NOWOCZESNE TECHNOLOGIE PRODUKCJI ŻYWNOŚCI ...

NOWOCZESNE TECHNOLOGIE

PRODUKCJI YWNOCI

SPONSORZY

NOWOCZESNE TECHNOLOGIE

PRODUKCJI YWNOCI

Redakcja naukowa

Hanna Maria Baranowska Micha Pitek

Wydzia Nauk o ywnoci i ywieniu Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

Pozna 2016

Redakcja naukowa

Dr hab. Hanna Maria Baranowska

Wydzia Nauk o ywnoci i ywieniu, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

Dr in. Micha Pitek


Copyright by

Polskie Towarzystwo Technologw ywnoci Oddzia Wielkopolski

Wydzia Nauk o ywnoci i ywieniu Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

Pozna 2016

Utwr w caoci ani we fragmentach nie moe by powielany ani rozpowszechniany

za pomoc urzdze elektronicznych, kopiujcych, nagrywajcych i innych

bez pisemnej zgody Wydawcy.

ISBN 978-83-7160-837-7

Redakcja

Joanna Le Thanh-Blicharz

Jacek Lewandowicz

Projekt okadki

Przemysaw Kowalczewski

Wydawca

Wydzia Nauk o ywnoci i ywieniu

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

ul. Wojska Polskiego 28

60-637 Pozna

Ark. wyd. 9,45

Wydanie I

Pozna 2016

Recenzenci

Dr hab. Hanna Maria Baranowska

Katedra Fizyki i Biofizyki


Dr hab. Renata Cegielska-Radziejewska

Katedra Zarzdzania Jakoci ywnoci


Prof. dr hab. in. Danuta Grecka

Katedra Technologii ywienia Czowieka


Dr in. Joanna Le Thanh-Blicharz

Zakad Koncentratw Spoywczych i Produktw Skrobiowych

Instytut Biotechnologii Przemysu Rolno-Spoywczego im. prof. Wacawa Dbrowskiego

Prof. dr hab. in. Grayna Lewandowicz

Katedra Biotechnologii i Mikrobiologii ywnoci


Dr in. Agnieszka Makowska

Instytut Technologii ywnoci Pochodzenia Rolinnego


Dr hab. in. Krzysztof Melski

Katedra Przyrodniczych Podstaw Jakoci

Wydzia Towaroznawstwa, Uniwersytet Ekonomiczny w Poznaniu

Dr hab. in. Dorota Piasecka-Kwiatkowska

Katedra Biochemii i Analizy ywnoci


Dr in. Micha Pitek

Instytut Technologii Misa


Prof. dr hab. in. Edward Pospiech

Instytut Technologii Misa


Dr hab. in. Dorota Walkowiak-Tomczak



Autorzy

Karina Baranowska

JK Packaging, Krotoszyn

Ra Biegaska-Marecik



Paulina Bierzuska

Katedra Technologii Mleczarstwa


Anna Brya

Instytut Technologii i Inynierii Chemicznej

Wydzia Technologii Chemicznej, Politechnika Poznaska

Dorota Cais-Sokoliska



Sylwia Chudy



Katarzyna Czaczyk



Janusz Czapski



Grzegorz Galiski

Katedra Higieny ywienia Czowieka


Tomasz Gral

Zakad Fitopatologii

Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Rolin

Danuta Grecka



Marzanna H



Katarzyna Jaros-Kolecka

TK Nano, Wrocaw

Leszek Jarosawski



ukasz K. Kaczyski



Marcin Kido



Dominik Kmiecik



Joanna Kobus-Cisowska



Przemysaw ukasz Kowalczewski



Tomasz Kolecki

Politechnika Wrocawska

Danuta Kurasiak-Popowska

Katedra Genetyki Rolin

Wydzia Rolnictwa i Bioinynierii Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

Joanna Le Thanh-Blicharz



Grayna Lewandowicz



Jacek Lewandowicz



Agnieszka Makowska



Artur Marciniak

Solvadis Polska Sp. z o. o., Wrocaw

Krzysztof Melski



Jan Michniewicz



Karolina Mynarczyk



Anna Ostrowska-Koodziejczak

Katedra Chemii

Wydzia Technologii Drewna Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

Juliusz Perkowski

Katedra Chemii

Wydzia Technologii Drewna Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

Micha Piegza

Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocawiu

Krzysztof Przygoski



Elbieta Radziejewska-Kubzdela



Magorzata Robak


Kinga Stuper-Szablewska

Katedra Chemii

Wydzia Technologii Drewna, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

Jarosaw Szafran

JK Packaging, Krotoszyn

Dorota Walkowiak-Tomczak



Karolina Woyniec

Solvadis Polska Sp. z o. o., Wrocaw

Roman Zielonka



Barbara arowska


SPIS TRECI

Streszczenie ............................................................................................................................ 11

Wstp ..................................................................................................................................... 14

Krzysztof Melski

Innowacje opakowaniowe potencjalnym rdem sukcesu ywnoci ogrzewanej mikrofalowo

............................................................................................................................................... 15

Tomasz Kolecki, Katarzyna Jaros Kolecka, Jarosaw Szafran, Artur Marciniak,

Karina Baranowska, Karolina Woyniec, Micha Piegza, Barbara arowska,

Magorzata Robak

Zastosowanie nanoczstek srebra w foliach spoywczych .................................................... 24

Barbara arowska, Micha Piegza, Katarzyna Jaros Kolecka, Tomasz Kolecki,

Magorzata Robak

Nanoczastki srebra (SNP) a hamowanie wzrostu mikroorganizmw .................................... 36

Anna Brya, Grayna Lewandowicz

Technologia liposomowa w przemyle spoywczym ............................................................ 48

Kinga Stuper-Szablewska, Anna Ostrowska-Koodziejczak, Tomasz Gral

Danuta Kurasiak-Popowska, Juliusz Perkowski

Aktywacja nieenzymatycznych mechanizmw odpornociowych pszenicy w celu

podniesienia wartoci zdrowotnych produktw pszennych ................................................... 61

Agnieszka Makowska, Przemysaw ukasz Kowalczewski, Grzegorz Galiski, Sylwia Chudy,

Jan Michniewicz

Warto ywieniowa ekstrudatw pszenytnich na podstawie bada in vivo ........................ 70

Roman Zielonka, Leszek Jarosawski

Przebieg hydrolizy nieskleikowanej skrobi ziemniaczanej z udziaem rnych

enzymatycznych ukadw amylolitycznych ........................................................................... 80

Leszek Jarosawski, Krzysztof Przygoski, Roman Zielonka

Przebieg procesu karmelizacji w warunkach przemysowej produkcji karmelu

amoniakalnego ....................................................................................................................... 90

Joanna Le Thanh-Blicharz, Jacek Lewandowicz

Waciwoci reologiczne oraz tekstura kisieli zagszczonych skrobi woskow rnego

pochodzenia botanicznego ................................................................................................... 100

Jacek Lewandowicz, Joanna Le Thanh-Blicharz

Waciwoci reologiczne oraz tekstura budyni zagszczonych skrobi woskow rnego

pochodzenia botanicznego ................................................................................................... 109

Marzanna H, Danuta Grecka, Dominik Kmiecik, Joanna Kobus-Cisowska

Wykorzystanie wybranych hydrokoloidw jako zamiennikw tuszczu w emulsjach

majonezowych ..................................................................................................................... 118

Ra Biegaska-Marecik, Elbieta Radziejewska-Kubzdela, Janusz Czapski,

Katarzyna Czaczyk, Marcin Kido, Dorota Walkowiak-Tomczak, Karolina Mynarczyk

Comparison of vacuum impergantion, dipping and blanching as treatment method

maintaining quality of fresh-cut apple ................................................................................. 128

ukasz K. Kaczyski, Paulina Bierzuska, Dorota Cais-Sokoliska

Technologiczne uwarunkowania syntezy kwasu 2-hydroksypropanowego w fermentowanym

mleku o obnionej zawartoci laktozy ................................................................................. 146

NOWOCZESNE TECHNOLOGIE PRODUKCJI YWNOCI

11

STRESZCZENIE

Innowacyjno polskiego przemysu spoywczego jest kluczowym elementem jego

konkurencyjnoci w warunkach gospodarki rynkowej. Jej zapewnienie wymaga dobrej

wsppracy pomidzy jednostkami naukowymi i badawczo - rozwojowymi

a przedsibiorcami. Jednym z elementw tej dobrej wsppracy s wysokie kwalifikacje

kadry technicznej zatrudnionej w produkcji, systematycznie ledzcej pojawiajce si

nowoci technologiczne. Niniejsza monografia jest adresowana gwnie do kadry

naukowo - technicznej zwizanej z produkcj i przechowalnictwem ywnoci. Moe by

rwnie ciekawa dla szerszego grona czytelnikw zainteresowanych technologi ywnoci.

W monografii przedstawiono najintensywniej rozwijane aktualnie kierunki w zakresie

wytwarzania i pakowania ywnoci. To ostatnie zagadnienie ma szczeglne znaczenie

dla trwaoci produktw jak rwnie dla atwoci ich przygotowywania. Innowacje

opakowaniowe dla ywnoci ogrzewanej mikrofalowo zostay opisane w rozdziale

otwierajcym monografi. Zostay w nim przedstawione czynniki wpywajce na jako

ywnoci ogrzewanej mikrofalowo, tendencje rozwoju ywnoci wygodnej przeznaczonej

do ogrzewania w kuchenkach mikrofalowych, jak rwnie opakowania aktywne

i kompostowalne ywnoci ogrzewanej mikrofalowo.

Tematyka opakowa zostaa poruszona rwnie w rozdziale drugim opisujcym folie

spoywcze zawierajce nanoczstki srebra. Ich zastosowanie nie tylko zapewnia czysto

produktu, ale rwnie pozwala wyduy czas przydatnoci do spoycia oraz ograniczy

straty finansowe wynikajce ze zmian organoleptycznych zachodzcych na skutek rozwoju

mikroorganizmw. Przedstawione badania pozwalaj na uzasadniony optymizm w stosunku

do stosowania nanoczstek srebra, jako dodatkw do produkcji folii na potrzeby pakowania

produktw spoywczych. Udowodniono, e nie jest wymagane wysokie stenie nanosrebra,

a wrcz wskazany jest ich minimalny udzia, nie tylko skutkujcy lepszym dziaaniem,

ale take niszym kosztem. Rola nanoczstek srebra w hamowaniu rozwoju drobnoustrojw

zostaa szczegowo przedyskutowana w rozdziale trzecim wskazujc na celowo

ich stosowania w foliach sucych do pakowania ywnoci czy te rnego rodzaju

materiaach kompozytowych.

Nanotechnologia w produkcji ywnoci to nie tylko hamowanie wzrostu

mikroorganizmw przez nanoczstki metali, ale rwnie kapsukowanie substancji

bioaktywnych wewntrz liposomw. Zostao ono opisane w rozdziale czwartym, w ktrym

szczegln uwag powicono podstawom fizykochemicznym tego procesu. Ponadto,

opisano metody badania nanokapsuek liposomowych oraz sposoby ich wytwarzania

na skal laboratoryjn i przemysow. Przedstawiono gwne kierunki zastosowania

technologii liposomowej w wytwarzaniu ywnoci oraz podkrelono jej zalety

i ograniczenia.


12

Rozwj technologiczny majcy na celu podwyszenie jakoci ywnoci moe by

realizowany ju na etapie uprawy. Podczas wegetacji, zboa naraone s bowiem na rnego

rodzaju czynniki stresogenne, ktre wpywaj jako i bezpieczestwo zdrowotne ziarna.

W rozdziale pitym opisano w jaki sposb stymulacja nieenzymatycznych mechanizmw

odpornociowych wpywa na zwikszon produkcj kwasw fenolowych oraz wzrost

aktywnoci przeciwutleniajcej ziarna pszenicy. Przekada si to bezporednio

na podwyszenie wartoci zdrowotnych produktw spoywczych otrzymanych z ziarna

pszenicy. Inny sposb zwikszania wartoci odywczej opisano w rozdziale szstym. Polega

on za zastosowaniu ekstruzji w wyniku, ktrej surowce dotychczas stosowane jedynie

do celw paszowych staj si konkurencyjne w stosunku do tradycyjnych produktw

spoywczych.

