Антимикробные свойства

Пероксид водорода широко применяется для дезинфекции в медицине и пищевой промышленности благодаря сильному микробоцидному действию и безвредности продуктов разложения [21, 22, 75]. Дезинфицирующие свойства Н2О2 известны давно. В результате опытов, проводимых in vitro, установлено, что Н2О2 в концентрациях порядка 0,001-0,1 % при комнатной температуре угнетает рост микроорганизмов, а при концентрации 0,1 % и выше убивает микроорганизмы [22]. В отношении чувствительных микроорганизмов летальное действие Н2О? проявляется и в более низких концентрациях. При культивировании клеток Lactococcus lactis в среде, содержащей 15 мМ (~ 0,05 %) Н2О2, выживаемость клеток снижалась со 100 до 0,1 % [85], выживаемость вегетативных клеток Bacillus subtilis после 20-минутной обработки

0,001 М (~ 0,0034 %) раствором Н2О2 составила только 5 %. Споры В. subtilis были на порядок устойчивей вегетативных клеток [78]. Установлено, что выживаемость клеток В. subtilis при культивировании в течение 6 ч в присутствии 10 мМ (~ 0,034 %) Н2О2 снижается со 100 до 0,1 % [86].

Растворы Н2О2 эффективнее действуют на грамположительные, чем на грамотрицательные микроорганизмы [22, 78, 87]. Пероксид водорода в интервале концентраций 0,1-0,0001 М оказывал на вегетативные клетки В. subtilis более выраженное действие, чем на Escherichia coli [78].

На чувствительность микроорганизмов к Н2О2 влияют: фаза роста культуры, количество клеток, температура, время контакта, физическая доступность клеток [22, 78], активность каталазы и/или пероксидазы [78, 87].

Обработка дрожжей Yarrowia lipolytica, взятых в экспоненциальную фазу роста, Н2О2 в концентрации 120 мМ (~ 0,4 %) снижала выживаемость клеток со 100 до 1 %. Клетки фазы стационарного роста были более устойчивы к Н2О2 [88]. Дрожжи Saccharomyces cerevisiae более чувствительны к действию Н2О2. Выживаемость трех штаммов S. cerevisiae после 30-минутной инкубации с 10 мМ Н2О2 0,034 %) колебалась от 42 до 6 % [89]. Аналогичная обработка штамма 5. cerevisiae, дефектного по каталазе приводила к полной гибели клеток [89]. Тепловой шок (37-40 °C, 60 мин), рост в аэробных условиях, недостаток углеродного питания повышают устойчивость S. cerevisiae к пероксиду водорода [90]. Сублетальные стрессовые условия вызывают метаболические изменения, которые делают клетки микроорганизмов более резистентными к агрессивным факторам среды: синтезируются белки теплового шока и антиоксидантные ферменты [90].

В работе [77] показано, что Н2О2 в концентрации 15 мМ 0,05 %) в течение 24 ч не подавлял рост клеток Penicillium piceum F-648 в стационарной фазе роста, в то же время в экспоненциальной фазе при аналогичной концентрации Н2О2 за тот же период времени рост клеток снижался на 80 %. Значения летальной концентрации Н2О2 также различались и составили 40 мМ (~ 0,136 %) и 20 мМ (~ 0,068 %) Н2О2 для стационарной и экспоненциальной фаз роста гриба соответственно. Авторы связывают это с увеличением активности каталазы в стационарной фазе роста. Предварительная обработка клеток микроорганизмов нелегальными дозами Н2О2 повышает их устойчивость к действию Н2О2, что также связывается с увеличением активности ферментов окислительного стресса (каталазы, супероксиддисмутазы, глюкозо-6-

фосфатдегидрогеназы и глутатионредуктазы) [77, 88, 90].

