Выживаемость дрожжей в твердофазных культурах Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

СЫРЬЕ И ДОБАВКИ

УДК 602.42:663.12/.14

Выживаемость дрожжей

в твердофазных культурах

М.С. Каночкина, аспирант

Московский государственный университет пищевых производств

Современное состояние промышленности и экологии требует создания эффективной технологии получения продуктов функционального назначения, направленных на укрепление защитных функций организма человека и животных и снижение риска развития многих заболеваний. Обогащение пищевых и кормовых продуктов белком и незаменимыми аминокислотами, а также придания

Ключевые слова: функциональные продукты; закваски; нутриенты-био-корректоры; твердофазное культивирование; выживаемость микроорганизмов.

Key words: functional products; ferments; nutrient-bio-proof-readers; solid-phase cultivation; survival rate of microorganisms.

Характеристика процесса генерации дрожжей Pichia anomala P1, Pichia anomala 9А, Candida famata (Harrison) T8 на различных питательных средах

Количество биомассы дрожжей,

Состав млрд кл/г культуры

питательной Pichia Pichia Candida

среды anomala anomala famata

P1 9А (Harrison) T8

Натуральная

кукуруза с: бардой 4,56 4,64 3,84

молочной 4,96 5,68 3,56

сывороткой РЛППМ 5 08 5 64 3 64

в одо й Отруби с: бардой 5,20 3,64 3,80

молочной 4,80 5,68 1,24

сывороткой

водой 5,64 4,36 1,68

Высушенная

кукуруза с: бардой 2,60 3,92 1,32

молочной 4,64 3,76 1,60

сывороткой ^ 1А 3 Я.Я. 1 ЯП

водой Сенная мука с: бардой 5,24 4,48 3,88 5,32 1,80 3,52

молочной 3,84 5,68 3,88

сывороткой

водой 3,60 4,92 1,68

им пробиотических, пребиотических и симбиотических свойств - одна из важных проблем настоящего.

На кафедре «Биотехнология» Московского государственного университета пищевых производств (МГУПП) в течение многих лет проводятся исследования по получению нутриентов-биокорректоров и заквасок для их производства. Разработана методика селекции из молока млекопитающих дрожжей, дрожже-подобных грибов и лактобактерий, активно растущих на твердофазных растительных субстратах без взаимного ингибирования, созданы дрож-же-бактериальные ассоциации для биоконверсии первичного и вторичного агропромышленного сырья в новые пищевые продукты и корма, богатые микробной биомассой, путем двухфазной ферментации [1, 2, 3]. В таких ассоциациях роль дрожжей заключается прежде всего в накоплении биомассы, а роль лакто-бактерий - в защите растущих твердофазных культур от посторонней микрофлоры [4].

В качестве сырья для биоконверсии с помощью этих ассоциаций могут быть использованы любые угле-

водистые субстраты, как первичные, так и вторичные: стебли натуральной и высушенной кукурузы, зерновые отруби, молочная сыворотка, после-спиртовая барда и другие отходы пищевых производств.

Цель данных исследований - получение твердофазных аэробных культур, содержащих дрожжевые клетки, в качестве источника белка, витаминов и ферментов, и клеток лактобактерий, стимулирующих развитие гуморальной и клеточной защитных систем организма, обладающих высокой антагонистической активностью по отношению к патогенной и условно-патогенной микрофлоре. Полученные твердофазные культуры могут быть использованы в качестве полуфабрикатов кормов, основу которых составляет сама микробная культура вместе с твердофазным субстратом, а также в качестве закваски для глубинной ферментации жидких субстратов.

Объектом исследований служили дрожжи рода Pichia, преимущественно Pichia anomala и Pichia guilliermondii, штамм дрожжей Candida famata (Harrison) T8, уже более 10 лет применяемый для производства функциональных продуктов «Фервитал» и «Фервистим» [5], молочнокислые бактерии

Lactobacillus acidophilus La 5.

В результате скрининга дрожжей -продуцентов микробной биомассы на питательной среде, включающей в качестве формообразующего компонента питательной среды сенную муку, а в качестве жидкого компонента - воду, были отобраны наиболее продуктивные штаммы Pichia anomala P1 и Pichia anomala 9A. Принадлежность выбранных штаммов к роду Pichia подтверждена методом полимеразной цепной реакции (ПЦР).

Выделенные культуры микроорганизмов тестировали общепринятыми методами с учетом морфологических, культуральных и биохимических свойств. О росте микроорганизмов в питательных средах судили по изменению количества их клеток или биомассы в единице объема. Для определения данных показате-

ГО Н

1 -е- ™

ч 5 I <р з":

_ ^ CD СО

Pichia лютjla 9а

Pichia anómala Pl

Штамм дрожжей

Candida íanata T8

отруби + мол. сыворотка

отруби + мол. сыворотка + 1_а5

отруби + вода

отруби + вода + 1_а 5

да т

Л -& ш

ч Sm

£ ^ CD СО Ч ¡Z сх

Рис. 1. Влияние бактериальной закваски La5 на продуктивность дрожжей

Pichia arómala Pichia anomala Candida famata 9 a PI T8

Штамм дрожжей

нат. кукуруза + мол. сыворотка

нат. кукуруза + мол. сыворотка + 1_а5

' нат. кукуруза + вода

нат. кукуруза + вода + La 5

RAW MATERIALS AND ADDITIVES

n 4 O о.

