CC BY
1И.С. Хамагаева, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой «Технология молочных продуктов. Товароведение и экспертиза товаров» А.Х. Цыбикова, аспирант кафедры «Технология молочных продуктов.
Товароведение и экспертиза товаров» Н.А. Замбалова, канд. экон. наук, ст. преп. кафедры «Метрология, стандартизация и сертификация» Восточно-Сибирский государственный технологический университет
Тиансонг Сан, проф.
Сельскохозяйственный государственный университет, Внутренняя Монголия, Н.Р. Китай
УДК 637.136:664.87:665.238
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ НА КАЧЕСТВО БАКТЕРИАЛЬНОГО КОНЦЕНТРАТА С ХОЛЕСТЕРИНМЕТАБОЛИЗИРУЮЩИМИ СВОЙСТВАМИ
Представлены результаты научно-исследовательской работы по изучению сочетаемости штамма Lactobacillus helveticus 35-1 с Propionibacterium shermanii AC 2503. Подобраны оптимальные условия культивирования симбиотической закваски и изучена ее биохимическая активность. Разработана технология комбинированного бактериального концентрата в жидкой форме с высокой антимутагенной и холестеринметаболизирующей активностью.
Ключевые слова: лактобактерии, пропионовокислые бактерии, холестерин, симбиотическая закваска, комбинированный бактериальный концентрат.
I.S. Khamagaeva, Dr. Sc. Engineering, Prof., A.Kh. Tsybikova, P.G. N. A. Zambalova, Cand. Sc. Economics, S. Tiansong, Prof.
EFFECT OF CULTIVATION CONDITIONS ON THE QUALITY BACTERIAL CONCENTRATE
REDUCES CHOLESTEROL
The article presents the results of scientific research on the compatibility of the strain Lactobacillus helveticus 35-1 with Propionibacterium shermanii AC 2503. The authors selected the optimal conditions for cultivation of symbiotic yeast and studied its biochemical activity. A technology of combined bacterial concentrate in liquid form with high antimutagenic and cholesterol metabolic activity is worked out.
Key words: lactobacilli, propionic acid bacteria, cholesterol, symbiotic yeast, combined bacterial concentrate.
Введение
В последнее время сердечно-сосудистые заболевания продолжают оставаться основной причиной смертности и инвалидности населения, вызывая наибольшее количество социальных и экономических потерь. По сравнению с развитыми странами Запада в России показатель сердечно-сосудистой заболеваемости и смертности оказался в пять-шесть раз выше. На сегодняшний день установлено более 200 факторов риска, но наиболее распространенными и значимыми являются высокие цифры артериального давления и повышенный уровень холестерина. Результаты исследований, проведенных в Государственном научно-исследовательском центре профилактической медицины, показывают, что около 40% населения России в возрасте 30 лет и старше имеют те или иные факторы риска. В нашей стране от болезней, вызванных атеросклерозом, умирает более 50% людей в возрасте старше 30 лет. Материальный ущерб при этом не поддается исчислению.
Необходимо отметить, что важнейшая роль в профилактике и коррекции нарушений липидного обмена, предупреждении прогрессирования уже развившихся атеросклеротических поражений сосудов принадлежит применению системных продуктов здоровья на основе пробиотических микроорганизмов.
Анализ опубликованных в литературе данных о биологически активных соединениях, продуцируемых пробиотическими микроорганизмами, показал, что до настоящего времени биотехнологический потенциал анаэробных микроорганизмов бифидобактерий, пропионовокислых и лактобактерий практически не используется. Между тем не вызывает сомнения, что эти микроорганизмы являются новым источником промышленного получения ценных метаболитов в биопродуктах. Важность проведения исследований в области микробной экологии, изучения мутагенеза, метаболизма холестерина пробиотически-ми микроорганизмами определяется необходимостью создания биопродуктов массового потребления для
поддержания и сохранения здоровья населения, которые составят достойную конкуренцию традиционным лекарственным средствам. Механизм лечебно-профилактического действия пробиотиков является многогранным и обусловлен не только высоким содержанием жизнеспособных клеток, но и синтезом внеклеточных метаболитов, усиливающих пробиотический эффект. Экзометаболиты пробиотических микроорганизмов подавляют рост патогенной микрофлоры, обладают радиопротекторными, противоопухолевыми, дисмутагенными, иммунокоррегирующими, холестеринметаболизирующими и др. свойствами [1, 2]. Потенциальная возможность к накоплению биологически активных веществ пробиотически-ми микроорганизмами различна, зависит от видовой и штаммовой принадлежности и проявляется в определенных условиях. Это свидетельствует о перспективности изучения прокариот как источников биологически активных веществ для создания продуктов нового поколения.
