 0.45 98.5 0.5 264.4 961.0 1.5 4.9 100

Лепес-тки

14.3 12.0 9.0 5.3 0.35 33.5 0.05 366.7 590.0 - 3.9 70

Тычин-ки

21.2 12.0 8.8 3.8 0.52 10.4 0.06 160.2 660.0 1.7 4.9 10

Плодо-ложе пести-ком

26.7 18.0 14.4

3.8 0.56 79.9 0.37 135.8 2190.0 - 5.1 20

Бутоны

15.3 9.2 11.3

9.1 0.5 92.4 0.13 225.9 840.0 - 3.0 -


- 51 -

Таблица 2 Органолептические показатели напитков, приготовленных из экстрактов,

извлеченных из разных органов цветков

Исследуемый объект Аромат Вкус

Напиток из экстракта лепестков

Цветочный Медовый

Напиток из экстрактов тычинок

Слабовыраженный цветочный

Слабовыраженный медовый

Напиток из экстракта плодоножкие с лепестком

Свойственный мандариновому эфирному маслу

Отсутствие медового тона

ВЫВОДЫ

В результате проведенных исследовательских и экспериментальных работ было установлено, что опавшие цветы цитрусовых являются отличным и ценным пищевым сырьем богатым биологически активными веществами необходимым для организма человека. Это витамины группы B, витамины P и C, каротины, набор аминокислот в т.ч. восемь незаменимых, микроэлементы, углеводы, а также комплекс ароматических веществ, которые придают экстракту медовый вкус и приятный аромат.


[1] Гогия В. Т. Биохимия субтропических растений. Москва «Колос» 1984. Ст 133.

[2] Кобахидзе М.А., Багратиони Р.Ю., Папунидзе С.Г, Кунтелия-Таликадзе Л.Р. Экологически чистое сырье в производстве пищевых продуктов. Ежегодная конференция Роусинского Университета, дом науки и технологии, 5-6 Ноября, Разград, Болгария, 2010, ст. 61-65

[3] Полевина-Алехина А. Д.. Способ определения витаминов Bc,A, E 10657, А.Ж.01 33/48.

[4] Практикум по биохимии пищевого растительного сырья. Изд-тво «Пищевая Промышленность», 1962

[5] Папунидзе Г.Р. Папунидзе С.Г. Кобахидзе М.А. Багратиони Р.Ю Каштаново-цитрусовый цветочный напиток. Журнал «Пиво и напитки» 2, г. Москва 2008, cт.48

[6] Папунидзе С.Г., Папунидзе Г.Р., Багратиони Р.Ю., Кобахидзе М.А. Производство биоактивной продукций на базе цитрусовых и каштановых цветков. Ежегодная международная конференция университета гори. 1-2 октябрь, 2010, Горы, Грузия, ст. 28-32

[7] Романенко Е. В.. Метод определения витамина P. Прикладная биохимия и микробиология, т.2, 1966, ст. 308.

[8] Чхартишвили И.Н., Девадзе А.Р., Кобахидзе М.А., Багратиони Р.Ю., Папунидзе. С.Г. Разработка и внедрение технологий производства функциональных продуктов питания и развитие торговли. Международная конференция с элементами научной школы для молодежи «Управление инновациями в торговле и общественном питании», Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, 25–29 октября, 2010, Кемерово, Россия, ст. 321-326

[9] Soultana (Tania) Kapiki. The Impact of Economic Crisis on Tourism and Hospitality: Results from a Study in Greece, Alexander Technological Educational Institute


- 52 -

of Thessaloniki, Journal - Central European Review of Economics and Finance, vol. 1. No 2 (2011)

[10] Soultana (Tania) Kapiki. Quality Management in Tourism and Hospitality: an Exploratory Study among Tourism Stakeholders, Alexander Technological Educational Institute of Thessaloniki, International Journal of Economic Practices and Theories, Vol. 1, No. 4, 2012 (April)

[11] Soultana (Tania) Kapiki. Current and Future Trends in Tourism and Hospitality. The Case of Greece, Alexander Technological Educational Institute of Thessaloniki. International Journal of Economic Practices and Theories, Vol. 1, No. 3, 2012 (January)


д.т.н., член-корр. Академии сельско-озяйственных наук Грузии, Батумский университет им. Ш.Руставели, Грузия, Батуми, тел.:+995 599506125, е-mail: [email protected]

д.т.н. Марина Кобахидзе, инжинерно-технологический факультет, Батумский университет им. Ш. Руставели, Грузия, Батуми, тел.: +995 577 729677, е-mail: [email protected]



- 53 -

Възможности за биологично подкисляване на майша при

производството на пивна мъст: Изследване възможността за повишаване на синтеза на млечна киселина от щамове Lactobacillus

delbrueckii с добавка на царевичен екстракт

Богдан Горанов, Запряна Денкова, Михаил Ангелов, Георги Костов

Possibilities of mash biological acidification during the wort production: Increasing the synthesis of lactic acid from Lactobacillus delbrueckii strains with addition of corn extract: The mashing is a key process in the brewing industry. On it affect a number of factors - pH, temperature, stirring, concentration of the malt mash and others. One of the important parameters of this process is pH, which directly affects the enzymatic activity. In this work was studied the possibilities of obtaining lactic acid concentrate for acidification of mash during the mashing process. The influence of the addition of corn extract as a growth factor for two strains Lactobacillus delbrueckii 1 and Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus M3 was studied. The effect of the extract was studied in 6 different initial values of the growth factor - 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.25, 1.5%. There were differences in the dynamics of production of lactic acid and diacetyl. As a result, the study was found that 1% is the optimum concentration of corn extract for the lactic acid fermentation. Key words: brewing, mashing, acidification, lactic acid production, lactic acid bacteria, corn extract

ВЪВЕДЕНИЕ Процесът, при който високомолекулните вещества от малца и немалцуваните

суровини се превръщат в разтворима форма и преминават в пивната мъст се нарича майшуване. Температурата, рН, концентрацията на твърдата фаза, разбъркването твърдостта на водата и др. оказват съществено влияние върху майшуването [1, 2].

рН играе важна роля при майшуването, тъй като всеки ензим, участващ в процеса има определен рН оптимум на действие. Средно оптималните стойности на рН за действие на амилазния комплекс е в границите 5,3-5,6. Като при рН 5,3-5,4 се наблюдава най-голям добив на екстракт, намалява се времето за озахаряване, подобрява се цвета, филтруването на пивната мъст и др. [1, 2].

При взаимодействието на Ca2+ и Mg2+ с фосфатите и други съединения от малца рН се установява между 5,5-5,9. Тези стойности се отклоняват от оптималните, което в повечето налага корекция на рН. За тази обработка се използват различни методи: обработка на водата, прибавяне на някой соли, добавяне на неорганични киселини и биологично подкисляване [1, 2].

Биологичното подкисляване може да се извърши по два начина: чрез използване на кисели малцове и/или млечна киселина [2].

За получаване на кисели малцове се използват различни методи. Най-често зеления малц се навлажнява със суспензия от млечнокисели бактерии, най-често Lactobacillus delbrueckii. Млечнокиселата ферментация се провежда при температура 50°С за 24-36 h. Тази операция се провежда непосредствено преди сушенето и веднага след нея зеления малц се изпраща за сушене. Киселите малцове се влагат до 5% от общото количество на смления малцов шрот [5, 6].

По-широко приложение намерил методът на биологично подкисляване на малцовата каша с използване на млечна киселина (млечнокисел концентрат) получени, при култивирането на различни щамове млечнокисели бактерии: L. delbrueckii subsp. delbrueckii; L. delbrueckii subsp. lactis;L. fermentum; L. amylolyticus; L. amylovorus и др. [4].

Ферментационна среда за горепосочените щамове е сладка пивна мъст, разредена до съответния екстракт. Като нивото на образуваната млечна киселина от L. delbrueckii е около 1% . Изследвано е влиянието на млечната киселина върху качеството на малца, като са използвани щамовете: L. amylovorus FST 1.1,


- 54 -

Lactobacillus plantarum TMW 1.460 и Lactobacillus amylolyticus TMW 1.268 и е установено повишаване на глюканазата в майша, намаляване на вискозитета на кашата и повишаване на рандемана на екстракт [4, 5, 8].

Предимствата на подкисляването на малцовата каша се свеждат до: по-висок добив на екстракт; по-висока скорост на филтруване на кашата; по-добра ферментация; по-хармоничен вкус на готовото пиво, подобрява пенообразуването, колоидната и вкусовата стабилност и др. [1].

За да се използват за биологично подкисляване щамовете лактобацили трябва да образуват максимално количество млечна киселина и ниски количества диацетил.

Известно е, че млечнокиселите бактерии се нуждаят от растежни фактори. Царевичният екстракт е богат на органично свързан азот, аминокиселини, витамини и др., необходими за жизнената дейност на млечнокиселите бактерии.

В предходни наши изследвания са селекционирани щамове млечнокисели бактерии, подходящи за приложение в пивоварната промишленост. Също така са проучени условията на култивиране за селекционираните щамове и за всеки един от тях е определена оптималната температура на култивиране.

Целта на настоящата работа е да се проучат възможностите за приложение на царевичен екстракт като източник на растежни фактори за развитието на млечнокиселите бактерии. Проучено е влиянието на различни концентрации на царевичен екстракт върху биосинтеза на млечна киселина и продуцирането на диацетил при култивиране на щамове на Lactobacillus delbrueckii.

МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ Използвани щамове

В работата са използвани щамовете Lactobacillus delbrueckii 1 и Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus M3, от колекцията на катедра ―Микробиология‖ при УХТ - Пловдив.

Хранителни среди и условия на култивиране.

MRS среда (g/dm3) – гюкоза - 20; пептон - 10; месен екстракт - 8; дрождев екстракт - 4; СН3СООNa - 5; триамониев цитрат - 2; MgSO4.7H2O - 0,2; MnSO4.7H2O - 0,05; KH2PO4 - 2; Tween 80 - 1 cm3. Стерилизира се 15 min при 121 °C.

Ферментационна среда – използвана е заводска сладка пивна мъст, предоставена от пивоварна „Каменица― – Пловдив. Сладката пивна мъст, разредена в съотношение 1:1 за щамовете Lactobacillus delbrueckii 1 и Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus M3, като в резултат на разреждането се получава пивна мъст с екстракт 9 °Р. Ферментационните среди се стерилизират при 121 0С за 25 min.

Млечнокиселата ферментация се провежда в колби, в които се поставя 150 cm3 хранителна среда. Колбите се инокулират с 10% предварително развита култура от съответният щам млечнокисели бактерии. Култивирането се провежда при 370С, в статични условия.

МЕТОДИ ЗА АНАЛИЗ Определяне на титруемата киселинност Млечната киселина е определена чрез титруемата киселинност на пробата (°Т),

с титруване с 0,1 N NaOH, до розово оцветяване при използване на фенолфталейн като индикатор (1 °Т = 0,009 g млечна киселина ) [9, 10].

Определяне на общи вицинални дикетони

Вициналните дикетони (VDK) се определят спектрофотометрично. За целта 100 cm3 от пробата се подлагат на парна дестилация. Скорост на процеса се поддържа в границите 3 cm3 в минута дестилат, а времето за дестилация е 8-10 минути. При спазване на тези параметри е необходимо да се съберат 25 cm3 дестилат. След


- 55 -

това 10 cm3от дестилата се поставя в епруветка, добавя се 0,5 cm3 разтвор на о-фенилендиамин (с концентрация 10 g/dm3 приготвен при разтваряне в 4 mol/dm3 HCl). Пробата престоява 30 min на тъмно. Едновременно с зареждането на пробите се зарежда празна проба – дестилирана вода и разтвор на о-фенилендиамин и стандартна проба. Стандартната проба представлява 9,9 cm3 дестилирана вода в която се добавят 0,5 cm3 разтвор на о-фенилендиамин и 0,1 cm3 стандартен разтвор на диацетил (250 mg/dm3). Така подготвените проби се поставят за 30 min на тъмно. След изтичане на времето към всяка от пробите се добавят 2 cm3 HCl (4 mol/dm3). След това се измерва абсорбцията при при дължина на вълната λ=335 nm.

Концентрацията на вицинални дикетони се определя от следната зависимост:

3335/ ,625,0. dmmg

АА

AAVDK

прСТ

пр

Методът е рефериран в стандартите на Европейската пивоварна конвенция (EBC).

РЕЗУЛТАТИ И ОБСЪЖДАНЕ

Динамиката на ферментационния процес с подбраните щамове млечнокисели бактерии е проследена при 6 различни начални концентрации на царевичния екстракт – 0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,25; 1,5 %. Като контрола е ползвана млечнокисела ферментация без добавка на царевичен екстракт. Всички ферментации са проведени при температура 37°С . Данните от ферментационните процеси са представени на фиг. 1 до фиг.4.

От фиг.1 и фиг.3, отразяващи динамиката на натрупване на млечна киселина съответно за щам Lactobacillus delbrueckii 1 и Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus M3 се вижда, че с увеличаване на концентрацията на царевичния екстракт нараства и концентрацията на млечната киселина. При щам Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus M3 максимална титруема киселинност 150 °Т се достига при концентрация на царевичен екстракт 1%, което е с 56,9 °Т повече в сравнение с контролата (93,1 °Т). При по нататъшно увеличаване на концентрацията на царевичния екстракт в пивната мъст титруемата киселинност намалява, като при 1,5% достига 129 °Т.

На Фиг.4 е представено зависимостта на натрупването на диацетил при различни концентрация на царевичният екстракт. Концентрацията на диацетил нараства с нарастване на количеството царевичен екстракт в средата и на 72 h и достига 1,20 mg/dm3

Опитните данни сочат че при концентрация при 1% в ферментационната среда при щам Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus M3 се натрупва максимална киселинност при запазено съдържание на диацетил.

При другия щам Lactobacillus delbrueckii 1 кривите имат сходен характер С нарастване на концентрацията на царевичния екстракт в средата титруемата киселинност се увеличава. При концентрация 1% тя достига 119,8 °Т. При повишаване на концентрацията на царевичния екстракт титруемата киселинност нараства незначително при 1,25 и 1,5% приема стойности 127 °Т.


- 56 -

0

20

40

60

80

100

120

140

0 12 24 36 48 60 72

Време,h

Ти

тр

уе

ма

ки

се

ли

нн

ос

т,

0Т

0% ц.е

0,25% ц.е

0,5% ц.е

0,75% ц.е

1% ц.е

1,25% ц.е

1,5% ц.е

Фиг.1. Динамика на натрупване на млечна киселина при култивирането на щам

Lactobacillus delbrueckii 1 при различна концентрация на царевичен екстракт

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

0 12 24 36 48 60 72

Време, h

Ди

ац

ети

л, m

g/d

m3

0% ц.е

0,25% ц.е

0,5% ц.е

0,75% ц.е

1% ц.е

1,25% ц.е

1,5% ц.е

Фиг.2. Динамика на натрупване на диацетил при култивирането на щам Lactobacillus

delbrueckii 1 при различна концентрация на царевичен екстракт От Фиг.2 е видно, че при щам Lactobacillus delbrueckii 1 концентрацията на

диацетил нараства с увеличаване на количеството на царевичният екстракт и достига до 1,39 mg/dm3 при 1,25%.

Фиг.3. Динамика на натрупване на млечна киселина при култивирането на щам

Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus M3 при различна концентрация на царевичен екстракт.


- 57 -

Опитните данни показват, че концентрацията на царевичния екстракт 1% е оптимална и за двата щама млечнокисели бактерии. При тази концентрация се достига титруема киселинност е 119,8 °Т и 150 °Т и диацетил 1,12 -1,20 mg/dm3.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 12 24 36 48 60 72

Време, h

Ди

ац

ети

л, m

g/d

m3

0% ц.е

0,25% ц.е

0,5% ц.е

0,75% ц.е

1% ц.е

1,25% ц.е

1,5% ц.е

Фиг.4. Динамика на натрупване на диацетил при култивирането на щам Lactobacillus

delbrueckii ssp. bulgaricus M3 при различна концентрация на царевичен екстракт ЗАКЛЮЧЕНИЕ Въз основа на изследванията на влиянието на царевичния екстракт, като

растежен фактор при култивирането на селекционирани щамове лактобацили върху образуването на млечна киселина и диацетил могат да се обобщят следните изводи:

1. Установена е динамиката на натрупване на млечна киселина и диацетил при култивиране на Lactobacillus delbrueckii 1 и Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus M3 при различни концентрации на царевичен екстракт .0,25, 0,5, 0,75, 1, 1,25 и 1,5%.

2. Установено е, че за щам Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus M3 оптималната концентрация на царевичния екстракт е 1%, и се достига титруема киселинност 150°Т, което е с 56,9°Т повече в сравнение с контролата 93,1°Т, а концентрация на диацетил е 1,20 mg/dm3.

3. За щам Lactobacillus delbrueckii 1 е установена оптимална концентрация на царевичен екстракт 1%, при която титреумата киселинност, 119,8°Т (което е с 17,2°Т в сравнение с контролата 102,6°Т), и диацетил в количество 1,12 mg/dm3.


[1] Кабзев, Й., И. Игнатов (2011). Технология на пивото, Академично издателство, УХТ, Пловдив.

[2] Кунце, В. (2001) Технология солода и пива(превод от немски), Професия, Санкт Петербург.

[3] Bamforth, C.W. (2006). Brewing.New tehnologie, Woodhead Publishing Ltd. [4] Bohak, I., W. Back, L. Richter, M. Ehrmann, W. Ludwig, K.H. Schleifer, (1998).

Lactobacillus amylolyticus sp. Nov., isolated from beer malt and beer wort. Syst Appl Microbiol. 21(3):360-4.

[5] Briggs, D.E. (1998). Malts and Malting, Blackie Academic & Professional. [6] Briggs, D.E., C.A. Boulton, P.A. Brookes, R.Stevens.(2004). Brewing Science ant

practice, Woodhead Publishing Ltd. [7] Deirdre, P. L. and E. K. Arendt, (2004). The Use and Effects ofLactic Acid

Bacteria in Malting and Brewingwith Their Relationships to Antifungal Activity,Mycotoxins and Gushing: A Review. J. Inst. Brew. 110(3), 163–180.


- 58 -

[8] Deirdre,P.L., E. K. Arendt, A. M. Soriano and H. M. Ulmer, (2005). The Influence of Lactic Acid Bacteria on the Quality of Malt. J. Inst. Brew. 111(1), 42–50,

[9] Macrae, R., R. K Robinson,., M. Sadler, (1993). Encyclopaedia of Food Science, Food Technology and Nutrition. Vol. 5, Academic Press, San Diego.

[10] Madigan, M. T., J. M. Martinko, J. Parker. (2000). Brock Biology of Microorganisms, Prentice-Hall, Upper Saddle River.

За контакти: Маг. инж. Богдан Горанов, редовен докторант към катедра „Микробиология―,

Университет по Хранителни Технологии, Пловдив, бул. „Марица― 26, [email protected]

Докладът е рецензиран.


- 59 -

Получаване на модифицирани магнитни наночастици и

приложението им за имобилизация на биоагенти

Светла Иванова, Явор Иванов, Катя Габровска, Цонка Годжевъргова

Preparation of modified magnetic nanoparticles and their application for immobilization of

bioagents.Modified magnetic nanoparticles with chitosan and 3-aminopropyltriethoxysilane were obtained.The amount of aminogroups on the nanoparticle surface was determined.The optimal concentration of two modified agents wasestablished that provides the highest degree of immobilization of albumin.

Key words: magnetic nanoparticles,chitosan,APTES,immobilization, albumin

ВЪВЕДЕНИЕ

Получаването на магнитни наночастици и тяхното приложение за създаване на биосензори използвани в биомедицината, биотехнологиите и хранителните технологии е актуален проблем[5].Възможността магнитните наночастици допълнително да се модифицират повърхностно ги прави още по-перспективни матрици. Модифицирането на наночастиците подобрява тяхната стабилност, предотвратява агрегацията им и ги прави подходящи носители за имобилизация на биоагенти. Хитозанът и силанът са едни от най-често използваните полимери за модифициране на магнитните наночастици [2, 3, 4]. Те осигуряват добра биосъвместимостна носителя и високата плътност на повърхностни аминогрупи, което ги прави идеални матрици за имобилизация на ензими, антитела и др.

Целта на настоящата статия е получаване на различни видове модифицирани магнитни наночастици и определяне на техния имобилизационен капацитет по отношение на албумин.

МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ 1. Реагентии химикали

За получаването на магнитните наночастици(МНЧ)се използват FeCl3x6H2O иFeSO4x7H2O от Sigma-Aldrich. С цел въвеждане на свободни амино групи,МНЧ се модифицират схитозан и (3-аминопропил)триетоксисилан (АПТЕС)от Sigma-Aldrich. Активирането на модифицираните МНЧ се извършва с глутаров алдехид от Merck. Доказването на имобилизационния капацитет на МНЧ се осъществява с албумин отSigma-Aldrich.

2. Получаване на Fe3O4МНЧ Разтвор наFeCl3и FeSO4 вмолно съотношение на Fe3+/Fe2+2:1 се нагрява на

водна баня до 85 оС под азотна атмосфера. Реакцията протича при механично разбъркванев продължение на 30 мин. рН на разтвора се довеждадо10’11 чрез добавяне на NH4OH при повишена скорост на разбъркване. След 30 минтемпературата на разтвора се повишава до 90 оС исе добавя на капки0.3М натриев цитрат. Разбъркването продължава още 30 мин. Получените МНЧ се промиват двукратно с дейонизирана вода и се отделят на магнит. Лиофилизират се за 8 часа при - 40оС.

3. Модификация на Fe3O4МНЧ с хитозан

Варирано е съотношението Fe3O4/хитозан 1:1; 1:2 и 1:3 (g/g).0.05, 0.1 и 0.15gхитозан се разтварят в 9 ml 4% CH3COOHи към тях се прибавят 0.05gМНЧ. Разтворът се разбърква 20 мин, след коетона капки се добавя към смес от 20 mLпарафин и 1 mLSpan 80. След 30 мин разбъркване, към разтвора се добавя 1М NaOH на капки до рН=9 и разбъркването продължава още 15 мин.

Добавят се 4 mL 12.5% разтвор на глутаров алдехид за 4 часа при същата скорост на разбъркване за активиране на амино групите. Сместа се центрофугира за


- 60 -

20 мин при 5000 об/мин, супернатантата се отстранява и МНЧ се промиват четирикратно с петролев етер и трикратно с 10 mMPBSpH=7.4.

4. Модификация на Fe3O4MНЧ с АПТЕС

Концентрацията на модифициращия агент АПТЕС се варира от 0.04 до 0.5 %.Към 100 ml етилов алкохол се добавят 0.05 gМНЧ и се разбъркват 30 мин при 650 об/мин. След това на капки се добавяАПТЕСдо крайна концентрация в разтвора съответно 0.04, 0.08, 0.12, 0.16 и 0.5 %. Пробата се разбърква 7 часа при 700 об/мин. МНЧ-АПТЕС се отделят на магнит и се промиват четирикратно с по 50 mL етилов алкохол и двукратно с 10 mMPBSpH=7.4.

За активиране на амино групите, 200 µL МНЧ-АПТЕС се поставят в 1.5 mL конични епруветки и към тях се добавя 1 mL 5% глутаров алдехид в 10 mM PBS с рН=8.0, съдържащ 150 mM NaCl. Пробата се разклаща в продължение на 4 часа при 250 об/мин. След това МНЧ се промиват 6 пъти с по 1 mL 10 mM PBS pH 7.4, супернатантата се отстранява и МНЧ са готови за ковалентна имобилизация на албумин.

5. Имобилизация на албумин МНЧ-NH2 се сонифицират за 10 мин на ултразвукова вана до получаване на

хомогенна суспензия.Към активираните МНЧ (200µL, 5 mg mL-1)се добавя 1 mL от 0.6 mg mL-1 албумин. Пробата се разклаща 2 часа при 250 об/мин, след което супернатантата се запазва за определяне на несвързаното количество белтък. МНЧ се промиват трикратно с по 1 mL 10 mM PBS pH 7.4и по метода на Лоури[6] се определя количеството белтък свързан към МНЧ. Измерва се абсорбцията при 750 nm и количеството белтък се определя по предварително построена стандартна права. Получените резултати се изразяват за mg МНЧ.

РЕЗУЛТАТИ И ОБСЪЖДАНЕ 1. Получаване на Fe3O4МНЧ

Получаването на МНЧ се извърша чрез директна копреципитация във воден разтвор, съдържащ Fe3+/Fe2+ йони при добавянето на амониева основа, съгласно уравнение 1:

Fe2++ 2Fe3++ 8ОН-= Fe3O4 + 4H2O (1) Реакцията се извършва при рН=10’11, в азотна атмосфера и при моларно

съотношение на Fe3+/Fe2+ - 2:1. В противен случай, полученият Fe3O4може да се хидролизира (уравнение 2) или да се трансформира в γFe2O3 в присъствието на кислород, поради неустойчивостта и чувствителността му към кислорода.

Fe3O4 + 0.25O2 + 4.5H2O = 3Fe (OH) 3 (2) Fe3O4 + 2H+ = γ Fe2O3 + Fe2+ + H2O (3) Крайните продукти са плътни, черни и силно намагнитизиращи се частиципод

действието на магнитно поле, съдържащи голям брой хидроксилни групи наповърхността си.

2. Модификация на повърхността на Fe3O4МНЧс хитозан и имобилизация на албумин

Процесът на модификация се извършва чрез покриване на МНЧ с хитозан. При тази модификация на повърхността на магнитните частици се въвеждат амино групи.

Варирано е съотношението на Fe3O4/хитозан - 1:3, 1:2 и 1:1. На фиг.1 са представениСЕМ снимки(JEOL JSM-5510 microscope - Japan)на модифицирани МНЧ с различно съдържание на хитозан. Установено е, че получените МНЧ - хитозан са склонни силно да агрегират и размерът на частиците е 70-80nm.


- 61 -

Фигура 1. Електронно сканираща микроскопия на МНЧ-хитозан при съотношение Fe3O4/хитозан 1:3 (а) и 1:2 (б)

За осъществяване на ковалентна имобилизация на белтъчните молекули, тези

групи предварително се активират с глутаров алдехид, при което се образуват алдехидни групи.На фигура 2 е представенасхема на имобилизацията на албумин към МНЧ-хитозан. По време на реакцията, алдехидните групи върху повърхността на частиците взаимодействат с амино групите на албумина, формирайки шифови бази (-CH=N-).

Фигура 2. Схема на имобилизация на албумин към МЧ-хитозан

Изследвано е влиянието на концентрацията на хитозана върху имобилизационния капацитет на магнитните наночастициспрямо албумин. Определено е и количеството на свободните амино групи на повърхността на модифицираните МНЧ чрез остатъчно титруване [1]. Резултатите са показани на таблица 1. От таблицата се вижда, че при увеличаване на съотношението Fe3O4/хитозан, се увеличава и количеството на свободните амино групи. Количеството на свързания белтък към МНЧ се определя по метода на Лоури[6],таблица 1. Вижда се, че при увеличаване на съотношението до 1:2, количеството свързан белтък се увеличава с около 31 %, но при съотношение Fe3O4/хитозан 1:3, белтъкът свързан към магнитните частици се увеличава само с 1.7 %. Таблица 1

Количество аминогрупи и количество свързан белтък към МЧН-Хитозан

Модифициращагент свободни-NH2

групи, mgeqvg-1 mg свързан белтък заmg МНЧ

1:1 хитозан 0.50 0.04

1:2 хитозан 0.62 0.058

1:3 хитозан 0.75 0.059


- 62 -

3. Модификация на повърхността на Fe3O4 магнитни наночастици с АПТЕСи имобилизация на албумин

Процесът на модификация се извършва чрез покриване на МНЧ с АПТЕС. Варирана е концентрацията на АПТЕС в интервала от 0.04% до 0.5%. На фигура 3са представени микроскопски снимки (светлинен микроскоп Carl Zeiss Jena с увеличение400x, камера Pelco) на модифицирани МНЧ с различно съдържание на АПТЕС. Установено е, че получените МНЧ - АПТЕС агрегират в по-малка степен в сравнение с МНЧ - хитозан и размерът на частиците е 30-40nm.

Фигура 3. Микроскопски снимки на МНЧ-АПТЕС при концентрацията на АПТЕС 0.016% (а) и 0.5% (б)

И при тази модификация на повърхността на магнитните частици се въвеждат амино групи и активирането се извършва с глутаров алдехид.Схемата на имобилизацията на албумин към МЧ-АПТЕС е дадена на фигура 4.

Фигура 4. Схема на имобилизация на албумин към МЧ-АПТЕС

Установено е, че с увеличаване на концентрацията на модифициращия агент,

количеството на свободните амино групи на повърхността на наночастиците се увеличава. Резултатите са представени в таблица 2.

Вижда се, че при увеличаване концентрацията на АПТЕС от 0.04 до 0.08%, количеството на свързания белтък се увеличава приблизително 6 пъти. При по-нататъшно увеличаване на концентрацията на АПТЕС, количеството белтък продължава да се увеличава, но в по-малка степен.


- 63 -

Таблица 2

Количество аминогрупи и количество свързан белтък към МЧ-АПТЕС

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Получениса модифицирани магнитни наночастици с АПТЕС и хитозан.

Модифицираните с АПТЕС магнитни наночастици са по-малки по размер и агрегират в по-малка степен в сравнение с модифицираните с хитозан магнитни наночастици.

2. Установено е, че оптималната концентрация на модифициращия агент АПТЕС е 0.16%, осигуряващ най-голям имобилизационен капацитет спрямо албумина, докато при хитозана оптималното съотношение МЧ/хитозан е 1:2.

ЛИТЕРАТУРА [1] Димов К., Съмарджиева В., Павлов П.Практическо ръководство за

синтетични влакнa,1983,Техника, София. [2] Cao, H.; He, J.; Deng, L.; Gao, X. Fabrication of cyclodextrin-functionalized

superparamagnetic Fe3O4/amino-silane core–shell nanoparticles via layer-by-layer method. Appl. Surf. Sci. 255, 2009, 7974–7980.

[3] Dung,D.T.K.; Hai, T.H.; Phuc, L.H.; Long, B.D.; Vinh L.K.; Truc, P.N. Preparation and characterization of magnetic nanoparticles with chitosan coating. J. Phys. Conf. Ser. 187, 2009, 012036.

[4] Hritcu, D.; Popa, M.I.; Popa, N.; Badescu, V.; Balan, V. Preparation and characterization of magnetic chitosan nanospheres. Turk. J. Chem. 33, 2009, 785 – 796.

[5] Indira, T.K.; Lakshmi, P.K. Magnetic Nanoparticles – A Review. Int. J. Pharm. Sci. Nanotech. 3, 2012, 1035-1042.

[6] Lowry, H.; Rosenbough, N.; Farr, H. J. Chem. 193, 1951, 265-275. За контакти:

Светла Иванова Иванова – докторант, У-т „Проф.д-р АсенЗлатаров‖, Бургас, тел.: 056/858333, e-mail: [email protected]

ас. Явор Луканов Иванов, У-т „Проф.д-р АсенЗлатаров‖, Бургас, тел.: 056/858353, e-mail: [email protected]

доц. д-р Катя Иванова Габровска, У-т „Проф.д-р АсенЗлатаров‖, Бургас, тел.: 056/858471, e-mail: [email protected]

проф. дтн Цонка Иванова Годжевъргова ,У-т „Проф.д-р Асен Златаров‖, Бургас,тел.: 056/858353, e-mail: [email protected]


Модифициращ агент

свободни -NH2групи,

mgeqvg-1

mg свързан белтък за mg МНЧ

0.04 % АПТЕС 0.1 0.0043

0.08 % АПТЕС 0.11 0.025

0.12% АПТЕС 0.23 0.027

0.16 % АПТЕС 0.28 0.031

0.50 % АПТЕС 0.58 0.032


- 64 -

Насипни характеристики на смлени листа от пауловния

(Paulownia spp.)

Николай Димитров, Анна Колева, Божидар Бозаджиев

Physical properties of grounded Paulownia leaves (Paulownia spp.): Bulk density, angle of repose, angle of free flow, angle of friction (static coefficient of friction), were determined for coarse and fine grounded Paulownia spp. leaves with moisture 11.24% and 9.9% respectively. Bulk density is 236.3 kg/m

3

(SD=1.6432) for coarse and 316,4 kg/m3 (SD=1.7103) for fine ground. Angle of repose is 42.4

о (SD=2.881)

and 52.2о (SD=4.8683), respectively. Angle of free flow over galvanized iron is from 29.8

о to 47.6

о and from

31.6o to 53

о over wooden surface. Static coefficient of friction over galvanized iron is 0.5183 (SD=0.0265) for

coarse ground and 0.5727 (SD=0.0228) for fine ground leaves. This coefficients are statistically equal for both product over wooden surface – 0.6371 (SD=0.0199).

Ключови думи: Paulownia spp. leaves, bulk density, angle of repose, angle of free flow, angle of friction, static coefficient of friction.

ВЪВЕДЕНИЕ Листата на дървото пауловния (Paulownia spp.) са с големи размери (диаметър

до 80 cm) и поради разнообразния им биохимичен състав, могат да се използват за фураж на различни селскостопански животни [17]. Те са богати на минерали, белтъчни вещества и притежават обменна енергия от 15 до 18 MJ/kg [6]. Богати са на аминокиселините глутаминова и аспарагинова киселина, както и на незаменими аминокиселини. Съдържанието на лимитиращи аминокиселини, като процент от протеина, е високо и превъзхожда всички използвани у нас листникови фуражи [19].

Насипните характеристики на суровините са изключително важни за разрешаване на проблеми, свързани с преработката им в селското стопанство, хранителната и фуражната промишленост. От тези характеристики зависят съхранението, транспортирането, смесването и пакетирането им [5]. Триенето и силите на сцепление между частиците определят формирането на конусите при запълване и изпразване на насипни суровини и могат да доведат до сегрегация. Колкото тези сили са по-слаби, толкова ъгълът на естествен наклон е по-малък и изтичането е по-свободно. Продукти с ъгъл на естествен наклон под 40о се считат за свободно изтичащи, докато при тези с ъгли 50о или по-големи, свободното изтичане е силно затруднено [11]. За да се установи стабилен и надежден поток е необходимо точно да се определи поведението на насипните суровини при изтичане [9].

Целта на настоящата разработка е да се определят насипните характеристики – обемна маса, ъгъл на естествен наклон, ъгъл на изтичане по наклонена повърхност и ъгъл на статично триене (коефициент на статично триене) на изсушени едро смлени листа и брашно от листа на пауловния (Paulownia spp.).

МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ

Изследваните листа са от едногодишно растение (Paulownia tomentosa), реколта 2010 г., прибрани след листопад, през месец ноември. Преди смилане листата са изсушени при стайна температура до влажност 13,5%. След смилане влажността на брашното е 9,9% (SD=0,265; n=3), а на едро смлените листа – 11,24% (SD=0,277; n=3).

Влажността на листата преди и след смилане е определена чрез сушене на проби от 5 g при температура 130-133оС за 2 часа (ISO 712:1997).

Листата са смлени на лабораторна щифтова дробилка модел GJ 51366 (Germany), снабдена с 72 броя цилиндрични щифтове с диаметър ø6mm и дължина 21mm, подредени в четири концентрични реда (по два за ротор и статор). Роторът е


- 65 -

с диаметър ø210mm и се върти с периферна скорост 64 m/s. Листа са раздробени след петкратно последователно преминаване през щифтова дробилка и пресяване с лабораторен планзихтер. Едрата фракция е отделена след последното смилане като надсявка над сито със светли отвори 215 μm. Брашното представлява пресявката под сито със светли отвори 215 μm.

Определени са:

Гранулометричният състав на двата продукта Таблица 1. Анализът е осъществен на лабораторен ситоанализатор, снабден със сита с различни светли отвори. Количествен критерий за едрината на смилане е средния геометричен диаметър на частиците (dwg, μm) [12].

Таблица 1:

Гранулометричен състав на едро смлени листа и брашно от листа на пауловния

Едро смлени листа Брашно от листа

Светъл отвор, μm

Маса на надсявката, %

Светъл отвор, μm

Маса на надсявката, %

1. 1250 0,1 215 0,3

2. 850 4,9 200 4,2

3. 530 28,1 180 16,0

4. 400 23,1 150 24,3

5. 280 18,8 132 12,0

6. 250 17,7 125 16,2

7. 215 1,2 110 2,0

8. 200 3,7 80 1,5

9. 0 2,4 71 1,2

10. 0 22,3

Средният размер на частиците на едрата фракция е dgw=442,3μm (стандартно отклонение Sgw=1,744), а на брашното е dgw=120,9μm (стандартно отклонение Sgw=1,716).

- Обемната маса, чрез запълване на метален цилиндър и отсичане на 1dm3 от

продукта. Цилиндърът се запълва чрез свободно изтичане от постоянна височина. Полученият обем се претегля с точност 0,1 g и се изразява в kg/m3.

- Ъгълът на естествен наклон, чрез стъклена вана с вътрешни размери дължина 200 mm, ширина 100 mm и височина 200 mm, затворена с капак. Ваната се запълва до 1/3 с пробата, изравнява се повърхността на материала, след което се завърта без стръскване на 90о. Това позволява на продукта да приеме естествен наклон, който след това се измерва.

- Ъгълът на изтичане, като в единия край на накланяща се повърхност, дървена или от галванизирана стомана, с дължина 50 cm се поставя свободно 50 g продукт. Повърхността постепенно се накланя, докато първите частици от продукта преминат цялата повърхност. Този наклон представлява началния ъгъл на изтичане (α1). Накланянето продължава до момента на изтичане и на последните частици от пробата, при което се определя крайният ъгъл на изтичане (α2).

- Ъгълът на статично триене (μs, о), чрез кух пластмасов цилиндър с диаметър

45 mm и височина 20 mm. Цилиндърът се запълва с продукта и се поставя върху накланяща се повърхност от съответния материал. Цилиндърът леко се повдига, така че стените му да не докосват повърхността. Повърхността се накланя постепенно, докато запълнения цилиндър започне да се плъзга надолу. Ъгълът на наклона, при който продуктът започне своето движение представлява ъгъла на


- 66 -

статично триене [13]. Коефициентът на статично триене се изчислява като тангенс от ъгъла на триене.

РЕЗУЛТАТИ И ДИСКУСИЯ В Таблица 2 са представени насипните характеристики на двата продукта.

Таблица 2:

Насипни характеристики на едро смлени листа и брашно от листа на пауловния.

Показател Едро смлени листа Брашно от листа

Средна стойност

SD= Min/Max Средна стойност

SD= Min/Max

Обемна маса, kg/m3

236,3 1,6432 235/239 316,4 1,7103 314,5/319

Ъгъл на естествен наклон (υ), о

42,4 2,8810 39/46 52,2 4,8683 47/60

Ъгъл на изтичане, o (метална повърхност)

Начален α1

29,8a 1,9235 28/33 35b 1,0000 34/36

Краен α2

36,2 2,1679 35/40 47,6 3,2094 43/52

Ъгъл на изтичане, o (дървена повърхност)

Начален α1

31,6a 1,1402 30/33 37,6b 1,1504 36/39

Краен α2

40,6 2,6077 38/44 53,0 2,9155 50/57

Ъгъл на триене, (μs,

о) (метал) 27,4 1,5166 25/29 29,8 1,3038 29/32

Коефициент на ст. триене

(метал) 0,5183 0,0265 0,4663/ 0,5543

0,5727 0,0228 0,5543/ 0,6249

Ъгъл на триене, (μs,

о) (дърво) 32,4c 1,1402 31/34 32,6c 1,1402 31/34

Коефициент на ст. триене

(дърво) 0,6346d 0,0199 0,6009/ 0,6745

0,6395d 0,0199 0,6009/ 0,6745

Стойности, означени с еднаква букви, са статистически неразличими (t-критерии на Стюдънт) при ниво на доверие 95% и 5 кратни повторения на всеки анализ.

