В последнее время активно исследуется возможность использования электромагнитных полей (ЭМП) низкой частоты в области пищевой промышленности для обеспечения сохранности и безопасности и качества пищевых продуктов [1, 2], для поддержания пищевых, физико-химических и органолептических свойств пищи, повышения стабильности при хранении за счет устранения вредоносных биологических агентов, блокировки активности ферментов и уменьшения количества микроскопических, плесневых и дрожжевых грибов, бактерий [3]. ЭМП низких частот используется для уменьшения количества микроорганизмов при хранении, орехов, сухофруктов, специй и др. [4]. При воздействии неионизирующего излучения разрушение микроорганизмов осуществляется за счет окислительного повреждения ДНК, белков и липидов и приводит к гибели микробных клеток [5]. Актуальным остаётся вопрос исследования влияния ЭМП низких частот на определенные группы микроорганизмов, имеющие практический интерес или выступающие в качестве модельных объектов.

В качестве таковых интерес представляют микроорганизмы, обитающие на поверхности плодов и овощей. Соответственно, в качестве модельной культуры были использованы Bacillus subtilis.

Эффекты влияния бактерий на растения могут иметь различный характер – так упомянутый штамм в нормальных условиях может оказывать рост-стимулирующее влияние, защищать растения от агрессивных фитопатогенов. С другой стороны, при хранении растительной продукции нативная микрофлора в результате интенсивного развития и ассимиляции питательных веществ тканей растений может привести к ухудшению товарных свойств растительной продукции.

Цель работы заключалась в исследовании влияния переменного электромагнитного поля низкой частоты in vitro на динамику роста, накопление биомассы клеток и выраженность окислительного стресса лабораторных микроорганизмов Bacillus subtilis.

Обработку микроорганизмов перед началом культивирования осуществляли переменным электромагнитным полем с частотами от 7,0 до 25,0 Гц непосредственно в 96-луночных планшетах в экранированной камере [6]. Схема состояла из генератора низкочастотных сигналов ГЗ-118, который представляет собой источник синусоидального сигнала прецизионной формы, катушки индуктивности, имеющей 1200 витков. Катушка была помещена в экранированную камеру, которая изготавливалась из конструкционной стали толщиной 3 мм. Ослабление внешних ЭМП камерой в диапазоне от 3 Гц до 300 кГц достигало около 100 раз. Сопротивление катушки составляло 320 Ом, напряжение на катушке — 14 В. Обработку ЭМП проводили при комнатной температуре (22 ± 1оС) в течение 1 мин на выбранной частоте. Напряженность поля в месте нахождения образца составляла 550 ± 30 А/м. Контроль напряженности поля производили с помощью анализатора спектра «Экофизика-110А» и антенны П6-70.

Обработка электромагнитным полем низкой частоты бактерий, показала, что воздействие ЭМП с частотой 9 Гц приводит к наибольшему снижению интенсивности роста и накопления биомассы (по сравнению с обработкой образцов электромагнитным полем с другими низкими частотами). Максимум вспышки хемилюминесценции на 39% превышал контрольный образец (без обработки). Одним из возможных механизмов реализации воздействия ЭМП низких частот на живые системы может являться окислительное повреждение ДНК [5]. Полученные данные хемилюминесценции бактерий подтверждают эту гипотезу.

Литература

1. Mirza Alizadeh, A., Hashempour-Baltork, F., Khaneghah, A. M., Hosseini, H. New perspective approaches in controlling fungi and mycotoxins in food using emerging and green technologies// Current Opinion in Food Science. 2021. № 39, P. 7–15. DOI: 10.1016/j.cofs.2020.12.006.

2. Барышев М.Г., Касьянов Г.И., Джимак С.С. Влияние низкочастотного электромагнитного поля на биологические системы // Известия вузов Пищевая технология. 2007. №3. С.44–48.

3. Касьянов Г.И. Перспективы обработки пищевого сырья электромагнитным полем низкой частоты // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2014. № 1 (337). С. 35–38.

4. A review on novel non-thermal food processing techniques for mycotoxin reduction / O. A. Adebo, A. B. Oyedeji, S. Gbashi, M. A. Adefisoye, O. M. Ogundele // Food Science & Technology. 2020. № 56(1). P. 13–27. DOI: 10.1111/ijfs.14734.

5. Tekutskaya E.E., Baryshev M.G., Gusaruk L.R., Ilchenko G.P. Oxidative Damage to DNA under the Action of an Alternating Magnetic Field // Biophysics. 2020. Vol. 65.№. 4.P. 564–568. DOI: 10.1134/S0006350920040247.