Na znaczenie procesw enzymatycznych dla rozwoju technologii ywnoci zwrcono

rwnie uwag w rozdziale sidmym. Wykazano, e pozwalaj one na znaczce obnienie

kosztw produkcji, na skutek niskiej energochonnoci, przy rwnoczesnym podniesieniu

jakoci produktw. Jest to moliwe przez precyzyjne sterowanie reakcjami katalizowanymi

przez enzymy.

Rozwj technologiczny musi si odbywa nie tylko przez wdraanie nowych

technologii, ale przez doskonalenie ju wspczenie egzystujcych. Przykadem na tego

typu dziaanie jest opisana w rozdziale smym modyfikacja procesu karmelizacji

zrealizowana w firmie CHEMET sp. z o.o. z Plewisk k. Poznania. Dziki odpowiednim

zabiegom technologicznym uzyskano znaczce, do poziomu omiokrotnie niszego

od wartoci dopuszczonej prawem Unii Europejskiej, zmniejszenie zawartoci substancji

szkodliwej (4-metyloimidazolu).

Wrd wspczesnych trendw rozwojowych technologii ywnoci poczesne miejsce

zajmuje poszukiwanie niekonwencjonalnych surowcw. Skrobia ziemniaczana woskowa

to produkt od niedawna dopuszczony do obrotu w Unii Europejskiej. Moe on stanowi

konkurencj dla dotychczas stosowanej zwykej skrobi. Tym zagadnieniom powicono

rozdziay dziewity, dziesity oraz jedenasty w ktrych porwnano waciwoci kisieli

i budyni otrzymanych na bazie skrobi kukurydzianej woskowej i tradycyjnych surowcw

stosowanych do przyrzdzania tych deserw. Niekonwencjonalne surowce zostay

te zastosowane do wytwarzania majonezw niskotuszczowych opisane w rozdziale

jedenastym. Produkty tego typu s poszukiwane, jednak konsumenci bywaj bardzo

krytyczni w ocenie ich waciwoci sensorycznych. Zostao wykazane, e rozwizaniem tego

problemu moe by uycie tradycyjnych surowcw, takich jak elatyna,

w niekonwencjonalnych zastosowaniach.

ywno nisko przetworzona zdobywa coraz wiksz popularno wrd

konsumentw. Waciwa technologia przy minimalnym przetworzeniu jest gwarantem

wysokiej jakoci oferowanego produktu. W rozdziale dwunastym wykazano, e nasczanie

prniowe moe by korzystn alternatyw dla blanszowania w technologiach owocw

niskoprzetworzonych.


13

Monografi zamyka rozdzia powicony technologicznym uwarunkowaniom syntezy

kwasu 2-hydroksypropanowego w fermentowanym mleku o obnionej zawartoci laktozy.

Jest to zagadnienie wane ze wzgldu na fakt i kwas 2hydroksypropanowy wykazuje

waciwoci prozdrowotne. Hamuje potencja elektrochemiczny membran komrkowych,

denaturuje wewntrzkomrkowe biaka i obnia pH treci komrek mikroflory patogennej.

Ponadto, przyspiesza trawienie biaek w przewodzie pokarmowym, wzmaga wydzielanie

sokw trawiennych, pobudza perystaltyk jelit oraz zwiksza wchanialno jonw elaza,

wapnia i fosforu. ywno zawierajca kwas 2hydroksypropanowy jest klasyfikowana jako

funkcjonalna. Produkty tego typu s poszukiwane na rynku a zainteresowanie nimi wykazuje

staa tendencje wzrostow.

Sowa kluczowe: ogrzewanie mikrofalowe, liposomy, nanoczstki srebra, hydroliza

enzymatyczna, warto odywcza, surowce niekonwencjonalne


14

WSTP

Sukces produktu w warunkach gospodarki rynkowej jest uwarunkowany przede

wszystkim zastosowaniem waciwej technologii, umoliwiajcej otrzymanie atrakcyjnego

wyrobu przy jednoczesnym ponoszeniu jak najmniejszych nakadw. Dlatego

te przedsibiorcy brany spoywczej staraj si wprowadza systematycznie do swojej

oferty nowe produkty, skutecznie konkurujce na rynku nie tylko cen, ale rwnie, a moe

przede wszystkim wartoci odywcz, atrakcyjnych smakiem, zapachem i wygldem

jak rwnie trwaoci. Taka dziaalno wzmaga zapotrzebowanie na nowe technologie

produkcji i przechowywania ywnoci. W odpowiedzi na takie zapotrzebowanie instytuty

badawcze i jednostki naukowe uczelni wyszych prowadz szeroko zakrojone badania.

S to badania podstawowe a take innowacyjno-wdroeniowe. W tym aspekcie najwiksze

zainteresowanie koncentruje si wok moliwoci zastosowania nanotechnologii.

Ten ostatni kierunek budzi nie tylko nadzieje konsumentw, ale rwnie mniej lub bardziej

uzasadnione obawy. Przykadowo wrd spoeczestwa do powszechna jest znajomo

przeciwdrobnoustrojowego dziaania nanoczstek srebra. Niemniej jednak, obawy budz

dugofalowe skutki ich stosowania, zarwno dla zdrowia czowieka jak i dla rodowiska.

Nanotechnologia w produkcji ywnoci to nie tylko hamowanie wzrostu mikroorganizmw

przez nanoczstki metali, ale rwnie kapsukowanie substancji bioaktywnych wewntrz

liposomw. Badania podstawowe w zakresie nanotechnologii pozwalaj na okrelenie

zarwno moliwoci jej zastosowania jak i ogranicze w produkcji ywnoci.

Wspczesny konsument jest nie tylko coraz bardziej wymagajcy, ale rwnie

ma coraz mniej czasu na przygotowywanie posikw. W tym aspekcie niezwykle wane jest

rozwijanie technologii tzw. ywnoci wygodnej, ktrej przygotowanie wymaga niewiele

wysiku. Jest spraw oczywist, e ta kategoria produktw powinna rwnie

charakteryzowa si wysok wartoci odywcz. Bardzo uyteczne w przygotowywaniu

tego typu posikw jest ogrzewanie mikrofalowe. Aby jednak jego stosowanie nie wizao

si z obnieniem jakoci produktw konieczne jest zastosowanie odpowiedniej technologii

produkcji opakowa.

Niemniej wanym kierunkiem rozwojowym w wytwarzaniu ywnoci jest

doskonalenie technologii ju wdroonych do praktyki przemysowej. Najwiksz rol

do spenienia maj tu instytuty branowe, powoane do tego typu dziaania i majce

ogromne, wieloletnie dowiadczenie we wsppracy z przemysem. Niestety ostatnio

ta ich rola jest kwestionowana co zmniejsza konkurencyjno polskiego wytwrcy

w stosunku do wielkich koncernw spoywczych dysponujcych wasnym zapleczem

badawczym. Kolejn barier hamujc konkurencyjno polskiego przemysu spoywczego

jest jego rozdrobnienie, co powoduje i poszczeglni przedsibiorcy nie s w stanie

udwign ryzyka ekonomicznego zwizanego z innowacyjnoci.

Hanna M. Baranowska, Micha Pitek


15

KRZYSZTOF MELSKI


Wydzia Towaroznawstwa

Uniwersytet Ekonomiczny w Poznaniu

[email protected]

INNOWACJE OPAKOWANIOWE POTENCJALNYM RDEM SUKCESU

YWNOCI OGRZEWANEJ MIKROFALOWO

Abstrakt

Opakowanie stanowi element nierozerwalnie zwizany z opakowanym produktem,

bdc rwnoczenie jednym z czynnikw determinujcych jego sukces rynkowy. Rosnce

wymagania wobec wyrobw, w poczeniu ze zoonymi systemami ich dystrybucji oraz

finalnego wykorzystania sprawiaj, e coraz czciej opakowanie staje si integraln czci

wyrobu, bez ktrej jego funkcjonowanie na rynku nie byoby moliwe. Znaczenie

marketingowe opakowa oraz szerokie spektrum obszarw innowacji sprawia, e to wanie

brana opakowaniowa jawi si jedn z najbardziej innowacyjnych. Znaczcy potencja

w omawianym zakresie posiadaj opakowania ywnoci przeznaczonej do ogrzewania

w kuchenkach mikrofalowych, stanowicej sztandarowy przykad tzw. ywnoci wygodnej.

Specyfika ogrzewania mikrofalowego sprawia, e podany efekt

w postaci rwnomiernego lub strefowego ogrzania produktu, wymaga specyficznych

rozwiza, czsto rnych dla poszczeglnych grup produktw. W artykule omwiono

wybrane kierunki rozwoju opakowa ywnoci ogrzewanej mikrofalowo oraz ich potencja

w zakresie rozwiza innowacyjnych.

Sowa kluczowe: opakowanie, ogrzewanie mikrofalowe, ywno wygodna

Wstp

Wraz z nastaniem epoki globalnej gospodarki rynkowej do historii przeszy czasy,

kiedy produkt mg sprzedawa si sam bez mniej lub bardziej zaawansowanych dziaa

marketingowych. Ostra, midzynarodowa konkurencja sprawia, e sfera podejmowanych

dziaa obejmuje nie tylko sam produkt lecz take jego opakowanie, ktre oprcz

tradycyjnych funkcji: ochronnej, informacyjnej i logistycznej coraz czciej realizuje szereg

funkcji o charakterze marketingowym.

Przemys opakowaniowy zaliczany jest do grupy dynamicznie rozwijajcych si

sektorw gospodarki, take w zakresie wykazywanej rnorodnoci w zakresie innowacji.

Dotycz one gwnie: zwikszenia funkcjonalnoci, ergonomicznoci, walorw

ekologicznych, ekonomicznych, a take szaty graficznej opakowania. Rozwj

w opakowalnictwie przebiega w trzech zasadniczych kierunkach: technologicznym,

materiaowym oraz konstrukcyjnym [Korzeniowski i in., 2011].

Rosnce wymagania wobec wyrobw i sposobw ich finalnego wykorzystania,

zaawansowane systemy logistyczne oraz techniki sprzeday sprawiaj, e coraz czciej

opakowanie staje si niejako czci wyrobu tworzc wraz z nim tzw. produkt zintegrowany.


16

Niespotykane dla adnego produktu rynkowego spektrum funkcji realizowanych przez

opakowania kreuje szerokie pole do opracowania i wdraania innowacyjnych rozwiza.

Sytuacja taka stwarza wyjtkow szans dla rednich i maych firm opakowaniowych oraz

produkcyjnych, ktre we wzajemnej wsppracy mog opracowa i wdroy innowacyjne

rozwizania bdce rdem sukcesu rynkowego ich produktu. Celem niniejszego

opracowania jest prezentacja wybranych kierunkw rozwoju opakowa ywnoci

ogrzewanej mikrofalowo, posiadajcych znaczcy potencja innowacyjny.

Kuchenki mikrofalowe w gospodarstwach domowych

W zakresie nasycenia kuchenkami mikrofalowym i sytuacja polskich gospodarstw

domowych jest odmienna w porwnaniu z ich odpowiednikami w krajach

wysokorozwinitych. W Stanach Zjednoczonych odsetek gospodarstw domowych

posiadajcych kuchenk mikrofalow przekroczy 90% pod koniec XX wieku [Liegey,

2001]. W Wielkiej Brytanii podobny poziom osignito w roku 2006 [Self 2008; Swain,

2008]. W Polsce, pomimo ponad siedemdziesicioprocentowego wzrostu liczby gospodarstw

posiadajcych kuchenki mikrofalowe w ostatniej dekadzie (2005-14), nasycenie tego typu

sprztem wynosio w roku 2014 niespena 57%. Jak pokazano na rys.1 w ostatnich latach

nastpio znaczce wyhamowanie dynamiki wzrostu liczby gospodarstw posiadajcych

kuchenk mikrofalow. Jeli nie nastpi odwrcenie trendu 60% nasycenia stanowi bdzie

poziom maksymalny.