И при двата продукта обемната маса е ниска – около и под 300 kg/m3. Обемната маса на едро смлените листа е по-ниска от брашното, като разликата е статистически значима. Сравнено с подобни продукти като пшенично брашно – 400-750 kg/m3, царевично брашно – 500-700 kg/m3 и царевично нишесте – 550 kg/m3, обемната маса е приблизително два пъти по-ниска [14]. Стойностите са близки до тези на люцерново брашно – средно 240 kg/m3 [2], т.е. са типични за брашно от изсушена зелена маса.

И при двете суровини ъгълът на естествен наклон е висок – над 40о. По-нисък е за едро смлените листа, спрямо брашното, като разликата е статистически значима. Сравнено с пшеница – 26-27o и ечемик – 26-24о [10], ъгълът на естествен наклон е значително по-висок. Получените резултати са близки до тези на брашна от ечемик (43-44о), пшеница (43-50о) и царевица (44-47о) [18]. Jong de J.A.H. et al. [8] използват ъгъла на естествен наклон (и други характеристики) за да класифицират насипните


- 67 -

суровини по отношение на възможностите им за свободно изтичане. Те биват неизтичащи (υ>60о), трудно изтичащи (υ=45-60о), свободно изтичащи (υ=30-45о), изключително лесно изтичащи (υ=10-30о) и аерирани (υ=10о). Според тази класификация едро смлените листа и брашното от листа на пауловния са трудно изтичащи.

Началният ъгъл на изтичане на едро смлените листа по метална и дървена повърхност е статистически еднакъв, докато крайният ъгъл на изтичане е различен за двете повърхности. Аналогични резултати се наблюдават и за брашното от листа. Вероятна причина за това е, че началният ъгъл на изтичане зависи в по-голяма степен от силите не сцепление между частиците, т.е. от коефициента на вътрешно триене, и в по-малка степен от коефициента на триене по повърхността [15]. От своя страна коефициентът на вътрешно триене е свързан с ъгъла на естествен наклон, който за двата изследвани продукта е висок. Следователно, за да започне изтичане по повърхността трябва да се преодолее, в по-голяма степен, силата на вътрешно триене, отколкото да се преодолее силата на триенето по повърхността.

И при двете повърхности, ъгълът на изтичане е по-висок за брашното, спрямо едро смления продукт, като разликата е статистически значима. Препоръчва се за безпроблемно транспортиране на брашното от листа, ъгълът на самотечните тръби (дървени или от галванизирана стомана) да бъде над 55о, а на едро смлените листа – над 41о.

Ъгълът на триене е по-висок за дървената повърхност спрямо металната при двата изследвани продукта. Разликата между повърхностите е 5о за едро смлените листа и 2,8о за брашното. Ъглите на триене по дървената повърхност са статистически неразличими за двата продукта, докато при металната повърхност разликата е значима - ъгълът на триене на едро смлените листа е с 2,4о по-нисък от този на брашното. Сравнено с пшенично зърно (с ъгъл на триене от 17,7о до 25,2о при влажност 12,7% [4;7;10]) измерените ъгли са средно с 8,2о по-високи.

Коефициентът на триене на люцернови и ечемични стебла при влажности от 12,0 % до 45,7 % е от 0,14 до 0,27 [1]. Коефициентът на триене на стебла от пшеница при влажност 10 % е 0,13, а на ечемик в зелено състояние с влажност 51% е 0,21 [1]. Сравнено с получените резултати (0,5183 – 0,6395), листата от пауловния имат значително по-високи коефициенти на триене. Установените стойности са близки до тези за силажи от царевица и сено – от 0,63 до 0,71 при влажност 73% [3] и за надробена несушена люцерна върху галванизирана повърхност 0,529 [16]. Измерените коефициенти на триене са високи. Поради това плъзгането на продукта по стените и дъната на вместимостите ще бъде силно затруднено.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Ниската обемна маса на листата от пауловния предполага ограничена степен

на използване на капацитета на зърнохранилищата и транспортните машини. Ъгълът на естествен наклон и за двата изследвани продукта е висок – над 40о, което ги определя като трудно изтичащи. За безпроблемно транспортиране на брашно от листа на пауловния препоръчваме ъгълът на наклона на самотечните тръби от дърво или от галванизирана стомана, да бъде над 55о, а за едросмлените листа – над 41о. Коефициентът на триене на листата от пауловния е висок (от 0,5183 до 0,6395). Следователно плъзгането на продукта по стените и дъната на вместимостите за съхранение ще бъде силно затруднено.

Едросмлените листа и брашното от листа на пауловния са трудно изтичащи суровини и за да бъдат транспортирани и освободени от обемите за съхранение са необходими специални устройства, подходящи конструкции на вместимостите или подобряване на изсипваемостта им чрез агломериране.


- 68 -


[1] Afzalinia S. & Roberge M. 2007. Physical and mechanical properties of selected forage materials. Can. Biosys. Eng. 49: 223-227.

[2] Appel W.B. Phisical properties of feed ingredients. feed manifacturing technology iii. In Feed manifacturing technology pp. 557-562. American Feed Industry Association. Alington VA.

[3] ASAE. 1996. Friction coefficients of chopped forages. ASAE D251.1 DEC96. [4] Boumans G. 1985. Grain handling and storage. Elsevier Science Publishers, [5] Chen X.D. 1994. Mathematical analysis of powder discharge through longitudinal

slits in a slow rotating drum: objective measurements of powder flowability. J. Food Eng. 21: 421-437.

[6] El-Showk S. & El-Showk N. 2003. The paulownia tree – an alternative for sustainable forestry. The farm. pp. 1-8.

[7] Jayas D.S. & Cenkowski S. 2006. Grain property values and their measurement. In Handbook of industrial drying. Arun S. Mujumdar (Ed.). pp. 580. Elsevier Science

[8] Jong de J.A.H., Hoffmen A.C. & Finkers H.J. 1999. Properly determine powder flowability to maximize plant output. Chem Eng Prog. 95(4): 25-34.

[9] Kamath S., Puri V.M. & Mandeck H.B. 1994. Flow property measurement using the jenike cell for wheat flour at various moisture contents and consolidation times. Powder Tech. 81: 293-297.

[10] Muir W.E. & Sinha R.N. 1988. Physical properties of cereal and oilseed cultivars grown in western canada. Can. Agric. Eng. 30(1): 51-55.

[11] Peleg M. 1977. Flowability of food powders and methods for its evaluation—a review. J. Food Pro. Eng. 1: 303-328.

[12] Pfost H. & Headley V. 1976. Methods of determining and expressing particle size. In Feed manufacturing technology. Pfost H (Ed.). Am. Feed Manufacturers Assoc. Arlington, VA

[13] Razavi S. & Milani E. 2006. Some physical properties of the watermelon seeds. African Journal of Agricultural Research. 13: 65-69.

[14] Schubert H. 1987. Food particle technology. part i: properties of particles and particulate food systems. J. Food. Eng. 6: 1-32.

[15] Schulze D. 2007. Powders and bulk solids (behavior, characterization, storage and flow). pp. 32-37. Springer.

[16] Shinners K.J., Koegel R.G. & Lehman L.L. 1991. Friction coefficient of alfalfa. Transactions of the ASAE. 34(1): 33-37.

[17] Zhaohua E. 1987. A new farming system. crop/paulownia intercropping. multipurpose tree species from small-farm use. Proceedings of an international workshop held in November 2-5, Pattaya, Thailand. pp. 65-69.

[18] Афанасьев Б.А. 2008. Руководство по технологии комбикормов, белково-витаминно-минеральных концентратов и премиксов, том. 1. pp. 80-83.

[19] Колева А., Добрева К., Стоянова М., Денев П., Дамянова С., Илчев А., Ташева С., Ганчев Г., Павлов Д., Ангелов Б. & Стоянова А. 2011. Пауловнията, източник на биологично-активни вещества. 1. Състав на листа. 2. Аминокиселинен състав на листа. Journal of Mountain Agriculture on the Balkans. 14(5): 1061-1086.

За контакти: гл. ас. д-р инж. Николай Димитров, УХТ- Пловдив, катедра „ТЗФХСП‖, бул.

―Марица‖ 26, 4000 Пловдив, тел.: ++359 32 603 729, e-mail: [email protected] гл. ас. д-р инж. Анна Колева, УХТ- Пловдив, катедра „ТЗФХСП‖, бул. ―Марица‖

26, 4000 Пловдив, тел.: ++359 32 603 639, e-mail: [email protected] гл. ас. д-р инж. Божидар Бозаджиев, УХТ- Пловдив, катедра „ТЗФХСП‖, бул.

―Марица‖ 26, 4000 Пловдив, тел.: ++359 32 603 862, e-mail: [email protected] Докладът е рецензиран.


- 69 -

Разработване на имунофлуоресцентен биосензор за анализ на сулфадиметоксин в мляко на базата на магнитни наночастици

Катя Габровска, Светла Иванова, Цонка Годжевъргова

Immunoluorescent biosensor based on magnetic nanoparticles for analysis of

sulfadimethoxine in milk. An analytical system was developed for detection of sulfadimethoxine residues in milk. The method is based on fluorescence immunoassay. Antibodies to sulfadimethoxine were immobilized on magnetic nanoparticles (MNPs), containing free NH2 and COOH groups. Two immobilization methods were used – randon and oriented method by protein A. The fluorochrome-antigen conjugates, contain FITC and ATTO 590 were obtained and show highest emission in the green and yellow regions of the visible light spectrum, respectively. The immunosensor was successfully applied for the determination of sulfadimethoxine milk and foods. Key words: sulfadimethoxine, immunosensor, fluorescence, milk

ВЪВЕДЕНИЕ Поради нарастващата необходимост от повишаване на контрола върху

качеството и безопасността на храните е наложително разработването на модерни и бързи методи с висока чувствителност и селективност за детекция и количествено определяне на остатъци от антибиотици, нитрати, пестициди, тежки метали и други токсични компоненти в храните. Присъствието на остатъци от определени антибиотици (пеницилини, сулфонамиди, тетрациклини) в млякото, млечните продукти и храните представлява потенциален риск за консуматорите и може да доведе до алергични реакции, до взаимодействие с вътрешно стомашната флора и устойчива популация на бактериите. Освен това, остатъчните антибиотици водят до големи икономически загуби, свързани с инхибирането на бактериалните процеси при получаването на сиренето и млечните продукти [7]. С Наредба No 36 от 23.03.2006 и Наредба 4 от 2008 г всички производители на мляко и млечни продукти в България се задължават да окачествяват млякото си по отношение на остатъци от антибиотици. У нас не се произвеждат биосензори за антибиотици, включително за сулфонамиди и в момента се работи само с вносни микробиални тестове, които са много бавни (3 часа). Високата цена на вносните аналози ги правят недостъпни за голям брой потенциални потребители и за провеждане на масови изследвания. Рутинните методи използвани за определяне на антибиотици в храни най-често се основават на забавяне растежа на чувствителните микроорганизми Bacillus stearothermophilus, но тези анализи са много бавни (3 часа), [2]. HPLC e подходящ метод за анализ на остатъци от антибиотици, но изисква скъпа апаратура и добре обучен персонал [6]. За да се избегнат забавянията в пунктовете за прием на мляко е необходимо да се развият бързи, евтини и чувствителни методи за анализ. Такива са имунофлуоресцентните биосензори, тъй като те съчетават бързина и чувствителност, дължаща се на това, че реакцията между антиген (изследвания антибиотик) и съответното комплементарно антитяло е много селективна и бърза.

Целта на тази статия е да се получи имунофлуоресцентен биосензор за бърз анализ на сулфадиметоксин, който напълно да отговаря на изискванията за бърз и чувствителен биосензор , гарантиращ добър контрол върху качеството и безопасността на храните.

МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ 1. Материали Като носител за провеждане на имобилизацията на антителата срещу

сулфадиметоксин, (Sigma-Aldrich, USA) се използват два вида магнитни наночастици (МЧ): съдържащи свободни COOH и NH2 групи. Получаването на магнитните частици


- 70 -

се извърша чрез копреципитация на Fe3+ и Fe2+ йони [9]. За приготвяне на конюгатите: флоресцентно багрило-антиген се използва тетраметилродамин изотиоцианат (TRITC), [8], АТТО 590, [3] и сулфадиметоксин, (Sigma-Aldrich, USA). Имобилизацията на анти-сулфадиметоксина към функционализираните наночастици се осъществява по два начина: директна имобилизация (без използване на протеин А), [5] и ориентирана имобилизация (чрез използване на протеин А), [1].

2. Имунологичен анализ.

В епруветка се поставят 50 µL стандартен разтвор на сулфадиметоксин (с концентрация 10 ’ 1000 ng mL-1). Прибавят се 75 µL магнитни наночастици с имобилизирано антитяло и получена смес се инкубира 15 минути, с цел свързване на сулфадиметоксина към антитялото. Следва прибавяне на 100 µL флуоресцентно белязан антибиотик и смесва се инкубира за още 15 минути при стайна температура и разбъркване. Несвързаният флуоресцентно белязан антибиотик, се отделя и се измерва флуоресценцията.

3. Кръстосана реактивност

Кръстосана реактивност се изчислява по следното уравнение:

К Р, % = Концентрация на сулфадиметоксина, даваща 50% B/B0 × 100 Концентрация на друг сулфонамид, даваща 50%B/B0

РЕЗУЛТАТИ И ОБСЪЖДАНЕ I. Разработване на имунофлуоресцентен биосензор за анализ на

сулфадиметоксин в мляко на базата на СООН магнитни наночастици

Като носител за имобилизация на моноклонални антитела срещу сулфадиметоксин са използвани СООН - МЧ (2.5% w/v, 0.24 µm). Към тези наночастици ковалентно са имобилизирани антителата посредством два вида имобилизация: директна (без протеин А) и ориентирана (с протеин А). Количеството на имобилизираните към частицитите антитела е определено по метода на Лоури [4] и е съответно 0.023 mg Ab на mg МЧ при ориентирана имобилизация и 0.031 mg Ab на mg МЧ при дирекния метод на имобилизация). На Фигура 1 е представена графичната зависимост между концентрацията на антибиотика сулфадиметоксин и флуоресцентния сигнал на биосензора (B/Bo) в PBS буфер и в мляко при използване на директна имобилизация. Установен е линеен интервал на калибрационната крива при концентрации на сулфадиметоксина от 100 до 500 ng mL-1, ниска определяема лимитна концентрация (LOD) – 95 ng mL-1 и висок корелационен коефициент (Таблица 1).

0

20

40

60

80

100

120

1 10 100 1000 10000

концентрация, ng mL-1

B/B

o,

%

в PBS буфер

в мляко

Фигура 1. Калибрационна крива на стандартни разтвори на сулфадиметоксин в PBS

буфер и в мляко при използване на директна имобилизация на моноклонално антитяло върху СООН - магнитни частици


- 71 -

0

20

40

60

80

100

120

1 10 100 1000 10000


В/В

о,

%

в PBS буфер

в мляко


буфер и в мляко при използване на ориентирана имобилизация на моноклонално антитяло върху СООН - магнитни частици

Когато определянето на антибиотика се проведе с антителата, имобилизирани чрез Pro A (Фигура 2) линейността на получените стандартни криви е същата (100 ’ 500 ng mL-1), но наклона на стандартните криви в този случай е 1.5 пъти по-голям от наклона на кривите, получени при използване на директна имобилизация. Границата на откриване е 95 ng mL-1. Постигнати са добри коефициенти на корелация R2

(таблица 1). Таблица 1

Линейност и чувствителност на калибрационните криви на имунофлуоресцентния анализ за определяне на сулфадиметоксин в PBS буфер и в мляко

Метод на имобилизация R2 Уравнение на линейната област

Директна имобилизация, PBS буфер R² = 0,9222 y = -0,1172x + 96,170

Директна имобилизация, мляко R² = 0,8149 y = -0,1125x + 90,511

Ориентирана имобилизация, PBS буфер

R² = 0,9421 y = -0,1644x + 97,618

Ориентирана имобилизация, мляко R² = 0,8552 y = -0,1435x + 90,825

II. Разработване на имунофлуоресцентен биосензор за анализ на

сулфадиметоксин в мляко на базата на NH2 магнитни наночастици Като носител за имобилизация на поликлонални антитела срещу

сулфадиметоксин са използвани NH2 - МЧ с диаметър 30 nm. Имобилизацията на анти-сулфадиметоксина се извършва по два начина: директна имобилизация и ориентирана имобилизация. Ефективността на имобилизацията е определена по метода на Лоури [4] (0.021 mg Ab на mg МЧ при ориентирана имобилизация и 0.029 mg Ab на mg МЧ при дирекния метод на имобилизация). Построени са графичните зависимости между концентрацията на антибиотика сулфадиметоксин и флуоресцентния сигнал на биосензора (B/Bo). На фигура 3 са представени резултатите от определяне на сулфадиметоксин в буфер и в мляко чрез директна имобилизация на поликлонално антитяло към NH2-магнитните наночастички. Работният диапазон е от 10 до 1000 ng mL-1, а границата на откриваемост (LOD) е 95 ng mL-1. Линейносттта на получените стандартни криви в буфер и мляко е 100’500 ng mL-1 . Постигнати са добри корелационни коефициенти R2 (Таблица 2).


- 72 -

0

20

40

60

80

100

120

1 10 100 1000 10000

концентрация, mg mL-1

B/B

o,

%

в PBS буфер

в мляко


буфер и в мляко при използване на директна имобилизация на моноклонално антитяло върху NH2 - магнитни частици

0

20

40

60

80

100

120

1 10 100 1000 10000


B/B

o,

%

в PBS буфер

в мляко


буфер и в мляко при използване на ориентирана имобилизация на моноклонално антитяло върху NH2 - магнитни частици

Когато определянето на антибиотика се проведе с антителата, имобилизирани чрез Pro A (фиг. 4) линейността на получените стандартни криви е същата (100 ’ 500 ng mL-1), но техния наклона е над пет пъти по-голям от наклона на кривите, получени при използване на директна имобилизация. Границата на откриване е 95 ng mL-1. Постигнати са добри коефициенти на корелация R2 (таблица 2).

Таблица 2 Линейност и чувствителност на калибрационните криви на имунофлуоресцентния

анализ за определяне на сулфадиметоксин в PBS буфери в мляко

Метод на имобилизация R2 Уравнение на линейната област

Директна имобилизация, PBS буфер R2 = 0.9918 y = -0.0485x + 95.850

Директна имобилизация, мляко R2 = 0.915 y = -0.0517x + 89.838

Ориентирана имобилизация, PBS буфер

R2 = 0.9988 y = -0.3864x + 124.66

Ориентирана имобилизация, мляко R2 = 0.9667 y = -0.2014x + 102.69

Определена е селективността на получения биосензор чрез определяне на кръстосаната реактивност със сулфамеразин и стрептомицин, съединения със структура близка до тази на аналита.


- 73 -

100

47

16

0

20

40

60

80

100

кр

ос-р

еакти

вн

ост,

%

сулфадиметоксин сулфамеразин стрептомицин

Фигура 5. Кръстосана реактивност на анти-сулфадиметоксин в мляко

От Фигура 5 се вижда, че тези две съединения имат ниска кръстосана

реактивност срещу използваните антитела, съответно 47% и 16%. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Създаден е бърз, селективен имунофлуоресцентен метод за анализ на сулфадиметоксин в храни при използване на два вида имобилизация. Постигнати са много ниски концентрации за измерване на сулфонамиди и високи корелационни коефициенти.


[1] Bae, Y.; Oh, B.; Lee, W.; Lee, W.; Choi, J.; Biosens. Bioelectron. 21, 2005, 103–110.

[2] Korsrud, G.; Boison, J.J. Assoc. Off. Anal. Chem. (81), 1998, 21–24. [3] Lakaye, B.;Damblon, C.;Jamin, M.; GalleniM.; Lepage, S. Biochem. J. 300, 1994,

141-145. [4] Lowry H., N. Rosenbough, H. Farr, J. Chem., 193, 1951, 265. [5] Medina, M. B.; J. Agric. Food Chem. 2004, 52, 3231-3236 3231 [6] Reeves, V. B. J. Chromatogr. B 723 (1–2), 1999,127–137. [7] Schiffmann, A. P.; Schütz, M.; Wiesner, H. U. Milchwissenschaft 47 (11), 1992,

712–715. [8] Schwenzer, K., Anhalt ,J.; Antimicrob. Agents Chemother. 23 (5), 1983, 683-687. [9] Yamaura, M.; Camilo, R.L.; Sampaio, L.C. ; Macedo, M.A.; Nakamura, M.; Toma,

H.E. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 279, 2004, 210–217 Благодарности: Това изследване е осъществено с финансова помощ по

договор НИХ- 235/ 2011 г. от Университет „Проф. д-р Асен Златаров‖. За контакти:

доц. д-р Катя Иванова Габровска, У-т „Проф.д-р Асен Златаров‖, Бургас, тел.: 056/858471, e-mail: [email protected]

Светла Иванова Иванова – редовен докторант, У-т „Проф.д-р Асен Златаров‖, Бургас, тел.: 056/858333, e-mail: [email protected]

проф. дтн Цонка Иванова Годжевъргова ,У-т „Проф.д-р Асен Златаров‖, Бургас, тел.: 056/858353, e-mail: [email protected]



- 74 -

Биологично активни компоненти в градинския охлюв и

приложението им

Павлина Долашка

Bioactive compounds in the garden snails and their application: Hemolymph of molluscan snails is a complex mixture of biochemically and pharmacologically-active components such as peptides and proteins. Hemocyanin was isolated from the hemolymph of Bulgarian garden snails Helix lucorum and Helix aspersa. In contrast with other molluscan hemocyanins, three isoforms (β–HaH, αN-HaH and αD-HaH) with molecular mass about 450 kDa were isolated. The structure and oligosaccharide moieties of the molluscan Hcs Rapana venosa and Helix lucorum have been determined and recently received particular interest due to their immunostimulatory properties. These proteins have been widely used in cancer investigations and cancer therapy either as non-specific or active stimulators of the immune system.

Hemocyanins also have been found to show antiviral activity against the in vitro replication of human respiratory syncytial virus (hRSV) and influenza virus A/Aichi/2/68/H3N2 by the CPE-inhibition assay.

Antimicrobial peptides are gaining attention as antimicrobial alternatives to chemical food preservatives and commonly used antibiotics. Therefore, for the first time we have explored the isolation, identification and characterisation a novel antimicrobial peptides produced by the hemolymph of garden snail H. lucorum. Several peptides were identified from the hemolyph of H. lucorum and the mucus of Helix aspersa by ultrafiltration and reverse-phase high-performance liquid chromatography (RP-HPLC). Mass spectrometry showed the precise molecular weight of the peptides between 3000 and 9500 Da. The N-terminal sequences of the peptides identified by Edman degradation matched no peptides in the MASCOT search database, indicating novel proline-rich peptides. Several of the Pro-rich peptides also showed strong antimicrobial activities against different bacteria.

Key words: Bioactive compounds, hemocyanins, peptides, antitumor activity, antimicrobial activity.

ВЪВЕДЕНИЕ

Нашите изследвания през последните 20 години бяха насочени към изолиране и характеризиране на активни вещества от различни природни източници. Охлювът се оказа безценен източник на редица биологично активни компоненти. Едни от тях са хемоцианини и пептиди от черноморската рапана R. venosa и градинския охлюв H. Lucorum (1-4). След анализиране на структурата и свойствата на тези вещества с различни съвременни методи и техники, е установена възможността за прилагането им в различни продукти.

ИЗЛОЖЕНИЕ Както слузта, така и хемолимфата на охлювите, представляват сложни смеси

от биохимично- и фармакологично-активни съставки като пептиди, гликопептиди и протеини. От хемолимфата на български градински охлюви H. lucorum и Helix aspersa е изолиран хемоцианин, който изпълнява същата функция, като хемоглобина, а именно да пренася кислород до всички клетки от организма. В контраст с другите хемоцианини, три изоформи (β-HaH, αN-HaH и αD-HaH) с молекулна маса около 450 kДa бяха изолирани от хемоцианин от H. lucorum и H. Aspersa (3). Определени са структурата и олигозахаридният състав на хемоцианин от H. lucorum, които предизвикват особен интерес, поради имуностимулиращото му свойство (3,4). Тези протеини се използват за изследване и терапия на рак или като неспецифични или активни стимулатори на имунната система (5,6). Хемоцианините могат да бъдат носители на слабо имуногенни антигени, и са перспективни адюванти за вирусни и бактериални ваксини. Съвместно с болницата по урология в гр. Тюбинген, Германия е установена способността на изолираните хемоцианини H. lucorum и H. aspersa да бъдат използвани като нови анти-туморни и имуннотерапевтични препарати.

Установихме значим ефект на получения хемоцианин от градински охлюв върху туморни клетки, взети от човешки пикучен мехур на пациенти. Човешки


- 75 -

туморни клетъчни линии HT1197, Т-24 и Cal-29 бяха третирани с различни хемоцианини и анализирани след 24, 48 и 72 часа. На фигура 1 е показан ефектът на детоксирубицин (известен антитуморен препарат) и функционална единица от хемоцианин H. lucorum върху туморна клетъчна линия Т-24 след 24 час инкубиране.

A B В

Фиг. 1. А) Туморна клетъчна линия Т-24 – контрола; Б) 24 часа след третиране на

туморни клетки Т-24 с детоксирубицин (известен антитуморен препарат); В) 24 часа след третиране с 0,5 mg/ml ФЕ от хемоцианин H. Lucorum.

Двата хемоцианина показват антитуморна активност и срещу други туморни клетки, като миши модел на тумор на Graffi (7,8). Тъй като този тумор се намира на повърността на тялото, то ще бъде разработен гел за директното третиране на тумора.

Също така хемоцианинът от градински охлюв показва висок ефект (89%), когато е приложен след инфекция с паразита Trichinella spiralis. Той унищожава нематодите в мускулите, като разрушава капсулите им, запазва мускулните влакна и помага на имунните клетки да разрушат ларвите на Trichinella (9).

Установено е, че хемоцианините притежават и антивирусен ефект. Ето защо изследвахме ефектът на хемоцианините върху следните вируси: а) с обвивка: грипен вирус А (Aichi/68/H3N2 и Weybridge/H7N7), вирус на Нюкясълската болест (щам Русев), респира-торно-синцитиален вирус (щам Long), бовинен пестивирус (щам С1), вирус на Леса Семлики, вирус херпес симплекс 1 (щам DA), свински херпесен вирус на псевдобеса (щам А) и вирус вакциния (щам НИЗПБ). Установихме, че хемоцианините показват антивирусна активност срещу ин витро репликацията на човешки респираторен синцитиален вирус (hRSV), грипен вирус A/Aichi/2/68/H3N2, Коксакивирус В1 (щам Connecticut), човешки аденовирус тип 2 и Херпес симплекс вирус (HSV-1). Тъй като 9 от 11 протеини, разположени на обвивката на вируса са добре изучени, то предложихме модел за свързване на въглехидратната верига на хемоцианина с аминокиселинни остатъци от полипептидната верига на тези протеини (10).

В хемолимфата и слузта на градинския охлюв се съдържат и нискомолекулни съединения, като пептиди, гликопептиди, липиди, гликани и др. Антимикробните пептиди привличат вниманието и са представени като алтернативи на химическите консерванти за храни и на често използваните антибиотици. Ето защо, за първи път са изолирани, идентифицирани и характеризирани нови антимикробни пептиди от хемолимфата на градински охлюв H. Lucorum и слузта на H. aspersa.

Тези пептиди бяха изолирани чрез ултрафилтрация и обратна фаза високоефективна течна хроматография (RP-HPLC). Чрез масспектрометричен анализ беше определена молекулна маса на пептиди между 3000 и 9500 Да (Фиг.2).


- 76 -

Фиг. 2. MS спектър на пептид от H. lucorum с маса 4079,96, измерена на MALDI-TOF

N-крайните аминокиселинни последователности (АКП) на изолираните

пептиди бяха определени след Едманово разграждане. При сравняване със съответни пептиди в базата данни MASCOT, не бяха открити други пептиди със същата маса и N-крайните АКП. Установено беше, че от хемолимфата и слузта на

охлювите са изолирани нови пептиди, богати пролин. Някои от Pro-съдържащите пептиди също показаха антимикробна активност

срещу различни бактерии, като: Staphylococcus aureus, E. coli, Streptococcus pyogenes, Staphylococcus epidermidis, Enterococcus faecalis, Candida albicans. Особено силно въздействие беше установено на екстакта от охлюви върху бактерията E. coli. Също така, два от изолираните пептиди и изходната слуз инхибират растежа на бактериалния щам Propionibacterium acnes PA266 (Фиг.3).

Фиг. 3. Тестване на ефекта на три пептида и изходната слуз срещу

бактериалния щам Propionibacterium acnes PA266


Проведените изследвания върху хемолимфата и слузта на градински охлюви H. lucorum и H. aspersa позволява да се направят следните изводи:

В хемолимфата и слузта се намират различни биологично активни вещества, които могат да бъдат използвани в козметичната, фармацевтичната и др. индустрии.

1. Пептиди с антибактериална активност, изолирани от слузта и хемолимфата на морски и градински охлюви са натурални антибиотици срещу различни бактерии.

2. Кислород-пренасящите гликопротеини, хемоцианините, притежават:

407

9.9

6

3

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000


- 77 -

А) Антитуморна активност спрямо клетъчни линии на тумор на пикучния мехур, тумор на Графи и тумор на Герен;

Б) Хемоцианините са доказани имуностимулатори, като носители на хаптени и предизвикват продуциране на антитела.

В) Хемоцианините проявяват антивирусна активност спрямо човешки аденовирус тип 2 и Херпес симплекс вирус (HSV-1).

Г) Установена е антибактериална активност на хемоцианина, като 90% забавя развитието на Trichinella spiralis.

3. Съдържащите се протеини, ензими, пептиди, липиди и др. В слузта на охлювите спомага за възстановява и подмладява кожата, а също и ускорява зарастването на белези и рани. Ето защо тя намира приложение в козметиката и фармацията. Екстрактът от слузта на градинския охлюв притежава невероятни свойства да регенерира клетките.


[1] P.Dolashka-Angelova, M. Schick, S. Stoeva and W. Voelter. Isolation and partial characterization of the N-terminal functional unit of subunit RtH1 from Rapana thomasiana grosse hemocyanin. Int. J. Biochem. & Cell Biology 32, 529-538 (2000).

[2] L. De Smet, I. Dimitrov, G. Debyser, J. Van Beeumen, P. Dolashka-Angelova and B. Devreese. The cDNA sequence of three hemocyanin subunits from the garden snail Helix lucorum. Gene 10, 487(2):118-128 (2011).

[3] P. Dolashka, V. Moshtanska, V. Borisova, A. Dolashki, S. Stevanovic, T. Dimanov, W. Voelter. Antimicrobial proline-rich peptides from the hemolymph of marine snail Rapana venosa. Peptides. 32(7):1477-83 (2011).

[4] L. Velkova, I. Dimitrov, H. Schwarz, S. Stevanovic, W. Voelter, B. Salvato and P. Dolashka-Angelova. Structure of hemocyanin from garden snail Helix vulgaris. Comp. Biochem. Physiology B: 157, 1, 16-25 (2010).

[5] P. Dolashka-Angelova, T. Stefanova, E. Livaniou, L. Velkova, P. Klimentzou, S. Stevanovic, H. Neychev, H. Schwarz, W. Voelter. Immunological potential of Helix vulgaris and Rapana venosa hemocyanins‖. Immunological Investigations, 37(8), 822-40 (2008).

[6] I. Iliev, R. Toshkova, P. Dolashka-Angelova, L. Yossifova, R. Hristova, J. Yaneva, Zacharieva, S. Haemocyanins from Rapana venosa and Helix vulgaris display an antitumour activity via specific activation of spleen lymphocytes, Compt. Rend. Acad. Bulg. Sci. 61, 2, 203-210 (2008).

[7] R. Toshkova, L. Velkova, W. Voelter, P. Dolashka-Angelova. Protective effect of Rapana venosa hemocyanin (RvH) on survivability of hamsters with transplanted myeloid Graffi tumours. Comptes rendus de I'Academie bulgare des sciences 59,(9) 977-982 (2007).

[8] P. Dolashka, L. Velkova, I. Iliev, A. Beck, A. Dolashki, L.Yossifova, R. Toshkova, W. Voelter, and S. Zacharieva. Antitumor Activity of Glycosylated Molluscan Hemocyanins via Guerin ascites tumor. Immunol. Investigation 40(2):130-49(2011).

[9] L. Yossifova, I. Iliev, S. Petkova, P. Dolashka-Angelova, L. Mihov and S. Zacharieva. Imunological research on the protective properties of a conjugate of total larval antigen with hemocyanin derived from Helix vulgaris against infection with Trichinella spiralis. Biotech. Biotech. Equip. 23(2), 597-600 (2009).

[10] P. Dolashka-Angelova, B. Lieb, L. Velkova, N. Heilen, K. Sandra, L. Nikolaeva-Glomb, A. Dolashki, A. Galabov, J.V. Beeumen, S. Stevanovic, W. Voelter, B. Devreese. Identification of glycosylated sites in Rapana hemocyanin by mass spectrometry and gene sequence, and their antiviral effect. Bioconjug Chem. 20(7):1315-22 (2009)


- 78 -

Получените изследвания са проведени по проект DFG_STE1819/5/1/2012 г. и проект СИП-02-44/29.12.2011 г. с финансовата подкрепа на Оперативна програма „Развитие на конкурентоспособността на българската икономика‖ 2007-2013, съфинансирана от Европейския съюз чрез Европейския фонд за регионално развитие.

За контакти:

Доц. д-р Павлина Долашка, Институт по органична химия с център по фитохимия, Българска академия на науките‖, Управител на ООД „Био компоненти‖ тел.: 029606163, е-mail: [email protected]



- 79 -

Антимикробна активност на щам Lactobacillus acidophilus Z10

спрямо патогенни микроорганизми

Росица Денкова, Любка Георгиева, Запряна Денкова, Величка Янакиева

Antimicrobial activity of Lactobacillus acidophilus strains against pathogens. The antimicrobial activity of the strain Lactobacillus acidophilus Z10 against the pathogens Escherichia coli ATCC 25922, Escherichia coli ATCC 8739, Salmonella abony NTCC 6017, Salmonella sp., Staphylococcus aureus ATCC 25093, Proteus vulgaris J is determined by co-cultivation at 37 ± 1°C. It is shown that the strain inhibits the growth of Enterobacteriaceae - for 48-60 h the numbers of viable cells of the pathogens are reduced. The only exception is Staphylococcus aureus ATCC 25093 - at the end of the cultivation 10

5cfu/cm

3 viable cells

are determined. It has been shown that changes in the proportions in the mixed population are a result of the formed lactic acid which acidifies the environment and changes the conditions for the growth of the pathogens.

Key words: Lactobacillus, Pathogen, Co-cultivation, Probiotic.

ВЪВЕДЕНИЕ Пробиотиците са живи микроорганизми, които оказват благоприятен ефект

върху гостоприемника, приети в подходящи концентрации [2, 6]. Доказани са техните благоприятни ефекти при гастро-интестинални инфекции, редукция на серумния холестерол, протектиране на имунната система, антиканцерогенни свойства, антимутагенно действие, противодиарични свойства, потискане на инфекции, причинени от Helicobacter pylori, болест на Крон, възстановяване на микрофлората в стомаха и червата след антибиотикотерапия и др. [1, 4, 10, 12].

Лактобацилите и бифидобактериите са естествени компоненти на стомашно-чревната микрофлора на здравия човек. Те се включват в състава на пробиотици и пробиотични храни, предвид тяхното доказано здравословно действие върху организма [3, 5, 9]. Те са основните микроорганизми, които поддържат баланса на стомашно-чревната микрофлора [11].

Не всички щамове лактобацили и бифидобактерии могат да се използват като компоненти на пробиотици и пробиотични храни, а само онези, които отговарят на определени изисквания: да са от човешки произход, да са непатогенни, да са резистентни към стомашен сок, жлъчни соли и да позволяват провеждането на технологични процеси, при които се натрупва висока концентрация жизнеспособни клетки; те трябва да притежават потенциал да се адхезират към стомашно-чревната епителна тъкан, да продуцират антимикробни вещества, да са резистентни към прилаганите в лечебната практика антибиотици, да позволяват промишлено култивиране, инкапсулиране, сублимационно сушене и да запазват активността си в процеса на съхранение [7, 8]. Това изисква задължителна селекция на щамове лактобацили и бифидобактерии с пробиотични свойства.

Едно от изискванията към пробиотичните щамове е да притежават антимикробна активност спрямо условнопатогенните, карциногенни и патогенни микроби, което е свързано с инактивиране на техни ензимни системи, преодоляване на адхезията им, потискане на растежа им и изтласкване от биологичната ниша, в резултат на което се нормализира стомашно-чревната микрофлора.

Целта на настоящето изследване е да се определи антимикробната активност на щам Lactobacillus acidophilus Z10, изолиран от естествено ферментирало тесто – срещу 6 клинични патогена – Escherichia coli ATCC 25922, Escherichia coli ATCC 8739, Salmonella abony NTCC 6017, Salmonella sp., Staphylococcus aureus ATCC 25093, Proteus vulgaris J чрез съвместно култивиране на Lactobacillus acidophilus Z10 с всеки един от патогенните микроорганизми.


- 80 -

ИЗЛОЖЕНИЕ

Определена е антимикробната активност на щам Lactobacillus acidophilus Z10, изолиран от естествено ферментирало кисело тесто, срещу патогенни микроорганизми.

При самостоятелното развитие на Lactobacillus acidophilus Z10 при статични условия за 12-24 h натрупва над 1012 cfu/cm3 жизнеспособни клетки (Фиг. 1 и фиг. 2). За същото време титруемата киселинност на средата достига до 70°Т (Фиг. 3).

Висока концентрация на живи клетки образуват и коли-бактериите от 24 – 36 h от старта на процеса - над 1014 cfu/cm3 (Фиг. 1 и Фиг.2). Едва с 20 – 30°Т се изменя титруемата активност на средата (Фиг. 3).

При съвместното култивиране на щама с Е. coli ATCC 25922 при 37±1°С при статични условия се наблюдава нарастване на концентрацията на жизнеспособните клетки на Lactobacillus acidophilus Z10 – по-рязко до 24 h, а след това по-плавно. Концентрацията на живите клетки на патогена постепено се редуцира, като на 60я h практически не са определени живи клетки (Фиг. 1).

При съвместното култивиране на Е. coli ATCC 8739 с Lactobacillus acidophilus Z10 при 37±1°С при статични условия се наблюдава бавно постоянно нарастване на живите клетки на лактобацила, докато при патогена нарастване има само първите 24 h. След това започва рязко намаляване на броя живи клетки на Е. coli ATCC 8739, като след 48 h не са определени жизнеспособни клетки на патогенния микроорганизъм (Фиг. 2).

Фиг. 1. Преживяемост на Lactobacillus acidophilus Z10 и Е. coli ATCC 25922 при

самостоятелно развитие и в смесена популация при температура на

култивиране 37±1°С

Фиг. 2. Преживяемост на Lactobacillus acidophilus Z10 и Е. coli ATCC 8739 при самостоятелно развитие и в смесена

популация при температура на култивиране 37±1°С

Фиг. 3. Изменение на титруемата киселинност на средата при съвместно и

самостоятелно развитие на Lactobacillus acidophilus Z10 с патогенни микроорганизми при температура 37±1°С


- 81 -

При култивирането на Lactobacillus acidophilus Z10 със Salmonella sp. при 37±1°С се наблюдава нарастване на концентрацията на жизнеспособните клетки както на Lactobacillus acidophilus Z10, така и на Salmonella sp. през първите 12 h, като скоростите на нарастване са съизмерими, след което концентрацията на жизнеспособните клетки на лактобацила продължава да нараства, но с по-ниска скорост, докато тази на патогена се редуцира, като на 60я h не са определени живи клетки на Salmonella sp. (Фиг. 4).

При съвместното развитие на Salmonella abony NTCC 6017 и Lactobacillus acidophilus Z10 също има нарастване на концентрацията на клетките на лактобацила и патогена през първите 12 h. От 12я до 60я h концентрацията на млечнокиселите бактерии остава постоянна, а тази на Salmonella abony NTCC 6017 намалява, като на 60я h не са определени живи клетки на патогенния микроорганизъм (Фиг. 5).

