 |
Перечень условных обозначений, символов, единиц , сокращений и терминов
|
|
|
|
Беспалова С. В. Биофизика высоких давлений:
учебно-методическое пособие / С. В. Беспалова, Ю. А. Легенький – Донецк: ДонНУ, 2017.
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ
А – предэкспоненциальный множитель в формуле Арениуса
АТСС – американский стандарт культур микроорганизмов, вирусов
С – концентрация
С0 – начальная концентрация
Се – начальная концентрация
D-значение – время в минутах, необходимое для снижения концентрации микробной популяции в 10 раз
е – заряд электрона
F – сила
h – постоянная Планка
k – константа скорости химической реакции
kB – постоянная Больцмана
M – средняя молекулярная масса
Nexp – число экспериментальных точек
Р – давление, Мпа
Р0 – атмосферное давление
r – обусловленность решения системы линейных уравнений R = 8, 31 Дж/(моль*К) – универсальная газовая постоянная
t - время обработки давлением
Т – температура
U – энергия активации (Дж/моль)
Z-значение – температура в °С, который снижает D-значение в 10 раз
ɛ - относительная диэлектрическая проницаемость
∂ P/ ∂ x – градиент давления
∆ F – изменение молярной свободной энергии Гельмгольца
∆ G – изменение молярной свободной энергии Гиббса
∆ V – изменение молярного объёма, мл/моль
∆ V# - изменение объёма при создании активированного комплекса, мл/моль
𝜎 – дисперсия
БГКП – бактерии группы кишечных палочек
КВД –коэффициент высокого давления
КОЕ –колониеобразующие единицы
МАФАМ – мезофильные аэробные и факультативно-анаэробные микроорганизмы.
МПА – мясо-пептидный агар
ВСТУПЛЕНИЕ
В последнее время проблема стерилизации продуктов сверхвысоким давлением(100-800 МПа) становится всё более актуальной, поскольку обусловлена экологической чистотой и малой энергоёмкостью этого метода. Перспективность такого способа обработки объясняется тем, что при условии повышения давления достигается асептический эффект, а так же в значительной степени ускоряются процессы, которые приводят к созданию качественно новых продуктов с сохранением всех полезных качеств. Эта новейшая технология активно внедряется в производство в ряду развитых держав (Япония, Франция, Испания, США). С другой стороны, в последнее время высокое давление используется в научных исследованиях для изучения денатурации и ренатурации белков, что, в свою очередь, открывает новые перспективы в изучении процессов метаболизма у живых организмов. Ещё одним важным аспектом технологий, которые используют обработку высоким давлением является возможность изменять функциональные характеристики пищевых продуктов в таких процессах, как желирование крахмалла, денатурация протеинов, инактивация протеинов и тому подобное. Ведутся интересные и перспективные разработки по сбережению качества продуктов, замороженных с использованием высокого давления.
|
|
|
Вопросы, связанные с действием высокого давления на биосистемы, в последнее время довольно часто широко обговариваются в литературе. Стоит отметить, что ещё в 1993 году Европейское Экономическое Сообщество выдало несколько грантов (по 4-6 млн долларов каждый) разным странам Европы на изучение явлений, связанных с изучением технологии обработки продуктов питания сверхвысоким давлением. К сожалению, в Украине подобные исследования и эта новая технология практически отсутствуют. Отдельные исследования влияния высокого давления на биосистемы проводились в Донецком физико-техническом институте НАН Украины (ДонФТИ) и в Донецком государственном университете экономики и торговли им. Туган-Барановского (ДонДУЭТ), где создана первая в Украине экспериментальная установка для изучения влияния сверхвысокого давления на продукты питания с целью внедрения этой технологии в производство. Эти разработки стимулировали изучение влияния высокого давления на биосистемы на кафедре биофизики Донецкого национального университета (ДонНУ), в процессе которых и были сформированы задачи этого курса. Таким образом, актуальность этого направления исследований продиктована необходимостью дальнейшего развития баробиологии и научного обоснования фундаментальных основ новой технологии стерилизации высоким давлением.
|
|
|
Биофизика процессов, которые приводят к инактиваци микроорганизмов и изменению свойств продуктов под высоким давлением, остаётся в данный момент непонятной. Оптимальные параметры давления, температуры и времени обработки приходится подбирать эмпирически, что требует больших затрат ресурсов и времени, при этом основным заданием является обеспечение стерильности обработанного продукта при условии сохранения его пищевых и вкусовых качеств. Большое значение имеет так же экономическая сторона процесса- затраты энергии и времени на обработку. Кроме того, существует ещё целая совокупность нерешённых чисто научных вопросов – это, в-первую очередь, микроскопические механизмы действия давления на разные биообъекты, разница в устойчивости к давлению штаммов одного вида бактерий, которая наблюдалась практически, слабая изученность структуры обработанных давлением клеток и их способность к восстановлению, а так же особенности изменения под влиянием давления внутриклеточного pH. Эта тематика относится к приоритетному направлению «Производство экологически чистых продуктов и технология их сохранения», рекомендованная в письме Министерства образования и науки Украины №15/20-571 от 18. 04. 06 «Касательно приоритетных направлений для комплексных проектов».
Цель этого учебного пособия – научить студентов экспериментально выявлять основные закономерности совместного влияния на биосистемы факторов высокого давления, температуры и времени их действия, а так же научиться применять существующие физико-математические модели планирования экспериментов и обработки их результатов.
|
|
|
Достижение обозначенной цели осуществляется на примере решения таких задач:
- ознакомление с экспериментальными исследованиями реакций микроорганизмов и витамина С в разных средах на разные сочетания давления, температуры и времени;
- изучение физико-математического моделирования кинетики инактивации микроорганизмов и деградации витамина С;
- изучение физического механизма влияния давления на биосистемы;
- разработка рекомендаций по оптимизации и стандартизации процесса обработки пищевых продуктов высоким давлением.
Объектом изучения биофизики высоких давлений являются физические явления и процессы, которые обуславливают деградацию витаминов и инактивацию микроорганизмов в пищевых продуктах и модельных биосистемах под действием давления и температуры. Предмет изучения – реакция биосистем, которая возникает в результате физических явлений и процессов, инициированных совместным действием давления, температуры и времени обработки. Методики исследования – экспериментальное исследование и физико-математическое моделирование кинетики деградации витаминов и инактивации микроорганизмов под действием давления и температуры.
Физико-математические модели построены на известных термодинамических принципах и законах химического равновесия, а так же на общепринятых квантово-химических представлениях о природе внутренне- и межмолекулярных сил взаимодействия. Главная идея заключается в допущении, что при высоких давлениях возникают некоторые первичные нарушения на молекулярном и межмолекулярном уровнях, которые ведут к дальнейшему изменению и завершаются деградацией биосистемы. Имеется ввиду, прежде всего, нарушения в гидрофобных взаимодействиях, поляризационных силах и водородных связях. Процессы, которые приводят к таким первичным нарушениям, подчиняются общим термодинамическим законам, поскольку охватывают огромное количество межмолекулярных столкновений. В этом курсе они описываются феноменологично, опираясь на довольно таки простые термодинамические соотношения. Другими словами, допускается, что не так имеет значение весь процесс инактивации того или иного микроорганизма или деградации той или иной биомолекулы, как те первичные нарушения, после которых процесс становится необратимым. Такое рассмотрение проблемы обработки биофизических подходов является довольно новым. Материалом для создания этого учебного пособия стали оригинальные исследования авторов, результаты которых опубликованы в работах [1-17]
|
|
|
