Исследование влияния пребиотиков на метаболизм бифидобактерий

ПРЕБИОТИКИ И БИФИДОБАКТЕРИИ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БАКТЕРИАЛЬНЫХ
КОНЦЕНТРАТОВ НА ОСНОВЕ БИФИДОБАКТЕРИЙ

По материалам ВСГУТУ, Улан-Удэ, - 2013

Цель работы - разработка технологии пробиотических бактериальных концентратов с высокими функционально-технологическими свойствами.

Задачи исследований:

1. изучить влияние пребиотиков на биохимическую активность Bifidobacterium longum DK-100 и Bifidobacterium bifidum 8₃;
2. исследовать влияние пребиотиков на процессы адгезии и когезии бифидобактерий;
3. исследовать устойчивость бифидобактерий к низким значениям рН;
4. исследовать антимутагенную активность бифидобактерий;
5. исследовать холестеринметаболизирующую активность бифидобактерий;
6. обосновать технологические параметры получения бактериальных концентратов;
7. исследовать сроки хранения бактериальных концентратов бифидобактерий.

Объектами исследований служили чистые культуры пробиотических бактерий: штамм Bifidobacterium longum DK-100 и Bifidobacterium bifidum 83, полученные из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов ФГУП ГосНИИ «Генетика», активизированные уникальным биотехнологическим методом, разработанным в ВСГУТУ.

Изучение влияния пребиотиков на биохимическую активность Bifidobacterium longum DK-100 и Bifidobacterium bifidum 8₃

В последние годы для профилактики и коррекции микроэкологических нарушений в пищеварительном тракте, используют пребиотики, селективно стимулирующие рост «хороших» микроорганизмов,  прежде всего бифидобактерий.

Пребиотики – функциональные пищевые ингредиенты в виде вещества или комплекса веществ, обеспечивающие при систематическом употреблении оптимизацию микроэкологического статуса организма человека за счет избирательной стимуляции роста и биологической активности нормальной микрофлоры пищеварительного тракта. К ним относятся растворимые и нерастворимые пищевые волокна, проявляющие свойства гидроколлоидов. Главным представителем нерастворимых пищевых волокон является целлюлоза. К растворимым относятся полисахариды, препараты которых в течение многих лет используются в пищевой промышленности в качестве пищевых добавок с технологическими функциями загустителей, стабилизаторов, гелеобразователей.

Целлюлоза составляет в пищевых волокнах примерно одну треть. Ее содержание в растительной пище около 1%, но она в значительной мере структурирует пищу. Целлюлоза практически не переваривается в кишечнике. Ее усвояемость, в большей степени, определяется происхождением, содержанием в пищевом рационе и характером предварительной обработки и колеблется в среднем от 6 до 23%.

В пищеварительном тракте человека целлюлозу стимулирует деятельность кишечника, усиливая его перистальтику, нормализует деятельность кишечной микрофлоры, сорбирует стерины, препятствуя их всасыванию, способствует выделению холестерина.

Гемицеллюлозы составляют значительную часть пищевых волокон и представляют собой группу полисахаридов: арабинанов, ксиланов, галактанов. Полисахариды гемицеллюлоз формируют разнообразное растительное сырье: злаковые и древесные растения, овощи, фрукты, ягоды и травы. Они образуют клеточные стенки различных микроорганизмов. Их содержание зависит от вида сырья и может достигать 38-39%.

В настоящее время пребиотические свойства пищевых волокон широко используются при разработке новых видов ферментированной продукции при этом разработчики новых технологий стремятся использовать доступное, местное растительное сырье и продукты его переработки. В качестве источников пищевых волокон традиционно используют дикорастущие и культурные плоды и ягоды, богатые углеводами и витаминами.

Перспективным сырьем являются злаковые культуры и жмых ядра кедрового ореха, которые содержат высокомолекулярные полисахариды и обладают пребиотическими свойствами.

Необходимо отметить, что одной из проблем использования пробиотических препаратов является потеря бифидобактериями жизнеспособности в процессе хранения при воздействии неблагоприятных технологических факторов или в агрессивной среде желудка. Поэтому важной биотехнологической задачей, имеющей коммерческую значимость, является повышение устойчивости бифидобактерий в пробиотических концентратах.

Известны эффективные лечебные препараты, созданные путем адсорбции молочнокислых бактерий на различных биоволокнах, повышающих их жизнеспособность.

В связи с этим, нами выдвинута гипотеза о возможности повышения стрессоустойчивости бифидобактерий путем непосредственного культивирования в питательной среде с субстратом - адсорбентом в качестве которых могут служить злаковые культуры и жмых ядра кедрового ореха, обладающие пребиотическими свойствами.

Дальнейшие исследования были посвящены изучению влияния ячменной, овсяной муки и жмыха ядра кедрового ореха на рост ранее не изученных штаммов бифидобактерий B. bifidum 8₃ и B longum DK – 100.

При подборе условий культивирования бифидобактерий для получения пробиотических концентратов руководствовались следующими требованиями: низкая себестоимость процесса; высокий титр бифидобактерий в стационарной фазе роста; высокая устойчивость при неблагоприятных факторах внешней среды.

