С. И. Артюхова, Ю. А. Гаврилова

С. И. Артюхова, Ю. А. Гаврилова

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ПРОБИОТИКОВ И ПРЕБИОТИКОВ

В БИОТЕХНОЛОГИИ

ПРОИЗВОДСТВА БИОПРОДУКТОВ

 

Монография

 

 

Омск

Издательство ОмГТУ

УДК 579.67: 60

ББК 30.16+36-1

А 86

 

Рецензенты:

Н. В. Рудаков – заведующий кафедрой «Микробиология, вирусология и иммунология» ГОУ ВПО «Омская государственная
медицинская академия», доктор медицинских наук,
профессор;

П. А. Лисин – зав. кафедрой «Оборудование предприятий молочной
промышленности» ФГОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет», доктор технических наук,
профессор

 

Артюхова, С. И.

А 86 Использование пробиотиков и пребиотиков в биотехнологии произ­вод­ства биопродуктов: монография / С. И. Артюхова, Ю. А. Гав­­­­­рилова. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. – 112 с.

 

ISBN 978-5-8149-0878-0

 

В монографии представлены данные в области производства функциональных продуктов питания, а также по использованию пробиотиков и пребиотиков в биотехнологии производства биопродуктов. Приведены результаты собственных теоретических и экспериментальных исследований в области совершенствования биотехнологии производства биопродуктов.

Рекомендуется для бакалавров, студентов, магистров, аспирантов и специалистов, занимающихся в области биотехнологии, медицины и пищевой промышленности.

Ил.38, Табл.18, библиогр. список 170 наим.

 

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Омского госу­дар­ственного технического университета

УДК 579.67: 60

ББК 30.16+36-1

 

 

ISBN 978-5-8149-0878-0 © ГОУ ВПО «Омский государственный

технический университет», 2010

ВВЕДЕНИЕ

Питание, как фундаментальный процесс, лежащий в основе жизнедея­тельности всех без исключения живых организмов, представляет огромный интерес с самых разных точек зрения.

В настоящее время в России, как и во всех странах развитого мира, происходит значительное изменение от­ношения людей, и в особенности со­циально активных слоев населения, к собственному здоровью.

В последние годы все большее внимание уделяется созданию продуктов функционального питания, способных оказывать определенное регулирующее действие на организм в целом или на его определенные системы и органы.

К важнейшей категории функционального питания в настоящее время относят пробиотики - биологические препараты, содержащие живые штаммы нормальной микрофлоры человека. Штаммы бифидобактерий, лактобацилл, пропионовокислых микроорганизмов на протяжении десятилетий успешно используются в пробиотических фармакопейных препаратах первого поколения и различных кисломолочных продуктах функционального назначения.

При этом большой интерес представляет использование в биотехнологии кисломолочных продуктов пропионовокислых бактерий, которые обладают уникальными иммуностимулирующими и антимутагенными свойствами, они приживаются в кишечнике людей и способны к снижению геннотоксического действия ряда химических соединений и ультрафиолетовых лучей. Пропионовокислые бактерии синтезируют большое количество витамина В₁₂, который регулирует основные обменные процессы в организме, способствует повышению иммунного статуса организма, улучшает общее самочувствие за счет активизации белкового, углеводного и жирового обмена, улучшает качество крови, участвует в синтезе различных аминокислот и нуклеиновых кислот.

Согласно медицинским исследованиям, подтвержден факт дефицита витаминов группы «В», в том числе и витамина В₁₂ в пищевом рационе населения РФ. Поэтому использование пропионовокислых бактерий в биотехнологии кисломолочных продуктов особо актуально.

Развитие рынка продуктов функционального питания главным образом обусловлено фиксируемой тенденцией ухудшения здоровья населения, в том числе нарушениями адаптивной мощности человека. На фоне снижения количества полезной микрофлоры в организме человека происходит увеличение патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, продуктов их метаболизма, что приводит к возникновению кишечного дисбактериоза, аллергических, онкологических заболеваний, анемии, в том числе В₁₂ – дефицитной.