Фиг. 4. Преживяемост на Lactobacillus acidophilus Z10 и Salmonella sp. при

самостоятелно развитие и в смесена популация при температура на


Фиг. 5. Преживяемост на Lactobacillus acidophilus Z10 и Salmonella abony NTCC

6017 при самостоятелно развитие и в смесена популация при температура на


Фиг. 6. Изменение на титруемата киселинност на средата при съвместно и

самостоятелно развитие на Lactobacillus acidophilus Z10 с патогенни микроорганизми (Salmonella abony NTCC 6017 и Salmonella sp.) при температура 37±1°С

При съвместното култивиране на Lactobacillus acidophilus Z10 със

Staphylococcus aureus ATCC 25093 също се наблюдава намаляване на концентрацията на клетките на патогена, започващо след 12я h. За разлика от Escherichia coli ATCC 25922, Escherichia coli ATCC 8739, Salmonella sp. и Salmonella abony NTCC 6017 този патоген не се редуцира под действие на Lactobacillus acidophilus Z10. В края на процеса са определени 105cfu/cm3 жизнеспособни клетки на патогена (Фиг. 7).


- 82 -

Фиг. 7. Преживяемост на Lactobacillus

acidophilus Z10 и Staphylococcus aureus ATCC 25093 при самостоятелно развитие и в смесена популация при температура

на култивиране 37±1°С

Фиг. 8. Изменение на титруемата киселинност на средата при съвместно и самостоятелно развитие на Lactobacillus

acidophilus Z10 с патогенни микроорганизми при температура 37±1°С

Сходни са зависимостите, отразяващи нарастване на боря на живите клетки на

Lactobacillus acidophilus Z10 и Proteus vulgaris J при самостоятелно развитие при 37±1°С.

При съвместното култивиране на щама с Proteus vulgaris J при 37±1°С при статични условия се наблюдава нарастване на концентрацията на жизнеспособните клетки както на Lactobacillus acidophilus Z10, така и на Proteus vulgaris J през първите 12 h, като скоростите на нарастване са съизмерими, след което концентрацията на жизнеспособните клетки на лактобацила продължава да нараства, докато тази на патогена се редуцира, като на 60яh не са определени живи клетки на патогена-фиг.9.

Фиг. 9. Преживяемост на Lactobacillus acidophilus Z10 и Proteus vulgaris J при самостоятелно развитие и в смесена

популация при температура на култивиране 37±1°С

Фиг. 10. Изменение на титруемата киселинност на средата при съвместно и самостоятелно развитие на Lactobacillus

acidophilus Z10 с патогенни микроорганизми при температура 37±1°С

Редукцията на клетките на патогенните микроорганизми е в корелация с промяната на киселинността на средата (Фиг. 6, Фиг. 8 и Фиг. 10). Подкисляването на средата води до промяна в условията за развитие на патогенните микроорганизми.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Lactobacillus acidophilus Z10 запазва висока концентрация на жизнеспособни

клетки при самостоятелно и съвместно култивиране при температура на развитие 37±1°С, като най-чувствителен към антимикробното му действие са клетките на Proteus vulgaricus J, следвани от салмонелните бактерии, а най-устойчиви на действието на Lactobacillus acidophilus Z10 при съвместно култивиране са клетките на Staphylococcus aureus АТСС 25093. Високата антимикробна активност на Lactobacillus acidophilus Z10 прави щама потенциално пробиотичeн.


- 83 -

ЛИТЕРАТУРА [1] Agerholm-Larsen L., Raben A., Haulrik N., Hansen A. S., Manders M., Astrup A.

(2000). Effect of 8 week intake of probiotic milk products on risk factors for cardiovascular diseases. Eur. J. Clin. Nutr. 54: 288–297.

[2] Brown A. C., Valiere A. (2004). Probiotics and medical nutrition therapy. Nutr. Clin. Care 7: 56–68.

[3] Hirayama K., Rafter J. (2000). The role of probiotic bacteria in cancer prevention. Microbes Infect. 2: 681–686.

[4] Imasse K., Tanaka A., Tokunaga K., Sugano H., Ishida H., Takahashi S. (2007). Lactobacillus reuteri tablets suppress Helicobacter pylori infectionda doubleblind randomised placebo-controlled cross-over clinical study Kansenshogaku zasshi. J. Jpn. Assoc. Infect. Dis. 81: 387–393.

[5] Isolauri E. (2001). Probiotics in human disease. American Journal of Clinical Nutrition, 73(6): 1142S–1146.

[6] Kalliomaki M., Salminen S., Arvilommi H., Kero P., Koskinen P., Isolauri E. (2001). Probiotics in primary prevention of atopic disease: a randomised placebocontrolled trial. Lancet 357: 1076–1079.

[7] Kirtzalidou E., Pramateftaki P., Kotsou M., Kyriacou A. (2011). Screening for lactobacilli with probiotic properties in the infant gut microflora. Anaerobe 17: 440 - 443.

[8] Marteau P. R., de Vrese M., Cellier C. J., Schrezenmeir J. (2001). Protection from gastrointestinal diseases with the use of probiotics. American Journal of Clinical Nutrition 73(Suppl. 2): 430S–436S.

[9] Mitsuoka T. (1999). The human gastrointestinal tract. In: Wood BJB, editor. The lactic acid bacteria. vol.1, Gaithersburg, MD, USA: Aspen Publishers Inc.: 69-114 p.

[10] Nomoto K. (2005). Review prevention of infections by probiotics. J. Biosci. Bioeng.100: 583–592.

[11] Rybka S., Kailasapathy K. (1995). The survival of culture bacteria in fresh and freeze-dried AB yoghurts. The Australian Journal of Dairy Technology 50(2): 51–57.

[12] Shah N. P. (2007). Functional cultures and health benefits. Int. Dairy J. 17: 1262–1277.


Докторант Росица Стефанова Денкова, Катедра ―Биотехнологии‖, Софийски университет ―Св. Климент Охридски‖, тел.: 0899 085 525, е-mail: [email protected]

Проф.д-р Любка Василева Георгиева, Институт по Криобиология и Хранителни Технологии, София, e-mail: [email protected]

Проф.д.т.н. Запряна Рангелова Денкова, Университет по хранителни технологии, Пловдив, e-mail: [email protected]

Гл. ас. д-р Величка Борисова Янакиева, Университет по хранителни технологии, Пловдив, e-mail: [email protected]



- 84 -

Инхибираща активност на щамове Lactobacillus fermentum и

Lactobacillus brevis спрямо сапрофитни микроорганизми

Росица Денкова, Светла Илиева, Запряна Денкова, Величка Янакиева

Inhibitory activity of strains of Lactobacillus fermentum and Lactobacillus brevis against saprophytic microorganisms. The inhibitory activity of strains of Lactobacillus fermentum and Lactobacillus brevis against saprophytic microorganisms that cause roping and mold spoilage of bread – bacteria: Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis; molds: Aspergillus niger, Penicillium sp., Rhizopus sp.; yeasts: Saccharomyces cerevisiae is examined. It is shown that the strain Lactobacillus fermentum Z14 exhibits the highest inhibitory activity against molds and Lactobacillus brevis LBRZ8 inhibits the growth of spore-forming bacteria, both strains do not affect the growth of yeasts. It has been shown that the inhibitory activity is a result of the competition for substrates and the formed acids and other substances with antimicrobial activity. All strains of Lactobacillus fermentum and Lactobacillus brevis are resistant to the most frequently used preservatives in bread production - potassium sorbate and calcium propionate.

Key words: Lactobacillus, Saprophyte, Mold Spoilage, Bread, Roping, Functional Food.

ВЪВЕДЕНИЕ Хлябът е един от основните продукти в храненето на съвременния българин.

Той се считa за бързо разваляща се храна, като най-често се наблюдава микробна развала. Растежът на плесенните гъби води до огромни икономически загуби и до намаляване на безопасността на хляба поради продуцирането на микотоксини. Гъбната развала на пшеничния хляб се дължи основно на плесенните гъби от род Penicillium (около 90%) [3]. Други плесени, които често предизвикват развала на хляба принадлежат към родовете Aspergillus, Monilia, Mucor, Endomyces, Cladosporium, Fusarium или Rhizopus [3].

С влошаване на екологичната обстановка произвежданите брашна носят значими количества спори на Bacillus, които са устойчиви на топлинните въздействия и причиняват „картофена болест‖ на хляба.

В момента за предотвратяване на микробната развала на хляба се прилагат различни подходи, като опаковане в модифицирана газова среда, облъчване, пастьоризиране на пакетиран хляб и/или добавяне на пропионова киселина и нейни соли (калциев пропионат) [9]. Доказано е, че пропионовата киселина инхибира плесенните спори и спорите на Bacillus, но не и на дрождите, и затова е химично вещество, което се използва за да се постигне запазване на хляба [18]. Законодателството, което се прилага в рамките на Европейския парламент, и Директивата на Съвета 95/2/ЕО изискват пропионовата киселина да се добавя в хляба в концентрация не повече от 3000 ppm [1]. Последните проучвания показват, че при тези условия пропионова киселина е неефективна срещу обичайните микроорганизми, причиняващи развала на хляба [2]. Намаляването на консервиращите агенти до суб-инхибиращи нива може да стимулира растежа на плесенните гъби, предизвикващи микробна развала [4] и/или продукция на микотоксини [15].

Тенденциите в производството на хляб и хлебни продукти са те да бъдат минимално обработени и да не съдържат химични консерванти. Това на свой ред разкрива пътя за биологичното консервиране (чрез природни средства) на хляба [13].

Сред природните средства за запазване на хляба е използването на щамове млечнокисели бактерии, които се внасят под формата на кисело тесто [5], като осигурява бърза и надеждна стабилност на доминираща микрофлора в производствения цикъл. Като компоненти на закваските се прилагат селекционирани щамове хомо- и хетероферментативни млечнокисели бактерии.


- 85 -

Освен слабите органични киселини, т.е. млечна и оцетна киселина [10, 11, 12], МКБ продуцират и широк диапазон от нискомолекулни вещества [6], пептиди [14] и белтъци [7, 8] с антигъбна активност.

Целта на настоящето изследване е определяне на инхибиращата активност на щамове лактобацили, изолирани от различни източници, спрямо бактерии и плесенни гъби, причиняващи развала на хляба, както и изследване на резистентността на лактобацилите към най-често използваните в хлебопроизводството консерванти – калциев пропионат и калиев сорбат.

ИЗЛОЖЕНИЕ В серия от опити е изследвана антимикробната активност на 5 щама от род

Lactobacillus, изолирани от различни източници - Lactobacillus fermentum LBRH9, Lactobacillus fermentum LBRH10, Lactobacillus fermentum Z14, Lactobacillus brevis LBRZ7, Lactobacillus brevis LBRZ8 - по метода на дифузия в агар. За целта се използва културална течност, получена след 24 h култивиране на среда LAPTg10, за да се определи инхибиращия ефект на клетките на щамовете лактобацили върху тест-микроорганизмите; безклетъчна супернатанта без корекция на рН (с кисело рН). Паралелно е отчетена активността след неутрализиране на супернатантата до рН 6,5, за да бъде елиминиран инхибиращия ефект на продуцираните от лактобацилите млечна и други органични киселини. Инкубирането се извършва за 24 до 48 h при 30°C и/или 37°C. Резултатите от четирикратно повторените опити са обобщени в Табл. 1 и Табл. 2.

Таблица 1. Антимикробна активност на щамовете, принадлежащи към вида Lactobacillus fermentum - Lactobacillus fermentum LBRH9, Lactobacillus fermentum LBRH10,

Lactobacillus fermentum Z14 - спрямо сапрофитни микроорганизми. Посочените стойности са в mm. Диаметър на ямка - 7 mm. КТ – културална течност; БСН -

безклетъчна супернатанта без корекция на рН и НБСН - неутрализирана безклетъчна супернатанта (рН=6,5)

d зона, [mm] Lactobacillus

fermentum

Bacillus subtilis

1,9x105cfu/cm

3

Bacillus mesentericus

4x104cfu/cm

3

Saccharomyces cerevisiae

9,2x104cfu/cm

3

Aspergillus niger

1,2x105cfu/cm

3

Rhizopus sp. 1,8x10

5cfu/cm

3

Penicillium sp. 5,2x10

5cfu/cm

3

Температура на култивиране

30°С 37°С 30°С 37°С 30°С 37°С 30°С 37°С 30°С 30°С

LBRH10

КТ 10 12 - 10,5 - - 11.5 10 12 -

БСН - 10 - 10 - - 10 - 9.5 -

НБСН - 10 - 9,5 - - 10.5 - - -

LBRH9

КТ 13 10,5 - 10 - - 9 10 11 -

БСН - 10 - 10 - - 9 9 11 -

НБСН - 10 - 10 - - 9 9 11 -

Z14

КТ 10 9 9,5 10 -

+ единични колонии в зоната на просветля

ване

12 10 13.5 10

БСН 9 - 9 9 - - 10 9 12 9

НБСН 8 - 9 - - - 10 - 9 8

Щамове Lactobacillus fermentum LBRH10 и Lactobacillus fermentum LBRH9 от

човешки произход и Lactobacillus fermentum Z14, изолиран от естествено ферментирало кисело тесто, потискат растежа на плесенните гъби Rhizopus sp. и Aspergillus niger, както и бактериите Bacillus subtilis при 30°С и при 37°С. Lactobacillus fermentum Z14 проявява антимикробна активност и спрямо Penicillium sp., както и спрямо Bacillus mesentericus при 30°С и при 37°С, докато Lactobacillus fermentum LBRH10 и Lactobacillus fermentum LBRH9 потискат Bacillus mesentericus само при температура 37°С. Lactobacillus fermentum Z14 проявява антимикробно действие


- 86 -

спрямо Saccharomyces cerevisiae при 37°С, като само при културалната течност са наблюдавани единични колонии в зоната на просветляване.

При изследването на антимикробната активност на всеки щам Lactobacillus fermentum спрямо всеки включен в експеримента сапрофит културалната течност има по-голяма антимикробна активност в сравнение със супернатантата, което означава, че лактобацилите потискат сапрофита, не само поради образуването на млечна и други органични киселини, в резултат на което се понижава pH, но е налице и конкуренция за хранителни вещества между тях. Щам Lactobacillus fermentum Z14 е с най-висока инхибираща активност срещу спрямо Rhizopus sp., Penicillium sp., Aspergillus niger и Bacillus mesentericus, следван от Lactobacillus fermentum LBRH10 и Lactobacillus fermentum LBRH9. По отношение на Bacillus subtilis с най висока антимикробна активност е Lactobacillus fermentum LBRH10, следван от Lactobacillus fermentum LBRH9 и Lactobacillus fermentum Z14.

Наблюдаваните различия при щамовете от вида Lactobacillus fermentum потвърждават необходимостта от задължителна оценка на антимикробната активност на културите, предназначени за включване в състава на закваски за хлебопроизводството.

Таблица 2.

Антимикробна активност на щамовете, принадлежащи към Lactobacillus brevis - Lactobacillus brevis LBRZ7, Lactobacillus brevis LBRZ8 - спрямо сапрофитни

микроорганизми. Посочените стойности са в mm. Диаметър на ямка - 7 mm. КТ – културална течност; БСН - безклетъчна супернатанта без корекция на рН и НБСН -

неутрализирана безклетъчна супернатанта (рН=6,5)

d зона, [mm]

Lactobacillus brevis

Bacillus subtilis

1,9x105cfu/cm

3

Bacillus mesentericus

4x104cfu/cm

3

Saccharomyces cerevisiae

9,2x104cfu/cm

3

Aspergillus niger

1,2x105cfu/cm

3

Rhizopus sp. 1,8x10

5cfu/cm

3

Penicillium sp. 5,2x10

5cfu/cm

3

Температура на

култивиране 30°С 37°С 30°С 37°С 30°С 37°С 30°С 37°С 30°С 30°С

LBRZ7

КТ 11 - 13 9 - - 10 13 14.5 8

БСН 10 - 9 - - - 10 10 12 8

НБСН 10 - 9 - - - 10 9 12 -

LBRZ8

КТ - 10 - 10,5 - - 9 11 10 8

БСН - 10 - 9 - - 8 9 9 8

НБСН - 9 - 9 - - - - - -

Щамове Lactobacillus brevis LBRZ7 и Lactobacillus brevis LBRZ8 притежават

слаба антимикробна активност срещу Penicillium sp. за разлика от силното инхибиращо действие срещу Aspergillus niger и Rhizopus sp., като Lactobacillus brevis LBRZ7 е с по-висока активност. Щам Lactobacillus brevis LBRZ7 проявява антимикробна активност и срещу Bacillus mesentericus и Bacillus subtilis при 30°С, но не и при 37°С, докато щам Lactobacillus brevis LBRZ8 е активен срещу Bacillus mesentericus и Bacillus subtilis при 37°С, но не и при 30°С. Двата щама не потискат Saccharomyces cerevisiae нито при 30°С, нито при 37°С.

В серия от опити е определена чувствителността на петте щама лактобацили към най-често прилаганите в хлебопроизводството консерванти – калиев сорбат и калциев пропионат. Резултатите от това изследване са отразени на Табл. 3.


- 87 -

Таблица 3.

Влияние на различни концентрации на калиев сорбат и калциев пропионат върху жизнеспособността на Lactobacillus fermentum LBRH9, Lactobacillus fermentum

LBRH10, Lactobacillus fermentum Z14, Lactobacillus brevis LBRZ7, Lactobacillus brevis LBRZ8.

Тест-МО

pH=6 Т [°С] на

култивиране

Калциев пропионат [24 h] Калиев сорбат [24 h]

K (pH=6)

0,1% 0,2% 0,3% K

(pH=6) 0,1% 0,2% 0,3%

Lactobacillus brevis LBRZ7

2.2x1011

30°С - - - - - - - -

Lactobacillus brevis LBRZ8

5x1011

30°С - - - - - - - -

Lactobacillus fermentum LBRH9

1.2x1012 37°С - - - - - - - -

Lactobacillus fermentum LBRH10

4.4x1010 37°С - - - - - - - -

Lactobacillus fermentum Z14

5x105 37°С - - - - - - - -

Опитните данни показват, че петте щама са нечувствителни към различните

концентрации на калиев сорбат и калциев пропионат в средата. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Щамовете от видовете Lactobacillus fermentum и Lactobacillus brevis са с висока антимикробна активност спрямо сапрофитни микроорганизми. Сред представителите на Lactobacillus fermentum щам Lactobacillus fermentum Z14 е с най-висока инхибираща активност срещу спрямо Rhizopus sp., Penicillium sp., Aspergillus niger и Bacillus mesentericus, следван от Lactobacillus fermentum LBRH10 и Lactobacillus fermentum LBRH9. По отношение на Bacillus subtilis с най висока антимикробна активност е Lactobacillus fermentum LBRH10, следван от Lactobacillus fermentum LBRH9 и Lactobacillus fermentum Z14. А щамовете от вида Lactobacillus brevis (Lactobacillus brevis LBRZ7 и Lactobacillus brevis LBRZ8) притежават антимикробна активност срещу Penicillium sp., Aspergillus niger и Rhizopus sp., като Lactobacillus brevis LBRZ7 е с по-висока активност. Lactobacillus brevis LBRZ7 проявява антимикробна активност и срещу Bacillus mesentericus и Bacillus subtilis при 30°С, но не и при 37°С, докато Lactobacillus brevis LBRZ8 е активен срещу Bacillus mesentericus и Bacillus subtilis при 37°С, но не и при 30°С.

Прилаганите в хлебопроизводството консерванти (калиев сорбат и калциев пропионат) не потискат растежа на петте щама лактобацили, което наред с проявената инхибираща активност ги прави перспективни за влагане в състава на закваски за кисело тесто за хляб.


[1] European Union (1995). European Parliament and Council Directive No. 95/2/EC of 20February 1995 on food additives other than colours and sweeteners, p. 53. http://europa.eu.int/eur-lex/en/ consleg/pdf/1995/en_1995L0002_do_001.pdf.

[2] Lavermicocca P., Valerio F., Evidente A., Lazzaroni S., Corsetti A., Gobbetti M. (2000). Purification and characterization of novel antifungal compounds from the sourdough Lactobacillus plantarum strain 21B. Applied and Environmental Microbiology 66, 4084–4090.


- 88 -

[3] Legan J. D., Voysey P.A., (1991). Yeast spoilage of bakery products and ingredients. Journal of Applied Bacteriology 70, 361–371.

[4] Marin S., Sanchis V., Sanz D., Castel I., Ramos A.J., Canela R., Magan N. (1999). Control of growth and fumonisin B1 production by Fusarium verticillioides and Fusarium proliferatum isolates in moist maize with propionate preservatives. Food Additives and Contaminants 16, 555–563.

[5] Messens W., De Vuyst L. (2002). Inhibitory substances produced by Lactobacilli isolated from sourdoughs—a review. International Journal of Food Microbiology 72, 31–43.

[6] Niku-Paavola M. L., Laitila A., Mattila-Sandholm T., Haikara A. (1999). New types of antimicrobial compounds produced by Lactobacillus plantarum. Journal of Applied Microbiology 86, 29–35.

[7] Okkers D. J., Dicks L. M. T., Silvester M., Joubert J. J., Odendaal H. J. (1999). Characterisation of pentocin TV35b, a bacteriocin-like peptide isolated from Lactobacillus pentosus with a fungistatic effect on Candida albicans. Journal of Applied Microbiology 87, 726–734.

[8] Paramithiotis S., ChouliarasY., Tsakalidou E., Kalantzopoulos G. (2005). Application of selected starter cultures for the production of wheat sourdough bread using a traditional three-stage procedure, Process Biochemistry 40, 2813–2819.

[9] Pateras I. M. C. (1998). Bread spoilage and staling. In: Cauvain, S.P., Young, L.S. (Eds.), Technology of Breadmaking. Blackie Academic and Professional, London, pp. 240–261.

[10] Ponte J. G., Tsen C. C. (1987). Bakery products, In: Beuchat, L. (Ed.), Food and Beverage Mycology, 2nd ed. AVI, New York, N.Y., pp. 233–268.

[11] Rocken W. (1996). Applied aspects of sourdough fermentation. Advances in Food Science 18, 212–216.

[12] Rocken W., Voysey P.A. (1995). Sourdough fermentation in bread making. Journal of Applied Bacteriology 79, 38S–48S.

[13] Ryan L. A. M., Dal Bello F., Arendt E.K. (2008). The use of sourdough fermented by antifungal LAB to reduce the amount of calcium propionate in bread, International Journal of Food Microbiology 125, 274–278.

[14] Stiles M.E. (1996). Biopreservation by lactic acid bacteria. Antonie van Leeuwenhoek 70, 331–345.

[15] Yousef A. E., Marth E. H. (1981). Growth and synthesis of aflatoxin by Aspergillus parasiticus in the presence of sorbic acid. Journal of Food Protection 44, 736–741.


Докторант Росица Стефанова Денкова, Катедра ―Биотехнологии‖, Софийски университет ―Св. Климент Охридски‖, тел.: 0899 085 525, е-mail: [email protected]

Доц.д-р Светла Захариева Илиева, Катедра ―Биотехнологии‖, Софийски университет ―Св. Климент Охридски‖, e-mail: [email protected]

Проф.д.т.н. Запряна Рангелова Денкова, Университет по хранителни технологии, Пловдив, e-mail: [email protected]

Гл. ас. д-р Величка Борисова Янакиева, Университет по хранителни технологии, Пловдив, e-mail: [email protected]



- 89 -

Храни и агресия у децата

Маргарита Бонева, Георги Колев

Foods and aggression in children:The paper present the causes for aggression about children and

role of feeding for aggressive behaved. Key words: aggression, food, children

Агресията е основно явление в живота на всяко живо същество. Тя е свързана

с инстинкта за самосъхранение и помага на организма да използва заобикалящата среда за задоволяване на жизнените си нужди. Агресията произхожда от латинската agresssio, което означава нападам, пристъпвам и е един от механизмите на психологическа защита на индивида. Тревожен е фактът, че агресията не е явление само сред зрелите хора, а и сред децата, особено в определени възрастови периоди. Обикновено още в детската градина децата преминават през период, в който проявяват неоснователна и спонтанна агресия. Тя може да се изрази в нападане на друго дете, агресия и неподчинение спрямо родителите дори без да има видима причина.

Агресията е заложена биологично у човека, но не за всички хора и не при всички ситуации постъпките са агресивни, защото агресивното поведение е преди всичко социално-психически детерминирано. Дали и как ще се прояви агресия зависи от социално-психически фактори в развитието на човека, респективно на детето. Агресивността е социално обусловено качество на личността и поведение, което се характеризира с използване на сила с цел да се нанесат вреди на хора или предмети, а в по-широк смисъл агресията е явление в сферата на обществения живот.

Агресията е израз на слабост, компенсира дефицити – нерешени проблеми, комплекси, прикрива страха. Агресивната личност се стреми да компенсира недостига на любов, сега или в миналото, а също е и страх от загуба на любов. Думата ―агресия‖ е антоним на думата ―любов‖. При определени условия агресивността може да се превърне в черта на характера.

Според начина на проява агресията бива: словесна или физическа; непосредствена, когато сама по себе си е цел; опосредствена, когато е средство за постигане на някаква цел; пряка, изразена чрез конкретни физически или вербални действия; непряка (изместена), например обидено от свои връстници дете може

да отреагира като стовари гнева си на по-малкото братче. Познатите четири направления за обяснение на агресията, а именно:

биологичното, етологичното, психологическото, теорията на социалното научаване не отчитат влиянието на храните върху агресивността на детето.

Много автори отделят голямо внимание на семейството като социализираща среда, на телевизионните програми като стимулатор на агресивните прояви у децата, на училището и приятелската среда, които оказват изключително влияние върху децата за възникване на напрежение, невротичност, агресивно поведение.

Според Ричард Тембли – професор в Унимерситета на Монреал, Канада децата са най-агресивни в периода от 9-тия месец до четвъртата им година, а най-трудно се контролират от 18-тия до 24 –тия месец от тяхното раждане. Ученият смята, че по –жестоки и по-цинични стават тези деца, чиито родители също са били агресивни в детството си. При жените, които пушат по време на бременност има по-голяма вероятност да родят агресивно дете. Недоносените деца и децата на


- 90 -

семейства с много ниски доходи или лоши отношения между родителите са не само агресивни, но дори зли и жестоки.

В най-ранна възраст агресивното дете е нервно, плаче, отказва да се храни или да спи. Докато расте, то продължава да бъде неспокойно, да проявява враждебност към близките си да избухва лесно. Възможно е да продължава да бъде неспокойно, да не отстъпва, да се ―тръшка‖, ако не се изпълняват желанията му. В тийнейджърските години, агресията се явява във вид на протест в отговор на поведението на родителите. Тогава детето може да чупи вещи, да крещи, да не иска да общува, да бяга от къщи. Такова дете трудно задържа вниманието си в една дейност, независимо дали е игра или учене, не се заседява на едно място, има 4свръхенергия‖ говори силно и често прекъсва другите, импулсивно е, понякога ―витае в облаците‖, лесно се отегчава. Подобно поведение се дължи както на темперамента и характера на детето, така и на неговата нервна система. В някои случаи детето проявява агресивност не заради това, че е лошо, а защото се нуждае от разбиране, приемане и помощ. Родителите и близките в никакъв случай не бива да проявят агресия в каквато и да е форма – словесна или физическа, защото детето често в стремежа си за надмощие подражава и копира поведението на родителите.

Множество научни изследвания доказват, че Омега – 3 DHA (докозахексаенова киселина) е с решаваща роля за развитието на нервната система на детето. Недостигът на DHA се свързва с импулсивност, агресивност, дислексия, синдром на хиперактивност, с дефицит на вниманието на детето, с когнитивни нарушения (памет, внимание, мислене), проблеми със съня. Приемът на DHA намалява проявите на хиперактивност у децата. За набавяне на DHA в менюто на детето трябва поне два пъти в седмицата да се включва прясна, богата на мазнини риба.

Вярно е, че за поява на агресията у децата имат значение и някои соматични или заболявания на главния мозък, но обект на настоящата работа е всъщност влиянието на храните върху характера на детето.

Отчитайки голямата роля в проявите на агресия на биологичните особености на човека трябва да се има пред вид ролята на невротрансмитера серотонин и норадреналин в регулацията на агресивните импулси. Много ниските нива на серотонин, който се определя като хормон на щастието, имат връзка с импулсивното поведение и избухливия гняв. Серотонинът е моноаминен невротрансмитер, който се синтезира в серотонергичните неврони на централната нервна система, а така също и в ентерохромафинните клетки на стомашно-чревния тракт. В централната нервна система серотонинът играе важна роля при регулирането на гняв, агресивност, телесна температура, настроение, сън, повръщане, гадене, сексуалност, апетит. Ниските нива на серотонин предполагат нарастване на агресивното поведение, клинична депресия, мигрена, раздразнителен стомах, фибромиалгия и различни нервни разстройства. В организма серотонинът се синтезира пряко от триптофан – незаменима аминокиселина, съдържаща се в белтъците на храната, при наличие на необходимите витамини- В1, В3, В6 и фолиева киселина. Несъмнено най-добри източници на тази аминокиселина са различните видове меса, риба, сирене, мляко и тиквено семе. Една от ролите на серотонина в човешкия организъм е тази, свързана с психологическата стабилност на индивида, регулирайки емоциите и настроенията му. Нарастващата агресивност, отрицателните емоции, импулсивността и дълбокото отчаяние неизменно са свързани с намалени нива на невротрансмитера в организма. Бананът и ананасът повишават нивата на серотонин в кръвта.

Триптофанът е една от най-важните аминокиселини, които човешкото тяло използва, за да синтезира протеини. Тя е предшественик на серотонина. При консумиране на храни, богати на триптофан, нивата на серотонин в тялото се покачват. Храните, богати на тритофан са: пуешко, телешко, овнешко, пилешко


- 91 -

месо, различните видове сирена, банани, всички видове риба, ядки, яйца, киселото мляко, печените тиквени семки, фъстъци, сусамът и слънчогледовите семки, червеният и белия ориз.

Норадреналинът действа като катализатор. Високото ниво на този мозъчен стимулатор се свързва със свърхвъзбудата, в която личността може бързо да реагира на всяка незначителна заплаха. Затова и ранното изследване е важно за предпазване и установяване на неврохимичния баланс на индивида. Норадреналинът е невротрансмитер и хормон от групата на катехоламините Той е основният възбуден медиатор, който е необходим за мотивацията, вниманието, концентрацията и доброто настроение. Норадреналинът и допаминът са хормони, медиатори, които се образуват в сърцевината на надбъбречните жлези-медиатори, които се произвеждат от аминокиселините тироксин или фенилаланин при наличието на достатъчно кислород, витамини В3, В6, С , фолиева киселина, желязо и мед. Източници на тироксин са бананите, бадемите, авокадото, млечните продукти, бобовите култури, тиквените семки и сусамовите семена. Честите прояви на депресия и разстройства на настроението се свързват с ниски стойности на допамина и норадреналина, а повишаването на нивото на тези медиатори, може да подобри настроението, вниманието, умствените процеси и способността за справяне със стреса.

Отрицателните емоции, стресът и травмите, водят до промяна в количествата на норадреналина и серотонина. Отношението на възрастните към децата е от изключително значение за появата, устойчивостта и ескалацията на детската агресия. Децата се нуждаят не само от демонстрация на обич и грижи. Те имат нужда от сигурност, внимание, искреност и доверие. Когато децата не се чувстват център на вниманието и родителската любов, те често използват агресията и непослушанието, за да привлекат вниманието на възрастните към себе си. Основни рискови фактори за агресията при децата са: лошата комуникация между детето и родителите и слабите родителски умения за решаване на възникнали проблеми.

Хората с ниски нива на допамин реагират по-агресивно в дадени ситуации. Допаминът изпълнява функциите на невротрансмитер и хормон в процесите на мозъка. От него се произвеждат невротрансмитерите епинефрин (адреналин) и норепинефрин (норадреналин). Допаминът се нарича хормон на зависимостите. Храната, богата на въглихидрати, стимулира отделянето на серотонин, който създава усещане за удоволствие, удовлетворение и облекчаване на напрежението и стреса. Богатата на протеини храна повишава нивата на допамин и норадреналин в мозъка, което повишава вниманието и концентрацията. Физическите упражнения. Физическата активност повишава нивото на допамин в мозъка. Редовните упражнения дават енергия и противодействат на агресията и депресията. Храни, които повишават нивото на допамин са банани, авокадо, млечни продукти, бадеми, тиквени семки. Храните, богати на протеини – яйца, пилешко месо, риба, повишават нивата на допамин и серотонин в мозъка. Обратно захарта и рафинираните храни повижават количеството на допамина.

Според данни на учени от Калифорнийския университет излишното съдържание на ненаситени мазнини в храната на човека и консумирането на бързи храни (кубчета бульон, сладкарски изделия, полуфабрикати и други подобни) провокират възникването на прекомерна нервност, а така също и открито проявление на враждебност, недоволство и агресия. Дневната доза на ненаситени мастни киселини, препоръчвана от Световната здравна организация, не бива да превишава три грама. В същото време една стандартна порция пържени картофи съдържа около седем грама от това, което се оказва, опасно вещество. Диетичните трансмастни киселини и особено маргаринът водят до появата на раздразнителност и агресия в човешкото поведение.


- 92 -

―Трансмазнини‖ е популярното название на вид ненаситени мазнини, съдържащи трансизомери на мастните киселини. Има ги най-вече в хидрогенираните растителни масла като маргарин и други синтетични мазнини, използвани в печивата, вафлите, сладоледа, растителната сметана и още много хранителни продукти. Консумацията на трансмазнини носи рискове от сърдечно-съдови заболявания, защото предизвиква повишаване на лошия холестерол и понижаване на добрия. Трансмазнините способстват за нарушаване на метаболизма и провокират сърдечни болести и диабет. Това е свързано със свойството на трансмазнините да потискат усвояването на омега-3-

мастни киселини от организма, за които е доказано също, че намаляват агресията. Учените изтъкват, че човешкият мозък е съставен предимно от мазнини и затова мазнините, които приемаме чрез храната, имат пряко влияние върху него, а оттам и върху човешкото поведение. При липса на важни хранителни вещества, например омега-3 мастни киселини, изграждащи мозъчните неврони, мозъкът губи своята гъвкавост и това притъпява вниманието и себеконтрола на човек.

Трансмазнините присъстват в големи количества в маргарина, добавяни са в тестото, за да го направят ронливо, има ги в полуфабрикатите. Съдържанието им е високо също в чипса, хамбургерите, вафлите, промишлено произведените бисквити, кексове и баници, в пастите, тортите, в разтворимите кубчета бульон и разтворимите супи, в пуканките за микровълнова печка, в евтините шоколади. Пържените картофки, характерни за бързото хранене, също съдържат високи количества трансизомери заради мазнината, в която са приготвени. Неблагоприятното въздействие върху здравето се изразява не само в промените на настроенията, но и в повишеното ниво на лошия холестерол в организма, влошаването на метаболизма, повишената устойчивост на инсулина, прекаленото окисляване, негативното въздействие върху състоянието на сърдечносъдовата система.

Според американския лекар Деламор Робъртс агресивността у децата е функция на изядените от тях бонбони, сладкиши и животински мазнини. Той твърди, че ако навиците на малките бъдат променени и те бъдат заставени да ядат повече плодове, качествено месо и зеленчуци, то детската агресия ще бъде намалена в значителна степен

Британски учени в резултат на изследване на 17000 души от детството до 34-годишна възраст, доказват, че невръстните, които ядат много сладко, имат повече прояви на насилие, когато пораснат. Те установили, че 69% от хората с агресивни постъпки са яли всекидневно сладкиши.

Според психолози, ако на малките редовно се дават шоколади и бонбони, те няма да могат да се научат спокойно да очакват желаното. Неспособността да бъде отлагано получаването на удоволствие предизвиква у такива деца прояви на раздразнение, които по-късно могат да доведат и до антиобществено поведение.

Неумерената консумация на газирани напитки може да стане причина за жестоко поведение на подрастващите. Напълно възможно е кофеинът и захарта в газираните напитки да могат да влияят непосредствено на поведението на подрастващите, отбелязват изследователи от САЩ. Изследователите от Университета Върмонт анализирали резултатите от изследване на 1878 подрастващи от 22 обществени училища в Бостън. Доказано е, че колкото повече безалкохолни напитки, употребяват подрастващите, толкова повече агресивни признаци се забелязват у тях. В някои случаи ниско ниво на кръвната захар може да доведе едновременно до по-високо ниво на употреба на газирани напитки и до по-агресивно поведение.

За избягване на стреса италианецът Лука Пасамонти предлага да се увеличи консумацията на хайвер, мляко, сирене, пилешко, орехи и висококачествен шоколад, за предпочитане –черен. Задължително е увеличението на количеството на аминокиселината триптофан в храните. Към антистресовите храни той добавя


- 93 -

броколите, заради високото съдържание на фолиева киселина, която помага за намаляване на паническия страх и натрапчивото безпокойство. Високото съдържание на витамин С в броколите, боровинките и цитрусовите плодове помага организма да не се изтощава бързо. Към списъка се прибавят и морските продукти заради омега-3-мастните киселини, влияещи благоприятно на работата на нервните клетки. Храненето с тези вещества намалява агресията и позволява да се контролират отрицателните емоции и гневът.

Високите нива на фосфат в газираните напитки и преработените храни ускоряват процеса на стареене и повишават риска от хронични заболявания, характерни за по-късната възраст, каквато е хроничната бъбречна недостатъчност. Фосфатите освен в производството на безалкохолни напитки се използват като консерванти и подобрители на външния вид на колбасите, преработените месни продукти, сирена и дори хлебни изделия.

Създаването на позитивна семейна и социална среда е едно от условията за намаляване на агресията у децата. Всички деца, особено агресивните трябва да имат оптимален дневен режим с достатъчно сън, защото преумореното дете става нервно и агресивно. Родителите са тези, които трябва да измислят дейности, с които може да се разсее детето от негативната ситуация. Обясненията за последствията от агресивното поведение задължително трябва да се реализират, когато детето е спокойно – идеалното време за подобни разговори е вечер преди лягане. Добрият родител съумява да контролира прекалената детска агресивност, без да потиска инициативността. Негово задължение е да играе и общува с детето, да го научи да споделя, да се интересува от това, което детето прави и да го подкрепя. Родителите са тези, които трябва да предлагат подходящи храни и се интересуват от храните в детските учреждения, от това което децата сами си купуват с цел консумиране на храна, в която няма горепосочените хранителни продукти, чиято консумация е причина за агресивно поведение. Природосъобразното хранене при децата е гаранция за правилното им умствено и физическо развитие, за детско ежедневие без агресия, ежедневие изпълнено с положителни емоции.

ЛИТЕРАТУРА [1] Иванов, С., Психологическо консултиране в образованието, С., 2011. [2] Милков, Л., Общуване, култура, професия, С., 2009. [3] Петров, Г., Органична химия, С., 1996. [4] Узунов, Н., Основи на психологията, с., 2008. [5] Факирска, Й., Обучението като път към образованието, П., 2011, 148-158. За контакти:

гр. Шумен, Маргарита Кирова Бонева, проф. д.ик.н., Шуменски университет ―Епископ Константин Преславски‖, Педагогически факултет, GSM: 0899901914, [email protected]

гр. Шумен, Георги Велков Колев, проф. дин, Шуменски университет ―Епископ Константин Преславски‖, Педагогически факултет, GSM: 0899901930, [email protected]



- 94 -

Изследване възможностите на спори Bacillus

stearothermophilus за анализ на пеницилин

Галина Йорданова, Цонка Годжевъргова

Investigation of possibility of Bacillus stearothermophilus for penicillin analysis: The detection of residues of antibacterials such as antibiotics in liquids such as milk, water, serum or urine is disclosed. A test unit comprises a medium inoculated with a suitable test organism and acid-alkali or oxido-redox indicator. Many factors influence cell growth - temperature, pH, medium, type of dye, etc. The purpose of this paper is to optimize some factors for efficient flow of microbial inhibitory test based on spores of Bacillus stearothermophilus analysis of antibiotic residues.

