Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Аналитический обзор информационных источников 9
1.1. Состав и свойства национальных молочных продуктов народов Средней Азии 9
1.2. Особенности получения национальных молочных продуктов народов Средней Азии 21
1.3. Состав и свойства микрофлоры национальных молочных продуктов народов Средней Азии 38
1.4. Заключение по аналитическому обзору исследований 47
ГЛАВА 2. Организация, объекты и методы исследований 49
2.1. Организация и схема проведения исследований 49
2.2. Объекты и материалы исследований 52
2.3. Научно-аналитическое оборудование, используемое для исследований 54
2.4. Методы исследования 55
ГЛАВА 3. Результаты собственных исследований 61
3.1. Изучение культуральных, морфологических, физиолого биохимических свойств, антибиотической резистентности, антагонистической активности и биосовместимости микроорганизмов, выделенных из национальных кисломолочных продуктов 61
3.2. Подбор состава питательной среды и условий совместного культивирования представителей симбиотического консорциума микроорганизмов, выделенных из национальных кисломолочных продуктов 93
3.3. Изучение антагонистической активности симбиотического консор циума микроорганизмов, выделенных из национальных кисломолочных продуктов и химической природы метаболитов консорциума 101
3.4. Подбор параметров стабилизации (замораживание и сушка) сим-биотического консорциума микроорганизмов, выделенных из национальных кисломолочных продуктов 105
3.5 Исследование состава и свойств симбиотической закваски, на основе лактобактерий выделенных из национальных кисломолочных продуктов 112
ГЛАВА 4. Практическая реализация результатов исследований 116
4.1. Разработка технологической схемы получения симбиотической закваски с антиботическими свойствами на основе лактобактерий, выделенных из национальных кисломолочных продуктов 116
4.2 Рецептура и технологическая схема производства кисломолочных напитков функционального назначения с применением симбиотической закваски антибиотической направленности 121
4.3. Изучение состава, свойств и основных показателей качества кисломолочных напитков с применением симбиотической закваски антибиотической направленности 123
Выводы 129
Список литературы
- Особенности получения национальных молочных продуктов народов Средней Азии
- Научно-аналитическое оборудование, используемое для исследований
- Изучение антагонистической активности симбиотического консор циума микроорганизмов, выделенных из национальных кисломолочных продуктов и химической природы метаболитов консорциума
- Рецептура и технологическая схема производства кисломолочных напитков функционального назначения с применением симбиотической закваски антибиотической направленности
Введение к работе
Актуальность темы исследований. Проблемы производства и потребления молочных продуктов приобретают все большую актуальность и с нарастающей степенью входят в зависимость от общих тенденций развития мирового рынка продовольствия. Значительную группу продуктов здорового питания составляют кисломолочные продукты. Особый интерес представляют национальные кисломолочные напитки народов Кавказа и Средней Азии, которые постепенно становятся все более популярными и в России. Они обладают повышенной усвояемостью за счет распада белков на более простые соединения, благотворно влияют на секреторную деятельность желудка и кишечника, подавляют гнилостную микрофлору кишечника, обладают бактерицидными свойствами, тонизирующим действием и др. Однако, заквасочная микрофлора национальных кисломолочных продуктов еще недостаточно изучена, что затрудняет их промышленное производство.
В связи с этим актуальна разработка научно обоснованных подходов, основанных на изучении физиолого-биохимических и промышленно ценных свойств молочнокислых бактерий, выделенных из различных национальных кисломолочных продуктов, при создании комбинированных заквасок с высокой биологической активностью. Создание комбинированных заквасок направленного действия, обладающих спектром необходимых характеристик, отвечает важной задаче повышения качества и ассортимента молочных продуктов.