В этой связи особого внимания заслуживает вопрос поддержания микроэкологического равновесия в желудочно-кишечном тракте, как важнейшего фактора жизнедеятельности человека, путем введения в рацион биопродуктов, обогащенных консорциумом пробиотических микроорганизмов, важное место среди которых отводится пропионовокислым и молочнокислым бактериям, а также пребиотиком, стимулирующим рост пробиотических бактерий.

Создание биопродуктов функционального питания на основе сим­биоза пробиотических микроорганизмов и пищевых добавок с вы­ра­женными пребиотическими свойствами, рассматривается как стратегическое направление альтернативной медицины, способствующее поддержанию и восстановлению здоровья человека.

Анализ опубликованных фундаментальных работ свидетельствует о высокой степени эффективности использования микробных консорциумов на основе симбиоза культур с выраженными пробиотическими свойствами, проявляющими свою позитивную направленность на организм через регуляцию кишечной микрофлоры, подавление численности нежелательных микроорганизмов, изменение метаболиз­ма микробов, стимуляцию иммунитета организма хозяина и детоксикацию экзогенных и эндогенных субстратов и метаболитов.

Основанием для написания данной монографии послужил неуклонный рост интереса специалистов к использованию пробиотиков и пребиотиков в биотехнологии кисломолочных продуктов для функционального питания.

В теоретическую основу этой монографии положен анализ многочисленных работ отечественных и зарубежных авторов, которые развивают и совершенствуют биотехнологию производства продуктов для функционального питания. В настоящей работе приводятся сведения из публикаций отечественных и зарубежных авторов по изучаемой проблеме, а также результаты собственных исследований по использованию пробиотиков и пребиотиков в биотехнологии производства биопродуктов для функционального питания.

Раздел 1. Анализ состояния проблемы

 

Функциональные продукты

ПИЩЕВЫЕ ВОЛОКНА

Некрахмальные полисахариды Лигнин

Полисахариды запаса: инулин, гуар

Пектиновые вещества

Целлюлоза Гемицеллюлоза

Слизи Камеди

 

Рис. 2. Классификационная схема ПВ

 

Добавление ПВ в пищу не сопровождается ухудшением органолептических свойств продуктов [30, 45]. Одним из важнейших пребиотиков, используемых для обогащения пищевых продуктов, является лактулоза [114].

Это дисахарид получают из лактозы, которая, в свою очередь, выделяется из молочной сыворотки. Благодаря бифидогенной активности лактулозы ее широко применяют при изготовлении молочных продуктов. Как функциональный ингредиент лактулоза обеспечивает количественный рост бифидобактерий в кишечнике и повышает сопротивляемость организма. Экспериментально исследованы препараты, содержащие лактулозу, выпускаемые под торговыми марками «Лактофан», «Лактусан», «Лактовит», «Лаэль».

Установлено, что «Лактофан» снижает интенсивность развития популяции S.aureus, микроорганизмов рода Proteus, грибов рода Candida. «Лактусан» существенно уменьшает интенсивность роста грибов рода Candida, стафилококков и протея. «Лактовит» снижает рост стафилококков, микроорга­низмов рода Proteus [114].

В основу создания пищевой добавки «Лаэль» для кисломолочных продуктов легло совместное исполь­зование лактулозы и лизоцима, приво­дящее к синергизму, т.е. положительный эффект достигается при меньших до­зах каждого компонента в смеси, чем при их индивидуальном использовании.

Ис­следования на классических кисломо­лочных продуктах с добавлением пищевой добавки «Лаэль» показали, что органолептические показатели улучшаются: появляется более прият­ный, сладковатый вкус и образуется бо­лее плотная консистенция [52].

В таблице 2 представлена сравнительная характеристика препаратов пребиотиков и пробиотиков [20, 47].

