CC BY
101
УДК 637.146.34:638.167 doi: 10.15407/biotech8.01.071
Б1ОМАСА Streptococcus thermophilus ТА Bifidobacterium longum У МОЛОЧНОМУ СЕРЕДОВИЩ1 З ОБН1ЖЖЯМ БДЖОЛИНИМ
^шоцершвський нацiональний аграрний унiверситет,
Бiла Церква, Украина 2Нащональний унiверситет бiоресурсiв i природокористування Укра'ши, Ки1в
E-mail: [email protected]
Отримано 10.12.2014
Здшснено анал1з даних щодо накопичення б1омаси Streptococcus thermophilus та Bifidobacterium longum у молочному середовищД з обшжжям бджолиним. У робот послуговувалися набором стандартних метод1в i методичних вказ1вок для визначення шлькост б1ф1добактер1й та молочнокислих мiкроорганiзмiв. Пiдрахунок колошеутворювальних одиниць — КУО/см3 проводили з використанням середовищ M17 i MRS. Тривал^ть фаз росту визначали графiчним методом.
Встановлено, що бджолине обшжжя за концентрацп 0,2-1,0% стимулюе накопичення бммаси стрептококiв на 9-15%, бiфiдобактерiй — на 2,3-12,7% i скорочуе тривал^ть лаг-фази для обох видiв мiкроорганiзмiв майже до 11 повного зникнення. Внесення обшжжя у середовище розмноження Str. thermophilus скорочуе лаг-фазу на 30-50%, а стащонарну — подовжуе на 20-30%. B. longum на внесення наповнювача реагуе незначним подовженням лаг-фази та ^тотним (б^ьш шж у 2 рази за 1% обшжжя) — стащонарноь Доза пилку в шлькосм 1,0% в!д маси живильного середовища забезпечуе одержання б^маси у шлькосм 6 ± 0,1 х 109 КУО/см3 (Str. thermophilus) та 2,8 ± 0,1х108 КУО/см3 (B. longum).
Str. thermophilus та B. longum. добре засвоюють есенцiальнi мiкронутрiенти пилку. Складов! бджолиного обшжжя можуть виступати стимуляторами росту для певних штамiв. Щ даш буде покладено в основу бмтехнологи одержання кисломолочного напою з продуктами бджшьництва.
Ключовi слова: б^маса, обшжжя бджолине, стрептококи, бiфiдобактерil.
Н. Н. Ломова О. О. Стжко2 С. А. Нарiжнийí
Здоров'я людини бГльш шж на 40% зу-мовлено якiстю ïï харчування [1]. Слщ ви-знати, що властивост ïжi, одержано! за до-помогою сучасних технологiй, часто не адек-ватнi природним процесам асимiляцГï харчо-вих речовин органiзмом людини. Окрiм того, рафiнованiсть i техногеннiсть ïжi може бути причиною порушення адаптацшних взаемо-дiй органiзму з навколишшм середовищем, зниження захисного потенцiалу та пГдви-щення ризику розвитку захворювань.
З появою теорп адекватного харчування, складовою яко! е класична теорiя збалансо-ваного харчування, розроблена академшом О. О. Покровським [2], почали придГляти належну увагу не лише первинним нутрь ентам (надходять ззовш), але й вторинним, як утворюються в органiзмi з первинних шд дiею бiотрансформацiï та бюсинтезу в результатi життедiяльностi нормально'1 мшрофлори шлунково-кишкового тракту.
Дефiцит нормофлори можна до певно! мГри компенсувати пробютиками.
Дослiдження ефективностi про6готикгв показали !х позитивний вплив на органiзм людини [3]. Досвщ свГдчить, що споживання молочнокислих бактерш, що входять до складу йогурту, стимулюе ерадикащю (знищення) Helicobacter pylori в оргашзмГ людини [4].
Вивчено механiзми дп в органiзмi пре-6ГотикГв та !хшх асоцiацiй з пробiотиками — синбютишв, мультипро6ГотикГв тощо. Вчеш працюють над створенням та дослщженням нових мультипробютичних заквасок, зокре-ма й таких, що мГстять апiпродукти (атбакт з витяжкою прополГсу) [5, 6].
