CC BY
2FTAMP: 34.27.17
Г.Т. ДЖАКИБАЕВА1*, А.И. БАЙДАЛИНОВ1, ОН. ШЕМШУРА1, Э.О. ИЗМАЙЛОВА2, Г.Б. БАЙМАХАНОВА1
1Микробиология жэне вирусология Fыльши-eндiрiстiк орталыгы, Алматы, ^азакстан 2Химия жэне фитотехнология институты, Бишкек, ^bipFbi3craH *e-mail: [email protected]
КОНСОРЦИУМГА К1РЕТ1Н КОЛЛЕКЦИЯЛЬЩ CYT ЦЫШЦЫЛЫ БАКТЕРИЯЛАРЫНЫЦ ЖЭНЕ ЛАКТОЗАНЫ АШЫТАТЫН АШЫТЦЫЛАР МЕН CYT ЦЫШЦЫЛЫ БАКТЕРИЯЛАРЫНЫЦ БЕЛСЕНД1Л1Г1
doi:10.53729/MV-AS.2022.04.09
ТYЙiн
Макалада консорциумFа юретш CYт кышкылы бактериялары мен лактозаны ашытатын ашыткылардыц, микробиология жэне вирусология F0О-ньщ микроорганизмдер коллекциясында сактаудаFы, сондай-ак минералды майда сакталFан CYт кышкылы бактерияларыныц т1ршшкке кабылеттшп мен кышкыл тYзетiн белсендшп туралы эксперимент™ мэл1меттер келт1ршген. AлынFан мэлiметтер CYт кышкылы бактерияларыныц коллекциялык штамдарымен салыстырFанда консорциумFа кiретiн CYт кышкылы бактериялары мен лактозаны ашытатын ашыткылардыц кышкыл тYзу кабшетшщ жаксы екенiн керсетедг
Кiлттi сездер: кышкыл тYзетiн белсендшк, CYт кышкылы бактериялары, лактозаны ашытатын ашыткы, тiшiлiкке кабылеттiлiк, популяцияныц езгерпштт.
СYт кышкылы тамак енеркэабшде; сусындар, мармелад, консервшеу YPДiстерiнде кещнен колданылады [1]. Ол, сондай-ак азык даярлау енд1р1сшде жэне ауыр енеркэсште колданылады. СYт кышкылы жаксы полимерленедг ОFан деген сураныс; одан биологиялык ыдырайтын полимерлер, оттепмен каныккан заттар, еамдштердщ есуш реттепштер жэне арнайы максатщ^ы химиялык ешмдер алу Yшiн шиюзат ретшде пайдалану мYмкiндiгiне байланысты ест [2]. СYт кышкылыныц микробиологиялык сиш^ химиялыкка караFанда элдекайда тиiмдi [3-6]. Пробиотиктердщ к¥рамын кiретiн CYт кышкылын eндiрушiлер -гомоферментативтi CYт кышкылы бактериялары адамдар мен жас тeлдердi емдеу Yшiн колданылады [7,8].
СYт кышкылын eндiрудi оцтайландыру ж^мыстарыныц мацызды баFыты - CYт кышкылын ашытатын eндiрушiлердiц биологиялык касиеттерiн зерттеу, белсендi гомоферментативтi CYт кышкылы бактерияларын тацдау, биосинтез YPДiсiн баскарудыц параметрлерiн оцтайландыру. Зерттеу мен колдану да мацызды микроорганизмдердщ тацдап алынFан дакылдарыныц есуше жэне кышкыл тYзiлу YPДiсiнiц тшмдшгше оцтайлы жаFдайларды пайдалану [9]. Азот пен кeмiртегi кeздерi, рН, температура, культура титрi -CYт кышкылын eндiрушiге жэне оныц eнiмдiлiгiне эсер ететш eсiру эдiсi сиякты факторлар аркылы аныкталады [10].
Л.А. Банникова ез ж^мысында атап еткендей, CYт кышкылы бактерияларыныц жекелеген штамдарыныц касиеттер^ сондай - ак олардыц комбинациясы бiркатар кeрсеткiштер бойынша баFаланады, олар ец алдымен мыналарды камтиды: кышкыл тYзушi белсендiлiк - CYт кышкылыныц белгш бiр изомерiн калыптастыру Yшiн лактозаныц бeлiну жылдамдыFы мен терецдЫ [11, 12]. С. Штеффен жэне баскалар CYт кышкылы бактерияларыныц эртYрлi штамдары тYзетiн CYт кышкылыныц конфигурациясына эртYрлi факторлардыц эсерiн зерттедi. Белгш болFандай, уакыттыц eзгеруi, инкубация температурасы, рН жэне коректiк орта к^рамы, CYт кышкылыныц конфигурациясына айтарлыктай эсер еткен жок. Зерттелген лактококк штамдарыныц кепшшп Р-лактат, L. bulgaricus жэне L. lactis штамдары - тек R-лактат, ал L. helveticus жэне L. acidophilus - екеуi де бiрдей мелшерде изомерлер шы^арады [13]. ТYзiлген CYт кышкылыныц формасы
117
лактобактериялардьщ белгш 6ip TypiHe тэн [14]. Сут кышкылы бактерияларыныц кышкыл тузетш белсендiлiгi олардыц cyTTeri есу каркыны мен ферментативтi белсендiлiгiне байланысты. Сугте есу каркыны темен жэне тшсшше элciз кышкыл тYзeтiн кабiлeтi бар лактобактериялардыц жекелеген тYрлeрiнe косымша есу факторлары кажет (ашыткы автолизаты, жYгeрi сыгындысы жэне т.б.) [15, 16]. ^ышкыл тYзiлу бeлceндiлiгi курамында лактоза бар пробиотиктердщ ерекше белсендшпнщ нормаланатын керceткiшi жэне тиiciншe жаца бактериялык препараттарды эзiрлeу кeзiндe лактобактерия штаммдарын iрiктeу критeрийi болып табылады [17].