 

Таблица 2

Сравнительная характеристика препаратов
пребиотиков и пробиотиков

Пробиотики(Для заселения кишечника чужеродной микрофлорой)	Пребиотики(Для стимуляции роста собственной микрофлоры)
Линекс, Бифидумбактерин, Лактобактерин, Ацепол, Пробифор и проч.	Лактусан, Лаэль, Прелакс, Лактофильтрум, Инулин, Отруби и проч.
Препараты - пробиотики содержат живые клетки нормофлоры кишечника: бифидобактерии, лактобациллы и проч.	Препараты-пребиотики содержат вещества, являющиеся нутрицевтиками (пищей) для нормофлоры кишечника
Пробиотики инфицируют (заселяют) кишечник экзогенной микрофлорой	Пребиотики стимулируют рост индигенной (собственной) микрофлоры кишечника
Только 5-10 процентов живых бактерий, содержащихся в пробиотиках, достигает толстой кишки.	Пребиотики не перевариваются в верхних разделах ЖКТ и в неизмененном виде достигают толстой кишки
Пробиотики нужно хранить в темном, прохладном месте: количество живых бактерий в пробиотиках зависит от условий и срока хранения	Пребиотики представляют собой углеводы, условия и сроки хранения которых почти не влияют на их бифидогенные свойства.
Из 500 видов нормофлоры кишечника, препараты - пробиотики содержат только от 1 до 2 штамма полезных бактерий.	Пребиотики, будучи пищевым субстратом нормофлоры кишечника, стимулируют всю популяцию полезных бактерий.

 

В настоящее время создание симбиотических ассоциаций или консорциумов заквасочной микрофлоры характеризуется как особо перспектив­ное направление [6, 22].

Вырабатываемые кисломолочные продукты (кефир, айран, кумыс) обладают полез­ными свойствами [47]. Наряду с этим мик­роорганизмы закваски проявляют антагонизм к возбудителям инфекций, и реализуется механизм неспецифи­ческой иммуностимуляции [109].

Комбини­рованные культуры могут включать несколько штаммов одного рода или вида, разных таксономических групп. При этом отбираются штаммы, испы­танные на симбиотичность, а также селекционированные к выживанию в неблагоприятных условиях [32, 36].

Наряду с симбиотиками представ­ляют интерес продукты смешанного состава, в основе которых лежит комплекс пробиотиков и пребиотических веществ ( синбио­тики ) [10, 115].

Синбиотик – физиологически функциональный пищевой ингредиент, представляющий собой комплекс пробиотиков и пребиотиков, в котором указанные вещества оказывают взаимно-усиливающие воздействия на физиологические функции и процессы обмена веществ [39].

Действие синбиотиков основано на синергизме комбинации пробио­тиков и пребиотиков, за счет которого наиболее эффективно вводятся микроорганизмы - пробиотики и стимулируется развитие микрофлоры организма че­ловека [54].

На примере пребиотиков: сиропов лактулозы «Лактулак» и «Лактусан», сухих препаратов «Лактусан» и «Лаэль», можно рассмотреть новую возможность со­здания синбиотических молочных продуктов (рис. 3).

Ком­пания «Биопродукт» в содружестве с компанией «Фелицата-Холдинг» раз­работала и утвердила нормативную документацию на кисломолочные продукты серии «Бифилюкс»™, по которой традиционный ассортимент продукции можно вырабатывать и с кон­центратом лактулозы «Лактусан» [66].

 

 

 

Рис. 3. Синбиотические молочные продукты [54]

 

Таким образом, кисломолочные продукты «Бифилюкс» с лактулозой — это адап­тированные к промышленному про­изводству синбиотические продукты [63, 101].

Идеальным мог бы стать синбиотик, который повторял бы весь комплекс пребиотических факторов «грудного молока» [18].

 

 

Основные направления

И критерии их подбора

При создании консорциума микроорганизмов, с целью применения его в качестве комплексной закваски, большое внимание уделяют показателям качества сквашенного молока: вкусу, запаху, консистенции, учитывают протеолитическую, антибиотическую активность и общую продолжительность свертывания [6, 9].

Доказано, что между микроорганизмами закваски происходит сложный обмен продуктами жизнедеятельности, что значительно повышает энергию кислотообразования и может влиять на повышение энергии ароматообразования [3, 6].

В молочной промышленности широко используются закваски, в состав которых входит Streptococcus salivarius subsp. thermophilus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgariсus [38, 60].

Основываясь на научные работы можно сделать вывод о наличии синергизма между этими микроорганизмами при совместном культивировании [14, 99].