Доведено, що ефектившсть син6ГотикГв може змшюватися залежно вГд про6Готичних штаму i компонента, а також вГд низки Гнших чинникГв, таких як склад живильного середовища, в якому проходить ферментащя, технолопчш параметри тощо [7, 8].
Доайдження мшробюлойчних проце-ciB у кисломолочних продуктах з медом краще висвiтлено в роботах закордонних науковщв. Семенова Н. А., доайджуючи вплив меду бджолиного на кисломолоч-ний процес, встановила, що вш не справляв стимулювального ефекту на цей процес [9]. Проте за цих умов спиртове та оцтовокисле бродшня тд час дозрiвання кефiру проходило активнiше. Доведено, що акащевий i каштановий мед стимулю-ють накопичення бiомаси Bifidobacterium lactis Bb-12 як у козиному, так i в коров'я-чому молоць Пiдвищення концентра-цп меду в кисломолочних напоях спри-яе зб^ьшенню кiлькостi бiфiдобактерiй Bifidobacterium Bifidum. Водночас щ види меду виявляють iнгiбувальнi властивост стосовно патогенного збудника Listeria monocytogenes [10].
Про те, що мед може бути бiфiдогенним фактором, свщчать дослщження впливу глюкози, фруктози i меду на Streptococcus thermophilus (St-133), Lactobacillus acidophilus (La-7), Lactobacillus delbrukei subsp bulgaricus (Lr-78) та Bifidobacterium bifidum (Bf-13), в яких встановлено, що найефектившшим стимулятором росту серед цих вуглеводiв е мед. Проте вш не впли-вае на життедiяльнiсть молочнокислих бак-терш [11].
Данi, отримаш Metry [12], та наш1 власш дослiдження не збiгаються з по-переднiми, оскiльки вони свiдчать про пребттичш (стимулювальнi) властиво-стi меду для Streptococcus thermophilus В-7026, Lactobacterium delbrueckii subspecies bulgaricum В-7036, Lactobacterium acidophilum В-7056 [13].
Наявшсть у живильному середовишД такого активного природного джерела бюло-пчно активних речовин (БАР), як бджоли-не обшжжя (пилок), iмовiрно, впливае на перебш ферментаци молока. Проте шфор-мацii про дослiдження цього напряму недо-статньо. Вiдсутнi також дат щодо впливу бджолиного обнiжжя на життездатшсть мь кроорганiзмiв у поширених кисломолочних напоях.
З метою встановлення закономiрнос-тей накопичення бiомаси мшрооргашзма-ми Streptococcus thermophilus В-7026 (Str. thermophilus В-7026), Bifidobacterium longum В-7033 (B. longum В-703) здшснювали аналiз даних стосовно розмноження цих мшроорга-нiзмiв у молочному середовищi з обшжжям бджолиним.
Матерiали i методи
Об'ектами дослщження були популяцп мiкроорганiзмiв, якi росли на живильних середовищах рiзного складу. Контролем слу-гувало нормалiзоване молоко з м. ч. жиру 3,2 ± 0,2%, протешу — 3,3 ± 0,1%, титрова-ною кислотнiстю 19,0 ± 0,5 °Т, пастеризова-не за температури 82,0 ± 2,0 °С, охолоджене до оптимальноi для кожноi культури температури культивування. Середовище 1 додат-ково мiстило 0,2 ± 0,01% обнiжжя подрiбне-ного [14], а 2 i 3 — 0,5 ± 0,01% i 1,0 ± 0,01% обнiжжя, вiдповiдно. Маса шокуляту моно-культури становила 3 ± 0,01% (B. longum В-7033) i 1 ± 0,01% (Str. thermophilus В-7026) вщ маси готового згустку.
Критерiями оцiнки ефективностi культивування монокультур за умов рiзноi концен-трацii обнiжжя були накопичення бюмаси та кiнетика процесу утворення згустку.
Порiвняльний аналiз динамiки контро-льованих показникiв у середовищах з обшжжям проводили, зютавляючи даш дослiдних зразкiв (середовища 1-3) iз результатами монокультурних кисломолочних згусткiв (контроль), що не мали у своему складi бджолиного обшжжя.
