Аргументированный скрининг и исследование свойств культур микроорганизмов для приготовления пробиотических молочно-растительных продуктов

В статье приведены результаты научных исследований подбора консорциума пробиотических культур для иммобилизации и использования  в молочно-растительных продуктах. 

Включение в пищевой рацион человека молочно-растительных продуктов функционального питания обеспечивает организм человека не столько энергетическим и пластическим материалом, сколько контролирует и модулирует (оптимизирует) конкретные физиологические функции, биохимические и поведенческие реакции, способствует поддержанию здоровья, снижает риск возникновения заболеваний и ускоряет процесс выздоровления. Известно, что для нормальной жизнедеятельности организма необходимо поддержание в нем естественного биоценоза, что достигается путем использования в технологиях приготовления кисломолочных продуктов как традиционных культур (Streptococcus thermphilus c Lactobacillus delbreckii subsp bulgarcus и laktis), так и специальных (Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus case subsp. rhamnosus), а также бифидобактерий (Bifidobacterium lactis, Bifidobacterium longum) [1]. Данные культуры относятся к пробиотикам, оказывающим положительное воздействие на организм путем нормализации микроэкологического статуса и стимуляции его иммунной системы.

При разработке новых молочно-растительных продуктов основополагающая роль отводится биотехнологическим аспектам, так как при изыскании перспективных источников сырья, разработке способов их получения ведущее место отводится особенностям влияния новых видов продуктов питания на организм человека. Адресное включение в состав функционального питания тех или иных ингредиентов (пробиотиков и пребиотиков) делает возможным подбор такого питания как для различных групп  населения, так и индивидуально для конкретного человека.

На кафедре «Прикладная биотехнология» Инновационного Евразийского университета учеными проводятся научные исследования по разработке новых молочно-растительных ферментированных продуктов, наиболее приближенных к продуктам функционального питания. Одним из основных требований, предъявляемых к культурам, входящим в закваску для ферментированных молочных продуктов,  считается  высокая  скорость  их  роста  и  кислотообразования  в  молоке,  как  цельном  так и с различным химическим составом, которые используются для производства современных комбинированных кисломолочных продуктов, так как от этих факторов зависит продолжительность производственного процесса, степень подавления посторонней микрофлоры в продукте. Особенно важно учесть этот фактор при использовании бифидобактерии, так как многочисленными исследованиями отечественных и зарубежных учѐных установлено, что эти микроорганизмы обычно медленно развиваются в молоке.

В соответствии с основными требованиями к заквасочной микрофлоре в качестве стартовых культур для исследований выбраны следующие молочнокислые микроорганизмы: Lbs. acidophilus, Lbs. yogurti, Lbs. helveticus, Lact. delbruckii subsp. bulgaricus, Str. thermophilus и симбиоз культур - кефирные грибки. Учитывая то, что активность молочнокислых микроорганизмов в значительной степени зависит от состава среды, в которой они культивируются, сравнительное изучение основных свойств выбранных культур проводили путем введения их в молоко коровье с различным химическим составом  (таблица 1).

Таблица 1 - Основные показатели химического состава сред культивирования

 Основные показатели химического состава сред культивирования     

Титруемая кислотность молока обезжиренного и молока цельного была в пределе (18,0 ± 1,0)°Т, молока с повышенным содержанием сухих веществ (19,0 ± 0,5)°Т. Среды пастеризовали при температуре (80,0 ± 2,0)° С, охлаждали до оптимальной температуры культивирования, установленной на основании анализа температур культивирования, присущих каждому виду.

Одно из основных требований, предъявляемых к заквасочной микрофлоре – наличие в еѐ составе активных    кислотообразователей,     способствующих     быстрому     накоплению     молочной  кислоты и получению  сгустков  [2].  Среднее  квадратичное  отклонение  титруемой  кислотности,  определяемое в течение всего периода свертывания через каждый час до получения плотного сгустка и затем через 24 ч с момента внесения закваски, находилось в пределах 1-3°Т,   активной кислотности в пределах 0,1-0,2.

