CC BY
99
637.5.03:663.18
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОБИОТИЧЕСКОЙ МИКРОФЛОРЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕ БИОМОДИФИКАЦИИ СЫРЬЯ МЯСНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Л.В. АНТИПОВА, A.B. ГРЕБЕНЩИКОВ, H.H. КАЗАКОВ
Воронежский государственный университет инженерных технологий,
394036, г. Воронеж, пр-т Революции, 19; тел.: (473) 255-37-51, электронная почта: [email protected]
На основе различных характеристик микроорганизмов и по показателю максимального прироста водорастворимой фракции белков в модельных фаршах подобраны штаммы для использования в составе синбиотических консорциумов с целью биомодификации низкосортного и малоценного сырья мясной отрасли. Установлены рациональные соотношения микроорганизмов в составе консорциумов, обеспечивающие максимальную суммарную ферментативную активность штаммов.
Ключевые слова: пробиотические микроорганизмы, низкосортное и малоценное сырье, ферментация мясного сырья, гидролиз белков.
Способность микроорганизмов во время роста снижать pH среды имеет практическое значение, связанное с уменьшением обсемененности мясных продуктов вредной микрофлорой, изменением заряда белковых молекул и др. Этот показатель особенно важен при производстве, например, сырокопченых колбас, так как он способствует интенсификации производственного процесса за счет сокращения времени посола и сушки.
Установлено, что штаммы бифидобактерий во время роста снижали рН фаршей на 5-12%, молочнокислые бактерии - на 20-30%, Bacillus subtilis и Staphylococcus carnosus - на 7-10 и 3-5% соответственно. Это свойство перспективно при обработке малоценных продуктов и отходов мясного производства [1-4].
При выборе микроорганизмов для биомодификации низкосортного и малоценного сырья необходимым фактором является их стойкость к поваренной соли. Исследования устойчивости пробиотических микроорганизмов к различным концентрациям соли выявили наличие характерных и адекватных показателей со-
стояния стресса, сопровождающегося снижением роста и жизнеспособности клеток микроорганизмов.
В модельные фарши с микробным консорциумом вносили поваренную соль в концентрациях от 0 до 8% к массе фарша, перемешивали и оставляли при температуре (3 ± 1)°С. Подсчет количества выживших клеток микроорганизмов проводили по истечении 24 ч в условиях сухого посола в соответствии с ГОСТ 10444.11-89, ГОСТ Р 51331-99. Полученные данные свидетельствуют, что Staphilococcus carnosus и Bacillus subtilis обладают наибольшей толерантностью к поваренной соли в сравнении с молочнокислыми и бифидобактериями. Также установлено, что молочнокислые бактерии более толерантны, чем бифидобактерии, среди последних большая выживаемость клеток наблюдалась у Bifidobacterium longum.
Исследуемые микроорганизмы - известные продуценты протеолитических ферментов. О глубине процесса гидролиза белков низкосортного и малоценного сырья ферментами выбранных микроорганизмов судили по накоплению водорастворимого белка (рис. 1).
Рис. 1
Наибольший прирост водорастворимых белков в модельных фаршах из низкосортного сырья (рис. 1, а) в течение 13 ч ферментации наблюдается у ряда культур: Bacillus subtilis - на 23%, Streptococcus lactis - на 19%, Lactobacillus casei - на 20%, Staphylococcus carnosus -на 17%. Наименьшие показатели выявлены у микроорганизмов рода Bifidobacterium - на 9-15%.
Аналогичная картина наблюдалась и при исследовании обработки малоценного сырья мясоперерабатывающей промышленности (рис. 1, б): прирост водорастворимых белков с Bacillus subtilis - на 27%, Streptococcus lactis - на 23%, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus casei - на 21%, Staphylococcus carnosus -на 17%, у микроорганизмов рода Bifidobacterium - до 15%.
Исходя из приведенных характеристик исследуемых штаммов, для биомодификации низкосортного сырья, используемого в производстве сырокопченых колбас, были выбраны Bacillus subtilis, Staphylococcus carnosus, Lactobacillus casei, для улучшения качественных показателей малоценного сырья, используемого в кормопроизводстве, - Bacillus subtilis, Staphylococcus carnosus, Streptococcus lactis.
