CC BY
1И.С. Хамагаева, д-р техн. наук, проф., e-mail: ikhamagaeva@mail.ru А.Т. Бубеев, канд. техн. наук, доц., e-mail: bat79@rambler.ru И.Д. Поздняков, аспирант, e-mail: davyjones335@gmail.com Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г.Улан-Удэ
УДК 637.146:579:633,8
РАЗРАБОТКА БИОТЕХНОЛОГИИ ФИТОПРОБИОТИКА И ОЦЕНКА ЕГО КАЧЕСТВА
Изучено влияние водного экстракта кипрея в питательной среде на рост биомассы и количество клеток консорциума бифидобактерий, включающего B. longum B379H, B. bifidum 83, B. adoles-centis DSM 278 в соотношении 30:30:40, разного видового состава, характерного для желудочно-кишечного тракта взрослых здоровых людей. Подобраны условия культивирования консорциума в питательной среде, содержащей экстракт кипрея узколистого. Установлено, что оптимизация питательной среды экстрактом кипрея интенсифицирует рост биомассы, повышает количество жизнеспособных клеток бифидобактерий и их адгезивные свойства, сокращает продолжительность культивирования на 6 ч в сравнении с контролем.
На основании полученных данных разработана биотехнология фитопробиотика на основе синергизма свойств бифидобактерий и экстракта кипрея. Фитопробиотик характеризуется хорошими органолептическими свойствами, высоким количеством жизнеспособных клеток бифидобактерий 1011 КОЕ/см3, содержит пищевые волокна.
Ключевые слова: бифидобактерии, фитопробиотик, кипрей узколистный, пищевые волокна.
I.S. Khamagaeva, Dr. Sc. Engineering, Professor А.Т. Bubeev, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Professor I.D. Pozdnyakov, P.G.
DEVELOPMENT OF PHYTOPROBIOTIC BIOTECHNOLOGY AND EVALUATION OF ITS QUALITY
The effect of an aqueous extract of cypress in a nutrient medium on the growth of biomass and the number of cells of a consortium of bifidobacteria, including B. longum B379M, B. bifidum 83, B. adolescentis DSM 278 in a ratio of30:30:40, of different species composition characteristic of the gastrointestinal tract of healthy adults, was studied. The conditions of cultivation of the consortium in a nutrient medium containing an extract of narrow-leaved cypress were selected. It was found that the optimization of the nutrient medium with cypress extract intensifies the growth of biomass, increases the number of viable bifidobacteria cells and their adhesive properties, and reduces the duration of cultivation by 6 hours in comparison with the control.
Based on the obtained data, a phytoprobiotic biotechnology was developed based on the synergism of the properties of bifidobacteria and cypress extract. The phytoprobiotic is characterized by good organoleptic properties, a high number of viable bifidobacteria cells 1011 CFU/cm3, and contains dietary fiber.
Key words: bifidobacteria, phytoprobiotic, cypress narrow-leaved, dietary fiber.
Введение
Проблема дисбиотических нарушений микробиоценозов организма человека в настоящее время является весьма актуальной и требует практических решений. Результаты многочисленных экспериментальных исследований свидетельствуют об эффективности применения пробиотиков с лечебной и профилактической целью [ 1, 2].
Следует отметить, что одним из наиболее распространенных и значимых нарушений кишечного микробиоценоза является недостаточность бифидобактерий, которые присутствуют в кишечнике на протяжении всей жизни здорового человека и служат индикатором микроэкологического статуса организма. Выявлена корреляция между содержанием бифидобактерий в микробиноме и резистентностью макроорганизма к инфекции [3, 8]. Значительное снижение
их количества в желудочно-кишечном тракте ведет к глубоким нарушениям процессов пищеварения и всех видов обмена. На фоне дефицита бифидофлоры наиболее активно проявляются патогенные свойства стафилококка, прошив, грибов и др. [4].
Для повышения эффективности биопрепаратов для коррекции микробиома весьма перспективным является создание пробиотиков нового поколения, содержащих бифидобактерии и новые пребиотические субстанции растительного происхождения.
Целью данной работы является разработка многокомпонентного фитопробиотика на основе сочетания консорциума бифидобактерий и растительного сырья - кипрея узколистного.
Материалы и методы
Объектами исследования служили водный экстракт кипрея узколистного, штаммы Bifidobacterium longum B379M, Bifidobacterium bifidum 83 и Bifidobacterium adolescentis DSM 283, полученные из Всероссийской коллекции микроорганизмов ФГУП ГосНИИ «Генетика», активизированные биотехнологическим методом, разработанным ВСГУТУ.
Для получения фитопробиотика использовали консорциум бифидобактерий Bifidobacterium adolescentis DSM 278, Bifidobacterium bifidum 83 и Bifidobacterium longum B379M.
Для приготовления экстракта кипрея узколистного применяли общепринятую рецептуру: на 200 мл воды использовали 10 г сухого растительного сырья, нагревали при температуре 120 °С в течение 15 мин. Осадок отделяли путем фильтрования через бумажный фильтр. Бактерии выращивали на питательной среде на основе молочной сыворотки с внесением ростовых компонентов и экстракта кипрея узколистного.