Застосовували набiр стандартних мето-дiв та методичних вказiвок для пiдрахунку бiфiдобактерiй (МВК 10.10.2.2.-119-2005 Визначення кiлькостi бiфiдобактерiй у кисломолочних продуктах), молочнокислих мь кроорганiзмiв (ГОСТ 10444.11-89 Продукты пищевые. Методы определения молочнокислих микроорганизмов). Тривалють фаз росту визначали графiчним методом [15].
Уй дослщження проводили iз триразо-вою повторювашстю. Статистичний аналiз експериментальних даних здшснювали за допомогою програми Excel, рiвень достовiр-ностi Р < 0,05.
Результати та обговорення
Порiвняльний аналiз кiлькостi клiтин Str. thermophilus В-7026, що утворилися тд час бюсинтезу цих мiкроорганiзмiв у молочному середовищД рiзного складу, показав, що бджолине обшжжя справляе вплив на характер процесу культивування залежно вщ дози внесеного компонента. Тривалють, послщов-шсть та iнтенсивнiсть накопичення бюмаси рiзна в кожному з чотирьох живильних се-редовищ (рис. 1).
За концентраци обшжжя до 0,5% по-айдовшсть фаз росту зберiгаеться, проте актившсть розмноження збiльшуеться на
10 I9'5
I 9
8,5
cf> 7,5
-*- С «р «08 НИК 1 -Середовище 2 -ü-Середовиш« 3 -Х-Середовище 4
■ -ri 1
// /
/
/С
\WN
1,5 2 3 4 Î « 7 Час 1Л'льтнв\°вання, год
Рис. 1. Динамiка накопичення бшмаси Str. thermophilus у молоцi з рiзною концентрацieю бджолиного обнiжжя: P < 0,05 для точок 0, 3, 7, 8, 9 год у середовишД 1; 0, 2, 6, 8 год у середовишД 2; 0, 3, 8, 10 год у середовишД 3
9-13,5%. У результата на середовишД 1 i 2 було вирощено 1,8 ± 0,1х109 i 4,5 ± 0,2x10s життездатних клiтин Str. thermophilus В-702, а на контрольному — 3,2 ± 0,1x108.
Тривалiсть лаг-фази АВ1 (адаптащя бак-терiï до умов шкубацп) у середовищах 1 i 2 скоротилася вдвiчi порiвняно з контролем (АВ) i становила 30 хв. У середовишД 3 фазу адаптацп майже не спостер^али. Лаг-фаза (плавне наростання бiомаси) для Str. thermophilus за концентраци пилку вщ 0,2 до 1,0% (В1С1, В1С2, В3С3) тривала протягом 1 год, що на 30% менше, шж у контрольному середовишД (ВС). Це зменшуе ризик розвитку небажано! мшрофлори на початкових етапах сквашування молока. Через скорочення по-переднiх фаз у дослiдних зразках подовжи-лася на 50% фаза лшшного росту, що зб^ь-шило накопичення бiомаси. Стацiонарна фаза (D3E3) для стрептокошв, вирощених на середовищД 3, тривала найдовше — 3 год. Це на 30% довше порiвняно iз середовищами 2 i 3 i на 20% — порiвняно з контролем. Фаза вщмирання розпочалася майже одночасно для клггин контрольного зразка та середо-вищ 1 i 2 — на 7 ± 0,12 год культивування. У середовищД 3 вона затрималася, можливо, за рахунок подовження попереднього перю-ду на 1 год.
Найвищу штенсивнють накопичення бiомаси Str. thermophilus спостер^али в се-редовищД з найбiльшою (1,0%) концентра-щею пилку. За 6 год±9 хв розмножилося до 6 ± 0,1x10s КУО/см3. Збагачення на 1% молочного середовища бджолиним обшжжям забезпечуе прирют бюмаси стрептокока на 15%. Для Str. thermophilus В-702, що розви-вався у середовищД 3, характерна вщсутнють лаг-фази. Це ютотно мiнiмiзуе вiрогiднiсть
розвитку сторонньо'' мшрофлори на початку сквашування, коли концентращя молочно'1 кислоти е низькою.