Указанные культуры были выбраны на основе следующих характеристик. Bacillus subtilis - вследствие активного роста на мясном и малоценном сырье, высокой толерантности к поваренной соли и высокому накоплению водорастворимого белка, широкого применения в качестве продуцентов нейтральных и щелочных протеиназ. Staphylococcus carnosus - как известный продуцент предшественников аромата, показавший достаточно высокую продуктивность культуры, слабо реагирующую на повышение концентрации поваренной соли при способности к разрушению белковых систем (накопление водорастворимого белка составило 17% от начального показателя). Lactobacillus casei - вследствие активного снижения рН среды, что важно в производстве сырокопченых колбас, достаточно активного роста культуры в фарше и накопления водорастворимого белка. Streptococcus lactis - вследствие достаточно высоких показателей роста, накопления водорастворимого белка и нерезкого снижения рН.
При одновременном культивировании исследуемых штаммов друг с другом негативного влияния на рост обнаружено не было (рис. 2). В области соприкосновения штаммов наблюдался однородный и равномерный сильный рост. Таким образом, выбранные микроорганизмы не проявляли антагонистических свойств и обладали взаимной совместимостью.
Установлено, что выраженными антагонистическими свойствами обладают молочнокислые бактерии и Bacillus subtilis. При этом, в случае преобладания в консорциуме хотя бы одной из культур в 3 и более раз, происходит интенсивное подавление других штаммов. Во всех соотношениях микроорганизмов в консорциуме подавление культурой Staphylococcus carnosus выявлено не было.
Рост штаммов: 1 - Bacillus subtilis, 2 - Streptococcus lactis, 3 - Staphylococcus carnosus
Рис. 2
Различные варианты консорциумов использовали в последующих экспериментах, целью которых был поиск оптимальных соотношений, предложенных при моделировании: рост на мясном сырье, изменение рН фаршей, динамика накопления водорастворимого белка. Наибольшую активность роста на низкосортном сырье показали консорциумы Lactobacillus casei : Bacillus subtilis : Staphylococcus carnosus с соотношениями 1 : 1 : 1 и 2 : 2 : 1. Изучение динамики процесса накопления молочной кислоты в мясном фарше в ходе обработки сырья показало, что в консорциумах с соотношениями 1: 1: 1,2:2: 1 и 2 : 2 : 3 отмечалось изменение рН, стремящееся к значениям 5,2-5,6 - наиболее оптимальным для набухания коллагена, гидролиза пептидных связей и активизации клеточных ферментов. Исследуемые соотношения были толерантны по отношению к поваренной соли, гибель культур не превышала 30%. При исследованиях динамики накопления водорастворимого белка в процессе биомодификации выявили, что максимальные показатели были при соотношении 1 : 1 : 1 и 2 : 2 : 1.
Анализируя полученные данные, а также учитывая экономическую выгоду, остановились на консорциуме микроорганизмов Lactobacillus casei : Bacillus subtilis : Staphylococcus carnosus с соотношением 1:1:1. Такое сочетание штаммов дает возможность максимально использовать суммарную ферментную активность консорциума при оптимальном соотношении в нем штаммов.
При электрофоретических исследованиях в качестве образцов использовали полученный биомодифици-рованный модельный фарш с разведением 1 : 10.
Определение молекулярно-массового распределения белковых фракций в составе биомодифицирован-ного сырья показало, что в процессе обработки мясного сырья микробным консорциумом происходит гидролиз белков с образованием продуктов более низкой молекулярной массы (рис. 3).
Исследование роста вариаций консорциума Streptococcus lactis : Bacillus subtilis : Staphylococcus carnosus на малоценном сырье установило, что наибольшую активность проявляли соотношения 1:2:1, 1 : 2 : 2, 2 : 3 : 1 и 2 : 3 : 2. Причем в период времени с 12 до 24 ч число микроорганизмов снижалось, свидетель-
330 кДа>
212 кДа>
116 кДа> 97,4 кДа>
66,2 кДа>
40,0 кДа>
Электрофореграммы: а - маркеры, б - гидролизат коллагена до биомодификации, в - гидролизат коллагена после биомодификации, г - говядина II сорта до биомодификации, д - говядина П сорта после биомодификации
330 кДа>
66,2 кДа> 40,0 кДа>
Электрофореграммы: а - маркеры, б - гидролизат коллагена до биомодификации, в - гидролизат коллагена после биомодификации, г - субпродукты П категории до биомодификации, д - субпродукты II категории после биомодификации
Рис. 3
Рис. 4
ствуя о том, что минимальное время для биомодификации составляет менее 1 сут.
