XXIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Степень влияние фитонцидов, выделяемых различными растениями, на развитие плесневых грибов на хлебе

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Ямбаев Е.В. 1

---

1МБОУ СОШ №4

Дворядкина В.Н. 1

---

1МБОУ СОШ №4

Работа в формате PDF

1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Человек давно знает способы сохранения продуктов питания от плесени. С незапамятных времен в быту люди, не имея представления о бактериях и антисептиках, пользовались бактерицидными дарами природы. Охотник кладет в брюшную полость птицы фитонцидные растения. Домашняя хозяйка при солении прибавляет в бочку с огурцами всякие специи, играющие не только роль вкусовых веществ, но нередко и роль антисептиков. Проблема сохранения продуктов от поражения плесенью является серьезной и широко распространенной, особенно в условиях неправильного хранения и недостаточной информированности о методах предотвращения роста грибов. Хлеб, как основополагающий продукт в рационе многих людей, также попадает в зону этого интереса. Однако, несмотря на разнообразие производимых хлебобулочных изделий, вопрос их дольше хранения остается актуальным. Плесень на хлебе – одно из главных препятствий на пути к увеличению сроков хранения. Фитонциды, обладающие антибактериальными и противогрибковыми свойствами, являются перспективным решением в борьбе с порчей продуктов питания [1]. Впервые концепция фитонцидов была введена в науку в начале XX века, когда советский биолог Борис Токин обнаружил их наличие в различных растениях[3].С тех пор исследования фитонцидов показывают их значительный потенциал в качестве природных консервантов. Лук, чеснок, цитрусовые – все эти растения известны своей способностью убивать микробы и подавлять рост плесени путем выделения летучих соединений. Изучение влияния фитонцидов на рост плесени на хлебе имеет важное значение для разработки новых, безопасных для здоровья методов сохранения продуктов. Кроме того, если удастся выявить наиболее эффективные фитонциды, их можно будет использовать не только в кулинарии, но и в пищевой промышленности, что значительно расширит арсенал методов борьбы с порчей продукции.

Исследование показывает, что фитонциды могут не только улучшить качество и срок хранения хлебобулочных изделий, но и повысить общую безопасность пищевых продуктов, что делает это направление исследования чрезвычайно актуальным и значимым для разных областей науки и промышленности[4].

Я считаю, что данная работа является актуальной, так как позволит получить расширенными сведения о наиболее эффективных фитонцидных растениях для расширения кругозора, а также для применения полученных знаний человеком для более длительного хранения продуктов питания

Проблема. Многие люди сталкиваются с проблемой сохранения продуктов, подверженных поражению плесенью из-за неправильного хранения. Отсутствует информация о средствах, способных предотвратить рост плесени. Данное исследование направлено на решение данной проблемы.

Цель - определить степень влияние фитонцидов, выделяемых различными растениями, на развитие плесневых грибов на хлебе.

Задачи.

1. Анализ литературных источников и исследований по теме проекта.

2. Практическим путём изучить влияние влияния фитонцидных свойств растений на появление и рост плесневыхгрибов.

3. Анализ полученных данных и выявление наиболее эффективных фитонцидов среди изученных растений для подавления роста плесени.

4. Рассмотреть возможность использования фитонцидов в повседневной жизни для предотвращения порчи хлеба, учитывая аспекты безопасности.

5. Гипотеза: Применение растений выделяющих фитонциды, может приостановить развитее плесени на хлебе и увеличит срок его хранения.

Объект исследования растительные фитонциды.

Предмет исследования: влияние фитонцидов различных растений на рост и развитие плесневых грибов на хлебе.

Методы

1. Теоретический. Изучение и анализ литературных источников.

2. Практический эксперемент.

На первом этапе я провел теоретическое исследование, был проведен анализ литературы по фитонцидам и их влиянию на различные виды микроорганизмов, включая плесень. Литературный анализ позволил понять, какие виды растений обладают наиболее выраженными антибактериальными и антимикробными свойствами и какие механизмы действия фитонцидов описаны в научных трудах.

На втором этапе была проведена серия опытов с растениями и их экстрактами, такими как чеснок, лук и лимон. Для начала я приготовил несколько образцов хлеба, в одни образцы я положил кусочки измельченного луга, чеснока и несколько долек лимона, а другие образцы обработал экстрактами этихрастений (рис.1 .Экземпляр хлеба с кусочком лимона). Каждый образец был помещен в отдельную среду с одинаковыми условиями – температурой и

влажностью.