Key words: Bacillus stearothermophilus, Penicillin G, sporulation

ВЪВЕДЕНИЕ

Микробните инхибиторни методи намират широко приложение за анализ на остатъци от антибиотици в млякото. Най-често се използват стандартни култури като Geobacillus stearothermophilus var. calidolactis, Bacillus subtilis, Bacillus megaterium, Sarcina lutea, Escherichia coli, Bacillus cereus var. Mycoides or Streptococcus thermophilus. Предимствата на тези методи са следните: те имат широк спектър на антибиотична детекция, лесно изпълними, ефтини и могат да се използват за скрининг на голям брой проби [4]. Тези методи имат и своите недостатъци – не са селективни и анализът е продължителен (4.5 часа). Те са високо-селективни спрямо β-лактамни антибиотици, но по-слабо селективни за макролиди, сулфонамиди, тетрациклини [1, 2].

Комерсиалните продуцирани микробни инхибиторни тестове се осъществяват в ампули или микроямки съдържащи голям брой клетки и киселинно-основен или окислително-редукционен индикатор. Към тях се добавя пробата мляко. След определен период на инкубиране при подходяща температура, микробните клетки се развиват в различна степен взависимост от количеството на антибиотика в млякото и се отчита различна промяна на цвета на индикатора. Когато антибактериално съединение присъства в пробата в концентрация, достатъчна, за да потиска растежа на тест-организма изходния цвят на индикатора не се променя и обратно при отсъствие на инхибитор микроорганизмите растат, образува се киселина и тя променя цвета на индикатора. Много са факторите влияещи на растежа на клетките – температура, рН на средата, хранителна среда, вид на багрилото, концентрация на спори и др. Тези фактори директно се отразяват на продължителността на анализа.

Целта на настоящата статия е да се създаде ефективен микробно инхибиторен тест за анализ на остатъци от антибиотици на базата на спори на Bacillus stearothermophilus чрез оптимизиране качеството и количеството на спорите.

МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ 1. Микробeн вид Bacillus stearothermophilus се инокулира в течна среда (Nutrient broth 2) за 24

часа при 550С. Поддържа се на Nutrient agar в епруветки на полегат стълб при температура 4 - 80С.

2. Хранителни среди Инокулираща среда: Nutrient broth 2 Спорулираща среда: 2.45 g динатриевхидроген фосфат, 0.35 g L-глутамат, 0.99

g калиев дихидроген фосфат, 0-1.35 g глюкоза, 4.95 g тетраамониев хлорид, 0.001 g железен трихлорид, 0.001 g манганов двухлорид, 0.047 g магнезиев двухлорид, 0.011 g калциев двухлорид, 0.014 g динатриев сулфат в 1000 ml дестилирана вода. Средата се стерилизира за 20 минути при 1210С.


- 95 -

Среда за теста: 12 g агар, 9 g натриев хлорид, 2 g глюкоза, 2 g пептон, 2 g триптон, 4 g дрождев екстракт, 0.2 g магнезиев сулфат, 0.2 g ЕДТА, 40 mg фенол ред и 50 ml фосфатен буфер (рН = 8.0) в 1000 ml дестилирана вода. Средата се стерилизира за 20 минути при 1210С [3].

3. Получаване на спори от Bacillus stearothermophilus [5]

Спори на Bacillus stearothermophilus се получават при използването на по-горе описаната спорулираща среда. Инкубирането протича за 60 - 72 часа при температура 550С и 220 об/мин. Спорите се отделят от клетките чрез центрофугиране (10000 rpm.min-1, при 40С, 10 минути), промиват се два пъти и се ресуспендират в дейонизирана стерилна вода. След това сместта от спори и клетки се подлага на ултразвук (5 минути) за допълнително третиране на останалите неразкъсани клетки. Отново центрофугираме споровата суспензия при същите условия. Супернатантата се отстранява, а освободените утаени спори се ресуспендират в дейонизирана стерилна вода. Съхраняват се 1 месец при температура 4 - 80С.

4. Определяне концентрацията на спорите: Концентрацията на спорите в средата определяме по метода на броене с

камера на Бюркер. Количеството на спорите се изчисляват по следната формула:

cb

ax .4000000.

x – количеството микроорганизми в 1 ml a – сумата на изброените спори b – броя на квадратчетата, в които са изброени спори c – предвартелното разреждане на изследвания материал

5. Провеждане на анализа Стерилините тубички (епруветки) с диаметър около 9 mm се запълват с 0.3 ml

от разтвора на агара при асептични условия и веднага се запечатват с алуминиево фолио. Агарът в епруветките се втвърдява докато са в изправено положение. Те се съхраняват при температура 5-15 0С. Към всяка епруветка, съдържаща определена концентрация на спори на Bacillus stearothermophilus (109 - 1010 спори.ml-1) се добавя 0.1 ml антибиотик. Веднага след това епруветките се поставят в термостат при 60 0С. Следи се промяната на цвета на всеки 30 мин в продължение на 6 часа.

РЕЗУЛТАТИ И ОБСЪЖДАНЕ 1. Вариране концентрацията на глюкоза в спорулиращата среда Първоначално в шест колби със спорулираща среда е добавено различно

количество въглероден източник (глюкоза). Концентрацията на глюкозата варира от 0 до 1.35 gl-1 и тя е недостатъчна за интензивно развитие на клетките и предизвиква натрупване на по-голямо количество ендоспори.

Таблица 1.

Растеж на клетки (gl-1) на Bacillus stearothermophilus при различни концентрации на глюкоза в спорулиращата среда

Време, ч Концентрация на глюкоза, gl-1

0 0.1 0.5 0.8 1.0 1.35

0 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300

48 0.230 0.322 0.327 0.408 0400 0.409

120 0.188 0.370 0.530 0.470 0.480 0.495

144 0.164 0.370 0.410 0.490 0.500 0.543


- 96 -

От табл.1 се вижда, че при концентрация на глюкоза 1.35 gl-1 натрупва по-голямо количество клетки и спори. Над ази ккконннцентрация не се работи, тъй като целта е да се натрупа по-голямо количество спопри. Следващите ни експерименти са проведени с концентрация на глюкоза 1.35 gl-1. Направени са микроскопски снимки на клетките и спорите на оптичен микроскоп. От представените снимки на фиг.1а и фиг.1б се вижда разликата между развитието на клетките на 48 и на 144 час. Очевидно е, че броят на клетките и спорите е нараснал значително на 144 час.

а б Фигура 1. Микроскопски снимки на клетки и спори на Bacillus stearothermophilus

– а) на 48 час, б) на 144 час.

2. Вариране концентрацията на спорите в пробите

Един от основните фактори за ускоряване на анализа е концентрацията на спорите добавени за всеки тест. Както се вижда от таблица 2 продължителността на теста е 4 часа при добавяне на 0.1 мл спори с концентрация към агарната среда. При двойно увеличаване на концентрацията на спорите времето се редуцира до 3.5 часа. От табл. 2 се вижда, че промяна на цвета на индикатора от жълт в зелен е налице при пробите без наличие на пеницилин G и при концентрация на пеницилин G – 10 ng ml-1 .От получените разултати се вижда, че минималната концентрация за определяне на Пеницилин G по изследвания метод е 50 ng ml-1.

Таблица 2.

Микробен инхибиторан анализ на остатъци от пеницилин в мляко

Проба

Спори, ml Пеницилин G, ng ml-1

Време, ч Оцветяване

1 0.1 - 4.0 +

2 0.1 10 4.0 +

3 0.1 50 4.0 -

4 0.1 100 4.0 -

5 0.1 1000 4.0

6 0.2 - 3.5 +

7 0.2 50 3.5 -

8 0.2 100 3.5 -

9 0.2 250 3.5 -


- 97 -


1. Изследвани са потенциалните способности на щам Bacillus stearothermophilus за създаване на микробен инхибиторен анализ за определяне на остатъци от антибиотици в мляко.

2. Установена е оптималната концентрация на спори при която се редуцира времето за протичане на един анализ.


[1] Botsoglou N.A., Fletouris D.J. (2001) Drug Residues in Foods, Pharmacology, Food Safety, and Analysis. Marcel Dekker, New York.

[2] Kang J.H., Jin J.H., Kondo F. (2005) False-positive outcome and drug residue in milk samples over withdrawal times. Journal of Dairy Science, 88: 908–913.

[3] Langeveld P.C., Beukers R., Bommele M. W., Stark J. (2005) Rapid microbiological test for the detection of antibacterial compounds.Patent US 6,867, 015 B1.

[4] Mitchell J.M., Griffiths M.W., McEwen S.A., McNab W.B., Yee A.J. (1998) Antimicrobial drug residues in milk and meat: cause, concerns, prevalence, regulations, tests, and test performance. Journal of Food Protection, 61: 742–756.

[5] Yildiz F., Westhoff D. C. (1989) Sporulation and thermal resistance of Bacillus stearothermophilus spores in milk. Food Microbiology, 245-250.


Ас. Галина Йорданова – Университет ―Проф. д-р Асен Златаров‖, катедра Биотехнология, тел. 056/858335, e-mail: burdelova@abv,bg

Проф. дтн Цонка Годжевъргова – Университет ―Проф. д-р Асен Златаров‖, катедра Биотехнология, тел. 056/858353, e-mail: [email protected]



- 98 -

Технология на екстракти за козметиката от плодови пресовки на арония (Aronia melanocarpa (Michx) Elliott.)

1. Дъбилни вещества

Станислава Ташева, Станка Дамянова, Павел Мерджанов, Албена Стоянова

Production of extracts for cosmetic application from chokeberry fruits (Aronia melanocarpa (Michx) Elliott.) Carum carvi L.). 1.Tannins. The influence of the two extraction factors – temperature and duration upon the composition of propylenе glycol and polyetylene glycol-400 extracts from chokeberry fruits has been studied. The equations of extraction for tannins have been obtained.

Ключови думи: пресовки от арония, екстракти, дъбилни вещества.

ВЪВЕДЕНИЕ Аронията (Aronia melanocarpa (Michx) Elliott.) е многогодишен храст от сем.

Розоцветни (Rosaceae) с произход Северна Америка [10]. Днес, тя се култивира в много страни по света, включително и в България. Плодовете й са богат източник на антоциани, органични киселини, флавоноиди,

витамини, микроелементи, дъбилни и други биологично-активни вещества [3, 9, 13, 14]. Те намират изключително приложение в хранително-вкусовата промишленост под формата на сокове, нектари и др. продукти [3, 11]. Свежите плодове се използват за профилактика на Р-витаминна недостатъчност, при лечение на хипер-тония и др. заболявания [4, 5, 6, 10, 12].

Няма данни за получаване на екстракти от плодови пресовки на арония, окачествени по съдържание на дъбилни вещества, с насока приложение в козме-тиката, което е и цел на настоящата работа.

ИЗЛОЖЕНИЕ

(Материали. Използвани са сухи пресовки от плодове на арония, реколта 2011 год., на които са определени влажност, чрез сушене до постоянна маса при 105 ОС (7,9 %) и дъбилни вещества (8,7%) [2].

Получаване на екстрактите. Получени са извлеци чрез статична екстракция при следните технологични условия: разтворител - пропиленгликол и полиетиленглигол-400, влага на суровината – 7,9, 30 и 50 %, съотношение суровина:екстрагент = 1:10. Изследвано е влиянието на двата технологични фактора - температура (х1) и продължителност на процеса (х2) като пълен двуфакторен експеримент на три нива (23) [1]. Условията на процеса са подбрани в резултат на предварителни наши изследвания.

Екстрактите са окачествявани по съдържание на дъбилни вещества, съгласно цитираната по-горе методика.

Всички изследвания са проведени в три повторения, като в таблиците са дадени средните стойности със съответната им грешка [1].


Концентрацията на дъбилните вещества в екстрактите, в зависимост от влагата на суровината, при разтворител пропиленгликол е представена на фиг. 1, 2 и 3, а при полителенгликол-400 – на фиг. 4, 5 и 6. От данните се вижда, че тяхната концентрация е най-висока при температура 60 ОС и продължителност 5 h, независимо от използвания разтворител. Проведените допълнителни опити при температура 60 ОС и продължителност 7 h не довеждат до увеличаване съдържанието им, като получените резултати не се различават статистически.

При повишаване на влагата на суровината от 7,9 до 30 %, независимо от разтворителя, концентрацията на дъбилните вещества в екстрактите се увеличава.


- 99 -

Стойностите им в извлеците е при влага на суровината 30 и 50 %, независимо от продължителността и температурата на процеса, не не различават статистически.

Концентрациите на дъбилните вещества при разтворител полиетиленглигол-400, независимо технологичните параметри, са по-ниски в сравнение с другия разтворител. Стойностите, получени при влага на суровината 30 и 50 % не се различават статистически и са много близки до данните при разтворител пропиленгликол и влага на суровината 7,9 %. Това прави полиетиленгликол-400 неподходящ като екстрагент на пресовки от арония.

По-голямо влияние върху концентрацията на дъбилните вещества в екстрактите оказва факторът температура на процеса, което се потвърждава и от коефициентите на получените уравнения, които са адекватни и са със значими коефициенти. Получените уравнения са в неявен вид.

Разтворител пропиленгликол

7,9 % влага на суровинатау = 0,23+0,15х1+0,06х2+0,03х1x2+0,04х 2

1 -0,02x 2

2 (1)

30 % влага на суровината у = 0,31+0,17х1+0,05х2+0,01х1x2+0,06x 2

2 -0,01x 2

2 (2)

50 % влага на суровината у = 0,42+0,16х1+0,09х2+0,04х 2

1 -0,05x 2

2 (3)

Разтворител полиетиленгликол-400 7,9 % влага на суровината у =0,05+0,03х1+0,02х2+0,01х1x2 (4)

30 % влага на суровината у = 0,20+0,08х1+0,02х2+0,01х1x2-0,031х 2

1 . (5)

50 % влага на суровината у= 0,24+0,06х1+0,04х2-0,02х 2

1 -0,02x 2

2 (6)

където: у - извлечени дъбилни вещества, %; х1 e температура, ОС; х2 e продължителност на процеса, h. Динамиката на извличането на дъбилните вещества в зависимост от

изследваните фактори, изразена като останали дъбилни вещества в суровината

(m

mm 1 ) след завършване на екстракцията за съответния вариант е представено на

фиг. 7, 8, 9, 10, 11 и 12, където m е съдържанието на дъбилните вещества в суровината (%), mi – извлеченото количество дъбилни вещества до съответния час (%). Полиномните регресии за всеки вариант с коефициента на корелация (R2) са

представени под съответните фигури. Анализът на кинетичните криви показва, че извличането на дъбилните

вещества е най-интензивно през първите 3 h, след което темпът му намалява и спира до 7 h. След екстракция с пропиленгликол в отработените плодове остават около ½ от дъбилните вещества, докато при полиетиленгликол-400 тяхното количество е много по-високо. Това потвърждава извода, че този разтворител е неподходящ за получаване на екстракти от пресовки на арония.

Разликите в количествата на извлечените дъбилни вещества при едни и същи технологични параметри се дължат на вида на използвания разтворител, установено и при други етеричномаслени суровини [7, 8].


Най-подходящите технологични параметри за получаване на екстракти от плодови пресовки на арония, окачествени по съдържание на дъбилни вещества, с цел приложение в козметиката са: разтворител пропиленгликол, влага на суровината 30 %, температура 60 ОС и продължителност на процеса 5 h.


- 100 -

30

40

50

60

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

1

2

3

4

5

67

Кон

цент

раци

я на

дъ

бил

ни в

ещес

тва,

% в

екс

трак

та

Про

дължител

ност

, h

Температура, 0 С

Фиг. 1. Концентрация на дъбилни вещества в екстракт с пропиленгликол и влага

на суровината 7,9 %.

30

40

50

60

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

1

2

3

4

5

67

Конц

ентр

ация

на

дъби

лни

вещ

еств

а,

% в

екс

трак

та

Про

дължител

ност

, h



на суровината 30 %.

30

40

50

60

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

1

2

3

4

5

67

Конц

ентр

ация

на

дъби

лни

вещ

еств

а,

% в

екс

трак

та

Продължит

елно

ст, h



на суровината 50 %.


- 101 -

30

40

50

60

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0

1

2

3

45

67

Кон

цен

трац

ия

на д

ъб

ил

ни в

ещес

тва,

% в

екс

трак

та

Про

дължител

ност

, h


Фиг. 4. Концентрация на дъбилни вещества в екстракт с полиетиленглигол-400 и

влага на суровината 7,9 %.

30

40

50

60

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0

1

2

3

45

67

Конц

ентр

ац

ия

на д

ъб

ил

ни

вещ

ест

ва,

% в

екс

тракт

а

Про

дължител

ност

, h



влага на суровината 30 %

30

40

50

60

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0

1

2

3

45

67

Кон

цент

раци

я на

дъ

бил

ни в

ещес

тва,

% в

екс

трак

та

Про

дължител

ност

, h



влага на суровината 50 %.


- 102 -

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

крива 3

крива 2

m-m

1/m

t, h

25 0 С крива 1 у = 0,9948-0,06481.х+0,01215х

2-7,82104.10

-4.х

3; R

2 = 0,88585

45 0 С крива 2 у = 0,99137-0,1226.х+0,02139.х

2-0,00129.х

3; R

2 = 0,92253

65 0 С крива 3 у = 0,98769-0,30538.х+0,06962.х

2-0,005.х

3; R

2 = 0,94762

крива 1

Фиг. 7. Динамика на извличане на дъбилни вещества с пропиленгликол и влага на

суровината 7,9 %.

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

крива 3

крива 2

m-m

1/m

t, h

25 0 С крива 1 у = 0,98497-0,1132.х+0,02269.х

2-0,00157.х

3; R

2 = 0,68437

45 0 С крива 2 у = 0,98477-0,23319.х+0,05588.х

2-0,00413.х

3; R

2 = 0,84176

65 0 С крива 3 у = 0,97231-0,41691.х+0,10288.х

2-0,00771.х

3; R

2 = 0,81839

крива 1


суровината 30 %.

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

крива 2

крива 1

m-m

1/m

t, h

25 0 С крива 1 у = 0,99793-0,17409.х+0,0327.х

2-0,00202.х

3; R

2 = 0,99708

45 0 С крива 2 у = 0,99516-0,26732.х+0,5657.х

2-0,00381.х

3; R

2 = 0,99081

65 0 С крива 3 у= 0,96747-0,43298.х+0,10445.х

2-0,00777.х

3; R

2 = 0,79241

крива 3


суровината 50 %.


- 103 -

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

крива 2

крива 3

m-m

1/m

t, h

25 0 С крива 1 у =

0,99934-0,02289.х+0,00537.х

2-3,859.10

-4.х

3; R

2 = 0,96866

45 0 С крива 2 у = 0,99531-0,01441.х-8,22825.10

-4.х

2+1,87842.10

-4.х

3; R

2 = 0,76893

65 0 С крива 3 у = 0,99723-0,04948.х+0,00887.х

2-5,43033.10

-4.х

3; R

2 = 0,94642

крива 1

Фиг. 10. Динамика на извличане на дъбилни вещества с полиетиленглигол-400 и

влага на суровината 7,9 %.

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

крива 3

крива 1

m-m

1/m

t, h

25 0 С крива 1 у = 0,98643-0,15326.х+0,03956.х

2-0,00305.х

3; R

2 = 0,64741

45 0 С крива 2 у = 0,99218-0,18555.х+0,04363.х

2-0,00316.х

3; R

2 = 0,93397

65 0 С крива 3 у = 0,99803-0,06868.х+0,01611.х

2-0,00116.х

3; R

2 = 0,96866

крива 2

Фиг. 11. Динамика на извличане на дъбилни вещества с полиетиленглигол

400 и влага на суровината 30 %.

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

крива 3

крива 2

m-m

1/m

t, h

25 0 С крива 1 у = 0,99415-0,10229.х+0,02252.х

2-0,00158.х

3; R

2 = 0,90615

45 0 С крива 2 у = 0,98578-0,17615.х+0,04492.х

2-0,00344.х

3; R

2 = 0,71117

65 0 С крива 3 у = 0,99233-0,19847.х+0,04624.х

2-0,00333.х

3; R

2 = 0,94577

крива 1

Фиг. 12. Динамика на извличане на дъбилни вещества с полиетиленгликол-

400 и влага на суровината 50 %.


- 104 -

ЛИТЕРАТУРА [1] Батунер Л. - Математические методы в химической технике, Л., 1971. [2] Государственная фармакопея СССР, ХІ, Москва, Изд. ―Медицина‖, 1990. [3] Денев П. - Изследване на антиоксидантната активност на антоцианин-

съдържащи плодове и функционални храни, получени от тях, Дисертация, д-р, УХТ, Пловдив, 2011.

[4] Максютина Н., Н. Комиссаренко, А. Прокопенко, Л. Погодина, Г. Липкан – Растительные лекарственные средства, Киев, ―Здоров‘я‖, 1985.

[5] Ara V. Schwarzfruchtige Aronia: Gesund - und bald ―in aller Munde‖?, Flüssiges Obst. 2002, 10. 653-658.

[6] Chrubasik C., G. Li, S. Chrubasik. The clinical effectiveness of chokeberry: A systematic review, Phytother Res., v. 24, 2010, 1107-1114.

[7] Damianova S., S. Tasheva, A. Stoyanova, D. Damianov – Investigation of extracts from thyme (Thymus vulgaris L.) for application in cosmetics, Journal of Essential Oill Bearing Plants, v. 11, 2008, 5, 443 – 450.

[8] Damianova S., S. Tasheva, A. Stoyanova, D. Damianov - Investigation of еxtracts from rosemary (Rosmarinus officinalis L.) for application in cosmetics, Journal of Essential Oil Bearing Plants, v. 13, 2010, 1,1 - 11

[9] Hellström J., A. Törrönen, P. Mattila - Proanthocyanidins in common food products of plant origin, Journal of Agricultural and Food Chemistry, v. 57, 2009, 7899-7906.

[10] Kulling S.E., H.M. Rawel - Chokeberry (Aronia melanocarpa). A review on the characteristic components and potential health effects, Planta Medica, v. 74, 2008, 1625-1634.

[11] Lehmann H. - Die Aroniabeere und ihre verarbeitung, Flüssiges Obst, v. 57, 1990, 746-752.

[12] Oszmianski J., A. Wojdylo. Aronia melanocarpa phenolics and their antioxidant activity. European Food Research Technology, v. 221, 2005, 809-813.

[13] Seidemann J. Chokeberries - a fruit little known till now. Dtsch Lebensmitt Rundsch. v. 89, 1993, 149-151.

[14] Slimestad R., K. Torskangerpoll, H. Nateland, T. Johannessen, N. Giske - Flavonols from black chokeberries, Aronia melanocarpa, Journal of Food Composition and Analitical,. v.18, 2004, 61-68.

[15] Tanaka T., A. Tanaka - Chemical components and characteristics of black chokeberry. Journal of Japanese Society and Food Sciences Technology, v. 48, 2001, 606-610.


Доц. д-р инж. Станислава Ташева, Катедра ―Промишлена топлотехника‖, УХТ-Пловдив.

Доц. д-р инж. Станка Дамянова, Катедра „Биотехнологии и хранителни технологии‖, РУ „А. Кънчев‖, Филиал-Разград, [email protected];

Инж. Павел Мерджанов, Катедра ―Технология на тютюна, захарта, растителните и етерични масла‖, УХТ-Пловдив.

Проф. дтн инж. Албена Стоянова, Катедра ―Технология на тютюна, захарта, растителните и етерични масла‖, УХТ-Пловдив.



- 105 -

Изследване възможностите за получаване

на прахообразен пчелен мед

Тодор Джурков

Different methods for powdered honey bee production have been considered.An experimental unit for honey bee drying has been described. The data from experiments have been presented.

Key words:Honey bee powder, spray drying

ВЪВЕДЕНИЕ

Използването на пчелния мед в натуралния му вид при производството на сухи смеси, шоколадови изделия, различнивидовепълнежни маси, десерти,както и за тестените захарни изделия се затруднява вследствие високия му вискозитет, лепливи свойства, както и поради сравнително високата влажност. Медът трудно се поддава на транспортиране и дозиране към съответните съоръжения. Поради лепливостта му се наблюдават и значителни загуби на продукт в контейнерите, и резервоарите за съхранение и транспортиране. Всички тези характеристики на пчелния мед изискват изследването на нови технологии за преобразуването му във вид удобен за влагане като суровина в захаропреработващата, консервната и др. отрасли на ХВП. Един от тези методи е термичното сушене.

Традиционните методи за сушене при атмосферни условия са неприложими за чистия пчелен мед. Съдържанието на значително количество въглехидрати и високия вискозитет на меда, както и слепващите свойства възпрепятстват отделянето на влагата. Кристализиралият пчелен мед също не може да се изсуши конвективно при атмосферно налягане, тъй като при подвеждане на топлина той преминава в течно състояние [8].

Известни са различни методи за сушене на пчелен мед. В повечето от тях медът се смесва с други суровини и антислепващи агенти, след което се подлага на обезводняване при някои от познатите ни методи за сушене. В литературата се цитират данни за смесване на мед с нишесте и антислепващ агент, след което получената вискозна маса се подава на сушене във валцова сушилня [8]. При друга технология медът се смесва с декстрин и антислепващ агент и се суши в разпръсквателна сушилня. Цитира се и технология, при която пчелният мед се смесва с декстрини, разстила се в тавички и се суши във вакуумна сушилня до получаване на твърд продукт под формата на плоча [8]. След това се смила в мелница до прах. Последната технология, обаче, има няколко съществени недостатъка:

- вакуумното сушене е продължителен процес (от порядъка на 8 – 20 h) и престоя на продукта толкова продължително време при температури около 50 – 60ºС води до нежелано оцветяване на меда, частично отделяне на ароматните компоненти и като резултат до влошаване на качеството на прахообразния пчелен мед;

- при нея се включва една допълнителна операция – смилането, което я прави неподходяща за приложение в практиката.

В други източници [2],[5]и[6], както и в [7], са описани методи за производство на прахообразни продукти от пчелен мед. Всички тези познати методи имат общ недостатък – пчелният мед трябва да бъде подгрят до висока температура за продължително време, което влошава качеството на получения сух продукт.

Метод за производство на прахообразни продукти от мед е описан и в [3]. Според този метод пчелният мед в течен вид се смесва със сухо пълномаслено мляко.Недостатък на цитираната технология, е че дори при малко количество продукт, e необходимо интензивно разбъркване за около 10 и 30 min, за да е


- 106 -

възможно вработването даже и на малки количества мляко на прах в меда.Веднага след това продуктът се подлага на кондициониране, в продължение на 24 до 48 h. След това се извършва смилане с цел получаване на зърнест продукт [8].

Според друга технология[8] пчелния мед се суши сублимационно. Недостатък на този метод е голямото количество енергия, което се изисква за превръщането на меда в прахообразен продукт, тъй като течния мед най-напред се подлага на замразяване и след това се суши в замразен вид. Ето защо, този метод е икономически неизгоден. Сублимационното сушене изисква също и допълнително и скъпо оборудване, поради което методът е трудно приложим при производство на прахообразни продуктиотпчелен мед.

Метод за производство на други продукти от пчелен мед е описан в [4]. При него разтвор на желирано нишесте се смесва с мед и сместа се нагрява до температура от 45°С за разграждането на нишестето, след което се добавя лимонена киселина и се охлажда, а после се концентрира чрез вакуум. Продуктът, получен в следствие на този метод, има като недостатък своятанетрайност – времето за съхранението му е ограничено.

В резултат на обзора върху методите за сушене на пчелен мед бе установено следното:

- при атмосферно налягане не е възможно да се произведе сух прахообразен пчелен мед без допълнително внасяне на антислепващи агенти и носители под формата на въглехидрати;

- разпръсквателното сушене е най-подходящия метод за изсушаване на пчелен мед, тъй като продължителността на операцията е от порядъка на няколко секунди, което предполага минимални загуби на ценните съставки на меда, които са термолабилни (витамини, ензими, аминокиселини, антиоксиданти и др.). При този метод изсушеният продукт се получава директно в прахообразно състояние и не се нуждае от допълнителни операции.

Предвид на гореизложеното, целта на настоящото проучване бе да се изследват възможностите за получаване на прахообразен пчелен мед чрез сушене в разпръсквателна сушилня при различно съдържание на пълнител.

МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ Изсушаването на пчелния мед се извърши посредством лабораторна

разпръсквателна сушилна инсталация производство на фирмата „ТСТ‖ ООД[1]. Схема на сушилната инсталация е представена на Фиг. 1, а снимка на същата

на Фиг. 2.

Предварително подготвеният разтвор от вода, малтодекстрин, антислепващ агент и течен пчелен мед се подава в буферния сборник на сушилнята. Посредством дозираща помпа течният полуфабрикат се нагнетява към центробежния разпръскващ механизъм /4/ разположен централно в горната част на сушилната камера /5/, който диспергира течността под формата на финни капчици. Въздухът се засмуква посредством вентилатора /9/ от околната среда, пречиства се от груби примеси с помощта на филтъра /2/, подгрява се до температура 200-230°С в калорифера /3/ и постъпва в централната горна част на сушилната камера /5/. Така подготвеният горещ въздух (сушилен агент) получава въртеливо движение в газоразпределителя на сушилната камера /5/, като завихря и финно диспергираните частици на влажния продукт. Вихровото движение на сушилния агент и частиците влажен материал удължава пътя на изсушавания продукт и увеличава времето за сушене.


- 107 -

Фиг. 1. Разпръсквателна сушилна инсталация.

/1/ смукател, /2/ филтър /3/ електрически калорифер, /4/ разпръскващ механизъм, /5/ сушилна камера, /6/ циклон, /7/ клапа, /8/ бункер за сух продукт, /9/

вентилатор, /10/ табло за управление

Задачата на сушилния агент е да подведе топлина за изпаряване на водата от продукта и да я поеме в себе си. При движението на фино диспергираните капчици от горе на долу под действие на гравитационната сила, водата се изпарява от частиците, които изсъхват и се превръщат в прахообразен продукт.

Изсушеният прах се разделя от отработения сушилен агент в циклона /6/, като прахът се събира в бункера /8/, който е разположен в долната част на циклона, а сушилния агент се засмуква от вентилатора /9/ в горната част на циклона.

Фиг. 2. Снимка на Разпръсквателна сушилна инсталация


- 108 -

Периодично бункерът за прах се отделя от съоръжението и се изпразва от съдържащия се в него прахообразен мед, който се подава за опаковане.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛНИ РЕЗУЛТАТИ Проведени бяха експерименти с цел установяване на количеството пълнител,

при което успешно може да се осъществи процес на сушене в разпръсквателна сушилня. Наличието на пълнител предотвратява полепването на изсушен материал по стените на камерата, и осигурява получаването на добре сипещ се прахообразен продукт след изсушаването. За да има съпоставимост на резултатите, предвид на това, че количеството на водата се променя в процеса на сушене, количеството на пълнителя беше преизчислявано към процента на сухите вещества в началния разтвор и в сухия продукт.

Експериментите бяха проведени в три варианта при съдържание на сухо вещество от меда 40, 42,5 и 45 % и малтодекстрин съответно, 59, 56,5 и 54 %. И при трите експеримента беше използван антислепващ агент в количество 1 %, който предотвратява полепването на изсушения материал по стените на работната камера и образуването на агломерати от слепени честици. И в трите случая се получи прахообразен продукт със светло жълт цвят, добре сипещ се, с характерен за меда мирис и крайна влага от 0,7 до 0,8 %. Температурата на входа на сушилната камера беше 220 0 С, а на изхода 90 0.Най-подходящо протече сушенето при съотношение мед – малтодекстрин 40 към 59%. В този случай полепването по стените на камерата бе минималнои съответно добивът бе най-висок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: В резултат на направеното проучване се установи следното: - Установено е, че пчелният мед може да се изсуши до прахообразен продукт

посредством разпръсквателна сушилня, като се смеси с малтодекстрин в количество между 54 и 59 % и антислепващ агент в количество 1 %.

- Най-подходящ режим на сушене се постига при съотношение пчелен мед – малтодекстрин 40 към 59 %, температура на входа на сушилната камера 220 0С, а на изхода 90 0С.

ЛИТЕРАТУРА:

[1]. ТСТ ООД.Проспект на фирмата, www.tct.bg [2]. German Democratic Republic Patent 7968. [3]. German Patent Application DE-OS 2,919,059. [4]. German Patent Application Laid Open DE-АS 1,003,4560. [5]. German Patent Application 848,488. [6]. German Patent Application 879,079. [7]. Honey – Health and Therapeutic Qualities, www.nhb.org. [8]. Patent U.S. 4,504,516, 12.03.1985. За контакти:

доц. д-р инж. Тодор Джурков, катедра „Технология на тютюна, захарта, растителните и етерични масла―, Университет по Хранителни Технологии – Пловдив, тел.: 032 603695; e-mail: [email protected]



- 109 -

Пребиотиците и влиянието им върху човешкото здраве

Цветеслава Игнатова-Иванова, Радослав Иванов, Илия Илиев, Искра Иванова

Prebiotics – potential and impact on human health : A prebiotic is “a non-digestible food ingredient that beneficially affects the host by selectively stimulating the growth and/or the activity of one or a limited number of bacteria in the colon”.Prebiotics are like other carbohydrates that reach the cecum, such as nonstars polysaccharides, sugar alcohol, and resistant starch, in being substrates for fermentation. In the large intestine, prebiotics, in addition to their selective effects on bifidobacteria and lactobacilli, influence manu aspects of bowel function througth fermentation. Short-chain fatty acids are a major product of prebiotic breakdown, but as yet, no characteristics pattern of fermentation acids has been identified[13]..

Key words: prebiotics, fermentation, fatty acids . ВЪВЕДЕНИЕ Пребиотиците са селективно ферментиращи се добавки, които позволяват

специфична промяна и в двете състава и/или активността в стомашно-чревната микрофлора, като влияят положително на хората и човешкото здраве [18,37]. Според тази нова дефиниция се изравняват понятията «пребиотици» и «бифидогенен ефект». Пребиотиците или по-скоро бифидогенния ефект зависят от типа и концентрацията на бифидобактериите в дебелото черво на човека и това не е просто количествн резултат за съществуващо родство. За да могат хранителните компоненти да се класифицират като пребиотици е необходимо те да притежават следните характеристики, които да бъдат доказани чрез in vitro и in vivo тестове:

1. Да са несмилаеми – да са резистентни на стомашните киселини, храносмилателните ензими и чревната абсорбция;

2. Да се ферментират от чревната микрофлора; 3. Да са способни към селективно стимулиране на растежа и активността на

чревните бактерии [18,25,34,37]. Много важно за влиянието на пребиотиците върху селективното

разпространение на полезната микробиална популация е тяхното въздействие върху метаболитната активност на микрофлората. Пребиотиците могат да стимулират автохтонните бактерии не само към активен растеж, но и към продуциране на компоненти, които влияят положително върху здравето (фиг.1) [24]. В резултат на ферментацията на въглехидратите в червата се продуцират късо верижни мастни киселини и млечна киселина, които са важен фактор, определящ pH на чревният лумен. Повече от около 300 mmol/ml от късо верижните мастни киселини се продуцират ежедневно и предоминират в лумена на червата [14]. Три са основните мастни киселини: ацетат (60%), пропионат (20%) и бутират (18%), които се залавят за колоноцитите и активно се метаболизират [23,31]. Мастните киселини имат силно влияние върху метаболизма на хората. Ацетатът и пропионатът намаляват продуцирането на холестерол [44].

Пребиотиците увеличават концентрацията на ацетата и лактата при ферментацията от млечнокиселите бактерии и бифидобактериите. Дългите вериги на несмилаеми въглехидрати позволяват да се стимулира метаболизма на бактериите в по-крайните дялове на храносмилателният тракт, тъй като се забавя ферментацията им, докато късите вериги се усвояват лесно. Бактериите в правото черво често са ―гладуващи‖ и подлагат на протеолиза мъртвите клетки и последователно ферментират освободените амино киселини. В резултат на това се продуцират цитотоксични (гнилостни) метаболити.


- 110 -

Фиг. 1. Предполагаем механизъм на пребиотичната активност за подобряване човешкото здраве по [11]. КВМК-късоверижни мастни киселини, Е-ензими.


- 111 -

Балансът между ―ферментацията‖ - формиране на късоверижни мастни киселини и ―гниенето‖ - формирането на фенолни компоненти, като скатол, индол и крезол е много важен за изясняване на пребиотичното действие [7,41].

Способността на инулина да увеличава количеството на Bifidobacretium sp. и отчасти Lactobacillus е показано в различни изследвания [1,2,6,33]. Bifidobacterium lognum и B. bifidum много добре се развиват в присъствието на олигофруктоза [6,33], която представлява кратковерижни фрагменти инулин (от 2 до 8 молекули фруктоза). Тази олигофруктоза обаче се усвоява от бактериите в началото на дебелото черво за около 5 часа. За бифидобактериите, които населяват крайните отдели на дебелото черво тази олигофруктоза не достига, а всъщност възпалителните процеси и онкологичните проблеми възникват именно там. Това налага чрез съвременни биотехнологични методи да се произвежда инулин-дълговерижна форма (до 60 молекули фруктоза), чиято метаболизация трае около 15 часа [12].

Данни от in vitro изследванията с ферментиращи хляба култури, показват как фруктоолигозахаридите специфично се ферментират от Bifidobacterium видове [29]. Така фруктоолигозахаридите стимулират растежът на тези микроорганизми [10]. Тези данни са допълнително потвърдени при in vivo експеримент с хора доброволци, които са поемали фруктоолигозахарид и инулин в количества от 15g на ден [22,30,33].

Хората, хранени с фруктоолигозахариди и инулин подобряват здравословното си състояние и се увеличава количеството на Bifidobacterium във фекалиите им [17]. За инулина е показано, как намалява колити при опити с мишки [45]. Способността за усвояване на подобно разнообразие от субстрати показва как Bifidobacterium притежават редица специфични глюкозидази, които променят храните и позволяват тези бактерии да се приспособят и съревновават за средата с променливи условия [11].

В in vivo опити, храненето с 5% на грам тегло (w/l) галактоолигозахариди при мишки и хора води до увеличаване количеството на бифидобактериите и лактобацилите и намаляване количеството на ентеробактериите [16;38].

По данни на [27] е показано, че от трите изследвани вида Lactobacillus rhamnosus, L. plantarum и Lactococcus lactis единствено видът L. plantarum е способен да метаболизира ксилоолигозахаридите, в резултат на което като краен продукт се продуцира повече етанол в сравнение с метаболизирането на други въглехидрати.

Необходимо е да се отбележи, че пребиотиците проявяват антиканцерогенна активност (фиг.1), която не е напълно изяснена, като се смята, че голямо значение за това има образуването на бутират. Бутиратът е основен източник на енергия за епителните клетки на червата, а ниската му концентрация е причина за диференциацията на животинските клетки, което води до поява на карценоми по чревните клетки [40]. Днес е изключително голям интереса към метаболитната функция на бутирата и той е предмет на значителни изследвания относно активността му като продукт от метаболизирането на пребиотиците.

Чрез опити върху животни и in vitro опити е показано, че млечнокиселите бактерии обитаващи стомашно-чревния тракт могат да инактивират някои карциноми, директно да инхибират нарастването на някои тумори и да инхибират бактериите, които могат да превръщат некарциномите в карциноми [32]. Taper et.al. [42] съобщава, как бавно нараства броят на имлантираните тумори при мишки хранени с инулин. Според Fontaine et.al. [21] инулина стимулира продуцирането на сулфомицин и намаляване на сиаломицина при плъхове и редуцира риска от рак на червата. Разпространения на тумори в дебелото черво и в други органи, като рак на гърдата при плъхове и мишки, метастази в белия дроб се намаляват при добавяне инулин или олигофруктоза от 5 до 15% [43].


- 112 -

За предпазване от ракови заболявания се дискутират следните механизми: 1. Продуциране на къси вериги мастни киселини в резултат на ферментацията

на пребиотиците. По-киселото pH и модулиране на чревната флора, особенно растежната стимулация на въглехидратите ферментирани от бактериите намаляват концентрацията на токсини, мутагени или геннотоксични субстрати, бактериални метаболити, както и източници на вторични жлъчни киселини и ензими промотиращи карценоми;

2. Бутиратът поддържа регенерацията на чревния епител; 3. Имунна модулация. Дали тези механизми са приложими за човешкото здраве и предпазване от рак

е въпрос, на който днес все още е трудно да се отговори. Пребиотичните олигозахариди могат също да подпомагат увеличаването на

концентрацииите на калций и магнезий в червата (фиг.1). Ниското pH в червата подобрява абсорбцията на тези минерали в дебелото черво и това вероятно се дължи на увеличаване на разтворимостта им. При опити с плъхове [39] е показано как при ниско pH се увеличава минерализацията на костите, инхибира се разрушаването им и се предпазва костната структура. Положителният ефект от костна минерализация е демонстриран още и при опити с прасетa [39] и хора [3,19]. Това може да има положителен ефект за профилактиката на остеопорозата и остеопенията [35,36]. Повишаването концентрацията на калция в червата подпомага за контролиране формирането на неразтворим жлъчен раствор или соли на мастните киселини. Това може да редуцира потенциалния вреден ефект на жлъчният сок или мастните киселини върху всмукването в червата [35].

Вероятната антимикробна активност на пребиотиците може да даде отговор за промоторният им ефект върху увеличаване популацията на бифидобактериите и лактобацилите (Фиг.1). Те продуцират антимикробни субстанции и стимулират антигенната специфичност и неспецифичност на имунния отговор.

При опити с мишки хранени с инулин или олигофруктоза за 6 седмици се наблюдава увеличаване на Т- клетъчната активност, висока резистентност срещу микробни инфекции и ниска смъртност, когато са заразени с Canida albicans, Listeria monosytogens, Salmonella Typhimurium [8]. При плъхове с химично индуцирани колити прилагането на инулин води до антивъзпалителен ефект и редуцира повреждането на чревната лигавица [45]. В in vivo опити с хора олигофруктозата има имуностимулиращ ефект [9]. Използвато на синбиотик, съдържащ галактоолигозахарид в комбинация с B. breve и L. casei има имунотрофичен ефект при инфекции на деца с ларинготрахео-езофагелазни проблеми [28].

Пребиотиците могат да намаляват нивото на някои нисши триглицериди, но механизмът на този ефект е неизвестен [15]. Според Jackson et.al. [26] олигофруктозата инхибира чернодробната липогенеза при мишки и последователно индуцира хипотриглицериден ефект. Потенциалният механизъм на този ефект включва метаболитно или генетично влияние на къси вериги карбоксилни киселини, ниска глицемия или инсулинемия или и двете. Намаляването на синтезата на триглицеридите от хепатоцитите de novo е една хипотетична възможност. Пребиотиците могат също да намалят нивото на общият холестерол и на – LDL холестерола в някои случаи. Отново механизма на възможния ефект е неясен. Пропионатът, продукт на олигозахаридната ферментация в дебелото черво може да инхибира специфичната редуктаза, която е лимитиращият етап в холестеролната синтеза (фиг.1).

Възможно е пребиотиците да влияят върху количеството на глюкозата в кръвта по няколко начина. Олигозахаридите могат да намалят времето за изпразване на стомаха и/или да намалят времето за преминаване през тънките черва. Този път може да бъде за сметка на продуцираните късоверижните мастни киселини от олигозахариди в червата. Късо верижните мастни киселини в червата могат да


- 113 -

инхибират «стомашния глад» при консумация на различни храни. Тези мастни киселини също стимулират контракциите в илеума и съкращават изпразването му [20]. Като допълнение пропионат може да се инхибира глюконеогенезата чрез метаболитната си конверсия до метилмалонил-КоА и сукцинил-КоА. Тези метаболити могат да инхибират пируват карбоксилазата. Пропионатът може да намалява равнищата на свободните мастните киселини в плазмата. Високите нива на свободните мастни киселини намаляват усвояването на глюкозата и индуцира инсулинова резистентност. Накрая пропионатът може да стимулира гликолизата чрез метаболизирането на цитрата в хепатоцитите. Цитратът е алостеричен инхибитор на фосфофруктокиназата [5,17]. Поради ферментации в дебелото черво, приемането на високи количества пребиотици може да доведе до събиране на газове в червата и стомаха, коремни смущения, диарии и други нежелани реакции. При in vivo експерименти с 80 възрастни хора доброволци, приемащи големи количества олигофруктоза или инулин, се наблюдава най-малко един от следните симптоми (главоболие, уригване, събиране на газове, чревни контракции или стомашни растройства) [4]. Тези странични ефекти на пребиотиците се наблюдават при приемане на 31-41g олигофруктоза или инулин, отговарящи на 0,04-0,06 g / на kg телесно тегло.

Остава спорен въпросът дали тези странични ефекти са свързани със състава на чревната микрофлора на всеки човек или високата чувствителност към газовете и другите продукти на пребиотичната ферментация.


[1] Коршунов В.М., Володин В.В., Ефимов Б.А.2000. Дисбактериозы кищечника.1,с.66-74.

[2] Румянцев А.Г.2000. Дисбактериоз как индикатор здоровья и показание к терапии у детей: Национальный миф и научная реалность. // Детская болъница,1, с.75-77.

[3] Abrams SA, IJ Griffin, KM Hawthorne, L Liang, SK Gunn, G Darlington, KJ Ellis.2005. A combination of prebiotic short- and long-chain inulin – type fructans enhances calcium absorbtion and bone mineralizaion in young adolescents. Am J Clin Nutr 82: 471-476.

[4] Absolonne J., M Jossart, P Coussement, M Roberfroid.1995. Digestive acceptability of oligofructose. Proc 1 Orafti Research Conf pp.151-160.

[5] Amarowicz R.1999. Nutritional importance of oligosaccharides. Article in Polish. Rocz. Panstw Zaki Hig. 50:89-95.

[6] Angus F., S. Smart and C. Shortt.2005. Prebiotic ingredients with emphasis on galacto-oligosaccharides and fructooligosaccharides. In Probiotic Dairy Products ed. Tamine, A. pp.120-137. Oxford: Blackwell Publishing.

[7] Balongue J., C. Schumann, P. Quignon.1997. Scand. J. Gastroenterol. 32, Suppl.222, pp.41-44.

[8] Buddington KK, JB Donahoo, RK Buddington.2001. Dietary oligofructose and inulin protect mice from eneric and systemic pathogtens and tumor inducers. J Nutr 132: 472-477.

[9] Bunout D., S. Hirsch, M Pia de la Maza, C. Munoz, F. Haschke, P. Steenhout, P. Klassen, G. Barrera, V. Gattas, M. Petermann.2002. Effegts of prebiotics on the immune response to vaccination in the elderly. J Parenter Enteral Nutr 26:372-376.

[10] Casas, I. A., F. W. Edens, and W. J. Dobrogosz. 1998. Lactobacilus reuteri: an effective probiotic for poultry and other animals, p. 475-518. In W. Salminen and A. Von Wright (eds.), Lactic acid bacteria: microbiological and functional aspects. Marcel Dekker, Inc, New York.


- 114 -

[11] Crittenden, R.G.1999. Prebiotics. p.141-156. In G.W. Tannock (ed.), Probiotics: a critical review. Horizon Scientific Press, Wymondham, pp.141-156, Norfolk, United Kingdom.

[12] Crittenden, R, A Laitila, P Forssell, J Matto, M Saarela, T Mattila-Sandholm, and P Myllarinen. 2001. Adhesion of bifidobacteria to granular starch and its implications in probiotic technologies. Appl Environ Micobiol 67: 3469- 3475. [13] Cumming J, G. T. Macfarlane, H.N. Englyst. Prebiotic digestion and fermentation. 2001. Am. J Clin Nutr; 73, pp. 415S-20S.

[14] Cummings J., J. Rombeau, T. Sakata.1995. Phisiological and clinical aspects of short chain fatty acids. Cambridge, United Kindom: Cambridge University Press.

[15] Delzenne N., K. Nadine.2001. Effects of fructans-type prebiotics on lipid metabolism. Am J Clin. Nutr;73:456S-8S.

[16] Gibson G.R., J.M. Saavedra, S. MacFarlane, G.T. MacFarlane.1997. Probiotics and inyestinal infection: In Probiotics 2: Applications and practical aspect, R. Fuller (Ed.), Chapman and Hall, London, pp.10-31.

[17] Gibson G.R. 1998.Dietary modulation of the human gut microflora using the prebiotics oligofwtose and inulin. J. Nutr. 129(7) Suppl:1438S-41S.

[18] Gibson, G.R., H.M. Probert, JAE van Loo, MB Roberfroid. Dietary Modulation of the human colonic microbiota: Updating the concept of prebiotic.2004 Nutr Res Rev 17:257-259.

[19] Griffin IJ, PM Davila, SA Abrams.2002. Non-digestible oligosaccharides and calcium absorbtoin in girls with adequate calcium intake. Brit J Nutr 87: 187-191.

[20] Gruzard D., C. Barthomeuf.1999. Non-digestible oligosaccharides used as prebiotic agents: mode of production and benefical effects on animal and human health. Reprod Nutr. Dev.39:563-588.

[21] Fontaine N., J.C. Meslin, S. Lory, C. Andrieux. Intestinal mucin distrution in the germ-free rat and in heteroxenic rat harbouring a human bacterial flora: effect of inulin in thendiet. 1996 Br J Nutr;75,pp.881-92.

[22] Furrie E., S. Macfarlan, A. Kennedy, J.H. Cummings, S.V. Walsh, O`Neil D.A. and G.T. Macfarlane. 2005. Synbiotic therapy (Bifidobacterium longum/Synergy 1) initiates resolution of inflammation in patients with active ulcerative colitis: a randomised controlled pilor trial. Gut 54: 242-49.

[23] Hartemink R., K.M.J. van Laere, F.M. Rombouts.1997. J Appl. Microbiol., 83: 367-374.

[24] Havenaar J.H., J. Huis in`t Veld.1992. Probiotics: A general view. In: The lactic acid bacteria in health disease. B.J.B. Wood (Ed.), Elsevier Aplied Science, London, pp.151-170.

[25] International Food Information Council (IFIC), 2006. Functional foods facts sheet probiotics and prebiotics. www.ific.org/nutrition/functional.

[26]Jackson K.G., R.J. Taylor, A.M. Clohessy, C.M. Williams. 1999. The effect of the daily in take of inulin on fasting lipid, insulin and glucose concentration in middle-aged men and women. Br J Nutr,82,pp.23-30.

[27] Kontula P., A. Suihko, V. Wright, T. Mattila-Sandholm.1998. The effect of lactose derivatives on intestinal Lactic acid bacteria. VTT Biotechnology and Food Research,82,pp.249-256.

[28] Kanamori Y., K Hashizume, M Sugiyama, M Morotomi, N Yuki, R Tanaka.2002. A novel synbiotic therapy dramatically improved the intestinal flora of a pediatric patient with laryngotracheo-esophageal cleft (LTEC) in the intensive care unit. Clin Nutr 21: 527-530.

[29] Van Laere, K. M., R. Hartemink, M. Bosveld, H. A. Schols, and A. G. Voragen. 2000. Fermentation of plant cell wall derived polysaccharides and their corresponding oligosaccharides by intestinal bacteria. J. Agric. Food Chem. 48:1644-1652.


- 115 -

[30] Langlands S.J., M.J. Hopkins, N. Coleman and J.H. Cummings.2004. Prebiotics carbohydrates modify the mucosaassociated microflora of the human large bowel. Gut 53:1610-1616.

[31] Latella G.1998. Gastroenterol. Int.11, pp.76-79. [32] Macfarlane G.T., and J.H. Cummings.1999. Probiotics and prebiotics: can

Regulating the activities of intestinal bacteria benefit health? Br. Med. J. 318:999-1003. [33] Macfarlane S. and J.F. Dillon.2007. Microbial biofilms in the human gastrointestine tract. J of Appl. Microbiol. Accepted (9.11.2006). [34] Ogueke C.C., C.I. Owuamanam, N.C. Ihediohanma, J.O. Iwouno. 2010. Probiotics and Prebiotics: Unfolding prospects for better human health. Pakistan Journal of nutrition (9):833-843.

[35] Roberfroid M.B. 1998. Prebiotics and synbiotics: concepts and nutritional properties. Br. J. Nutr.80 (Suppl.2):S197-S202.

[36] Roberfroid, M. 2000. Probiotics and prebiotics: are they functional foods?. Am J Clin Nutr 71(suppl):1682S-7S. [37] Roberfroid M.B. Prebiotics: the concept revisited.2007. J Nutr 137:830-837.

[38] Rowland I.R.1992. Metabolic interaction in the gut. In: Probiotics. The scientific basis, R. Fuller (Ed.), Chapman and Hall, London, pp.29-54.

[39] Scholz-Arhens K., G. Schaafsma, E. van den Heuval, J. Schrezenmeir.2001. Effects of probiotics on mineral metabolism. American Journal of Clinical Nutrition, 73,pp.459-464.

[40] Tanaka Y., K. Buch, T. Eguchi, N. Ikekawa, T. Takaguchi, Y. Kobayashi, P.J. Higgins.1990. Arch. Biochem. Biophys., 276:415-423.

[41] Tannock, G. W., ed. 1999. A fresh lokk at the intestinal microflora. In:Probiotics: a critical review. Horizon Scientific Press, New York, Wymondham, pp.5-14.

[42] Taper H.S., N.M. Delzenne, M.B. Roberfroid.1997.Growth inhibition of transplantable mouse tumors by non-digestible carbohydrates. Int J Cancer; 71,pp.1109-12.

[43] Taper H.S., M.B. Roberfroid. 2002. Inulin/Oligofructose and anticancer therapy. Brit J Nutr 87: 283-286.

[44] Wolever T.M.S., P. Spadafora, H. Eshuis.1991. Am.J. Clin. Nutr., 53:681-687. [45] Videla, S., J. Vilaseca, M. Antolin, A. Garcia-Lafuente, F. Guarner, E. Crespo, J.

Casalots, A. Salas, and J. R. Malagelada. 2001. Dietary inulin improves distal colitis induced by dextran sodium sulfate in the rat. Am. J. Gastroenterol. 96:1486-1493.

Благодарност: Изследванията са осъществени със средства по проект на МОН РНФ-02-2-2009 и РД 05-248/15.03.2012 от Фонд научни изследвания на Шуменски университет „Еп. К. Преславски‖.

За контакти: Доц. д-р Цветеслава Игнатова-Иванова,Катедра „Биология‖, Шуменски

университет „Еп. К. Преславски‖, тел: 0887 160 771, е-mail: [email protected] Доц. д-р инж. Радослав Иванов, Катедра „Органична химия и технологии‖,

Шуменски университет „Еп. К. Преславски‖, тел: 0887 045 295, е-mail: [email protected]

Доц. д-р Илия Илиев, Катедра „Биохимия и микробиология‖, Пловдивски университет „Паисий Хилендарски‖,тел: 0888519288 е-mail: [email protected]

Проф. дбн Искра Иванова, Катедра „Обща и промишлена микробиология‖, Софийски университет „Св. К. Охридски‖, тел: 0887 814887, е-mail:[email protected].



- 116 -

Приложение на системите за компютърно зрение при определяне съдържанието на мазнини в свинско месо

Венелин Бочев, Златин Златев, Красимира Добрева

Application of computer vision systems for estimation of fat content in pork meat: The report

presents the possibility of application of computer vision systems for determining the percentage of fat in pork. Measurements were made by chemical analysis and method for processing images on samples taken from the market. Adequacy of the proposed model is defined by statistical analysis.

Key words: Computer vision, Fat content, Image analysis

ВЪВЕДЕНИЕ

Съдържанието на мазнини в месото има значително влияние както върху технологичното качеството на суровината, така и при визуалното определяне качеството на продукта.

Често в промишлената практика, оценката на съдържанието на мазнини в месото се извършва с помощта на субективни визуални методи. Крайният резултат от оценяването на качеството на даден хранителен продукт в голяма степен зависи от знанията и опита на оценяващия експерт, т.е. базира се на субективни фактори. Системите за компютърно зрение са се доказали като ефективни средства, които позволяват анализ на тези компоненти. Системите за компютърно зрение успешно са прилагани при определяне съдържанието на мазнини в свински обрезки [8, 9] и говеждо месо [6]. Използване на системите за компютърно зрение за оценка на съдържанието мазнини в месото се състои в определяне на белите области в тестваното изображение и изчисляване на подходящи връзки с тегловното съдържание на мазнини определено чрез референтни методи [8].

Системите за компютърно зрение имат потенциал за оценка качеството на месото тъй като чрез обработката и анализа на изображения може да се характеризират количествено и качествено сложни геометрични, цветови и текстурни признаци. Първите изследвания са показали, че технологията за обработка на изображения имат огромен потенциал да подобрят операциите по окачествяване на месото [7, 9].

ИЗЛОЖЕНИЕ В настоящия доклад се представят методи за обработка на изображения за

количествено определяне съдържанието на мазнини в свинско месо, както и взаимовръзката между съдържанието на мазнини, определено чрез химически анализ и чрез обработка на изображения. За анализ са използвани проби от свинско месо, закупени от търговската мрежа [1]

Системата за заснемане на изображения се състои от цифрова камера, система за осветление, персонален компютър и разработена за целите на изследването софтуерна програма [4]. За целите на заснемането пробите са забърсани със суха кърпа за да се премахне влагата по повърхността. При заснемането пробите са поставени върху плоска неотразяваща повърхност и са осветени със стандартна светлина.

Обработката и анализа на изображенията е извършен с помощта на разработена в Matlab среда специална функция за полуавтоматична обработка на изображенията като се определят площта на мазнините и пълната площ на пробата. Извършена е сегментация на фона върху изображението за да се получи еднакъв черен фон. Праговата сегментация е извършена чрез експериментално определяне на границите в RGB цветовия модел. Обхватът на стойностите за прагова


- 117 -

сегментация е избран чрез диаграма на интензитета на пикселите. След това е определено съотношението месо/ мазнини по следната зависимост:

Pf = [(At – Al) . 100] / At (1)

където: Pf е процентното съдържание на мазнини, %; Аt е пълната площ на месото, mm2; Аl е площта на мазнините, mm2. След заснемане на изображенията, извадките са съхранени при – 20 оС за

последващ химически анализ за съдържанието на мазнини.

Фиг.1.Определяне съдържанието на мазнини с помощта на системата за компютърно зрение

Съдържанието на мазнини в изследваните проби е оределено и по метода на

Сокслет [2].

РЕЗУЛТАТИ И ДИСКУСИЯ

Анализирани са 10 изображения на проби от свинско месо. В таблица 1 са представени резултатите от двете измервания.

Процентното съдържание на мазнини определено чрез обработка на изображения Pi може да се изрази по следния начин:

Pi = (Af + Ar) / (Af + Ar + Al) (2)

където: Аf е площта на мазнините в изображението; Аl е площта на чистото месо; Аr е площта на областите неразпознати като месо или мазнина. Резултатите от статистическия анализ показват, че връзката между

процентното съдържание на мазнините измерени по класическия метод и метода с анализ на изображенията се описва най-добре с нелинейна регресия.


- 118 -

Таблица 1 Измерено съдържание на мазнини от химически анализ и анализ на изображения

проба

Съдържание на мазнини при

химически анализ

Съдържание на мазнини при анализ на изображенията

Относителна грешка

1 3,2 7,1 0,55

2 22,6 27,9 0,19

3 14,4 12,2 0,18

4 16,2 22,5 0,28

5 8,8 14,3 0,38

6 4,8 8,1 0,41

7 17,1 22,6 0,24

8 15,6 11,3 0,38

9 20,6 31,8 0,35

10 23,7 31,1 0,24

На фигура 2 е показана графично връзката между двата типа измервания.

Уравнението получено за изследваните проби се описва по следния начин:

ln(Pc) = e1,3122 – (9,6532 / Pi), при R2 = 0,79 (3) Относителната грешка служи за сравнение на стойностите от измерванията

чрез химически анализ и тези получени от системата за обработка на визуални изображения.

Er = (M – Mt) / M (4)

където: Er е относителната грешка; М е измерената стойност от системата за обработка на изображения; Мt е стойността получена при химическия анализ. При извършения регресионен анализ е установен коефициент на регресия R2

приблизително 79%. Резултатите от измерванията се апроксимират с достатъчна точност до експоненциален закон. При определен критерий на Фишер F = 111,542, съответната му вероятност Р = 0,0001 < 0,05. Следователно, полученият модел може да се приеме за адекватен.

Фиг.2. Зависимост межу количеството мазнини измерени по класически метод и

чрез системата за обработка на изображения


- 119 -

Много от докладваните данни, за определянето на съдържанието на мазнини в различните типове месо чрез анализ на изображения, показват подобни резултати. Ballerini и Bocchi [3] докладват коефициент на регресия R2=0,98 между класическо измерване на мазнините в месото и анализ по текстурни признаци. Посочен е и коефициент на регресия R2=0,852 за измерени стойности на мазнините по класически химически анализ и чрез система за компютърно зрение [5]. При нашето изследване, самостоятелното използване на сегментацията на изображенията показва корелация R2=0,79. Разликата с данните в литературата се дължи на вида и начина на подготовка на пробите за анализ.

Анализът на изображения е подходящ метод за количествено определяне съдържанието на мазнини. Разликата между измерените количества мазнини по класически метод и по метода с обработка на изображения се дължи на факта, че изображенията са двумерни и количеството мазнини се определя само от повърхността на месото, като се приема, че дебелината на пробите е еднаква.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Експерименталните резултати показват, че зависимостта между измереното

количество мазнини по класическия химически анализ и чрез анализа на изображения е нелинейна. Коефициента на регресия е 0,79, при анализиране на двумерни изображения на повърхността на месото. Предстоят изследвания на възможностите за определяне количеството мазнини чрез други методи за обработка на изображения като например анализ на текстурните признаци.

ЛИТЕРАТУРА [1] БДС 1323:1975 Месо. Методи за изследване [2] БДС 8549:1992 Месо и месни продукти. Определяне на мазнините [3] Ballerini L., Hogberg A, Borgefors G., Bylund A., Lindgard A, Lundstroam K.,

Rakotonirainy O., Soussi B. (2002). IEEE transactions on Nuclear Science, 49 (1), 195-199.

[4] Chandraratne M. R., Kulasiri D., Samarasinghe S., Frampton C., Bickerstaffe R. (2002). 48th ICoMST, Rome, Italy, 25-30 August 2002, 756-757.

[5] Du Cheng-Jin, Sun Da-Wen, P. Jackman, P. Allen (2008). Development of a hybrid image processing algorithm for automatic evaluation of intramuscular fat content in beef M. longissimus dorsi, Meat Science vol.80, 1231–1237.

[6] Chmiel M., Dasiewicz, K. (2009). The use of digital image analysis to estimate fat content in beef trimmings. Technological Progress in Food Processing, 19/34(1), 61-64.

[7] Cross H. R., Gilliland D. A, Durland P. R., Seideman S. (1983). Journal of Animal Science, 57(4), 908- 917.

[8] Dasiewicz K., Pisula A., Cegieka A. (2007). The use of computer image analysis for pork trimmings quality evaluation under industrial conditions. In Proceedings for International Conference: ―Quality and safety in meat for consumers; from stable to table‖. Kaunas, Lithuania 06e07 June 2007. Animal Science, 1, 31 - 32.

[9] Uttaro B., Zawadski S. (2010). Prediction of pork belly fatness from the intact primal cut. Food Control, 21, 1394-1401.

[10] Wassenberg R. L., Allen D. M., Kemp K. E. (1986). Journal of Animal Science, 62,1609-1616.

За контакти: доц. д-р. Красимира Добрева, катедра „Електроника, електротехника,

автоматика и Хранителни технологии―, Тракийски университет – Стара Загора, Факултет „Техника и технологии― – Ямбол; [email protected]



- 120 -

Наноструктуриран биосензор за анализ на глюкоза

Руска Ненкова, Недялка Димова, Нина Димчева, Цонка Годжевъргова

Nanostructured biosensor for analysis of glucose. Nanozeolite (NZ) particles were used as enzyme carrier for immobilization of glucose oxidase (GOD). The composition and the functional groups of pure nanozeolite particles and nanozeolites with adsorbed GOD were demonstrated by the FT-IR spectra. Pt/NZ and Pt/NZ-GOD electrodes were constructed and cyclic voltammetric studies have been carried out on these two electrodes. The presence of the oxido-reductase (GOD) in the biosensor is the reason for the shifting in the peak potential and the corresponding current. It was estimated that the peak potential of

cathodic peak of Pt/NZ-GOD electrode shifted to negative values with the increase in pH. The sensitivity of

this electrode was 1.8019 µA.l/mmol, the concentration limit was determined to be 0.8 mmol/l glucose and the linear correlation between glucose concentration and the current was in the concentration range from 2 to 18 mmol/l.

Keywords: biosensor, glucose oxidase, nanozeolite, glucose

ВЪВЕДЕНИЕ

Глюкозооксидазата (ГОД) е най-използвания ензим като аналитичен реагент, дължащо се на нейното приложение за определяне на глюкоза, ниската й цена и добра стабилност. На базата на имобилизирана ГОД са конструирани редица биосензори за количествено определяне на ß-D-глюкоза в проби от биологични течности, храни, напитки и ферментационни продукти [4, 6, 8, 9]. Ефективността на конструираните биосензори до голяма степен се определя от избрания метод за имобилизация на ГОД върху повърхността на електрода. ГОД може да се имобилизира чрез физична адсорбция [1], омрежване [3], включване във въглеродна паста [5], полимери [7] и хидрогелове [2]. Не на последно място, ключов елемент при конструирането на биосензор е носителят, използван за имобилизацията на ензима. След откриването на нанопорестите материали настъпи голям скок в развитието на имобилизационните методи за получаване на биосензори, тъй като последните значително подобряват ефективността им [10]. Зеолитните наночастици (нанозеолити) притежават голяма повърхност, лесно модифициращи се повърхностни участъци и висока дисперсия, както във водни така и в органични разтвори. Тези характеристики им позволяват да притежават високи адсорбционни възможности, като ги правят обещаващи носители за имобилизация на ензими и за конструирането на ензимни електроди.

Целта на настоящата работа е да се конструира глюкозооксидазен биосензор с носител нанозеолитните частици за анализ на глюкоза.

МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ 1. Материали: ГОД (ЕК 1.1.3.4), със специфична активност 119.3 U/mg, е изолирана от

Аspergillus niger и e доставена от Fluka (Buchs, Switzerland). Имобилизацията на ензима се осъществява чрез омрежване с глутаров алдехид (ГА), Fluka (Buchs, Switzerland). Зеолитните наночастици са предоставени от Фудан Университета, Шанхай, Китай. Съставени са изцяло от Si и са с размер 90 nm. Имат пореста структура, дзета потенциал -18.4 mV, ъгълът на омокряне - 34.2º.

2. Апарати: Стандартна, триелектродна стъклена клетка с работен обем 10–20 ml,

сравнителен електрод – Ag/AgCl, спомагателен електрод – платинов проводник и работен платинов електрод, беше използвана при всички електрохимични изследвания. Измерванията бяха проведени с електрохимична работна станция


- 121 -

Palm Sens с компютърен контрол и софтуер PS Trace 2.13 (Palm InstrumentsBV, Холандия).

Електронномикроскопските снимки са направени на Philips XL 30 микроскоп.

Използван е FTIR спектрофотометър (Tensor 27) за характеризиране на зеолитните наночастици и взаимодействието им с ензима (ГОД).

3.Методи:

Получаване на Платинов/НЗ електрод и Платинов/НЗ-ГОД електрод Повърхността на платиновия електрод се почиства с етанол и последваща

циклична волтамперометрия (потенциал от -0.2 до 1.45 V в 0.1 M разтвор на H2SO4 при скорост на сканиране 0.075 V/s за 10 min). Зеолитните наночастици (0.0025 g) се потапят в 0.1% разтвор на албумин във фосфатен буфер за два часа при 4ºС (за

Платинов/НЗ електрод). Зеолитните наночастици (0.0025 g) се потапят в 0.4% разтвор на глюкозооксидаза в 0.05 М фосфатен буфер за два часа при 4ºС (за

Платинов/НЗ-ГОД електрод). След това сместа се центрофугира при 10000 x g за 10 min. Супернатантата се отстранява и към нанозеолита се прибавя 50 μl 0.05 M фосфатен буфер. Смес от 0.7% ГА и буфер съдържащ зеолитни наночастици се нанасят върху повърхността на почистения платинов електрод и се оставят при 4oC за 12 часа. Модифицираните Платинов/НЗ и Платинов/НЗ-ГОД електроди се характеризират чрез циклична волтамперометрия в 0.05 М фосфатен буфер при потенциал от -0.3 до 1 V.

РЕЗУЛТАТИ И ОБСЪЖДАНЕ Като носител за имобилизация на ензима глюкозооксидаза са използвани

зеолитни наночастици със сферична форма и еднакъв размер - 90 nm (морфологията на наночастиците е представена на Фиг. 1). Нанозеолитните частици имат пореста структура, като обема на порите е 0.044 cm3/g.

Фиг.1. СЕМ на зеолитни наночастици

Съставът и функционалните групи на изходните нанозеолитни частици и на

нанозеолитни частици с имобилизирана ГОД са доказани с ИЧ спектри (Фиг.2). Характерните ивици на ИЧ спектър на изходните НЗ частици са представени на спектър 1. След имобилизацията на ензима ГОД върху НЗ частици отново са направени ИЧ спектри, за да се докаже присъствието на ензима на повърхността на наночастиците (спектър 2). Забелязва се появата на нови пикове, доказващи наличието на адсорбиран ензим, най-важните от които са ивиците 1652, 1536 cm-1

отговарящи за наличие на амидни и карбоксилни групи. За сравнение е посочен и спектъра само на ГОД (спектър 3).


- 122 -

Фиг.2. FTIR спектър на НЗ частици (спектър 1), НЗ-ГОД (спектър 2) и ГОД (спектър 3)

Изследвани са Платинов/НЗ и Платинов/НЗ-ГОД електрод чрез циклична

волтамперометрия. Получените волтамперни криви са представени на Фиг. 3 и са сравнени с волтамперната крива на чист платинов електрод.

Фиг. 3. Циклични волтамперни криви на Платинов/НЗ електрод (a), чист

платинов електрод (б) и Платинов/НЗ-ГОД електрод (в)

Вижда се, че височината на катодния пик на Платинов/НЗ-ГОД електрода е по-голяма в сравнение със същата на Платинов/НЗ електрод (табл.1).

Таблица 1

Потенциал на катодния пик и съответстваща сила на тока

Електрод E, V ∆I, μA

Чист платинов електрод 0.064 95.3

Платинов/НЗ електрод 0.064 71.72

Платинов/НЗ-ГОД електрод 0.049 131.55

По-добрата електроактивност на тoзи електрод вероятно се дължи на

присъствието на оксидоредуктазата (ГОД). Проведени са кинетични изследвания на получения Платинов/НЗ-ГОД електрод чрез циклични волтамперни криви, като се варира скоростта на сканиране от 0.01 до 0.2 V/s. Построени са и линейните зависимости между скоростта на сканиране и силата на тока отговарящи на катодния пик (при 0.05V) и на анодното изместване при 0.8 V. Изведени са линейните уравнения на тези зависимости (Фиг.


- 123 -

4). Наклона на линейната зависимост на потенциала на катодния пик показва висока електроактивност на получения ензимен електрод (уравнение y=-1764x-51,763; R2=0,9657).

Фиг. 4 Циклични волтамперни криви на Платинов/НЗ-ГОД електрод при нарастваща скорост на сканиране от 0.01 до 0.2 V/s (a→ж) във фосфатен буфер (0.05 M, pH 5.8).

Изследвано е и влиянито на рН върху цикличните волтамперни криви на

Платинов/НЗ-ГОД електрод. За изследването са използвани буферни разтвори с три различни стойности на рН (4.8; 5.8 и 8).

Фиг. 5. Влияние на рН върху циклични волтамперни криви на Платинов/НЗ-ГОД електрод

Резултатите са представени графично на Фиг. 5. Наблюдава се изместване на потенциала на катодния пик към отрицателните стойности при нарастване на стойността на рН. Това се дължи на промяна на заряда на ензимните молекули, вследствие различното рН на трите разтвора. Изследвано е и влиянието на концентрацията на глюкозата върху височината на катодния пик. Установена е линейната зависимост между концентрацията на глюкозата и силата на тока. Изведено е уравнението на тази зависимост: y =-1,8019x +135,84, откъдето се вижда че чувствителността на получения ензимен електрод е 1.8019 µA.l/mmol. Линейният интервал на биосензора е от 2 до 18 mmol/l. Лимитната концентрация е 0.8 mmol/l глюкоза. Възпроизводимостта на получения биосензор също е определена. Относителното стандартно отклонение е 4 % за шест последователни измервания на един и същ ензимен електрод. Електрода показва добра стабилност на съхранение за период от 40 дни (80 % остатъчна активност).


- 124 -


От представените резултати се вижда, че е конструиран ензимен биосензор за анализ на глюкоза с висока чувствителност и добра стабилност на съхранение. Постигната е ниска лимитна концентрация - 0.8 mmol/l глюкоза.

ЛИТЕРАТУРА [1] Battaglini F., N. Bartlett, J. H. Wang (2002) Analytical Chemistry 72 (3) 502–509 [2] Binyamin G., A. Heller (1999) J. Electrochem. Soc. 146, 2965-2967. [3] Burmeister J. J., G. A. Gerhardt (2001) Analytical Chemistry 73 (5) 1037–1042 [4] Kang X, Z. Mai, X. Zou, P. Cai, J. Mo (2007) Anal. Biochem. 369 (1) 71-79. [5] Kulys J., L. Tetianec, P. Schneider (2001) Biosensors and Bioelectronics 16 (4-5)

319-324 [6] Lukacheva L. V., A. A. Zakemovskaya, E. E. Karyakina, I. N. Zorov, A. P.

Sinitsyn, M. V. Sukhacheva, A. I. Netrusov, and A. A. Karyakin (2007) Journal of Analytical Chemistry 62 (4) 388–393.

[7] Palmisano F., R. Rizzi, D. Centonze, P. G. Zambonin (2000) Biosens. Bioelectron. 15, 531-539.

[8] Wu B. Y., S. H. Hou, F. Yin, Z. X. Zhao, Y. Y. Wang, X. S. Wang, Q. Chen (2007) Biosens. Bioelectron., 22 (12) 2854-60.

[9] Zhang J., M. Feng, H. Tachikawa (2007) Biosens. Bioelectron., 22 (12) 3036-41. [10] Zhang Xueqing, Qin Guo (2009) Sensors, 9, 1033. Благодарност: Това изследване е осъществено с финансова помощ по

договор DNTS-01/09 от Фонд ―Научни изследвания‖ и договор НИХ-261 от Университет „Проф. д-р Асен Златаров‖.


Ас. д-р Руска Ненкова –Университет ―Проф. д-р Асен Златаров‖, катедра Биотехнология, тел. 056/858471, e-mail: [email protected]

Доц. д-р Недялка Димова - Университет ―Проф. д-р Асен Златаров‖, катедра Биотехнология, тел. 056/858334, e-mail: [email protected]

Доц. д-р Нина Димчева – Пловдивски университет „Паисий Хилендарски‖, катедра Физикохимия, тел. 032/261 336, e-mail: [email protected]

Проф. дтн Цонка Годжевъргова –, Университет ―Проф. д-р Асен Златаров‖, катедра Биотехнология, тел. 056/858353, e-mail: [email protected]



- 125 -

Изграждане на компютърна система за оценка качеството на

месо и месни продукти по цветови признаци

Венелин Бочев, Златин Златев, Красимира Добрева Development of a computer system to assess the quality of meat and meat products by color

features: The purpose of this study is to design and build а computer vision system for measuring color of inhomogeneous foods by color features from RGB images. The system consists of a color digital camera for image capture, computer storage of images, software for processing the acquired images implemented in Matlab environment, which convert RGB images of food in other color models. Through the proposed system can track changes in color of various food products in storage and processing.

Key words: Computer vision, Color features, Color image analysis

ВЪВЕДЕНИЕ Оценяването на качеството на месото и месните продукти е сложен процес,

базиран на знания, умения, опит и човешка интерпретация. В основата на оценките за качество стои определянето на редица характеристики на продуктите, свързани с форма, цвят, абсолютна маса, относително тегло, влажност, състав, вкус, мирис, наличие на външни и вътрешни дефекти, наличие на различни заболявания и др. [7]

Преобладаващата част от тези характеристики се определят от експерти чрез визуални или други сензорни оценки. Друга част от характеристиките се оценяват чрез използване на различни физични или химични методи за оценка чрез приложението на специализирани уреди и технологии. Крайният резултат от оценяването на качеството на даден хранителен продукт в голяма степен зависи от знанията и опита на оценяващия експерт, т.е. базира се на субективни фактори. Обща тенденция в последните години е рязкото повишаване на ефективността на този процес, изразяващо се в подобряване точността на оценките, намаляване на времето, за което те се извършват и най-вече свеждане до минимум на субективността в процеса на окачествяване. [3]

Компютърното зрение е технология за получаване и анализиране на изображения на реални обекти чрез компютър за да се получи информация за управлявания процес [2]. Системата за компютърно зрение основно се състои от цифрова или аналогова видео камера за заснемане на изображенията, стандартни източници на светлина и софтуер за анализ на изображения [2,8]. При анализа на изображения от хранителни продукти цвета е важен елемент за описание, отделяне и идентификация на обекти и може да се използва за количествено описание на цветовото разпределение в нееднородни извадки [2].

ИЗЛОЖЕНИЕ

Целта на настоящото изследване е да се разработи и изгради система за компютърно зрение за количествено измерване на цвета по повърхността на хранителни продукти чрез различни цветови модели, разработката на програмно осигуряване за обработка, сегментиране, получаване на цветови признаци и преобразуване на цвета от RGB в други цветови модели.

Системата за компютърно зрение се състои от два основни модула – модул за обработка на изображенията на ниско ниво и модул за обработка на високо ниво. На фигура 1 е представен общ вид и блок диаграма на системата.

Модулът на ниско ниво се състои от две части – сегментация на входното изображение и отделяне признаците на обекта.

След сегментацията, модулът на ниско ниво идентифицира всички свързани региони като елиминира шумовете в изображението, слива съседните области, които имат еднакви стойности на ниво на сивото. В резултат на това се получава по-


- 126 -

точна и кратка информация за областите, която се подава за обработка на по-високо ниво.

а) б)

Фиг.1.Общ вид а) и блок-схема б) на системата за компютърно зрение Етапът на сегментация има две основни функции. Първата е да се отделят

точките от фона на изображението. След това се отделят точките на изображението, които съдържат изследвания дефект. Модулът използва 8-битово цветно изображение на месото с резолюция 1200х900 точки.

Отделените са пикселите на фона от точките на месото [5]. Основен проблем е разделянето на пикселите от основното изображение и тези на дефектите. Използва се хистограмна прагова сегментация [4]. Изборът на хистограмното сегментиране се основава на факта, че този метод не е чувствителен към неравностите по повърхността на продукта и от това, че не е необходима обработка на изображения с висока резолюция, което от своя страна съкращава времето за обработка.

Премахването на малките и неинформативни области се извършва по методиката на Pavlidis [9]. Операцията сливане се извършва чрез t-тест (t-критерий на Стюдънт) за еднакви нива на сивото при съседни области R1 и R2. Основните предпоставки за използване на t -тест са, че нивата на сивото за двете области R1 и R2 са независими и имат идентично нормално разпределение и дисперсиите на разпределенията са неизвесни, но еднакви[11].

С помощта на равенството:

Sp2 = [(n1 – 1) . S1

2 + (n2 – 1) . S22] / [n1 + n2 – 2] (1)

tabs = [X1

- – X2-] / [Sp . SQRT(1/n1 – 1/n2)] (2)

Ако абсолютната стойност на tabs е по-малка от праговата стойност, тогава R1 се

отбелязва като част от областта R2. Използваната прагова стойност трябва да е така подбрана, че да не се получи преливане на областите.