Молоко, сквашенное закваской, состоящей из термофильного стрептококка и болгарской палочки, имеет сгусток плотной однородной консистенции, с хорошо выраженным кисломолочным чистым вкусом и запахом. В ассоциации с болгарской палочкой молочнокислый стрептококк выдерживает кислотность от 180⁰Т до 190⁰Т. Симбиотические отношения этих микроорганизмов объясняется особенностями их метаболизма. Так Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgariсus по сравнению с Streptococcus salivarius subsp. thermophilus имеет более выраженную протеолитическую активность, характеризуется набором и количеством свободных аминокислот (от 50мг% до 80мг%), накапливаемых при его развитии в молоке [13, 15, 99].

Термофильный стрептококк обладает слабой протеолитической активностью в молоке. Из аминокислот термофильный стрептококк образует пролин, которого в свежем молоке содержатся только следы, и потребляет все остальные аминокислоты. При совместном культивировании термофильного стрептококка с болгарской палочкой количество аминокислот достигает от 11мг% до 23 мг% [13, 21].

Продукты обмена, выделяемые болгарской палочкой, главным образом, аминокислота валин, стимулируют развитие Streptococcus salivarius subsp. thermophilus. А Streptococcus salivarius subsp. thermophilus стимулирует развитие Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgariсus благодаря производимой им муравьиной кислоте. Термофильный стрептококк в своем развитии опережает болгарскую палочку, снижая окислительно-восстановительный потенциал и рН (от 5, 55 до 5, 7), создавая тем самым более благоприятные условия для ее развития [15, 34, 99].

Основные летучие компоненты, обуславливающие запах, вкус, аромат заквасок термофильного стрептококка и болгарской палочки, - диацетил, ацетоин, этаналь, диметилсульфид, уксусная и молочная кислоты, CO_2. Молочная кислота и ЛЖК придают продукту специфический кисломолочный вкус, диацетил и этаналь – специфический аромат, CO₂ – приятный, освежающей вкус [15].

В результате проведенных исследований было установлено наиболее благоприятное соотношение Streptococcus salivarius subsp. thermophilus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgariсus – 4: 1 [14, 19].

Основываясь на особенностях взаимодействия культур молочнокислых бактерий, в последнее время актуальным становится изучение возможности совместного культивирования молочнокислых и пропионовокислых бактерий, культур с выраженными пробиотическими свойствами. Кроме того, основываясь на труды профессоров Л. И Воробьевой [28], И.С. Хамагаевой [112], можно отметить, что чистые культуры пропионовокислых бактерий плохо развиваются в среде и нуждаются в сопутствующих микроорганизмах, способных обогатить субстрат доступным для них азотным питанием.

При изучении совместного культивирования молочнокислых и пропионовокислых бактерий отмечается отсутствие антагонистического воздействия друг на друга. Кроме того, многие виды молочнокислых микроорганизмов стимулируют рост пропионовокислых бактерий [29, 123]. Однако активное развитие технологии получения и производства продуктов, выработанных на основе симбиоза молочнокислых микроорганизмов и пропионовокислых бактерий на территории Западной Сибири, средней и центральной полосы России не наблюдается.

Организм человека рассматривается как сложная система с чувствительной микроэкологией, чутко реагирующей на любые изменения эндо– и экзогенного характера [84]. Удовлетворительная работа организма в первую очередь характеризуется отлаженной деятельность желудочно-кишечного тракта, микроорганизмы которого синтезируют витамины группы В, витамин К, фолиевую и пантотеновую кислоты. Нормальная микрофлора благодаря выраженной антагонистической активности препятствует внедрению патогенной микрофлоры [16].

Можно выделить основные группы представителей кишечной микрофлоры: аэробные лактобактерии, анаэробные бифидобактерии. Видовой состав этих микроорганизмов генетически детерминирован и количественный состав их в кишечнике постоянен [15].

Антагонистическая активность микроорганизмов определяется действием неспецифических и специфических факторов. К первым относят образование антибиотиков полипептидной или не идентифицированной природы, бактериоцинов, жирных кислот с короткой цепью. К неспецифическим факторам относят образование молочной, уксусной кислот, создание низкого окислительно-восстановительного потенциала за счет утилизации кислорода, конкуренцию за питательные вещества [15, 99].