рис.1 .Экземпляр хлеба с кусочком лимона

Я ожидал, что результаты эксперимента помогут определить фитонциды каких растений, наиболее эффективно препятствуют росту плесени, а также способ их применения. Наблюдая за процессом плеснеобразования, я фиксировал время появления плесени и степень её распространения на каждом образце.

На заключительном этапе работы был проведен анализ практической значимости полученных результатов и выработка рекомендаций по использованию фитонцидов для предотвращения роста плесени на хлебе. На этом этапе сопоставлены результаты экспериментов с гипотезами, выдвинутыми на начальном этапе работы, и оценено, насколько полученные данные соответствуют ожиданиям. Так же были разработаны рекомендации по применению фитонцидов в домашних условиях.

Глава 1. Фитонциды

Фитонциды представляют собой биологически активные вещества растительного происхождения, обладающие выраженными антимикробными, антивирусными и противогрибковыми свойствами[1]. Эти вещества вырабатываются различными частями растений — листьями, корнями, цветками — и служат для защиты самих растений от болезнетворных микроорганизмов. Термин 'фитонциды' был введен советским биологом Борисом Токиным в 1928 году, когда он обнаружил, что различные растения могут подавлять рост бактерий и грибков[1] . Фитонциды оказывают патогенный эффект путем разрушения клеточных стенок микроорганизмов, ингибирования их ферментов или блокирования метаболических путей. Таким образом, они выполняют роль природных антибиотиков и играют важную роль в экосистемах, способствуя поддержанию баланса между растениями и микрофлорой окружающей среды[1][2]. Разнообразие фитонцидов обусловлено большим количеством растительных видов, каждый из которых производит уникальный набор этих веществ[6].

Например, фитонциды из лука и чеснока известны своей высокой активностью против бактерий и грибков[4]. Они содержат соединения серы, такие как алицин, которые обладают мощными антимикробными свойствами. Эфирные масла хвойных деревьев, такие как сосна и ель, содержат фитонциды, способные создавать неблагоприятную среду для множества микроорганизмов, в том числе вызывающих грибковые заболевания[4]. Растения рода Citrus, к примеру, лимон, производят фитонциды с высокоэффективными антивирусными свойствами благодаря наличию лимонена и других терпенов. Такое разнообразие фитонцидов может быть использовано как в бытовых, так и в сельскохозяйственных целях для борьбы с микробиологическими угрозами[4].

Таким образом, исследования влияния фитонцидов растений на рост плесневых грибов не только расширяют наши знания о биологически активных соединениях, но и предлагают новые подходы к проблеме контроля за плесенью в различных областях, от сельского хозяйства до пищевой промышленности.

Глава 2. Экспериментальная часть

2.1. Материалы и методы

Для проведения эксперимента по изучению влияния фитонцидов различных растений на рост и развитие плесени на хлебе был использован белый хлеб, приобретенный в магазине. Я использовал пшеничный хлеб, обладающий сравнительно высокой влажностью, что способствует быстрому возникновению и размножению плесени, а также хлеб домашней выпечки. Хлеб был нарезан на равные по размеру кусочки весом около 10 граммов каждый. Каждый кусочек хлеба был размещен на стерильной поверхности и использован для проведения эксперимента сразу же после нарезки. Это предотвращает предварительное влияние внешних факторов, таких как влажность или температурные колебания, на дальнейший процесс плесневения. В качестве фитонцидов для исследования были выбраны три растения: лук, чеснок и лимон. Эти растения были выбраны на основании их широкого использования в кулинарии и известных антисептических свойств, задокументированных в литературе по исследованию фитонцидов (рис.2. Образцы фитонцидных растений)

