CC BY
4И.С. Хамагаева, д-р. техн. наук, проф., e-mail: [email protected] А.Т. Бубеев, канд. биол. наук, доц., e-mail: [email protected] И.Д. Поздняков, аспирант, e-mail: [email protected] Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г.Улан-Удэ
УДК 66.061.3+637.1
ВЛИЯНИЕ ВОДНОГО ЭКСТРАКТА CHAMERION ANGUSTIFOLIUM L. НА БИОХИМИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ БИФИДОБАКТЕРИЙ
Изучено влияние водного экстракта Chamerion Angustifolium L. (Кипрея узколистного) в питательной среде на биохимическую активность бифидобактерий Bifidobacterium adolescentis DSM 283, а также при их совместном культивировании с Bifidobacterium longum B379M. Установлено, что экстракт кипрея обладает бифидогенными свойствами и ускоряет наращивание биомассы и рост клеток бифидобактерий. Максимальный стимулирующий эффект обнаружен при концентрации кипрея 30%. При этом количество жизнеспособных клеток бифидобактерий Bifidobacterium adolescentis DSM 283 через 15 ч культивирования составляет 1010 КОЕ в см3, а при совместном культивировании Bifidobacterium adolescentis DSM283 и Bifidobacterium longum B379М -1011 КОЕ в см3, что свидетельствует о повышении их биохимической активности. Отмечено, что при дальнейшем повышении концентрации до 40% начинают превалировать его бактерицидные свойства, что приводит к задержке роста бифидобактерий.
На основании полученных данных подобрана оптимальная концентрация экстракта кипрея 30% в питательной среде, которая стимулирует рост бифидобактерий, сокращает продолжительность культивирования и обеспечивает в биомассе высокое количество жизнеспособных клеток.
Ключевые слова: экстракт Chamerion Angustifolium L., бифидобактерии, биомасса, Bifidobacterium adolescentis DSM 283, оптическая плотность, Bifidobacterium longum B379М.
I.S. Khamagaeva, Doctor of Technical Sciences, prof., e-mail: [email protected] A-Т. Bubeev, Candidate of biological sciences. Assoc.
I.D. Pozdniakov, graduate student, e-mail: [email protected]
EFFECT OF WATER EXTRACT CHAMERION ANGUSTIFOLIUM L.
ON THE BIOCHEMICAL ACTIVITY OF BIFIDOBACTERIA
The effect of water extract Chamerion Angustifolium L. (Fireweed) in a nutrient medium on the biochemical activity of bifidobacteria Bifidobacterium adolescentis DSM 283, as well as during their co-cultivation with Bifidobacterium longum B379M, was studied. It was found that the extract of fireweed has bifidogenic properties and accelerates the growth of biomass and growth of bifidobacterial cells. The maximum stimulating effect was found at a concentration of 30%. At the same time, the number of viable cells of bifidobacterium adolescentis DSM 283 by 15 hours of cultivation is 109 CFU/cm3, and upon co-cultivation of Bifidobacterium adolescentis DSM 283 and Bifidobacterium longum B379M 1010 CFU/cm3, which indicates an increase in their biochemical activity.
It is noted that with a further increase in concentration to 40%, its bactericidal properties begin to prevail, which leads to a delay in the growth of bifidobacteria.
Based on the data obtained, the optimal fireweed extract of 30% in the nutrient medium was selected, stimulates the growth of bifidobacteria, shortens the cultivation time and provides a high number of viable cells in the biomass.
Key words: Chamerion Angustifolium L. extract, bifidobacteria, biomass, Bifidobacterium adolescentis DSM283, optical density, Bifidobacterium longum B379М.
Введение
В настоящее время наиболее изученным и практически реализованным направлением поддержания микробиома человека и животных на оптимальном уровне является использование для этих целей микробных препаратов на основе живых микроорганизмов - представителей нормальной микрофлоры пищеварительного тракта [1, 2]. Многолетние наблюдения за
лечебной и профилактической активностью пробиотиков показали, что наименьшими побочными эффектами при их длительном применении обладают бифидобактерии. Это дает основание использовать бифидосодержащие пробиотики для систематического применения людьми всех возрастов вне зависимости от их физического или патологического состояния [3, 4, 5]. Для улучшения технологических и функциональных характеристик пробиотиков на основе бифидобактерий является перспективным использование пребиотических субстанций на основе растительного сырья, повышающих их биохимическую активность и лечебно-профилактические свойства.
Особый интерес представляют растения, оказывающие влияние не только на бифидобактерии, но и на организм человека. Среди растений заслуживает внимания кипрей узколистный Chamerion Angustifolium L., издавна применяемый в народной медицине и содержащий в своем составе богатый набор биологически активных веществ.