Rysunek 1. Odsetek polskich gospodarstw domowych posiadajcych kuchenk mikrofalow

Opracowano na podstawie rocznikw statystycznych GUS

Specyficzny jest take sposb wykorzystania kuchenek mikrofalowych. W roku 2011

ok. 83 % z przebadanych 172 gospodarstw domowych uywao kuchenki mikrofalowej do

podgrzewania wczeniej przygotowanych potraw. Rozmraanie prowadzone byo w 61 %

gospodarstw, podgrzewanie zestaww obiadowych w 46 %, przygotowanie przeksek typu

fast food w 35 %, a gotowanie w 13% [Melski, 2012]. Relatywnie niski udzia operacji

prowadzonych z uyciem gotowych produktw przeznaczonych do nadania gotowoci


17

kulinarnej w kuchence mikrofalowej z jednej strony wiadczy o konserwatyzmie polskich

konsumentw, z drugiej o znaczcym potencjale rynku produktw dedykowanych

do ogrzewania mikrofalowego. Naley przypuszcza, e rosnce tempo ycia, denie

do wygody wraz z wzrastajcym poziomem zamonoci spoeczestwa stymulowa bd

rozwj rynku tego typu produktw.

W zaistniaej sytuacji niezwykle istotne jest, aby producenci ywnoci zaoferowali

produkty czce w sobie przyzwyczajenia kulinarne rodzimych konsumentw z zaletami,

jakie oferuje ogrzewanie mikrofalowe. Nie mniej wana jest zmiana postrzegania kuchenek

mikrofalowych i przygotowanych w nich posikw przez potencjalnych konsumentw.

Oprcz szybkoci procesu i oferowanej wygody, w pewnym stopniu jako zaleta postrzegany

jest take aspekt higieniczny procesu. Odmiennie wyglda sytuacja w odniesieniu

do waciwoci zdrowotnych, wartoci odywczych oraz smaku gotowych posikw, ktre

oceniane s negatywnie (rys. 2). Jednym z obszarw zmiany wizerunku ywnoci

ogrzewanej mikrofalowo jest poprawa waciwoci sensorycznych. Dziaania w tym

obszarze wymagaj znajomoci czynnikw wpywajcych na cechy gotowego produktu,

w szczeglnoci te wynikajce ze specyfiki ogrzewania mikrofalowego.

Rysunek 2. Postrzeganie przez konsumentw ogrzewania ywnoci w kuchenkach

mikrofalowych

rdo: [Melski, 2012]

Interesujcym zjawiskiem jest te postrzeganie ekologii procesu ogrzewania

mikrofalowego jako jego wady, pomimo znacznie wikszej efektywnoci energetycznej

ogrzewania mikrofalowego w stosunku do klasycznego [de Almeida i in., 2011]. Decydujc

rol w negatywnym postrzeganiu procesu odgrywa powszechne zastosowanie opakowa


18

jednorazowych z tworzyw sztucznych oraz naganiane czsto w mediach niekorzystne

oddziaywanie promieniowania mikrofalowego na ludzi i rodowisko [Balmori, 2009].

Negatywne postrzeganie rodowiskowego aspektu ogrzewania mikrofalowego stanowi

moe czynnik ograniczajcy popyt na gotowe produkty przeznaczone do ogrzewania

mikrofalowego.

Nie ulega wtpliwoci, e produkty ogrzewane mikrofalowo zaliczy moemy

do tzw. ywnoci wygodnej, co potwierdza powszechna opinia o szybkoci i wygodzie

ogrzewania mikrofalowego (rys. 2). Popularno tego typu produktw idzie w parze

ze zmianami stylu ycia wspczesnego spoeczestwa. Coraz czciej spotykane

jednoosobowe gospodarstwa domowe, osoby posiadajce nienormowany czas pracy lub

samotnie wychowujce dzieci, yjce w biegu nie majc czasu na przygotowanie posikw

w tradycyjny sposb chtniej sigaj po tego typu produkty [Agriculture and Agri-Food

Canada, 2012]. Mona przyj, e w pewnym zakresie pozwalaj na spoywanie produktw

o zadawalajcych waciwociach sensorycznych, wieoci i wyduonym okresie

przydatnoci do spoycia przy zastosowaniu moliwie agodnych technik konserwacji

[Dainelli i in., 2008].

Rozwj ywnoci wygodnej cile zwizany jest w aplikacj innowacyjnych

rozwiza dodajcych produktom kolejnych funkcjonalnoci lub rozszerzajcych ju

istniejce. W omawianej grupie wyrobw jest on nierozerwalnie zwizany z zastosowanymi

rozwizaniami w obrbie opakowania. Poza klasycznymi funkcjami opakowania powinno

ono pozwala na ogrzanie produktu w swoim wntrzu oraz atwe i bezpieczne operowanie

nim wraz z gorc zawartoci. Dalsze zwikszenie wygody oraz bezpieczestwa procesu

nadania gotowoci kulinarnej mona osign poprzez przystosowanie opakowania do roli

naczynia, z ktrego produkt jest spoywany. Znacznie wysze wymagania w zakresie

funkcjonalnoci i estetyki spenione mog by poprzez zastosowanie innowacyjnych

rozwiza konstrukcyjnych poczonych z atrakcyjn form oraz materiaami. Takie

podejcie znaczco rozszerza pole rozwiza konstrukcyjnych i stosowanych materiaw

w kierunku udoskonalenia funkcjonalnoci i estetyki opakowania-naczynia.

Kolejny, wyszy poziom zaspokojenia potrzeb wspczesnego konsumenta moe

czy dalsze zwikszenie wygody z trosk o ochron rodowiska naturalnego. Trend ten jest

niezwykle istotny w wietle negatywnego postrzegania ekologicznych aspektw ogrzewania

mikrofalowego (rys. 2). Podanym kierunkiem zmian moe by zastosowanie w miejsce

klasycznych tworzyw sztucznych ich biodegradowalnych odpowiednikw pozwalajcych

na wyrzucenie opakowania/naczynia wraz z pozostaociami posiku do odpadw

poddawanych przerbce biologicznej. Opakowanie kompostowalne istotnie zwiksza

rwnie wygod konsumenta, gdy nie musi on oczyszcza pojemnika z resztek posiku,

oszczdzajc w ten sposb czas, wod, detergenty oraz energi, przez co po raz kolejny,

porednio przyczynia si do ochrony rodowiska. Zastosowanie kompostowalnych

materiaw opakowaniowych wytworzonych z surowcw odnawialnych czyni opakowanie

jeszcze bardziej ekologicznym. Przedstawione rozwizanie wpisuje si w nurt

proekologicznych zachowa konsumenckich, wynoszc warto dodan

do funkcjonalnoci ywnoci wygodnej (rys. 3).


19

Rysunek 3. Tendencje rozwoju ywnoci wygodnej przeznaczonej do ogrzewania w

kuchenkach mikrofalowych

Czynniki wpywajce na jako ywnoci ogrzewanej mikrofalowo

Na przebieg procesu ogrzewania mikrofalowego ywnoci wywieraj wpyw trzy

wzajemnie powizane elementy: produkt, kuchenka mikrofalowa i naczynie, w ktrym

proces jest prowadzony (rys. 4). Kady z nich posiada okrelony potencja innowacyjny, jak

rwnie istotne ograniczenia wynikajce ze swojej specyfiki. Dla produktu s nimi: skad,

kompozycja, waciwoci sensoryczne, warto odywcza, wielko porcji itp.

Mikrofale s powszechnie wykorzystywane przez systemy radiolokacyjne oraz

komunikacyjne: telefoni komrkow, telekomunikacj, telewizj itp., co skutkuje cis

reglamentacj dostpnych czstotliwoci. W urzdzeniach sucych do ogrzewania

mikrofalowego stosowane s dwie czstotliwoci 915 MHz i 2,45 GHz, przy czym pierwsza

najczciej w instalacjach przemysowych do rozmraania produktw gboko zamroonych

[Van Loock, 2001; Ku i in., 2002]. cile okrelona, daleka od optymalnej, czstotliwo

pracy kuchenek mikrofalowych 2,45 GHz istotnie ogranicza zakres moliwych

modyfikacji urzdzenia. Poprawa efektywnoci, funkcjonalnoci oraz jakoci pracy kuchenki

osignita by moe poprzez zmiany w obrbie komory grzewczej.

Trzeci element jakim jest opakowanie, posiada najwikszy potencja w zakresie

oddziaywania na jako procesu ogrzewania mikrofalowego. Pomimo ogranicze

narzuconych przez wielko porcji, brak negatywnego wpywu na ogrzewany produkt,

barierowo i odporno termiczn, istnieje wzgldnie szerokie pole manewru w zakresie

ksztatu opakowania oraz zastosowanego materiau. Ponad to opakowanie moe


20

w specyficzny sposb oddziaywa z mikrofalami modyfikujc rozkad pola

elektromagnetycznego w produkcie bd wchodzc w interakcj z mikrofalami generowa

ciepo w okrelonych obszarach opakowania [opacka i in., 2015].

Rysunek 4. Czynniki wpywajce na jako produktu ogrzewanego mikrofalowo

Rodzaj i skad chemiczny materiau oraz konstrukcja opakowania wpywaj znaczco

na rozkad przestrzenny temperatury. Poza rodzajem materiau opakowaniowego, jednym

z gwnych czynnikw wpywajcych na efektywno ogrzewania mikrofalowego jest

ksztat opakowania. Najbardziej optymalnym jest ksztat okrgy lub owalny. Nie wystpuje

wwczas charakterystyczny dla opakowa prostoktnych efekt brzegowy zwizany

z wystpowaniem krawdzi i naroy, gdzie temperatura podczas ogrzewania jest wysza ni

w pozostaej czci opakowania [Borowy i Kubiak, 2010].

Biorc pod uwag oczekiwania konsumentw dotyczce spoywanych produktw

oraz wymagania formalne stawiane ywnoci, opakowaniom i kuchenkom mikrofalowym;

naley stwierdzi, e najwiksze moliwoci w zakresie implementacji innowacyjnych

rozwiza zwizane s z opakowaniem wyrobu.

Opakowania aktywne ywnoci ogrzewanej mikrofalowo

Unikalna zdolno promieniowania mikrofalowego do generowania ciepa wewntrz

ogrzewanego produktu skutkuje najistotniejszymi zaletami procesu szybkoci,

jednoczesnym ogrzewaniem caej objtoci oraz efektywnoci energetyczn. Z drugiej

strony niska temperatura powietrza w komorze kuchenki oraz niedogrzanie powierzchni

produktu skutkuje gromadzeniem si na niej wody, czego efektem jest papkowata

struktura powierzchni oraz brak kruchoci i zbrzowienia powierzchni licznych produktw,

np. pizzy [Galema, 1997; Melski, 2000]. W przypadku ogrzewania mikrofalowego zarwno

naczynie jak i otaczajce powietrze nie s ogrzewane, a ciepo generowane jest


21

w ogrzewanym produkcie. Jednake intensywne chodzenie zewntrznych warstw przez

otaczajce, zimne powietrze sprawia, e wntrze produktu posiada znacznie wysz

temperatur ni jego warstwy zewntrzne. W produkcie wystpuje niewielki gradient

temperaturowy skierowany do zewntrz [Galema, 1997]. To niekorzystne zjawisko stanowi

podstawowy powd krytycznego postrzegania waciwoci sensorycznych ogrzewanych

produktw, co w omawianej wyej ankiecie respondenci wyrazili w postaci krytycznej oceny

smaku. Rozwizanie problemu jakoci (wymagana chrupko, zbrzowienie) powierzchni

ogrzewanych produktw stanowi klucz do sukcesu rynkowego znaczcej grupy wyrobw.