Антагонистическое действие молочнокислых бактерий обусловлено повышением активной кислотности питательной среды за счет сбраживания углеводов и изменением физико-химических условий [15, 21]. Антагонизм проявляется в отношении гнилостных бактерий, стафилококков, энтерококков, палочек протея, патогенных и энтеропатогенных кишечных палочек, сальмонелл, грибов рода Candida
[19, 34].

Богданов с сотрудниками в 1962 году сообщил о противоопухолевом действии экстракта среды, в которой выращивались Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgariсus [19], по данным зарубежных ученых [148, 163], йогурт, в приготовлении которого участвуют Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgariсus и Streptococcus salivarius subsp. thermophilus, оказывает ингибирующее действие на полиферацию асцитной опухоли Эрлиха у мышей.

Кроме того, выявлено, что некоторые штаммы лактобацилл влияют на уровень холестерина сыворотки крови [15]. Многочисленные исследования доказали, что молочнокислые микроорганизмы оказывают антагонистическое действие на бактерии группы кишечной палочки (БГКП), которые, при развитии в молочных продуктах, способны расщеплять пептоны и пептиды, декарбоксилировать и дезаминировать аминокислоты, в результате чего образуются аммиак, индол, сероводород. Эти вещества в комбинации с продуктами сбраживания углеводов вызывают появление нечистого вкуса и запаха. Антагонистическая активность молочнокислых бактерий по отношению к БГКП является штаммовым, а не видовым признаком. Поэтому антагонистический эффект бактериальных заквасок для кисломолочных продуктов в определенной степени зависит от антагонистической активности штаммов, входящих в состав закваски [55 68].

Симбиоз культур Streptococcus salivarius subsp. thermophilus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgariсus рассматривают как фактор, вызывающий быструю гибель микроорганизмов рода Salmonella, являющихся возбудителями кишечных инфекционных заболеваний человека. Значительное число штаммов – антагонистов патогенных серотипов E.coli, шигелл и сальмонелл обнаружено среди термофильных стрептококков, выделенных из молочных продуктов. Антибиотическая активность большинства культур в наибольшей степени проявляется через от 18 до 24 ч [15, 139].

Сведения об антивирусной активности пропионовокислых бактерий появились в 1960 г. Было доказано, что экстракты P.freudenreichii проявляют активность против вируса Columbia SK. Активный фактор был назван пропионином. Впоследствии ряд веществ с антивирусной активностью было выделено, очищено и отнесено к семейству пропионинов (А, В, С, D) [28, 149]. Пропионин D оказался полипептидом с большой молекулярной массой, действие которого связывают с подавлением специфического летального иммунного ответа, вызванного инфекцией вируса лимфоцитарного хориоменингита у мышей [28].

Классические пропионовокислые бактерии образуют ряд белковых бактериоцинов. Штамм P. thö enii ингибирует ряд грамотрицательных, грамположительных бактерий, а также различные дрожжи и плесени [151]. У пропионовокислых бактерий обнаружено не только стимулирующее действие на переваривающую способность макрофагов печени и селезенки, но и их бактерицидное действие в отношении Salmonella typhimurium и Listeria monocyogenes [28, 151].

В статье профессора Л.И. Воробьевой [25] приведены данные, свидетельствующие о том, что пропионовокислые бактерии замедляют рост опухолей, включая злокачественные, а также инвазию опухоли за счет усиления защитных реакций организма. Использование пропинибактериум при иммунотерапии рака, после химиотерапевтической ремиссии лейкемии достаточно эффективно, поскольку происходит удаление источников диссимиляции опухолевых клеток
[28, 51].

Клинические испытания пропионовокислых бактерий показали иммуномодулирующую, антинеопластическую и антивирусную активность, что связано с активацией моноцитмакрофаговой системы, индукцией синтеза интерферона и активацией киллерных клеток [28].

Отдельно следует выделить выраженное антимутагенное действие пропионовокислых бактерий. Под антимутагенезом понимают снижение частоты спонтанной и индуцированной мутации. Антимутагены повышают активность ферментных систем, участвующих в детоксификации поступающих в клетку веществ, влияют на окислительно-восстановительный потенциал организма.