Степень разработанности. Вопросам производства бактериальных заквасок и концентратов посвящены работы многих учёных и исследователей в этой области: Л.A. Банниковой, В.И. Ганиной, А.В. Гудкова, И.В. Рожковой, В.Ф. Семенихиной, H.A. Тихомировой, И.С. Хамагаевой и др. С развитием современных направлений в области создания новых технологий продуктов питания специализированного и функционального назначения в пищевой промышленности и биотехнологии появились новые возможности конструирования отдельных компонентов этих видов продуктов. Одним из способов формирования инновационных продуктов является разработка заквасок прямого внесения на основе жизнеспособных микроорганизмов с целью дальнейшего их использования в молочной промышленности.
Цель и задачи исследований. Целью работы является исследование и разработка технологии получения симбиотической закваски на основе молочнокислых бактерий, выделенных из национальных кисломолочных продуктов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд взаимосвязанных научно-исследовательских задач:
– выделить молочнокислые бактерии из национальных кисломолочных продуктов: айран, кумыс, курунга, чегень;
- изучить культуральные, морфологические, физиолого-биохимические свойства, определить антибиотическую резистентность, антагонистическую активность и биосовместимость микроорганизмов, выделенных из национальных кисломолочных продуктов;
- подобрать оптимальный состав питательной среды и оптимальные условия
совместного культивирования представителей симбиотического консорциума
микроорганизмов, выделенных из национальных кисломолочных продуктов;
- изучить антагонистическую активность симбиотического консор
циума микроорганизмов и химическую природу метаболитов консорциума;
подобрать параметры стабилизации (замораживание и сушка) симбио-тического консорциума микроорганизмов;
разработать технологию получения симбиотической закваски на основе консорциума микроорганизмов, обладающих антибиотическими свойствами, выделенных из национальных кисломолочных продуктов;
изучить основные показатели качества симбиотической закваски, обладающей антибиотическими свойствами и произвести промышленную апробацию результатов исследования;
разработать технологию получения кисломолочных напитков функционального назначения с применением симбиотической закваски;
изучить состав, свойства и основные показатели качества кисломолочных напитков функционального назначения, выработанных с применением симбиотической закваски.
Научная новизна. Установлено, что в состав микрофлоры национальных кисломолочных продуктов чегень, айран, кумыс, курунга входят следующие микроорганизмы: Lactobacillus delbrueckii sub sp. bulgaricus, Lactobacillus acidophi-lus, Streptococcus thermophilиs, Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactococcus lactis-subsp. lactis biovar diacetilactis, Lactobacillus paracasei, Lactobacillus fermentum, Lactobacillus gallinarum.Научно обоснован состав симбиотического консорциума микроорганизмов, выделенных из национальных кисломолочных напитков для получения закваски прямого внесения: Lactobacillus gallinarum, Streptococcus thermophilus, Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactobacillus fermentum. Установлен оптимальный состав питательной среды и оптимальные условия совместного культивирования представителей симбиотического консорциума. Доказано, что продукты обмена веществ симбиотического консорциума обладают антимикробным действием по отношению к природным патогенным и условно патогенным микроорганизмам, антагонистические свойства симбиотического консорциума микроорганизмов обусловлены синтезом веществ белковой природы, преимущественно бактериоцинов. Обоснован и разработан способ консервирования консорциума микроорганизмов, обладающих антибиотическими свойствами.
Практическая значимость работы. Разработана технология получения симбиотической закваски, содержащей в своем составе культуры молочнокислых бактерий, обладающих антибиотическими свойствами, выделенных из национальных кисломолочных продуктов. Разработаны и утверждены технические условия (ТУ 9385-219-020683315-2016) и технологическая инструкция (ТИ 9385-219-020683315-2016) для получения закваски, предназначенной для функциональных кисломолочных напитков. Проведена промышленная апробация технологии в ООО «Научно-производственный центр «ИННОТЕХ», г. Кемерово. Представлена рецептура и технология получения кисломолочных
напитков функционального назначения «Новинка молочника» и «Живая бактерия», выработанных с применением симбиотической закваски.
Методология и методы исследований. При проведении исследований использовали общепринятые, стандартные и оригинальные методы биохимического, физико-химического и микробиологического анализа в том числе: электрофорез в полиакриламидном геле, микроскопирование и др.