Целью данной работы является подбор условий культивирования пропионовокислых бактерий и лактобацилл для получения комбинированного бактериального концентрата с высокой антимутагенной и холестеринметаболизирующей активностью.
Объекты и методы исследований
Объектом исследований служили чистые культуры пропионовокислых бактерий Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii АС 2503, полученные из фонда Всероссийской коллекции микроорганизмов Института биохимии и физиологии микроорганизмов (Москва), активизированные уникальным биотехнологическим методом, разработанным в ВСГТУ, и Lactobacillus helveticus 35_i из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов ФГУП ГосНИИ Генетика.
Культивирование микроорганизмов проводили на разработанной нами питательной среде на основе молочной сыворотки [3], в которую добавляли 1% очищенной сыворотки крови человека. Сыворотку крови получали с МУЗ «Бурятская республиканская станция переливания крови». В качестве контроля использовали питательную среду без добавления сыворотки крови. Накопление биомассы микроорганизмов проводили путем периодического культивирования при 30оС. Рост культур оценивали по изменению оптической плотности X = 550 нм на фотоэлектроколориметре. Титр жизнеспособных клеток пропионовокислых бактерий определяли по числу КОЕ при высеве клеточной суспензии на среду ГМК, а лактобацилл на среду MRS.
Для определения уровня холестерина использовали ферментативный метод [4]. Принцип метода заключается в том, что под действием фермента холестеринэстеразы эфиры холестерина распадаются на холестерин и перекись водорода. Далее холестерин под воздействием холестериноксидисмутазы дает окрашенное соединение. Интенсивность окраски в реакционной смеси прямо пропорциональна концентрации холестерина в пробе. Концентрацию холестерина в пробе определяли расчетным методом. Биосинтез экзополисахаридов (ЭПС) определяли антроновым методом [5], антимутагенную активность определяли по тесту Эймса [6], адгезивные свойства по методу Брилис [7].
Результаты и их обсуждение
При соединении штаммов разных видов бактерий важно добиться их сочетаемости, взаимного стимулирования и обеспечения активного роста заквасочных культур. На основании скрининга различных видов и штаммов пробиотических микроорганизмов нами были выбраны заквасочные культуры P. shermanii AC 2503 и L. helveticus 35_ь обладающие наиболее высокой холестеринметаболизирующей активностью для создания комбинированного бактериального концентрата. Ранее нами установлено, что наиболее благоприятными условиями для совместного культивирования P. shermanii AC 2503 и L. helve-ticus 35_i являются соотношение 95:5 и температура 30оС. При этом отмечается сбалансированный рост микроорганизмов, выраженная холестеринметаболизирующая активность, умеренная кислотность, активность ферментации молока 10-12 ч и высокое количество жизнеспособных клеток [8]. Характеристика инокулята представлена в таблице 1.