Пропионовокислые бактерии, обладая уникальными иммуностимулирующими и антимутагенными свойствами, приживаются в кишечнике людей и стимулируют рост фекальных бифидобактерий, способствуют снижению геннотоксического действия ряда химических соединений и УФ-лучей.

В 1989 году профессором Л.И.Воробьевой, с использованием теста Эймса, впервые была обнаружена антимутагенность пропионовокислых бактерий против азида Na (NaN₃). Это свойство связано с регуляцией мутаций и, что очень важно, со снижением генетических изменений у других живых существ [28].

Пропионовокислые бактерии, как источники антибиомутагенов или десмутагенов, могут быть использованы для предобработки продуктов с целью нейтрализации канцерогенных веществ, а также как пробиотики. В частности, антимутагенное действие экстракта пропионовокислых бактерий может найти применение в биотехнологии для стабилизации микробных ферментаций.

В итоге пропионовокислые бактерии, равно как болгарская палочка и термофильный стрептококк, представляют богатый источник антимутагенов (антиканцерогенов). С учетом преимущества культивирования микроорганизмов перед выращиванием растений и животных можно прогнозировать большие перспективы в изучении и применении антимутагенов микробного происхождения [28, 29, 112].

В результате жизнедеятельности большинства пропионовокислых бактерий образуется витамин В₁₂. Прежде всего, в большом количест­ве витамин В₁₂ синтезируют штаммы P.freudenrcichii.

Синтез витамина В₁₂ в организме человека происходит преимущественно в толстом кишечнике. Это водорастворимый витамин, участвующий в процессе кроветворения, белковом, жировом, углеводном обмене. Он стимулирует процессы роста, увеличивает запасы гликогена в печени, способствует превращению провитамина А в ретинол и снижает уровень холестерина в крови. Большая часть этого витамина поступает в организм с пищей. Для усваивания витамина В₁₂ в тонком отделе кишечника железы желудка вырабатывают мукопротеин. При недостатке витамина В₁₂ наблюдается дефицит витамина В₁ [132, 156].

Витаминообразующая способность пропионовокислых бактерий зависит от температуры культивирования. При оптимальной температуре культивирования 30⁰С содержание витамина В₁₂ – 1500мгк/мл (штамм МГУ) и 1200 мгк/мл (штамм ВНИМИ). При понижении температуры до 20⁰С синтез витамина В₁₂ замедляется, но к концу ферментации количество его достигает того же уровня, что и при оптимальной температуре. Более высокой витаминосинтезирующей способностью обладает культура P. shermanii штамм МГУ. Эта разработка легла в основу технологии производства пробиотического продукта «Целебный» [111].

Таким образом, создание консорциума на основе симбиоза пропионовокислых и молочнокислых микроорганизмов актуально. Однако для стимуляции роста пробиотических культур целесообразно использовать компоненты с пребиотическими свойствами. Новым направлением в этой области стало применение в качестве пребиотика лактитола.

Особенности использования

Заключение по обзору литературы

Анализ современных разработок и научных трудов ведущих специалистов в области здорового питания показал, что аспекты разработки и внедрения функциональных продуктов питания в рацион человека являются перспективным направлением в поддержании микроэкологического статуса его организма.

Особое место в группе функциональных продуктов занимают кисломолочные биопродукты, что обусловлено их видовым составом, а также широким спектром позитивного целенаправленного воздействия на организм человека.

Важнейшим элементом функционального питания является использование пробиотических культур в составе биопродуктов, в связи с чем разработка новых биопродуктов с ассоциатами молочнокислых и пропионовокислых бактерий, обладающих уникальными полезными свойствами, рассматриваются как стратегическое направление современных биотехнологий в молочной промышленности.

Актуальным и перспективным направлением является разработка консорциумов микроорганизмов – пробиотиков разных таксономических групп, что обуславливает общее повышение биохимической активности, устойчивость консорциума к неблагоприятным и агрессивным факторам, по сравнению с исходными ассоциатами.

