Плазмидный профиль штаммов молочнокислых бактерий, продуцирующих экзополисахариды Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

576.852.22/.24.002.612

ПЛАЗМИДНЫЙПРОФИЛЬ ШТАММОВ МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ, ПРОДУЦИРУЮЩИХ ЭКЗОПОЛИСАХАРИДЫ

В.И. ГАНИНА, Т.В. РОЖКОВА, М.А. ТРЕНИНА,

Ю.А. РЫБАКОВ

Московский государственный университет прикладной биотехнологии

Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов

Сравнительно недавно среди группы биополимеров обнаружены экзополисахариды (ЭПС), которые синтезируются молочнокислыми бактериями разных таксономических групп. Некоторые микробные ЭПС способны увеличивать вязкость растворов и гелей.

Культуры, синтезирующие ЭПС, рекомендуют использовать для улучшения реологии, текстуры, структуры , в частности в кисломолочных продуктах. Для получения продуктов с требуемыми реологическими показателями и предотвращения отделения в них сыворотки (синерезиса) в молоко в ходе технологического процесса часто вносят стабилизаторы: крахмал, кар-рагенан, гуаровую камедь, пектин, желатин, казеинат и др. Однако это не всегда оправдано, поскольку зачастую только применение композиции стабилизатора и загустителя позволяет получить положительный результат. Кроме того, пищевые добавки могут неблагоприятно воздействовать на вкус и аромат продукта, а в некоторых странах их использование ограничено. Стартерные культуры, содержащие штаммы молочнокислых бактерий, способные продуцировать ЭПС, являются перспективной альтернативой для улучшения качества молочных продуктов.

В нашей стране только недавно появились первые публикации о бифидобактериях, синтезирующих ЭПС. Многие из трудностей, связанных с применением пищевых добавок, возможно, станут разрешимыми с использованием ЭПС молочнокислых бактерий. Исследования путей управления метаболизмом или селекции штаммов, а также точная корректировка субстрата и условий ферментации позволит получать безопасные ЭПС для использования их в качестве пищевых добавок.

Несмотря на ряд зарубежных достижений в области генетики молочнокислых бактерий, продуцирующих ЭПС, существующих данных еще недостаточно. Способность продуцировать ЭПС мезофильными молочнокислыми бактериями непостоянна и может быть утрачена из-за многократных пересадок, продолжительных периодов хранения или изменений оптималь -ных температур культивирования. Это непостоянство исследователи объясняют тем, что, возможно, гены, отвечающие за продуцирование ЭПС, плазмидно закодированы, в отличие от термофильных молочнокислых бактерий (S. thermophilus и Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus), у которых, как полагают, подобные гены хромосомно закодированы.

В этой связи актуальны исследования, направленные на сравнение плазмидного профиля у молочнокислых бактерий разных таксонов, обладающих различ-

ной способностью к синтезу ЭПС, из коллекции отечественных микроорганизмов; выявление взаимосвязи между наличием плазмидной ДНК и способностью синтезировать полисахариды у лактококков и термофильных стрептококков для дальнейшего получения продуктов с заданными характеристиками.

Объектами исследований служили 2 штамма Streptococcus thermophilus, 2 штамма Lactococcus lactis subspecies lactis, 2 штамма Lactococcus lactis subspecies cremoris, предоставленные кафедрой технологии молока и молочных продуктов МГУПБ, 4 штамма Lactococcus lactis subspecies lactis, 1 штамм E. coli, пре -доставленные ГосНИИ генетики и селекции промышленных микроорганизмов.

Для культивирования применяли питательные среды: жидкую - гидролизованное молоко, плотную - питательная среда М02 (пептон из казеина - 1%, дрожжевой экстракт - 0,75%, Na2HPO4 - 0,85%, KH2PO4 -0,2%, агар - 1,5%, глюкоза - 2%).

Определение плазмидного профиля осуществляли у молочнокислых бактерий, относящихся к разным таксонам, на основе модифицированной методики выделения плазмид из штаммов E. coli. При определении размеров плазмид в качестве реперов использовали плазмиду RP4 в штамме E. coli С600, а также плазмиды 5,4 и 8,0 т.п.н. в штамме Lactococcus lactis subspecies lactis 837-1.

Для удобства исследования штаммам были присвоены условные коды:

Streptococcus thermophilus: СТ 138 СТ 95

Lactococcus lactis subspecies

lactis:

195 837-1 СТ 57 СТ 571 l 18 АК l 36 с

Lactococcus lactis subspecies cremoris:

cr l 625

cr 152

E. coli RP4

14

20

195

837-1

СТ57

СТ571

22

23

24

25 RP4

Для выявления взаимосвязи между наличием плаз-мидной ДНК и способностью синтезировать полисахариды у молочнокислых бактерий были отобраны штаммы термофильного молочнокислого стрептококка и лактококков, обладающие и не обладающие таким свойством. В этой связи было проведено определение плазмидного профиля у исследуемых культур термофильного стрептококка и мезофильных лактококков.

1 2 3

1 2

Рис. 1

Размер плазмид 5,4 и 8,0 т.п.н. определили на основании данных рис. 1 (1 - 837-1; 2 - РиС 19; 3 - РиС 19 (л.)). Для этого использовали плазмиду РИС 19, имеющую размер 2,7 т.п.н. в линейной и суперскрученной формах.

