Анализ зарубежных исследований в области молочнокислых бактерий, синтезирующих экзополисахариды Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

576.852.22.001.8

АНАЛИЗ ЗАР УБЕЖНЫХИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ МОЛО ЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ, СИНТЕЗИР УЮЩИХ ЭКЗОПОЛИСАХАРИДЫ

В.И. ГАНИНА, Т.В. РОЖКОВА

Московский государственный университет прикладной биотехнологии

В последнее десятилетие 20 века в мире получили развитие исследования нового направления в пищевой биотехнологии - поиск и использование молочнокислых бактерий, синтезирующих экзополисахариды (ЭПС).

Анализ информации об этих исследованиях проведен нами по следующим направлениям: страны, в которых исследуют ЭПС, продуцируемые молочнокислыми бактериями; направления, в каких ведутся эти работы; полученные и опубликованные результаты исследований; используемые методы и оборудование.

Статистические данные о состоянии зарубежных исследований в области ЭПС приведены за 1992-2002 гг. Первые материалы по данной теме обнаружены в журнале Carbohydrate Research в 1992 г. В период 1992-96 гг. количество публикаций в данном направлении колебалось в пределах 0-2. С 1997 г. оно стало увеличиваться и возрастает практически каждый год, достигнув максимума в 2001 г. - 19 публикаций.

В 2003 г. уже за январь-март количество публикаций составило 9% от всего числа публикаций по этой теме, что свидетельствует о прогрессе данного направ -ления исследований. Большинство статей по проблеме изучения ЭПС опубликовано в таких зарубежных журналах как Journal of Dairy Science, International Dairy Journal, Applied and Environmental Microbiology - 18,9;

22,8 и 8,9% соответственно. В других научных изданиях оно колеблется от 1 до 4.

США являются мировым лидером по публикациям в области исследований ЭПС молочнокислых бактерий - 20,25%, приблизительно равное число публикаций сделано учеными Нидерландов, Бельгии и Швейцарии - около 10%. Публикации исследователей России составляют 3,8%.

Существенным представляется анализ объектов исследований с точки зрения их приоритета у ученых. Прежде всего, это штаммы молочнокислых бактерий и бифидобактерий, синтезирующие полисахариды, а также продукты, получаемые с их использованием. На рис. 1 представлена диаграмма изучения различных видов молочнокислых бактерий. Большинство публикаций акцентировано на штаммах Streptococcus thermophilus, доля изучения которых составляет 43%.

В США эти штаммы также являются наиболее исследуемыми - 48%, далее по убывающей располагаются штаммы Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, Lactococcus lactis subspecies cremoris, Lactococcus lactis и Lactobacillus helveticus.

В Бельгии большая часть работ также посвящена штаммам термофильного стрептококка - 30%. В одинаковой мере изучаются штаммы Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, Lactococcus lactis subspecies cremoris, Lactococcus lactis, Lactobacillus sakei и Lactobacillus plantarum - 14%.

В Нидерландах более всего уделено внимание штаммам Lactococcus lactis - 37%, также изучаются штаммы Streptococcus thermophilus - 25%,

Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus - 13% и Lactococcus lactis subspecies cremoris - 25%.

В Великобритании в наибольшей степени занимаются изучением штаммов Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus - 33% и в меньшей степени Lactococcus lactis subspecies cremoris и Lactococcus lactis - 17%. В Аргентине, как и в США, Бельгии, Швейцарии и Швеции наибольший интерес у ученых вызывают штаммы Streptococcus thermophilus. В Канаде большинство исследований посвящено штаммам Lactobacillus rhamnosus - 50%. В Испании и Мексике в основном изучаются Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, в Италии - Streptococcus thermophilus, в Португалии и Финляндии - Lactococcus lactis subspecies cremoris и Lactococcus lactis.

Актуальной задачей для исследований является поиск и сравнительный анализ методов, позволяющих обнаруживать ЭПС. Наибольшее количество работ в этом направлении проводится в США. Во многих публикациях сообщается, что обнаружение ЭПС осуществляется с применением сканирующего лазерного мик-роскопирования (СЛМ) - 25%, в ряде случаев проводят фенотипический анализ (ФА) - 6,25% и количественный анализ (КА) - 18,8%. На рис. 2 представлены используемые методы определения наличия экзополи-сахаридной капсулы в разных странах. Следует отметить, что в странах с переходной экономикой (Китай, Россия, Беларусь) только начинают использовать фенотипический и количественный анализ.