Положения, выносимые на защиту:
культуральные, морфологические, физиолого-биохимические свойства, антибиотическая резистентность, антагонистическая активность и биосовместимость молочнокислых бактерий, выделенных из национальных кисломолочных продуктов;
состав симбиотического консорциума на основе отобранных культур молочнокислых бактерий, состав питательных сред и условия совместного культивирования представителей симбиотического консорциума микроорганизмов, выделенных из национальных кисломолочных продуктов;
антагонистическая активность симбиотического консорциума и химическая природа метаболитов консорциума, обладающих антимикробными свойствами;
- параметры стабилизации (замораживание и сушка) симбиотического
консорциума;
- технология получения симбиотической закваски на основе консорциума
микроорганизмов, выделенных из национальных кисломолочных продуктов.
Степень достоверности и апробация работы. Основные положения и результаты работы были предметом докладов и обсуждений на международных и межрегиональных научно-практических конференциях, семинарах, конгрессах: VIII Международная научно-практическая конференция «Научные исследования: от теории к практике», VI Международная научно-практическая конференция «Инновационные технологии в науке и образовании», VIII Международная научно-практическая конференция «Образование и наука в современных условиях», IX Международная научно-практическая конференция «Научные исследования: от теории к практике», VII Международная научно-практическая конференция «Инновационные технологии в науке и образовании».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе две – в журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации: «Техника и технология пищевых производств (Food Processing: Techniques and Technology)» и «Хранение и переработка сельхозсырья» издательства «Пищевая промышленность».
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из следующих основных разделов: введение, аналитический обзор информационных источников, организация, объекты и методы исследований, результаты собственных исследований, практическая реализация результатов исследований, выводы и список литературы. Основное содержание работы изложено на 127 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц и 12 рисунков. Список литературы включает 157 наименований.
Особенности получения национальных молочных продуктов народов Средней Азии
Калорийность составляет около 27 ккал на 100 г продукта [16, 28].
Айран употребляют как прохладительный напиток в жаркие дни. Однако айран не только освежает, но и придает бодрость и силу, восстанавливает водно-солевой баланс за счет аминокислот и жирных кислот. Айран улучшает обмен веществ и очень хорошо усваивается, так как в его составе присутствуют простые белковые соединения, способствующие работе кишечника и желудка, выработке желчи и желудочного сока. Напиток используют для лечения болезней кровеносной системы и желудка, нормализует микрофлору кишечника, выводит шлаки из организма, улучшает работу сердечнососудистой системы, дыхательных путей. Напиток оказывает успокаивающее и стабилизирующее действие на организм, улучшает работу центральной нервной системы. Помогает избавиться от похмельного синдрома. Также укрепляет нервную систему, способствует притоку крови в легкие. Напиток обладает антисептическим действием, помогает избавиться от бактерий в ротовой полости и носоглотке [33].
Считается, что регулярное употребление айрана в пищу способствует здоровью и долголетию, так как он укрепляет здоровье, повышая иммунитет и помогая не только выводить вредоносные вещества из организма, но и стимулировать усвоение полезных и нужных витаминов, минералов и микроэлементов.Айран используют для похудания, так как он способен снижать уровень холестерина в крови, способствовать нормализации веса [29].
Систематическое потребление кисломолочного напитка повышает иммунитет, мышечный тонус, улучшает работу дыхательной системы организма. Айран применяют в качестве профилактики онкологических заболеваний. В нем содержится молочный жир, который помогает усвоению кальция. Польза айрана в повседневном рационе проявляется в способности укреплять кости и зубы. Напиток помогает при дефиците кальция и остеопорозе. Употреблять напиток рекомендуют детям и подросткам для нормального развития, а также пожилым людям. Айран не рекомендуют потреблять при повышенной кислотности желудка, язвенной болезни 12-перстной кишки и желудка, остром и хроническом гастрите [33, 52, 118]. Катык – продукт кисломолочного брожения с приятным и освежающим молочнокислым вкусом и однородной плотной консистенцией. В качестве закваски используется комбинация болгарской палочки и молочнокислых стрептококков. Напиток можно приготовить из молока коз, овец или коров. Главное отличие катыка в том, что заквашивания происходит в кипяченом молоке, что делает напиток достаточно жирным [35].
