CC BY
94
УДК 663.941.3
З. А. Бадретдинова, А. В. Канарский
ВЛИЯНИЕ УГЛЕВОДОВ ЦИКОРИЯ НА НАКОПЛЕНИЕ БИОМАССЫ BIFIDOBACTERIUM BIFIDUM
Ключевые слова: цикорий, инулин, питательная среда, Bifidobacterium Bifidum.
Определено накопление биомассы Bifidobacterium bifidum на питательных средах, содержащих углеводы цикория. Установлено положительное влияние углеводов цикория на накопление биомассы Bifidobacterium bifidum.
Keywords -chicory, inulin, medium, Bifidobacterium bifidum.
The biomass accumulation of Bifidobacterium bifidum on medium containing chicory carbohydrates was defined. The positive effect of carbohydrates chicory on biomass accumulation of Bifidobacterium bifidum was identified.
Актуальность
Известно, что в толстом кишечнике бифидобак-терии вырабатывают ферменты класса гидролаз, которые расщепляют лактодериваты, выделяя при этом энергию для их роста и размножения и органические кислоты, препятствующие развитию патогенных микроорганизмов [1,2].
Положительное влияние пребиотиков на рост пробиотиков бифидобактерий может быть использовано в промышленных условиях для производства биомассы этих бактерий с последующим использованием этих микроорганизмов в соответствующих пищевых производствах.
Для производства биомассы бифидобактерий необходимо доступное сырье, содержащее углеводы, в частности фруктаны, и обладающее пребиотически-ми свойствами.
Фруктаны в основном обнаружены в соке органов накопления запасных питательных веществ сложноцветных культур [3]. В частности, в корнях одуванчика лекарственного (Taraxacum offciale L.), лопуха большого (Artuim lappa L.) и цикория (Cichorium intydus L.), в клубнях георгины (Dahlia variabilis L.) и топинамбура (Helianthus tuberosus L.), и в цветах и стеблях артишока (Cynara scolymus L.) [4]. Другие углеводы, содержащиеся в цикории, это сахароза (15,9-16,3 %), фруктоза (5,7-5,9 %), глюкоза (2,7-2,8 %) целлюлоза (3,5-5,5 %) и пектин (6,010,0 %) [5,6,7]. Наибольшую ценность как пребио-тик среди фруктанов представляет инулин, содержащийся в наибольшом количестве в цикории. Следует заметить, что цикорий как сельскохозяйственная культура достаточно урожайна, неприхотлива. Цикорий как техническое сырье отличается длительностью хранения с минимальными потерями углеводов и технологичностью при переработке.
Существующие способы переработки цикория сводятся к термической обработке, при которой углеводы, содержащиеся в цикории, подвергаются гидролизу (фруктаны) и карамелизации (сахароза, моносахариды). Происходят реакции образования циклов и конденсации с азотсодержащими компонентами цикория (аминокислоты, белки). Таким образом, термическая обработка цикория приводит к изменениям состава и свойств и ставит под вопрос целесообразность применения продуктов перера-
ботки цикория в качестве компонента питательной среды для бифидобактерий.
В этой связи поиск способов переработки цикория с получением углеводов-пребиотиков для культивирования и накопления биомассы Bifidobacterium bifidum в промышленных условиях весьма актуально.
Целью работы являлось определение накопление биомассы Bifidobacterium bifidum на питательных средах, содержащих углеводы цикория. При этом сравнивали влияние углеводов цикория на накопление биомассы Bifidobacterium bifidum 2 штаммов.
Методическая часть
Определение накопление биомассы
Bifidobacterium bifidum DSM 20239 (DSMZ, Германия) и препарата «Бифидумбактерин сухой» проводили in vitro на средах с источниками углеводов, указанными ниже.
Bifidobacterium bifidum - строгие анаэробы, грам-положительные, не кислоустойчивые, не образующие спор, неподвижные бактерии [8]. В анаэробных условиях на поверхности питательной среды МРС среды образуют круглые мелкие белые колонии [9]. Чрезвычайно вариабельные по внешнему виду палочки. На морфологию могут влиять условия питания, при пересевах прямые и изогнутые палочки неравномерной ширины могут иметь изломы. Газа не образуют. Глюкоза сбраживается до уксусной и L-(+) молочной кислот. Масляная, пропионовая кислоты и СО2 не образуются. В присутствии СО2 иногда могут быть толерантными к кислороду [10].
В экспериментах использовали питательную среду МРС агар (Sigma Aldrich). Поскольку среда не является селективной для культивирования отдельных видов и родов молочно-кислых бактерий, на ней могут расти различные виды родов Lactobacillus, Bifidobacterium, Leuconostoc и другие бактерии.
Среда состоит из следующих компонентов (г/л): пептон из казеина 10,0; мясной экстракт 5,0; дрожжевой экстракт 5,0; D-глюкоза 20,0; фосфат калия двузамещенный 2,0; аммоний лимоннокислый дву-замещенный 2,0; ацетат натрия 5,0; сульфат магния 0,1; сульфат марганца 0,05; Tween-80 1,0; агар 12,0.
