CC BY
1Т.Н. Занданова, канд. техн. наук, доц., e-mail: tuyana35@mail.ru
П.А. Гоголева, канд. с-х. наук, доц., e-mail: imka-go@mail.ru Якутская государственная сельскохозяйственная академия, г. Якутск
УДК 637.3:669.87 (547.2)
ПОДБОР ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БАКТЕРИАЛЬНОГО КОНЦЕНТРАТА МИКРОБНОГО КОНСОРЦИУМА
Исследована возможность применения ржаной муки для наращивания биомассы микробной популяции, полученной aвтоceлeкцией микрофлоры эфирной закваски и термофильныхлактобактерий. Для решения поставленной цели в питательную среду на творожной сыворотке вносили разные дозы ржаной муки. Установлено, что внесение 2%ржаной муки обеспечивает наибольшее увеличение оптической плотности инокулированной питательной среды при ферментации и концентрацию мезо-фильных лактобактерий до 410й КОЕ/см3 и дрожжей, не сбраживающих лактозу до 3108К0Е/см3. Условия получения бактериального концентрата обеспечивают агрегацию клеток и повышение адгезивных свойств микробного консорциума. Индекс адгезивности микробного консорциума составил 5,4+1,1. Изучение качественной характеристики бактериального концентрата выявило его высокую биохимическую активность.
Ключевые слова: лактобактерии, дрожжи, адгезия, бакконцентрат, питательная среда, ржаная мука
T.N. Zandanova, Cand. Sc. Engineering P.A. Gogoleva, Cand. Sc. Agroculture
SELECTION OF NUTRIENT MEDIUM FOR OBTAINING A BACTERIAL CONCENTRATE OF MICROBIAL CONSORTIUM
The possibility of using rye flour to increase the biomass of microbial consortium is investigated in the article. The consortium was obtained by autoselection of the microflora of kefir yeast and thermophilic lacto-bacilli. To solve this goal, different doses of rye flour were added to the nutrient medium on the curd whey. It is established that the application of 2% rye flour provides the greatest increase in the optical density of the inoculated nutrient medium during fermentation, and concentration of mesophilic lactobacilli up to 4 1011CFU/ cm3 and yeast ofnonfermenting lactose up to 3 108 CFU/cm3. The condition for obtaining a bacterial concentrate provides aggregation of cells and an increase in the adhesive properties of the microbial consortium. The adhesion index of the microbial consortium was 5.4 +1,1. The study of the qualitative characteristics of bacterial concentrate indicates its high biochemical activity.
Key words: lactobacillus, yeast, adhesion, bacterial concentrate, nutrient medium, rye flour
Введение
В современных условиях возросла доля заквасочных культур, полученных путем генной трансформации. С одной стороны, применение микроорганизмов с трансгенными свойствами ускоряет формирование функциональных свойств микроорганизмов, но, с другой стороны, такие микроорганизмы могут оказывать нежелательное воздействие на организм человека: аллергические реакции, подавление роста естественной микрофлоры организма. На этом фоне использование микроорганизмов естественной популяции микроорганизмов самоквасных кисломолочных продуктов остается актуальным источником производственно-ценных штаммов.
Ранее был разработан способ получения микробного консорциума для производства кисломолочных продуктов смешанного брожения. Идентификация состава лактобактерий микробного консорциума показала ее соответствие естественно сложившейся популяции микроорганизмов курунги и кумыса. Установлена ее способность подавлять рост патогенной и гнилостной микрофлоры [2, 3].
Следующий этап исследований - создание бактериального концентрата полученной популяции микроорганизмов. Сложность получения бактериального концентрата заключается в многокомпонентности микробного консорциума. Одним из ключевых моментов в разработке технологии бактериального концентрата является подбор питательной среды, обеспечивающий сбалансированный рост микрофлоры бактериального концентрата.
В полученной микробной популяции устойчиво доминирующими являются клетки ме-зофильных лактобактерий и лактозонеусваивающих дрожжей, не конкурирующих в потреблении лактозы, и неустойчивое количество термофильных лактобактерий и лактозных дрожжей [2].
Следовательно, при подборе питательной среды для микробного консорциума первоочередной задачей является обеспечение роста лактозонеусваивающих дрожжей и мезофиль-ных лактобактерий.
Известно, что технологии приготовления хлеба из ржаной муки основаны на применении заквасок с использованием чистых культур лактобактерий и дрожжей. В состав заварок ржаной муки входят Lactobacillus plantarum, L. brevis, L. delbrueckii, L. fermentum, Saccharomy-ces cerevisiae и S. minor. Ржаная мука содержит комплекс питательных веществ, необходимых для развития как молочнокислых бактерий, так и дрожжей, характеризуется значительной долей в составе водорастворимых белков и углеводов [5].
Цель данной работы - изучение возможности применения ржаной муки в питательной среде для получения бактериального концентрата микробного консорциума.