Материалдар мен эдктер
Жумыста Алматы облысы ^аскелец ауданында- CYттeн белш алынган CYт кышкылы микроорганизмдeрi (Lactococcus lactis K-1, Lactobacterium bulgaricus K-3, Streptococcus thermophilus K-2, Streptococcus lactis 6, Lactococcus lactis 8) жэне лактозаны ашытатын ашыткылар (Saccharomyces lactis 19 жэне Saccharomyces lactis 14c) пайдаланылды.
СYт кышкылы микроорганизмдерш еару Yшiн MRS ортасы пайдаланылды [18]. Ортадагы кемiртeгi кезi - глюкоза, азот ^3i - ашыткы сыгындысы болды. Тiршiлiккe кабiлeттi жасушалардыц саны (КОЕ/мл немесе титр) сынаманы 10 рет суйылту жэне MRS жэне Сабуро агар косылган ортасына себу эдiciмeн аныкталды [19, 20].
Цышцыл mY3rny энергиясын аныцтау. 10 мл cтeрильдi майы алынган CYттeн туратын тYтiккe зeрттeлeтiн штаммныц 1 шмеп eнгiзiлiп, оцтайлы температурада (30-37°С) 16 сагат iшiндe термостатта еciрiп (кышкыл тYзiлу энергиясын аныктаган кезде), содан кешн титрлeнeтiн кышкылдык аныкталды [21].
Титрленетт цышцылдыцты аныцтау. 10 мл сынамага 20 мл дистилденген Н2О жэне 2 тамшы 1% фенолфталеин косылды. Содан кeйiн сынамалар 0,1 №ОН сэл кызгылт бояу пайда болганга дeйiн титрлeндi. Титрлеуге жiбeрiлгeн жэне 10-га кебeйтiлгeн NаОН келeмi (мл) Тернер градусымен (°Т) керсетшген титрлeнeтiн кышкылдыктыц керceткiшi болды [22].
Нэтижелер жэне талкылау
Эр тYрлi сактау мeрзiмiнeн кeйiн CYт кышкылы бактерияларыныц жэне лактозаны ыдырататын ашыткылардыц тiршiлiккe кабылeттiлiгi 107-109 eрiтiндiciнeн 3 дана Петри табакшаларындагы (орташа есеппен) MRS жэне Сабуро агар косылган ортасында еciрiп eceптeлiндi, инкубациядан кешнп колонияларды санау кeзiндe 30±1°C жэне 37±1°C 48 сагат iшiндe еаршген, микроорганизмдeрдiц тiршiлiк ету пайызы, минералды май кабаты астында сактаганнан кешн колония кураушы бiрлiктeр (К^Б) саныныц орташа мэнi логарифмге катысты табылды. Деректер Стьюдeнттiц 1 критeрийi бойынша ецдeлдi (кателер кeлтiрiлмeгeн, ейткeнi тужырымдар айкын айырмашылыктарга нeгiздeлгeн).
Сурет 1- Минералды май набаты астында сакталганнан кейiн консорциумга KipeTiH cyt кышкылы микроорганизмдерiн жэне лактозага ашыткыларды белек ecipy кезiндегi жасушалар саныньщ езгерушщ салыстырмалы диаграммасы
Минералды май кабаты астында сактауга салынган АХЖ жэне лактозаны ашытатын ашыткылардыц т1ршшкке кабылеттшп 9 айдан кешн 10-23% - ке дешн темендегеш аныкталды. (1-сурет). Сонымен, Lactococcus lactis 8 жэне Lactobacterium bulgaricus K-3 ею штаммыныц тсршшк ету децгеш, минералды май кабатыныц астында сактау мерз1мшщ соцында 42-53,5% дешн темендедь Streptococcus lactis 6 штаммы ец теракты болып шыкты, оныц максималды т1ршшк ету децгеш 9 ай сактаганнан кешн 81,9% курады.
Лактобактериялармен органикалык кышкылдардыц (cyt кышкылын) тYзiлyi шартты-патогенд1 микроорганизмдерге катысты антагонистiк белсендшк тепктершщ бiрi болып саналады. Осыган байланысты кышкыл тYзiлy динамикасын зерттеу лактобактериялардыц биологиялык касиеттерiн сипаттауда мацызды кезец ретiнде карастырылады. Бiз стерильденген майы алынган CYтте лактобактерияларды еару кезiнде титрленетiн кышкылдыктыц езгеру динамикасын аныктадык.