Изучение динамики процесса накопления молочной кислоты в мясном фарше в ходе обработки сырья консорциумами показало, что в случае преобладания в консорциуме молочнокислых микроорганизмов (соотношения 2 : 1: 1,3 : 2 : 1 и 2 :1 : 2) возможно закисление модельного фарша. Это препятствует последующему использованию его на кормовые цели для домашних животных. В консорциумах с соотношениями 1 : 2 : 1, 1:2:2, 2:3:1и2:3:2 наблюдалось небольшое снижение рН.
Решающим параметром выбора соотношений микроорганизмов в консорциуме является наличие необходимых у них ферментных систем, способных воздействовать на соединительнотканные белки. Так, наибольшее накопление водорастворимых белков при модификации малоценного сырья наблюдалось у консорциумов в соотношениях 1 :2: 1и1 :2:2-на20и 13,5% соответственно.
Таким образом, наиболее предпочтительным для биомодификации малоценного сырья является консорциум Streptococcus lactis : Bacillus subtilis : Staphylococcus carnosus с соотношением 1 : 2 : 1.
Дальнейшие исследования были направлены на идентификацию изменений белкового состава биомо-дифицируемого сырья под действием консорциума микроорганизмов.
В результате электрофоретических исследований установлено (рис. 4), что полученный микробный консорциум способен гидролизовать белки коллагена (рис. 4, б, в), а процесс обработки консорциумом субпродуктов протекает в направлении образования белковых продуктов меньшей молекулярной массы (рис. 4, г, д).
Мясное сырье не является традиционной средой для развития микрофлоры, поэтому необходим поиск дополнительных ростовых веществ для микроорганизмов. С целью интенсификации и повышения глубины трансформации соединительнотканных белков низко-
сортного и вторичного сырья мясной отрасли следует к микробному консорциуму добавлять пищевые волокна углеводной природы - полисахариды.
Для сравнительной оценки способности стимулировать рост подобранных штаммов микроорганизмов использовали овсяную, пшеничную крупы, тигровый орех, люпин и морковь. Экспериментально доказано, что по содержанию важных в отношении пребиотиче-ских свойств поли- и олигосахаридов превалирующими являются овсяная и пшеничная крупы, а в составе тигрового ореха обнаружен инулин - наиболее изученное пребиотическое вещество, способное увеличивать число бифидо- и молочнокислых бактерий.
Результаты исследования роста микробного консорциума с добавлением пребиотических компонентов на питательной среде Бликфельдта показали, что внесение пищевых волокон стимулирует накопление микроорганизмов в субстрате: консорциумы с добавлением овсяной и пшеничной круп дают максимальный рост по сравнению со всеми образцами, превышающий контроль на 23 и 19% соответственно. Образец с добавлением чуфы в качестве пребиотического компонента показал увеличение роста на 15%. Минимальные результаты были получены в образцах с добавлением люпина и моркови: интенсивность роста микробного консорциума увеличилась на 12% по сравнению с контролем.
Таким образом, по показателю максимального прироста водорастворимой фракции белков в модельных фаршах обоснован выбор штаммов для использования в составе синбиотических консорциумов с целью биомодификации вторичного сырья мясной отрасли. Доказано, что наибольший прирост целевого показателя наблюдается в течение 13 ч ферментации и составляет для культур: Bacillus subtilis - 27%, Streptococcus lactis - 25%, Lactobacillus casei - 20%, и Staphylococcus carnosus - 17 и 20% для низкосортного и малоценного сырья соответственно.
Установлены рациональные соотношения микроорганизмов в составе консорциумов, обеспечивающие
максимальную суммарную ферментативную активность штаммов. Наибольший рост на низкосортном сырье показал консорциум Lactobacillus casei : Bacillus subtilis : Staphylococcus carnosus в соотношении 1:1:1, на малоценном сырье - Streptococcus lactis : Bacillus subtilis: Staphylococcus carnosus в соотношении 1:2:1.