Эффективным методом применения биотехнологий в молочной промышленности является создание синбиотических биопродуктов, сочетающих в себе синергизм сложных компонентов направленного действия – пробиотиков и пребиотиков. Однако анализ современной научно-технической литературы показал, что проблемы теоретической разработки и практического внедрения технологий биопродуктов синбиотической направленности на территории РФ реализованы не в полной мере и требуют дальнейшего изучения.

Таким образом, анализ научной литературы по рассматриваемой проблеме позволил сформулировать цель настоящих исследований – разработать научно-обоснованную биотехнологию производства биопродуктов для функционального питания с использованием консорциума молочнокислых и пропионовокислых микроорганизмов и пребиотика лактитола.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи исследований:

– обосновать выбор заквасочных культур (ассоциатов) и изучить их биотехнологический потенциал;

– выбрать оптимальные условия культивирования и оптимальное соотношение ассоциатов в микробном консорциуме;

– исследовать антагонистическую активность выбранных ассоциатов и их микробного консорциума по отношению к патогенной и условно-патогенной микрофлоре;

– исследовать резистентность ассоциатов и их микробного консорциума к антибиотикам;

– исследовать устойчивость ассоциатов и микробного консорциума к веществам, присутствующим в желудочно-кишечном тракте;

– изучить морфологические особенности колоний микроорганизмов в ассоциатах и микробном консорциуме;

– разработать биотехнологию производства биопродукта на основе микробного консорциума с широким спектром антимикробной активности;

– исследовать влияние лактитола с пребиотическими свойствами на качественные показатели биопродукта;

– разработать научно обоснованную биотехнологию производства биопродуктов;

– изучить качественные показатели биопродуктов для функционального питания и установить сроки их хранения;

– провести оценку экономической эффективности и социальной значимости разработанных биотехнологий производства биопродуктов.

МИКРОБНОГО КОНСОРЦИУМА

Для обогащения биопродукта

Лактитол (4-О-бета-D-галактопиранозил-D-сорбит) является одним из эффективнейших пребиотиков, хотя на территории РФ используется в этом качестве достаточно ограничено.

В качестве основных критериев при выборе пребиотика лактитола для обогащения разработанного кисломолочного биопродукта «Омский» послужили данные клинических исследований, проведенных на базах ведущих российских и зарубежных лабораторий. Механизм позитивного действия лактитола в организме отражен на рис. 16.

 

 

Рис. 16. Механизм позитивного действия лактитола в организме

Особого внимания заслуживает тот факт, что лактитол относят к активным пребиотикам, стимулирующим рост сахаролитических бактерий в толстом кишечнике и подавляющим рост протеолитических бактерий, за счет ингибирования их адгезии на клеточных стенках эпителия [140].

Влияние лактитола на микрофлору толстого кишечника и на активность проканцерогенных ферментов, установленное экспериментально, при приеме в течение 4 недель в дозе 20г/сут показано на рисунках 17 и 18. [86].

Кроме того, из литературных данных известно, что лактитол не влияет на уровень глюкозы (рис. 19) и инсулина в крови, а также характеризуется низким гликемическим индексом (рис. 20) [136], поэтому без ограничений может использоваться в технологии продуктов для диабетического питания.

Как свидетельствуют данные сравнительного клинического анализа позитивного действия лактитола и лактулозы на кишечную микрофлору, эффект лактитола более стабилен [138, 146].

Результаты исследований, проводимых под руководством Минушкина О.П. (докт. мед. наук, проф., зав. кафедрой гастроэнтерологии Учебно-научного медицинского центра Управления делами Президента РФ), показали, что лактитол не влияет на метаболизм костной ткани по показателям концентрации паратгормона, остеокальцина и щелочной фосфатазы, также он не оказывал влияния на концентрацию неорганического фосфата и кальция в плазме крови [167].

Важным критерием, по подбору лактитола в качестве пребиотика для достижения синбиотического эффекта стало то, что при сравнительном изучении влияния лактитола и лактулозы на условно-патогенные и патогенные микроорганизмы установлено, что действие лактитола более избирательно [138, 161].

В частности, он не расщепляется кишечной палочкой (E.coli) и расщепляется значительно меньшим количеством штаммов стафилококка (S.aureus) и клостридий (Cl.perfringens) [144].