Бифидобактерии культивировали при 37 °С в колбах объемом 500 мл. В качестве иноку-лята использовали культуры бифидобактерий стационарной фазы роста, выращенные на сывороточной среде.
О росте биомассы судили по изменению оптической плотности, длина волны - 580 нм. Количество жизнеспособных клеток бифидобактерий определяли методом предельных разведений на среде ГМК.
Адгезивные свойства изучали на формалинизированных эритроцитах по развернутому методу В.И. Брилис [5].
Все опыты проводили в 3-5-кратной повторности. Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью пакета программы Statistica 6. Использовали непараметрический критерий Манна - Уитни (для сравнения независимых выборок). Значимыми считали различия, если вероятность ошибки р<0,05.
Результаты исследований
Ранее было изучено влияние экстракта кипрея узколистного на биохимическую активность бифидобактерий Bifidobacterium adolescentis DSM 278, Bifidobacterium bifidum 83 и Bifidobacterium longum B379M, которые считаются наиболее физиологичными и выделены из кишечника здоровых людей.
Установлено, что экстракт кипрея обладает бифидогенными свойствами и стимулирует рост бифидобактерий. На основании проведенных исследований была оптимизирована питательная среда для культивирования бифидобактерий с использованием экстракта кипрея узколистного [7]. В качестве инокулята использовали консорциум бифидобактерий, включающий Bifidobacterium adolescentis DSM 278, Bifidobacterium bifidum 83 и Bifidobacterium longum B379M в соотношении 30:30:40, что, по данным российских исследователей, соответствует таковому в составе микрофлоры толстой кишки здоровых людей.
Характеристика инокулята представлена в таблице 1.
Таблица 1
Характеристика инокулята
Бифидобактерии В. longum В379М,
Показатели В. bifidum 83, В. adolescentis DSM 278
в соотношении 30:30:40
Внешний вид и консистенция консистенция однородная,
цвет от белого до кремового
Вкус и запах вкус мягкий кисломолочный
Активность, ч 10 ± 2
Кислотность, °Т 65 ± 4
Активная, рН 4,8 ± 0,06
Адгезивность высокоадгезивный
Показатели выживаемости в ЖКТ:
Рост при:
2 % №01, +
4 % №01, -
0,4 % фенола, +
20 % желчи, +
40 % желчи, -
рН=4,5 +
рН=7,5 +
Из данных, представленных в таблице 1, видно, что консорциум бифидобактерий характеризуется достаточно высокой биохимической активностью, о чем свидетельствует продолжительность ферментации молока, обладает устойчивостью к соли, желчи и выживает в достаточно широком диапазоне рН. Высокие адгезивные свойства консорциума свидетельствуют о способности бифидобактерий прикрепляться к эпителиальным клеткам человека, предотвращать фиксацию на них патогенных микроорганизмов и играть важную роль в повышении колонизационной резистентности.
На основании результатов исследований установлено, что разработанный инокулят на основе консорциума разного видового состава бифидобактерий обладает ценными биотехнологическими свойствами.
В дальнейших исследованиях изучали технологические параметры культивирования консорциума бифидобактерий на питательной среде, содержащей водный экстракт кипрея узколистного. Результаты исследований представлены на рисунках 1, 2.
12 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324
Продолжительность культивирования, ч
Рисунок 1 - Влияние водного экстракта кипрея узколистного на наращивание биомассы при совместном культивировании Bifidobacterium adolescentis DSM 283, Bifidobacterium bifidum 83
и Bifidobacterium longum В379М
Из данных, представленных на рисунке 1, видно, что в опытном образце прирост биомассы идет интенсивнее в сравнении с контрольным, о чем свидетельствует более высокая оптическая плотность. Через 16 ч культивирования количество жизнеспособных клеток бифи-добактерий в опытном образце составляет 1011 КОЕ в см3, тогда как в контрольном образце подобное значение отмечено через 22 ч (рис. 2).
10
м
о
«
й о н
и
о «
¡г
-е «
& и
о
Контроль
30%
123456789 1011 1213 1415161718192021222324 Продолжительноть культивирования, ч
Рисунок 2 - Влияние водного экстракта кипрея узколистного на рост консорциума бифидобактерий
8
6
4
2
0
На основании полученных результатов научно обоснованы технологические параметры производства фитопробиотика. С учетом бактерицидных свойств кипрея выбрана оптимальная доза экстракта кипрея 30 % в питательной среде. При этом продолжительность культивирования составляет 16 ч, а количество жизнеспособных клеток бифидобактерий -1011 КОЕ в см3.
Качественная характеристика фитопробиотика представлена в таблице 2.