L. plantarum Бифидобактерии 1%

6% "\ I L.helveticus L. rhamnosus

Кефирные грибки \ \ 4% 2%

Lb. acidophilus

2%

Рис. 1

Рис. 2

В различных странах ученые занимаются следующими основными направлениями изучения ЭПС: генетические исследования бактериальных штаммов; метаболизм и кинетика продуцирования ЭПС; рациональные условия культивирования штаммов, в наибольшей степени способствующих образованию полисахаридов; определение реологических характеристик продуктов, полученных с использованием ЭПС-куль-тур.

В ряде стран осуществляют генетические исследования по выявлению генов, ответственных за проявление способности молочнокислых бактерий к продуцированию ЭПС (31,6% статей). Лидируют в этом отношении США, Швейцария - по 24% публикаций, и Нидерланды - 20%.

В США и Швейцарии изучается плазмидный профиль молочнокислых бактерий, способных к продуцированию ЭПС. Более того, имеются сведения о проведении различных манипуляций с ДНК, мутагенезе, экспрессии генов, выделении и секвенировании генного кластера экзополисахаридов. В Нидерландах проведен анализ последовательности ДНК, а также генетический анализ ферментов, отвечающих за синтез ЭПС молочнокислыми бактериями. Аналогичные исследования ведутся и в Португалии.

По количеству публикаций данных исследований метаболизма процесса продуцирования ЭПС молочнокислыми бактериями и кинетики синтеза ЭПС лидируют Бельгия - 22,73%, Нидерланды и Швеция - по 18,7%, США - 13,64%.

В Бельгии и Португалии проводят исследования активности ферментов, участвующих в синтезе ЭПС.

В литературе есть сведения о реологических показателях продуктов, выработанных с применением штаммов молочнокислых бактерий, продуцирующих ЭПС. В числе этих продуктов: национальные кисломолочные продукты - 13%, йогурт - 48%, сыр - 35% и сметана - 4%.

Следует отметить, что в США наиболее изучаемыми с реологической точки зрения являются сыры -

67%, далее следуют йогурт и сметана - по 11%. Производители начали выпускать продукты с применением стартовых молочнокислых культур, синтезирующих ЭПС, в результате чего США могут рассчитывать на завоевание новых рынков сбыта своей продукции. В Великобритании внимание акцентировано на йогурте. Ученые Таиланда приводят сведения о выделении ЭПС, продуцируемых молочнокислыми бактериями, которые используются при получении традиционного кисломолочного продукта Thai.

При изучении реологии сыра, выработанного с применением культур, выделяющих ЭПС, в США проведены исследования по определению массовой доли влаги, состава, характеристик (способность плавления, активная кислотность сыра, прочность и напряженность сгустка), выхода и микроструктуры сыра; приводятся данные об общем микробном числе. Микроструктуру сыра определяли во всех случаях с помощью сканирующей электронной микроскопии. По имеющейся информации этот же метод используют в Испании, Великобритании, Египте и Австралии.

В ряде стран, таких как США, Нидерланды, Шве -ция, Испания, Великобритания, Бельгия и др., исследовалось влияние условий культивирования на синтез ЭПС, в частности температуры, рН, питательной среды, источника азота и углерода, времени культивирования, а также влияние ЭПС на продолжительность хранения продукта, вязкость, органолептические показатели, синерезис, структуру продукта, фагорезистент-ность штаммов. В образцах одновременно определяли общее микробное число, титруемую и активную кислотности, b-галактозидазную активность.

Анализ полисахаридов в США, Великобритании и Финляндии осуществляли с помощью высокоразрешающей анионно-обменной хроматографии или газовой хроматографии; в Нидерландах и Португалии - используя высокоразрешающую жидкостную хроматографию. В Нидерландах, Польше, Беларуси, Швейцарии и США молекулярную массу определяли гель-проникающей хроматографией, газожидкостной хроматографией или масс-спектроскопией. В Бельгии состав ЭПС определяли, применяя гель-проникающую хроматографию. В Аргентине пользуются колоночной хроматографией для определения состава полисахаридов, а тонкослойной хроматографией - для определения лактозы.

Анализ зарубежной научной литературы свидетельствует, что в мировой практике при производстве молочных продуктов наметилась тенденция к использованию культур, продуцирующих ЭПС. Это направление особенно перспективно в связи с задачей обеспечения населения необходимым количеством биологически полноценных, натуральных, экологически чистых пищевых продуктов, отвечающих современным требованиям науки о питании.

Поступила 17.04.04 г.