Такий вплив бджолиного обшжжя на активнють термоф^ьного стрептокока, на нашу думку, зумовлений високим вмютом вiтамiнiв, доступних для метаболiзму вугле-водiв та шших есенцiальних речовин [13].
На рис. 2 подано кривi росту бiфiдобакте-рiй у молоцi з обшжжям бджолиним (середовища 1-3) та без нього (контроль). Унаслщок додавання пилку динамша росту бiфiдобак-терш порiвняно з контролем змшювалася. За культивування бiфiдобактерiй з додаванням 0,2% пилку тривалють лаг-фази (АВ1) скоро-чуеться бiльш нiж на 50%, що знижуе ризик розвитку сторонньо'' мшрофлори на початко-вому еташ сквашування, коли штенсивнють кислотоутворення незначна. Для бiфiдо-бактерiй, шокульованих у середовище 2 i 3 (0,5 i 1% пилку) лаг-фаза майже не вира-жена. У контролi фаза поступового (експо-ненщального) зростання через 8 ± 0,25 год змшилася значним посиленням росту, що виявлялось у виглядi шдняття С на кривiй. У середовишД 1 такий результат спостер^а-ли через 6 ± 0,3 год, а у 2 i 3 — рашше на 1,75 ± 0,4 год. Тобто, завдяки внесенню у живильне середовище пилку процес розмно-ження бактерiй у молоцi штенсифшувався на 30%.
У дослiджуваних зразках фаза лшшного росту (стрiмке зб^ьшення кiлькостi бiфiдо-бактерiй), що позначена на рис. 2 леерами С i D, мала рiзну тривалють. За вщсутноста обнiжжя бджолиного i за його концентраци 0,2 та 0,5 ± 0,01% вона становила 12, 14
Рис. 2. Динамжа накопичення бшмаси B. longum у молощ з рiзною концентращею бджолиного обнiжжя: Р < 0,05 для точок 0, 2, 8, 10, 20, 24 год
у середовишi 1, для точок 0, 2, 6, 8, 10, 14, 24 год — 2; 0, 4, 10, 24 — 3
i 16 ± 0,12 год вщповщно. Отже, зГ збГльшен-ням бджолиного обнГжжя вГд 0,2 до 0,5% спостерГгаеться пропорцГйне подовження тривалостГ лГнГйного накопичення бГомаси. Подальше збГльшення пилку в молочному середовищГ до 1,0 ± 0,01%, порГвняно з рештою дослГдних зразкГв, призвело до ско-рочення ще'1 фази до рГвня, що вщзначаеть-ся в контролГ (12 год). Проте це не завадило накопиченню тут найбГльшо! шлькост КУО на 1 см3 згустку, до того ж тривалГсть стащо-нарно! фаза D3E3 (понад 14 год) свГдчить, що доза пилку 1,0 ± 0,01% подовжуе тривалГсть життя бГфщобактерш.
Найменшу тривалГсть стащонарно! фази спостерГгали у контрольному зразку. Доза пилку 0,2% не затримуе процес вГдмирання B. longum В-7033, на вГдмшу вГд 0,5% пилку. У середовищГ 1 Гз зазначеною концен-трацГею наповнювача життедГяльнГсть B. longum В-7033 подовжуеться бГльш нГж у 2 рази. Це дае змогу отримати кисломолочш синбютики з подовженим термшом придат-ностГ. З графГчного зображення темпГв росту B. longum В-7033 (рис. 2) видно, що стащо-нарна фаза D3E3 в середовищГ 3 тривала най-довше (13 ± 0,7 год). Можливо, це вщбувало-ся через зникнення лаг-фази.
Встановлено, що в разГ культивування B. longum В-7033 у середовищГ 3 за концентрацп пилку 1% клГтини бГфГдобактерГй
REFERENCES
1. Gubyna Y. V. The fibers «Cytry-Faj» in the products functional purposes. Molochnaya promyshlennost. 2014, V. 2, P. 74. (In Russian).