 

 

 

С избирательным влиянием на микрофлору кишечника связан и другой эффект лактитола — антиаммониемическое дейст­вие. В связи с этим лактитол применяется как лекарственный препарат для лечения печеночной энцефалопатии, формируемой через нарушение детоксикационной функции печени и прямым сбросом токсических агентов при развитии портальной гипертензии [146, 167].

 

 

Изучение влияния лактитола

Разработка биотехнологии

Биопродуктов

Кисломолочные продукты являются структурированными системами, частицы дисперсной фазы которых взаимодействуют друг с другом, образуя сетчатую структуру, и придают системе более или менее ярко выраженные свойства твердого тела.

Консистенция и структура кисломолочных продуктов в значительной степени зависят от состава и свойств молока, условий хранения молока, вида и активности исходных ассоциатов заквасочных культур, режимов пастеризации, гомогенизации, других технологических факторов.

Были проведены исследования структурно-механических свойств образцов свежевыработанных биопродуктов «Омский – 1» и «Омский – 2», содержащий в своем составе пребиотик лактитол.

Для кисломолочных продуктов вискозиметрические данные, аппроксимируемые уравнением Оствальда-де Вале, обрабатывают на графиках в консистентных переменных, с расчетом параметров напряжения сдвига и динамической вязкости.

Результаты проведенных исследований представлены на рис. 30, 35.

Рис. 30. Зависимость напряжения сдвига от скорости сдвига

 

На рис. 30 представлено изменение значений напряжения сдвига от скорости сдвига исследуемых биопродуктов. Анализ данных показал, что продукт «Омский – 2», обогащенный лактитолом, характеризуется более высокой степенью структурированности, что связано с физико-химическими свойствами лактитола, воздействие которого основано на осмотическом и снижающем рН механизме действия.

При математической обработки экспериментальных данных (рис. 31–34) получены уравнения регрессии, описывающие зависимость напряжения сдвига (y) от скорости сдвига (x):

– биопродукт «Омский-1»: верхняя петля гистерезиса

y = 29, 209Ln(x) + 9, 9751

R² = 0, 9299

нижняя петля гистерезиса

y = -0, 0057x² + 1, 4382x + 7, 8569

R² = 0, 9834

– биопродукта «Омский-2»: верхняя петля гистерезиса

y = 33, 61Ln(x) + 44, 917

R² = 0, 9697

нижняя петля гистерезиса

y = -0, 0151x² + 2, 5253x + 18, 396

R² = 0, 9818

В связи со связыванием и удерживанием воды в системе повышается ее гидрофильность в целом. За счет этого структура продукта будет сохраняться дольше при интенсивном механическом воздействии. В итоге можно говорить о повышении технологических свойств биопродукта «Омский-2», по сравнению с биопродуктом «Омский-1».

 

Рис. 35. Зависимость динамической вязкости от скорости сдвига

 

При математической обработки экспериментальных данных (рис. 36, 37) получены уравнения регрессии, описывающие зависимость динамической вязкости (y) от скорости сдвига (x):

– для биопродукта «Омский-1»: y = 0, 1901x + 3, 1292

R² = 0, 9983

– для биопродукта «Омский-2»: y = 0, 2664x + 1, 3667

R² = 0, 9997

В результате проведенных исследований были сделаны следующие выводы:

– исследуемых кисломолочных биопродуктов по своим структурно-механическим свойствам относятся к неньютоновским жидкостям и кривые их течения в исследуемом диапазоне скоростей сдвига подчиняются степенному закону;

– для биопродукта «Омский – 2», обогащенного лактитолом, характерна более высокая степень структурированности, по сравнению с биопродуктом «Омский-1», что в графическом варианте отражается более интенсивным падением вязкости обогащенного продукта в исследуемом диапазоне скоростей сдвига.

Рис. 36. Описание зависимость динамической вязкости от скорости сдвига для кисломолочного биопродукта «Омский-1»

 

Рис. 37. Описание зависимость динамической вязкости от скорости

сдвига для кисломолочного биопродукта «Омский-2»

 

 

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: