Оценка возможности использования хрена обыкновенного (Armoracia rusticana) при консервировании папоротника

Введение. Консервирование растительного сырья является одним из важнейших технологических процессов сохранения свойств его и качества. Ранее нами было показано, что консервированный путем засола в насыщенном солевом растворе папоротник-орляк (Pteridium aquilinum (L.) Kuhn) подвержен микробиологической порче. Агентом, вызывающим порчу, являются археи семейства Halobacteriaceae, способные к росту в средах, содержащих до 360 г/л хлорида натрия (что соответствует насыщенному раствору) [1, 2]. Таким образом, даже применение насыщенных солевых растворов при консервировании не предотвращает развитие упомянутых микроорганизмов, что ведет к снижению качества соленого папоротника при транспортировке и хранении. В этой связи нами была проверена возможность использования хрена обыкновенного (Armoracia rusticana G. Gaertn., B. Mey. & Scherb.) в качестве дополнительного антимикробного средства при консервировании папоротника методом засола. Выбор хрена обыкновенного в качестве вспомогательного консерванта был обусловлен тем, что данный вид является природным источником антимикробных веществ [3–5]; распространен и доступен для массового производства; дешевый в применении.

Кроме этого, хрен обыкновенный является популярным культурным растением, так как его листья и корни используются в кулинарии и медицине (традиционной и народной). В состав хрена входят: витамины (А, С, РР, группы В), минералы (натрий, железо, фосфор, калий, медь, сера и другие), углеводы, белки, жиры, эфирное масло, клетчатка, органические кислоты, смолистые вещества, фитонциды. Его анти-оксидативная активность обусловлена наличием в его составе глюкосинолатов, придающих овощу своеобразный аромат. Их активность усиливается при его обработке.

Цель исследования : изучение возможности использования хрена обыкновенного в качестве натурального антимикробного средства для продления срока хранения соленого папоротника-орляка.

Задачи : изучение влияния корней и листьев хрена на динамику численности культуры гало-фильных архей, вызывающих порчу соленого папоротника; анализ зависимости антимикробного эффекта вегетативных органов хрена обыкновенного от их дозировки.

Объекты и методы исследования . Объектом исследования являлись листья и корни свежесобранного хрена обыкновенного. Тест-объектом служила накопительная культура экстремально галофильных архей, выделенных из засоленного папоротника производства ООО «Курагинское промыслово-охотничье хозяйство».

Археи выращивали на жидкой среде следующего состава, г/л: пептон ферментативный – 9,0; гидролизат казеина – 8,0; дрожжевой экстракт – 3,0; натрия гидроортофосфат – 2,0; натрия хлорид – 300,0; pH среды – 7,2±0,2. Эксперименты проводили в пробирках емкостью 5 мл, в которые вносили по 1 мл культуры с начальным титром 2·107 клеток/мл. В опытных вариантах в культуры вносили измельченные листья или корни хрена обыкновенного в дозировке 50; 100; 150 и 200 мг/мл. Контролем служила культура без внесения хрена. Инкубацию пробирок проводили аэробно при температуре +35 °С во влажной камере для предотвращения высыхания культур. Подсчет численности клеток архей проводили методом прямого счета с использованием фазово-контрастной микроскопии с периодичностью от 8 до 24 ч в зависимости от динамики роста культуры.

Результаты исследования. В дозировке 200 мг/мл культуры корень хрена обыкновенного полностью подавляет рост культуры и вызывает снижение численности клеток в соответствии с эмпирической моделью:

П = —, (1)

Т+Я! ' '

где n - численность клеток; т - продолжительность культивирования; a 0 и a 1 – коэффициенты.

После подбора коэффициентов методом наименьших квадратов коэффициент детерминации R2 = 0,999698, т. е. модель демонстрирует практически полное совпадение с экспериментальными данными (рис. 1). Падение численности архей в присутствии корня хрена происходит за счет отмирания клеток. Тем не менее, даже при максимальном падении численности в культуре присутствуют живые клетки, в том числе – делящиеся (рис. 2).

Рис. 1. Динамика численности галофильных архей в присутствии 200 мг/мл корня хрена обыкновенного

Рис. 2. Живые (Ж) и мертвые (М) клетки культуры архей в присутствии 200 мг/мл корня хрена обыкновенного (стрелками показаны делящиеся клетки )

Между 50-м и 60-м ч культивирования в присутствии корня хрена численность жизнеспособных клеток галофильных архей достигает минимального значения, соответствующего 12 % от исходного титра. Однако при дальнейшем культивировании культура возобновляет экспоненциальный рост за счет выживших клеток (рис. 3).