Таблица 1
Качественная характеристика комбинированного инокулята
Показатель Характеристика
Внешний вид и консистенция Однородная, в меру плотная, без отстоя сыворотки
Вкус и запах Чистый кисломолочный, без посторонних привкусов и запахов
Цвет Молочно-белый или с кремовым оттенком
Продолжительность ферментации, ч 10-12
Кислотность, °Т 80+1
Активная кислотность, рН 4,72
Холестеринметаболизирующая активность, % 89,41+0,1
Количество жизнеспособных клеток P. shermanii, КОЕ в 1 см3 2*109
Количество жизнеспособных клеток L. helveticus, КОЕ в 1 см3 1*109
Контаминация отсутствует
Данные, представленные в таблице 1, свидетельствуют о высокой холестеринметаболизирующей активности инокулята. Исследования показали, что сочетание микроорганизмов в комбинированной закваске повышает ее холестеринметаболизирующую активность.
В дальнейших исследованиях изучали влияние условий культивирования на рост комбинированной закваски. Следует отметить, что доза вносимого инокулята должна обеспечивать начало роста микроорганизмов с минимальной лаг-фазой. Нами было установлено, что оптимальная плотность популяций и рост микроорганизмов достигаются при внесении 3 % инокулята. Результаты исследований представлены на рисунке.
- Закваска на основе L. helveticus ■ -Закваска на основе P. shermanii
Время, ч -Комбинированная закваска
Рис. Рост биомассы пробиотических микроорганизмов в процессе культивирования
Таблица 2
Качественная характеристика комбинированного бактериального концентрата в жидкой форме
Показатель
1
Вкус и запах
Консистенция и внешний вид
Цвет
Предельные значения рН
Температура при выпуске с предприятия, °С
Количество клеток, КОЕ/см
L. helveticus 35-1
P. shermanii AC 2503
Холестеринметаболизирующая активность, %
Антимутагенная активность (ингибирование),
%
Адгезивные свойства:
СПА
КУЭ, %
ИАМ (M+m)
Биосинтез экзополисахаридов, мкг/мл
Объем продукта (см3), в котором не допускаются:
БГКП (колиформы)
S. aureus
Патогенные микроорганизмы
( в т.ч. сальмонеллы)
Дрожжи, КОЕ/см , не более
Плесени, КОЕ/см3, не более
Характеристика
2
Чистый, слегка кисловатый, без посторонних привкусов и запахов
Однородная, с незначительным отстоем сыворотки
От белого до светло-желтого
4,6-4,8
4-6
2*101
1*101
93,51+0,1
50,4
4,8
86
5,58+1,1
1,08
10
10
50
10
10
Из рисунка видно, что максимальный прирост биомассы заквасочных культур достигается к 18 часам культивирования, т.е. к концу экспоненциальной фазы развития, затем следует стационарная фаза,
где наблюдается остановка роста микроорганизмов. Следует отметить наиболее активный рост бактериальной массы при культивировании комбинированного инокулята, что свидетельствует о сочетаемости заквасочных культур и их взаимном стимулировании. Это, вероятно, объясняется высокой протеолити-ческой активностью культуры L. helveticus, которая расщепляет белковые компоненты в питательной среде с образованием пептидов и аминокислот и создает благоприятные условия для роста пропионово-кислых бактерий.
В результате проведенных исследований выбраны оптимальные технологические параметры производства бактериального концентрата с холестеринметаболизирующими свойствами. Характеристика концентрата представлена в таблице 2.
Из данных таблицы 2 видно, что концентрат обладает высокой холестеринметаболизирующей, антимутагенной и адгезивной активностью, синтезирует экзополисахариды и содержит высокое количество жизнеспособных клеток пробиотических микроорганизмов. Учитывая высокие пробиотические свойства концентрата в жидкой форме, его можно рекомендовать в качестве биологически активной добавки к пище для лечения и профилактики заболеваний, вызванных повышенным уровнем холестерина в крови.
Выводы
В результате проведенных исследований подобраны условия совместного культивирования P. shermanii AC 2503 и L. helveticus 35_i и разработан комбинированный бакконцентрат в жидкой форме, обладающий высокими антимутагенными и холестеринметаболизирующими свойствами.
Библиография
1. Chen, Y.S., Christensen J.E., Broadbent J.R., and Steele J.L.. 2003. Identification and characterization of Lactobacillus helveticus, an endopeptidase with post-proline specificity. Appl. Environ. Microbiol. 69:1276-1282.
2. Slattery, L. Invited review: Lactobacillus helveticus - A thermophilus dairy starter related to gut bacteria [Текст] / L. Slattery, J.O.'Callaghan, G.F. Fitzgerald, T. Beresford, R.P. Ross // Journal of Dairy Science. -2010. - № 10. -C. 4435-4456.
3. Хамагаева, И. С. Биотехнология заквасок пропионовокислых бактерий [Текст] / И. С. Хамагаева, Л.М. Ка-чанина, С.М. Тумурова. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2006. - 172 с.
4. БалябинаМ.Д., Слепышева В.В., Козлов А.В. Методы определения холестерина. - М.: Гепатология, 2004. -Т. 6, №6. - С. 21-39.
5. Пирог, Т.П. Защитные функции экзополисахаридов, синтезируемых бактериями Acetobacter sp. [Текст] / Т.П. Пирог, Т.А. Гринберг, Ю.Р. Малашенко // Микробиология. - 1997. - Т.66, №3. - С.335-340.
6. Воробьева, Л.И. Антимутагенность пропионовокислых бактерий[Текст] / Л.И. Воробьева // Микробиология. - 1991. - Т. 60, №56. - С.83-89.
7. Брилис, В.И. Методика изучения адгезивного процесса микроорганизмов [Текст] / В.И. Брилис, Т.А. Бри-лене, Х.П. Ленцнер, А.А. Ленцнер // Лабораторное дело. - 1986. - №4. -С. 210-214.
8. Хамагаева, И.С. Исследование биохимической активности комбинированной закваски на основе Lactobacillus helveticus 35-1 и Propiоnibacterium shermanii AC2503 [Текст] / И.С. Хамагаева, А.Х. Цыбикова // XII международная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства». - Йошкар-Ола, 2010. - С. 307-308.
Bibliography
1. Chen, Y.S., Christensen J.E., Broadbent J.R., and Steele J.L. 2003. Identification and characterization of Lactobacillus helveticus, an endopeptidase with post-proline specificity. Appl. Environ. Microbiol. 69:1276-1282.
2. Slattery, L. Invited review: Lactobacillus helveticus - A thermophilus dairy starter related to gut bacteria ^ext] / L. Slattery, J.O.'Callaghan, G.F. Fitzgerald, T. Beresford, R.P. Ross // Journal of Dairy Science. -2010. - № 10. -C. 44354456.
3. Khamagaeva, I.S. Biotechnology of propionic acid bacteria starter cultures [Text] / I.S. Khamagaeva, L.M. Kachanina, S.M. Tumurova. - Ulan-Ude: ESSTU, 2006. - 172 p.
4. BalyabinaM.D., Slepysheva V.V., KozlovA.V. Methods for determination of cholesterol. - M.: Hepatology, 2004. -Vol. 6, № 6. - P. 21-39.
5. Pirog, T.P. Protective functions of exopolysaccharides synthesized by bacteria Acetobacter sp. [Text] / T.P. Pirog, T.A. Grin-berg, U. R. Malashenko // The Microbiology. - 1997. - Vol. 66, №3. - P. 335-340.
6. Vorobyeva, L.I. Antimutagenicity of propionic acid bacteria [Text] / L.I. Vorobyeva // The Microbiology. - 1991. Vol. 60, №56. - P. 83-89.
7. Brilis V.I. Method for studying the adhesive process of microorganisms [Text] / V.I. Brilis, T.A. Brilene, Kh.P. Lentsner, A.A. Lentsner // The Laboratory work. - 1986. - №4. - P. 210-214.
8. Khamagaeva I.S. Investigation of the biochemical activity of the combined starter on Lactobacillus helveticus 35-1 and Propi-onibacterium shermanii AC 2503 [Text] / I. S. Khamagaeva, A.Kh. Tsybikova // - XII international scientific and practical conference "Topical issues of improving the technology of production and processing of agricultural products". - Yoshkar-Ola , 2010. - P. 307-308.