Сравнительный анализ динамики развития и нарастания кислотности молочнокислых монокультур проводился в сравнении с бифидобактериями В.longum в молоке с различным содержанием сухих веществ и показал, что все культуры проявили средний темп нарастания кислотности. Быстрее других преодолели лаг-фазу Str. thermophilus и кефирные грибки. Это соответствует литературным данным, свидетельствующим, что  молочнокислые  стрептококки  начинают  размножаться  в  первые  же минуты и часы культивирования.

Следует отметить, что по мере повышения в среде массовой доли сухих веществ, процесс сквашивания  замедляется   и  сгустки  отличаются  от   тех,   которые  образуют   культуры  в    цельном и обезжиренном молоке. Что касается молочнокислых палочек, то они имеют более длительную лаг-фазу, но затем резко повышают активность кислотообразования. Причем этот фактор проявился более других у Lbs. helveticus. Однако если сравнивать действие ацидофильной палочки с имеющимися в литературе данными [2], то в наших исследованиях не обнаружено столь длительной лаг-фазы. Но при сравнительном исследовании действия Lbs. helveticus, Lbs. acidophilus, Lact. delbruckii subsp. bulgaricus, Lbs. yogurti можно видеть, что более активно ведет себя в цельном молоке Lbs. acidophilus, менее активно Lbs. helveticus. В обезжиренном молоке несколько активнее проявила себя культура Lbs. yogurti. В среде 3 (молоко с повышенным содержанием сухих веществ) все четыре вида молочнокислых палочек проявили одинаковый характер кислотообразования, однако более энергичным кислотообразователем была культура Lbs. yogurti.

Также исследовалась биохимическая активность культур, определяемая как совокупность показателей:  титруемая,  активная  кислотность  сквашенного  продукта,  логарифм  количества   клеток и длительность образования сгустка. Данные приведены в таблице 2.

Для проведения аргументированного скрининга консорциума культур микроорганизмов, предназначенных для проведения процесса иммобилизации, были исследованы такие свойства, как проявление антагонистической активности; взаимодействие с веществами, например растительными компонентами, добавленными в качестве пребиотиков; устойчивость к антибиотикам; способность оказывать влияние на биохимические процессы в организме человека, связанные с накоплением свободных радикалов при переваривании пищи за счѐт активной жизнедеятельности; производственно - ценные (кислотообразование, активность сквашивания и др.) [2-3].

Таблица 2 - Биохимическая активность культур в различных средах 

 Биохимическая активность культур в различных средах

Для исследования выбраны известные культуры-пробиотики L. acidophilus, Bifidobacterium   bifidum

№ 1 и их консорциум в соотношении 1:2, соответственно. Для создания симбиотических продуктов необходим подбор консорциумов с симбиотическими свойствами, обладающими выраженной антагонистической активностью по отношению к патогенным и условно патогенным тест-микробам. Исследования проведены в условиях лабораторий Санитарно-эпидемиологической станции г. Павлодар, располагающей коллекцией тест-микробов. Результаты представлены в таблицах 3 и 4.

Таблица 3 – Антагонистическая активность монокультур и их консорциума

 Антагонистическая активность монокультур и их консорциума

Таблица 4 – Индексы ингибирования роста патогенных тест-микробов изучаемыми культурами 

 Индексы ингибирования роста патогенных тест-микробов изучаемыми культурами

Сравнительный анализ антагонистической активности монокультур, их консорциума и индекса ингибирования  роста  патогенных  тест-микробов   по   экспериментальным   данным  представленными в таблицах 3 и 4, свидетельствует о получении достоверных данных, совпадающих с литературными данными [2-3].

Немаловажное    значение     при     подборе     культур     микроорганизмов     для    пробиотических и синбиотических продуктов придается такому свойству, как устойчивость к антибиотикам. Из литературы известно, что совместное применение антибиотиков и устойчивых к антибиотикам штаммов микроорганизмов способствует эффективному восстановлению нормальной микрофлоры кишечника уже в процессе приема  антибиотиков [4-5].

Устойчивость природных штаммов микроорганизмов к антибиотикам является свойством, которое передается по наследству, а значит зависит от генотипа и его устойчивости. В то же время для некоторых штаммов бактерий антибиотики могут выступать в качестве неблагоприятного фактора, который приводит к изменению свойств бактерий, в частности, стимулирует выход умеренного фага из клеток бактерий. В связи с этим были проведены исследования по изучению устойчивости к антибиотикам культур бактерий и их консорциума. Условия постановки эксперимента приведены в таблице 5.

Таблица 5 – Наименование и изучаемые дозы воздействия антибиотиков на культуры исследуемых микроорганизмов

 Наименование и изучаемые дозы воздействия антибиотиков на культуры исследуемых микроорганизмов

Получены данные по исследованию природной устойчивости культур к шести наиболее известным и применяемым в терапии взрослых и детей антибиотикам (таблица 5). Наибольшая природная устойчивость обнаружена к:

  • бисептолу (4,8 ЕД/см3) – L. acidophilus, B. bifidum № 1 и их консорциуму;
  • эритромицину (200 Мкг/ см3) – L. acidophilus и консорциуму культур;
  • ампицилину (5 Мкг/ см3) – L. acidophilus, B. bifidum № 1 и их консорциуму;
  • стрептомицину (1000 Мкг/см3 и более) – L. acidophilus и консорциуму культур;
  • оксациллину (0,05 Мкг/ см3) – L. acidophilus и консорциуму культур;
  • гентамицину (80 Мкг/см3) – L. acidophilus, B. bifidum № 1 и их консорциуму.

Биохимическая активность и производственно-ценные свойства монокультур, их консорциума, изученные в процессе исследований, приведены в таблице 6.

Таблица 6 – Биохимическая активность и производственно-ценные свойства культур 

 Биохимическая активность и производственно-ценные свойства культур

Приведенные выше данные позволяют считать комбинацию исследуемых известных культур-пробиотиков: L. acidophilus, Bifidobacterium bifidum № 1 и их консорциум в соотношении 1:2, наиболее эффективной для дальнейших исследований [4-5]. Полученные результаты свидетельствуют о том, консорциум состоящий из бифидобактерий B. bifidum № 1 и L. Acidophilus, обладает симбиотическими свойствами, проявляемыми в высоких биохимических и производственно-ценных антагонистических свойствах и природной устойчивости к основным антибиотикам, что позволяет считать данную ассоциацию перспективной для проведения процесса иммобилизации в составе бактериального препарата БК-Алтай-ЛС-Бифи. Иммобилизацию можно рассматривать как физическое разделение микробных клеток и растворителя, при котором молекулы субстрата и продукта могут легко обмениваться между фазами [4-5]. При иммобилизации микробных клеток в данных исследованиях предполагается применение  метода  включения  клеток  бактериального  препарата  БК-Алтай-ЛС-Бифи в гели агара, альгината натрия, пектина и желатина. Использование иммобилизованных живых клеток в технологических процессах производства молочно-растительных продуктов представляет собой перспективную альтернативу стандартной процедуре ферментации, поскольку появляется возможность протекания многостадийных ферментативных реакций в принципиально новых молочно-растительных ферментированных продуктах.

 

Литература

  1. Гаврилова Н.Б. Научные и практические аспекты технологии производства молочно-растительных продуктов: Монография. // Н.Б. Гаврилова, О.В. Пасько, И.П. Каня, С.С. Иванов, М.А. Шадрин. – Омск: Ом ГАУ, 2006. – 336 с.
  2. Гаврилова Н.Б. Биотехнология комбинированных молочных продуктов. – Омск: ОМГАУ, – С. 44-45.
  3. Шендеров Б.А.    Пробиотики    и    функциональное    питание.    Их    значение    для   сохранения и восстановления здоровья человека // Пробиотические микроорганизмы – современное состояние вопроса  и   перспективы   использования.   Тез.   докл.   междунар.   науч.-практ.   конф.   памяти Г.И. Гончаровой. – М., 2002. – С.8-9.
  4. Ананьева Н.В. Применение иммобилизованных форм пробиотических бактерий в производстве молочных продуктов // Молочная промышленность. – – № 11. – С. 46-47.
  5. Назаренко Т.А. Биотехнология продуктов для функционального питания: пробиотики, синбиотики, методы иммобилизации. Аналит. обзор. – Павлодар: Павлодарский ЦНТИ, 2006. – 39 с.
Фамилия автора: Т.А. Назаренко
Год: 2011
Город: Павлодар