Материалы и методы исследований
Объектом исследования явилась микробная популяция микроорганизмов, полученная автоселекцией при 30°С микрофлоры кефирной грибковой закваски в присутствии термофильных лактобактерий Lactobacillus acidophilus, L. bulgaricus, L. helveticus в соотношении 1:0,5:0,5:1 соответственно.
Для исследований применяли обойную ржаную муку по ГОСТ Р52809 Мука ржаная хлебопекарная. Технические условия.
В работе применялись общепринятые и стандартные методы для изучения физико-химических и микробиологических показателей.
Рост биомассы определяли путем измерения оптической плотности фотоколометриче-ским методом на KF-77 Х=550 нм.
Количественный учет лактозных и не усваивающих лактозу дрожжей проводили методом предельных разведений по числу колониеобразующих единиц (КОЕ) при высевах на плотные лактозно- и глюкозо-картофельные среды, молочнокислых бактерий на среде ГМК.
Влияние свойств клеток микроорганизмов на процесс адгезии изучали по методу В.И. Брилис [1].
Результаты и их обсуждения
Питательную среду готовили на осветленной творожной сыворотке с добавлением 1 г/л натрия лимоннокислого трехзамещенного, 1 г/л калия фосфорнокислого однозамещенного, 0,1 г/л магния сернокислого, 0,5 г/л сахарозы, 0,1 г/л аскорбиновой кислоты. В подготовленную смесь вводили разные дозы ржаной муки: 1% - образец 1; 2 % - образец 2; 3% - образец 3; без добавления ржаной муки - контрольный образец.
Исследуемые образцы стерилизовали при 120°С в течение 30 мин, охлаждали до 30°С, вносили 5% инокулята микробного консорциума и устанавливали рН6-6,5. Наращивание биомассы проводили при 30°С в течение 24 ч. Результаты исследования представлены на рисунках 1, 2.
Время,ч
-О-Образец 1 —А— Образец 2
—Ж—Образец 3 —X—контроль
Рисунок 1 - Динамика оптической плотности инокулированных питательных сред
К образец 2 К образец 2
Опыты Опыты
□ Дрожжи, сбраживающие лактозу □, Дрожжи, не сбраживающие лактозу б
Рисунок 2 - Динамика микробиологических показателей инокулированных питательных сред:
а - дрожжей; б - лактобактерий
Из рисунка 1 видно, что в образцах 1 и 2 наблюдается максимальное увеличение значения оптической плотности среды до 1,17 и 1,3 ед соответственно. В образце 3 через 24 ч культивирования значение оптической плотности питательной среды составило 0,8 ед, что на 0,07 ед меньше, чем в контрольном образце.
С первых часов культивирования видна разница в динамике роста популяции микробного консорциума в исследуемых образцах (рис. 2). Набольшее увеличение количества бактерий наблюдали в образце с 2% ржаной муки, количество дрожжей, не сбраживающих лактозу, составило 3-108 КОЕ/см3, термофильные и мезофильные лактобактерии - 51010 и 4 1011 КОЕ/см3 соответственно.
□ Дрожжи, сбраживающие лактозу ЕЭ рДрожжи, не сбраживающие лактозу а
В образце с 3% ржаной муки был установлен за 24 ч наименьший прирост лактобактерий и дрожжей, не сбраживающих лактозу, в сравнении с другими образцами.
Вероятно, это связано с гидрофильными свойствами углеводно-белкового комплекса ржаной муки, приводящими к снижению активности воды питательной среды.
Результаты исследования влияния состава питательной среды на изменение морфологических особенностей колоний микроорганизмов представлены на рисунке 3.
а) контроль б)образец 1
в) образец 2 г) образец 3
Рисунок 3 - Микрокартина исследуемых образцов
Из микрокартины на рисунке 3 видно, что морфологически микробный консорциум представлен клетками дрожжей, тонкими палочками разной длины. Наибольшая агрегация клеток дрожжей и молочнокислых бактерий была установлено в образце 2 (рис. 3 в).
В образце 3 (рис. 3 г) также наблюдается скопление клеток дрожжей и лактобацилл, но дрожжевые клетки гораздо мельче по размеру по сравнению с микрокартиной других образцов.
Высокое содержание в ржаной муке водорастворимых пентозанов и белков дают вязкие растворы, что способствует, вероятно, агрегации клеток микробного консорциума и формированию матрикса.
Формирование микробных матриксов способствует быстрому обмену продуктами жизнедеятельности, защищает бактерии от негативных последствий воздействий окружающей среды. В природных условиях естественные популяции микроорганизмов предпочитают расти в прикрепленном состоянии на твердых поверхностях. Слизистые выделения этих клеток способствуют прикреплению к твердому субстрату, т.е. адгезии [4].
Адгезия микроорганизмов на твердых поверхностях является жизненно важным приспособлением адаптации различным средам обитания, обусловливает их стабильность и защитные свойства.
Для исследований использовали биомассу, полученную культивированием на питательных средах с добавлением 2% ржаной муки (образец 2) и без добавления ржаной муки (контроль). Результаты исследований представлены в таблице 1.