3,5 3 2,5 2 1,5 1

0,5 0

* *

§ о

H CP

Ф Ы

T V

s о

Штамм дрожжей

Рис. 2. Влияние температурного режима сушки на число жизнеспособных клеток дрожжей

Количество жизнеспособных клеток после сушки при температуре 50 '

4 2

3í о ay

s и ^ q а.

вода

Pichia anómala 9 а

молочная сыворотка

Pichia anómala PI

1 1

Штамм дрожжей

| Число жизнеспособных клеток до заморозки

Число жизнеспособных клеток после заморозки по истечении 20 сут

Число жизнеспособных клеток после заморозки по истечении 40 сут

Рис. 3. Влияние заморозки на число жизнеспособных клеток дрожжей

0

Полученные твердофазные культуры могут быть использованы в качестве полуфабрикатов кормов, основу которых составляет сама микробная культура вместе с твердофазным субстратом.

лей использовали прямые (подсчет клеток в счетных камерах Горяева -Тома под микроскопом) и косвенные (метод Коха, метод предельных разведений) методы. Активную кислотность среды определяли потенцио-метрическим методом измерения величины pH.

Методика получения заквасок состоит из нескольких этапов. На первом этапе из жидких и измельченных сухих и влажных твердых субстратов конструируют комбинированные твердые питательные среды с влажностью 40-70 %, стерилизуют их и засевают полученными микробными ассоциациями. Культивирование обычно проводится в оптимальных для дрожжей аэробных условиях при температуре 30...0,5 °С в течение 24-48 ч, поддерживая влажность питательной среды [2]. На втором этапе полученные твердофазные аэробные культуры могут быть подвергнуты сушке или заморозке для увеличения сроков хранения заквасок.

С целью подбора питательной среды для генерации микроорганизмов, роста и накопления биомассы проведены исследования зависимости количества биомассы дрожжей от выбранного твердого субстрата и жидкого компонента среды (см. таблицу). Экспериментальные данные позволяют выбрать питательную среду, включающую отруби и воду или молочную сыворотку, где достигается максимальная концентрация биомассы, составляющая 5,68 млрд клеток на 1 г культуры.

С целью определения возможности совместного культивирования дрожжей и бактерий была произведена твердофазная ферментация дрожжей рода рода Pichia - Pichia anómala, рода Candida - Candida

famata (Harrison) T8 и лактобакте-рий Lactobacillus acidophilus La 5 в течение 48 ч на различных средах, включающих твердые и жидкие субстраты - натуральную биомассу кукурузы, отруби, 6 %-ную молочную сыворотку и воду. Влияние бактериальной культуры при совместном ее выращивании с дрожжами представлено на рис. 1, из которого достаточно четко видно отсутствие или слабое ингибирующее действие бактерий на рост дрожжей, особенно дрожжей штамма P. anomala P1, что свидетельствует о возможности совместного культивирования этих микроорганизмов.

С целью определения возможности использования полученных аэробных культур в качестве заквасок для биоконверсии различных пищевых и кормовых субстратов были проведены исследования динамики изменения числа жизнеспособных клеток дрожжей при различной температуре в процессе сушки и заморозки. Выживаемость дрожжей в процессе изменения температурных режимов сушки достаточно высока (около 90 %) и составляет 108109 КОЕ/г, наиболее оптимальна сушка при 30...40 °С (рис. 2).

Замораживание комплексных культур при температуре -18 °С хорошо переносится дрожжевыми клетками, сохранность около 75 % и составляет 108-109 КОЕ/г (рис. 3).

Таким образом, полученные твердофазные аэробные культуры в высушенном и замороженном виде содержат достаточное количество жизнеспособных клеток дрожжей и, в принципе, могут быть использованы в качестве полуфабрикатов кормов и посевного материала для последующих ферментаций как на твердых, так и на жидких субстратах.

ЛИТЕРАТУРА

1. Борисенко, Е.Г. Альтернативное производство продовольствия в условиях кризиса/Е.Г. Борисенко, К.В. Горин//Пищевая промышленность. - 2009. - № 6. - С. 28-29.

2. Борисенко, Е.Г. Дрожже-бакте-риальные съедобные продукты на базе первичного и вторичного агропромышленного сырья/Е.Г. Борисенко, К.В. Горин, М.С. Каночкина, Ч.З. Нгуен//В сб. тезисов Второго международного конгресса «Евразия-Био - 2010».- М.: «Издательство Копиринг», 2010. - 34 с.

3. Каночкина, М.С. Жидкие агропромышленные поллюанты как сырье для производства микробной биомассы/М.С. Каночкина, К.В. Горин, Е.Г. Борисенко//В сб. материалов первой научно-практической конференции с международным участием «Безопасность и экология предприятий пищевой промышленности. Инновационные решения использования отходов пищевых производств». - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2008. - С. 58-59.

4. Горин, К.В. Нутриенты - биокорректоры на базе нетрадиционного сырья/К.В. Горин, Ч.З. Нгуен, М.С. Каночкина, Е.Г. Борисенко//В сб. докладов III межведомственной научно-практической конференции «Товароведение, экспертиза и технология продовольственных товаров». - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2010. - С. 81-85.

5. Борисенко, Е.Г. Способ получения съедобного биологически активного полуфабриката и съедобный биологически активный полуфабрикат, полученный этим способом/Е.Г. Борисенко//Патент РФ № 2230465, опубл. 20.06.2004, бюл. № 17.