Энергетическая ценность продукта: (белки/жиры/углеводы): 2,8 г/3,2 г/4,2 г: 20%/51%/30%, калорийность составляет около 56 ккал на 100 г продукта.
В зависимости от рецептуры катык может иметь кислый, сладковатый или острый вкус. При этом катык со сладким вкусом используется в качестве самостоятельного продукта, а из острого и кисловатого получается отличная приправа к разным блюдам. Катык служит полуфабрикатом для приготовления других молочных изделий – сузьмы, курта, айрана, чивота, пишлока.
Благодаря уникальной закваске, катык обладает очень высокой питательной ценностью. Болгарская палочка и молочнокислые стрептококки препятствуют развитию и размножению вредных бактерий, а также способствуют восстановлению нормального здорового баланса микрофлоры кишечника. Помимо этого, катык богат витаминами А, Е, D, витаминами группы В, а также важными и ценными минералами - железом, медью, цинком, кальцием, кремнием и фосфором [50, 60, 113].
Катык препятствует развитию гнилостных кишечных бактерий, восстанавливает здоровую микрофлору кишечника и повышает естественные защитные функции организма. Катык обладает общеукрепляющим, тонизирующим действием, помогает продлить молодость и сохранить здоровье [87].
Благодаря содержанию железа, катык улучшает иммунитет, способствует росту организма и предупреждает усталость. Содержащийся в напитке магния препятствует появлению камней в мочевом пузыре и почках, поддерживает здоровье зубов, облегчает процесс переваривания пищи. Фосфор уменьшает боли при артри-18
тах, сохраняет здоровыми десны, а также обеспечивает прилив энергии. Цинк улучшает и поддерживает память, обеспечивает нормальнуюработу и развитие половых органов. Кремний поддерживает обмен веществ в организме, так же необходим для хорошей работы легких, надпочечников, поджелудочной и щитовидной желез, лимфатических узлов. Катык используется как напиток, позволяющий избавиться от похмелья [59, 67, 125].
Иримшик или сушеный творог – молочный продукт, приготовленный из овечьего или козьего молока. Имеет сладковатый вкус топленого молока и не твердеет при длительном хранении. Внешне представляет собой твердые коричневые кусочки различной формы.Для приготовленияиримшика, используют фермент, вырабатываемый поджелудочной железой ягненка (сычуг), который в соленом виде хранят специально для этих целей. Используют иримшик как в натуральном виде, так и в качестве приправы.
Существует два вида иримшика: ак (белый) и кызыл (красный). Готовят его обычно в летнее время и едят с маслом или сметаной. Он хранится долго и не теряет своих вкусовых качеств [81, 92]. Сарысу (сары – желтая, су – вода) – сыворотка желтоватого цвета, оставшаяся после приготовления творога. Сарысу еще называют «казахским шоколадом». Она обладает слабительными свойствами, поэтому его употребляют в небольших количествах с чаем. Сейчас его почти не готовят [12]. Аклак – белый творог, готовится из овечьего молока. Аклак дают детям, пожилым людям, а также людям с ослабленным организмом и роженицам,им угощают новых соседей [9].
Научно-аналитическое оборудование, используемое для исследований
Наличие жгутиков устанавливают путем исследования культур на подвижность в препаратах «раздавленная капля».
Определение физиолого-биохимических свойств штаммов микроорганизмов проводили с использованием микротестов – тест-систем API-50 (Промикс, Россия) либо индикаторных бумажных систем, представляющих собой набор пластиковых лунок с индикаторами.
Антибиотическую резистентность рассматриваемых молочнокислых бактерий анализировали с помощью набора дисков, пропитанных различными видами антибиотиков. Диски с антибиотиками накладывали на плотную питательную среду, засеянную культурой исследуемого штамма, и культивировали в течение суток при температуре 37 оС. Затем измеряли диаметр зоны ингибирования вокруг дисков. Антагонистическую активность исследовали с использованием следующих тест-штаммов: Escherichia coli B-6954, Bacillus fastidiosus B-5651, Pseudomonas fluorescens B-3502, Pseudomonas aeruginosa ATCC 9027, Leuconostoc mesenteroides B-8404, Candida albicans ATCC 885-653, Staphylococcus aureus ATCC 25923 на плотной питательной среде диффузионным методом. Для этого тест-штамм высевали на агаризованную питательную среду (РПА) газоном и одновременно на газон накладывали бумажные диски, пропитанные метаболитами лактобактерий (10 мкл/диск). В качестве контроля (К) использовали диск со средой MRS, в качестве препаратов сравнения – диски с антибиотиками ципрофлоксацином (Ц) и гента-мицином (Г) из стандартного набора. Чашки инкубировали при 30 и 37С в течение 24 ч. Результаты учитывали по наличию и размеру (в мм) прозрачной зоны отсутствия роста микроорганизмов вокруг диска.
Исследование биосовместимости микроорганизмов проводили методом совместного культивирования на плотной питательной среде МРС. Суточную культуру, выращенную на жидкой питательной среде и стандартизированную по стандарту мутности, наносили на поверхность плотной питательной среды бактериологической петлей диаметром 3 мм. После впитывания капли, отступив 1–2 мм от ее края, на поверхность той же среды наносили в том же объеме каплю другой испытуемой культуры, которая, растекаясь, примерно наполовину покрывала первую каплю.
В наложенной части культуры развиваются при взаимном присутствии (совместное культивирование), конкурируя друг с другом. После подсыхания второй капли чашки с посевами переворачивали вверх дном и инкубировали при 28-32С в воздушной среде. Каждый опыт ставили в двух повторах, меняя положения культур (с целью исключения влияния последовательности наслоения капель культур на характер роста в зоне совместного культивирования). Контролем служили капли одной и той же культуры, наслоенные друг на друга по описанной выше методике.
Учет результатов проводили через 24 и 48 ч после начала инкубации. При задержке роста одной из исследуемых культур взаимоотношения между ними рассматривались как антагонистические, а сами культуры относили в категорию бионесовместимых. Культуры считали биосовместимыми в случае обнаружения полного слияния пятен, или усиления роста исследуемых штаммов в зоне совместного культивирования (мутуализм, синергизм, сателлизм). Если одна из культур в зоне совместного культивирования выходит наверх, подавляя рост второй куль-57 туры, независимо от последовательности их нанесения, такой вариант расценивали как слабый антагонизм. Наличие хорошо выраженной зоны угнетения (задержки роста) одной культуры по периферии пятна другой испытуемой культуры расценивали как признак сильного антагонизма.
Для определения молекулярной массы бактериоцинов и подтверждения их биологической природы проводили электрофоретическое исследование в денатурирующем полиакриламидном геле. Для этого готовили 12%-ный разделяющий гель и фокусирующий гель с добавлением дотергента додецилсульфата натрия. Электрофорез проводили при 15 мА. Гель окрашивали 0,2%-ным Кумасси R250 (приготовленном на ледяной уксусной кислоте) при повышенной температуре в течение 7-10 мин, затем трижды отмывали дистиллированной водой.
Просмотр результатов и их интерпритирование осуществляли с помощью УФ-трансиллюминатора TCP-20M при длине волны излучения 312 нм. Сохранение и обработку результатов исследований проволиои на системе гель-документирования Gel Doc XR Plus.