Таблица 1
Адгезивные свойства микробного консорциума
Наименование показателя Наименование опыта
образец 2 контроль
Средний показатель адгезии 4,6 3,2
Коэффициент участия эритроцитов в адгезивном процессе, % 85 79
Индекс адгезивности микроорганизмов 5,4+1,1 4,0+1,5
Адгезивность высокая средняя
Из таблицы 1 видно, что индекс адгезивности микробного консорциума в исследуемом образце выше контрольного на 0,6. Результаты исследования свидетельствуют о том, что присутствие ржаной муки в питательной среде стимулирует адгезивные процессы в микробном консорциуме.
Полученные данные показывают целесообразность применения ржаной муки при создании бактериального концентрата микробного консорциума. Качественная характеристика полученного бактериального концентрата представлена в таблице 2.
Таблица 2
Качественная характеристика жидкого бактериального концентрата
Наименование показателя Значение показателя
Консистенция и внешний вид однородная жидкость, допускается отделение сыворотки
Цвет от кремового до светло-коричневого по всему объему, с темными включениями
Вкус и запах кисломолочный с привкусом ржаной муки
Массовая доля сухих веществ, % 7,2±0,5
Активная кислотность (рН) 5-7
Температура сквашивания, °С 28+2
Активность (продолжительность сквашивания 10 л при внесении концентрата с 1 ед активности), ч 10-12
Титруемая кислотность, °Т 120
Температура при выпуске с предприятия, °С плюс 6+2
Продолжительность хранения, мес. 3
Количество микроорганизмов, КОЕ/см3, не менее: термофильные лактобактерии мезофильные лактобактерии дрожжи, не сбраживающие лактозу дрожжи, сбраживающие лактозу 51 010 41011 3 108 2107
Микрокартина единичные тонкие палочки разной длины, единичные скопления дрожжей
Объем бакконцентрата в см3, в котором отсутствуют БГКП (колиформы) 1,0
S. aureus 1,0
патогенные, в том числе сальмонеллы 10,0
Из данных таблицы 2 можно сделать вывод, что полученный жидкий бактериальный концентрат характеризуется высокой концентрацией жизнеспособных клеток и ферментирующей активностью, что делает возможным его применение беспересадочным методом для производства кумыса и курунги, а также в качестве биологически активной добавки к пище.
Выводы
1. Доказана возможность применения ржаной муки в питательной среде для наращивания биомассы микробного консорциума. Установлено, что внесение 2% ржаной муки в питательной среде способствует увеличению прироста биомассы микробного консорциума, активному росту мезофильных лактобактери до 5-1011 КОЕ/см3 и дрожжей несбраживающих лактозу до 3-108 КОЕ/см3.
2. Присутствие 2% ржаной муки в питательной среде приводит к агрегации микробного сообщества и повышению их адгезивных свойств.
3. Подобранные условия культивирования микробного консорциума позволяют получить бактериальный концентрат с высокой концентрацией жизнеспособных клеток и биохимической активностью.
4. На основании полученных результатов оформлен патент №2524435 «Способ получения бактериального концентрата и применение его в качестве БАД к пище или закваски прямого внесения».
Библиография
1. Брилис В.И. Методика изучения адгезивного процесса микроорганизмов // Лабораторное дело. - 1986. - № 4 - С. 210-214.
2. Занданова Т.Н., Хамагаева И.С., Хурхесова Т.Е. Симбиотическая закваска для производства курунги // Пищевая промышленность. - 2009. - № 7. - С. 48-49.
3. Занданова Т.Н., Гоголева П.А. Исследование биотехнологического потенциала микробного консорциума // Вестник ВСГУТУ. - 2017. - № 3. - С. 71-77.
4. НиколаевЮ.А. Ауторегуляция стрессового ответа микроорганизмов [Текст]: автореф. дис. ... д-ра биол. наук: 03.02.03 / Ю.А. Николаев; Учреждение Российской академии наук Институт микробиологии РАН. - М., 2011. - 50 с.
5. Пашук З.Н., Апект Т.К., Апект И.И. Технология производства хлебобулочных изделий. -СПб.: ГИОРД, 2011. - 400 с.
Bibliography
1. Brilis V.I. A technique for studying the adhesive process of microorganisms // Laboratory case. -1986.- N 4. - Р.210-214.
2. Zandanova T.N., Khamagaeva I.S., Khurkhesova T.E. Symbiotic culture for the production of curunga // Food Industry. - 2009. - N 7. - Р. 48-49.
3. Zandanova T.N., Gogoleva P.A. Investigation of the biotechnological potential of the microbial consortium // Bellutin of ESSUTM. -2017. - N 3. - P. 71-76.
4. Nikolaev Yu.A. Autoregulation of the stress response of microorganisms: the author's abstract. ... doctor of biological sciences: 03.02.03 / Yu.A. Nikolaev; Institute of Microbiology, Russian Academy of Sciences. - M., 2011. - 51 p.
5. Pashuk Z.N., Apekt T.K., Apekt I.I. Technology of bread products. - SPb.: Publishing house
«GIORD», 2011. - 400 р.