Кесте 1 - ¥ю узактыгына байланысты минералды май кабаты астында сактаганнан кешн консорциумга юретш cyt кышкылы бактерияларыныц жэне лактоза ашытатын ашыткылардыц
Cyt кышкылы бактерияларыныц жэне лактозаны ашытатын ашыткылардыц штаммдары ¥йыту узактыгы 3% уйыткыны енпзу кезшде, сагат Титрленетш кышкылдык, °Т
Бастапкы 3 ай 6 ай 9 ай
1 2 3 4 5 6
Streptococcus lactis 6 16 75 70 65 55
Lactococcus lactis 8 16 97 85 60 52
Lactococcus lactis K-1 16 80 70 60 55
Streptococcus thermophilus K-2 16 100 85 75 63
Lactobacterium bulgaricus K-3 16 95 80 75 65
Saccharomyces lactis 14c 16 200 195 180 170
Saccharomyces lactis 19 16 210 200 190 180
Ец белсендi кышкыл eнiмдерi лактозаны ашытатын ашыткылардыц штаммдары екендiгi аныкталды. Saccharomyces lactis 14c -200°Т жэне Saccharomyces lactis 19- 210°Т, орташа кышкыл тYзyшiлер cyt кышкылы бактерияларыныц штамдары болды; Lactococcus lactis 8 - 97°Т, Streptococcus thermophilus K-2 - 100°Т, Lactobacterium bulgaricus K-3 - 95 °Т, элаз кышкыл тYЗгiш Streptococcus lactis 6 - 75°Т, Lactococcus lactis K-1 -80°Т минералды май кабатыныц астында сактау процесшде cyt кышкылы бактериялары жэне лактоза
119
ambrraTbiH ambiTKM.napgbiH KwmKbM Ty3ymi Ge^ceHgimrimR e3repyiHe KaTbiCTbi (1-KecTe) 9 an imiHge 6y.n KepceTKim 5-18% - geH acnaHTbiHgan Me.nmepge TeMeHgereHi aHbiKTa^gw. EpeKmernK Lactococcus lactis 8 miaMMHHga 6o.ngbi, ohmr 6e.nceHgi.niri 45%-Ke TeMeHgegi.
Er Ge^ceHgi KwmKbmgaHgbipFbimTap; Lactobacillus casei 139 - 60°T, Lactobacillus plantarum 53h - 55°T ^3He Lactobacillus salivarius 8g - 50°T, Lactobacillus curvatus 18g- 45°T ^3He Lactobacillus acidophilus 27w - 42°T, 3^ci3 KwimK;bM Ty3ymi^ep - Lactobacillus curvatus 18g-45°T ^3He Lactobacillus acidophilus 27w-42°T, 3^ci3 KwmKbM Ty3rimTep Lactobacillus plantarum 2 - 22°T ^3He Lactobacillus cellobiosus 20-20°T Go^gw (2-KecTe).
Кесте 2-Коллекциялы; cyt ^ыш^ылы бактерияларыныц кыш;ыл тYзушi белсендiлiгi
cyt KwmKwngw GaKTepnanapgwR ¥йыту узактыгы 3% уйыткыны Кышкылдыц бсу температурасы,
Konne^HanbiK mTaMMgapw енпзу кезшде, сагат тузшу1, бастап °C
1 2 3 4
Lactobacillus plantarum 2 16 22 35
Lactobacillus plantarum 22 16 35 35
Lactobacillus plantarum 53H 16 55 35
Lactobacillus acidophilus 27W 16 42 35
Lactobacillus curvatus 18g 16 45 35
Lactobacillus casei 139 16 60 35
Lactobacillus casei 173a 16 30 35
Lactobacillus salivarius 8g 16 50 35
Lactobacillus fermentum 27 16 35 35
Lactobacillus cellobiosus 20 16 20 35
№1 консорциумныц (Lactococcus lactis K-1, Streptococcus thermophilus K-2, Lactobacterium bulgaricus K-3 жэне лактоза ашыткысы Saccharomyces lactis 19) жэне консорциум №6, Streptococcus (Streptococcus №2) популяциясыныц езгерпштЫне зерттеу жYргiзiлдi. Lactococcus lactis 8, Saccharomyces lactis 14c), cyt кышкылы бактерияларыныц штаммдары гетерогендiлiгiн керсетл. Тыгыз корекпк ортаныц бетiнде cyt кышкылы бактерияларыныц диаметрi 2-4 мкм шамасында, децес, децгелек, шетi тегю, ак TYCTi колониялар тYзiлетiнi 2-суретте керсетiлген.
B) r)
CypeT 2 - cyt KMmKbrngbi 6aKTepHa.rapbmbiR nonyr^HanbiK 63reprimTiri EcKepTy: a) Lactococcus lactis K-1, a) Streptococcus thermophilus K-2, 6) Lactobacterium bulgaricus K-3, b) Streptococcus lactis 6, r) Lactococcus lactis 8
Сурет 3 - лактоферментациялаушы ашыткылардыц морфологиясы кврсетiлген. Тыгыз корекпк ортаныц бетшде лактозаны ашытатын ашыткылар диаметрi 6-8 мкм шамасында двцес,
двцгелек, шеи тепс, ак тYCтi колониялар тYзeдi
СYт кышкылыныц ец перспективалы штамм-продуцентш тацдау YffliH CYт кышкылы бактерияларыньщ 5 культурасыныц жэне лактозаны ашытатын ашыткылардыц 2 культурасыныц кышкыл тYзу кабшеп зepттeлдi. СYт кышкылы бактериялар колониясыныц жэне лактозаны ашытатын ашыткылардыц 5 нускасы тацдалды.