2. Gavrilova N. B. Biotechnology of combined dairy products. Omsk: Variant-Sibir. 2004. 224 p. (In Russian).
3. Ejtahed H. S. Mohtadi-Nia J., Homayouni-Rad A., Niafar M., Asghari-Jafarabadi M, Mofid V. Probiotic yogurt improves antioxidant status in type 2 diabetic patients. Nutrition. 2012, V. 28, P. 539-543.
4. Sheu B. S., Cheng H. C., Kao A. W., Wang S. T, Yang Y. J., Yang H. B., Wu J. J. Pretreatment with Lactobacillus and Bifidobacterium containing yogurt can improve the efficacy of quadruple therapy in eradicating residual Helicobacter pylori infection after failed triple therapy. Am. J. Clin. Nutr. 2006, 83 (4), 864-869.
5. Torgalo Je. O. Alanine aminotransferase activity in rets of different and in conditions of periodical injection of multiprobiotic «Symbiter acidophilic». Svit medytsyny ta biolohii. 2012, V. 2, P. 163-166. (In Ukrainian).
6. Pylypenko S. V., Korotkyy O. G., Karpovych T.P., Ostapchenko L. I. Cytomorphological state
розмножуються до кГлькостГ 2,8 ± 0,1x108 КУО/см3 за 24 год ± 9 хв. За такий самий час у контролГ та середовищах 1, 2 може нако-пичитись лише 3,2 ± 0,1х107, 4,7 ± 0,1х107 та 1,1 ± 0,1х108 КУО/см3, вГдповГдно. Тобто за цими результатами можна зробити висно-вок, що збагачення молочного середовища бджолиним обшжжям у дозГ 0,2-1% забез-печить прирГст бюмаси В. longum В-7033 вГд 2,3 до 12,7%.
Отже, можна стверджувати, що досль джуваш культури Str. thermophilus В-7026 та В. longum В-7033 добре засвоюють внесе-ш з пилком ессенщальш мшронутрГенти. За швидкГстю росту i накопиченням бюмаси вони перевершують та штами, що росли на молочному середовищГ без пилку. Це ознака того, що складовГ бджолиного обшжжя мо-жуть виступати стимулятором росту (бГфщо-генним фактором) для певних штамГв.
Бджолине обнГжжя у кГлькост 0,2-1,0 г/100г кисломолочного згустку стимулюе рГст i розвиток Str. thermophilus В-7026 та В. longum В-7033, скорочуе на 50% або усувае фазу адаптаци до середовища та шдготовку до розмноження. Щ даш можуть бути використаш для розроблення бютехно-логп одержання ферментованого молочного напою з натуральними продуктами бджГль-ництва.
of lymphoid organs of rats with long-term gastric hypoacidity and at introduction of multiprobiotic "Apibact". Problemy ekolohichnoi ta medytsynskoi henetyky i klinichnoi immunolohii. 2014, V. 3, P. 36-44. (In Ukrainian).
7. Sanders M. E., Tompkins T., Heimbach J. T., Kolida S. Weight of evidence needed to substantiatea health effect for probiotics and prebiotics. Eur. J. Nutr. 2005, V. 44, P. 303-310.
8. Heller K. J. Probiotic bacteria in fermented foods: product characteristics and starter organisms. Am. J. Clin. Nutr. 2001, V. 73, 374S-379S.
9. Semjonova N. A. The research of technological features production of fermented milk drinks with natural bee honey (Ph. D. dissertation). Kemerovo: 2008, 140 p. (In Russian).
10. Lucan M., Slacanac V., Hardi J., Mastanjevic K, Babic J., Krstanovic V., Jukic M. Inhibitory effect of honey-sweetened goat milk. Mljekarstvo. 2009, 59 (2), 96-106.
11. Chick H., Shin H. S., Ustunol Z. Growth and acid production by lactic acid bacteria and bifidobacteria grown in skim milk containing honey. J. Food Sci. 2001, V. 66, P. 478-481.
12. Metry W. A., Owayss A. A. Influence of incorporating honey and royal jelly on the quality of yoghurt during storage. Egypt. J. Food Sci. 2009, V. 37, P. 115-131.
13. Lomova N. M., Narizhnyy S., Snizhko O. Influence of incorporating honey, royal jelly and pollen on the biotechnological processes of dairy drink. Vostochno-evropejskiy zhurnal peredovykh tehnologiy. 2014, 2/12 (68), 6265. (In Ukrainian).