Органолептическую оценку готовой продукции проводили согласно ГОСТ 8756.1 в следующей последовательности: – внешний вид: характеризовали общее зрительное впечатление о продукте (форма, характер поверхности, однородность, посторонние примеси); – цвет: устанавливали различные отклонения от цвета, специфического для данного вида продукта; – запах: определяли типичный вид аромата, гармонию запахов, так называемый «букет», устанавливали наличие посторонних запахов; – консистенция: учитывали, однородность, присутствие твердых частиц;
Определение содержания токсичных элементов, пестицидов, антибиотиков и радионуклидов: – свинца – по ГОСТ Р 51301 «Продукты пищевые и продовольственное сырье. Инверсионно-вольтамперометрические методы определения содержания токсичных элементов (кадмия, свинца, меди и цинка)», ГОСТ 26932 «Сырье и продукты пищевые. Методы определения свинца», ГОСТ 30178 «Сырье и продукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов», ГОСТ 30538 «Продукты пищевые. Методика определения токсичных элементов атомно-эмиссионным методом» и МУК 4.1.986 «Методика выполнения измерений массовой доли свинца и кадмия в пищевых продуктах и продовольственном сырье методом электротермической атомно-абсорбционной спектрометрии. Методические указания»; – мышьяка – по ГОСТ Р 51766 «Сырье и продукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод определения мышьяка», ГОСТ 26930 «Сырье и продукты пищевые. Метод определения мышьяка» и ГОСТ 30538 «Продукты пищевые. Методика определения токсичных элементов атомно-эмиссионным методом»; – кадмия – по ГОСТ Р 51301 «Продукты пищевые и продовольственное сырье. Инверсионно-вольтамперометрические методы определения содержания токсичных элементов (кадмия, свинца, меди и цинка)», ГОСТ 26933 «Сырье и продукты пищевые. Методы определения кадмия», ГОСТ 30178 «Сырье и продукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов», ГОСТ 30538 «Продукты пищевые. Методика определения токсичных элементов атомно-эмиссионным методом» и МУК 4.1.986 «Методика выполнения измерений массовой доли свинца и кадмия в пищевых продуктах и продовольственном сырье методом электротермической атомно-абсорбционной спектрометрии. Методические указания»; – ртути – по ГОСТ 26927 «Сырье и продукты пищевые. Методы определения ртути» и МУ 5178 «Методические указания по определению ртути в пищевых продуктах»; – радионуклидов стронция-90 и цезия-137 – по МУК 2.6.1.1194 «Радиационный контроль. Стронций-90 и Цезий-137. Пищевые продукты. Отбор проб, анализ и гигиеническая оценка». Массовую долю общего белка определяли методом, основанным на измерении теплопроводности молекулярного азота, с применением анализатора белкового азота RAPIDNCube.
Изучение антагонистической активности симбиотического консор циума микроорганизмов, выделенных из национальных кисломолочных продуктов и химической природы метаболитов консорциума
Lactobacillus fermentum чувствителен к действию ампициллина (диаметр зоны ингибирования 29,9±1,5 мм), бензилпенициллина (диаметр зоны ингибирования 18,5±1,1 мм), карбинициллина (диаметр зоны ингибирования 11,2±0,6 мм), левомицитина (диаметр зоны ингибирования 32,0±1,6 мм), метициллина (диаметр зоны ингибирования 28,9±1,7 мм), оксациллина (диаметр зоны ингибирования 25,6±1,3 мм), олеандомицина (диаметр зоны ингибирования 23,6±1,4 мм), ристомицина (диаметр зоны ингибирования 6,8±0,4 мм), стрептомицина (диаметр зоны ингибирования 9,8±0,6 мм) и тетрациклина (диаметр зоны ингибирования 24,5±1,2 мм). Данный штамм проявляет устойчивость к сизомицину, неомицину, доксициклину, цефаликсина и канамицину.