Сурет 4 - Консорциумга кipeтiн CYткышкылы бактериялар мен лактозаны ашытатын ашыткылардыц тацдап алынган нускаларында кышкылдыктыц взгеру динамикасын аныктау
СYт кышкылы бактериялардыц Lactococcus lactis 8 жэне Streptococcus thermophilus K-2 штаммдарыныц тацдап алынган 5 нускасыныц iшiндe ец бeлсeндi болып №2 жэне №4 нускалары табылады. Streptococcus lactis 6, Lactococcus lactis K-1 штамдарында орташа кышкыл тYзeтiн №4 жэне №5 нускалары жэне Lactobacterium bulgaricus K-3 штаммындагы №1 жэне №3 нускалары аныкталды. Бeлсeндi кышкыл тYзу кабiлeтi лактозаны ашытатын Saccharomyces lactis 14c жэне Saccharomyces lactis 19 ашыткыларында №2 жэне № 4 нускаларында квpiндi (сурет- 4).
Ескерту: а) Lactococcus lactis 8 №2 нускасы; э) № 4 нуска Lactococcus lactis 8; б) №2 нуска Saccharomyces lactis 14 c; в) Saccharomyces lactis 19-ньщ №4 нускасы
Сурет 5 - Консорциумга юретш cyt кышкылы бактериялар мен лактозаны ашытатын ашыткы штаммдарыныц тацдап алынган нускаларындагы титрленетiн кышкылдык кeрсеткiштерi
Консорциумга юретш cyt кышкылы бактерияларыньщ штаммдарыныц нускаларында титрленетш кышкылдыгы 70-85°Т аралыгында болады, бул - орташа белсендшк болып саналады, ал оныц параметрлер1 90 0Т бастап 110оТ- дешн жогары болды. Айта кету керек, Saccharomyces lactis 19 штаммы 200-240°Т титрленетш кышкылдыкты курайтын тацдап алынган №4 нускада, салыстырмалы тYPде жогары кышкыл тYзу белсендшпн керсетп. Титрленетш кышкылдыгы 20-60°Т аралыгында болатын коллекциялык cyt кышкылы бактериялары белсенд1 емес болып саналады.
Нэтижелерд1 корытындылай келе, тацдап алынган бес культура нускаларыныц шшде Lactococcus lactis 8 жэне Streptococcus thermophilus K-2 cyt кышкылыныц перспективалы енд1руш1лер1 болып табылады деген корытынды жасауга болады. Олар баска зерттелген штаммдармен салыстырганда жогары кышкыл тYзу белсендшпн керсетп. Консорциумга юретш CYткышкылы бактериялары мен лактозаны ашытатын ашыткылар штаммдарыныц нускаларын 1р1ктеу - ую узактыгы жэне кышкыл тYзу белсендшп сиякты параметрлер бойынша жYргiзiлдi жэне болашакта оларды пробиотиктер ретшде пайдалануга болады.
Эксперимент™ жумыстар нэтижесiнде алынган мэлiметтер cyt кышкылы бактерияларыныц коллекциялык штамдарымен салыстырганда консорциумга юретш cyt кышкылы бактериялары мен лактозаны ашытатын ашыткылардыц жаксы кышкыл тYзетiн кабiлетiн кeрсетедi.
Эдебиеттер:
1 Гриднева Е.Е., Калиакпарова Г.Ш., Падалко И.У. Проблемы и перспективы развития рынка хлеба и хлебобулочных изделий в Республике Казахстан //Проблемы агрорынка, 2018, №1,112-119.
2 Datta R. et al. Technological and economic potential of poly (lactis acid) fnd lactis acid derivative//FEMS Microbiology Reviws. 1995. Vol.16.221-231.
3 Тренина М.А., Лысенко А.М., Ахвередян В.З., Мчедлишвили Е.Б. Изучение видовой вариабельности бактерий Lactococcus lactis по признаку адаптации к высокой кислотности среды.//Микробиология. 2006.Т.75.№1.118-126.
4 Duwat P., Cesselin B., Souris S., Gruss A. Lactococcus lactis, a bacterial model for stress responses and survival//./FoodMicrobiol.2000. Vol.55.83-86.
5 Sjoberg A., Persson I.,Quednau M.,Hahn-Hagerdal B. The influence of limited and non-limited growth conditions on glucose and maltose metabolism in Lactococcus lactis ssp.lactis strains//Appl.Microbiol.fnd Biotechnol. 1995.Vol.42.№6.931-938.
6 Sheh Punia Bangar, Shweta Suri, Monica Trif, Fatih Ozogul. Organic acid production from lactic acid bacteria: A preservation approach. Food bioscience, Volume 46, 2022.101615/doi.org/10.1016/j.fbio.2022.101615.
7 Ганина В.И. Стабильные закваски - качественные и безопасные молочные продукты//Молочная промышленность. 1999. №8. 25-27.