След като се извърши операцията по сливането на областите се извлича вектора на признаците от получените региони. Тези признаци са: площта, броят пиксели в областта, средното ниво на сивото, средните стойности на всички нива на сивото на пикселите в областта, цветовите признаци, центъра на тежестта (3), минималния правоъгълник на границите (4), коефициентът на издължение (съотношението между дължината и широчината на минималния правоъгълник на границите), периметърът (дължината на границата на областта) и компактността (окръглеността).

Центърът на тежестта дава информация за разположението на областта. Основните признаци на формата са минимален правоъгълник на границите, коефицициент на издължение, периметър и компактност.

Центърът на тежестта се определя по следната зависимост:


- 127 -

(r-, c-) = [(1 / N) . Σ(r,c)єR r, (1 / N) . Σ(r,c)єR c] (3) където:

(r,c)єR са координатите на пиксела в областта R; N е площта на областта R. Минималният правоъгълник на границите се дефинира по следния начин:

(r1, c1) = (min(r,c)єR r, min(r,c)єR c) (4) (r2, c2) = (max(r,c)єR r, max(r,c)єR c) (5)

където:

(r1, c1) са координатите на горния ляв ъгъл на правоъгълника; (r2, c2) са координатите на долния десен ъгъл на правоъгълника. Компактността (окръглеността) на областта се определя по следната

зависимост:

C = P2 / (4πA) (6) където: Р е периметър на областта; А е площта на областта.

Предназначението на модула за обработка на високо ниво е да идентифицира типа на дефекта във всяка една област подадена от модула за обработка на ниско ниво и да се даде характеристика на всеки дефект. Основната методика, по която работи модулът на високо ниво е отделянето на всеки дефект независимо от другите.

След като на всички области са присвоени вектори на доверителния интервал се прилагат процедури за определяне на типа на дефектите. Всяка процедура за откриване на дефекти е проектирана така, че открива конкретен дефект чрез база от знания, в която са заложени характеристиките и формата на конкретния дефект. Векторът на доверителния интервал определя коя от процедурите за откриване на дефекти ще бъде приложена върху конкретната област.

За всеки тип дефект е създадена отделна процедура. Първият етап от работата на всяка една процедура е да се даде етикет на открития дефект ако векторът на доверителния му интервал отговаря на предварително зададен дефект в базата знания.

РЕЗУЛТАТИ И ДИСКУСИЯ За да се провери работата на системата за компютърно зрение е избрана

извадка от парчета свинско месо съобразно методите за вземане на проби за неразрушаващ контрол [1]. Методиката за измерване на площта чрез система за компютърно зрение е представена в [10]. Площта на месото измерена чрез предложената система се сравнява с тази, посочена от експерт, която се приема за стандартна. В таблица 1 са представени резултатите от измерванията чрез обработка на изображения, измерванията от експерт и изчислената относителна грешка. Относителната грешка се изчислява по следния начин:

Er = (Ac – Ae) / Ae (7)

където: Er е относителната грешка; Ас е площта измерена от компютърната система; Ае е площта измерена от експерт.


- 128 -

Таблица 1 Сравнение между измерените стойности за площта на месото от експерт и от

системата за компютърно зрение

Проба

Реална площ

Ае, см2

Измерена площ Ас,

см2


Проба

Реална площ Ае,

см2

Измерена площ Ас,

см2


1 155,5 181,6 0,17 6 110,7 111,8 0,01

2 134,1 135,7 0,01 7 198,3 222,2 0,12

3 110,6 134,7 0,22 8 100,2 119,9 0,20

4 178,2 191,5 0,07 9 121,8 126,8 0,04

5 210,9 231,8 0,10 10 142,1 143,6 0,01

Чрез приложения алгоритъм за изчисление на площта относителната грешка

при измерването по предложения метод и реалните стойности е около 0,1. Стойността на относителната грешка ще се увеличи ако месото има механични повреди, промени в цвета при неправилно съхранение и др.

Фиг.2.Измерване площта на мускулната тъкан чрез системата за обработка на изображения

Точността на сегментацията на изображението е определена чрез метода за

проверка за съвпадение[6]. Изображенията са бинарни и стойностите в областта на мускулната тъкан са единици, а стойностите за фона са нули. Коефициентът на корелация между сегментираната от системата за компютърно зрение област и посочената от експерта, се определя по следната формула:

C(Xc, Xe) = SumOr[And(Xc, Xe), Nor(Xc, Xe)] / Ai (8)

където: C(Xc, Xe) е коефициент на корелация; Хс е площта на мускулната тъкан определена от системата за компютърно

зрение; Хе е площта на мускулната тъкан определена от експерта; Ai е общата площ на изображението; And(Xc, Xe) определя измерената стойност на мускулната тъкан; Nor(Xc, Xe) дава измерената стойност за фона на изображението; Or() събира всички измервания; Sum() събира всички пиксели за да се получи числова стойност;


- 129 -

Измерените стойности се нормализират към общата площ на изображението (Ai=1280х960=1228800) за да се получат стойности в обхвата [0,1] като 0 е пълно несъответствие, а 1 е идеалния резултат.


В настоящия доклад е описана система за компютърно зрение, която може да се използва при оценка качеството на месо и месни продукти по различни цветови признаци. Разработената система открива често срещани дефекти при производството и съхранението на месото и месните продукти. Работоспособността й е проверена чрез експериментални изследвания. При теста на системата, тя показва висока производителност при обработката на изображенията на ниско ниво с коефициент на корелация между измерената мускулна тъкан от експерт и предложената система за компютърно зрение C=0.97. Предстои да се разработят подобрения свързани с работата й на високо ниво, като се подобрят процедурите за откриване на дефектите чрез използване на различни класификатори и подобряване на базата от знания за съответните дефекти.

ЛИТЕРАТУРА [1] БДС 1323:1975 Месо. Методи за изследване [2] Brosnan, T., D. W. Sun (2003). Improving quality inspection of food products by

computer vision – a review. Journal of Food Engineering, 61, 3–16. [3] Brosnan, T., D. W. Sun (2004). Improving quality inspection of food products by

computer vision-a review, Journal of Food Engineering, Vol. 61, 3-16. [4] Cho T. H., R. W. Conners, P.A. Araman (1990). A computer vision system for

analyzing images of rough lumber, Proc.10th International Conference on Pattern Recognition, 726-728.

[5] Conners R. W., C. T. Ng, T. H. Cho, C. W. McMillin (1989). Computer vision system for locating and identifying defects in hardwood lumber, SPIE Vol. 1095, Applications of Artificial Intelligence VII, 48-63.

[6] Jeyamkondan S., N. Ray, G. A. Kranzler, S. Acton (2004). Segmentation of longissimus dorsi for beef quality grading using computer vision, Research initiative program of Oklahoma State University

[7] Kocwin-Podsiadla M., E. Krzecio, W. Przybylski (2006). Pork Quality and methods of its evaluation – a review, Polish journal of food and nutrition sciences, vol.15/56 No3, 241-248.

[8] Papadakis S. E., Abdul-Malek S., Kamdem R. E., Yam K. L. (2000). A versatile and inexpensive technique for measuring color of foods. Food Technology, 5(12), 48–51.

[9] Pavlidis T., Structural Pattern Recognition, New York : Springer-Verlag, 1977. [10] Stewart C.V. (1999). Robust parameter estimation in computer vision, SIAM

Review, vol. 41, No 3, 513-537. [11] Yakimovsky Y., (1976), Boundary and object detection in real world images, J.

Assoc. Comput. Mach. 23, 599-618. За контакти: доц. д-р. Красимира Добрева, катедра „Електроника, електротехника,

автоматика и Хранителни технологии―, Тракийски университет – Стара Загора, Факултет „Техника и технологии― – Ямбол; [email protected]



- 130 -

Японският опит по управление на качеството в процесен тип производство (химическа, хранително-вкусова и биохимическа

промишленост)

Нако Стефанов

Japan's Experience in Process Type Manufacturing Quality Management(Chemical,

Biotechnological and Food Industries): The theme "Japan`s Experience in Process Type Manufacturing Quality Management” (Chemical, Biotechnological and Food Industries) synthesized in itself three key subthemes: - On one hand, this is the theme about the chemical, biotechnological and food industries of Japan as a platform upon which the above mentioned experience is demonstrated; - Second is the overall experience of Japan in the field of quality management. Undoubtedly the Land of the Rising Sun formed a unique format - etc. "Total Quality Management", which became simultaneously a stage in the global dynamic of quality management. - Third is the synthesis, i.e. the subtheme of quality management in the above industries in Japan, which represent a process type manufacturing with its own peculiarities in comparison with the so-called. discreet manufacturing.

Key terms: Process Type Manufacturing, Quality Management, Japanese Model, Chemical, Food and Biotechnological industries.

ВЪВЕДЕНИЕ Темата „Японският опит по управление на качеството в процесен тип

производство―(химическа, биотехнологическа и хранително-вкусова промишленост) синтезира в себе си три ключови подтеми:

– От една страна това е темата за химическата, биотехнологическата и хранително-вкусовата промишленост на Япония като платформа, на основата на която се демонстрира гореспоменатият опит;

– На второ място е общият опит на Япония в сферата на управление на качеството. Безспорно Страната на изгряващото слънце формира уникален формат – т.н. „Тотално управление на качеството―, превърнал се едновременно с това в етап в световната динамика по управление на качеството.

– На трето място е собствено синтеза, т.е. подтемата за управление на качеството в сферата на горните индустрии в Япония, представляващи процесен, недискретен тип производство имащ своите особености по сравнение с т.нар. дискретен тип производство;

Възниква въпросът за смисъла на такава тема, доколко тя е важна и актуална за нас. Пътят, който изминава и по който днес върви Япония в интересуващата ни област, със своите достойнства и недостатъци, показва пример, така че и позитивната страна, и негативната страна на този опит да ни служи в усъвършенстването на собствената ни практика. Именно това изразява и основната цел на дадения доклад. Тази основна цел се постига чрез следните задачи, изграждащи трите основни раздела на изложението:

1. Кратък преглед на химическата, биотехнологическа и хранително-вкусовата индустрии в Япония (ключови параметри, динамика и роля в развитието на страната);

2. Формиране на Японския модел по управление на качеството – базови етапи, същност и достойнства;

3. Японския модел по управление на качеството в процесното производство - особености и перспективи.

Ключови методологически подходи в дадената разработка са:

Системният подход, виждащ разглеждания феномен като съвкупност от взаимносвързани компоненти действащи като едно цяло;


- 131 -

Историческият подход, който стои на позициите, че обекта на изследване не може да бъде разбран напълно извън запознаването с етапите на неговото развитие;

Логическият подход, търсещ алгоритъма на действията и взаимодействията на анализираното явление.

ИЗЛОЖЕНИЕ 1.Кратък преглед на химическата, биотехнологическа и хранително-

вкусовата индустрии в Япония.

Динамика и роля в развитието на страната. Японската преработваща промишленост е сред водещите отрасли от подобен

тип в глобален план. В Страната на изгряващото слънце през годините се създава специфична култура на т.нар. „монодзукури―(ものづくり), което може да бъде преведено конкретно като „правене на изделие―. В по-абстрактен смисъл следва да се разбира като „производствена технология―. В съдържателен план означава както технологията, така и хората, заети с изработването на сложни изделия. Поради това може да бъде преведено и като „изкуството да се правят сложни изделия―.

По отношение на „монодзукури― в Япония е създаден изключителен пиетет, а хората способни да създават сложни и високотехнологични изделия се ползват с огромно уважение.В този смисъл, когато се говори за „монодзукури― трябва да се разбира, че става дума както за култура на производството на сложни и високотехнологични изделия, но също така и за гражданска култура на уважение към носителите и технологиите на изработване на тези изделия, на специфична система от ценности, където „майсторските умения― са обект на обществена адмирация и почит.

В отделните периоди на стопанска динамика на Страната на изгряващото слънце се наблюдава смяна на отраслите, играещи ролята на двигател на икономическото развитие на Япония. Например в първоначалните етапи на индустриализация на на страната през епохата Мейджи(1867-1912) такъв водещ отрасъл е леката промишленост – текстилното производство,а също така минно-добивната индустрия.По-късно в рамките на същата епоха водещи отрасли стават черната металургия и корабостроенето. Ситуацията, при която именно тези отрасли са ядрото на промишлеността продължава до края на Втората световна война. След нея за кратък следвоенен период приоритетна става леката промишленост. Но съвсем скоро от 50-те години на ХХ век начело излизат стоманодобивът, корабостроенето, също така тежката химия, тежкото машиностроене и електротехниката.След „Нефтения шок― през 1973 г. водещо място заема автомобилостроенето, в което в края на 70-те години и началото на 80-те години на ХХ век Япония надскача даже дотогавашната доминираща сила – САЩ. Но наред с него водещи стават електротехниката и електрониката, където Страната на изгряващото слънце става безспорен лидер. Съответно корабостроенето поради относително високата себестойност на производството в Япония губи своя приоритетен характер. Скоро след това подобна е съдбата и на черната металургия.

През 90-те години производството на информационни и телекомуникационни системи почва да играе водеща роля, без, обаче, такива отрасли като автомобилостроене и битова електроника да губят своето водещо значение и място.XXI век внася своите акценти в развитието на преработващата промишленост в Япония. Водещи отрасли стават производството на медицинска апаратура, екологично оборудване, както и енергоспестяващо такова. Това, обаче, не понижава ролята на машиностроенето, автомобилостроенето, електрониката и информационната индустрия като ключови както за Япония, така и като авангардни такива в световен план.


- 132 -

Фиг.1. Смяна на водещи отрасли в икономиката на Япония по отделни периоди и

темпове на растеж за времето от 50-години - 1960-2010 г. (цит. по http://nippon.com/en/currents/d00007/)

Както се вижда от графиката химическата промишленост се явява водещ

отрасъл в един важен период в стопанскота динамика на Япония ,в рамките на който се осъществява т.нар. „Японско икономическо чудо―. Въпреки че в следващите периоди тя вече не е включена сред ключовите производства това не означава, че тя не е такова. Например, нито автомобилостроенето, нито електрониката могат да се развиват без специалните материали, които са резултат именно на химическата промишленост.

Основни параметри на химическото и биотехнологическото производство Следва да се говори за следните ключови производни:

Базови химикали – включват нефтопродукти, тяхни деривати, както и редица неорганични материали. Произвеждат се в огромни обеми, които се продават на химически производители за по-нататъшна преработка;

Специални и фини химикали – предназначени са за специализирана употреба и се произвеждат в по-малки количества, отколкото базовите химикали;

Фармацевтични продукти – суровини и крайни продукти;

Химикали за употреба в селското стопанство. Изчислено като парична стойност по обем на химическото производство днес

Япония е на 4-то място в света след САЩ, КНР и Германия. В Япония химическата промишленост е на второ място след автомобилната индустрия по дял в БВП на страната.

Фиг.2. За 2010 г. Япония заема трето място по износ на химически продукти

(цит. по http://comtrade.un.org/db/)


- 133 -

Днес в условията на „Глобалната криза― и след инцидента с АЕЦ „Фукушима― химическата промишленост на Япония се среща с някои сериозни предизвикателства:

Висока и нарастваща цена на базови суровини, които се внасят „отвън―;

Недостиг на енергия в условия, когато са спрени част от енергийните мощности на страната – ядрените електроцентрали;

Невъзможност да се конкурира чрез ниска цена на работната ръка, подобно на редица азиатски страни.

Всичко това налага преструктуриране и търсене на нова стратегия на развитие, каквато в момента е обект на дискусия.

Биотехнологическа промишленост В Япония биотехнологията се разглежда през призмата на следните

разбирания:

Биотехнологията е надежда предвид намаляващите ресурси на горивата под формата на биогорива;

Тя е ключов инструмент за всички генетични заболявания/отклонения, тъй като позволява да се работи на генетично ниво;

Биотехнологиите могат да предоставят алтернативни решения във връзка с инфлацията на пазара на хранителни продукти;

Биотехнологията може да се превърне в път, по който да се търсят отговори на редица екологични проблеми;

Биотехнологията е концентиррана в областта на научните изследвания. Все повече и повече индустрии ще включват биотехнологиите в своето развитие и човечеството ще бъде много по-зависими от биотехнологиите.

В областта на развитие на биотехнологиите Страната на изгряващото слънце е сред водещите страни на глобално равнище(11 място в света според Scientific American Worldview Report and Scorecard:вж. в http://www.saworldview.com/). Като обща и водеща тенденция на биотехнологическата промишленост е нарастване на дела на научната и развойна дейност в стойността на крайния продукт.

Водещ сектор на биотехнологиите в Япония е фармацевтиката. По обем на продажбите преди „Глобалната криза― с 61.54 млрд евро страната заема второ място в света в САЩ и далече преди третата сила - Германия(вж. http://www.process-orldwide.com/management/markets_industries/articles/308624/).

Таблица 1. Водещите японски фармацевтични фирми

Хранително-вкусова промишленост Японската хранително-вкусова промишленост се среща с проблема на

демографското застаряване, застой в растежа на населението, промяна на стила на


- 134 -

живот. Конвенционалният начин на действие от типа „масов маркетинг и масово производство― се променя. На практика е настъпил краят на екстензивния растеж, основан на производство на големи количества продукция. Развитието се вижда по пътя на създаване на нови продукти с висока степен на добавена стойност, обърнати към „здравето на потребителя―, „качество― и „удобство на приготвяне и потребление―, а също така излизане на чужди пазари чрез смесени дружества и инвестиции на място.

2. Формиране на Японския модел по управление на качеството – базови

етапи, същност и достойнства Традиционната индустриална система по контрол на качеството Преди да заговорим за Японския модел по качеството (ЯМК) ще кажем няколко

думи за предшестващата до 20-те години на ХХ век система, която:

Работи чрез механизма на т.нар. „външен контрол― - инспектори по качеството, осъществяващи контрол в няколко точки на производствения процес и преди всичко краен контрол на продукцията на основата на предварително подготвени стандарти;

Функционира в „реактивен режим―, т.е. действа след като несъответствието се е осъществило и то се елиминира чрез преработка на продукта;

Тя е тясна е, тъй като е „затворена― само в рамките на производствения процес.

Американската епоха по качеството Първите стъпки на усъвършенстване се правят в САЩ, поради което може да

се говори за „Американска епоха по управление на качеството―(УК). Началото е поставено от Уолтър Шухард чрез т.нар. „Карта на Шухард―, чрез която се въвежда т.нар. „статистически процесен контрол―- Statistical Process Control.Последният представлява „революция в качеството, тъй като създава условия да се мине от „реактивна към превантивна система по качеството.

Уолтър Шухард Фиг. 3. Контролна карта на Шухард

След края на Втората Световна война се наблюдава щурм на нови идеи. Водещите „гуру― по качеството са такива личности като Уйлям Едуардс Деминг и Джозеф Джуран.

У.Е.Деминг Фиг.4.Триъгълникът по качеството на Деминг


- 135 -

Дж. Джуран

Като обобщение на „Американската епоха по качеството може да се синтезират следните ключови моменти:

Философия на качеството Като философия на качеството се минава от разбирането за качеството като

равнище, което трябва да се постигне и поддържа към разбирането за необходимостта от непрекъснато подобрение.

Организационен модел на функциониране Характеризира се с «външен контрол» и «тясно пространство», Т.е. системата

по управление на качеството е концентрирана в специализирано звено, което инспектира и обработва данните по несъответствията. Появава се идеята за управление на качеството като процес – маркетинг, НИРД, производство, продажби.

Система на управление на качеството Работи се в режим на превантивно качество, т.е. не просто се отстраняват

несъответствията, а целта е да се предотврати тяхното възникване. Японският модел по качеството - от „тотален контрол“ към „тотално

управление“ Япония е известна до началото на 60-те години на ХХ в. като „Ясукароо,

варукароо― – т.е. „Евтино и лошокачествено―. Но в страната започват, включително с поддръжката на държавата, неимоверни усилия за усъвършенстване в тази област. Резултатът е създаване през 60-те години на ХХ век на т.нар. „модел на тотален контрол на качеството―, чийто баща е Ишикава Каору.Основен момент в СТКК е, че се интегрира т.нар. „външно― и „вътрешно качество― на основата на въвеждането на т.нар. „малки групи по усъвършенстване на дейността―(шо:шу:дан кацудо:-

小集団活動), обхващащи производствените работници, като по този начин се постига

„широко пространство― на качеството.

В рамките на СТУК се появяват новите японски „гуру― по качеството, такива като Йожи Акао и Геничи Тагучи. Й.Акао съвместно с други експерти създава т.нар. „Къщичка по качеството― - – основен инструмент за процесна интеграция на качеството (маркетинг, НИРД и производство) и хората, заети в тези процеси.

Джуран става известен с т.нар. „Трилогия на качеството―, включваща три момента: 1. Планиране на качеството; 2. Контрол на качеството; 3. Усъвършенстване на качеството.

Основната идея е, че качеството не е стабилност, а непрекъснато изменение, т.е. „усъвършенстване―.

От началото на 70-те години на ХХ век започва да се създава т.нар. „Система за тотално управление на качеството―(СТУК) със следните ключови параметри:

Философия на непрекъснатото усъвършенстване;

Включване на всички процеси в системата по управление на качеството(СУК) – т.е. процесно управление на качеството;

Включване на всички сътрудници в системата по управление на качеството чрез различни по формат групови форми – монофункционални и мултифункционални (кросфункционални).

К.Ишикава


- 136 -

Фиг.5. Къщичка по качеството

Японския модел по управление на качеството в процесното производство - особености и перспективи.

Корпорация Тейджин като пример на японския модел по управление на качеството в процесното производство

Този модел ще демонстрираме чрез конкретния пример на корпорацията

Тейджин (帝人株式会社). Това е глобална група с 5 групи дейности:

1.Синтетични влакна; 2.Пластмаси и тънкослойни продукти(филми); 3. Фармацевтика и продукти за здравето; 4.Търговия и дистрибуция; 5. ИТ- информационни технологии

Методите на Тагучи са статистически методи, разработени за усъвършенстване на качеството. Самият Тагучи нарича разработените от него методи „инженеринг на качеството―. Приносът на Тагучи е в три области: • Теория на загубите; • Философия на качеството „извън производствената линия―; • Иновации при планиране (проектиране) на експеримента.

Г.Тагучи

Фиг. 6. Органиграма на

корпорацияТейджин

Фиг.7. Схема на действие на системата по

качеството на Тейджин

Йожи Акао


- 137 -

В „Тейджин― работят 21 000 човека. Оборотът е над 8 млрд долара. Корпорацията заема 16-място по системата по управление на качеството(СУК) в Япония според „Никка гирен―(Японски съюз на учените и инженерите).(цит. по http://www.teijin.co.jp/)

Ключови параметри на СУК на Тейджин Ключовите моменти, които характеризират СУК при Тейджин, като по този

начин отразяват и усъвършенстваните параметри на модела на управление на качеството в Япония в процесното производство, са следните:

В маркетинга се преминава от система по управление на качеството в маркетинга към системи по управление на взаимоотношенията;

В НИРД се преминава от тяснофункционално разбиране на управление на качеството на нови продукти към системи по управление на качеството при иновациите, т.е. т.нар. „широколентово― управление на качеството;

Въвежда се системи по управление на риска, като част от СУК;

Въвежда се т.нар. „мрежово управление на качеството― , т.е. включването на ИКТ(информационно-комуникационните технологии) в СУК, включително включването на т.нар. „експертни системи―.


В заключение, ще изразим надеждата, че редица позитивни моменти от чуждия опит, макар и при значително по-различни условия от тези, при които са създадени, могат творчески да бъдат разработени, приспособени, усъвършенствани, доведени до оригинални варианти и оттук успешно използвани у нас.


[1] Стефанов Н., Х.Радев, И.Буров, В.Станчева, Р.Воденичаров.Книга-наръчник по управление на качеството. Изд. „Труд и право‖, София, 2004.

[2] Стефанов Н., Д.Добруджалиев. Управление на качеството. Изд. „Либраскорп―, Бургас, 2012.

[3] Стефанов Н., Й.Йокояма. Японският модел за фирмено управление. Изд. «Призма 66»ООД, София, 2001.

[4] Стефанов Н. Управление на риска – обща методология по управление на риска.Изд. ССКБ, София 2011.

[5] Стефанов Н. Иновационно развитие на страните от Източна Азия. Изд. «Изток-Запад», София, 2011.

Интернет източници [6] http://comtrade.un.org/db/) [7] http://nippon.com/en/currents/d00007/) [8] http://www.saworldview.com/ [9] http://www.processorldwide.com/management/markets_industries/articles/30 8624/). [10] http://www.teijin.co.jp/

За контакти: Проф. дфсн. Нако Райнов Стефанов, Катедра ―Езици и култури на Източна

Азия‖, СУ „Св.Климент Охридски―, тел.: 0898 71 99 10, е-mail: [email protected] Докладът е рецензиран.


- 138 -

Експериментални методи за биоразграждане на глицерол

до получаване на ценни органични съединения

Симеон Даракчиев

Experimental methods for biodegradation of glycerol to obtain valuable organic compounds: A basic problem in the production of biodiesel is the release of large amounts of waste glycerol. Since it is very low quality and can not be used directly, one way to utilize it is by its biodegradation with appropriate enzymes. As a result some valuable products are obtained such as 1,3-propanediol, 2,3-butanediol, organic acids, and small amounts of ethanol. In this work was carried out literature review of the publications which consider the obtaining of valuable products from glycerol and especially 1,3-propanediol and 2,3-butanediol. Main attention is given to the experimental methods, apparatusses and the conditions for carring out experiments.

Keywords: biodegradation, glycerol, 1,3-propanediol, 2,3-butanediol

ВЪВЕДЕНИЕ

Биодизелът е едно от най значимите биогорива – алтернатива на традиционното дизелово гориво. Основен проблем при производството на биодизелово гориво е отделянето на големи количества отпадъчен глицерол. За всеки един тон биодизел се произвеждат 100 кг глицерол. Суровият глицерол, получен при производството на биодизел, обаче, е с много ниска стойност. За използването му в храни, козметика и лекарства е необходимо последващо пречистване като обезцветяване, премахване на неприятната миризма и йонообмен за премахване на следи от примеси, което на този етап е скъпо. Един от начините за решаването на този проблем е оползотворяването на глицерола до получаването на ценни продукти като 1,3-пропандиол, 2,3-бутандиол, органични киселини и др.

Микробиологичното разграждане на глицерола до различни съединения е изследвано, като специално внимание е отделено на производството на 1,3-пропандиол, водород и етанол.

Фиг. 1

Анаеробното разграждане на глицерола като директен субстрат е описано в няколко разработки. В резултат на това разграждане се получават и други продукти освен биогаз (например 1,3-пропандиол). За биодеградацията на глицерол са използвани чисти култури микроорганизми [6, 7, 8, 16, 10]. Подобна информация за анаеробното разграждане на глицеролната фаза чрез чиста култура от микроорганизми е описана в литературата. Най-честия продукт на тази деградация е 1,3-пропандиол [12, 14, 15]. Анаеробна биодеградация на суров глицерол от производството на биодизел са описани в работата на Yazdani и Gonzales [19].

Бактериите, метаболизиращи глицерола, са представители на семействата Clostridium и Enterobacteriaceae. Родовете Aerobacter, Escherichia, Klebsiella, Salmonella, Serratia, Shigella, Erwinia, Citrobacter, Kluyvera, Leclercia, Leminorella,


- 139 -

Moellerella, Morganella, Obesumbacterium, Pectobacterium и други, принадлежат към ентеробактериите.

Всички ентеробактерии могат да разграждат глицерола, но ценни биотехнологични продукти (1,3-пропандиол, 2,3-бутандиол) могат да синтезират само Klebsiella и Citrobacter. С щамовете от род Pseudomonas са проведени успешни ферментации за получаване на 1,3-пропандиол от глицерол. Ферментацията е от смесен тип, по времето на която се получава смес от диоли, етанол и органични киселини.

ИЗЛОЖЕНИЕ Процесът на получаване на 1,3-пропандиол по биотехнологичен път зависи от

много фактори – състав на хранителната среда, аерация и др. Основният проблем при биодеградацията на глицерол е големият брой получавани продукти в резултат на този процес. Освен 1,3-пропандиол, в културалната течност, в зависимост от използвания щам и условията на провеждане на процеса, може да присъстват и 1,2-пропандиол, 2,3-бутандиол, етанол, ацетат, лактат. Невъзможно е процесът на биодеградация да се осъществи така, че да се получи само 1,3-пропандиол. Затова голямо внимание се отделя на методите за изолиране и пречистване на този продукт. За сега най-използваните методи в това отношение са екстракцията, йонообменната хроматография, мембранната филтрация и др.

Papanikolaou et al. [13] провеждат периодична и непрекъсната ферментация със щам Clostridium Butyricum. Периодичният и едностъпален непрекъснат процеси са проведени в 2-литров реактор при температура от 330С. Направен е и двустъпален непрекъснат процес с цел получаване едновременно на висока концентрация на продукта и висока производителност. Първата фаза се характеризира с висока скорост на разреждане, за да се увеличи производителността на 1,3-пропандиол, а втората протича при по-ниска скорост, което увеличава концентрацията. Най-висока концентрация на 1,3-пропандиол при едностъпален процес е 35-48 g/l. За двата типа изследвани процеси е получен около 0,55 g 1,3-пропандиол за 1г изразходен глицерол. Такъв резултат е получен и от други автори със същят щам [20]. Himmi et al. [5] използват Clostridium Butyricum в периодичен процес за получаване на 1,3-пропандиол. Експериментите са проведени с три вида хранителни среди в 20 литров реактор с използваем обем от 17 l.

Друг микроорганизъм, който е често използван за ферментация на глицерол до 1,3-пропандиол е Klebsiella Pneumoniae. Xiu et al. [18] оптимизират условията на периодична и непрекъсната ферментация на базата на обемната производителност на 1,3-пропандиол. При непрекъснат процес оптималната скорост на разреждане и начална концентрация на глицерол в входната суровина са съответно 0,29/h и 731 mmol/l. Производителността е 114 mmol/l.h, което е над два пъти повече от оптималните стойности за периодичен процес. Те предлагат двустъпален непрекъснат процес, в който в първата фаза се работи при оптимални условия, а втората използва остатъчния глицерол от първата. Скоростта на разреждане е по-висока при втората степен. Двустъпален биопроцес в два биореактора в серия е за предпочитане пред един биореактор по отношение на концентрацията и добива на 1,3-пропандиол.

Chen et al. [3] изследват влиянието на различни източници на въглерод, азот, органични хранителни вещества и соли върху формирането на клщчовият ензим при ферментацията. Според тях оптималните условия са 370С, pH – 7,0, скорост на разклащане 200 rpm. Резултатите показват поява на максимална активност на ключовият ензим преди получаване на максималната концентрация на 1,3-пропандиол. Chen et al. [4] показват, че аеробното култивиране е по-добро за растежа на клетката, намаляване на времето на култивиране и образуването на етанол и увеличаването на производството на 1,3-пропандиол.


- 140 -

Menzel et al. [11] получават крайна концентрация на глицерол 35,2-48,5 g/l при непрекъснат процес в работен обем от 2l. Реакторът работи при 300 rpm, pH 7,0 се поддържа чрез добавяне на 30% KOH и температурата е 370С. Разтвор на глицерол от 870 g/l се подава отделно в междинен резервоар, вместо директно в реактора според нужната концетрация на глицерол във входящата среда. За всяка скорост на разреждане се получава устойчиво състояние при различни концентрации на глицерол в средата. Крайната обемна производителност от 4,9-8,8 g/l еполучена при скорост на разреждане между 0,1 и 0,25/h. Най-високата получена концентрация на пропандиол е 50-60 g/l при периодичен и периодичен с подхранване на интервали (fed-batch) процес. При непрекъснат процес производителността е между 2 и 3,5 пъти по-висока.

Wang et al. [17] изследват конверсията на глицерол до 1,3-пропандиол при периодичен и непрекъснат процес и при аеробни и анаеробни условия. Скоростта на биоконверсия при двата процеса е подобна, но производителността на 1,3-пропандиол е по-висока в случай на аеробен процес.

Lin et al. [9] повишават продукцията на 1,3-пропандиол от Klebsiella pneumoniae чрез добавяне на фумарат. Проведени са експерименти в колби за 4 часа с начална концентрация на глицерол от 20 g/l и добавяне на фумарат в диапазона от 0 до 25 mM. Установено е, че клетките нарастват по-бързо с добавянето на фумарат.

К. Петров и П. Петрова използват за биодеградация на глицерол щам Klebsiella pneumoniae G31 в условията на fed-batch ферментация (с подхранване през интервали от време). Хранителната среда, използвана в този случай, е модифицирана среда на Zhao. Стартовата концентрация на глицерол в нея е 30 г/л. Най-висок добив на 2,3-бутандиол (49.9 г/л) и 1,3-пропандиол (11.6 г/л) са постигнати при рН-неконтролирана ферментация на хранителна среда в отсъствието на Со2+. Общото количество на разграден глицерол по време на процеса е 138,3 г [14, 15].

Възможността 2,3-БД да бъде получен от глицерол е забелязана за първи път от Biebl при изследване на био-конверсията на глицерола от Klebsiella и Citrobacter [1, 2]. Проблемът на такава ферментация обаче е, че главният продукт е 1,3-пропандиолът, а 2,3-БД е съпътстващ, заедно с етанол, ацетат, лактат и др. Със съвременните методи на генното инженерство се създават мутантни щамове с елиминирани определени биохимични пътища – напр. тези за получаване на лактат и ацетат, което довежда до 7.8% повишена продукция на 2,3-БД и 88 – 92% намаление на синтезираните киселини.

Резултатите от изследвания върху получаването на ценни химикали от глицерол, проведени в Института по инженерна химия на БАН са представени в няколко дипломни работи излезли в последните години. В [23] е изследвана възможността на българския изолат Pseudomonas denitrificans 1625, за биодеградация на глицерол, за получаване на по-висок добив на 1,3-пропандиол. Използвани са два вида хранителни среди, които са стерилизирани в автоклав при температура 121оС и налягане 1 atm. за 20 минути. Процесът на биодеградация се осъществява в ротационна клатачка при 200 оборота в минута (rpm). Клатачката е модел ―New Brunswick Scientific‖ New Jersey, USA, която работи при температура 30ºС и разбъркване 0, 90, 120 и 200 rpm. При всички процеси с началната концентрация на субстрата (глицерол) варира от 10 – 30 g/l. Установено е, че в условията на периодичен процес, проведен в колби на клатачка, оптималната стартова концентрация на субстрата се оказа 20 g/l. При първоначална концентрация на глицерол в хранителната среда 10 и 20 g/l, използваният щам не продуцира 1,2-пропандиол и 2,3-бутандиол, което значително би облекчило процеса на изолиране и пречистване на 1,3-пропандиолът от културалната течност.

В [22] е изследвана биотрансформиращата способност на щамовете Кlebsiella oxytoca VA 8391 и Klebsiella pneumoniae G 31 на различни хранителни среди и при различни условия с цел биоразграждане на най-големи количества на глицерол,


- 141 -

както и на максимални количества получени като резултат на биодеградацията ценни вещества. Хранителните среди са стерилизирани в автоклав при температура 121оС и налягане 1 atm. в продължение на 20 минути. Инокулумът се развива за 24 часа на ротационна клатачка модел ―New Brunswick Scientific‖ New Jersey, USA, при 150 оборота в минута (rpm).

Периодичните процеси за биодеградация на глицерол са провеждани на 500 ml Ерленмайерови колби с работен обем 200 ml и концентрация на глицерол в средата 10 g/l. и в биореактор „Bio flo‖ с тотален обем 500 ml и работен обем – 300 ml. Апаратът е производство на фирмата „New Brunswick scientific‖.

Установено е, че и двата щама притежават способността да трансформират глицерол, като процесът протича с два пъти по-висока скорост при периодични условия когато се използва щам Klebsiella pneumoniae G31. При периодичен процес на биотрансформация на глицерол в биореактор с помощта на Klebsiella oxytoca VA 8391 за първи път като продукт се появява ябълчена киселина, и то в концентрация почти 6 g/l.

Възможността за получаване на по-висок добив на 2,3-бутандиол с помощта на Klebsiella oxytoca VA 8391 е разгледана в [21]. Изследвана е биодеградацията на глицерол при различни концентрации на субстрата. При всички процеси с подхранване началната концентрация на субстрата (глицерол) варира от 5 – 10 g/l, а при останалите процеси без подхранване – от 10 – 30 g/l. Определена е оптимална концентрация насубстрата 20 g/l. Провеждането на процеса в полупериодични условия води до образуването на по-голямо количество на 2,3 бутандиол в културалната течност. Най-високи концентрации на 2,3 бутандиол са получении в условия на комбинирано разбъркване.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Направеният преглед показва наличие на множество изследвания върху

получаването на 1,3-пропандиол и значително по-малко на 2,3-бутандиол, вследствие биоразграждане на глицерол, получен като отпадъчен продукт от производството на биодизел. С щамовете от род Klebsiella са проведени най-успешните ферментации за получаване и на двата продукта. Основен проблем е, че в повечето случаи производството на 1,3-пропандиол е съпътствано от присъствие на 2,3-бутандиол и 1,2-пропандиол, а 2,3-бутандиолът е бил синтезиран като допълнителен, а не целеви продукт на ферментациите. Добре е да се каже още, че лабораторните изследвания трябва да се окрупнят в полупромишлени, с цел по-нататъшно внедряване на процеса в промишлеността.

Благодарности: Това изследване е осъществено с финансова помощ по

Договор ДМУ 03/104/13.12.2011 г. от Фонд ―Научни изследвания‖. ЛИТЕРАТУРА

[1] Biebl H., Zeng A.P., Menzel K., Deckwer W.D. Glycerol fermentation to 1,3-propanediol and 2,3-butanediol by Klebsiella pneumoniae. Appl. Microbiol. Biotechnol, 1998, 50:24–29.

[2] Biebl H., Menzel K., Zeng A.P., Deckwer W.D. (1999) Microbial production of 1,3-propanediol. Appl. Microbiol. Biotechnol. 52:289–297.

[3] Chen, H.W., W. Wang, B.S. Fang, , Z.D.Hu, Studies on fermentation conditions for key enzymes in 1,3-propanediol production with Klebsiella Pneumoniae, Journal of Chemical Engineering of Chinese universities, 2004, 18(5), 621-627.

[4] Chen, X., Z. Xiu, J. Wang, D. Zhang, P. Xu, Stochiometric analysis and experimental investigation of glycerol bioconversion to 1,3-propanediol by Klebsiella Pneumoniae under microaerobic conditions, Enzyme and microbial Technology, 2003, 33(4), 386-394.


- 142 -

[5] Himmi, E.H., A. Bories, F. Barbirato, Nutrient requirements for glycerol conversion to 1,3-propanediol by Clostridium Butyricum, Bioresource Technology 1999, 67, 123-128.

[6] Jansen B. Norman, Flickinger C. Michael and Tsao T. George, Production of 2,3 – Butanediol from D-Xylose by Klebsiella oxytoca ATCC 8724

[7] Kenneth Todar , Ph. D. All rights reserved –www. textbookofbacteriology.net, Pseudomonas aeruginosa.

[8] Lago BD, and Demain AL (1969).‖Alternate requirement for vitamin B12 or methionine in mutants of Pseudomonas denitrificans, a vitamin B12 – producing bacterium‖. J.Bacteriol 99 (1): 347- 9. PMID 5802615

[9] Lin, R.H., H. Liu, J. Hao, K. Cheng, D. Liu, Enhancement of 1,3-propanediol production by Klebsiella Pneumoniae with fumarate addition, Biotechnology Letters, 2005, 27(22), 1755-1759.

[10] Magee 87: Magee, R.J., Kosaric , N.(1987).‖The microbial production of 2,3 – butanediol.‖ Adv. Appl. Microbiol. 32: 89 – 161, MetaCyc Compound: (R,R)-2,3-butanediol

[11] Menzel, K., A.P. Zeng, W.D. Decker, High concentration and productivity of 1,3-propanediol from continuous fermentation of glycerol by Klebsiella Pneumoniae, Enzyme and microbial Technology, 1997, 20(2), 82-86.