Рис. 3. Динамика численности галофильных архей в присутствии 200 мг/мл корня хрена обыкновенного после 58-го часа культивирования

Важно отметить, что зафиксированная на стадии восстановления численности максимальная удельная скорость роста галофильных архей (0,225 ч-1) соответствует максимальной удельной скорости роста, зафиксированной в контрольных вариантах (от 0,217 до 0,255 ч-1). Это свидетельствует о полном исчезновении антимикробной активности корня хрена обыкновенного в отношении указанных микроорганизмов после 50–60 ч инкубирования.

Дополнительные эксперименты показали, что исчезновение антимикробной активности корня хрена обыкновенного не связано с адаптацией культуры к входящим в состав корня ан- тимикробным соединениям. Так, при пересадке на свежую среду с внесением свежего корня хрена обыкновенного, динамика численности культуры, выращенной в присутствии 200 мг/мл корня хрена обыкновенного, идентична аналогичной динамике культуры, ранее не инкубировавшейся в присутствии корня хрена.

Динамика численности изучаемых архей при внесении меньших количеств измельченного корня хрена (50; 100 и 150 мг/мл) соответствует динамике, наблюдающейся при внесении 200 мг/мл. После фазы снижения численности культуры наступает фаза экспоненциального (либо близкого к экспоненциальному) роста (рис. 4).

50 мг/мл      100 мг/мл      150 мг/мл

Рис. 4. Динамика численности галофильных архей в присутствии 50; 100 и 150 мг/мл корня хрена обыкновенного

Однако период антимикробного действия с практически линейно зависит от количества уменьшением дозировки сокращается, причем внесенного корня хрена (рис. 5).

продолжительность антимикробного действия

Рис. 5. Продолжительность антимикробного действия корня хрена обыкновенного в отношении галофильных архей в зависимости от дозировки

Учитывая, что в фазу антимикробной активности численность клеток галофильных архей снижается согласно уравнению (1), а продолжительность упомянутой фазы линейно зависит от дозы внесенного корня хрена, зависимость максимального снижения численности клеток от дозы внесенного корня хрена может быть описана уравнением

,

где n – численность клеток к исходному значению, %; C – дозировка хрена, мг/мл; b 0 , b 1 и b 2 – коэффициенты.

После подбора коэффициентов методом наименьших квадратов данное уравнение дает очень высокое совпадение расчетных значений с экспериментальными данными (R2 = 0,992) (рис. 6).

Антимикробный эффект листьев хрена обыкновенного был существенно сильнее, чем эффект корня. Так, при внесении 200 мг/мл листьев фаза антимикробной активности продолжалась примерно на 100 ч дольше, чем при использовании такой же дозировки корня, а падение численности галофильных архей было более глубоким – до 7 % от первоначального титра. Тем не менее, как и в случае с корнем, фаза антимикробной активности сменялась фазой экспоненциального роста, во время которой удельная скорость роста не отличалась от аналогичного показателя для контрольных вариантов.

♦Экспериментальные значения ■ Теоретические значения

Рис. 6. Влияние дозировки корня хрена обыкновенного на максимальное снижение численности галофильных архей в фазе антимикробной активности

Выводы. Корень и листья хрена обыкновенного проявляют ярко выраженный антимикробный эффект в отношении галофильных архей, вызывающих порчу соленого папоротника-орляка. Однако этот эффект носит временный характер и при длительном культивировании исчезает, а культура архей возобновляет экспоненциальный рост за счет выживших клеток, доля которых варьирует от 7 до 55 % в зависимости от типа (листья или корни) и количества внесенного растительного материала.

Листья хрена обыкновенного обладают существенно более высокой антимикробной активностью в отношении изучаемых галофиль-ных архей, чем корни. Это проявляется в существенно (в три раза) более продолжительном периоде антимикробного действия и более глубоком падении процента жизнеспособных клеток при использовании листьев в сравнении с аналогичными показателями при использовании корня в той же дозировке.

Следует учитывать, что исследования антимикробной активности хрена обыкновенного проводились на культурах, имеющих экстремально высокий начальный титр (2·107 клеток/мл), инкубирующихся на богатой питательной среде при оптимальной температуре (+35 °С). В то же время при консервировании папоротника методом засола состав субстрата и температура хранения существенно менее благоприятны для развития галофильных архей, а их максимальный зафиксированный нами титр (2,6·106 кле-ток/мл) на порядок ниже, чем в обсуждаемых экспериментах.

С учетом сказанного можно ожидать, что при засоле папоротника антимикробный эффект хрена обыкновенного будет существенно выше, чем в модельных экспериментах. В этой связи листья хрена можно рекомендовать для производственных испытаний в качестве средства, увеличивающего срок хранения продукции за счет подавления развития экстремально гало-фильных архей.