Рис.2. Образцы фитонцидных растений

Для начала я приготовил несколько образцов хлеба, в одни образцы я положил кусочки измельченного луга, чеснока и несколько долек лимона, другие обработал фитонцидным раствором. Для получения фитонцидных растворов использовались свежие растения: луковицы репчатого лука, зубчики чеснока и плоды лимона. Луковицы и зубчики чеснока были очищены от шелухи и измельчены в блендере до состояния однородной массы. Для получения фитонцидного раствора лимона плоды лимона были разрезаны на небольшие кусочки и также измельчены в блендере. Полученные массы были разбавлены дистиллированной водой в соотношении 1:5 (масса растения: объем воды) и тщательно перемешаны. Сразу после приготовления фитонцидные растворы были профильтрованы через марлю и стерильную фильтровальную бумагу для удаления твердых частиц. Растворы хранились при температуре 4°C и использовались в течение 24 часов после приготовления. Каждый кусочек хлеба был обработан одним из фитонцидных растворов: раствор наносился на поверхность кусочка хлеба с помощью стерильной пипетки. Количество раствора рассчитывалось таким образом, чтобы обеспечить равномерное увлажнение поверхности хлеба без избытка жидкости. Контрольная группа кусочков хлеба не обрабатывалась фитонцидными растворами и использовалась для сравнения эффективности действия фитонцидов. Кроме того, были подготовлены контрольные образцы хлеба, не подвергавшиеся воздействию фитонцидов, для сравнительного анализа результатов. Все кусочки хлеба были помещены в стерильные контейнеры с крышками для создания герметичной и контролируемой среды, чтобы минимизировать влияние внешней среды. Каждый контейнер был подготовлен и обработан одинаковым образом, за исключением присутствия фитонцидов в экспериментальных образцах. Это позволило обеспечить чистоту эксперимента и точность последующих наблюдений. Также был проведен предварительный осмотр всех образцов на наличие плесени до начала эксперимента, чтобы убедиться в их первоначальной безопасности. Контейнеры с кусочками хлеба были инкубированы при постоянной температуре 25°C и влажности 85% для создания оптимальных условий для роста плесневых грибов (Рис. 3. Готовые образцы для эксперимента).

Рис. 3. Готовые образцы для эксперимента.

В процессе инкубации проводился ежедневный визуальный осмотр каждого кусочка хлеба в течение 5 дней.

Рост плесени оценивался с помощью шкалы, включающей 5 уровней развития:

1.Отсутствие видимого роста.

2.Минимальные признаки роста.

3.Умеренный рост.

4. Значительный рост

5. Полное покрытие плесенью.

Оценка проводилась на основе визуального осмотра и фотодокументации, что позволило объективизировать результаты и минимизировать субъективность в оценке роста плесени. Наблюдения фиксировались ежедневно, а также записывалось время появления первых признаков роста плесени для каждого образца. В результате анализа было определено среднее время появления плесени, средний уровень роста плесени на каждом этапе и сравнение этих показателей между контрольными и экспериментальными образцами. Данная методика позволила объективно оценить влияние фитонцидов лука, чеснока и лимона на рост плесени на хлебе в условиях эксперимента.

2.2. Результаты эксперимента

Наблюдения за состоянием контрольных образцов и образцов, подвергшихся воздействию фитонцидов, обоих сортов хлеба, позволили выявить значительные различия в развитии плесени.

Результаты меня удивили, так как противоречили результатам исследований, опубликованных в интернет-источниках и литературе о торможении развития плесени под действием фитонцидов (таблица 1. Развитие плесени на хлебе с кусочками фитоноцидных растений).

Таблица 1. Развитие плесени на хлебе с кусочками фитоноцидных растений.

Признаки плесени на хлебе с кусочками чеснока, лимона и лука появилась на второй день, и через пять дней плесень достигла максимального развития с высыпанием спор, на контрольном образце признаки плесени появились только на третий день. Значит, в данном эксперименте чеснок, лук и лимон, наоборот, спровоцировали появление и разрастание плесени на хлебе. Сильнее всего плесень развивалась на хлебе с лимоном. Предположение, что фитонциды лука и чеснока тормозят развитие плесени, не подтвердилось. В образцах с кусочками лука, чеснока и лимона количество плесени к концу наблюдения было даже больше, чем в контрольном образце. Вместе с руководителем мы пришли к выводу: плесень чаще всего появляется в условиях повышенной влажности и температуры, что может быть усугублено добавлением влажных кусочков растений, что создает более благоприятные условия для роста плесени. Скорее всего высокая влажность увеличивает вероятность появления грибков, особенно в условиях хранения при комнатной температуре. Помимо содержания влаги, лук и чеснок могут увеличивать питательные вещества в хлебе, что также создает благоприятную среду для плесневых грибков. Грибы, как и другие микроорганизмы, находят в этих продуктах углеводы и белки, необходимые для их роста. Это связано с тем, что плесень используют органические вещества в качестве источника питания, что может способствовать их быстрому развитию. Кроме того, мы выяснили, что в емкости с луком происходит образование одного из самых опасных для человека плесневых грибов аспирогилла (желтой плесени), в остальных образцах наблюдается разрастание серой и белой плесени (мукор), в образцах с чесноком – голубой плесени (пеницилл) (рис.4. Аспирогилл , Мукор и Пеницилл на хлебе с кусочками растений).