8 Katarzyna Garbacz. Anticancer activity of lactic acid bacteria. Seminar in Cancer biology available online 4.2022./doi.org/10.1016//.semcancer.2021.12.013.
9 Куксова Е.В. Разработка технологии комплексных пищевых добавок с использованием кислотообразующих бактерий: Автореф.... дис. канд. техн. наук. М.2008.27.
10 Warminska-Radyko I., Olszewska M.,Miks-Krajnik M. Effect of temperature and sodium chloride on growth and metabolism of Lactococcus strainsin long-term incubation of milk //Milchwissenschaft-Milk Science International.2010.Vol.65.32-35.
11 Банникова Л. А. Микробиологические основы молочного производства. Москва, 1975.
12 Банникова Л.А., Королева Н.С., Семенихина В.Ф. М.: Агро-промиздат, 1987. 400.
13 Штеффен С. Конфигурация молочной кислоты, образуемой различными штаммами молочнокислых бактерий, как функция условий культивирования / С. Штеффен, Б. Ник, Б. X. Блан // Межд. Конгресс по молочному делу. М., Пищевая промышленность, 1978. 156-157.
14 Пухан 3. Состав молочнокислой флоры и конфигурация молочной кислоты в йогурте / Пухан, О. Флуэлер, М. Банхеджи // 19 Межд. конгресс по молочному делу. М.: Пищевая пром-сть, 1978.- 192.
15 Печуркин Н.С. Популяционная микробиология. Новосибирск: Наука. 1978.
16 Печуркин Н.С., Брильков А.В., Марченкова Т.В. Популяционные аспекты биотехнологии. Новосибирск: Наука (Сиб. отд.). 1991.
17 Лиходед В.Г., Бондаренко В.М. Антиэндотоксиновый иммунитет в регуляции численности эшерихиозной микрофлоры кишечника. Медицина, 2007. 216.
18 Аркадьева З.А. и др. Промышленная микробиология. М.,1989. 686.
19 Варфаломеев С.Д. Кинетические закономерности развития микробных популяций /Современные проблемы биокинетики. М.,1987. 6-77.
20 Миневич И.Г.Материально-энергетический баланс и кинетика роста микроорганизмов.М.,2005. 353.
21 Проскуряков МТ.Биохимия. Краснодар,2007.199.
22 Гуревич Ю.Л. Устойчивость и регуляция в микробных популяциях. Новосибирск, 1984. 98.
Г.Т. ДЖАКИБАЕВА1*, А.И. БАЙДАЛИНОВ1, ОН. ШЕМШУРА1, Э.О. ИЗМАЙЛОВА2,
Г.Б. БАЙМАХАНОВА1 Научно-производственный центр микробиологии и вирусологии, Алматы, азахстан 2Институт химии и фитотехнологий, Бишкек, Кыргызстан *e-mail: [email protected]
АКТИВНОСТЬ КОЛЛЕКЦИОННЫХ МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ И ЛАКТОЗОСБРАЖИВАЮЩИХ ДРОЖЖЕЙ И МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ,
ВХОДЯЩИХ В КОНСОРЦИУМ
Аннотация
В статье представлены экспериментальные данные по жизнеспособности и кислотообразующей активности молочнокислых бактерий и лактозосбраживающих дрожжей, входящих в консорциум, а также молочнокислых бактерий, хранящихся в коллекции микроорганизмов НПЦ микробиологии и вирусологии под минеральном маслом.
Полученные данные свидетельствуют о высокой кислотообразующей способности штаммов молочнокислых бактерий и лактозосбраживающих дрожжей, входящих в консорциум, по сравнению с коллекционными штаммами молочнокислых бактерий.
Ключевые слова: кислотообразующая активность, молочнокислые бактерии, лактозосбраживающие дрожжи, жизнеспособность, популяционная изменчивость. IRSTI: 34.27.17
G.T. DZHAKIBAYEVA1*, A.I. BAYDALINOV1, O.N. SHEMSHURA1, E.O.
IZMAILOVA1, G.B. BAUMAHANOVA1 1Research and Production Center of Microbiology and Virology, Almaty, Kazakhstan 2Institute of chemistry and phytotehnology, Kirgystan, Bishkek *e-mail: [email protected]
ACTIVITY OF COLLECTION LACTIC ACID BACTERIA AND LACTOSE-
FERMENTING YEAST AND LACTIC ACID BACTERIA INCLUDED IN THE
CONSORTIUM
doi: 1053729/MV-AS.2022.04.09
Abstract
The article presents experimental data on the viability and acid-forming activity of lactic acid bacteria and lactose-fermenting yeasts included in the consortium, as well as lactic acid bacteria stored in the collection of microorganisms of the NPC of Microbiology and Virology in mineral oil. The data obtained indicate a good acid-forming ability of the strains of lactic acid bacteria and lactose-fermenting yeasts included in the consortium, compared with the collection strains of lactic acid bacteria.
Keywords: acid-forming activity, lactic acid bacteria, lactose-fermenting yeast, viability, population variability.