У штамма СТ57 после термической обработки штамма 195 выявлена более высокая способность к продуцированию ЭПС. Плазмидный профиль штамма СТ57 (рис. 2: 1 - ЯР4; 2 - 195; 3 - СТ57; 4 - СТ571) свидетельствует, что по сравнению с исходным штаммом 195 у него обнаружены три новые плазмиды размером примерно 3,0; 6,6 и 8,0 т.п.н.

Плазмидный профиль штамма 20, не обладающего свойством синтеза полисахаридов, позволил идентифицировать плазмиду, которая визуализируется выше

Рис. 2

уровня хромосомы (рис. 3: 1 - 20; 2 - 22; 3 - 195; 4 -РР4; 5 - 14). В штамме термофильного стрептококка 14, проявляющего способность продуцировать ЭПС, обнаружены плазмидные репликоны меньшие 5,4 т.п.н. Возможно, их размер близок к 3 т.п.н.

Крупная плазмида штамма 22 по величине превышает плазмиду ЯР4 величиной 56,4 т.п.н. Плазмида данного штамма, которую мы визуализируем ниже уровня хромосомы, имеет размер около 8 т.п.н.

Сравнение плазмидного профиля культур лактококков свидетельствует об идентичности состава плазмид у штаммов, синтезирующих и не синтезирующих полисахариды (в одинаковых условиях проведения эксперимента) (рис. 4: 1 - 22; 2 - 23; 3 - 24; 4 - 25).

— хр.

На электрофореграмме видно, что у культур 23, 24 и 25 имеются две плазмиды, идентичные по размеру плазмидам штамма 22.

В результате исследований установлено, что изменение плазмидного профиля у штамма СТ57 после термической обработки штамма 195 привело к увеличению синтеза полисахаридов, тестированных на среде с красителем - рутением красным. Данный эффект может быть связан с появлением новых плазмидных реп-

ликонов у полученного сегреганта и являться следствием увеличения дозы генов, ответственных за синтез полисахаридов. Отмечено, что штаммы молочнокислых бактерий разных таксонов, обладающие комплексом производственно ценных свойств и способные к синтезу ЭПС, отличаются составом и размером обнаруженных плазмид.

Поступила 29.04.04 г.

66.047.354:634.11.002.2

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СВЧ-ОБРАБОТКИ ЦЕЛЫХ ЯБЛОК

Д.С. ДЖАРУЛЛАЕВ, Г.И. КАСЬЯНОВ

Дагестанский государственный технический университет Кубанский государственный технологический университет

Наиболее ценные в пищевом отношении химические вещества плодов и ягод сосредоточены в соке, который богат сахарами, органическими кислотами и их солями, дубильными веществами, витаминами и другими компонентами. Плодово-ягодные соки имеют диетическое и лечебное значение, они способствуют усвоению пищи и улучшают обмен веществ в организме человека. Консервированные плодово-ягодные соки широко используют в качестве напитков, а также применяют для производства сиропов, ликеров и других продуктов.

Соки без мякоти получают в основном путем прессования. Количество вырабатываемого при этом сока зависит от ряда факторов, из которых основное значение имеет строение ткани плодово-ягодного сырья, а также способы и техника его предварительной обработки.

Растительное сырье представляет собой живой многоклеточный организм, клеточные оболочки которого плохо проницаемы для находящегося в протоплазме клеточного сока, они препятствуют выходу сока из клетки. Поэтому основное условие, определяющее степень выделения сока при прессовании, - обработка, повышающая клеточную проницаемость растительного сырья. В результате такой обработки клетки погибают, а протоплазма теряет способность удер-

живать сок, который легко выходит наружу через крупные поры, образовавшиеся в клеточных стенках.

Для повышения проницаемости на производстве применяют следующие технологические операции: нагревание, замораживание, электроплазмолиз, использование ферментных препаратов и др.

Известные традиционные методы увеличения выхода сока из плодово-ягодного сырья имеют недостатки, заключающиеся в том, что практически во всех случаях полученный яблочный сок окисляется, и выход сока составляет 60-65%. Практически эти методы в своем развитии приблизились к пределу возможного.

Одним из перспективных способов обработки сырья является использование СВЧ-энергии, позволяющее осуществить объемный и бесконтактный нагрев плодово-ягодного сырья с высокой скоростью, а также способствующее увеличению выхода сока и предотвращению его окисления.

Был исследован способ обработки целых яблок СВЧ-энергией перед отделением сока прессованием. Плоды обрабатывали в СВЧ-устройстве, где с помощью магнетрона возбуждалось ЭМП частотой (2400 + 50) МГц, снабженном реле времени, обеспечивающим заданный режим, а также СВЧ-камерой (резонатором), куда помещали образцы.

Сначала определяли зависимость выхода сока из целых яблок разных сортов (1 - Мантуанер, 2 - Ренет Симиренко, 3 - Розмарин) от длительности обработки х 1-5 мин. Установлено, что выход сока возрастает в первые 2-3,5 мин, а после 4 мин обработки постепенно