ЛИТЕРАТУРА
1. Антипова Л.В., Гребенщиков А.В., Селезнева Н.В.
Создание микробного консорциума для биотрансформации малоценных отходов мясной отрасли // Материалы Междунар. на-уч.-практ. конф., посвященной памяти В.М. Горбатова: «Актуальные проблемы мясной промышленности: инновации, качество, управление». - М., 2010. - С. 78-82.
2. Селезнева Н.В., Антипова Л.В., Гребенщиков А.В.
Создание микробных консорциумов для обработки низкосортного сырья мясной промышленности // Материалы VIII Междунар. науч. конф. студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения». - М.: МГУПБ, 2010. - С. 189-190.
3. Антипова Л.В., Гребенщиков А.В., Селезнева Н.В. Применение консорциума микроорганизмов для модификации малоценного сырья при производстве кормов для собак // В мире науч. открытий. - 2010. - № 4 (10), ч. 4. - С. 94-95.
4. Гребенщиков А.В., Селезнева Н.В., Панков В.Н. Перспектива использования пробиотической микрофлоры в кормах для собак // Сб. науч. статей молодых ученых и студентов «Проблемы ноосферной безопасности и устойчивого развития». - Тамбов, 2010. - С. 74-76.
Поступила 30.12.11 г.
USE OF PROBIOTIC MICROFLORA FOR RECEIVING PRODUCTS ON BIOMODIFICATION BASIS OF THE MEAT INDUSTRY RAW MATERIALS
L.V. ANTIPOVA, A.V. GREBENSCHIKOV, N.N. KAZAKOV
Voronezh State University of Engineering Technologies,
19, Revolution av., Voronezh, 394036;ph.: (473) 255-37-51, e-mail: [email protected]
On the basis of various characteristics of microorganisms and for an indicator of the maximum gain of water-soluble fraction of proteins in modeling forcemeats are picked up strains for use in structure synbiotic consortia for the purpose of biomodification of low-grade and invaluable raw materials of meat branch. Rational parities of microorganisms as a part of the consortia, providing maximum total enzymatic activity strains are established.
Key words: probiotic microorganisms, low-grade and invaluable raw materials, fermentation of meat raw materials, hydrolysis of proteins.
636.033:577.15
ВЛИЯНИЕ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ В КОРМАХ НА ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СВИНИНЫ
А.В. ГИРО
Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова,
410012, г. Саратов, Театральная пл., 1; тел.: (8452) 65-60-29, электронная почта: [email protected]
На основе исследований химического, жирнокислотного составов и микроструктурного анализа мяса свиней крупной белой породы установлена возможность использования в их рационе ферментных препаратов Ровабио и МЭК-СХ-3 с целью повышения пищевой ценности мяса.
Ключевые слова: рационы откорма свиней, химический состав свинины, мультиэнзимы МЭК-СХ-3, фермент Ровабио ХЬ г.
Увеличение производства свинины и улучшение качества вырабатываемых из нее продуктов должно базироваться на повышении биологической полноценности свиного мяса. Для этого необходим правильный подбор генотипов, отвечающих современным требованиям перерабатывающей промышленности и потребителя. Большое значение при этом имеет технология содержания и откорма скота. Преимущества промышленной технологии производства свинины основаны на научной организации труда, максимальной автоматизации производственных процессов, обеспечении цикличности зоотехнических операций с целью увеличения производства мяса, повышения его качества, сокращения продолжительности выращивания и откорма свиней.
В СГАУ им. Н.И. Вавилова проведены исследования по выявлению высокопродуктивных свиней с целью разработки научно обоснованных рекомендаций для животноводства и перерабатывающей промышленности для повышения экономической эффективности производства высококачественной свинины. Были отобраны свиньи породы крупная белая. Животных разделили на 3 группы. Все содержались в хозяйстве в аналогичных условиях, на одинаковых рационах кормления, состоявших из пшеницы, ячменя, отрубей, гороха, шрота подсолнечниковых и ржи. Животные 1-й группы получали рацион без добавок - эта группа была контрольной. Животным 2-й и 3-й групп в рацион добавляли ферментный препарат Ровабио и мультиэн-