Ze wzgldu na skad i kompozycj produktw wymagajcych chrupkiej powierzchni

praktycznie nie ma moliwoci manewru w tym obszarze.

W konstrukcji kuchenek mikrofalowych osignito poowiczne rozwizanie, ktrym

jest ogrzewanie hybrydowe realizowane jednoczenie przez mikrofale i klasyczny element

grzejny umieszczony w komorze grzejnej kuchenki. Stanowi ono krok wstecz, w kierunku

klasycznych metod ogrzewania, co odbywa si kosztem szybkoci oraz efektywnoci

procesu, czciowo niwelujc najwaniejsze zalety ogrzewania mikrofalowego.

Najlepsze rezultaty w rozwizaniu problemw chrupkoci ogrzewanych produktw

osignito stosujc innowacyjne rozwizania w sferze opakowa. Ide przewodni jest

umieszczenie elementu grzejnego wewntrz opakowania, poprzez zastosowanie materiau

oddziaujcego z mikrofalami. Wykonanie okrelonego elementu opakowania z materiau

aktywnego, nazywanego take receptorem lub susceptorem pozwala na przeksztacenie

czci padajcego na jego powierzchni promieniowania mikrofalowego w ciepo. Wzrost

temperatury opakowania w wybranych miejscach powoduje szybkie ogrzanie powierzchni

produktu i nadanie jej podanej chrupkoci. Rwnoczenie wntrze dania ogrzewane jest

mikrofalami, dziki czemu gotowo kulinarna osigana jest z szybkoci charakterystyczn

dla mikrofalwki. Oprcz susceptorw stosowane mog by take reflektory odbijajce

mikrofale w celu ochrony wybranych fragmentw dania przed nadmiernym nagrzaniem,

np. surwek w zestawach obiadowych [Lisiska-Kunierz i Ucherek, 2003; Robertson, 2006;

Przetaczek-Ronowska, 2010].

Opakowania kompostowalne

Rosnca wiadomo ekologiczna konsumentw stymuluje wzrost wymaga

orodkw legislacyjnych oraz konsumentw w zakresie wpywu produktw rynkowych

na rodowisko naturalne. Wzgldnie krtki czas wykorzystania, najczciej jednorazowe

zastosowanie oraz udzia konsumenta w wytwarzaniu odpadw opakowaniowych sprawiaj,

e to wanie opakowanie w znacznym stopniu determinuje postrzeganie produktu jako

przyjaznego bd nie dla rodowiska naturalnego [Melski, 2012]. Rozwizanie czci

problemw zwizanych z zagospodarowaniem odpadw opakowaniowych, przy

jednoczesnej poprawie wizerunku zarwno opakowania, jak i zawartego w nim produktu

moliwe jest przez zastosowanie opakowa podlegajcych rozkadowi biologicznemu

w trakcie procesu kompostowania. Odpady tego typu mog by przetwarzane biologicznie

w instalacjach przemysowych lub kompostownikach przydomowych [Rydz i in., 2015].

Wykorzystanie kompostowalnych opakowa produktw ogrzewanych mikrofalowo

moliwe jest nie tylko w gospodarstwach domowych, lecz take w obiektach maej

gastronomii. Zastosowanie opakowa/naczy jednorazowych, ktre wraz z resztkami


22

poywienia mog by oddane do utylizacji generowa moe wymierne korzyci materialne

i organizacyjne. W barach typu fast food zastosowanie recyklingu materiaowego jest

problematyczne, gdy wikszo odpadw staych stanowi opakowania zanieczyszczone

resztkami produktw spoywczych. Oczyszczanie i gromadzenie posegregowanych

odpadw jest praktycznie niewykonalne, dlatego stopie odzysku w tego typu obiektach jest

niewielki, a wikszo odpadw nadajcych si do przerbki trafia na skadowiska [Aarnio

i Hmlinen, 2008]. Za najbardziej efektywny ekonomicznie i rodowiskowo sposb

wykorzystania opakowa podlegajcych rozkadowi biologicznemu naley uzna

ich zastosowanie do pakowania ywnoci wygodnej. Konkluzja powysza nabiera

szczeglnego znaczenia w poczeniu z ograniczon w duszej perspektywie czasowej

dostpnoci tego typu materiaw opakowaniowych.

Podsumowanie

Ze wzgldu na powszechno stosowania oraz coraz wiksze znaczenie opakowa

na dzisiejszym rynku, brana opakowaniowa zajmuje szczegln pozycj, gdy wspczesny

klient wchodzi w kontakt z opakowaniem o wiele wczeniej i czciej ni z produktem.

Ze wzgldu na szeroki zakres realizowanych funkcji opakowanie zawiera zwykle znacznie

wicej rozwiza innowacyjnych ni opakowany produkt, w zwizku z czym potencjalny

nabywca, mniej lub bardziej wiadomie, styka si z innowacjami opakowaniowymi. Jednym

z obszarw implementacji innowacyjnych rozwiza jest ywno przeznaczona

do ogrzewania w domowych kuchenkach mikrofalowych. W ograniczonym zakresie nowe

rozwizania dotyczy mog zarwno urzdzenia grzewczego, jak i ogrzewanego produktu.

Elementem o najwikszym potencjale innowacyjnym jest opakowanie, ktre w synergii

z dwoma pozostaymi elementami moe generowa znaczce korzyci w obrbie ekonomii,

technologii, dietetyki, marketingu oraz ochrony rodowiska naturalnego.

Literatura

Aarnio, T., Hmlinen, A., 2008, Challenges in packaging waste management in the fast

food industry, Resources, Conservation and Recycling, 2008, 52, 612621.

Agriculture and Agri-Food Canada, 2012, Consumer Trends, Chilled Foods in Poland,

http://publications.gc.ca/site/archivee_archived.html?url=http://publications.gc.ca/collections

/collection_2014/aac-aafc/A74-1-117-2012-eng.pdf(dostp: stycze 201).

Balmori, A., Electromagnetic pollution from phone masts. Effects on wildlife,

Pathophysiology, 2009, 16, 191199.

Borowy T, Kubiak M.S., Opakowania ywnoci stosowane w technologii mikrofalowej,

Gospodarka Misna, 2010, 62 (06), 20-24.

esnek J., Dobi J., Houov J., Sedlek J., 2003,Properties of thin metallic films for

microwave susceptors, Czech Journal of Food Sciences, 21, s. 3440.

Dainelli, D., Gontard, N., Spyropoulos, D., Zondervanvan den Beuken, E., Tobback, P.,

Active and intelligent food packaging: legal aspects and safety concerns, Trends in Food

Science & Technology, 2008, 19, 103112.


23

de Almeida, A., Fonseca, P., Schlomann, B., Feilberg, N., Characterization of the household

electricity consumption in the EU, potential energy savings and specific policy

recommendations, Energy and Buildings, 2011, 43, 18841894.

Galema S. A., Microwave Chemistry, Chemical Society Reviews, 1997, 26, 233-238.

Korzeniowski, A., AnkielHoma, M., CzaajaJagielska, N., Innowacje w opakowalnictwie,

Wydawnictwo Uniwersytetu Ekonomicznego w Poznaniu, 2011.

Ku, H.S., Siores, E., Taube, A., Ball, J.A.R., Productivity improvement through the use of

industrial microwave technologies, Computers & Industrial Engineering, 2002, 42, 281290.

Liegey, P.R., 2001, Hedonic Quality Adjustment Methods For Microwave Ovens In the U.S.

CPI, U.S. Bureau of Labor Statistic, http://qz.com/187743/the-slow-death-of-the-microwave/

(dostp: stycze 2016).

Lisiska-Kunierz M, Ucherek M., Postp techniczny w opakowalnictwie, Wydawnictwo

Akademii Ekonomicznej w Krakowie, 2003.

opacka J., Lipiska A., Rafalska U., Zmiany zachodzce w materiale opakowaniowym

i w ywnoci w trakcie obrbki mikrofalowej, Problemy Higieniy i Epidemiologii,

2015, 96 (1), 77-83.

Melski K., Opakowania do kuchenek mikrofalowych, Packaging Polska, 2000, 3, 36-37.

Melski K., Towaroznawcza ocena opakowa ywnoci stosowanych w technice

mikrofalowej, Wydawnictwo Uniwersytetu Ekonomicznego w Poznaniu, 2012.

Przetaczek-Ronowska, I., Opakowania ywnoci do ogrzewania w kuchenkach

mikrofalowych, Przemys Spoywczy, 2010, 64 (1), 40-43.

Robertson G.L., Food Packaging. Principales and Practice, wyd. 2, CRC Press,

271-284, 2006.

Rocznik Statystyczny Rzeczypospolitej Polskiej, Gwny Urzd Statystyczny, roczniki od

1998 do 2015, http://stat.gov.pl/obszary-tematyczne/roczniki-statystyczne/.

Rydz j., Sikorska W., Kyulavska M., Christova D., Polyester-Based (Bio)degradable

Polymers as Environmentally Friendly Materials for Sustainable Development, International

Journal of Molecular Sciences, 2015, 16, 564-596.

Self, A (red.), Social Trends No 38, 2008 Editon, 2008, Office for National Statistic, UK.

Swain, M.J., James, S.J., Swain, M.V.L., Effect of power output reduction of domestic

microwave ovens after continuous (intermittent) use on food temperature after reheating,

Journal of Food Engineering, 2008, 87, 1115.

Van Loock, W., European regulations of the radio spectrum, ISM use and safety, Journal of

Microwave Power and Electromagnetic Energy, 2001, 36 (4), 199215.

http://qz.com/187743/the-slow-death-of-the-microwave/


24

TOMASZ KOLECKI1, KATARZYNA JAROS-KOLECKA

2, JAROSAW SZAFRAN

3,

ARTUR MARCINIAK4, KARINA BARANOWSKA

3, KAROLINA WOYNIEC

4,

MICHA PIEGZA5, BARBARA AROWSKA

5, MAGORZATA ROBAK

5

1Politechnika Wrocawska

[email protected] 2TK Nano, Wrocaw

3JK Packaging, Krotoszyn

4Solvadis Polska Sp. z o. o., Wrocaw

5Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocawiu

ZASTOSOWANIE NANOCZSTEK SREBRA W FOLIACH SPOYWCZYCH

Streszczenie

Folie z dodatkiem nanoczstek srebra (SNP) tworz now jako w obrocie wie

ywnoci. Ich uycie nie tylko zapewnia czysto produktu, ale rwnie pozwala wyduy

czas przydatnoci do spoycia oraz ograniczy straty finansowe wynike z psucia si

towarw na skutek rozwoju mikroorganizmw. Zatem dziki zastosowaniu folii z SNP

w opakowanych produktach mona liczy na powstrzymanie wzrostu drobnoustrojw

i psucia si ywnoci. Ostatecznie moemy zyska czas, pienidze oraz zapewni szerszy

rynek zbytu. Celem przeprowadzonych bada bya ocena stopnia skutecznoci dodatku SNP

do folii spoywczych w hamowaniu wzrostu drobnoustrojw oraz okrelenie zawartoci

srebra ugujcego si z folii.

Materia badawczy stanowia folia spoywcza przygotowana z SNP. Oceniano siedem

wariantw folii, ktre przygotowano z dodatkiem SNP lub bez (folie kontrolne).

Do polimeryzacji folii LDPE VII dodatkowo dodano 0,5% barwnika. Materiaem

badawczym byo te wiee miso wieprzowe przechowywane w foliach w warunkach

chodniczych. W pracy oceniano przeciwdrobnoustrojow aktywno folii wobec:

Pseudomonas fluorescens, Escherichia coli i Staphylococcus aureus oraz wzrost oglnej

liczby drobnoustrojw mezofilnych w zapakowanym misie przechowywanym w warunkach

chodniczych przez cztery tygodnie.