Устойчивость клеток микроорганизмов к действию Н2О2 может повышаться при выделении ими в среду культивирования соответствующих экзометаболитов [91], осуществляющих химическую коммуникацию бактерий. Белковый экзометаболит, выделенный из культуральной жидкости Luteococcus japonicus subsp. casei, оказывал реактивирующее действие на клетки, подвергнутые окислительному стрессу. Выживаемость клеток Luteococcus japonicus subsp. casei после 15 мин инкубирования в присутствии 400 мМ (=: 1,36 %) Н2О2 снижалась лишь до 17 % [91].

Механизм антимикробного действия Н2О2 связан с его высокой окислительной способностью, а также с действием токсичных продуктов, образующихся при перекисном окислении липидов [78]. Пероксид водорода окисляет основания ДНК до N-окисей, инициирует

свободнорадикальные процессы, приводящие к разрушению молекулы ДНК [77, 78, 91]. Обработка клеток Escherichia coli 0,01 М (~ 0,034 %) раствором Н2О2 в течение 15 мин индуцировала в геноме 34,2 однонитевых разрывов ДНК, а при увеличении концентрации Н2О2 до 0,1 М (~ 0,34 %) количество однонитевых разрывов ДНК увеличивалось до 65,6. У

мутантов гее А кинетика накопления однонитевых разрывов ДНК не отличалась от дикого типа, но была значительно подавлена репарация этих повреждений [78].

Пероксид водорода вызывает также локальные нарушения клеточной стенки бактерий и разрушение цитоплазматической мембраны вследствие окисления ненасыщенных жирных кислот липидного бислоя [78, 83]. Пероксид водорода вызывает окисление сульфгидрильных групп белков [83, 87], что приводит к инактивации некоторых ферментов (дегидрогеназ) [78].

Обработка дрожжей 5. cerevisiae пероксидом водорода вызывает образование карбонильных групп у некоторых аминокислот. Это приводит к инактивации многих ферментов, в частности митохондриальных белков, пируваткиназы, а-кето-глутаратдегидрогеназы, аконитазы и глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназы [92]. Инкубация дрожжей в 1,5 мМ растворе пероксида водорода вызывала снижение активности глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы на 80 % [93].

Негативное влияние Н2О2 на один из ключевых ферментов гликолиза проявлялось в уменьшении внугриклеточной концентрации АТФ [94].

Согласно современным представлениям о механизмах антимикробного действия Н2О2 наибольшую опасность представляет не прямое взаимодействие Н2О2 с компонентами клетки, а образующийся, в результате реакций

О2’’ + И2О2 + Н+ -» О2 + Н2О + ОН'; (26)

Н2О2 + Fe2+ -> Fe3+ + ОН + ОН'. (27)

гидроксидный радикал ОН', который является самым сильным из всех известных окислителей, он вызывает радиационные поражения многих типов биополимеров [83].

Применение в пищевой промышленности

Пероксид водорода широко применяется в пищевой промышленности как консервирующий агент (молоко и молочные продукты, рыба и др.) [22]. При добавке Н2О2 в количестве около 0,1 % мае. к сырому молоку количество бактерий в нем снижается на 95 % и устраняется скисание при хранении при комнатной температуре в течение нескольких дней [22]. Добавка 0,05 % Н2О2 к молоку эффективна против Clostridium butiricum, Streptococcus lactis и молочнокислых термофильных бактерий [22]. Кроме того, пероксид водорода используется для стерилизации емкостей, труб, дезинфекции воды. Для быстрой дезинфекции воды необходимо добавлять не менее 5 % мае. Н2О2, концентрацию добавляемого пероксида водорода можно снизить, увеличив продолжительность обработки (0,5 % мае. Н2О2 достаточно для дезинфекции воды за 24 ч) [22].

Промывка моркови в 5 и 10 % растворах пероксида водорода в течение 2 мин обеспечивала микробиологическую стабильность приготовленных из нее салатов [95].

Существуют также другие виды применения Н2О2 в пищевой промышленности, не связанные с его дезинфицирующим действием: отбелка муки, модификация крахмалов, ускорение созревания вин и коньяка (посредством окисления сивушных масел в альдегиды), устранение неприятных вкусов и запахов в различных продуктах [22].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >