Разработка консорциума пробиотических микроорганизмов для производства функциональных продуктов питания

Свойством такой ‏ㅤсистемы является ‏ㅤвзаимодействие (кооперация) отдельных ‏ㅤклеток, когда их ‏ㅤсогласованная деятельность ‏ㅤнаправлена на ‏ㅤдостижение одного ‏ㅤи того ‏ㅤже результата. Одним ‏ㅤиз механизмов ‏ㅤкооперации является ‏ㅤкоммуникация – обмен ‏ㅤсигналами и ‏ㅤинформацией за ‏ㅤсчёт функционирования ‏ㅤвнеклеточных метаболитов, регулирующих ‏ㅤактивность бактерий. Образование ‏ㅤ таких взаимодействий ‏ㅤобеспечивает адаптационную, физиологическую ‏ㅤустойчивость клеток ‏ㅤна воздействие ‏ㅤусиливающихся со ‏ㅤвременем отрицательных ‏ㅤ факторов внешней ‏ㅤсреды.На основе ‏ㅤрезультатов исследований ‏ㅤможно утверждать, что ‏ㅤразработанная закваска ‏ㅤхарактеризуется высокой ‏ㅤбиохимической активностью ‏ㅤи соответствует ‏ㅤтребованиям, предъявляемым к ‏ㅤзакваскам. Культуры в ‏ㅤзакваске находятся ‏ㅤв прочных ‏ㅤсимбиотических отношениях, которые ‏ㅤгарантируют стабильность ‏ㅤмикробного консорциума. Применение ‏ㅤданной закваски ‏ㅤпозволит получить ‏ㅤпродукт с ‏ㅤзаданными свойствами [1,2,16].Таким ‏ㅤобразом, полученные результаты ‏ㅤуказывают, что комбинированная ‏ㅤзакваска на ‏ㅤоснове бифидобактерий, пропионовокислых ‏ㅤбактерий и ‏ㅤмолочнокислых бактерий ‏ㅤобладает высокой ‏ㅤбиохимической активностью ‏ㅤи способна ‏ㅤсквашивать сливки ‏ㅤпутем прямого ‏ㅤвнесения.Оптимизация питательной ‏ㅤсредыСхема получения ‏ㅤсимбиотической закваски ‏ㅤдостаточно трудоемка, поскольку ‏ㅤпроцесс полунепрерывного ‏ㅤкультивирования зависит ‏ㅤот ряда ‏ㅤтехнологических факторов: санитарно-гигиенических ‏ㅤпоказателей, качества применяемого ‏ㅤсырья и ‏ㅤдр. На поддержание ‏ㅤактивности закваски ‏ㅤрасходуются большие ‏ㅤобъемы сырья, что ‏ㅤсоздает дополнительные ‏ㅤматериальные трудности ‏ㅤв производстве. В ‏ㅤсвязи с ‏ㅤэтим актуальным ‏ㅤявляется разработка ‏ㅤбактериального концентрата ‏ㅤсимбиотической закваски ‏ㅤпрямого внесения, который ‏ㅤпозволит приготовить ‏ㅤпродукт без ‏ㅤпредварительной активизации ‏ㅤзакваски на ‏ㅤпредприятии и ‏ㅤимеет длительный ‏ㅤсрок хранения.В ‏ㅤпитательной среде ‏ㅤдля культивирования ‏ㅤдолжны находиться ‏ㅤвсе элементы, входящие ‏ㅤв состав ‏ㅤклеточного веществ. Поэтому ‏ㅤ важно чтобы ‏ㅤсреда для ‏ㅤкультивирования содержала ‏ㅤфакторы роста ‏ㅤдля трёх ‏ㅤприменяемых культур.Основой ‏ㅤпитательной среды ‏ㅤслужила осветленная ‏ㅤтворожная сыворотка. Применение ‏ㅤсыворотки для ‏ㅤкультивирования микроорганизмов ‏ㅤобусловлено содержащимися ‏ㅤв ней ‏ㅤуглеводами (моно ‏ㅤ-, олиго - и ‏ㅤаминосахарами), липидами, минеральными солями, витаминами, органическими ‏ㅤкислотами, ферментами и ‏ㅤмикроэлементами. Лактоза сыворотки ‏ㅤявляется энергетическим ‏ㅤсубстратом для ‏ㅤразвития микроорганизмов, входящих ‏ㅤв состав ‏ㅤинокулята. В качестве ‏ㅤисточника азотистого ‏ㅤпитания в ‏ㅤсыворотку добавлялся ‏ㅤпептон. Для поддержания ‏ㅤбуферной емкости ‏ㅤв среду ‏ㅤвносили натрий ‏ㅤлимоннокислый трехзамещенный ‏ㅤи калий ‏ㅤфосфорнокислый однозамещенный. Поскольку ‏ㅤпропионовокислые, молочнокислые и ‏ㅤбифидобактерии, являются факультативными ‏ㅤанаэробами, а для ‏ㅤуплотнения среды ‏ㅤприменяли агар-агар. Молочнокислые ‏ㅤбактерии для ‏ㅤсвоего роста ‏ㅤтребуют наличия ‏ㅤв среде ‏ㅤвитаминов (пиридоксале, пантотенате ‏ㅤкальция и ‏ㅤрибофлавине), аминокислот. Но известно, что ‏ㅤпропионовокислые бактерии ‏ㅤи бифидобактерии ‏ㅤспособны синтезировать ‏ㅤданные соединения. Поэтому ‏ㅤпредставляется возможным ‏ㅤсовместное культивирование ‏ㅤвыбранных культур ‏ㅤна среде ‏ㅤ для бифидобактерий ‏ㅤи пропионовокислых ‏ㅤбактерий [5,7].Таким ‏ㅤобразом, можно предложить ‏ㅤследующий состав ‏ㅤпитательной среды ‏ㅤдля культивирования ‏ㅤмикроорганизмов (таблица ‏ㅤ3).Таблица 3 - Состав ‏ㅤпитательной средыНаименование ‏ㅤкомпонентовРасход, г/лТворожная сыворотка1000Пептон5Агар пищевой0,75Калий ‏ㅤфосфорнокислый однозамещенный5Натрий ‏ㅤлимоннокислыйтрехзамещенный1Магний хлористый0,4Аскорбиновая ‏ㅤкислота0,1Динамика роста ‏ㅤкультур симбиотической ‏ㅤзакваски на ‏ㅤпитательной среде ‏ㅤпредставлена на ‏ㅤрис.5. Диаграмма, построенная на ‏ㅤоснове полученных ‏ㅤданных, свидетельствует об ‏ㅤактивном росте ‏ㅤ микроорганизмов закваски ‏ㅤ на выбранной ‏ㅤсреде.Рисунок 5 - Рост ‏ㅤкультур симбиотической ‏ㅤзакваски на ‏ㅤсреде [16]Таким ‏ㅤобразом, культивирование комбинации ‏ㅤбактерий на ‏ㅤсреде позволит ‏ㅤсоздать закваску ‏ㅤпрямого внесения ‏ㅤдля производства ‏ㅤпробиотической сметаны.Процесс ‏ㅤпроизводства закваски ‏ㅤпрямого внесения ‏ㅤвключает отделение ‏ㅤбиомассы бактерий, смешивание ‏ㅤеё с ‏ㅤзащитной средой ‏ㅤи дальнейшее ‏ㅤзамораживание или ‏ㅤвысушивание [14]. В ‏ㅤданной работе ‏ㅤполучен замороженный ‏ㅤконцентрат прямого ‏ㅤвнесения. Качественная характеристика ‏ㅤзамороженной закваски ‏ㅤпрямого внесения ‏ㅤприведена в ‏ㅤтаблице 4.Таблица ‏ㅤ4 - Качественная характеристика ‏ㅤзамороженной концентрированной ‏ㅤзакваски для ‏ㅤпроизводства сметаны [16]Наименование ‏ㅤпоказателя Значение показателяКонсистенция ‏ㅤи внешний ‏ㅤвидЦветЗамороженная суспензияОт ‏ㅤбелого до светло-желтогоАктивность ‏ㅤсквашивания сливок, ч10-12Предельные ‏ㅤзначения рН5,5-8,0Объём ‏ㅤзамороженного концентрата, мл3Продолжение ‏ㅤтаблицы 4Температура ‏ㅤпри выпуске ‏ㅤс предприятия, оС, не ‏ㅤболее-20±2Количество бактерий, КОЕ/см3, не ‏ㅤ менее, на конец ‏ㅤсрока годности:Str.CremorisB.bifidum 83P. shermanii,10910101010 Объем ‏ㅤпродукта (см3), в ‏ㅤкотором не ‏ㅤдопускаются: БГКП (колиформы) S. aureus Патогенные ‏ㅤмикроорганизмы (в ‏ㅤт.ч. сальмонеллы) Дрожжи, КОЕ/см3, не более Плесени, КОЕ/см3, не ‏ㅤболее 221055Данные ‏ㅤтаблицы свидетельствуют ‏ㅤо том, что ‏ㅤконцентрированная симбиотическая ‏ㅤзакваска обладает ‏ㅤвысокой биохимической ‏ㅤактивностью и ‏ㅤможет быть ‏ㅤрекомендована для ‏ㅤпроизводства пробиотической ‏ㅤсметаны.Разработка технологии ‏ㅤпроизводства пробиотической ‏ㅤсметаныПолучение закваски ‏ㅤпрямого внесения ‏ㅤопределяет её ‏ㅤширокое использование ‏ㅤв молочной ‏ㅤпромышленности для ‏ㅤпроизводства пробиотической ‏ㅤсметаны. В связи ‏ㅤс чем, на ‏ㅤследующем этапе ‏ㅤисследований была ‏ㅤразработана технологическая ‏ㅤсхема получения ‏ㅤпробиотической сметаны.Технологический ‏ㅤпроцесс производства ‏ㅤосуществляется в ‏ㅤследующей последовательности: приемка ‏ㅤи подготовка ‏ㅤсырья, сепарирование, гомогенизация, пастеризация, охлаждение; заквашивание и ‏ㅤферментация, охлаждение и ‏ㅤперемешивание сгустка; розлив, упаковка, маркировка.Приемка ‏ㅤи подготовка ‏ㅤсырья, нормализация1. Молоко принимают ‏ㅤпо количеству ‏ㅤи качеству ‏ㅤпо ГОСТ ‏ㅤР 52054-2003;2. Отобранное ‏ㅤпо качеству ‏ㅤмолоко немедленно ‏ㅤохлаждают до ‏ㅤ(4+2)о С;3. Для ‏ㅤобеспечения бесперебойности ‏ㅤтехнологических режимов ‏ㅤмолоко резервируют ‏ㅤпри температуре ‏ㅤохлаждения не ‏ㅤболее 12 часов;4. Молоко ‏ㅤподогревают до ‏ㅤтемпературы (40-45)°С ‏ㅤи направляют ‏ㅤна очистку ‏ㅤна сепараторах-молокоочистителях;5. После ‏ㅤочистки молоко ‏ㅤнаправляют на ‏ㅤсепарирование. Цель сепарирования ‏ㅤ– получение сливок ‏ㅤсо стандартным ‏ㅤсодержанием массовой ‏ㅤдоли жира ‏ㅤв соответствии ‏ㅤс рецептурой.Гомогенизация ‏ㅤи пастеризация6. Сливки ‏ㅤподогревают до ‏ㅤ(60-65)°С и ‏ㅤгомогенизируют при ‏ㅤдавлении 10-12 Мпа;7. После ‏ㅤгомогенизации сливки ‏ㅤнаправляют на ‏ㅤпастеризацию (92-96)°С ‏ㅤс выдержкой ‏ㅤ5-7 мин;8. Сливки охлаждают ‏ㅤдо температуры ‏ㅤзаквашивания 35°С.Заквашивание ‏ㅤи ферментация9. Заквашивают ‏ㅤи сквашивают ‏ㅤсмесь в ‏ㅤрезервуарах для ‏ㅤкисломолочных продуктов ‏ㅤс охлаждаемой ‏ㅤрубашкой, снабженных специальными ‏ㅤмешалками, обеспечивающими равномерное ‏ㅤи тщательное ‏ㅤперемешивание смеси ‏ㅤмолока с ‏ㅤзаквасочным материалом. При ‏ㅤнебольших объемах ‏ㅤпроизводства пастеризацию ‏ㅤсмеси, заквашивание и ‏ㅤсквашивание можно ‏ㅤпроизводить в ‏ㅤваннах ВДП ‏ㅤили других ‏ㅤдвустенных емкостях ‏ㅤс мешалками;10. В ‏ㅤохлажденную смесь ‏ㅤпри включенной ‏ㅤмешалке вносят ‏ㅤбактериальный концентрат ‏ㅤ(одна доза ‏ㅤна 200 кг ‏ㅤсливок). Заквашенную смесь ‏ㅤперемешивают в ‏ㅤтечение 10 минут;11. После ‏ㅤперемешивания смесь ‏ㅤоставляют в ‏ㅤпокое для ‏ㅤсквашивания при ‏ㅤтемпературе (34-36)0 С ‏ㅤна (10-12) часов ‏ㅤдо образования ‏ㅤсгустка кислотностью ‏ㅤне менее ‏ㅤ(65-70)0 Т;12. После окончания ‏ㅤферментации сгусток ‏ㅤохлаждают до ‏ㅤ(14-16)°С и ‏ㅤперемешивают в ‏ㅤтечении 3-10мин;13. Расфасовка ‏ㅤв потребительскую ‏ㅤтару;14. Созревание при ‏ㅤтемпературе (4-6 )°С;15. Хранение ‏ㅤи реализация ‏ㅤ(рис. 6) [12].Рисунок 6 - Технологическая ‏ㅤсхема производства ‏ㅤсметаны [16]Таким образом, технология приготовления комбинированного продукта достаточно проста и не требует значительных капитальных вложений на установку дополнительного оборудования. Производство пробиотического продукта осуществляется с применением бактериального концентрата прямого внесения, что уменьшает расход сырья на производстве, необходимый для поддержания активности закваски и позволяет выработать продукт, отвечающим высоким санитарно-гигиеническим требованиям, предъявляемым к пробиотическим молочным продуктам. Характеристика показателей готового продукта, полученного по данной технологии, представлена в таблице 5.Таблица 5– Качественная характеристикаНаименование показателейЗначение показателейВкус и запахЧистый кисломолочный, без постороннего привкуса и запахаКонсистенцияОднородная, густая. Поверхность глянцевая.ЦветМолочно-белый, с кремовым оттенком, равномерный по всей массе;Кислотность, ºT60-90Содержание селена, мкг/г0,075Количество жизнеспособных клеток на конец срока годности не менее, КОЕ/г:Str. CremorisБифидобактерииПропионовокислые бактерии107107107БГКП в 0,1г (см3)S. aureus в 1г (см3)Патогенные, в т.ч. сальмонеллы 25г (см3)Дрожжи, к.о.е./г, не болееПлесени, к.о.е./г, не болееПоказатели безопасностиНе допускаетсяНе допускаетсяНе допускается5050Не выше пред.доп. норм госсанэпиднадзораТаким образом, на основании проведенных экспериментов разработан способ производства сметаны консорциумом пробиотических микроорганизмов. Разработана пробиотическая сметана, которая характеризуется высоким содержанием жизнеспособных клеток бифидобактерий и пропионовокислых бактерий и может применяться профилактики различных заболеваний и нормализации микрофлоры желудочно-кишечного тракта.ЗаключениеПри создании пробиотических препаратов должны отбираться штаммы, испытанные на симбиотичности и устойчивости к выжидания в неблагоприятных условиях. Кроме того, очень важно, чтобы пробиотические культуры дополняли друг друга по биологической активности, проявляя эффект синергизма в препарате при проведении микробиотерапии. Важно при подборе штаммов учитывать их технологичность в производственных условиях и стабильность при культивировании.Стратегия в создании функциональных продуктов питания направлена прежде всего на заполнение физиологической потребности организма человека в отдельных биологически активных веществах. Одним из подходов к решению этой проблемы является создание различных продуктов на молочной основе. Это связано с тем, что молоко является оптимальным субстратом для роста многих представителей полезной микрофлоры - молочнокислых бактерий, бифидобактерий, кишечной палочки, дрожжей. Кроме того, усиленно исследуются пробиотические свойства природных микробных ассоциаций, таких как грибковая культура для получения кефира, смешанная ассоциация дрожжей и молочнокислых бактерий для получения кумыса, айрана, шубат и т, д. Введение в состав кисломолочных продуктов специально селекционированных штаммов молочнокислых бактерий, бифидобактерий способствует лучшему усвоению кальция в организме людей разных возрастных групп, снижению уровня холестерина в крови, обеспечивает физиологическую потребность организма в витаминах, аминокислотах, антиоксидантах, активизирует образование микробной лактазы.Закваска для изготовления сметаны состоит из чистых бактериальных культур – молочнокислых и сливочных стрептококков, ароматобразующих бактерий.В данной работе для производства пробиотической сметаны использовали закваску, которая состоит из молочнокислых бактерий (Streptococcus Cremoris), бифидобактерий (Bifidobacterium Bifidum) и пропионовокислых бактерий Propionibacterium Freudenreichii subsp. Schermanii AC 2503. Разработана технология замороженного концентрата для производства сметаны.Выбраны и обоснованы технологические параметры производства пробиотической сметаны.На основании проведенных исследований разработана пробиотическая сметана на основе St. Cremoris, B.Bifidum и P. shermanii АС2503, которая обладает лечебно-профилактическими свойствами.Задачи, поставленные, в начале работы выполнены, соответственно цель достигнута.Список использованной литературыУчебная литература:1. Белозерова, Л.М. Разработка технологии кисломолочного продукта с использованием пропионовокислых бактерий: дис… канд. техн. наук / Белозерова Л.М. – Улан-Удэ, 2001.2. Воробьева Л.И. Пропионовокислое брожение и образование витамина В12. /Л.И. Воробьева. -М.: МГУ. - 2014. - 100 с.3. Гаврилова Н.Н., Ратникова И.А., Баякышева К., Захаренко Л.И. Создание ассоциации из молочнокислых и пропионовокислых бактерий, активной в отношении колибактериоза и сальмонеллеза / Н.Н. Гаврилова // Биотехнология. - 2005. -№2. - С.26-324. Гусев М.В., Л.А. Минеева. Микробиология. – М.: Академия, 2010. – 464 с5. Ившина И.Б. Большой практикум Микробиология. Учебное пособие. – М.: Проспект Науки, 2014. – 112 с.6. Мородинова В.А., Лепилкина О.В., Остроухова И.П., Самойлов А.В. Особенности формирования органолептических показателей сырных продуктов // Сыроделие и маслоделие. 2012. № 2.7. Мурадова Е.О., Ткаченко К.В. Микробиология. – М.: Эксмо, 2009. – 336 с.8. Определитель бактерий Берджи в 2-х томах под ред. Дж. Хоулта и др.. М.: Мир, 1997. - 780 с.9. Остроумов Л.А. Биологические методы управления процессом производства сыров с высокой температурой второго нагревания: обзорная информация / Л.А. Остроумов // АгроНИИТЭИММП, 1993. - 40 с.10. Перфильев Г.Д. Производство и применение бактериальных концентратов / Г.Д. Перфильев, Ю.Я. Свириденко // Сыроделие и маслоделие, 2006. - № 3. - С. 24-29.11. Сиротин А.А. Практикум по микробиологии / А.А. Сиротин. – Белгород, 2007.-78с.12. Соколова О.Я. Производственный контроль молока и молочных продуктов. – Оренбург.: ОГУ, 2012. – 195 с.13. Хамагаева, И. Биотехнология заквасок пропионовокислых бактерий / И. Хамагаева и др. – Улан-Удэ, 2006. – 172 с.14. Шендеров Б.А. Медицинская микробная экология и функциональное питание. М., 1998.Интернет-ресурсы:15. Микроорганизмы пробиотиков. Режим доступа: https://www.milkbranch.ru/publ/view/485.html16. Обзорный материал: «Разработка технологии пробиотической сметаны, обогащенной селеном» / ВСГУТУ / Кафедра «Технология молочных продуктов. Товароведение и экспертиза товаров». Режим доступа: http://propionix.ru/smetana-obogashchennaya-selenom