W stosunku do folii kontrolnej (bez SNP) obserwowano znaczne (82-85%)

zahamowanie wzrostu S. aureus w obecnoci folii wytoczonej ju przy najmniejszym

steniu dodawanego roztworu SNP. Wzrost szczepu E. coli zosta nieznacznie zahamowany

(13%) przy najwyszych steniach SNP. W analizie wzrostu oglnej liczby drobnoustrojw

mezofilnych z przechowywanych prb misa najwiksz ich liczb w 1g, wiadczc

o najmniejszym dziaaniu ochronnym foli i SNP, wyznaczono dla misa opakowanego

w foli LDPE IV. W pierwszym tygodniu miso opakowane w poszczeglne folie

i przechowywane w warunkach chodniczych nie wykazywao oznak zepsucia. W drugim

tygodniu pojawi si zapach (folia LDPE VII) i wyciek oraz utrata koloru misa. W oparciu

o uzyskane wyniki rozpoczto testowanie innych polimerw opakowaniowych

zawierajcych SNP i badania nad ustaleniem stenia SNP hamujcego wzrost drody oraz

bakterii.

mailto:[email protected]


25

Sowa kluczowe: aktywno przeciwdrobnoustrojowa, folia spoywcza, nanoczstki srebra,

SNP.

Wprowadzenie

W dobie nowoczesnych technologii, w tym take tych dotyczcych opakowa

i ich roli w przechowywaniu ywnoci poszukiwanie moliwoci wyduenia trwaoci

skania do wykorzystywania nietypowych materiaw, a za takie uzna mona

nanomateriay, struktury o jednym z wymiarw mieszczcym si w granicach 1-100 nm,

czyli na poziomie zblionym do atomw i czsteczek [Sionkowski i Kaczmarek, 2015].

Dziki rozdrobnieniu czstki w skali nano, np. metale szlachetne zyskuj waciwoci,

istotnie rnice si od makrostruktur tego samego zwizku chemicznego. Jednym

z moliwych do wykorzystaniu nanomateriaw jest srebro, metal, ktremu ju staroytnoci

przypisywano waciwoci lecznicze i biobjcze. Pniej zapomniany i dopiero rozwj

nanotechnologii oraz moliwo syntetyzowania nanoczsteczek srebra ponownie zwrciy

uwag na moliwo jego zastosowania [Mroczek-Sosnowska i in., 2013]. Wodne roztwory

zawierajce nanoczstki srebra (Silver Nano Particles, SNP) uwaane s za jedne

z najskuteczniejszych rodkw dezynfekcyjnych [Wzorek i Konopka, 2007; Kruthyakow

i in., 2008; Rai i in., 2009; Sharma i in., 2009; Chmielowska-Korzeniowska i in., 2013].

Ich zastosowanie powoduje likwidacj ponad 90% bakterii i grzybw. SNP, jako czynnik

przeciwdrobnoustrojowy, z powodzeniem moe by zastosowany do dezynfekcji powietrza,

wody oraz rnego rodzaju powierzchni np. materiaw i ubra stosowanych w medycynie,

opakowa plastikowych [Tran i in., 2013]. Od kilku lat prowadzone s badania nad

wprowadzeniem nanoczstek srebra do opakowa, w tym folii przeznaczonej

do przechowywania ywnoci [Eschegoyen i Nevin, 2013; Metak i Ajaal, 2013]. Celem

pracy bya ocena stopnia skutecznoci dodatku SNP w rnych steniach do folii

spoywczych. Skuteczno t oceniano poprzez ograniczenie wzrostu wybranych

drobnoustrojw w obecnoci folii (hodowle pynne i stae), zmian w wygldzie misa

zapakowanego w dane folie i wpywie na ogln liczb drobnoustrojw zawart

w opakowanym misie przechowywanym przez 4 tygodnie. W pracy badano take, w jakim

stopniu srebro jest wymywane (ugowane) z folii.

Materiay i metody

Materia badawczy stanowia folia spoywcza przygotowana z nanoczastkami srebra.

Jednowarstwowe folie, o gruboci 80 m przygotowano z polietylenu o maej gstoci LDPE

(Malen E FABS 23-D022) wytoczonego przy temperaturze masy tworzywa 180C i stopniu

rozdmuchu 1:2,5. Badano take oddziaywanie folii EVOH zawierajcej ywice

kopolimerow etylenu i alkoholu winylowego, otrzyman. Oceniano 7 wariantw

wyprodukowanej folii. Folie LDPE IV-VII oraz EVOH z Ag, ktre zostay przygotowane

z 1-2% dodatkiem roztworw nanoczstek srebra o steniu od 1 do 10% oraz dwie folie

kontrolne bez Ag EVOH i LDPE (tabela 1). Dodatkowo do polimeryzacji folii nr LDPE VII,

o najwyszej zawartoci SNP, dodano 0,5% barwnika AquaBlue w celu zamaskowania

barwy wynikajcej z dodatku SNP. Folie te wykorzystano do opakowania misa

wieprzowego. Natomiast nanoczstki srebra (SNP) zostay otrzymane przez redukcj


26

azotanu srebra w roztworze wodnym, zawierajcym surfaktant niejonowy i polimer

stabilizujcy; reduktorem by kwas askorbinowy [Kolecki i in. 2011].

Tabela 1. Wykorzystane folie oraz wybrane parametry nanoczstek srebra (SNP)

Folia

Stenie roztworu

SNP

[%]

Ilo roztworu

SNP dodana do

polimeryzacji

[%]

Stenie SNP

w mieszaninie do

polimeryzacji

[mg%]

EVOH z Ag* 5 1 50

EVOH bez Ag 0 0 0

LDPE IV 1 2 20

LDPE V 5 1 50

LDPE VI 10 1 100

LDPE VII 10 2 200

LDPE Kontrolna 0 0 0

* srebro jest tylko po jednej stronie folii i warstwa z SNP jest gruboci maksymalnie 20 m.

Kawaki misa pochodzcego bezporednio z uboju, zostao zapakowane i zgrzane w

siedmiu rnych foliach: EVOH z Ag, EVOH bez Ag, LDPE z Ag o numerach IV, V, VI

i VII (z niebieskim barwnikiem) oraz foli zwykej, bez Ag (LDPE Kontrolna). Otrzymane

prby byy przechowywane w warunkach chodniczych przez 2 tygodnie i poddawane ocenie

makroskopowej co kilka dni. Po 2 tygodniach opakowania otwarto i pobrano miso do bada

mikrobiologicznych, czyli oznaczeniu oglnej liczby drobnoustrojw mezofilnych.

Przygotowanie materiau do oznaczania oglnej liczby drobnoustrojw mezofilnych

polegao na odwaeniu 5g misa z kadej prby i rozdrobnieniu w 45 mL soli fizjologicznej

w aparacie Stomacher przez 15 minut. Z tak otrzymanej zawiesiny sporzdzono szereg

dziesitnych rozciecze. Do oznaczania liczby drobnoustrojw wykorzystano podoe

z agarem odywczym i wykonano posiew wgbny 1 mL z kadego rozcieczenia.

Po zestaleniu zaszczepione pytki inkubowano w 30C przez 24-48 godzin i nastpnie

obliczano ilo jednostek tworzcych kolonie (jtk).

Aktywno przeciwdrobnoustrojow poszczeglnych folii oceniano w hodowlach

w podou pynnym i staym. W pynnym oceniano efekt folii wzgldem Escherichia coli

i Staphylococcus aureus, szczepw pochodzcych z Kolekcji Katedry Biotechnologii

i Mikrobiologii ywnoci Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocawiu. Wzrost bakterii

oceniano przez pomiar OD 600nm w podou Luria Bertanii (LB) i bulionie odywczym

(NB), odpowiednio dla E. coli i S. aureus. Do hodowli dodawano wycite kwadraty folii

o boku 1cm. W hodowlach na podou staym aktywno przeciwdrobnoustrojow oceniano

wobec trzech drobnoustrojw: Pseudomonas fluorescens, Escherichia coli oraz

Staphylococcus aureus. Badanie przeprowadzono na agarze odywczym. Wyjciowo

w masie agaru danej pytki (szczepienie wgbne, 1mL inokulum) umieszczono nastpujce

iloci komrek : P. fluorescens 1,71 x 109, S. aureus 1,74 x 10

9 oraz E. coli 4,1 x 10

9.

Po 6 godzinach na powierzchnie agaru wykadano 1cm2 okrelonej folii. Po inkubacji


27

w temperaturze 30 C, przez 24 godziny od momentu wyoenia foli, obserwowano wzrost

bakterii.

W celu okrelenia zawartoci srebra ugujcego si do otoczenia, przygotowano

roztwory wody demineralizowanej, w ktrej umieszczono kawaki folii. Dla wszystkich

prbek masa folii i wody bya jednakowa. Prbki byy przechowywane w temperaturze

pokojowej, a folia bya usuwana z roztworw odpowiednio po 48 godzinach,

po 14 i 21 dniach. W celu okrelenia zawartoci srebra w poszczeglnych roztworach

wykonano pomiary ilociowe i jakociowe z wykorzystaniem spektrometru emisyjnego

ze wzbudzeniem prbki w plazmie argonowej ICP (model ARL 3410). Roztwory zostay

zakwaszone kwasem azotowym (J.T. Baker Instra-Analyzed Plus 9368)

do 1% HNO3.Pomiary przeprowadzono przy dugociach fali : 328.08 nm (DL 0.002 mg/L)

oraz 338.30 nm (DL 0.003 mg/L).

Wyniki

Opakowane miso nie wykazywao adnych oznak zepsucia w cigu pierwszego

tygodnia od uboju. Po upywie tego czasu w niektrych prbach pojawi si zapach (folia

LDPE VII i LDPE kontrola), a zewntrznie obserwowano pojawienie si wycieku (lekko

zielonego kolory) i oznaki utraty koloru przez fragmenty misa. Najwyraniej takie

zachowanie zaobserwowano dla prby misa opakowanego w folie LDPE VII, IV i V oraz

LDPE kontroln (rys.1).

Rysunek 1. Prby misa opakowanego w folie, po dwch tygodniach przechowywania


28

Przygotowujc prbki do bada na zawarto oglnej liczby drobnoustrojw

mezofilnych zaobserwowano, e w trakcie rozdrobnienia misa w homogenizatorze znaczne

zmikczenie prbek pochodzcych z opakowania w folie EVOH (z Ag i bez Ag). Objawiao

si to wikszym i szybszym procesem rozdrabniania w stosunku do folii opartych na LDPE.

Natomiast najwiksz liczb jtk w 1g misa, wiadczc o najwikszym rozwoju

drobnoustrojw w przechowywanych prbach wyznaczono dla misa opakowanego w foli

LDPE IV o najniszej zawartoci SNP (tab. 2). Liczba drobnoustrojw obecna w 1g misa

przechowywanego w tej folii bya ponad 10-100 krotnie wysza ni dla wikszoci

pozostaych prb, w tym kontrolnych. Najmniejszy wzrost drobnoustrojw

w przechowywanym misie wykazano w misie z foli LDPE V. Ilo jtk/g misa bya

10 razy mniejsza ni dla prby kontrolnej misa opakowanego w foli zwykej (LPDE bez

Ag) i prb misa przechowywanych w foliach EVOH (z Ag i bez Ag). Natomiast liczba

drobnoustrojw w misie zapakowanym w folie o najwikszej zawartoci nanoczstek srebra

(LPDE VII) z dodatkiem barwnika bya wysza ni w misie zapakowanym w folie

kontroln, czy o mniejszej zawartoci SNP.