рис.4. Аспирогилл , Мукор и Пеницилл на хлебе с кусочками растений

В емкостях же, где лежали кусочки хлеба, обработанные растворами фитонцидов хлеб значительно медленнее портился по сравнению с контрольной группы. На контрольных образцах обоих видов хлеба плесень начала активно распространяться, начиная со второго дня эксперимента. На пятый день площадь пораженной поверхности составляла уже около 100 %, и темпы ее роста продолжают увеличиваться. Образец, подвергшийся воздействию луковых фитонцидов, показал минимальные признаки наличия плесени вплоть до пятого дня в обоих образцах хлеба, на нем лишь местами появились небольшие пятна, которые не имели тенденции к быстрому распространению. Этот результат подтверждает изученные данные о более сильных антигрибковых свойствах лука.

На образцах с фитонцидами чеснока и лимона процесс протекал иначе. В емкостях же, где лежали кусочки хлеба, обработанные раствором фитонцидов чеснока, плесень появилась на третий день, так же как и в контрольных образцах и масштабы ее разрастания к пятому дню были значительно больше по сравнению с контрольной группой.

Лимонные фитонциды проявили себя менее эффективно по сравнению с луком и чесноком, плесень начала развиваться уже на второй день и к четвертому дню произошло полное покрытие колониями, темпы ее распространения были существенно выше , чем в контрольной группе(Таблица 2. Развитие плесени на хлебе обработанном растворами фитонцидов).

Таблица 2. Развитие плесени на хлебе обработанном растворами фитонцидов.

Таким образом, использование луковых фитонцидов оказалось наиболее эффективным в борьбе с плесенью. На всех этапах эксперимента луковые фитонциды демонстрировали выраженное ингибирующее действие, что позволило минимизировать развитие патогенной микрофлоры. Чесночные фитонциды не оправдали свою эффективность. В условиях эксперимента чеснок не смог полностью предотвратить развитие плесени, его использование не замедлило процесс распространения грибов на поверхности хлеба. Анализ данных воздействия лимонного сока показал, что его фитонциды не обладают эффективностью. Они не смогли замедлить начало и прогрессирование роста плесени, их действие оказалось менее выраженным по сравнению с луком и чесноком. Действие фитонцидов на разные сорта пшеничного хлеба оказалось одинаковым.

Заключение.

На основе полученных результатов были сделаны выводы относительно практического применения фитонцидов для предотвращения порчи хлеба в бытовых условиях. Учитывая более высокую эффективность луковых фитонцидов, их можно рекомендовать в качестве основного природного средства для борьбы с плесенью.

1. Доказана возможность практического применения некоторых фитонцидов растений для продления срока годности хлебо-булочных изделий.

2. Выяснены эффективные способы применения фитонцидов для увеличения срока хранения хлеба.

3. Учитывая высокую эффективность луковых фитонцидов, их можно рекомендовать в качестве основного природного средства для борьбы с плесенью.

4. Выяснено, что не все фитонциды могут служить эффективным и экологически чистым способом борьбы с плесенью.

Цели достигнуты, гипотеза частично подтверждена.

Литература и источники.

1. Фитонциды [Электронный ресурс] // ru.wikipedia.org - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/фитонциды, свободный. - Загл. с экрана

2. Фитонциды – мощное оружие растений [Электронный ресурс] // givoyles.ru - Режим доступа: https://givoyles.ru/articles/nauka/fitoncidy-moshhnoe-oruzhie-rastenii/, свободный. - Загл. с экрана

3. История открытия фитонцидов [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://volatile.edufe46.ru/проект/история-открытия-фитонцидов, свободный.

4. Статья «О роли фитонцидов в природе». Токин Б.П., Фитонциды. 2-е изд. Изд. АМН СССР.1951. 

5. Токин Б.П. Целебные яды растений.  Повесть о фитонцидах. 3-е издание исправленное и дополненное. Ленинград: Издательство Ленинградского университета, 1980 г. - 280 страниц,

6. Фитонциды.Большая Медицинская энциклопедия. - Режим доступа:https://бмэ.орг/index.php/ФИТОНЦИДЫ.