CC BY
140
УДК 579, 664 С. В. Китаевская
ИЗУЧЕНИЕ СПОСОБНОСТИ МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ ПРОДУЦИРОВАТЬ ЛИПОЛИТИЧЕСКИЕ ФЕРМЕНТЫ
Ключевые слова: молочнокислые бактерии, липолитическая активность.
В статье проанализирована роль молочнокислых бактерий в формировании вкуса и запаха ферментированных продуктов питания. Изучена липолитическая активность молочнокислых бактерий. Выявлены перспективные штаммы для применения их в качестве стартовых культур в пищевой промышленности
Keywords: lactic acid bacteria, lipase activity.
The role of lactic acid bacteria in the formation offermented foods flavor was analyzed. The lipase activity of the lactic acid bacteria was studied. Perspective strains for their use as starter cultures forfood industry were selected
Введение
В настоящее время молочнокислые бактерии являются, пожалуй, самой изучаемой группой микроорганизмов, что объясняется, в первую очередь, их пробиотическими свойствами и положительным влиянием на организм человека в плане поддержания гомеостаза и укрепления здоровья.
В научно-технической литературе широко представлены сведения о противовоспалительной, антимикробной и антивирусной активности молочнокислых бактерий в отношении урогенитальных, желудочно-кишечных, и
респираторных инфекций. Большое внимание исследователей привлекает иммуномодулирующая, гипохолестеринемическая, антиканцерогенная и антирадикальная способности данной группы микроорганизмов. Современная наука также предполагает использование молочнокислых бактерий в качестве живой вакцины [1-3].
Во-вторых, молочнокислые бактерии широко используются в качестве заквасочных культур в пищевой промышленности, главным образом, в хлебопекарном, молоко- и мясоперерабатывающих производствах.
Лактобактерии проявляют широкий спектр функционально-технологических свойств,
обеспечивающих формирование физико-химических, органолептических и микробиологических показателей качества готовой продукции. Наиболее важными свойствами молочнокислых бактерий с точки зрения технологии ферментированных продуктов питания являются активное кислотонакопление,
продуцирование ароматических веществ,
бактериоцинов, а также активность гидролитических ферментов [4-10].
Особое внимание специалисты уделяют способности лактобактерий продуцировать протеолитические и амилолитические ферменты [4,715]. Протеазы играют существенную роль в созревании ферментированных мясопродуктов, преимущественно сыровяленых и сырокопчёных изделий, и твердых сыров, а также формирование их органолептических показателей. Амилолитические ферменты молочнокислых бактерий оказывают существенное влияние на процессы, протекающие при
силосовании растительного сырья и брожении теста на основе ржаной муки.
Роль липолитических ферментов молочнокислых бактерий в процессах созревания ферментированных продуктов питания до конца не ясна. С одной стороны, липолиз является необходимым условием для формирования специфического вкуса и аромата мясопродуктов и твердых сыров, с другой, он не должен превышать определённый критический уровень, поскольку гидролитические процессы, протекающие с участием липолитических ферментов, могут привести к порче данных жиросодержащих продуктов, образованию таких пороков, как прогорклый вкус и запах, нечистый и салистый привкус [7,13-16].
В связи с вышеизложенным исследования, направленные на получение стартовых культур молочнокислых бактерий с высокими функционально-технологическими свойствами, являются актуальными.
Целью настоящей работы явилось изучение способности стартовых культур молочнокислых бактерий продуцировать липолитические ферменты.
Материалы и методы исследования
Объектами исследования служили культуры молочнокислых бактерий р. Ьас1оЬас1епыш: ЬЬш. ёе1Ьгыески, ЬЬш. /егшепЫш, ЬЬш. ааёоркПыш, ЬЬш. р1ап1агыш, ЬЬш. Ьауапсш', ЬшЬ. ЬгеУ1^\ ЬшЬ. рагаса^'ег, ЬшЬ. 8аке1, ЬшЬ. сигуаШ, выделенные из природных источников, микрофлора которых сформирована естественным путем [17], а также стартовые культуры, применяемые в технологии ферментированных продуктов питания (табл. 1).