Lactic acid is widely used in the food industry for the production of beverages, marmalade, in canning processes [1]. It is also used in feed production and in heavy industry. Lactic acid polymerizes well. The demand for it has grown due to the possibility of its use as a feedstock for biodegradable polymers, oxygenated substances, plant growth regulators and special-purpose chemical products [2]. Microbiological synthesis of lactic acid is much more cost-effective than chemical synthesis [3-6]. Lactic acid producers homofermentative lactic acid bacteria are used as part of probiotics for the treatment of humans and young animals [7, 8].
An important area of work on the optimization of lactic acid production is the study of the biological properties of lactic acid fermentation producers, selection of active homofermentative lactic acid bacteria, optimization of biosynthesis process control parameters. It is also important to study and apply optimal conditions for the growth of selected cultures of microorganisms and the effectiveness of the acid formation process [9]. By means of such factors as nitrogen and carbon sources, pH, temperature, cultivation method, affecting the titer of the culture-producer of lactic acid and its productivity [10].
As L. A. Bannikova notes in her work, the properties of individual strains of lactic acid bacteria, as well as their combinations, are evaluated by a number of indicators, which primarily include: acid-forming activity - the rate and depth of lactose cleavage with the formation of a certain lactic acid isomer [11, 12]. S. Steffen et al. studied the influence of various factors on the configuration of lactic acid formed by different strains of lactic acid bacteria. As it turned out, changes in the time, incubation temperature, pH and composition of the nutrient medium did not significantly affect the configuration of lactic acid. Most of the studied strains of lactococci produced - P-lactate, strains of L.bulgaricus and L.lactis - exclusively R-lactate, and L. helveticus and L.acidophilus - both isomers in the same amounts [13]. The form of lactic acid formed is characteristic of a certain type of lactobacilli [14]. The acid-forming activity of lactic acid bacteria is due to their high growth rate in milk and enzymatic activity. Certain types of lactobacilli, which have a low growth rate in milk and, accordingly, a weak acid-forming ability, need additional growth factors (yeast autolysate, corn extract, etc.)[15, 16].The activity of acid formation is a
124
normalized indicator of the specific activity of lactose-containing probiotics and, accordingly, a criterion for the selection of lactobacillus strains in the development of new bacterial preparations [17].
Materials and methods
Lactic acid microorganisms were used in the work (Lactococcus lactis K-1, Lactobacterium bulgaricus K-3, Streptococcus thermophilus K-2, Streptococcus lactis 6, Lactococcus lactis 8) and lactose-fermenting yeasts (Saccharomyces lactis 19 and Saccharomyces lactis 14c) included in the consortium, which are isolated from fermented dairy products of Kaskelensky district of Almaty region.
MRS medium was used for the cultivation of lactic acid microorganisms [18]. The source of carbon in the medium was glucose, the source of nitrogen was yeast extract. The number of viable cells (CFU/ml or titer) was determined by 10-fold dilution of the sample and seeding on agarized MRS and Saburo media [19, 20].
Determination of the energy of acid formation. 1 loop of the studied strain was inserted into a test tube with 10 ml of sterile skimmed milk and thermostated at an optimal temperature (30-37 ° C) for 16 hours (when determining the energy of acid formation), after which the titrated acidity was determined [21].
Determination of titrated acidity. 20 ml of distilled H2O and 2 drops of 1% phenolphthalein were added to 10 ml of the sample. The samples were then titrated with 0.1 NaOH until a faint pink staining appeared. The volume (ml) of NaON used for titration and multiplied by 10 was an indicator of titrated acidity expressed in Turner degrees (°T) [22].
Results and discussion
The viability of ICD and lactose-fermenting yeast after various storage periods was evaluated by surface sieving from dilutions 107 - 109 in 3 Petri dishes (with the calculation of the average value) on agarized media MRS and Saburo counting colonies after incubation at 30 ± 1 °C and 37±1°C for 48 h. The percentage of survival of microorganisms was found in relation to the logarithm of the average value of the number of colony-forming units (CFU) after storage under a layer of mineral oil. The data were processed according to the Student's 1-criterion (errors are not given, since the conclusions are based on obviously significant differences).
Figure 1 - Comparative diagram of changes in the number of cells during separate cultivation of lactic acid microorganisms and lactose-fermenting yeasts included in the consortium after storage under a
layer of mineral oil
It was found (Figure 1) that the viability of ICD and lactose-fermenting yeast stored under a layer of mineral oil decreased to 10-23% after 9 months. Thus, the survival rate of two strains of
Lactococcus lactis 8 and Lactobacterium bulgaricus K-3 by the end of the shelf life under a layer of mineral oil decreased to 42-53.5%. The most resistant strain was Streptococcus lactis 6, the maximum survival rate of which after 9 months of storage was 81.9%.
The formation of organic acids (lactic) by lactobacilli is considered one of the mechanisms of antagonistic activity in relation to conditionally pathogenic microorganisms. In this regard, the study of the dynamics of acid formation is considered as an important stage in the characterization of the biological properties of lactobacilli. We determined the dynamics of changes in titrated acidity during the cultivation of lactobacilli in sterile skim milk.
