Технология бакконцентратов бифидобактерий

Разработка  технологии  бактериальных  концентратов бифидобактерий

  разработка бактериальных концентратов

Разработка технологической схемы производства бактериальных концентратов Bifidobacterium  longum  DK-100  и Bifidobacterium bifidum 83

к предыдущей стр.

В результате проведенных исследований нами установлено, что оптимизация питательной среды пребиотиками повышает функционально-технологические свойства бифидобактерий. На основании полученных результатов разработана технологическая схема производства бактериальных концентратов (рис. 1).

Технологическая схема производства бактериальных концентратов

Рисунок 1 – Технологическая схема производства бактериальных концентратов

Особенностью предлагаемой технологии является предварительная подготовка злаковых культур. Овсяная и ячменная мука растворяются в воде и подвергаются тепловой обработке, в результате которой образуются резистентные крахмалы третьего типа. Для образования резистентных крахмалов необходимо первоначальное преобразование крахмальных гранул в гель с последующей его ретроградацией. При  гелеобразовании молекулярно упорядоченная гранула крахмала постепенно разрушается в процессе нагревания в присутствии  избытка воды. Гранулы крахмала теряют кристалличность, происходит адсорбция молекул воды и затем набухание гранул крахмала с последующим выделением полимерной молекулы амилозы за пределы гранулы крахмала. При дальнейшем нагреве гранулы разрушаются и солюбилизируются. В процессе ретроградации полученных гелей крахмала при охлаждении или дегидратации происходит медленная рекристаллизация полисахаридов крахмала. Получение резистентных крахмалов после гидротермической обработки и охлаждения обусловлено увеличением взаимодействия между компонентами крахмала. Установлено, что после разрушения нативной структуры крахмала линейные цепи амилозы обусловливает более высокое содержание резистентных крахмалов в пищевых продуктах.

В качестве инокулята используются бифидобактерии B. longum DK-100 и B. bifidum 83, обладающие высокой биохимической активностью и пробиотическими свойствами. Использование пребиотиков интенсифицирует процесс получения бактериальных концентратов и повышает их устойчивость к низким значениям рН и неблагоприятным факторам среды в процессе хранения.

Качественные характеристики бактериальных концентратов представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 - Качественная характеристика бакконцентрата на основе B.longum ДK-100.

Наименование показателя
Значение показателя
Концентрат
 B. longum ДK-100 со жмыхом ядра кедрового ореха
Концентрат
B. longum ДK-100 с ячменной муки
Концентрат
 B. longum ДK-100 с овсяной муки
Консистенция и внешний вид
Однородная. Допускается отделение сыворотки.
Однородная. Без отделения сыворотки
Однородная, в меру вязкая, без отделения сыворотки
Цвет
От белого до светло-желтого с белыми вкраплениями
Вкус и запах
Чистый, слегка сладковатый, с привкусом и запахом кедрового ореха
Чистый, слегка кисловатый, с привкусом и запахом ячменной муки
Чистый, слегка кисловатый, с привкусом и запахом овсяной муки
Предельное значение рН, ед
5,5-7,5
5,5-7,5
5,5-7,5
Холестеринметаболизирующая активность, %
50,1
46,36
48,38
Антимутагенная активность (ингибирование), %
54,6
51,3
54
Адгезивные свойства:
СПА
КУЭ,%
ИАМ
 
4,4
86
5,11
 
4,5
85
5,29
 
4,3
83
5,18
Количество бактерий, кое/см3
1012
1011
1011
Температура при выпуске с предприятия, 0С, не более
4-6 0С
Объем продукта (см3), в котором не допускаются:
БГКП (колиформы)
S. aureus
Патогенные микроорганизмы (в т.ч. сальмонеллы)
Дрожжи, кое/см3, не более
Плесени, кое/см3, не более
 
10
100
 
100
5
5

Таблица 2 - Качественная характеристика бактериального концентрата основе B.bifidum 83.

Наименование показателя
Значение показателя
Концентрат
B. bifidum 83 со жмыхом кедрового ореха
Концентрат
B. bifidum 83 с ячменной муки
Концентрат
B. bifidum 83 с овсяной мукой
Консистенция и внешний вид
Однородная. Допускается отделение сыворотки.
Однородная. Без отделения сыворотки
Однородная, в меру вязкая, без отделения сыворотки
Цвет
От белого до светло-желтого с белыми    вкраплениями
Вкус и запах
Чистый, слегка кисловатый, с привкусом и запахом кедрового ореха.
Чистый, слегка кисловатый, с привкусом и запахом ячменной муки.
Чистый, слегка кисловатый, с привкусом и запахом овсяной муки.
Предельное значение рН, ед
5,5-7,5
5,5-7,5
5,5-7,5
Холестеринметаболизирующая активность, %
44,12
39,54
41,27
Антимутагенная активность (ингибирование), %
56,0
54,4
51,3
Адгезивные свойства:
СПА
КУЭ,%
ИАМ
4,6
88
5,22
4,4
85
5,17
4,3
85
5,05
Количество бактерий, кое/см3
1012
1011
1011
Температура при выпуске с предприятия, 0С, не более
4-6 0С
Объем продукта (см3), в котором не допускаются:
БГКП (колиформы)
S. aureus
Патогенные микроорганизмы (в т.ч. сальмонеллы)
Дрожжи, кое/см3, не более
Плесени, кое/см3, не более
 
 
10
100
100
 
5
5

Как видно из данных в таблицах бактериальные концентраты обладают высокими пробиотическими свойствами, и количество жизнеспособных клеток составляет 1011-1012 КОЕ/см3.

Технология получения бактериальных концентратов

Технологический процесс проводят в следующем порядке:

  1. подготовка питательной среды;
  2. предварительная подготовка пребиотиков;
  3. заквашивание среды и наращивание клеток;
  4. получение  бактериальной суспензии клеток;
  5. розлив;
  6. укупоривание, маркирование.

Подготовка питательной среды

Средой для наращивания бифидобактерий служит осветленная творожная сыворотка  с добавлением буферных солей, аскорбиновой кислоты и агара. Осветление творожной сыворотки проводят путем нагревания  до температуры (94±1)°С и выдерживают ее для более полного выделения белков в течение 60 мин. После этого сыворотку осветляют путем фильтрования или центрифугирования. В осветленную сыворотку добавляют компоненты среды согласно рецептуре, устанавливают реакцию рН среды в пределах (7,0±0,1). В готовую питательную среду вносят предварительно подготовленные пребиотики в количестве 1; 1,5; 2% от питательной среды и выдерживают для набухания при температуре (85±5)°С. Готовую среду стерилизуют при температуре (135±1)°С в течение 30 минут, затем охлаждают до температуры (37±1)°С.

Предварительная подготовка пребиотиков

Предварительную подготовку осуществляют в осветленной творожной сыворотке, добавляя пребиотики при температуре 85-90 0С с выдержкой 20 мин (для набухания и равномерного распределения по всей массе). Затем питательную среду стерилизуют при температуре 135 0С с выдержкой 30 минут. При стерилизации  в овсяной и ячменной муке образуются резистентные крахмалы типа RS-3. Крахмалы типа RS-3 – это кристаллические крахмалы, образующиеся при ретрограции желатинизированных крахмалов.

Крахмалы, содержащиеся в злаковых культурах, подразделяются на 2 типа: гликемические (легкоусвояемые) и резистентные. Гликемические крахмалы полностью расщепляются в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) и в зависимости от скорости переваривания разделяются на быстро и медленно перевариваемые. Резистентные крахмалы (РК) были в 1992 г. определены EURESTA как «сумма крахмала и продуктов деградации крахмала, не адсорбируемых в тонкой кишке здоровых людей. Из самого определения РК следует, что такой крахмал недоступен для ферментации в тонкой кишке. Однако попадая в толстую и прямую кишку, он становится доступным для ферментации бактериями, присутствующими в ЖКТ, и переваривается с образованием короткоцепочечных жирных кислот, углекислоты, водорода и метана. По сравнению с пищевыми волокнами РК способствуют образованию большего количества бутиратов, которые, как предполагается, улучшают работу толстой и прямой кишки. Кроме того, резистентные крахмалы влияют на обмен веществ, уменьшая уровень глюкозы в крови (и соответственно гликемической нагрузки на организм), что способствует снижению массы тела. В целом резистентные крахмалы относятся к классу пребиотиков, являясь субстратом для микрофлоры ЖКТ.

Высокое содержание крахмала в злаковых культурах позволяет использовать их в качестве стабилизатора среды для бифидобактерий.

Заквашивание среды и наращивание клеток

Для получения бактериальной суспензии клеток стерилизация и охлаждение среды, наращивание клеток бифидобактерий осуществляется в ферментере или в колбах из термостойкого стекла. В подготовленную питательную среду вносят инокулят бифидобактерий в количестве 5% от количества среды. Среду тщательно перемешивают. Наращивание клеток  бифидобактерий проводят  при температуре (37±1)°С в течение  (20±2) ч в условиях периодического культивирования при нейтрализации культуральной жидкости через 12 часов, поддерживая рН на оптимальном уровне насыщенным стерильным раствором углекислого натрия (Na2CO3).

Получение бактериальной суспензии клеток

После окончания процесса культивирования   отделяют  сыворотку для получения бактериальной суспензии клеток, которую  охлаждают до температуры (4±2)°С. Выход бактериальной суспензии клеток из культуральной жидкости составляет 85 %.

Розлив

Полученную суспензию клеток разливают в асептических условиях в стерильные флаконы вместимостью 10 см3 по (5±0,1) см3 или (10±0,2) см3.

Укупоривание, маркирование и хранение

Флаконы укупоривают стерильными резиновыми пробками в асептических условиях и закатывают алюминиевыми колпачками на полуавтомате. На каждый флакон наклеивают  этикетку с необходимой информацией.

Хранение

Жидкие бактериальные концентраты хранят в холодильнике при температуре (4±2)0С до реализации. Таким образом, на основании проведённых исследований подобраны оптимальные  параметры получения бактериальных концентратов с высокими функциональными свойствами и разработана технологическая схема производства.