Сухую среду растворяли в дистиллированной воде, оставляли на 20-30 минут для набухания, затем автоклавировали при 121 °С в течении 15 минут.
Для активации бифидобактерий готовили иноку-лят из лиофилизированных бактерий, путем их внесения в стерильную среду МРС бульон (Sigma Ald-rich), помещали в термостат на 48 часов при температуре (37±1) 0С в атмосфере СО2 в анаэростате с газогенирирующими пакетами Anaerocult-С (Merck).
Среду с бактериями суспензировали, переливали в стерильные эппендорфы и центрифугировали при 3000 об/мин в течение 10 минут.
Препарат «Бифидумбактерин сухой» предварительно растворяли в питательной среде и активизировали при температуре (37±1) 0С в течение 24 часов. Готовили серию разведений.
Из приготовленных разведений делали посевы по 1,0 см3 в два параллельных ряда чашек Петри с различными питательными средами и контрольной пробой. Пробы инкубировали в течение 72 часов в термостате при температуре (37±1) 0С. Посевы выращивали, соблюдая анаэробные условия в указанном выше анаэростате.
В питательную среду МРС агар вносили пробы продуктов из цикория в количестве 33,3 % от сухой массы питательной среды [11].
В качестве источника углевода использовали следующие продукты переработки цикория:
1. Цикорий растворимый (Leroux, Франция)
2. Мука цикорная (Leroux, Франция)
3. Цикорий жареный измельченный (Leroux, Франция)
4. Цикорий сушеный измельченный №1 (ООО «Современник», Россия)
5. Цикорий сушеный измельченный №2 (ООО «Современник», Россия)
6. Цикорий сушеный измельченный №3 (ООО «Современник», Россия)
7. Растворимый цикорий (ООО «Флагистом», Россия)
8. Растворимый цикорий (ООО «Айсберг и Ко», Россия)
9. Растворимый цикорий (ООО «СлавКофе», Россия)
10. Растворимый цикорий (ООО «Вокруг Света»2, Россия)
11. Растворимый цикорий (ООО «Вокруг Света», Россия)
12. Растворимый цикорий (ООО «Фаворит», Россия)
13. Растворимый цикорий (ООО «Бэтта +», Россия)
14. Фруктоза (Caesar & Loretz GmbH, Германия)
15. Инулин (Spinnrad GmbH, Германия)
16. Олигофруктоза (Spinnrad GmbH, Германия)
17. Сахароза
18. Контрольная проба (глюкоза).
К сухой среде МРС агар добавляли пробу и дистиллированную воду, затем среды подвергали стерилизации в автоклаве при температуре 121°С в течении 15 минут. Готовые среды охлаждали до 45°С и разливали в стерильные чашки Петри.
Подсчет количества клеток бифидобактерий в 1 см3 продукта производят путем умножения числа выросших колоний на соответствующее разведение. Х = а-10",
где а - среднее арифметическое значение количества колоний в каждом учитываемом разведении, КОЕ/г (см3); 10 -коэффициент кратности разведения; n - показатель последнего разведения продукта, в котором отмечен рост бифидобактерий.
За окончательный результат анализа принимают среднее арифметическое значение результатов, полученных в двух параллельных посевах [10].
Результаты и их обсуждение
Анализ результатов, представленных на рис. 1, позволяет сделать вывод, что на накопление биомассы Bifidobacterium bifidum влияет состав продуктов, полученных из цикория.
■ Бифидумбактерин DSM 20239
Рис. 1 - Накопление биомассы Bifidobacterium bifidum на средах с углеводами цикория:
1 - Цикорий растворимый (Leroux, Франция);
2 - Мука цикорная (Leroux, Франция);
3 - Цикорий жареный измельченный (Leroux, Франция);
4 - Цикорий сушеный измельченный №1 (ООО «Современник», Россия);
5 - Цикорий сушеный измельченный №2 (ООО «Современник», Россия);
6 - Цикорий сушеный измельченный №3 (ООО «Современник», Россия);
7 - Растворимый цикорий (ООО «Флагистом», Россия);
8 - Растворимый цикорий (ООО «Айсберг и Ко», Россия);
9 - Растворимый цикорий (ООО «СлавКофе», Россия);
10 - Растворимый цикорий (ООО «Вокруг Света»2, Россия);
11 - Растворимый цикорий (ООО «Вокруг Света», Россия);
12 - Растворимый цикорий (ООО «Фаворит», Россия);
13 - Растворимый цикорий (ООО «Бэтта +», Россия);
14 - Фруктоза (Caesar & Loretz GmbH, Германия);
15 - Инулин (Spinnrad GmbH, Германия);
16 - Олигофруктоза (Spinnrad GmbH, Германия);
17 - Сахароза;
18 - Контрольная проба (глюкоза)
Внесение инулина и фруктозы (образцы 14 и 15) в состав питательной среды дает максимальное накопление биомассы бифидобактерий.