Tabela 2. Zawarto oglnej liczby drobnoustrojw mezofilnych wyznaczona jako

uredniona liczba jednostek tworzcych kolonie (jtk) w 1g misa po okresie przechowywania

W celu peniejszego zobrazowania rnic w przyrocie mikroorganizmw w misie

zapakowanym w poszczeglne folie porwnano gstoci wzrostu drobnoustrojw z tego

samego rozcieczenia po 24 godzinach inkubacji. Przykad takiego porwnania jest seria

pytek Petriego (rys.2) z hodowli zaszczepionych 1 mL (10-3

) zawiesiny komrek. Jak mona

zauway na pytce z prb misa z LPDE V jest najmniejszy wzrost, a na pytce z foli

zwyk (LPDE bez SNP) jest on najwikszy (rys. 2 A i B). Ciekawie wyglda take

porwnanie wzrostu drobnoustrojw z prb misa z foli EVOH i foli zwykej, LPDE bez

SNP (rys.2, C). Folia EVOH, w wikszoci przypadkw, lepiej zabezpieczya miso przed

drobnoustrojami ni folia zwyka. Przy tym samym rozcieczeniu prby (103) najwikszy

wzrost obserwowano dla misa zapakowanego w foli LPDE bez SNP, EVOH bez SNP,

a najmniejszy w przypadku foli EVOH z SNP.

Prba misa przechowywana w Oglna liczba drobnoustrojw mezofilnych

[jtk / 1g misa]

EVOH bez AG 3,9 x 106

EVOH z Ag 4,4 x 106

LPDE IV 475,7 x 106

LPDE V 0,27 x106

LPDE VI 20,6 x 106

LPDE VII 10,3 x 106

LPDE bez Ag 3,9 x 106


29

A

B

C

Rysunek 2. Wzrostu drobnoustrojw na pytkach Petriego: rozcieczenie 10-3

, agar

odywczy

W stosunku do folii kontrolnej (bez SNP) obserwowano znaczne (82-85%)

zahamowanie wzrostu S. aureus w obecnoci folii wytoczonej ju przy najmniejszym

steniu dodawanego roztworu SNP. Wzrost szczepu E. coli zosta nieznacznie zahamowany

(13%) przy najwyszych steniach SNP.

Oddziaywania SNP w foliach na wzrost trzech gatunkw drobnoustrojw

przeprowadzono w hodowlach pynnych i staych. Po inkubacji w temperaturze 30 C przez

24 godziny (od momentu wyoenia foli) obserwowano brak wzrostu P. fluorescens S.

aureus oraz E. coli, szczeglnie w agarze przykrytym foliami EVOH (Rys. 3). Na pytce

kontrolnej obserwowano jednolity wzrost drobnoustrojw w caej objtoci agaru.

LPDE VII LPDE bez SNP

LPDE VI LPDE V LPDE VII

LPDE bez SNP EVOH bez SNPVII EVOH z SNP


30

Rysunek 3. Wzrost bakterii w obecnoci foli LPDE bez nanoczstek srebra (1), folia LPDE

V z nanoczastkami srebra (2), foli EVOH bez nanoczastek srebra (3), folia EVOH z

nanoczastkami srebra po jednej stronie (4)

Obraz z 24 godzinnej inkubacji

Po 48 godzinach inkubacji, wykazano hamowanie wzrostu bakterii P.fluorescens oraz

S. aureus przez folie LPDE V, folie EVOH bez nanoczastek srebra oraz folie EVOH

z nanoczastkami srebra po jednej stronie (rys. 4 Najmniejszy wzrost bakterii obserwowano

dla foli EVOH z nanoczastkami srebra po stronie przylegajcej do agaru, czyli najlepsze

hamowanie rozwoju bakterii.

Rysunek 4. Wzrost bakterii w obecnoci foli zwykej bez nanoczstek srebra (1), foli z

nanoczastkami srebra (2), foli EVOH bez nanoczastek srebra (3), Folie EVOH z

nanoczastkami srebra po jednej stronie (4)

Obraz z 48 godzinnej inkubacji


31

W przypadku E.coli potwierdzono wczeniej obserwowane nieznaczne zahamowanie

wzrostu niezalenie od typu foli; nawet dla foli kontrolnej, LPDE bez SNP. Zatem testem

powierzchniowym nie mona wykaza czy nanosrebro dziaa na bakterie E.coli. Natomiast

w hodowli pynnej udao si wyznaczy zaleno zawartoci SNP i inhibicji wzrostu

(pomiar OD 600nm). Dla S. aureus obserwowano znaczc inhibicje wzrostu, a dla E.coli

tylko nieznaczn (rys. 5). Komrki E.coli byy zdecydowanie mniej wraliwe na SNP.

Rysunek 5. Przeciwdrobnoustrojowa aktywno w zalenoci od zawartoci SNP w

mieszaninie do polimeryzacji folii

Hodowla pynna z dodatkiem 1cm2 okrelonej folii LPDE, przez 24 i 48 godzin, w 30C

W badaniach wykazano, e srebro nie dyfundowao z folii do otoczenia. Nie wykryto

sygnau srebra w roztworach wody demineralizowanej, w ktrej przechowywano folie przez

21 dni w temperaturze pokojowej. Mimo to wiadomo, e wykazana aktywno

przeciwdrobnoustrojowa, szczeglnie wobec S. aureus w obecnoci foliach zawierajcych

nanoczsteczki srebra, bya moliwa ze wzgldu na nieznaczn dyfuzj nanosrebra

do podoa.

Dyskusja

Song i in. [2011] prowadzc badania nad migracj nanoczstek srebra z kompozytu

polietylenowego w rnej temperaturze (20, 30 i 70C) i stosujc stosowne substytuty

ywnoci (3% kwas octowy i 95% etanol), wykazali e 3-5,6% nanoczstek srebra uwalnia

si do roztworu kwasu i zaledwie 0,22-0,24% do roztworu alkoholu. Zatem zakadajc,

e uwalnia si maksymalnie 6% dodanych SNP, to z Foli LPDE VII (o najwyszej

zawartoci SNP), ilo uwolnionych nanoczstek srebra moga maksymalnie wynosi

0, 96 g. Wg Li i in. [2010] nanoczstki srebra dopiero w steniu 10 g/mL hamuj wzrost

E.coli, a wg Rai i in. [2009] dopiero w steniu 75 g/mL. Yoon i in. [2007] obserwowali

90% zahamowania wzrostu E. coli przy steniu nanoczstek srebra wynoszcym

58,41 g/mL, czyli ponad 50 razy wyszym ni potencjalne maksymalne stenie

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 50 100 150 200 250

E.coli

S.aureus 24h

S.aureus 48h

Wzrost

[OD600nm]

SNP [%]


32

nanoczstek srebra dyfundujcych do podoa z badanych folii. Zatem otrzymane wyniki

s zgodne z wynikami otrzymanymi przez wyej wymienionych badaczy, bowiem

do podoa nie moga przenikn wiksza ilo nanoczstek srebra.

W wiatowej literaturze istniej doniesienia dotyczce wtpliwoci czy nanoczstki

srebra s toksyczne i czy dyfunduje midzy innymi z opakowa przygotowanych

z ich udziaem [Song i in, 2011; Eschegoyen i Nerin, 2013; Matak i Ajaal, 2013; Roy i in,

2013;]. Wanym elementem byo wykazanie, e limit detekcji srebra w zamiennikach

ywnoci (etanol, kwas octowy) wynosi 0,04 ng/mL, czyli 0,04 mg/L [2011]. Natomiast

wyniki dotyczce iloci uwalnianego z opakowa srebra nie s tak jednoznaczne.

Wg Echegoyen i Nerin [2013] nanoczstki srebra uwalniane byy w iloci

od 1,66 do 31,5 ng/cm2, odpowiednio z foli o zawartoci SNP od 20 do 390 g/cm

2.

Uwolnione iloci SNP stanowiy zatem jedynie okoo 0,008% SNP zawartych w foliach,

czyli zdecydowanie mniej ni wykazali w swoich badaniach Song i in. [2011]. Komisja

Europejska (Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health

Risks-SCENIHR), okrelia dopuszczalny limit migracji srebra do ywnoci, z materiaw

opakowaniowych to 0.05 mg/kg ywnoci [Saber i in., 2014].

W badaniach nad zastosowaniem opakowa z nanoczastkami srebra Metak i Ajaal

[2013] wykazali pozytywny efekt dodatku SNP do opakowa. Przedstawili zahamowanie

rozwoju pleni na powierzchni zapakowanej marchwi. Podobny efekt uzyskano w tej pracy.

Folia z dodatkiem nanoczastek srebra nie tylko hamowaa wzrost P.fluorescens i S.aureus,

ale chronia zapakowane miso przed nadmiernym rozwojem drobnoustrojw mezofilnych.

Przy czym nie obserwowano cisej zalenoci pomidzy steniem SNP a liczb jtk/g

misa. Natomiast obserwowane wiksze zmikczenie misa opakowanego w folie EVOH

moe by spowodowane mniejsz wymian gazow, ktra si charakteryzuje ten typ folii

[Kluz A., 2007]. Jednoczenie wyjanienia wymaga 2-10 krotnie sabszy efekt przeciw

drobnoustrojowy foli o najwikszej zawartoci nanoczstek srebra - do ktrej jednoczenie

dodano barwnik LPDE VII w stosunku do folii o mniejszej zawartoci SNP.

W podou pynnym wzrost bakterii monitorowano poprzez pomiar gstoci

optycznej hodowli (OD 600nm), czyli zmtnienia bdcego wynikiem przyrostu liczby

komrek. Pomiar OD 600nm jest najszybsz i najprostsz metod pomiaru przyrostu

drobnoustrojw, wykorzystywan w mikroanalizatorach [Grabarczyk i in., 2013]. Niektrzy

badacze wyznaczyli nawet zaleno pomidzy wartoci OD 600nm a liczb komrek.

Wg Sondi i Salopek-Sondi [2004] OD 600nm rwne 0,1 odpowiada steniu komrek

108/mL. Zastosowana technika analityczna -hodowla w podou pynnym-umoliwia

prawidow ocen wzrostu bakterii i waciwoci anty-drobnoustrojowych danej folii.

Gatunek E,coli jest reprezentantem bakterii G-ujemnych. Podobny wynik otrzymali Becano

in. [2015], ktrzy rwnie wykazali lepsz aktywno bjcz wobec S. aureus. Yoon

i in. [2007] zaobserwowali wiksz inhibicje wzrostu Bacillus subtilis (Gram-dodatniego

gatunku) ni E.coli. Niektrzy badacze uzyskali odmienne wyniki, wykazujc hamowanie

zarwno wobec bakterii G-dodatnich jak i G-ujemnych lub nawet wiksze dziaanie wobec

tych drugich [Sondi i Salopek-Sondi 2004; Li in., 2010]. Niezgodno otrzymanych

wynikw moe by wynikiem wielu czynnikw, poczynajc od natury szczepu,

zastosowanej technice, medium hodowlanym czy nawet ograniczeniem dostpu

do skadnikw odywczych. W wielu przypadkach kluczowe jest wykonania stosownej


33

kontroli, opartej na foli bez dodatku NSP. Oddziaywanie jonw srebra zawartych

w nanoczsteczkach midzy innymi polega na ich wnikniciu do komrki i zaburzeniu

procesw metabolicznych. Zrnicowany stopie hamowania wzrostu moe wynika

z rni w budowie ciany komrkowej bakterii G-dodatnich i G-ujemnych. Wielu autorw

rwnie podkrela odmienno budowy ciany bakteryjnej starajc si wykaza miejsce

dziaania SNP. Sondi i Salopek-Sondi [Sondi i Salopek-Sondi 2004] przedstawiaj

mikroskopowe zdjcia komrek E.coli z przyczonymi nanoczsteczkami srebra.

Pal i in. [2007] wskazuj na zaleno pomidzy ksztatem nanoczstek, a stopniem

uszkodzenia bony. Stwierdzaj, e nanoczastki w ksztacie trjktnym s najbardziej

toksyczne.

Wnioski

Najlepiej przechowao si miso opakowane w folie EVOH i LPDE V

z nanoczstkami srebra.

Najmniejsz ogln liczb drobnoustrojw mezofilnych obecn w prbach misa

po wykazano opakowanego w folie LPDE V zawierajc nanoczstki srebra.

Najintensywniejsz inhibicja wzrostu bakterii z gatunku Pseudomonas fluorescens

cechowa si folia EVOH z nanoczastkami srebra, potem EVOH, nastpnie folia

z nanoczstkami srebra, oznaczona przez producenta jako folia LPDE V.