Table 1 - Acid-forming activity of lactic acid bacteria and lactose-fermenting yeasts included in the consortium after storage under a layer of mineral oil, depending on the duration of coagulation_
Strains of lactic acid bacteria and lactose-fermenting yeast Duration of coagulation when applying 3% starter culture, hour Titrated acidity, deg
Source З month 6 month 9 month
1 2 З 4 5 6
Streptococcus lactis 6 16 TS TO 65 55
Lactococcus lactis 8 16 9T ss 60 52
Lactococcus lactis K-1 16 SO TO 60 55
Streptococcus thermophilus K-2 16 100 ss 75 63
Lactobacterium bulgaricus K-3 16 9S SO 75 65
Saccharomyces lactis 14c 16 200 19S 180 170
Saccharomyces lactis 19 16 210 200 190 180
It was found that the most active acid producers were strains of lactose-fermenting yeast Saccharomyces lactis 14c - 200°T and Saccharomyces lactis 19 - 210°T, moderate acid-forming strains of lactic acid bacteria Lactococcus lactis 8 - 97°T, Streptococcus thermophilus K-2 - 100°T, Lactobacterium bulgaricus K-3 - 95 °T, weak acid-forming Streptococcus lactis 6 - 75 °T, Lactococcus lactis K-1 -80°T. With regard to changes in the acid-forming activity of ICD and lactose-fermenting yeast during storage under a layer of mineral oil, it was found (Table 1) that within 9 months this indicator decreased by no more than 5-18%. The exception was the strain Lactococcus lactis 8, whose activity decreased by 45%.
Table 2 - Acid-forming activity of co lection lactic acid bacteria
Strains of collectible lactic acid bacteria Duration of coagulation when applying 3% starter culture, hour Acid formation in milk, 0T Growth temperature, 0C
1 2 3 4
Lactobacillus plantarum 2 16 22 35
Lactobacillus plantarum 22 16 35 35
Lactobacillus plantarum 53H 16 55 35
Lactobacillus acidophilus 27W 16 42 35
Lactobacillus curvatus 18g 16 45 35
Lactobacillus casei 139 16 60 35
Lactobacillus casei 173a 16 30 35
Lactobacillus salivarius 8g 16 50 35
Lactobacillus fermentum 27 16 35 35
Lactobacillus cellobiosus 20 16 20 35
It was revealed that the most active acid producers are strains of collectible lactic acid bacteria Lactobacillus casei 139 - 60°T, Lactobacillusplantarum 53H - 55°T and Lactobacillus salivarius 8g - 50°T, Lactobacillus curvatus strains 18g - 45°T and Lactobacillus acidophilus 27W - 42°T were moderate acid-forming agents, Lactobacillus plantarum 2 - 22°T were weak acid-forming agents and Lactobacillus cellobiosus 20 - 20°T (Table 2).
The study of population variability of consortium No.1 (Lactococcus lactis K-1, Streptococcus thermophilus K-2, Lactobacterium bulgaricus K-3 and lactose-fermenting yeast Saccharomyces lactis 19) and consortium № 2 (Streptococcus lactis 6, Lactococcus lactis 8, Saccharomyces lactis 14c), strains lactic acid bacteria showed heterogeneity. Figure 2 shows that on the surface of a dense nutrient medium, lactic acid bacteria form similar colonies of about 2-4 microns in diameter, convex, round, smooth, white.
a) b) c)
d) e)
Note: a) Lactococcus lactis K-1, b) Streptococcus thermophilus K-2, c) Lactobacterium bulgaricus K-3, d) Streptococcus lactis 6, e) Lactococcus lactis 8 Figure 2 - Population variability of lactic acid bacteria
Figure 3 shows the morphology of lactobacillus yeast. On the surface of a dense nutrient medium, lactose-fermenting yeasts form colonies about 6-8 microns in diameter, convex, round, smooth, white.
Figure 3 - Population variability of lactose-fermenting yeast
To select the most promising strain-producer of lactic acid, the acid-forming ability of 5 cultures of lactic acid bacteria and 2 cultures of lactose-fermenting yeast was studied. 5 variants of a colony of lactic acid bacteria and lactose-fermenting yeast were selected.
Figure 4 - Determination of the dynamics of acidity changes in selected variants of lactic acid bacteria and lactose-fermenting yeasts included in the consortium
Of the selected 5 variants of lactic acid bacteria strains Lactococcus lactis 8 and Streptococcus thermophilus K-2, the most active variants are №2 and №4. Moderate acid-forming variants №4 and №5 in strains Streptococcus lactis 6, Lactococcus lactis K-1 and variants №1 and №3 in the strain Lactobacterium bulgaricus K-3. The active acid-forming ability was manifested in variants № 2 and №4 in lactose-fermenting yeasts Saccharomyces lactis 14c and Saccharomyces lactis 19 (Figure 4).
c) d)
Note: а) №2 variant Lactococcus lactis 8; b) №4 variant Lactococcus lactis 8; c) №2 variant Saccharomyces lactis 14c; d) №4 variant Saccharomyces lactis 19.
Figure 5 - Indicators of titrated acidity in selected variants of strains of lactic acid bacteria and lactose-fermenting yeast included in the consortium
In variants of strains of lactic acid bacteria included in the consortium, the titrated acidity of which ranges from 70-85 °T, are considered to be moderately active, and those with this parameter over 90-110 °T highly active. It should be noted that the strain Saccharomyces lactis
128
19 showed a relatively high acid-forming activity in the selected variant №4, the titrated acidity of which ranges from 200-240 °T. Collection lactic acid bacteria, the titrated acidity of which ranges from 20-60 °T, are considered inactive.