Определение активности липолитических ферментов молочнокислых бактерий проводили по модифицированному методу Ота-Ямада. В сухую колбу емкостью 20-30 мл с притертой пробкой вносили пипеткой 0,9 мл нейтрального оливкового масла, прибавляли 0,7 мл фосфатного буфера (рН=7,0) и сильно встряхивали. Затем вносили 1 мл культуральной жидкости, встряхивали в течение 2-3 мин на качалке. Гидролиз проводили в течение 2 ч при 37°С, после чего добавляли 10 мл этанола для прекращения реакции. Продукты гидролиза
оттитровывали 0,05 М раствором №ОН в присутствии 1 % раствора тимолфталеина. Контрольные образцы готовили аналогично, исключив стадию гидролиза. Специфическую активность липазы выражали в микромолях олеиновой кислоты, освобождающейся за 1 час при гидролизе субстрата (оливкового масла) 1 мл культуральной жидкости.
Таблица 1 - Характеристика молочнокислых бактерий
Примечание: ГМФ - гомоферментативное;
ГТФ - гетероферментативное.
Культуральные жидкости лактобактерий получали по схеме, описанной нами ранее [18]. Продолжительность культивирования клеток молочнокислых бактерий составила 24 часа.
Результаты исследований и обсуждение
Липолизу жиров принадлежит важная роль в формировании аромата ферментированных мясных и молочных продуктов, в процессе которой образуются ди- и моноглицериды, летучие жирные кислоты (уксусная, масляная, капроновая, валериановая и др.) и продукты их распада (альдегиды, кетоны, метилкетоны, эфиры, спирты). Специалисты отмечают, что данный процесс осуществляется в основном молочнокислыми бактериями, продуцирующими
липолитические ферменты, участвующие в превращениях жиров [4,5,7,15,16,19].
Образующиеся летучие низкомолекулярные жирные кислоты могут окисляться до перекисей, которые под действием каталазной активности микроорганизмов превращаются в карбоксильные соединения, способствующие образованию вкуса и аромата продукта [7,16].
Скорость липолитических процессов может варьировать в широком диапазоне в зависимости от вида сырья, качественного и количественного состава микрофлоры, условий и продолжительности ферментации. Свободные жирные кислоты являются основными продуктами гидролиза липидов, именно по их содержанию принято оценивать степень липолиза жиров.
В процессе ферментации сырья молочнокислыми бактериями в мясопродуктах преимущественно накапливаются уксусная и муравьиная кислоты [7], в твердых сырах - уксусная и пропионовая [16].
Однако, исследователи считают, что степень липолиза, определяемая исключительно по общему содержанию свободных жирных кислот, завышена [16]. Установлено, что при созревании сыра в результате ферментативного гидролиза жира образуются только жирные кислоты с числом атомов углерода более четырех, тогда как свободные жирные кислоты с короткими цепочками (пропионовая, изомаляная, изовалериановая, фенилуксусная, бензойная) могут образоваться не только из липидов, но из углеводов и аминокислот [16].
С целью изучения влияния стартовых культур молочнокислых бактерий на гидролитические процессы превращения липидов нами была изучена способность молочнокислых бактерий
продуцировать липолитические ферменты.
Следует отметить, что для молочнокислой микрофлоры липиды не являются источниками энергии, наличие липолитической активности обусловлено исключительно ее биосинтетическими нуждами.
Результаты исследования липолитической активности исследуемых культур молочнокислых бактерий представлены на рисунке 1.
Значения липолитической активности варьировали среди различных видов исследуемых лактобактерий, что, очевидно, связано с индивидуальными особенностями исследуемых культур.
Выявлено, что штаммы Lbm. casei, Lbm. fermentum, Lbm. acidophilum, Lmb. bavaricus не обладают липолитической активностью.
Незначительное количество липолитических ферментов (4-5 ед. акт./мл) синтезируют молочнокислые бактерии Lbm. delbrueckii и Lmb.
Высокую липолитическую активность (1214,5 ед. акт./мл) проявляют штаммы Lmb. sakei и Lmb. brevis.
Таким образом, по уровню липолитической активности наиболее эффективны для производства ферментированных продуктов питания длительного хранения культуры молочнокислых бактерий: Lbm. casei, Lbm. delbrueckii, Lmb. curvatus.