Najintensywniejsz inhibicja wzrostu bakterii z gatunku Staphylococcus aureus

cechowaa si folia EVOH z nanoczstkami srebra, potem EVOH. Mniej intensywnie

hamowaa wzrost folia z nanoczstkami srebra, oznaczona przez producenta jako folia

LPDE V.

W przypadku bakterii z gatunku Escherichia coli zahamowanie wzrostu bakterii

zaobserwowano dla wszystkich folii, w tym folii kontrolnej. Zatem nie mona oceni

czy badane folie dziaaj, hamuj wzrost tego gatunku bakterii.

Nie wykazano ugowania srebra z folii.

Przeprowadzone badania pozwoliy na uzasadniony optymizm w stosunku

do stosowania nanoczstek srebra, jako dodatkw do produkcji folii na potrzeby

pakowania produktw spoywczych. Udowodniono, e niewymagane jest wysokie

stenie nanosrebra, a wrcz wskazany jest ich minimalny udzia, nie tylko

skutkujcy lepszym dziaaniem, ale take taszym kosztem.

Literatura

Becano A.A., Puti F.C., Correa D.S., Paris E.C., Marconcini J.M., Ferreira M.D.,

Polyethylene films containing silver nanoparticles for applications in food packaging:

characterization of physicochemical and anti-microbial properties. Journal of Nanosciences

and Nanotechnology, 2015, 15, 2148-2156.

Chmielowiec-Korzeniowska A., Krzosek ., Tymczyna L., Pyrz M., Drabik A., Bactericidal,

fungicidal and virucidal properties of nanosilver. Mode of action and potential application. A

review. Annales Universitatis Mariae Curie-Skodowska Lublin - Polonia, Sectio EE XXXI

(2), 2013, 111.


34

Echegoyen Y., Nerin C., Nanoparticle release from-nano-silver antimicrobial food

containers. Food and Chemical Toxicology 2013, 62, 16-22

Grabarczyk M., Mczka W., Winska K., arowska B., Anio M., Antimicrobial activity

of hydroxylactone obtained by biotransformation of bromo-and iodolactone with

gem-dimethylcyclohexane ring. Journal of the Brazilian Chemical Society,

2013, 24 (12), 1913-1922.

Kluz A., Kopolimer etylenu i alkoholu winylowego EVOH : charakterystyka i zastosowania.

Zeszyty Naukowe Politechniki Poznaskiej. Budowa Maszyn i Zarzdzanie

Produkcj.2007,4, 129-136.

Kolecki T., Teterycz H., Sokoowski A., Polowczyk I., Sawiski W., Maliszewska I.,

Szydo J., Sposb syntezowania nanoczstek srebra. Zgoszenie patentowe. nr P 395979 z

16.08.2011.

Krutyakov Y.A., Kudrinskiy A.A., Olenin A.Y., Lisichkin G.V., Synthesis and properties

of silver nanoparticles: advances and prospects. Russisan Chememical Review,

2008, 77 (3), 233257.

Li W-R., Xie X-B., Shi Q-S., Zeng H-Y., OU-Yang Y-S., Chen Y-B., Antibacterial activity

and mechanism of silver nanoparticles on Escherichia coli. Applied of Microbiological

Biotechnology 2010, 85, 1115-1122.

Metak A. M., Ajaal T.T., Investigation on Polymer Based Nano-Silver as Food Packaging

Materials, International Scholarly and Scientific Research & Innovation,

2013, 7 (12), 772-778.

Mroczek-Sosnowska N., Jaworski S., Siennicka A., Gondek A., Unikalne waciwoci

nanoczstek srebra. Polskie Drobiarstwo, 2013, 6-8.

Pal S., Tak Y.K., Song J.M., Does the antibacterial activity of silver nanoparticles depend on

the shape of the nanoparticle? A study of the Gram-negative bacterium Escherichia col.i.

Applied and Environmental Microbiology, 2007, 73 (6), 17121720.

Rai M., Yadav A., Gade A., Silver nanoparticles as a new generation of antimicrobials.

Biotechnology Advances, 2009, 27, 76-83.

Roy N., Gaur A., Jain A., Bhattacharya S., Rani V., Green synthesis of silver nanoparticles:

an approach to overcome toxicity. Environmental Toxicology and Pharmacology, 2013, 36,

807-812.

Saber A.T., Mikkelsen S.H., Lam H.R., Hougaard K.S., Larsen P.B., Christensen F., Vogel

U., Hazard assessment of nanomaterials in consumer products. Scientific Committee on

Emerging and Newly Identified Health Risks (SCENIHR)-Environmental project No. 1637,

2015, Wyd. The Danish Environmental Protection Agency, Kopenhaga, 2015.

Sharma V.K., Yngard R.A., Lin Y., Silver nanoparticles: Green synthesis and their

antimicrobial activities. Advances in Colloid and Interface Science, 2009, 145 (1-2), 83-96.

https://apps.webofknowledge.com/full_record.do?product=UA&search_mode=GeneralSearch&qid=1&SID=R1OMWTAd6qGuMeHeqVL&page=1&doc=5&cacheurlFromRightClick=nohttps://apps.webofknowledge.com/full_record.do?product=UA&search_mode=GeneralSearch&qid=1&SID=R1OMWTAd6qGuMeHeqVL&page=1&doc=5&cacheurlFromRightClick=nohttps://apps.webofknowledge.com/full_record.do?product=UA&search_mode=GeneralSearch&qid=1&SID=R1OMWTAd6qGuMeHeqVL&page=1&doc=5&cacheurlFromRightClick=nohttp://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-journal-1733-1919-zeszyty_naukowe_politechniki_poznanskiej__budowa_maszyn_i_zarzadzanie_produkcjahttp://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-journal-1733-1919-zeszyty_naukowe_politechniki_poznanskiej__budowa_maszyn_i_zarzadzanie_produkcja


35

Sionkowski G., Kaczmarek H., Polimery z nanoczasteczkami srebra-wybrane ukady

otrzymywanie, waciwoci, zastosowania. Polimery 2010, 55, 7-8.

Sondi I., Salopek-Sondi B., Silver nanoparticles as antimicrobial agent: a case study on

E.coli as a model for gram-negative bacteria. Journal of Colloid and Interface Sciences,

2004, 275, 177-182.

Song H., Li B., Wu H-J., Chen Y., Migration of silver from nanosilver-polyethylene

composite packaging into food stimulants. Food Additives and Contaminants,

2011, 28 (12), 1758-1762.

Tran Q.H., Nguyen V.Q., Le A-T., Siver nanoparticles: synthesis, properties, toxicology,

applications and perspectives. Adv.Nat.Sci.: Nanoscience and Nanotechnology,

2013, 4, 033001 (20 p); doi:10.1088/2043-6262/4/3/033001.

Wzorek Z., Konopka M., Nanosrebro nowy rodek bakteriobjczy. Czasopismo

Techniczne Chemia, 2007, 1, 175181.

Yoon K.Y., Byeon J.H., Park J.H, Hwang J., Susceptibility constraints of Escherichia coli

and Bacillus subtilis to silver and copper nanoparticles. Science of the Total Environment,

2007, 373, 572-575.


36

BARBARA AROWSKA1, MICHA PIEGZA

1, KATARZYNA JAROS-KOLECKA

2,

TOMASZ KOLECKI3, MAGORZATA ROBAK

1

1Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocawiu

[email protected] 2TK Nano, Wrocaw

3Politechnika Wrocawska

NANOCZASTKI SREBRA (SNP)

A HAMOWANIE WZROSTU MIKROORGANIZMW

Streszczenie

Nanoczstki srebra (SNP) posiadaj potwierdzone dziaania antybiotyczne. Nie ma

natomiast pewnoci, co do minimalnego stenia SNP, ktre skutecznie hamuje wzrost

mikroorganizmw. Otrzymano zawiesin SNP o steniu 107mg/L i scharakteryzowano

wielko nanoczstek. Z wykorzystaniem analizatora wzrostu drobnoustrojw

Bioscreen C przeprowadzono badanie wzrostu wybranych szczepw bakterii i drody

w obecnoci rnych ste SNP. Pozwolio to na ustalenie minimalnego, hamujcego

wzrost stenia SNP nastpujcych wzorcowych szczepw drobnoustrojw:

Pseudomonasaeruginosa, Staphylococcusaureus (o biaej lub tej barwie kolonii) oraz

Candida albicans. Do hodowli drody C.albicans wykorzystano odpowiednio stone

podoe YM, bakterie P. aeruginosa i S. aureus hodowano natomiast w bulionie

odywczym. Do podoa dodawano od 10 do 60 l roztworu SNP o steniu 107 mg/L

(ppm). Najwysz wraliwoci na dziaanie czstek nanosrebra cechoway si komrki

bakterii P. aeruginosa, ktrych wzrost cakowicie hamowany by ju przy steniu

8,92 mg/L SNP. Nieco bardziej odporne na dziaanie tych czstek okazay si drode

C. albicans oraz bakterie S. ureus, w przypadku, ktrych obserwowano dug, trwajc

32-40 godz. lag-faz, po ktrej mikroorganizmy rozpoczynay powolny wzrost.

Sowa kluczowe: nanoczstki srebra, SNP, aktywno przeciwdrobnoustrojowa,

Bioscreen C

Wprowadzenie

Nanotechnologia stanowi silnie rozwijajc si dziedzin nauki, zmierzajc

do maksymalnego, bezpiecznego zarwno dla czowieka jak i otaczajcego go rodowiska,

wykorzystania nanoczstek metali o rozmiarach jednego z wymiarw nieprzekraczajcego

do 100 nm w bezporednim kontakcie, w szerokiej gamie produktw [Sionkowski

i Kaczmarek, 2015]. Uznaje si, e nano struktury mog znale szerokie zastosowanie

w takich dziedzinach jak medycyna, kosmetologia, odnawialne rda energii, oczyszczanie

rodowiska i wielu innych [Tran i in., 2013]. Na szczegln uwag zasuguj nanoczstki

srebra (SNP), dla ktrych potwierdzono szerokie spectrum aktywnoci

przeciwdrobnoustrojowej, szczeglnie w kierunku bakterii zarwno Gram dodatnich jak

i Gram ujemnych [Yoon i in., 2007; Jones i Hoek, 2010]. Mechanizm biobjczego

oddziaywania SNP nie jest do koca wyjaniony, jednake najprawdopodobniej opiera si

mailto:[email protected]


37

ono na trzystopniowym procesie. Najpierw nanoczstki przyczaj si do powierzchni bony

komrkowej naruszajc jej podstawowe funkcje, takie jak pprzepuszczalno i oddychanie.

Kolejnym etapem jest przeniknicie do wntrza komrki i kolejne uszkadzanie struktur

wewntrznych, gwnie poprzez interakcje z siark i fosforem. Ostatecznie nanoczstki

wydzielaj wolne jony srebra podkrelajc efekt bjczy [Morones i in., 2005; Tran

i in., 2013]. W prezentowanych badaniach skupiono si na wykazaniu minimalnego stenia

hamujcego wzrost czterech wzorcowych szczepw drobnoustrojw: drody Candida

albicansoraz bakterii Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus (dwa szczepy

rnice si barw kolonii: biay i ty) w mikrohodowlach prowadzonych w aparacie

mikrobiologicznym Bioscreen C.

Materiay i metody

Nanoczstki srebra (SNP) zostay zsyntezowane poprzez redukcj soli srebra

w roztworze wodnym, zawierajcym niejonowy zwizek powierzchniowo czynny (NZPC)

i polimer pomocniczy (PEI). Reduktorem by wodny roztwr kwasu askorbinowego

[Kolecki i in., 2011]. W wyniku reakcji otrzymywano dyspersj o steniu 107 mg Ag/L

roztworu (107 ppm). Nanoczstki zostay scharakteryzowane technikami TEM, DLS

i UV-Vis.