[12] Pachauri Naresh , He Brian, Value – added Utilization of Crude Glycerol from Biodiesel Production : A Survey of Current Research Activities, Biological and Agricultural Engineering, University of Idaho, Moscow, Idaho 83844-2060, 2006, July 9 – 12

[13] Papanikolaou, S., P. Ruiz-Sanchez, B. Pariset, F. Blanchard, M. Fick, High production of 1,3-propanediol from industry glycerol by a newly isolated Clostridium Butyricum strain. Journal of Biotechnology, 2000, 77(2), 191-208.

[14] Petrov K., P.Petrova, High production of 2,3-butanediol from glycerol by Klebsiella pneumoniae G31,Applied Microbiology and Biotechnology, 2009, 84:659-665

[15] Petrov K., P. Petrova, Enhanced production of 2,3-butanediol from glycerol by forced pH fluctuations,Applied Microbiology and Biotechnology, 2010, 87: 943-949

[16] Voloch M., N. B. Jansen, M. R. Ladisch, G. T. Tsao, R. Narayan and V. W.

Rodwell, 2,3-butandiol, Purdue University, West Lafayette, IN, USA [17] Wang, J.F., Z.L. Xiu, H.J. Liu, S.D. Fan, Study of microaerobic conversion of

glycerin to 1,3-propanediol by Klebsiella Pneumoniae, Modern Chemical Industry, 2001, 21(5), 28-31.

[18] Xiu, Z.L., B.H. Song, Z.T. Wang, L.H. Sun, E.M. Feng, A.P. Zeng, Optimization of dissmilation of glycerol to 1,3-propanediol Klebsiella Pneumoniae in one- and two-stage anaerobic cultures, Biochemical Engineering Journal, 2004, 19(3), 189-197.

[19] Yazdani S. and Gonzalez R., Anaerobic fermentation of glycerol : a path to economic viability for the biofuels industry

[20] Zeng, A.P., H. Biebl, W.D. Deckwer, Microbial Conversion of glycerol to 1,3-propanediol: Recent progress, ACS Symposium Series 666, 1997, 264-279.

[21] Бегова, П., Получаване на полезни химикали от глицерол по биотехнологичен път, Дипломна работа, ХТМУ-София, Институт по инженерна химия – БАН, 2010.

[22] Иванова, К., Биотрансформация на глицерол под действието на Klebsiella oxytoca и Klebsiella pneumoniae, Дипломна работа, ХТМУ-София, Институт по инженерна химия – БАН, 2011.

[23] Илиева, Б., Биодеградация на глицерол с помощта на Pseudomonas denitrificans 1625, Дипломна работа, ХТМУ-София, Институт по инженерна химия – БАН, 2010.


Гл. асистент, д-р Симеон Руменов Даракчиев, Институт по инженерна химия – БАН, 0878 510344, e-mail: [email protected]



- 143 -

Приложение на етеричномаслени суровини и ароматични продукти

от тях в хранителновкусовата промишленост. 1. Плодове от ким (Carum carvi L.) в бяло саламурено сирене

Димитър Трифонов, Илиана Костова,Тодор Димитров, Станка Дамянова, Михаела Иванова, Павел Мерджанов, Радка Власева, Албена Стоянова

Application of essential oils and aromatic raw products in the food industry. 1. Fruits of

caraway (Carum carvi L.) in white brined cheese: It was obtained white brined cheese with added fruits and essential oil of caraway. It was found that the supplements have a good effect on the process of acid formation, on the development of the lactic acid bacteria and on the main organoleptic indicators.

Key words: white brined cheese, fruits, essential oil, caraway.

ВЪВЕДЕНИЕ Кимът (Carum carvi L.) е двугодишно растение от сем. Apiaceae, което

произхожда от Югоизточна Европа. Култивира се в много страни от Европа и в умерения климатичен пояс на Азия. В нашата страна е диворастящ по планинските ливади и рядко се отглежда в градините като подправка [5].

Узрелите плодове съдържат глицеридно масло (до 22 %), етерично масло (от 3 до 7 %), белтъчини (до 18 %), минерали и други. Установено е, че вложени в хранителни продукти, плодовете на кима допринасят за по-лесното усвояване на храната, като облекчават храносмилането, действат газогонно, общостимулиращо, диуретично и лактогонно [5, 6].

Етеричното масло е отложено във всички органи на растението. Представлява безцветна до кехлибарено жълта течност, с приятен подправъчен, топъл аромат и парлив вкус. Основните компоненти на маслото са карвон (над 50 %) и лимонен (до 45 %) и в малки количества дихидрокарвон, дихидрокарвеол, перилаалдехид. Проучвания потвърждават, че високото съдържание на карвон улеснява храносмилането, като стимулира отделянето на стомашни сокове, увеличава перисталтиката. Етеричното масло е с доказани антимикробни свойства, поради което плодовете се използват в народната медицина [5, 6].

Още в древността са използвали кимът в религиозните ритуали, като подправка в кулинарията и за освежаване на дъха след ядене. В хранителната индустрия плодовете на ким са широко прилагана подправка за сосове, супи, колбаси, месни консерви, хлебни изделия, различни сирена и извари [1, 5, 6].

Целта на настоящата работа е изследване влиянието на плодове от ким и етерично масло, върху технологичния процес и органолептичните показатели при производството на бяло саламурено сирене.

МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ

краве мляко

Изследванията са проведени в лабораторни условия с краве мляко добито от разградски регион. Суровото мляко трябва да отговаря на изискванията на Регламент 853/2004/ЕС и Наредба 4 от 2008 г.

Физикохимичният състав на млякото (масленост, белтък, лактоза, сух безмаслен остатък) и физичните характеристики (плътност, оводняване и точка на замръзване), са определени чрез млекоанализатор, активната киселинност е измерена чрез pH-метър, а титруемата киселинност – по метода на Тьорнер (°Т) [4, 7].

Микробиологичните показатели на суровото мляко са изследвани по общоприети методики [7, 9].


- 144 -

бяло саламурено сирене

Бялото саламурено сирене е получено по класическата технология за производство [1, 3].

Опитна постановка: разработени са три проби сирене по схемата, представена на фиг. 1.

Закваска Сирищен ензим CaCl2 Краве мляко Плодове или масло от ким

↓ Окачествяване и приемане

↓ Очистване

↓ Нормализация

на млякото по К/М ↓

Пастьоризация ↓

Охлаждане ↓

Подсирване ↓

Обработка на коагулума ↓

Пресуване ↓

Нарязване ↓

Осоляване ↓

Опаковане ↓

Зреене ↓

Съхранение

Фиг. 1. Технологична схема за производство на бяло саламурено сирене. Получените сирена са анализирани по физикохимични, микробиологични и

органолептични показатели: - динамиката на млечнокиселия процес е проследена чрез определяне на

титруемата киселинност (°Т) [4, 7]; - микробиологични изследвания – количеството на жизнеспособната

млечнокисела микрофлора е определена чрез посевки на синтетични хранителни среди М17 и MRS (MERCK) по методология на IDF [12]. Подготовката на пробите е провеждана съобразно IDF [11];

- органолептичната оценка на пробите бяло саламурено сирене е извършена съгласно БДС 15612-83 [10].

плодове от ким

Плодовете са закупени от търговската мрежа, реколта 2010 г. Те са с влажност 8,4 %, определена чрез сушене до постоянна маса при 105 ОС [8]. Преди влагане в хранителния продукт плодовете са смилани до размер 0,4 mm.


- 145 -

етерично масло от плодове на ким

Етеричното масло е получено в лабораторни условия чрез водна дестилация в лабораторен стъклен апарат на Британската фармакопея, модифициран от Балинова и Дяков, с добив 0,8 % (v/w) [8]. Основните компоненти на етеричното масло са лимонен (8,8 %) и карвон (80,9 %), като на тях се дължи и установената антимикробна активност спрямо Gram-положителни и Gram-отрицателни бактерии, дрожди и плесенни гъби [2].

Количествата на вложените смлени плодове от ким и етерично масло са избрани по литературни данни , като смлените плодове са 20 g/kg готов продукт, а етеричното масло – 0,8 mg/kg готов продукт [5].


По физикохимичен състав и физични характеристики кравето мляко, което е изходната суровина за получаване на бяло саламурено сирене, отговаря на изискванията на Регламент 853/2004/ЕС и Наредба 4 от 2008 г.

Получените резултати от изследванията, относно динамиката на млечнокиселия процес и киселинообразуването в бялото саламурено сирене след 24-тия час до 45-тия ден от зреенето, са представени на фиг. 2.

0

50

100

150

200

250

300

киселинност, °Т

1 7 15 30 45

време, дни

ДИНАМИКА НА КИСЕЛИНООБРАЗУВАНЕТО

контрола

с ким

с кимово масло

Фиг. 2. Динамика на киселинообразуването при сирене с плодове от ким, етерично масло и контрола.

От представените данни е видно, че и при трите варианта сирене се отчита

нарастване на титруемата киселинност, в резултат на метаболизма на стартерните култури. Отчита се по-активен млечнокисел процес и нарастване на киселинността при контролата. По-слабо е киселинообразуването при вариантите с добавени плодове от ким и етерично масло. Тази тенденция се запазва през целия изследван период, като на 45-тия ден стойностите на киселиността са в рамките на технологичните изисквания при производството на бяло саламурено сирене – от 200 до 270°Т. Сравнително по-забавеният млечнокисел процес, при вариантите с добавени плодове от ким и етерично масло, вероятно се дължи на техните доказани антимикробни свойства. Влиянието на прибавените плодове от ким и етерично масло върху развитието на млечнокиселите бактерии Lactobacillus bulgaricus и Streptococcus thermophilus в изследваните проби сирена на 1, 7, 12, 30 и 60-тия ден, са представени на фиг. 3 и 4.


- 146 -

17

1230

65

с к

им

с к

им

ов

о

ма

сл

о

кон

тро

ла

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

cfu/gx10-7

време, дни

Млечнокисели бактерии в сирене

/лактобацили/

с ким


контрола

Фиг. 3. Динамика на развитие на млечнокиселите бактерии (Lactobacillus bulgaricus) в сирене с плодове от ким, етерично масло и контрола.

1

30

с к

им

с к

им

ов

о

ма

сл

о

кон

тро

ла

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

cfu/gx10-7

време,

дни

Млечнокисели бактерии в сирене /стрептококи/

с ким


контрола

Фиг. 4. Динамика на развитие на млечнокиселите бактерии (Streptococcus thermophilus) в сирене с плодове от ким, етерично масло и контрола.

Млечнокиселите бактерии в първите 24 часа се развиват активно и в трите проби сирена. В следващите изследвани периоди очаквано броят на жизнеспособните клетки започва да намалява, поради повишаването на киселинността и създаването на неблагоприятна среда за тяхното развитие.

Установява се по-голяма толерантност към добавените плодове от ким и етерично масло от стрептококите, за разлика от лактобацилите, през целия период на изследване.

Получените резултати показват, че добавените плодове от ким и етерично масло в рецептурата на бяло саламурено сирене не влияят негативно върху развитието на млечнокиселите бактерии и осигуряват протичането на активен млечнокисел процес.

Данните от окачествяването на получените сирена по органолептични показатели са представени на табл. 1.


- 147 -

Таблица 1

Органолептични показатели

Проба Разрезна повърхност, строеж и цвят

Консистенция Вкус и аромат

контрола Гладка разрезна повърхност, бял цвят

Умерено твърда,

еластична

Специфични за зряло сирене, умерено солен и

приятно изразен млечнокисел вкус

с плодове от ким

Гладка разрезна повърхност, бял цвят с

кремав оттенък


еластична

Специфични за зряло сирене, с умерено солен и млечнокисел вкус и ясно изразен привкус на ким

с етерично масло

Гладка разрезна повърхност, бял цвят


еластична

Специфични за зряло сирене, с умерено солен и млечнокисел вкус и слабо

изразен привкус на ким


Влагането на плодове от ким и етерично масло в рецептурата на бяло саламурено сирене осигурява протичането на нормален млечнокисел процес и получаването на хранителен продукт с много добри органолептични характеристики, с което се обогатява асортимента на произвежданите млечни асортименти.


[1] Балтаджиева М., Х. Саханеков, Технология на млечните продукти, Пловдив, 1985.

[2] Дамянова С., А. Стоянова, С. Тодорова, Р. Енчева, С. Ташева. Етерично масло от плодове на ким (Carum carvi L.). Научни трудове на УХТ, т. LIX – 2012, 73 -

76. [3] Димитров Т., Г. Михайлова, П. Панайотов, М. Едгарян. Мляко и

млекопреработване, Пловдив, 2011. [4] Димитров Т., Г. Михайлова, Т. Илиев, Н. Найденова. Мляко и млечни продукти с методи за изследване, Стара Загора, 2008.

[5] Георгиев Е., А. Стоянова. Справочник на специалиста от ароматичната промишленост, Пловдив, БНАЕМПК, 2006. [6] Георгиевский В., Н. Комисаренко, Д. Дмитрук. Биологически активные веществ лекарственных растений, Новосибирск, 1990.

[7] Славчев Г., Р. Еникова, М. Макавеева. Ръководство за физикохимичен и микробиологичен контрол на млякото и млечните продукти. Асоциация на млекопреработвателите в България, София, 2003.

[8] Стоянова А., Е. Георгиев, Т. Атанасова. Ръководство за лабораторни упражнения по етерични масла, Акад. Изд. УХТ, Пловдив, 2007.

[9] Чомаков Х., С. Велев, Т. Димитров, Т. Илиев, Ч. Митева, С. Бойчева Мляко и млечни продукти, Стара Загора, 2000.

[10] БДС 15612-83 ―Продукти млечни. Органолептична оценка‖. [11] IDF-Standard 122C: 1996 - Milk and milk products - Preparation of samples and

dilutions for microbiological examination. [12] IDF-Standard 149A: 1997 - Dairy starter cultures of lactic acid bacteria -

Standard of identity.


- 148 -


ас. Димитър Трифонов Димитров, катедра ―Биотехнологии и хранителни технологии‖, Русенски университет ―Ангел Кънчев‖, Филиал-Разград, тел.: 084-520004, е-mail: [email protected]

гл. ас. д-р Илиана Иванова Костова, катедра ―Биотехнологии и хранителни технологии‖, Русенски университет ―Ангел Кънчев‖, Филиал-Разград, тел.: 084-520004, е-mail: [email protected]

доц. д-р Станка Тодорова Дамянова, катедра ―Биотехнологии и хранителни технологии‖, Русенски университет ―Ангел Кънчев‖, Филиал-Разград, тел.: 084-520004, е-mail: [email protected]

докторант инж. Михаела Георгиева Иванова, катедра „Технология на млякото и млечните продукти‖, УХТ-Пловдив, тел. 032-603783, е-mail: [email protected]

инж. Павел Атанасов Мерджанов, катедра „Технология на тютюна, захарта, растителните и етерични масла, УХТ-Пловдив, тел.: 032-603895, е-mail: [email protected]

доц. д-р Радка Вълкова Власева, катедра „Технология на млякото и млечните продукти‖, УХТ-Пловдив, тел. 032-603783, е-mail: [email protected]

проф. дтн Албена Стоянова Стоянова, катедра „Технология на тютюна, захарта, растителните и етерични масла, УХТ-Пловдив, тел.: 032-603725, е-mail: [email protected]



- 149 -

Хранителна стойност и значение на сиренето

Димитър Димитров Тодор Димитров

Nutritional value and importance of cheese: Nutritional value of cheeses are determined by their nutritions composition which includes: proteins, lipids, minerals, vitamins, etc. Cheeses are dairy products which with their big diversity satisfy the nutritional needs of people from different ages. They satisfy energy needs, support the recovery processes for groups of people with different physical activity. Some kinds of cheese are dietetic or functional food. New types of cheese are produced by new technologies but in a number of narrow limited area regions of the world in Protected Denomination of Origin and Protected Geographical Identification in craft or semiprofessional level are produced a lot of kinds of traditional cheeses.

Key words: cheese, nutritious value, importance, food, dairy products

ВЪВЕДЕНИЕ

Като всяка храна сирената обезпечават човешкия организъм с белтъчни вещества, липиди, въглехидрати и други, необходими за изграждане и поддържане на неговата структура; отделяне на енергия при тяхното разграждане; участие в сложни биохимични процеси в тялото и други.

ИЗЛОЖЕНИЕ Значение

Консумацията на храна на хора от Каталуния, Испания показва, че от обикновеното население мъже консумират средно 106 g/ден, жени средно 91 g/ден млечни продукти, а спортисти съответно средно 288 g/ден и спортистки средно 203 g/ден от същия вид храни. Като процент от общата консумация за спортистите, млечните продукти са 19 %, за спортистките те са 17 %, а за мъже и жени от обикновеното население – 7 % [6].

98,2 % от козето мляко и 92,5 % от овчето мляко, добити в Испания се преработват в сирене. В Испания има значителен брой традиционни сирена от козе и овче мляко. Някои от тях се произвеждат в изобилни количества и са защитени чрез P.D.O. (Защитено Наименование за Произход) или P.G.I. (Защитена Географска Идентификация); други се произвеждат на занаятчииско или полу-професионално ниво и са комерсиализирани и се консумират в много ограничени територии [7].

100 g българско бяло саламурено сирене от краве мляко осигуряват на организма 264 kcal енергия [1]. При разграждането на 100 g сирене Гауда се освобождават 356 kcal [2].

Хранителна стойност

Химичният състав на различните видове сирена включва: вода, белтъци, липиди, лактоза, минерални вещества, витамини и други.

Белтъци Сирената са богати на белтъчни вещества. При различните видове тяхното

съдържание е различно. При безмаслената сирищнокисела извара то е 17,2 % [2], при бялото саламурено сирене от краве мляко от 18 до 22 % [2], при сирене Гауда 25 % [2].

Съдържащите се в сирената белтъци са пълноценни, тъй като са изградени от всички незаменими аминокиселини. Като основен млечен белтък казеинът е основен белтък и за сирената. В резултат на биохимичния процес на зреене при производство на видовете сирена чиято технология го включва, по време на който белтъците се разграждат до аминокиселини, белтъците в сирената са лесно усвояеми.

При изследване на аминокиселинния състав на три партиди от три Италиански сирена (Canestrato Pugliese, Fiore Sardo и Pecorino Romano), произведени по


- 150 -

Защитено Наименование за Произход (PDO) е установено, че и в трите сирена в най-големи количества са: глутаминовата киселина, хистидина, валина, изолевцина, левцина и фенилаланина [8].

Липиди Холестеролът се съдържа предимно в храните от животински произход.

Установено е, че концентрациите на холестерол в гръцки сирена са: в меки от 51,3 до 85,3 mg/100 g; в полу-твърди от 81,0 до 102,6 mg/100 g и в твърди от 76,2 до 110,5 mg/100 g [3]. Дневният препоръчителен прием на холестерол с храната е до 300 mg [4]. За гръцки сирена са установени така също средните стойности на наситените, мононенаситените, полиненаситените и транс мастни киселини в тях. Съдържанието на наситените мастни киселини в различните видове сирена е съответно: в меки 17,2 g/100 g; в полутвърди 18,3 g/100 g; в твърди 21,6 g/100 g. Меките сирена съдържат 5,0 g/ 100 g мононенаситени мастни киселини, полутвърдите 5,56 g/100 g и твърдите 6,6 g/100 g. Средните стойности на полиненаситените мастни киселини за меки; полутвърди и твърди сирена респективно са: 0,7; 1,03 и 1,2 g/100 g. Съдържанието на транс мастни киселини за всички изследвани видове сирена средно е 1,06 g/100 g [3]. Съотношението мазнина/белтък показва, че съдържанието на мазнина в Гръцки сирена е относително по-високо в сравнение с това в сходни видове сирена от други Европейски държави. Установена е строга зависимост между холестерола и съдържанието на мазнина за събраните данни. Тенденция на намаляващи съотношения холестерол/мазнина и холестерол/енергия с увеличение на съдържанието на мазнина, предполага че Гръцките сирена вероятно не са претоварени с холестерол [3].

Лактоза При подсирване на млякото и следващия процес на отделяне на суроватка

става преминаване на по-голямата част от лактозата в суроватката. Тази част от нея, която остава в сиренето се подлага под действие на микрофлората на превръщания като се получават диацетил, ацеталдехид, етанол и въглероден диоксид [9]. При млечнокиселата ферментация млечнокиселите бактерии продуцират от лактозата млечна киселина.

Минерални вещества

100 g сирене Гауда доставят около 70 % от необходимото дневно количество калции [2].

Натрии, калции и цинк, желязо, алуминии са открити в максимални количества в Диарбекирско топено сирене [5].

Установено е, че 100 g твърдо сирене осигурява приблизително половината от необходимото количество фосфор на ден за възрастни [10].

Витамини

50 g твърдо сирене доставят на организма 15 % от препоръчителния дневен прием на витамин А, над 10 % от приема на витамин В2, над 20 % от приема на витамин В6 и приблизително 40 % от приема на витамин В12.

80 % от витамин А преминават в сиренето за приготвянето на което като суровина се използва пълномаслено мляко. Изследванията показват, че някои микроорганизми използвани като стартерни култури при производството на сирене могат да синтезират витамини от В-комплекс, а някои пропионовокисели бактерии могат да отделят витамин В12 в сиренето [11].

ИЗВОДИ Сирената са висококалорична пълноценна и здравословна храна с високо

протеиново съдържание, което се увеличава при някои видове сирена произведени чрез ултрафилтрация или други мембранни методи, за сметка на по-пълноценното оползотворяване на суроватъчните протеини. Произвеждат се в много широк спектър от типове в почти всички крайща на света.


- 151 -

Значителна част от общото количество добито мляко в световен мащаб се преработва в сирене и значителен е дялът на сирената от общата консумация на храна дневно за населението на Европа.


[1] Наредба 23 на Министерството на здравеопазването от 19 май 2001 г. за условията и изискванията за представяне на хранителната информация при етикетирането на храните (обн. ДВ, бр. 53 от 12 юни 2001 г., изм. ДВ. бр. 41 от 13 май 2005 г., изм. ДВ. бр.74 от 15 септември 2009 г.)

[2] Димитров,Т., Г.Михайлова, П.Панайотов, М.Едгарян. Мляко и млекопреработване. „ИНТЕЛЕКСПЕРТ-94‖, Пловдив, 2011, 109-145.

[3] Andrikopoulos,N., N.Kalogeropoulos, A.Zerva, U.Zerva, M.Hassapidou, V.Kapoulas. Evaluation of cholesterol and other nutrient parameters of Greek cheese varieties, Journal of Food Composition and Analysis, v. 16, April 2003, 2, 155 – 167.

[4] Наредба 23 от 19 юли 2005 г. на Министерството на здравеопазването за физиологичните норми за хранене на населението

[5] Merdivan,M., E.Yilmaz, C.Hamamci, R.Aygun. Basic nutrients and element contents of white cheese of diyarbakir in turkey, Food Chemistry, v. 87, September 2004, 2, 163 – 171.

[6] Falco,G., A.Bocio, J.Llobet, J.Domingo. Health risks of dietary intake of environmental pollutants by elite sportsmen and sportswomen, Food and Chemical Toxicology, v. 43, December 2005, 12, 1713 – 1721.

[7] Martinez,S., I.Franco, J.Carballo. Spanish goat and sheep milk cheeses, Small Ruminant Research, v. 101, November 2011, 1–3, 41 – 54.

[8] Cagno,R., J.Banks, L.Sheehan, P.Fox, E.Brechany, A.Corsetti, M.Gobbetti. Comparison of the microbiological, compositional, biochemical, volatile profile and sensory characteristics of three Italian PDO ewe`s milk cheeses, International Dairy Journal, v. 13, 2003, 12, 961 – 972.

[9] Law,B., F.Davies. Flavour development in cheeses in: Advances in the microbiology and biochemistry of cheese and fermented milk, Elsevier Appl. Sci. Publ., London, UK, 1984, 187 – 208.

[10] Buchowski,M., D.Miller. Journal of Food Science, 1990, 55, 1293. [11] Scott,R., K.Robinson, A.Wilbey. Cheesemaking practice, Aspen Publishers Inc.,

Gaithersburg, 1998 За контакти: Ас. Димитър Димитров, Катедра „Биотехнологии и хранителни технологии‖,

Русенски университет „Ангел Кънчев‖ – Филиал Разград, тел.:084520004, e-mail: [email protected]

Проф. д.с.н. Тодор Димитров, Катедра „Биотехнологии и хранителни технологии‖, Русенски университет „Ангел Кънчев‖ – Филиал Разград, тел.:084520004, e-mail: [email protected]



- 152 -

Изследване на поведението на образци от плосък и вълнообразен

картон при натоварване на натиск

Делян Господинов, Вилхелм Хаджийски, Стефан Стефанов

Study of of the behavior of flat and corrugated paperboard during compressive loading: Corrugated paperboard is the most used material for producing different types of boxes used for packaging stock items for the purpose of transportation and storing. Most oftenly they are stored in stacks by arranging packages one above another. Lower-level boxes are then subjected to compressive loading from the weight of the upper boxes. The ability of a package to withstand such forces is an important characteristics which depends on the strength parameters of the corrugated paperboard used for its production. Experimental study is conducted on corrugated paperboard samples which are subjected to compressive loading and equivalent characteristics are determined. Specimens of flat paperboard are also tested in order to obtain information about the influence of the individual layers of the corrugated paperboard on its equivalent mechanical characteristics.

Key words: paperboard, corrugated, experimental, determination, mechanical, properties, compressive, loading.

ВЪВЕДЕНИЕ

Вълнообразния картон е материал намиращ изключително широко приложение в областта на опаковането. Той се използва за направата на голямо разнообразие от кутии, както и други видове опаковки. Причините за това широко приложение са няколко, като една от тях е способността му да издържа на механични натоварвания.

Една от основните функции на опаковките е защитната. Те трябва да предпазят опакованите изделия от вредните въздействия на околната среда. Най-често срещаното приложение на опаковките от вълнообразен картон е свързано с осигуряването на условия за транспорт и складиране на различни продукти.

При транспортиране често кутиите се подреждат на стилажи една върху друга. По този начин тези които са разположени на по-долни нива в стилажа се подлагат на натисково натоварване, възникващо от тежестта на кутиите поставени на по-горните нива. Когато големината на това натоварване надвиши определена стойност – критична за дадената опаковка, настъпва изкълчване в стените и смачкване на опаковката. Това може да доведе не само до увреждане на опакованите изделия, но и до аварийни ситуации поради разпадане на целия стилаж.

Способността на една опаковка да издържа на такова натоварване се оценя посредством провеждането на експериментални изпитания. Чрез тях се определя максималната големина на натоварващата сила, която една кутия е способна да издържи.

Влияние върху тази характеристика на опаковката оказват механичните свойства на вълнообразния картон използван за нейното производство, а също така и нейните основни геометрични параметри. Съществуват формули даващи възможност да се изчисли теоритична стойност на максимално допустимата сила за една опаковка, като се знаят определени показатели на материала от който е изработена, както и нейнината дължина, широчина и височина [4]. Тези формули обаче не осигуряват необходимата точност.

Редица европейски директиви приети през последните години налагат изискване спрямо производителите на изделия от хартия и картон, да се намали количеството на влагания материал. Това разбира се не трябва да довежда до влошаване на основните якостни показатели на тези изделия.

Необходима е оптимизация на произвежданите опаковки, която може да се осъществи чрез използване на съвремени методи за инженерен анализ [2], като метода на крайните елемент. За да бъде приложим този метод за изделия


- 153 -

изработени от вълнообразен картон са необходими по-задълбочени познания за неговите механични свойства, както и на факторите които оказват влияние върху тях. Едно такова изучаване може да се постигне чрез провеждане на експериментални изследвания.

Най-често вълнообразния картон се състои от три слоя: два външни, който са плоски и един вътрешен, който е навълнен (фигура 1). Еквивалентните му механични свойства зависят от свойствата на картоните от които съставят тези три слоя, както и негови основни геометричните параметри, като стъпка и височина на вълнатата на навълнения слой [1].

Фиг. 1. Обща структура на вълнообразния картон

ИЗЛОЖЕНИЕ Поради факта, че вълнообразния картон се състои от няколко слоя плосък

картон, е необходимо да се проведат изпитания на образци от този тип картон, за да се изучи по-подробно поведението му при натоварване на натиск.

За целта на изследването се използват пробни тела, чиито размери са съобразени с изискванията на действащите стандарти. При изпитването на плосък картон на натиск те са с правоъгълна форма. Дължината им е 150 mm., а широчината 13 mm. Схема на един такъв образец е показана на фигура 2.

Фиг. 2. Схема на образец за изпитване на плосък картон на натиск

Изпитват се образци от два типа плосък картон – тип SF и тип SL. Първия се

използва при производството на вълнообразен картон, като се подлага на навълняване и се използва за направата на вътрешния слой. Неговата дебелина е 0,175 mm. Втория тип картон се използва за направата на двата външни равнинни слоя. Дебелината му е 0,186 mm.

Преди провеждане на изпитанията образците престояват 48 часа в среда с температура 21,3° С и относителна влажност 48,6 %. Това се налага поради силното влияние, което влагата оказва върху механичните свойства на хартията и картона [3].

При изпитването на натиск на плосък картон образеца се огъва по окръжност с диаметър 48,7 mm. Тази стойност на диаметъра е избрана, така че да бъде кратна на числото π, което улеснява последващи изчисления свързани с обработването на резултатите.

Самото изпитание се провежда на уред тип преса, като образеца се поставя между две повърхности – плочи. Едната е подвижна а другата неподвижна, като тя служи за опора. Посредством намаляване на разстоянието между тях се реализира натоварването на натиск на образеца. Измерва се големината на натоварването както и преместването на повърхнината на образеца, която контактува с подвижната


- 154 -

плоча на изпитвателния стенд. Механичното въздействие продължава до момента в който се регистрира спад в големината на прилаганата сила при нарастваща стойност на преместването, което е индикация, че е настъпило изкълчване в изпитваното пробно тяло.

Тъй като геометричните параметри на образците са известни, използвайки измерените стойности за натоварването и преместването се определя напрежението и относителната деформация. Построяват се диаграмите „напрежение – деформация‖ за двата типа плосък картон. Те са показани на фигура 3 и фигура 4. Означенията MD (Machine Direction) и CD (Cross Direction) са съответно за машинно и напречно направление на картона.

0

1

2

3

4

5

6

0.0% 0.5% 1.0% 1.5%

Относителна деформация

Нап

реж

ен

ие [

MP

a]

MD CD

Фиг. 3 Диаграма „напрежение – деформация‖ за плосък картон тип SL при натоварване на натиск

0

1

2

3

4

5

6

0.0% 0.5% 1.0% 1.5%


Нап

реж

ен

ие [

MP

a]

MD CD

Фиг. 4 Диаграма „напрежение – деформация‖ за плосък картон тип SF при натоварване на натиск

От диаграмите се вижда първоначално линейно нарастване на напрежението,

като при натоварване в машинно направление, то е по-голямо отколкото в напречно направление. При достигане на определена големина на напрежението се получава


- 155 -

спад в неговото нарастване, след което се достига максимум след който започва понижаване при интензивно нарастваща деформация. Максималното напрежението σmax е тава при която настъпва изкълчване. Неговите стойности за изпитаните типове картони са дадени в таблица 1.

Определя се тангенса Еусл на ъгъла на наклона на линейния участък, чиито стойности са дадени в таблица 1. Означението Fmax е за големината на натоварващата сила за конкретния тип картон, при която е настъпило изкълчване.

Таблица 1 Получени стойности от изпитания на образци от плосък картон

Тип картон

Напр. Fmax

[N] σmax

[MPa] Eусл

[MPa]

SL MD 136,56 4,89 566,34

CD 97,62 3,50 419,01

SF MD 156,62 5,97 719,02

CD 108,50 4,13 465,32

От стойностите в таблица 1, както и от графиките на фигура 3 и 4 се виждат по-

високите якстни показатели на картона при натоварване в машинно направление, отколкото при натоварване в напречно направление.

Изследването продължава с изпитване на натиск на образци от вълнообразен картон. Те са също с правоъгълно сечение (фигура 5), като дължината им е 100 mm. а широчината 24 mm.

Фиг. 5. Образец от вълнообразен картон за изпитване на натиск

Изпитанието се провежда на стенд тип преса, като натоварването се прилага

посредством подвижна плоска повърхност, която контактува с повърнина на образеца, докато той е поставен върху неподвижна основа. Силата, чиято големина нараства с определена скорост, се прилага до момента в който се регистрира понижение в стойността и при продължаващо интензивно деформиране на образеца. Деформацията се определя, като се измерва преместването на повърхнината на образеца, която контактува с подвижната повърхност на изпитвателния стенд.

Преди самото изпитание, пробните тела престояват 48 часа в помещение с температура 21,3° С и относителна влажност 48,6%.

Използват се образци от вълнообразен картон с два различни типа на вълната [2] – вълна тип „С‖ и вълна тип „В‖. Плоските слоеве на двата типа вълнообразен картон са направени от плосък картон тип SL а навълнените слоеве от плосък картон тип SF.

От получените данни за големината на натоварването и деформацията, при известни геометрични размери на образците се определя еквивалентната диаграма „напрежение – деформация‖ на вълнообразния картон. Тъй като според изискванията на стандарта това изпитание се извършва само при натоварване в напречно направление, не са провеждани тестове при натоварване в машинно направление. Получените диаграми са показани на фигура 6.


- 156 -

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

0% 1% 2% 3% 4%


Нап

реж

ен

ие [

MP

a]

C B

Фиг. 6 Диаграми „напрежение – деформация‖ за образци от вълнообразен картон с тип на вълната С и В

От диаграмите се вижда, аналогичното поведение на вълнообразния картон с

това на образците от плосък картон.

Таблица 2 Получени стойности от изпитания на образци от вълнообразен картон

Тип Fmax

[N] σmax [MPa]

Eусл,екв [MPa]

C 334,00 0,86 60,16

B 365,50 1,22 81,70

Определя се тангенса Еусл,екв на ъгъла на наклона на линейния участък от

диаграмите за двата типа вълнообразен картон. Данните са представени в таблица 2. С Fmax е означена силата при която е настъпило изкълчване в образeца.

От данните в таблица 2 се вижда, че вълнообразния картон с тип на вълната В е с по-добри якостни характеристики. Максималната допустима сила, която е измерена за този тип картон е с 9,43% по-голяма от тази на картон с тип на вълната С. Картона тип В е и по-корав, което се вижда от стойностите на тангенса на ъгъла на наклона на линейния участък от кривите.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Данните получени чрез проведените експерименти върху образци от плосък и

вълнообразен картон дават възможност да се изучи по-подробно поведението им при условията на натоварване на натиск.

Получените диаграми „напрежение – деформация‖ за тези материали дава възможност да се определят техни механични характеристики, който могат да бъдат използвани при построяването на триизмерни модели базирани на метода на крайните елементи на изделия от този тип материали. Тези модели биха били приложими от инженерите на етапа на конструиране на нови продукти от плосък и вълнообразен картон, като опаковки.


- 157 -

ЛИТЕРАТУРА [1] Господинов Д., Приложение на метода на крайните елементи за изучаване

на свойствата на вълнообразния картон, Хранителна наука техника и технологии – 2011, стр 365-369, 2011.

[2] Господинов Д., Хаджийски В., Приложение на съвременни методи за инженерен анализ при оптимизиране на опаковки от вълнообразен картон, НТ-УХТ-Пловдив, том LVI, св. 2, 319-324, 2009 год.

[3] Gospodinov Delyan, Stefanov Stefan, Hadjiiski Vilhelm, Use of the finite element method in studying the influence of different layers on mechanical characteristics of corrugated paperboard, Technical Gazette, Number 3, Volume 18, ISSN 1330-3651, p. 357-361, 2011

[4] МcКее, R.C., J.W. Gander, J.R. Wachuta., Compression strength formula for corrugated boxes // Рареrbоагd Packaging, vol. 48, nо. 8, рр. 149-159, 1963

За контакти: Проф. Стефан Стефанов – катедра МАХВП, УХТ Пловдив Докладът е рецензиран.


- 158 -

Влияние на компонентите на хранителната среда върху развитието и антибиотичната активност на Bacillus subtilis TS 01

Севдалина Тодорова

Influence of medium components on the development and antibiotic activity of Bacillus subtilis

TS 01: The individual effects of the components of the medium on the development and antibiotic activity of Bacillus subtilis TS 01 was examined. It was found that the development and antibiotic activity depend on the type and concentration of carbon and nitrogen sources and concentrations of salts in the medium. The obtained results are statistical analysed. A optimal complex fermentation medium of B. subtilis TS 01 was composed with the following composition (in %): glucose - 1.5; corn extract (as nitrogen) - 0.3; KH2PO4 - 0.15; MgSO4 - 0.01, pH 7.0.

Key words: Bacillus subtilis, medium components, antibiotic activity, phytopathogens

ВЪВЕДЕНИЕ Щам Bacillus subtilis TS 01 е изолиран от почва и таксономично определен в

проведени предишни изследвания [10]. Той проявява висока антибиотична активност и широк спектър на действие срещу фитопатогенни микроорганизми и е добър биоконтролиращ агент за растителна защита [5]. Антибиотичната активност се постига при дълбочинно култивиране на щама в добре подбрани, балансирани по състав хранителни среди [4].

Целта на настоящата работа е да се проучи самостоятелното влияние на компонентите на хранителната среда върху развитието и антибиотичната активност на B. subtilis TS 01.

ИЗЛОЖЕНИЕ Биоагент В изследванията е използван щам B. subtilis TS 01. Съхранението,

поддържането и условията за култивиране на щама, както и получаването на стерилен филтрат от културална течност, са описани в предишни публикации [4].

Тест – микроорганизми При определяне на антибиотичната активност са използвани фитопатогените

Botrytis cinerea и Pseudomonas syringae pv. tomato Ro. Поддържането, съхранението и приготвянето на суспенсии на тест-микроорганизмите са описани в предишни изследвания на Тодорова и Кожухарова [4, 5].

Хранителна среда

Като базисна хранителна среда за култивиране на B. subtilis TS 01 се използва подбраната в предишни изследвания като най-подходяща среда 3 [4]. Изследвано е влиянието на вида и концентрацията на компонентите й върху количеството на биомасата, рН на културалните среди и върху антигъбната и антибактерийна активност на B. subtilis TS 01.

Влияние на вида и концентрацията на въглеродния източник

Среда 3 съдържа 10 g l-1 глюкоза. В останалите варианти въглеродният източник се заменя със захароза, манитол, инозитол, глицерол и нишесте в количества, равни на глюкозата по съдържание на въглерод. В следващия етап е изследвано влиянието на концентрацията на глюкозата, варирана в следните количества: 0,50 %, 0,75 %, 1,00 %, 1,25 %, 1,.50 %, 1,75 %, 2,00 %, 2,25 %, 2,50 %, 2,75 % и 3,00 %.

Влияние на вида и концентрацията на азотния източник

Среда 3 съдържа 10 g l-1 пептон. В останалите варианти като азотен източник се включват различни органични и неорганични вещества: дрождев екстракт, месен екстракт, царевичен екстракт, царевичен глутен, соев протеин, соево брашно, рибено брашно, глутаминова киселина, аспарагин, карбамид, KNO3,


- 159 -

NaNO3, NH4Cl, (NH4)2SO4 и NH4H2PO4 в количества, равни на пептона по азотно съдържание.

В следващия етап на изследването се варира концентрацията на царевичния екстракт както следва: 0,050 %, 0,125 %, 0,300 %, 0,500 %, 0,700 %, 0,900 % и 1,100 %.

Влияние на концентрацията на KH2PO4

Концентрацията на KH2PO4 се варира както следва: 0,00 %, 0,025 %, 0,05 %, 0,10 %, 0,15 % и 0,20 %.

Влияние на концентрацията на MgSO4 Концентрацията на MgSO4 се варира както следва: 0,00 %, 0,01 %, 0,05 %, 0,10

% и 0,15 %. Определяне на антибиотичната активност Антибиотичната активност е определена по метода на дифузия в агар с ямки [4, 10].

Определяне на биомасата Биомасата се определя по тегловния метод след сушене при 105 °С до

постоянна суха маса и се изразява в % с.в. [2]. За някои среди биомасата включва клетки и неразтворени компоненти на съставките.