В народной медицине успешно используются противомикробные свойства кипрея для лечения инфекций желудочно-кишечного тракта. Chamerion Angustifolium L. оказывает выраженное обволакивающее и вяжущее действие, поэтому растение рекомендуется использовать при патологиях пищеварительного тракта - гастрите, колите, язвенной болезни [7].
Наиболее важными для слизистой кишечника специфическими функциями пробиотиче-ских микроорганизмов является продуцирование ими в процессе своей жизнедеятельности субстратов летучих жирных кислот, аминокислот, а также микронутриентов, таких как витамины, антиоксиданты, антимутагенные вещества и др.
В связи с этим одним из актуальных направлений современной биотехнологии является создание БАД нового поколения на основе синергизма пробиотических микроорганизмов и растительного сырья, что позволит значительно повысить функциональные свойства биопрепаратов.
Цель исследования - изучить влияние водного экстракта Chamerion Angustifolium L. на биохимическую активность бифидобактерий.
Материалы и методы
Объектами исследований были водный экстракт кипрея узколистного, штамм Bifidobacterium longum В379М и Bifidobacterium adolescentis DSM 283, полученные из Всероссийской коллекции микроорганизмов ФГУП ГосНИИ «Генетика», активизированные биотехнологическим методом, разработанным ВСГУТУ.
Бактерии выращивали на питательной среде на основе молочной сыворотки с внесением ростовых компонентов [8].
При проведении экспериментальных исследований часть сыворотки заменяли на водный экстракт Chamerion Angustifolium L.
Для приготовления экстрактов кипрея узколистного применяли общепринятую рецептуру: на 200 мл воды использовали 10 г сухого растительного сырья, нагревали при температуре 100 °С в течение 15 мин. Осадок отделяли путем фильтрования через бумажный фильтр.
Бифидобактерии культивировали при 37 °С в колбах объемом 250 мл. В качестве иноку-лята использовали культуры бифидобактерий стационарной фазы роста, выращенные на сывороточной среде. Инокулят вносили в количестве, дающем начальную оптическую плотность суспензии 0,536.
О росте биомассы судили по изменению оптической плотности при длине волны 580 нм. Количество жизнеспособных клеток бифодобактерий определяли методом предельных разведений на среде ГМК по ТУ 10-02-02-789-192-95.
Все опыты проводили в трехкратной повторности. Полученные данные обрабатывали с использованием пакета статистических программ Excel.
Результаты исследований
В первой серии опытов изучено влияние водного экстракта кипрея узколистного на наращивание биомассы и количество клеток бифидобактерий Bifidobacterium adolescentis DSM. Результаты исследований представлены на рисунах 1, 2.
Рисунок 1 - Влияние различных доз водного экстракта Chamerion Angustifolium L. на наращивание биомассы Bifidobacterium adolescentis DSM 283
Из данных, представленных на рисунке 1, видно, что при внесении 20% экстракта кипрея наблюдается интенсивное наращивание биомассы, о чем свидетельствует значительное повышение оптической плотности от 0,52 до 0,73. Дальнейшее увеличение концентрации кипрея до 30% приводит к некоторому снижению прироста биомассы, а при концентрации 40% наблюдается задержка роста биомассы. При этом количество жизнеспособных клеток бифидобактерий через 15 ч культивирования при концентрации 20% составляет 109 КОЕ в см3, а с увеличением концентрации до 30% - 1010 КОЕ в см3 (см. рис. 2):
10
w
О
«
и о н
<а «
g в
О ^н ^ «
s
£ u О
Контроль 20% 30% 40%
6 5 4 3 2 1
123456789 101112131415 Время, ч
Рисунок 2 - Влияние водного экстракта Chamerion Angustifolium L. на рост бифидобактерий Bifidobacterium adolescentis DSM 283
9
8
7
Бифидогенные свойства водного экстракта кипрея обусловлены, вероятно, наличием в его составе полисахаридов, слизей, клетчатки, в большом количестве витамина С, дубильных веществ, пектина и др.
Но вместе с тем следует отметить, что бифидогенные свойства экстракта действуют до определенной концентрации 30% в питательной среде. Отмечено, что при дальнейшем повышении концентрации до 40% начинают превалировать его бактерицидные свойства, что приводит к задержке роста бифидобактерий. Необходимо подчеркнуть, что такая же динамика ранее получена при исследовании бифидобактерий B. longum В379М.
В следующей серии опытов изучено влияние экстракта кипрея на биохимическую активность бифидобактерий B. adolescentis DSM 283 и B. longum В379М, взятых в соотношении 1:1, при совместном культивировании. Результаты исследований представлены на рисунах 3, 4.