БИОМАССА Streptococcus thermophilus И Bifidobacterium longum В МОЛОЧНОЙ СРЕДЕ С ПЧЕЛИНОЙ ОБНОЖКОЙ
Н. Н. Ломова1 О. О. Снежко2 С. А. Нарижный1
1Белоцерковский национальный аграрный
университет, Белая Церковь, Украина 2Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины, Киев
E-mail: [email protected]
Осуществлен анализ данных по накоплению биомассы Streptococcus thermophilus и Bifidobacterium longum в молочной среде с пчелиной обножкой. В работе использовали набор стандартных методов и методических указаний для подсчета бифидобакте-рий и молочнокислых микроорганизмов. Подсчет колониеобразующих единиц — KOE/см3 проводили с использованием сред M17 и MRS. Продолжительность фаз роста определяли графическим методом.
Установлено, что пчелиная обножка в концентрации 0,2-1,0% стимулирует накопление биомассы стрептококков на 9-15%, бифидо-бактерий — на 2,3-12,7% и сокращает продолжительность лаг-фазы для обоих видов микроорганизмов почти до ее полного исчезновения. Внесение обножки в среду размножения Str. thermophilus сокращает лаг-фазу на 30-50%, а стационарную — удлиняет на 20-30%. B. longum на внесение наполнителя реагирует незначительным удлинением лаг-фазы и значительным (более чем в 2 раза при 1% обножки) — стационарной. Доза пыльцы в количестве 1,0% от массы питательной среды обеспечивает получение биомассы в количестве 6 ± 0,1х109 КОЕ/см3 (Str. thermophilus) и 2,8 ± 0,1х108 КОЕ/см3 (B. longum).
Str. thermophilus и B. longum хорошо усваивают эссенциальные микронутриенты пыльцы. Составляющие пчелиной обножки могут выступать стимуляторами роста для определенных штаммов. Эти данные будут положены в основу биотехнологии поучения кисломолочного напитка с продуктами пчеловодства.
Ключевые слова: биомасса, пчелиная обножка, стрептококки, бифидобактерии.
14. Lomova N., Narizhnyy S., Snezhko O. Yoghurt enrichment with natural bee farming products. Ukrainian Food J. 2014, 3 (3), 405-411.
15. Pirt S. J., Walach M. Biomass yields of Chlorella from iron (Yx/Fe) in iron-limited batch cultures. Arch. Microbiol. 1978, 116 (3), 293-296.
THE BIOMASS OF Streptococcus thermophilus AND Bifidobacterium longum IN DAIRY MEDIUM WITH BEE POLLEN
N. N. Lomova1 O. O. Snezhko2 S. A. Narizhnyy1
1Bila Tserkva National Agrarian University, Ukraine
2National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, Kyiv
E-mail: [email protected]
The present study was carried out to investigate the effect of different concentrations of bee pollen on the biomass accumulation of Streprococus thermophilus and B. longum in the dairy environment. To calculate the amount of bifidobacteria and lactobacilli the standard methods of analysis were used. The count of CFU of Str. thermophilus and B. longum was carried out by using M17 and MRS agar media. The duration of growth phases was determined graphically.
It was established that bee pollen taken in the concentration of 0.2-1.0% stimulated the accumulation of biomass of Str. thermophilus on 9-15%, and B. longum — on 2.3-12.7%. Bee pollen reduced the duration of the lag phase for both types of microorganisms almost to its complete disappearance (1.0%). Pollen (1%) prolonged stationary phase for streptococci and bifidobacteria to 30% and 20%, respectively. This dose also provided the biomass accumulation in the amount of 6 ± 0.1х109 CFU/cm3 (Str. thermophilus) and 2.8 ± 0.1х108 CFU/cm3 (B. longum).
Str. thermophilus and B. longum readily assimilated essential micronutrients of the pollen. Components of bee pollen can be considered as growth stimulants for the studied strains. The obtained data could be used as the basis of biotechnology of dairy drink with bee products.
Key words: biomass, bee pollen, streptococci, bifidobacteria.