Вид бактерий Форма и величина Оптимальная температура роста, ОС Тип 1чнокислого рожения
клеток колоний о
Lbm. casei палочки (1,5-2,0) мкм мелкие, беловатые куполообразные 30-32 ГМФ
Lbm. delbrueckii палочки (0,5-0,8x3,5) мкм мелкие, выпуклые, беловатые, блестящие 35-37 ГМФ
Lbm. fermentum палочки (0,5-0,9) мкм мелкие, округлые, белые 35-40 ГТФ
Lbm. acidophilum палочки (0,6-0,9 х 4,5) мкм мелкие, округлые, белые 37-45 ГМФ
Lmb. plantarum палочки (0,9-1,2 х 6) мкм мелкие, плоские беловатые, 30-32 ГМФ
Lmb. bavaricus палочки (0,8-1,0 х 5) мкм средние, круглые, сероватые 32-37 ГМФ
Lmb. brevis палочки (2-4 х 0,7-1) мкм мелкие, выпуклые, беловатые, блестящие 30-32 ГТФ
Lmb. paracasei палочки (1,5-2,0) мкм каплевидные, беловато-кремовые 30-32 ГМФ
Lmb. sakei палочки (0,7-3) мкм круглые, выпуклые, беловатые полупрозрачные 35-37 ГМФ
Lmb. curvatus палочки (1-1,2 х 4,5) мкм мелкие, округлые, белые 30-32 ГМФ
I Ыптпсиз [ | ЬЬш. асЫоркНит [1
1.тЬ. I и и Шш | Д
1тЬ. тЫ \ I
ЬтЬ. рагасаж *:':*;
1.,„Ь.Ьт« \ й-
1Ът,$*ттпыт \ &
и>м ¡ШЬтесШ \ 4
1Ьт. сааег 03
1тЬ. рЬпйагит \ |
О 2 4 б 8 10 12 14 1Й Ли политическая активность. ед.акт./мл
Рис. 1 - Липолитическая активность
молочнокислых бактерий
Литература
1. В.И. Ганина, Пробиотики. Назначение, свойства и основы биотехнологии, Москва (2001).
2. Б.А. Шендеров, Пробиотики и функциональное питание, Москва (2001).
3. М.А. Ускова, Изучение свойств пробиотических молочнокислых бактерий как биологически активных компонентов пищи, Москва (2010).
4. Н.Б. Гаврилова, Биотехнология комбинированных молочных продуктов, Омск (2004).
5. Т.Н. Рогожина и др., Молочная промышленность, 5, 30-31 (2012).
6. С.А. Рябцева и др., Молочная промышленность, 1, 2223 (2010).
7. И.С. Хамагаева и др., Использование пробиотических культур для производства колбасных изделий, Улан-Удэ (2006).
8. Т.В. Рожкова, Молочная промышленность, 3, 23-24(2006).
9. Н.В. Ананьева и др., Молочная промышленность, 11, 46-47 (2006).
10. И.А. Рогов и др., Биотехнология, 4, 45-51 (2003).
11. R.Cagno et all, Int. Dairy J. ,16,119-130 (2006).
12. Г.И. Новик и др., Прикладная биохимия и микробиология, Т.42, 2, 187-194 (2006).
13. W.H. Holzapfel et all, Food Research International, 35, 125-129 (2002).
14. H.S. Park, Kor. J. Food Nutrition, 27, 433-440 (1998).
15. N.P. Shah, J. Dairy Science, 83, 894-907(2000).
16. А.В. Гудков, Сыроделие: технологические, биологические и физико-химические аспекты, Москва (2003).
17. С.В. Китаевская, Вестник Казанского технологического университета, 17, 184-188 (2012).
18. С.В. Китаевская, Вестник Казанского технологического университета, 4, 283-286 (2015).
19. S. A. Meyers et all, Food Microbiology, 13, 383-389 (1996).
© С. В. Китаевская - к. т.н., доцент кафедры ТПП КНИТУ, [email protected].
© S. V. Kitaevskaya, Ph.D., assistant professor. Dep technology of food products of the Institute of Food Production and Biotechnology KNRTU, [email protected].