Summarizing the results obtained by us, we can conclude that out of the selected five culture variants Lactococcus lactis 8 and Streptococcus thermophilus K-2 are promising producers of lactic acid. They showed high acid-forming activity, in comparison with other studied strains. The selection of variants of strains of lactic acid bacteria and lactose-fermenting yeast included in the consortium was carried out according to parameters such as the duration of coagulation and acid-forming activity and in the future they can be used as probiotics.
The data obtained as a result of experimental work indicate a good acid-forming ability of the strains of lactic acid bacteria and lactose-fermenting yeasts included in the consortium, compared with the collection strains of lactic acid bacteria.
References:
1 Gridneva E.E., Kaliakparova G.SH., Padalko I.U. Problemy i perspektivy razvitiya rynka hleba i hlebobulochnyh izdelij v Respublike Kazahstan //Problemy agrorynka, 2018, №1, 112-119.
2 Datta R. et al. Technological and economic potential of poly(lactis acid) fnd lactis acid derivative/AFEMS Microbiology Reviws .1995.Vol.16.221-231.
3 Trenina M.A., Lysenko A.M., Ahveredyan V.Z., Mchedlishvili E.B. Izuchenie vidovoj variabel'nosti bakterij Lactococcus lactis po priznaku adaptacii k vysokoj kislotnosti sredy.//Mikrobiologiya. 2006.T.75.№1.118-126.
4 Duwat P., Cesselin B., Souris S.,Gruss A. Lactococcus lactis, a bacterial model for stress responses and survival//./Food Microbiol.2000.Vol.55.83-86.
5 Sjoberg A.,Persson I.,Quednau M.,Hahn-Hagerdal B. The influence of limited and non-limited growth conditions on glucose and maltose metabolism in Lactococcus lactis ssp.lactis strains//Appl.Microbiol.fnd Biotechnol. 1995.Vol.42.№6.931-938.
6 Sheh Punia Bangar, Shweta Suri, Monica Trif, Fatih Ozogul. Organic acid production from lactic acid bacteria: A preservation approach. Food bioscience, Volume 46, 2022.101615/doi.org/10.1016/j.fbio.2022.101615.
7 Ganina V.I. Stabil'nye zakvaski - kachestvennye i bezopasnye molochnye produkty//Molochnaya promyshlennost'. 1999. №8. 25-27.
8 Katarzyna Garbacz. Anticancer activity of lactic acid bacteria. Seminar in Cancer biology available online 4.2022./doi.org/ 10.1016/j.semcancer.2021.12.013.
9 Kuksova E.V. Razrabotka tekhnologii kompleksnyh pishchevyh dobavok s ispol'zovaniem kislotoobrazuyushchih bakterij: Avtoref.... dis. kand. tekhn. nauk. M. 2008. 27.
10 Warminska-Radyko I., Olszewska M.,Miks-Krajnik M. Effect of temperature and sodium chloride on growth and metabolism of Lactococcus strainsin long-term incubation of milk //Milchwissenschaft-Milk Science International. 2010.Vol.65.32-35.
11 Bannikova L. A. Mikrobiologicheskie osnovy molochnogo proizvodstva. Moskva, 1975.
12 L. A. Bannikova, N. S. Koroleva, V. F. Semenihina M.: Agro-promizdat, 1987.400.
13 SHteffen S. Konfiguraciya molochnoj kisloty, obrazuemoj razlichnymi shtammami molochnokislyh bakterij, kak funkciya uslovij kul'tivirovaniya / S. SHteffen, B. Nik, B. X. Blan // Mezhd. Kongress po molochnomu delu. M., Pishchevaya promyshlennost', 1978.156-157.
14 Puhan 3. Sostav molochnokisloj flory i konfiguraciya molochnoj kisloty v jogurte / 3. Puhan, O. Flueler, M. Banhedzhi // 19 Mezhd. kongress po molochnomu delu. M.: Pishchevaya prom-st', 1978. 192.
15 Pechurkin N.S. Populyacionnaya mikrobiologiya. Novosibirsk: Nauka. 1978.
16 Pechurkin N.S., Bril'kov A.V., Marchenkova T.V. Populyacionnye aspekty biotekhnologii. Novosibirsk: Nauka (Sib. otd.). 1991.
17 Lihoded V.G., Bondarenko V.M. Antiendotoksinovyj immunitet v regulyacii chislennosti esherihioznoj mikroflory kishechnika. Medicina, 2007.216.
18 Arkad'eva Z.A. i dr. Promyshlennaya mikrobiologiya. M.,1989. 686.
19Varfalomeev S.D. Kineticheskie zakonomernosti razvitiya mikrobnyh populyacij
/Sovremennye problemy biokinetiki. M.,1987. 6-77.
20 Minevich I.G. Material'no-energeticheskij balans i kinetika rosta mikroorganizmov.M., 2005.
353.
21 Proskuryakov M.T.Biohimiya. Krasnodar,2007.199.
22 Gurevich YU.L. Ustojchivost' i regulyaciya v mikrobnyh populyaciyah.Novosibirsk, 1984.98.