Таблица 2
Показатели качества и безопасности фитопробиотика
Наименование показателя Контроль Опыт
1 2 3
Консистенция и внешний вид однородная однородная
Цвет от белого до кремового светло -коричневый, с белыми вкраплениями
Вкус и запах чистый, слегка кисловатый, без посторонних привкусов чистый, со специфическим вкусом кипрея узколистного
Предельные значения рН 5,5-7,5 5,5-7,5
Температура при выпуске с предприятия, °С, не более 4±2 4±2
Количество бифидобактерий на конец срока годности, КОЕ в 1 см3, не менее 2^1010 8^10п
Пищевые волокна, мг/100 г, не менее в том числе: растворимые нерастворимые - 0,5 0,47 0,13
Продолжение таблицы 2
1 2 3
Индекс адгезивности 5,4 6,1
Объем продукта (см3), в котором
не допускаются:
БГКП (колиформы) 10 10
S. aureus 10 10
Патогенные микроорганизмы (в том числе
сальмонеллы) 100 100
Дрожжи, плесени, КОЕ в 1 см3,
не более 5 5
Разработанный фитопробиотик характеризуется высокими адгезивными свойствами, содержит пищевые волокна и может быть рекомендован для коррекции микробиоты желудочно-кишечного тракта.
Выводы
На основании проведенных исследований разработана биотехнология фитопробиотика, содержащего в качестве пробиотика консорциум бифидобактерий разного видового состава, а в качестве пребиотика - растительное сырье, кипрей узколистный, который является источником биологически активных веществ. Установлено, что фитопробиотик содержит высокое количество жизнеспособных клеток и обладает синбиотическими свойствами.
Библиография
1. Ардатская М.Д. Пре- и пробиотики в коррекции микроэкологических нарушений кишечника // Фарматека. - 2011. - № 12. - С. 62-68.
2. Булгаков С.А. Профилактика и терапия дисбиотических нарушений кишечника применением пробиотических средств // Фарматека. - 2015. - № 10. - С. 16-19.
3. Утебаева А.А., БурмасоваМ.А., СысоеваМ.А. Перспективы использования бифидобактерий в продуктах функционального питания и лекарственных средствах // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. - 2016. - Т. 6, № 4. - С. 100-104.
4. Гуревич К.Г., Никылов Е.Л., Заборова В.А. Применение пробиотиков в составе комплексной терапии дисбиотических нарушений при некоторых заболеваниях кишечника // Вопросы питания. -2019. - Т. 88, № 1. - С. 77-83.
5. Брилис В.И., Брилене Т.А., ЛенцнерХ.П. и др. Методика изучения адгезивного процесса микроорганизмами // Лабораторное дело. - 1986. - № 4. - С. 210-212.
6. Хамагаева И.С., Бубеев А.Т., Поздняков И.Д. Влияние водного экстракта Chamerion Angustifolium L. на биохимическую активность бифидобактерий // Вестник ВСГУТУ. - 2020. -№ 4 (79). - С. 37-43.
7. Konieczna P., Akdis C.A., Quigley E.M. et. al. Portrait of an immunoregulatory Bifidobacterium // Gut Microbes. - 2012. - N 3 (3):261-6. doi: 10.4161/gmic.20358. PMID: 22572827.
8. Augusto T.H., Carmen S.F-T. Manique L. Study of anticancer properties of proanthocyanidin-rich cinnamon extract in combination with Bifidobacterium animalis subsp. lactis BLC1 and resistance of these free and co-encapsulated materials under in vitro simulated gastrointestinal conditions // Food Research International. - 2020. - Vol. 134 (5). doi: 10.1016/j.foodres.2020.109274.
Bibliography
1. Ardatskaya M.D. Pre- and probiotics in the correction of microecological disorders of the intestine // Farmateka. - 2011. - N 12. - P. 62-68.
2. Bulgakov S.A. Prevention and therapy of intestinal dysbiotic disorders using probiotic drugs // Farmateka. - 2015. - N 10. - P. 16-19.
3. Utebaeva A.A., Burmasova M.A., Sysoeva M.A. Prospects for the use of bifidobacteria in functional food products and medicines // Izvestiya vuzov. Applied Chemistry and Biotechnology. - 2016. - Vol. 6, N 4. - P.100-104.
4. Gurevich K.G., Nikylov E.L., Zaborova V.A. The use of probiotics as part of the complex therapy of dysbiotic disorders in some intestinal diseases // Nutrition Issues. -2019. - Vol. 88, N 1. - P. 77-83.
5. Brilis V.I., Brilene T.A., Lenzner H.P. et al. Methods of studying the adhesive process of microorganisms // Laboratory business. - 1986. - N 4. - P. 210-212.
6. Khamagaeva I.S., Bubeev A.T., Pozdnyakov I.D. Effect of an aqueous extract of Chamerion Angusti-folium L. on the biochemical activity of bifidobacteria // Bulletin of ESSUTM. - 2020. - N 4 (79). - P. 37-43.
7. Konieczna P., Akdis C.A, Quigley E.M. et al. Portrait of an immunoregulatory Bifidobacterium // Gut Microbes. - 2012. - 3(3):261-6. doi: 10.4161/gmic.20358. PMID: 22572827.
8. Augusto T.H., Carmen S.F-T. Manique L. Study of anticancer properties of proanthocyanidin-rich cinnamon extract in combination with Bifidobacterium animalis subsp. lactis BLC1 and resistance of these free and co-encapsulated materials under in vitro simulated gastrointestinal conditions // Food Research International. - 2020. - Vol. 134 (5). doi:10.1016/j.foodres.2020.109274.