Добавление термически необработанных продуктов цикория, в виде муки (образцы 2, 4 и 5), также оказывает положительное влияние на накопление биомассы Bifidobacterium bifidum.
Вещества, содержащиеся в термически обработанных продуктах цикория (образцы 1,3,6-13), оказывали угнетающее действие на рост бактерий на средах с добавлением этих продуктов цикория. В ранее проведенных исследованиях показано, что при обжарке происходит гидролиз инулина. При этом увеличивается содержание фруктозы от 2 до 20%, содержание инулина уменьшается в 2 раза, образуется ангидрид фруктозы - левулозан, содержание которого составляет 8-9 %. Также при достаточно высокой температуре обжарки (до 180 °С) фруктоза и ее ангидрид подвергаются реакциям ка-рамелизации и меланоидинообразования, образуя при этом карамелен и другие продукты распада сахаров. Их содержание может доходить до 14-15 % [12].
Наиболее благоприятное влияние инулин и смесь углеводов цикория оказывают на Bifidobacterium bifidum (препарат «Бифидумбактерин сухой»). Физиологическая активность Bifidobacterium bifidum (DSM 20239) на питательных средах, содержащих углеводы цикория ниже на 35-40 %.
Выводы
Введение в питательную среду инулина, фруктозы, а также измельченного цикория положительно влияние на накопление биомассы Bifidobacterium bifidum и способствует ее увеличению до 10 %.
Добавление термически обработанных продуктов из цикория оказывает негативное влияние на накопление биомассы Bifidobacterium bifidum и снижает ее на 30-35 % по сравнению с контрольной пробой.
Литература
1. Корнеева О.С. Исследование бифидогенной активности тагатозы и фукозы / О.С. Корнеева, Е.И. Мельникова, Т.В. Санина, М.О. Ширунов, О.А. Мурадова // Вестник
ВГУ, серия: Химия. Биология. Фармация. - №1, 2012. -С.107-110
2. Marteau P. Nutritional advantages of probiotics and prebiot-ics / P. Marteau, M.C. Boutron-Ruault // British Journal of Nutrition. - V.87., №2, 2001. - P.153-157
3. Бадретдинова З.А. Фруктаны сельскохозяйственных культур / Бадретдинова З.А., Канарский А.В. // Вестник Казанского технологического университета. - т.16, №19, 2013. - С.207-210.
4. Roberfroid M. Introducing inulin-type fructans / Roberfroid M. // British Journal of Nutrition, №93, 2005. - P.13-25
5. Leclercq E. Sesquiterpene lactones and inulin from chicory roots: extraction, identification, enzymatic release and sensory analysis. Thesis. 1992. 137 p.
6. Jurgonski A. Properties of Non-Inulin Compounds from Chicory / Jurgonski A., Milala J., Juskiewicz J., Zdunczyk Z., Krol B. // Food Technol. Biotechnology - Vol. 49 (1), 2011. - P.40-47
7. Магомедов Г.О. Разработка технологии получения гид-ролизованного цикорного пюре / Магомедов Г.О., Яковлев Е.А., Сиволобова Н.А. // Вестник КрасГАУ. - №5, 2007. - С.227-231
8. Божко О.Ю. Изучение пребиотических свойств заменителя сахара изомальтулозы вПусловиях in vitro / О.Ю. Божко, Г.П. Шуваева, О.С. Корнеева // Современные проблемы науки иПобразования. - № 5, 2011. - URL: www.science-education.ru/99-4920
9. Общая фармакопейная статья. Бифидосодержащие про-биотики.
10. А.Ф. Доронин, Б.А. Шендеров, Т.И. Изотова Методические указания к лабораторным работам «Методы микробиологического контроля продуктов детского и функционального питания». М:МГУПП, 2011. 30 с.
11. Goderska K. Comparison of the growth of Lactobacillus Acidophilus and Bifidobacterium Bifidum species in media supplemented with selected saccharides including prebiotics / Goderska K., Nowak J., Czarnecki Z. // Acta Sci. Pol., Technol. Aliment. - № 7(2), 2008. - P.5-20
12. Бадретдинова З.А., Канарский А.В. Влияние на содержание фруктанов способов термической обработки цикория сорта «Александр» / Бадретдинова З.А., Канарский А.В. // Вестник Казанского технологического университета. - т.17., №14, 2014. - С.408-410.
© З. А. Бадретдинова - аспирант каф. Пищевая инженерия малых предприятий, КНИТУ, [email protected]; А. В. Канарский - д.т.н., профессор каф. Пищевая инженерия малых предприятий, КНИТУ, [email protected].
© Z. A. Badretdinova - postgraduate, Department food engineering of small enterprises, Kazan national research technological university, [email protected]; A. V. Kanarsky - doctor of technical science, professor Department food engineering of small enterprises, Kazan national research technological university, [email protected].