В связи с этим, на первом этапе исследований изучали влияние ячменной муки на рост бифидобактерий. Для культивирования бифидобактерий использовали ранее разработанную питательную среду на основе осветленной творожной сыворотки, в которую вместо агара вносили различные дозы ячменной муки. О биохимической активности бифидобактерий судили по количеству жизнеспособных клеток. Результаты исследований представлены в таблице 5.

Таблица 5 – Влияние ячменной муки на рост бифидобактерий.

Количественный учет бифидобактерий в процессе культивирования показал, что с увеличением дозы ячменной муки от 1% до 1,5 % наблюдается активизация роста микроорганизмов и через 18 часов культивирования количество жизнеспособных клеток бифидобактерий в среде достигает - 10¹¹ к.о.е в 1 см³, тогда как в контрольном образце такое значение наблюдается через 24 часа культивирования. Дальнейшее увеличение дозы до 2% не приводит к значительному увеличению количества жизнеспособных клеток. Следует отметить более высокую активность бифидобактерий B. longum ДК-100.

Ячмень характеризуется высоким содержанием пищевых волокон. В ячменной муке в основном преобладают водорастворимые сахара и полисахариды. К полисахаридам относятся крахмал и некрахмальные полисахариды: целлюлоза, гемицеллюлоза, гумми, пектиновые вещества, которые, вероятно, стимулируют рост бифидобактерий.

В результате проведенных исследований выбрана оптимальная доза ячменной муки – 1,5%, обеспечивающая активный рост бифидобактерий.

На следующем этапе исследований изучали влияние овсяной муки на биохимическую активность бифидобактерий. В отличие от ячменной муки овсяная мука содержит больше растворимых пищевых волокон β-глюкана, слизи, растворимых фракций гемицеллюлозы и обладает высокой водоудерживающей способностью.

Результаты исследований представлены в таблице 6.

Результаты, представленные в таблице 6 свидетельствуют о том, что внесение в питательную среду овсяной муки интенсифицирует рост бифидобактерий. Высокое количество жизнеспособных клеток обнаружено при внесении 1% овсяной муки. Дальнейшее увеличение овсяной муки до 2% приводит к чрезмерному повышению вязкости питательной среды, а количество жизнеспособных клеток остается на том же уровне. Повышение вязкости обусловлено высокими гидроколлоидными свойствами пищевых волокон овсяной муки.

Таблица 6 – Влияние овсяной муки на рост бифидобактерий

В результате проведенных исследований выбрана оптимальная доза овсяной муки - 1%, обеспечивающая хорошие реологические свойства питательной среды и высокое количество жизнеспособных клеток бифидобактерий.

При исследовании влияния пищевых волокон жмыха ядра кедрового ореха на рост бифидобактерий было установлено, что при внесении 2% пребиотика через 18 часов культивирования количество жизнеспособных клеток достигает 10¹² КОЕ/см³ (табл. 7).

Жмых ядра кедрового ореха - высокопитательный продукт с высоким содержанием протеина, жира и микроэлементов. Жмых ядра кедрового ореха содержит (38-48)% белков и азотистых веществ, (27-44)% углеводов, (0,6-2,1)% липидов, (2,9-5,4)% минеральных веществ, высокое содержание витаминов группы В и других биологически активных веществ. В жмыхе ядра кедрового ореха в основном содержатся нерастворимые пищевые волокна, в основном представлены сложными углеводами, которые стимулируют рост бифидобактерий.

Таблица 7 – Влияние жмыха ядра кедрового ореха на рост бифидобактерий

В результате проведенных исследований с учетом количества жизнеспособных клеток бифидобактерий и органолептических свойств, были выбраны оптимальные дозы вносимых компонентов: для жмыха ядра кедрового ореха – 2%, для ячменной муки – 1,5 %, для овсяной муки – 1%.

В дальнейших исследованиях выбранные дозы использовали при изучении биохимической активности бифидобактерий. Полученные результаты представлены на рисунках 2-3.

Рисунок 2 – Динамика роста бифидобактерий B. bifidum 8₃

Рисунок 3 – Динамика роста бифидобактерий B. longum DK-100

Анализ динамики роста бифидобактерий показывает, что при внесении ячменной и овсяной муки количество жизнеспособных клеток бифидобактерий через 18 часов достигает 10¹¹ КОЕ/см³, тогда как в контроле такое значение наблюдается через 24 часа культивирования. Следует отметить, что при внесении жмыха ядра кедрового ореха стационарная фаза наступает через 18 часов культивирования, при этом количество жизнеспособных клеток бифидобактерий составляет 10¹² КОЕ/см³, что свидетельствует о его более высоких пребиотических свойствах.

В результате проведенных исследований выбраны оптимальные дозы пребиотиков, обеспечивающие активный рост бифидобактерий.

вперед →

• Влияние пребиотиков на адгезию и когезию бифидобактерий
• Исследование устойчивости бифидобактерий к низким значениям pH
• Исследование антимутагенной активности бифидобактерий
• Исследование холестеринметаболизирующей активности бифидобактерий
• Технология получения бактериальных концентратов

Будьте здоровы!