Zdjcia obrazujce nanoczstki wykonano metod transmisyjnej mikroskopii

elektronowej (TEM) z wykorzystaniem urzdzenia Zeiss EM 900. Prbki nanoszono

na siateczki niklowe 300 mesh, pokryte ywic Formvar (SPI Supplies). Obserwacje

standardowo prowadzono przy powikszeniu 86000.

Pomiary technik dynamicznego rozpraszania wiata (DLS) przeprowadzono

na dwch urzdzeniach: Nicomp 380ZLS (ParticleSizing Systems), wyposaony w laser

532 nm/50 mW i 64-kanaowy autokorelator oraz aparacie PhotocorComplex (Photocor

Instruments) z laserem 657.04 nm/36 mW i 288-kanaowym autokorelatorem, pracujcym

w trybie multi-tau. W przypadku urzdzenia Nicomp pomiary prowadzono w standardowych

kuwetach z czterema przejrzystymi cianami, wykonanymi z PMMA (Kartell);

kt rozpraszania promieni wynosi 90. Analiza wynikw uzyskanych t metod

przeprowadzona zostaa przy pomocy oprogramowania ZPW388 1.71 (ParticleSizing

Systems). W przypadku urzdzenia Photocor, pomiary wykonywane byy w cylindrycznych

buteleczkach o rednicy 14.5 mm (Supelco); kt rozpraszania promieni wynosi 110,

a analiz wynikw przeprowadzono przy pomocy oprogramowania DynaLS 2.8.3 (Alango

Ltd.). Pomiary spektrofotometryczne UV-Vis wykonano przy pomocy jednowizkowego

aparatu Helios (ThermoElectronCorporation), w kuwetach pmikro o drodze optycznej

10 mm, wykonanych z polistyrenu (Carl Roth GmbH).

SNP o steniu 107 mg/L, dodawano do hodowli drobnoustrojw w iloci

od 10-60 L. W badaniach wykorzystano jeden szczep drody z gatunku Candida albicans

oraz trzy szczepy bakterii: jeden z gatunku Pseudomonas aeruginosa i dwa z gatunku

Staphylococcus aureus. Wszystkie szczepy pochodziy z niemieckiej kolekcji kultur DSMZ

(Deutsche Sammlung von Mikroorganismen un dZellkulturen, Leibnitz-Institute)

Mikrohodowle prowadzono w 4 powtrzeniach, w podou YM dla drody oraz bulionie

odywczym dla bakterii, komplementowanych zmiennym steniem roztworu SNP.

Cakowita objto pynu hodowlanego w mikrostudzience wynosia 300 L, a kocowe


38

stenie dodawanych SNP wynosio od 0 (kontrola) do 21,4 mg/L (maksymalnego stenie).

Hodowle zaszczepiano zawiesin komrek (w objtoci 20 L) wystandaryzowan

do stenia 108 komrek/mL i inkubowano w analizatorze Bioscreen C, w temperaturze

28C, przez 72 godziny stosujc automatyczne wytrzsanie i pomiar zmian gstoci

optycznej co 30 minut, przy dugoci fali wiata widzialnego 560-600nm.

Po hodowli zawarto mikrostudzienek dotyczc danego stenia SNP i danego

drobnoustroju, zebrano do sterylnej probwki typu Falconi badano na obecno

nanosrebra.W celu usunicia zanieczyszcze, ktre mogyby zakci pomiar DLS prbki

oczyszczono przy pomocy wirowania i filtracji wirwkowej z wykorzystaniem filtrw

hydrofilowych o porowatoci 0.2 m, zapewniajcej swobodny przepyw nanoczstek

i niewielkich aglomeratw i stanowicych barier dla biomasy pozostaej po wstpnym

oczyszczaniu, przez wirowanie. Prbki po pomiarach w urzdzeniu

Bioscreen C przygotowywano wedug przedstawionej poniej procedury. Okoo 1 ml prbki

wirowano przez 10 minut z przyspieszeniem 2000 g, przy pomocy wirwki Spectrafuge

Mini Centrifuge (Labnet International). Po odwirowaniu, pobierano 700 l supernatantu

i przenoszono do filtra wirwkowego Costar Spin-X z membran poliamidow

0.2 m (Corning Inc.), po czym odwirowywano w analogiczny sposb. Nastpnie pobierano

500 l permeatu i rozcieczano przy pomocy 1000 l wody dejonizowanej. Tak

przygotowane prbki wykorzystywano do pomiarw UV-Vis, a nastpnie DLS

wg procedury opisanej wyej.

Wyniki

Na rysunku 1 przedstawiono przykadowe widmo UV-Vis wodnej dyspersji

nanoczstek srebra (SNP). Najbardziej charakterystyczn cech widma jest szeroki pik

o maksimum absorpcji okoo 416 nm, charakterystyczny dla rezonansu plazmonowego SNP.

Rysunek 1. Widmo UV-Vis wodnej dyspersji nanoczstek srebra o steniu 10 ppm

Zjawisko to jest odpowiedzialne za t barw sferycznych nanoczstek srebra, ktra

zobrazowano na rys. 2 i stanowi niekiedy problem w zastosowaniach praktycznych, na

przykad w przemyle farbiarskim lub kosmetycznym. Nie wydaje si jednak, eby ta

barwa stanowia jakkolwiek przeszkod w przemyle spoywczym.


39

Rysunek 2. Dyspersja wodna nanoczstek srebra o steniu 27 ppm

Obecno sferycznych nanoczsteksrebra potwierdzono przy pomocy pomiarw

mikroskopowych. Reprezentatywne zdjcie TEM przedstawiono na rysunku 3.

Rysunek 3. Obraz nanoczstek srebra wykonany metod transmisyjnej mikroskopii

elektronowej (TEM)

Jak mona zauway, ksztat czstek srebra jest zbliony do sferycznego. Analiza

obrazowa wykonana dla populacji 200 nanoczstek wykazaa natomiast, e rednia

sferyczno jest rwna 1.72 0.49, natomiast mediana ma warto 1.70 (Rys.4), co oznacza

e faktycznie czstki maj ksztat eliptyczny. Kolisto czstek wyraana bya wzorem:

gdzie: R kolisto, L obwd czstki, L pole powierzchni czstki.


40

Rysunek 4. Histogram rozkadu kolistoci czstek nanosrebra

W pomiarach technik dynamicznego rozpraszania wiata (DLS) uzyskano wyniki

zblione. Na rysunku 5 przedstawiono wynik pomiarw dla czstek zobrazowanych

na rysunku 3. Dane uzyskane obydwoma metodami s porwnywalne. Wynika z nich,

e zsyntezowane nanoczstki maj promie hydrodynamiczny rwny 11.83 2.98 nm

(mediana rozmiaru odchylenie standardowe). Prbka zawiera te okoo 5% aglomeratw

o rozmiarze okoo 100 nm.

Rysunek 5. Analiza uytych w eksperymencie nanoczstek srebra technik dynamicznego

rozpraszania wiata (DLS)

Scharakteryzowane powyej SNP w wyjciowym steniu 107 mg Ag/L

wykorzystano w badaniach dotyczcych okrelenia ich wpywu na wzrost drobnoustrojw

w analizatorze mikrobiologicznym Bioscreen C. Badaniom poddano dwa izolaty bakterii

z gatunku S. aureus, jeden szczep P. aeruginosa oraz jeden szczep drody C. albicans.

Hodowle prowadzono w podou pynnym, odpowiednio bulionie odywczym i YM.

Analizujc wpyw nanoczstek srebra na wzrost drody stwierdzono, e szczep C. albicans

dobrze rs w podou zawierajcym 3,57 i 7,13 mg/mL SNP (Rys.6). Wysze stenie SNP,

wynoszce 8,92 mg/L, wykazywao hamujce dziaanie na wzrost tych drody, jednake

tylko do 32 godziny hodowli. Po tym czasie komrki rozpoczynay wzrost. Cakowit

inhibicj wzrostu obserwowano przy steniach nanoczstek srebra, przekraczajcych


41

17 mg/L. Stenie 8,92 mg/L powodowao cakowit inhibicj wzrostu bakterii

P. aeruginosa i znaczne wyduenie czasu trwania lag fazy w hodowlach obu testowanych

szczepw S. aureus. W obecnoci takiej dawki nanoczstek srebra w rodowisku

hodowlanym rozpoczynay one wzrost dopiero po 36-40 godzinie hodowli, a ich cakowit

inhibicj wzrostu, podobnie jak w przypadku badanych drody, obserwowano dopiero

w obecnoci wyszych ste SNP (Rys. 7).

Rysunek 6. Wzrost Candida albicans w podou YM zawierajcym rne stenia

czsteczek nanosrebra

Naley jednak zwrci uwag na fakt, e przyrost biomasy mierzony jako warto

OD w hodowlach wszystkich testowanych szczepw, prowadzonych w obecnoci SNP

o steniu 8,92 mg/Lby znacznie niszym ni w rwnoczenie biegncych hodowlach bez

SNP lub zawierajcych nisze ich dawki, na poziomie 3,57 i 7,13 mg/L (Tab. 1). Przyrost

biomasy w kolejnych dobach hodowli, obliczony jako wielokrotno pocztkowego

zmtnienia, wynosi dla hodowli bez SNP od 34 (C.albicans po 24 h) do 80 (P.aeruginosa

po 48 h), a dla hodowli z najnisz dawk SNP (3,57mg/L) od 2,6 (C.albicans po 24 h)

do 7,5 (P.aeruginosa po 72h). Wzrost drobnoustrojw w hodowli z wikszymi dawkami

SNP by zdecydowanie niszy, a przyrost OD w tych hodowlach, w stosunku do wartoci

pocztkowej by jedynie od 4 do okoo 6 krotny.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 20 40 60 80

21,4 [mg/L]

17,83 [mg/L]

8,92 [mg/L]

7,13 [mg/L]

3,57 [mg/L]

bez SNP

Candida albicans

Czas [h]


42

Tabela 1. Przyrost biomasy badanych szczepw drobnoustrojw

Gatunek Stenie SNP

[mg/L]

Przyrost biomasy

[wielokrotno wyjciowego OD]

24 h 48 h 72 h

P. aeruginosa

0 76 81 80

3,57 6,2 7,1 7,5

7,13 1,4 5,5 6,6

8,92 0,6 0,6 1,3

17,83 1,8 1,3 1,3

21,4 1,6 1,4 1,4

S. aureus (biay)

0 38 35 36

3,57 4 4,3 4,1

7,13 3,4 3,6 3,5

8,92 0,4 0,9 0,9

17,83 1,5 1,1 1,1

21,4 1 0,9 0,9

S. aureus (ty)

0 44 42 41

3,57 4,7 4,8 4,3

7,13 4,2 4,6 4,8

8,92 0,4 1,3 1,5

17,83 1,5 1,2 1,2

21,4 1,3 1 1

C. albicans

0 34 38 38

3,57 2,6 5,2 5,3

7,13 3,8 4,4 4,4

8,92 0,7 2,3 3,9

17,83 0,3 0,6 2

21,4 3,3 3,6 7


43

Rysunek 7. Wzrost bakterii w bulionie odywczym z dodatkiem rnych ste nanoczstek

srebra (SNP)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 20 40 60 80

21,4 [mg/L]

17,83 [mg/L]

8,92 [mg/L]

7,13 [mg/L]

3,57 [mg/L]

bez SNP

OD Pseudomonas aeruginosa

Czas [h]

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 20 40 60 80

21,4 [mg/L]

17,83 [mg/L]

8,92 [mg/L]

7,13 [mg/L]

3,57 [mg/L]

bez SNP

Staphylococcus aureus (biay) Staphylococcus aureus (biay) Staphylococcus aureus (biay)

Czas [h]

OD

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 20 40 60 80

21,4 [mg/L]

17,83 [mg/L]

8,92[mg/L]

NOWOCZESNE TECHNOLOGIE PRODUKCJI ŻYWNOŚCI ...

Documents

Transcript of NOWOCZESNE TECHNOLOGIE PRODUKCJI ŻYWNOŚCI ...