Определяне на рН рН се определя потенциометрично с рН-метър ТМ6. Статистика Резултатите са статистически обработени, като са представени средните

стойности със съответната им средна грешка при ниво на значимост Р=0.05 [1, 3]. РЕЗУЛТАТИ И ОБСЪЖДАНЕ

Изследвано е влиянието на вида на въглеродния източник върху развитието и антибиотичната активност на B. subtilis TS 01. Резултатите са отразени в таблица 1.

Таблица 1

Влияние на въглеродния източник върху развитието и антибиотичната активностна B. subtilis TS 01

Въглероден източник

Биомаса, % с.в. рН

Активност в стерилни зони, mm срещу:

B. cinerea P. syringae pv.

tomato Ro

Глюкоза 0.318 8.10 33.0±0.23 40.0±0.63

Захароза 0.169 8.00 29.6±0.27 33.6±0.16

Манитол 0.300 8.00 31.0±0.133 40.3±0.23

Инозитол 0.198 7.94 27.0±0.45 38.3±0.27

Глицерол 0.097 8.25 29.0±0.23 38.0±0.13

Нишесте 0.116 8.30 22.6±0.62 16.0±0.46

От представените данни в таблица 1 се вижда, че глюкозата остава най-

добрия въглероден източник в състава на среда 3. При включването й в компонентния състав биомасата на щама достига 0.318 % с.в., а pH на културалната среда се повишава до 8.1. Антибиотичната активност, изразена с размера на стерилните зони, срещу B. cinerea е 33.0 mm, а срещу P. syringae pv. tomato Ro – 40.0 mm. Получените резултати потвърждават общата тенденция, че най-често в средите за култивиране на B. subtilis като въглероден източник се използва глюкоза [7, 8].

Добър въглероден източник според резултатите от проведеното изследване е и манитол. Щамът се развива малко по-слабо - биомасата на културата достига 0.300


- 160 -

% с.в., но антимикробната активност също е много добре изразена – стерилните зони са 31.0 mm срещу B. cinerea и 40.3 mm срещу P. syringae pv. tomato Ro. По отношение на този въглероден източник получените от направеното изследване резултати съвпадат с тези на Kugler et al. [6].

От данните в таблица 1 се вижда също, че като неподходящ въглероден източник за растежа и активността на щам B. subtilis TS 01 се оказва нишесте – стерилни зони 22.6 и 16.0 mm съответно срещу B. cinerea и P. syringae pv. tomato Ro.

Анализирайки получените резултати, като въглероден източник в хранителната среда за култивиране на B. subtilis TS 01 е подбрана глюкоза.

В следващия етап е изследвано влиянието на концентрацията на глюкозата върху антибиотичната активност на B. subtilis TS 01. Тя е варирана от 0.50 % до 3.00 %. Получените резултати са представени в таблица 2.

Таблица 2

Влияние на концентрацията на глюкозата върху развитието и антибиотичната активност на B. subtilis TS 01

Глюкоза, %

Биомаса, % с.в.

рН



tomato Ro

0.50 0.214 8.14 29.8±0.49 36.0±0.63

0.75 0.241 8.12 30.8±0.59 28.8±0.32

1.00 0.317 8.14 32.8±0.37 40.8±0.50

1.25 0.340 8.10 32.3±0.52 40.6±0.32

1.50 0.404 8.14 33.1±0.30 41.0±0.38

2.00 0.327 8.12 32.0±0.39 39.8±0.50

2.50 0.299 8.12 30.9±0.32 39.8±0.50

3.00 0.272 8.13 30.2±0.39 40.3±0.59

Щамът се развива най-добре и антибиотичната му активност е най-висока при

концентрация на глюкозата 1.50 %. При използването й в по-високи концентрации антибиотичната активност на щама намалява, което може би се дължи на катаболитна репресия. Изследвано е влиянието на различни органични и минерални източници на азот върху развитието и антибиотичната активност на B. subtilis TS 01. Получените резултати са отразени в таблица 3.

Данните в таблица 3 показват, че най-добри азотни източници в състава на среда 3 са органичните. Развитието на щама и антибиотичната му активност са еднакво добре изразени. Антигъбната активност на щама е най-висока при включване в състава на хранителната среда на царевичен екстракт, соево брашно, соев протеин и царевичен глутен. Стерилните зони срещу P. syringae pv. tomato Ro са най-големи при пептон, аспарагин, царевичен екстракт.


- 161 -

Таблица 3 Влияние на азотния източник върху развитието и антибиотичната активност на B.

subtilis TS 01

От представените резултати се вижда също, че много добър неорганичен азотен източник е NH4Cl. Активността на щама е 30.3 mm и 38.0 mm съответно срещу B. cinerea и P. syringae pv. tomato Ro. Недостатък е по-малкото количество натрупана биомаса.

Таблица 4 Влияние на концентрацията на царевичния екстракт върху развитието и

антибиотичната активност на B. subtilis TS 01

Царевичен екстракт, % (по азот)


рН



tomato Ro

0.050 0.318 7.51 34.9±0.45 38.6±0.32

0.125 0.404 8.40 36.6±0.43 40.0±0.63

0.300 0.523 9.67 38.0±0.32 41.2±0.59

0.500 0.685 9.77 37.8±0.38 43.0±0.71

0.700 1.099 9.74 37.2±0.59 43.1±0.26

0.900 1.417 9.61 35.8±0.25 43.0±0.63

1.100 1.796 9.50 35.5±0.69 40.6±0.45

В заключение може да се каже, че азотният източник в среда 3 също оказва съществено значение върху развитието и активността на щам B. subtilis TS 01, като изводите ни са в унисон с мнението и на други изследователи [6, 9] по отношение

Азотен източник Биомаса,

% с.в. рН



tomato Ro

Пептон 0.320 8.04 33.5±0.13 39.6±0.30

Дрождев екстракт 0.390 9.00 26.5±0.27 28.0±0.33

Месен екстракт 0.190 7.82 28.8±0.25 25.6±0.13

Царевичен екстракт 0.388 8.48 36.0±0.23 38.3±0.19

Царевичен глутен 0.326 7.50 34.2 ±0.13 31.0±0.25

Соев протеин 0.827 9.53 34.6±0.46 31.6±0.33

Соево брашно 0.834 9.32 35.3±0.25 35.0±0.30

Рибено брашно 0.542 9.25 31.2±0.33 26.6±0.23

Глутаминова киселина 0.109 6.90 20.0±0.16 22.3±0.52

Аспарагин 0.200 8.20 32.0±0.30 39.0±0.0

Карбамид 0.111 7.30 28.0±0.46 28.0±0.24

KNO3 0.165 7.50 28.3±0.33 30.4±0.16

NaNO3 0.147 7.30 27.0±0.25 34.3±0.23

NH4Cl 0.139 6.00 30.3±0.32 38.0±0.13

(NH4)2SO4 0.158 5.60 26.0±0.16 25.5±0.27

NH4H2PO4 0.113 5.30 22.0±0.18 17.0±0.30


- 162 -

изискванията на щамове B. subtilis. Противоречиво становище в това отношение изказват Wang et al. [11].

Обобщавайки резултатите се налага извода, че е по-целесъобразно като азотен източник в среда 3 да се включи царевичен екстракт.

В хода на изследването е проучено и влиянието на концентрацията на царевичния екстракт върху антибиотичната активност на B. subtilis TS 01. Тя е варирана от 0.050 до 1.100 %. Получените резултати са представени в таблица 4. Анализирайки данните, е подбрана концентрация на царевичния екстракт 0.300 %. При нея антибиотичната активност на щама е много силно изразена, като стерилните зони срещу B. cinerea са най-големи – 38.0 mm, и развитието на щама е много добро – образуваната биомаса е 0.523 % с.в.

Концентрацията на KH2PO4 е варирана от 0 до 0.2 %. Резултатите от изследванията са представени в таблица 5. Вижда се, че растежът на културата и антибиотичната й активност достигат най-високи стойности при концентрация на KH2PO4 от 0.15 %.

Таблица 5

Влияние на концентрацията на KH2PO4 върху развитието и антибиотичната активност на B. subtilis TS 01

KH2PO4, %


рН



tomato Ro

0.000 0.630 8.80 31.2±0.45 41.6±0.46

0.025 0.642 8.96 34.2±0.39 43.3±0.59

0.050 0.597 8.89 36.2±0.39 43.6±0.43

0.100 0.548 8.95 37.6±0.60 44.0±0.0

0.150 0.551 8.97 38.6±0.32 44.0±0.27

0.200 0.510 8.85 36.2±0.39 45.2±0.39

Концентрацията на MgSO4 е варирана от 0 до 0.15 %. Данните от резултатите са представени в таблица 6. Оптимална за развитието на щама и за антибиотичната му активност е най-ниската концентрация на MgSO4 – 0.01 %.

Таблица 6

Влияние на концентрацията на MgSO4 върху развитието и антибиотичната активност на B. subtilis TS 01

MgSO4, %


рН



tomato Ro

0.00 0.554 9.01 39.0±0.0 42.0±0.45

0.01 0.571 9.12 39.2±0.39 43.1±0.30

0.05 0.558 8.98 38.8±0.43 41.0±0.38

0.10 0.544 8.98 38.0±0.38 41.8±0.39

0.15 0.507 9.00 37.6±0.45 40.2±0.59


В резултат на така проведените изследвания върху влиянието на компонентите на хранителната среда бе съставена комплексна ферментационна


- 163 -

среда за култивиране на B. subtilis TS 01 със следния състав (в %): глюкоза – 1.5; царевичен екстракт (спрямо азот) – 0.3; KH2PO4 – 0.15; MgSO4 – 0.01, с рН 7.0.

ЛИТЕРАТУРА [1]. Батунер,П. Математические методы в химической технике. Ленинград: Химия, 1971. [2]. Бешков,М.Н., Е.А.Карова, И.Mургов. Ръководство за упражнения по

микробиология. София: Земиздат, 1986. [3]. Михайлова,П., Ф.Страка, И.Апостолов. Математико-статистическа

обработка на резултатите. В: Растително-защитна прогноза и сигнализация. София: Земиздат, 1982, 199-222.

[4]. Тодорова,С., Л.Кожухарова. Проучване влиянието на състава на хранителната среда върху биоконтролиращата активност на Bacillus subtilis TS 01. Съюз нз учените Стара Загора, 2005, 2, 185-191.

[5]. Тодорова,С., Л.Кожухарова. Определяне антимикробния спектър на действие на Bacillus subtilis TS 01, култивиран в различни хранителни среди. Научни трудове на Русенски университет „Ангел Кънчев‖, 2008, 47, 8, 13-19.

[6]. Kugler, M., W. Loeffler, C. Rapp, A. Kern, G. Jung. 1990. Rhizocticin A, an Antifungal Phosphono-oligopeptide of Bacillus subtilis ATCC 6633: Biological Properties. Archives of Microbiology. 153, 276-281

[7]. Ohno, A., T. Ano, M. Shoda. 1993a. Production of the Antifungal Peptide Antibiotic, Iturin by Bacillus subtilis NB22, in Solid State Fermentation. Journal of Fermentation and Bioengineering. 75, 1, 23-27

[8]. Phae,C.G., M.Shoda. Investigation of Optimal Conditions for Foam Separation of Iturin, an Antifungal Peptide Produced by Bacillus subtilis. Journal of Fermentation and Bioengineering. 1991.71, 2, 118-121

[9]. Schmiedeknecht, G., I. Issoufou, H. Junge, H. Bochow. 2001. Use of Bacillus subtilis as biocontrol agent. V. Biological control of diseases on maize and sunflowers. Journal of Plant Diseases and Protection. 108, 5, 500-512

[10]. Todorova,S., L.Kozhuharova. Characteristics and antimicrobial activity of Bacillus subtilis strains isolated from soil. World J Microbiol Biotechnol, 2010, 26, 1207-1216.

[11]. Wang, S. L., I. L. Shih, C. H. Wang, K. C. Tseng, W. T. Chang, Y. K. Twu, J. J. Ro, C. L. Wang. 2002. Production of Antifungal Compounds from Chitin by Bacillus subtilis. Enzyme and Microbial Thechnology. 31, 321-328.


гл. ас. д-р Севдалина Тодорова, катедра ―Биотехнологии и хранителни технологии‖, Русенски университет ―Ангел Кънчев‖, Филиал - Разград, тел.: 0879115770, e-mail: [email protected]



- 164 -

Изследване върху технологичната характеристика на обогатено с течни и твърди мазнини тесто

Валентина Чонова, Росен Чочков

Effect of liquids and solids fats upon technological property of fortified dough. In breadmaking

and confectionary products the fats are used very widely. The effect of liquid (sunflower oil) and solid fat (margarine) on the dough technological characteristics was studied. Using of liquid fat in quantity of 3 % don’t make difficult the dough fermentation, a gas formation is a large and close to that of control sample dough. The dough intensity is larger than the control gas retention ability and acidity similarly. Fats imported in different quantities (5, 10 and 15 %) reduce the fermentation intensity but increased the gas retention properties. Using of solid fats - margarine has no significant effect on the fermentation.

Key words: Liquid and solid fat, Тhe dough technological characteristics.

ВЪВЕДЕНИЕ

Използването на мазнини в хлебопроизводството е желателно, защото те спомагат за повишаване на хранителната стойност на хляба и подобряват качеството му. За установяване на оптималната дозировка на мазнините, която не снижава активността на бактериалната микрофлора в тестото са правени изследвания в лабораторни условия от Chin et al [1] върху съзряването на гъсто маяно тесто от пшенично брашно със средни хлебопекарни качества. Те са изследвали влиянието на 1, 2 и 3 % мазнина върху количеството на отделения СО2 по време на ферментация, скоростта на изменение на обема, обща и титруема киселинност.

Получениете резултати показват, че въвеждането на 1-2 % мазнина увеличава газообразуването, а внасянето на 3 % мазнина го намалява в сравнение с газообразуването на контролата, която е без мазнина. Освен това в първия случай максималният обем на маяното тесто се достига по-рано с около 1 h в сравнение с контролата, а във втория случай достигането на максималния обем се забавя. Скоростта на изменение на обема се изменя нелинейно: първоначално се увеличава, достига максимум и към края намалява до нула. При въвеждане на 1-2 % мазнина интензивността на ферментацията нараства в сравнение с контролата като достига максимално значение в пробите с 2 % мазнина. Добавянето на 3 % мазнина забавя скоростта на процеса. Аналогична зависимост се наблюдава и при натрупването на киселини. Добавянето на 1-2 % мазнина интензифицира този процес, а внасянето на 3 % мазнина го забавя.

Основният извод, който се налага от изследванията на Jacob и Leelavathi [3] е, че внасянето на 1-2 % хлебопекарна мазнина интензифицира ферментацията. Счита се, че чрез мазнината в тестото се внася определено количество ненаситени мастни киселини, които играят определена положителна роля в обменните процеси на дрождевите клетки. Внасянето на 3 % мазнина намалява интензивността на ферментацията, количеството на отделения СО2 намалява, забавя се нарастването на обема и натрупването на киселини.

Jungle, Moore и Hoseney [4, 5] са изследвали влиянието на шортенинг върху процеса на изпичане. Прибавянето на шортенинг в рецептурата на тестото увеличава обема на хляба и възпрепятства изпускането на СО2 за известно време в началото на изпичането. При традиционният начин на ферментиране на тестото е установено, че количеството на образувания СО2 е еднакво в тестото с и без шортенинг. Но независимо от това увеличението на обема на тестото с шортенинг по време на изпичането е по-голямо, както е по-дълго и времето на подема. От това следва, че шортенингът притежава качествата на газозадържаща добавка.

Изследванията върху обогатено с по-голям процент течна мазнина, както и върху обогатеното с твърда мазнина тесто са оскъдни и затова целта на настоящото


- 165 -

изследване е да се определи влиянието на добавената в тестото течна и твърда мазнина върху технологичната характеристика на тестото.

ИЗЛОЖЕНИЕ Използвани материали: Пшенично брашно – тип 500 – БДС 2684-79; Пресувана

мая – БДС 483-80; Готварска сол – БДС 8840-71; Слънчогледово масло – БДС 1-77; Маргарин – ISO 9002-94; Питейна вода, отговаряща на санитарно-хигиенните изисквания за питейна вода, съгласно БДС 2823-83.

Методи: Определяне на газообразуваща способност на тесто с микрогазометър по

възприетия метод [7]. Определяне на газoзадържаща способност с микрогазометър като отношение

между количеството задържан газ и количеството образуван газ [7]. ГЗС = задържан газ, cm3 .100, % (1) образуван газ, cm3 Определяне на подемната сила на тесто по метода на изплуване на тестено

топче – по възприетия метод [6]. Титруема киселинност – определя се по възприетия метод [2]. РЕЗУЛТАТИ И ДИСКУСИЯ Изменението на газообразуването по време на ферментация при използване на

течна мазнина (слънчогледово масло) е представено на фиг. 1. Още в началото на ферментацията (30-60 min) в контролното тесто се образува голямо количество СО2, което през следващите 30-60 min леко намалява и към края на ферментацията отново нараства. Това намаление на количеството образуван СО2 през периода от 90 до 120 min от началото на ферментацията се дължи на това, че дрождите са усвоили съдържащите се в тестото глюкоза, фруктоза и захароза.

Следващият стадий на ферментацията е усвояването на малтозата: собствената и от хидролизата на нишестето. Дрождите обаче трябва да се приспособят към нейната ферментация, поради което има известно забавяне на газообразуването. При добавяне на 3 % мазнина във началото на ферментацията се образува малко количество СО2. В хода на ферментацията то постепенно нараства, стига максимум и отново намалява. Този ход на процеса на образуване на СО2 се дължи на факта, че течната мазнина частично обгръща дрождевите клетки, образува тънък маслен филм по повърхността им, а това затруднява жизнедеятелността на дрождите и забавя ферментацията. При добавяне на по-голям процент мазнина – 5, 10 и 15 около дрождевите клетки се образува по-плътен маслен слой, дейността им се затруднява още повече и количеството на отделения СО2 намалява.

Ходът на процеса на образуване на СО2 при добавяне на маргарин в количество 3 и 5 % е аналогичен на този в контролата (фиг.1). При добавяне на по-голям процент маргарин (10 и 15 %) ходът на процеса е аналогичен на този, който се наблюдава в тестото с добавено същото количество течна мазнина. Ако сравним резултатите от двете графики, се забелязва, че през отделните етапи на ферментацията при всички разновидности на количеството мазнина се образува повече СО2 в тестото, приготвено с маргарин.

Подемът на тестото с добавена течна мазнина нараства в хода на ферментацията (фиг. 2). Най-голямо нарастване има през първите 30-60 min, след което скоростта на нарастване постепенно намалява и в края на ферментацията е равна на нула. Това се дължи на факта, че в началото интензивността на ферментацията е голяма, образува се голямо количество СО2, който предизвиква подем на тестото. При следващите етапи на ферментацията също се образува СО2, но не се влошават реологичните свойства на тестото и част от образувания газ не може да се задържи и се изпуска. Затова подемът на тестото нараства, но с по-


- 166 -

малки стойности. По същия начин се изменя подемът на тестото, замесено с маргарин (фиг. 2).

Фиг.1. Изменение на газообразуването на Фиг.2. Изменение на подема на тестото с тесто с течна и твърда мазнина по време добавена течна и твърда мазнина на ферментация

0

10

20

30

40

50

60

70

0 3 5 10 15

Мазнина, %

ГО

С,

сm3

течна мазнинатвърда мазнина

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 3 5 10 15Мазнина, %

По

дем

, cm

3

течна мазнинатвърда мазнина

Фиг. 3. Общо количество образуван СО2 Фиг. 4. Максимален подем на тестото с

течна и твърда мазнина Фиг. 3 илюстрира изменението на общото количество образуван СО2 в

зависимост от процента добавена мазнина. Най-голямо газообразуване има в тестото контрола. С нарастване на количеството на добавената мазнина газообразуването спада, като това е по-силно изразено в тестото със слънчогледово масло.

Зависимостта на максималния подем на тестото от количеството на течната и твърдата мазнина е представена на фиг. 4. Най-голям подем тестото има когато в рецептурата му участват 3 и 5 % течна мазнина. Това е така, защото при добавянето на течна мазнина се образуват маслени ципи, които имат способността да задържат СО2. при по-голямо количество течна мазнина (10 и 15 %) подемът на тестото е малък, защото е ниско и газообразуването. Добавянето на 3 и 5 % маргарин не води до изменение на подема в сравнение с контролата. Това е така, защото лекото снижение на газообразуването в пробите с 3 и 5 % маргарин в сравнение с контролата се компенсира с леко нарастване на газозадържането. При добавянето на 10 и 15 % маргарин се наблюдава намаляване на подема на тестото в сравнение с контролата.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 30 60 90 120 150

Време, min

Подем

, cm

3

0 3 5 10 15

0

5

10

15

20

25

30

35

0 30 60 90 120 150

Време, min

Подем

, cm

3

0 3 5 10 15

твърда мазнина

течна мазнина

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 30 60 90 120 150

Време, min

ГО

С, cm

3

0 3 5 10 15

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 30 60 90 120 150

Време, min

ГО

С, cm

3

0 3 5 10 15




- 167 -

Най-голяма газозадържаща способност (фиг. 5) има тестото, замесено с 3 и 5 % слънчогледово масло. Газозадържащата способност на тестото, замесено с маргарин нараства с нарастване на количеството му. Ако сравним газозадържащата способност на двата вида теста, то много по-голяма е тази на тестото, замесено с течни мазнини за всички разновидности на количеството й.

Най-дълго време за изплуване на тестеното топче (фиг. 6) е необходимо в началото на ферментацията (след първите 30 min).

Количеството на образуваният СО2 в тестото през този период е малко. За да се образува достатъчно количество СО2, което да доведе до намаляване на масата на топчето е необходимо повече време. През следващите етапи на ферментацията количеството на СО2 в тестото е по-голямо, което намалява времето, необходимо за изплуване на тестеното топче.

Фиг. 5. Изменение на газозадържащата способност в зависимост от различните количества течна и твърда мазнина

При тестата, приготвени с течна мазнина интензивността на ферментацията се намалява и то толкова повече, колкото е по-голямо количеството на мазнината. Затова се наблюдава увеличаване на времето, необходимо за изплуване на тестеното топче в сравнение с контролата.

При тестото, приготвено с маргарин времето за изплуване на тестеното топче намалява в сравнение с контролата (фиг. 6). Това е така, защото от една страна количеството на образувания СО2 в тестото, приготвено с 3 и 5 % маргарин е много малко по-ниско от това в контролата, а от друга страна тестото с 3 и 5 % маргарин има по-висока газозадържаща способност. При добавяне на по-голям процент маргарин времето за изплуване на топчето слабо се увеличава в сравнение с предходното.

Фиг. 6. Изменение на подемната Фиг. 7. Киселинност на тестото с

сила на тестото с добавена течна добавена течна и твърда и твърда мазнина през време на мазнина през време на ферментацията ферментацията

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

30 60 90 120 150

Време, min

Ки

сел

ин

но

ст,

Н

0 3 5 10 15

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

30 60 90 120 150

Време, min

Ки

сели

нн

ост

, H

0 3 5 10 15



0

2

4

6

8

10

12

0 30 60 90 120 150

Време, min

Подем

на

сила,

cm

3

0 3 5 10 15

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 30 60 90 120 150

Време, min

Подем

на

сила,

cm

3

0 3 5 10 15



0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 3 5 10 15

Мазнина, %

ГЗС

, cm

3


твърдам а з н и н а


- 168 -

Киселинността на тестото нараства по време на ферментацията (фиг. 7). Тестото, замесено с течна мазнина в количество 3 % има по-висока киселинност в сравнение с контролата. В тестата, замесени с по-голямо количество течна мазнина 5, 10 и 15 % киселинността намалява, защото намалява интензивността на ферментацията. При тестата, обогатени с маргарин киселинността се изменя в тесни граници, като с увеличение на процентното участие на маргарина се наблюдава слабо намаление на титруемата киселинност.


Направените изследвания позволяват да се направят следните изводи: 1. Използването на течна мазнина в количество до 3 % не затруднява

ферментацията, газообразуването е голямо и близко до това на контролата, подемът на тестото е по-голям в сравнение с контролата, газозадържащата способност и киселинността също. Внасянето на по-голямо количество мазнина (5, 10 и 15 %) намалява интензивността на ферментацията, но нараства газозадържащата способност.

2. Използването на твърда мазнина – маргарин не оказва съществено влияние върху ферментацията. Стойностите на показателите газообразуване, подем на тестото и киселинност са малко по-ниски в сравнение с тези на контролата, а стойностите на показателите газозадържаща способност и подемна сила са по-високи.


[1] Chin N. L., R. A. Rahman, D. M. Hashim, S. Y. Kowng. Palm oil shortening effects on baking performance of white bread Journal of Food Process Engineering, 2009, Vol. 33, Issue 3, p. 413–433

[2] ICC Standard No. 145, Determination of acidity, (According to Schulerud). AACC

Method 02-31 [3] Jacob J., K. Leelavathi. Effect of fat-type on cookie dough and cookie quality,

Journal of Food Engineering, 2007, Volume 79, Issue 1, p. 299-305 [4] Junge R. C., R. C. Hoseney, A mechanism by which shortening and certain

surfactions improve loaf volume in bread, Cereal Chemistry, 1981, 58: 408. [5] Moore W.R., R. C. Hoseney. Influence and surfactants on retention of carbon

dioxide in bread dough, Cereal Chemistry, 1986, 63 (2): 67-70 [6] Вангелов А, Гр. Караджов. Технология на хляба и тестените изделия,

ръководство, Пловдив, 1993, стр. 115; [7] Караджов Гр., А. Вангелов, Авторско свидетелство. Прибор за определяне

на газообразуваща способност на брашно 30344 МПК:А 21 С 1/00. За контакти: Гл. ас. д-р инж. Валентина Чонова, Катедра ―Технология на зърнените,

фуражните, хлебните и сладкарските продукти‖, Университет по хранителни технологии - Пловдив, тел.: 032-603 641, е-mail: [email protected]

Ас. Инж. Росен Чочков, Катедра ―Технология на зърнените, фуражните, хлебните и сладкарските продукти‖, Университет по хранителни технологии - Пловдив, тел.: 032-603 641, е-mail: [email protected]



- 169 -

Традиционните хранителни технологии в контекста на съвременния туризъм

Иван Обрешков

The Traditional Food Technologies in the Context of Contemporary Tourism: Bulgaria has a

rich cultural heritage. Traditional food technologies are part of that heritage. They comprise both industrial technologies as well as the home culinary technologies. In this paper, the food technologies are considered as an attractive resource for tourism development in certain locations or regions. Traditional foods and their technology can be used in the creation of specialized tours as well as to diversify the tourism product.

Key words: traditional food technologies, tourism.

ВЪВЕДЕНИЕ В стремежа си към намаляване на разходите си и повишаване на своята

ефективност, предприемачите се стремят да инвестират в разработване и внедряване на нови хранителни продукти. Този процес е свързан с изменение в технологиите на приготвяне на съществуващите вече продукти. Същевременно, потребителите са все по-отворени към консумация на хранителни продукти, произведени по традиционни технологии с традиционни суровини. В литературата съществуват множество опити да бъде предложена дефиниция за традиционна храна. Приключилият през 2010 г. Европейски проект EuroFIR дефинира традиционната храна, като всяка храна с характеристика или характеристики, които я отличават ясно от подобни продукти [0]. Тази разлика може да се основава, както на отделните съставки, на цялостния състав или на технологията на приготвяне. Обобщавайки, Trichopoulou [0] oграничава традицинните храни до тези, които са се произвеждали преди Втората световна война.

Целта на настоящата разработка е да се покаже актуалността на традиционните хранителни технологии, като ресурс за развитие на населени места или райони.

ИЗЛОЖЕНИЕ През последните години се наблюдава научен и практичен интерес към

изследване на традиционни храни и напитки [1, 2, 3, 4, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 15, 19, 20].

Хранителната технология е наука за храните, приготвянето на храната, безопасността на храната, създаване на нови хранителни продукти, както и маркетинга, свързан с хранителните продукти [5]. Благодарение на своето географско положение, България предлага отлични условия за производство на голяма част от хранителните суровини, които населението използва за приготвяне на храната си. Илиева [15] разглежда «етно» кулинарните технологии, като фактор за развитие на националната кухня. Обобщавайки, може да се заключи, че в широкия смисъл на думата, хранителните технологии обхващат индустриално разпространените технологии, а така също технологиите за домашно приготвяне на храната.

Семейните хотели предлагат на своите гости храни и напитки, характерни за региона. Тези храни и напитки обикновено не са включени в произведствената програма на заведенията за хранене. Често собствениците на местата за настаняване и средствата за подслон приветстват своите гости с традиционен продукт, характерен за населеното място.

Традиционни суровини и тяхната преработка по традиционни хранителни технологии привличат вниманието на постоянно нарастващ брой туристи. Ежегодно се провеждат десетки събития, чийто обект са традиционните хранителни технологии. Събитията не са концентрирани в определена част на страната. При


- 170 -

откриването на туристическия сезон през 2012 г. във Видин, бяха обособени места, на които се предлагаха местни традиционни храни и напитки, произведени по начина, по който са се произвеждали преди години. Без да има претенции за изчерпателност, могат да се добавят фестивалите в Троян (септември, 2012), Черни Вит (Тетевенско), Мараш (Шуменско), Куртово Конаре (септември, 2012, Пловдивско), село Павел (общ. Полски Тръмбеш), Разград, Равногор и др. Обект на тези фестивали и панаири са широк спектър от технологии, храни и суровини – слива, зелено сирене, чушки и домати, традиционни храни, лютеница, кисело мляко, картоф, бяло саламурено сирене, фасул, тиква, сирене, боза, вино, ракия, роза [11] и др. Фестивалите са част от културния туризъм [18]. Популяризирането им е обект на дейността на туристическите иноформационни центрове, в чиято дейност Илиева [17] включва подготовката на информационна база данни за туристическите ресурси в техния регион.

Описанието на традиционния начин на живот, част от който е приготвянето на храната е представлявал интерес за краеведите. Описанието на традиционните хранителни технологии може да следва следните стъпки:

o Описание на населеното място

От значение е да се придобие представа за географското разположение, за историческото развитие, за етническия и за религиозния състав на населението, за възрастовата му структура, за празниците, които се отбелязват.

o Описание на информаторите

Информаторите са хора, постоянно живеещи или живели дълго време в населеното място и са запознати с бита и обичаите. Важно е, да се има предвид възрастта на информатора, от колко време живее в населеното място, както и дали в същото място е преминало детството.

o Описание на традицинни суровини, които са се използвали Най-общо, суровините са от растителен и животински произход. Необходимо е

да се уточни дали те са били собствено производство или са били закупувани. Суровини за храни и за напитки, за прясна консумация, за преработка. Местни кулинарни названия и сравнението им с официално-възприетите в книжовния език.

o Описание на традиционни ястия

Основни технологични процеси, технологично оборудване, етимология на името на ястията. Дали приготвянето е променено в днешни дни. Безмесни и месни ястия. Съставяне на технологична схема. Червенкова [20] предлага обширен обзор върху местните кулинарни технологии в с. Старцево, обл. Смолян, като включва в своята разработка салата от дивак (земна ябълка) със зелен лук, чорбаджийска туршия, пълнени камби или капии, туршия от дивак (земна ябълка), чорба, булгурь, сух фасул с кочан, картофена манджа, стар фасул с кочан, баклава, сладък клин, петмес (сладко, направено от вид кочан), смлени орехови ядки със захар, смидаль, тиква на кора, тиква със захар, тиквеник, колаци на тикла (сач), сладко от караманки, напитка от бъз, люто, месо с кочан, качамак, прасеник, пататник, просюпник с надробени картофи, зелник, лъкми, пита в пепел, трахана, армаган и др.

Освен при приготвяне на традиционни храни, туристите по света практикуват и т.нар. индустриален туризъм. Той включва посещение на предприятия (фабрики, заводи, винарни и др.) от хранително-вкусовата промишленост и запознаване с хранителните технологии и продукти. В България има редица предприятия, които предлагат посещение срещу заплащане (бирени турове, винени турове).

Примерен маршрут, разкриващ традиционни хранителни технологии Разработването на маршрут за културен туризъм, включващ запознаването с

традицинни хранителни технологии обхваща предварително проучване, карта на маршрута, програма на пътуването. Примерният маршрут е с дестинация Ловеч с тръгване от Пловдив. В Таблица 1 е представено разпределението на преходите по предложения двудневен маршрут.


- 171 -

Таблица 1. Разпределение на преходите*

Разстояние Продължителност

Средно σ Мин Макс Средна σ Мин Макс

км минути

Ден 1 45,7 45 17 125 53,2 36,3 28 116

Ден 2 59,7 68,4 4 136 60,3 64,5 7 132

Общо 50,9 50,5 4 136 55,9 44,2 7 132

*σ – стандартно отклонение; мин – минимална стойност; макс – максимална стойност

В програмата са включени посещение на редица културни и природни обекти (Крушунски водопади, Деветашка пещера, музей „Васил Левски‖ и Етнографски музей в Ловеч, Троянски манастир, природо-научен музей в Черни Осъм). На Фиг. 1 е представена карта на планирания маршрут.

87

65

4

3

2

1

Фиг. 1. Kарта на планирания маршрут

1-Пловдив; 2-Кърнаре; 3-Tроян; 4-Ловеч;

5-Крушунски водопади; 6-Деветашка пещера;

7-Tроянски манастир; 8-Черни Осъм

87

65

4

3

2

1

87

65

4

3

2

1

Фиг. 1. Kарта на планирания маршрут

1-Пловдив; 2-Кърнаре; 3-Tроян; 4-Ловеч;

5-Крушунски водопади; 6-Деветашка пещера;

7-Tроянски манастир; 8-Черни Осъм

Основна на цел на пътуването е запознаване с технологиите на приготвяне на традиционни ястия в местен ресторант. Предимство е, възможността за пряко участие на желаещите при приготвяне на храната.

Маршрутът се осъществява от Пловдив. Тръгване в 8,30 часа. Ползва се проходът Беклемето. През първия ден се посещават Крушунски водопади и Деветашка пещера. Вечерята е в традиционен ресторант, с възможност за самостоятелно приготвяне на храната под насоките на местен кулинар. Нощувка в Ловеч. В хотела за настаняване има възможност за консумация на традиционни храни и напитки. Посещение на музей „Васил Левски‖ и етнографски музей в Ловеч, Троянски манастир и природо-научен музей в Черни Осъм са предвидени за втория ден. Пристигане в Пловдив около 18 часа.


- 172 -


В широкия смисъл на думата, хранителните технологии обхващат индустриално разпространените технологии, а така също технологиите за домашно приготвяне на храната. Традиционните хранителни технологии представляват ресурс за развитие на туризма в България, който може да се използва за предлагане както на специализирани турове, а така също за диверсифициране на туристическия продукт.


[1] Allende, A., F. A. Tomás-Barberán, M. I. Gil. 2006. Minimal processing for healthy traditional foods. Trends in Food Science & Technology 17(9):513–519.

[2] Cayot, N. 2007. Sensory quality of traditional foods. Food Chemistry 101(1):154-162.

[3] D'Antuono L.F., C. Bignami. 2012. Perception of typical Ukrainian foods among an Italian population. Food quality and preference, 25, 1-8.

[4] D'Antuono, L.F., H. Soares Costa, A. Sanches Silva A. 2010. BaSeFood: Sustainable exploitation of bioactive components from the Black Sea Area traditional foods. Nutrition Bulletin, 35, 272-278.

[5] Dolf De Rovira, Sr. 2004. Dictionary of Flavors, 2nd Edition. Wiley-Blackwell. ISBN: 978-0-8138-2135-1.

[6] EuroFIR - Your source of food information www.eurofir.net (посетен на 17.03.2012)

[7] Grivetti, L. E., M.O. Britta. 2000. Value of traditional foods in meeting macro and micronutrient needs: the wild plant connection. Nutrition Research Reviews 13(01):31-46.

[8] Guerreroa, L., A. Claret, W. Verbeke, G. Enderli, S. Zakowska-Biemans, F. Vanhonacker, S. Issanchou, M. Sajdakowska, B. S. Granli, L. Scalvedi, M. Contel, M. Hersleth. 2010. Perception of traditional food products in six European regions using free word association. Food Quality and Preference 21(2):225-233.

[9] Jordana, J. 2000. Traditional foods: challenges facing the European food industry. Food Research International 33(4):147–152.

[10] Larsen, J.C. Risk assessment of chemicals in European traditional foods. Trends in Food Science & Technology 17(9):471–481.

[11] Obreshkov, I., T. Ivanov. 2012. The rose (Rosa Damascena) – a resource for development of tourism in Bulgaria. Journal of EcoAgriTourism 8(2):13-17. ISSN: 1844-8577.

[12] Trichopoulou, A., S. Soukara, E. Vasilopoulou. 2007. Traditional foods: a science and society perspective. Trends in Food Science & Technology 18(8):420-427.

[13] Trichopoulouо, А. 2009. Diversity v. Globalization: traditional foods at the epicenter. Public Health Nutrition 1-4.

[14] Алексиева, Й., И. Обрешков, К. Михалев. 2012. Изследване на функционално-здравословни свойства на пюре от тиква (Cucurbita moschata). Научни трудове на Съюза на учените Пловдив. Серия В. Техника и технологии, том IX. Пловдив. ISSN 1311-9419, стр. 169-172.

[15] Алексиева, Й., И. Обрешков, К. Михалев. 2012. Изследване на функционално-технологични свойства на пюре от тиква (Cucurbita moschata). Научни трудове на Съюза на учените Пловдив. Серия В. Техника и технологии, том IX. Пловдив. ISSN 1311-9419, стр. 173-179.

[16] Илиева, К. 2011. Роля на националната кухня в културния туризъм. International Scientific Conference - "Cultural Corridor Sofia-Ohrid - Cultural Tourism Without Boundaries". Гея Либрис, София, стр. 112-115.

[17] Илиева, К. 2011. Роля на туристическия информационен център – Бургас, България, за промоция на регионалния туристически продукт. Списание


- 173 -

―Хоризонти‖, Универзитет ― Св. Климент Охридски‖, Битола, Македония, Година VII, Броj. 7, Декември 2011, стр.543-553.

[18] Илиева, К. 2011. Фестивалният туризъм в Бургас - състояние и перспективи. УНСС, Катедра "Икономика на туризма", Юбилейна научна конференция с международно участие, София, 11.11.2011, "Предизвикателства пред туризма през XX век", Сборник с научни доклади том I, Авангард Прима, София, стр. 214-224.

[19] Петрова, Е. 2012. Възможности за развитие на кулинарен туризъм в област Ловеч. Дипломна работа за придобиване на ОКС „Балававър‖ по Туризъм, Университет по Хранителни Технологии, Пловдив.

[20] Червенкова, Р. 2012. Проучване върху традиционната родопска кухня (с. Старцево, обл. Смолян). Дипломна работа за придобиване на ОКС „Балававър‖ по Кетъринг, Университет по Хранителни Технологии, Пловдив.


Гл. ас. д-р инж. Иван Обрешков, катедра „Хранене и туризъм‖, Университет по хранителни технологии, Пловдив, България, е-мейл: [email protected]


РУСЕНСКИ УНИВЕРСИТЕТ

“АНГЕЛ КЪНЧЕВ” - ФИЛИАЛ РАЗГРАД

ДОМ НА НАУКАТА И ТЕХНИКАТА - РАЗГРАД СЪЮЗ НА УЧЕНИТЕ - КЛОН РАЗГРАД

НАУЧНА КОНФЕРЕНЦИЯ РУ&ДНТ&СУ’13

П О К А Н А

01 - 02.11.2013г.

Ваканционен СПА комплекс „Островче”

НАУЧНИ ТРУДОВЕ Том 51, серия 9.2


Под общата редакция на: доц. д-р Цветан Димитров

Отговорен редактор на Том 51: проф. д-р Ангел Смрикаров

Народност българска Първо издание

Формат: Б5 Коли: 11

Тираж: 56 бр.

ISSN 1311-3321

ИЗДАТЕЛСКИ ЦЕНТЪР при Русенски университет “Ангел Кънчев”

G:MQGB LJM>H

Documents

Transcript of G:MQGB LJM>H