Исследование  сроков  хранения  бактериальных  концентратов бифидобактерий

срок годности

Создание биопрепаратов на основе бифидобактерий предусматривает использование физиологически активных, структурно и функционально дифференцированных клеток бифидобактерий, способных к репродукции и приживлению в желудочно-кишечном тракте.

Из литературных источников известно что в ответ на изменение условий окружающей среды микроорганизмы используют различные механизмы для адаптации клеток в пределах нормы реакции вида в неростовых условиях.

Сохранение численности популяции микроорганизмов в бактериальных препаратах  и способность занять экологическую нишу при попадании в организм  обуславливает функциональность пробиотиков.

Эффективность данных биопрепаратов определяется, прежде всего, жизнеспособностью и степенью биологических свойств бифидобактерий. В этой связи представляет интерес исследование способности бифидобактерий переживать неблагоприятные условия и длительно сохранять биохимическую активность в процессе хранения.

На следующем этапе изучали сроки хранения бактериальных концентратов бифидобактерий. Бактериальные концентраты хранили при температуре (4-6)0С. О качестве бактериальных концентратов судили по количеству жизнеспособных клеток бифидобактерий и органолептическим показателям. Результаты исследований представлены на рисунке 2 и 3:

Исследование предельных сроков хранения бактериальных концентратов на основе B. longum DK-100.
Исследование предельных сроков хранения бактериальных концентратов на основе B. bifidum 83
Рисунок 2 – Исследование предельных сроков хранения бактериальных концентратов на основе B. longumDK-100.
Рисунок 3 – Исследование предельных сроков хранения бактериальных концентратов на основе B. bifidum 83.

Как видно из рисунков 2 и 3, культивирование бифидобактерий в питательной среде с пребиотиками повышают их устойчивость при хранении. Наиболее высокая жизнеспособность бифидобактерий обнаружена при культивировании на питательной среде со жмыхом ядра кедрового ореха. Через 5 месяцев хранения количество жизнеспособных клеток бифидобактерий в концентрате с пребиотиками составляет 108-109 КОЕ/см3, тогда как в контроле количество клеток снижается до 106 кое/см3. При дальнейшем хранении концентрата с овсяной мукой отмечено ухудшение органолептических свойств через 5 месяцев, а в концентратах с ячменной мукой и жмыхом кедрового ореха через 7 месяцев.

Полученные данные позволяют рассматривать  жидкие культуры в процессе хранения, как анабиотические, в которых  метаболизм предельно заторможен (или приостановлен) без существенной потери жизнеспособных клеток. При этом в клетках сохраняется энергия, достаточная для осуществления последующей жизнедеятельности.

Полученные результаты демонстрируют гибкое реагирование бифидобактерий на изменение окружающих условий. Основными механизмами адаптации бифидобактерий к стрессовым ситуациям являются переход клеток в состояние покоя, что сопровождается образованием цитоподобных клеток. Кроме того, адгезия и когезия бифидобактерий на пищевых волокнах повышает их устойчивость в процессе хранения.

Нами показано, что бифидобактерии, как и другие неспорообразующие бактерии формируют при возникновении неблагоприятных для роста условий клетки, обладающие признаками покоящихся форм: длительным сохранением  жизнеспособности; отсутствием метаболической активности; устойчивостью к стрессовым воздействиям.

В результате проведенных исследований установлено, что культивирование бифидобактерий на питательной среде с внесением пребиотиков пролонгирует сроки хранения концентратов.

Приемы получения суспензии длительно переживающих стрессоустойчивых покоящихся клеток бифидобактерий могут быть рекомендованы для производства пробиотических продуктов в медицине и пищевой промышленности.

Выводы

В результате проведенных исследований разработана технология бактериальных концентратов с высокими функциональными свойствами и пролонгированными сроками хранения.

1. Подобраны условия культивирования, обеспечивающие высокую биохимическую активность бифидобактерий.

2. Установлено, что бифидобактерии фиксируются на поверхности биоволокон с образованием агрегатов, что повышает их устойчивость к неблагоприятным факторам среды.

3. Отмечено, что процессы адгезии и когезии влияют на метаболизм бифидобактерий и повышают их устойчивость к низким значениям рН.

4. Биотрансформация сложных углеводов субстрата способствует более высокому синтезу антимутагенных веществ и повышает холестеринметаболизирующую активность бифидобактерий.

5. На основании проведенных исследований обоснованы технологические параметры и разработана технологическая схема жидкого бактериального концентрата.

6. Установлено, что бактериальные концентраты обладают высокой биохимической активностью и устойчивостью к экстремальным факторам внешней среды.

к предыдущей стр

Ссылки по теме:

Влияние пребиотиков на метаболизм бифидобактерий (в начало)
Влияние пребиотиков на адгезию и когезию бифидобактерий
Исследование устойчивости бифидобактерий к низким значениям pHИсследование антимутагенной активности бифидобактерийИсследование холестеринметаболизирующей активности бифидобактерий