6. A Device for Searching for Optimal Alternating Magnetic Field Parameters for the Treatment of Biological Objects / G.P. Il’chenko,

M.G. Baryshev, E.E. Tekutskaya, V.S. Shelistov, A.V. Nikitin// Measurement Techniques. 2017.№ 60(6).P. 632–637.DOI: 10.1007/s11018-017-1247-7.

Recently, the possibility of using low-frequency electromagnetic fields (EMF) in the food industry has been actively investigated to ensure the safety and safety and quality of food products [1, 2], to maintain food, physico-chemical and organoleptic properties of food, increase stability during storage by eliminating harmful biological agents, blocking the activity of enzymes and reducing the number of microscopic, mold and yeast fungi, bacteria [3]. Low-frequency EMF is used to reduce the number of microorganisms during storage, nuts, dried fruits, spices, etc. [4]. When exposed to non-ionizing radiation, the destruction of microorganisms is carried out due to oxidative damage to DNA, proteins and lipids and leads to the death of microbial cells [5]. The issue of studying the effect of low-frequency EMF on certain groups of microorganisms of practical interest or acting as model objects remains relevant.

As such, microorganisms living on the surface of fruits and vegetables are of interest. Accordingly, Bacillus subtilis was used as a model culture.

The effects of the influence of bacteria on plants can have a different character – so the mentioned strain under normal conditions can have a growth-stimulating effect, protect plants from aggressive phytopathogens. On the other hand, when storing plant products, native microflora as a result of intensive development and assimilation of plant tissue nutrients can lead to deterioration of the commercial properties of plant products.

The aim of the work was to study the effect of an alternating electromagnetic field of low frequency in vitro on the growth dynamics, the accumulation of cell biomass and the severity of oxidative stress of laboratory microorganisms Bacillus subtilis.

The treatment of microorganisms before the start of cultivation was carried out by an alternating electromagnetic field with frequencies from 7.0 to 25.0 Hz directly in 96-well plates in a shielded chamber [6]. The circuit consisted of a generator of low-frequency signals GZ-118, which is a source of a sinusoidal signal of a precision shape, an inductor having 1200 turns. The coil was placed in a shielded chamber, which was made of structural steel with a thickness of 3 mm. The attenuation of external EMF by the camera in the range from 3 Hz to 300 kHz reached about 100 times. The resistance of the coil was 320 ohms, the voltage on the coil was 14 V. EMF treatment was carried out at room temperature (22 ± 1 ° C) for 1 min at the selected frequency. The field strength at the sample location was 550 ± 30 A/m. The field strength was monitored using the spectrum analyzer "Ekofizika-110A" and the antenna P6-70.

Treatment with a low frequency electromagnetic field of bacteria has shown that exposure to EMF with a frequency of 9 Hz leads to the greatest decrease in the intensity of growth and accumulation of biomass (compared with the treatment of samples with an electromagnetic field with other low frequencies). The maximum of the chemiluminescence flash was 39% higher than the control sample (without treatment). One of the possible mechanisms for implementing the effects of low-frequency EMF on living systems may be oxidative DNA damage [5]. The obtained chemiluminescence data of bacteria confirm this hypothesis.

Literature

1. Mirza Alizadeh, A., Hashempour-Baltork, F., Khaneghah, A.M., Hosseini, H. New perspective approaches in controlling fungi and mycotoxins in food using emerging and green technologies// Current Opinion in Food Science. 2021. No. 39, P. 7-15. DOI: 10.1016/j.cofs.2020.12.006.

2. Baryshev M.G., Kasyanov G.I., Jimak S.S. The influence of a low-frequency electromagnetic field on biological systems // Izvestiya vuzov Food Technology. 2007. No. 3. pp.44-48.

3. Kasyanov G.I. Prospects for processing food raw materials with a low-frequency electromagnetic field // News of higher educational institutions. Food technology. 2014. No. 1 (337). pp. 35-38.

4. A review on novel non-thermal food processing techniques for mycotoxin reduction / O. A. Adebo, A. B. Oyedeji, S. Gbashi, M. A. Adefisoye, O. M. Ogundele // Food Science & Technology. 2020. № 56(1). P. 13–27. DOI: 10.1111/ijfs.14734.

5. Tekutskaya E.E., Baryshev M.G., Gusaruk L.R., Ilchenko G.P. Oxidative Damage to DNA under the Action of an Alternating Magnetic Field // Biophysics. 2020. Vol. 65.№. 4.P. 564–568. DOI: 10.1134/S0006350920040247.

6. A Device for Searching for Optimal Alternating Magnetic Field Parameters for the Treatment of Biological Objects / G.P. Il’chenko,

M.G. Baryshev, E.E. Tekutskaya, V.S. Shelistov, A.V. Nikitin// Measurement Techniques. 2017.№ 60(6).P. 632–637.DOI: 10.1007/s11018-017-1247-7.