Рисунок 3 - Влияние водного экстракта Chamerion Angustifolium L. на наращивание биомассы при совместном культивировании Bifidobacterium adolescentis DSM 283 и Bifidobacterium longum B379M
Данные, представленные на рисунке 3, показывают, что повышение концентрации кипрея от 20 до 30 % приводит к пропорциональному ускорению наращивания биомассы в сравнении с контролем. Максимальный стимулирующий эффект отмечен при внесении 30 % экстракта кипрея.
Интересным является тот факт, что при повышении концентрации экстракта до 40 % прирост биомассы замедляется и оптическая плотность составляет 0,922, тогда как при концентрации 30 % она составляет 0,971, что является подтверждением бактерицидных свойств кипрея.
Следует отметить, что интенсивное наращивание биомассы сопровождается активным ростом бифидобактерий. Было обнаружено, что количество жизнеспособных клеток бифидобактерий в конце культивирования составляет 1011 КОЕ в см3, что свидетельствует о повышении биохимической активности бифидобактерий при совместном культивировании.
ш
О
«
и о н
<D
п
S3 в
О ^н
S «
s &
1-
О
11 10
Контроль 20% 30% 40%
123456789 1011 1213 1415 Время, ч
Рисунок 4 - Влияние водного экстракта Chamerion Angustifolium L. на рост Bifidobacterium adolescentis DSM 283 и Bifidobacterium longum B379M при совместном культивировании
Выводы
В результате проведенных исследований подобрана оптимальная концентрация кипрея 30% в питательной среде, стимулирующая рост бифидобактерий B. adolescentis DSM 283 и B. longum В379М при совместном культивировании и позволяющая получить биомассу с высоким количеством жизнеспособных клеток.
Установлено, что водный экстракт кипрея сочетает как бифидогенные, так и бактерицидные свойства, которые необходимо учитывать при разработке питательных сред для культивирования пробиотических микроорганизмов.
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Библиография
1. Шендеров Б.А. Функциональное питание и его роль в профилактике метаболического синдрома. - М.: Дели принт, 2008. - 319 с.
2. Шевелева С.А. Роль пробиотических продуктов в питании // Качество жизни. Медицина. Функциональное питание. - 2006. - С. 2-3.
3. Осипенко М. Ф. Применение пробиотиков в лечении патологии внутренних органов // Фарма-тека. - 2005. - № 14. - С. 14, 16-20.
4. Nekmat S., McMahon D.J. Survival of Lactobacillus acidophilus and Bifidobacterium bifid in ice cream for use as probiotic food // J. Dairy Sci. - 1992. - N 75. - Р. 1415-1422.
5. Lee Y.K., Salminen S. The coming of age of probiotics // Trends Food Sci. Technol. - 1995. - N 6. -Р. 241-245.
6. Sanchez B., De Los Reyes-Gavilan C.G., Margolles A. et al. Probiotic fermented milks: Present and future // Int. J. Dairy Technol. - 2009. - N 62. - P. 472-483.
7. Шапиро Я. С. Некоторые аспекты культивирования кипрея узколистного (Chamerion Angustifolium (L.) Holub, Onagraceae) // Известия Санкт-Петербургского аграрного университета. - 2015. -№ 39. - С. 29-31.
8. Хамагаева И.С., Качанина Л.М., Тумурова С.М. Биотехнология заквасок пропионовокислых бактерий. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2006. -172 с.
Bibliography
1. ShenderovB.A. Functional nutrition and its role in the prevention of metabolic syndrome. - M.: Delhi print, 2008. - 319 p.
2. Sheveleva S.A. The role of probiotic products in nutrition // Quality of life. Medicine. Functional nutrition. - 2006. - P. 2-3.
3. Osipenko M.F. The use of probiotics in the treatment of pathology of internal organs // Farmateka. -2005. - N 14. - P. 14, 16-20.
4. Nekmat, S., McMahon D.J. Survival of Lactobacillus acidophilus and Bifidobacterium bifid in ice cream for use as probiotic food // J. Dairy Sci. -1992. - N 75. - P. 1415-1422.
5. Lee Y. K., Salminen S. The coming of age of probiotics // Trends Food Sci. Technol. - 1995.- N 6. -P. 241-245.
6. Sanchez B., De Los Reyes-Gavilan C.G., Margolles A. et al. Probiotic fermented milks: Present and future // Int. J. Dairy Technol. - 2009. - N 62. - P. 472-483.
7. Shapiro Ya.S. Some aspects of cultivation of narrow-leaved fireweed (Chamerion Angustifolium (L.) Holub, Onagraceae) // Bulletin of the St. Petersburg Agrarian University. - 2015. - N 39. - P. 29-31.
8. Khamagaeva I.S., Kachanina L.M., Tumurova S.M. Biotechnology of propionic acid bacteria starter cultures. - Ulan-Ude: ESSUTM Publishing House, 2006. - P. 172.