Бактерии рода Lactococcus lactis subsp. lactis biovar устойчивы к действию канамицина и сизомицина. В то время как Streptococcus thermophiles устойчив к действию, ампициллина, бензилпенициллина, канамицина, метициллина, неоми-цина, окссациллина, сизоцима, стрептомицина, но данный штамм микроорганизма наболее чувствителен к действию тетрациклина (диаметр зоны ингибирования 34,2±1,7 мм), цефаликсина (диаметр зоны ингибирования 32,9±1,6 мм), доксициклина (диаметр зоны ингибирования 35,7±2,1 мм). Бактерии Lactobacillus gallinarum проявляют устойчивость к действию доксициклина и канамицина.
Таким образом, в результате изучения антибиотической резистентности микроорганизмов, выделенных из национальных кисломолочных напитков (таблица 3.1.4) выявлено, что бактериальные клетки чувствительны к действию антибиотиков, ингибирующих синтез белка: левомицетину, тетрациклину и доксициклину (диаметр зоны ингибирования находится на уровне от 18,4 до 34,0 мм) и в меньшей степени чувствительны к действию аминогликозидным антибиотическим веществам, нарушающим как синтез белка, так и процессы репликации генома клетки. К таким антибиотикам относят неомицин, сизомицин, канамицин и стрептомицин (ширина зоны ингибирования находится на уровне от 0 до 10,5 мм). Эти данные подтверждают принадлежность рассматриваемых микроорганизмов к группе грамположительных бактерий. Кроме этого, результаты, представленные в таблице 3.1.4, свидетельствуют о том, что все изучаемые штаммы чувствительны к действию -лактамных антибиотиков, которые ингибируют синтез клеточной стенки (ампициллин), кроме Streptococcus thermophilus.
Исследование антагонистических свойств микроорганизмов, выделенных из национальных кисломолочных напитков, является важной составляющей частью научных исследований процесса разработки технологии закваски прямого внесения, так как антагонистические свойства микроорганизмов являются механизмом функционирования микробиоценозов.
При антагонизме одни микроорганизмы угнетают развитие другого вида, а иногда и полностью уничтожает его. Антагонистические свойства у микроорганизмов очень распространены. Различные популяции микроорганизмов выработали те или иные методы борьбы со своими конкурентами. Антагонистические свойства могут заключаться в очень быстром размножении, при этом микроорганизмы, растущие быстро вытесняют и замедляют другой микроорганизм. А могут быть связаны с синтезом специфических и неспецифических метаболитов, которые могут образовываться не только при культивировании монокультур, но и в присутствии гетерогенных культур. При этом совместное культивирование приводит к усилению антагонистических свойств бактерий.
Для определения антагонистической активности микрорганизмов, выделенных из национальных кисломолочных напитков, применяли метод совместного культивирование на плотных питательных средах. В работе изучали антагонистические свойства микроорганизмов, выделенных из национальных казахских кисломолочных напитков диффузионным методом на твердой питательной среде с использованием следующих тест-штаммов: Escherichia coli B-6954, Bacillus fastidiosus B-5651, Pseudomonas fluorescens B-3502, Pseudomonas aeruginosa ATCC 9027, Leuconostoc mesenteroides B-8404, Candida albicans ATCC 885-653,
Staphylococcus aureus ATCC 25923. Результаты исследований, антагонистических свойств микроорганизмов, выделенных из национальных кисломолочных напитков, представлены в таблице 3.1.5.
Анализ эмпирических данных по исследованию антагонистических свойств штаммов микроорганизмов, выделенных из национальных кисломолочных напитков представленых в таблице 3.1.5 свидетельствует о том, что наиболее чувствительны к метаболитам молочнокислых бактерий, оказались природные штаммы Escherichia coli B-6954, Bacillus fastidiosus B-5651, Pseudomonas fluorescens B-3502, Pseudomonas aeruginosa ATCC 9027, Leuconosto cmesenteroides B-8404, Candida albicans ATCC 885-653, Staphylococcus aureus ATCC 25923.
Наибольшую антагонистическую активность проявляют бактерии Lactoba-cillus delbruecki isubsp. bulgaricus, Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactobacillus pa-racasei,Lactobacillus gallinarum.
Так, например, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus оказывает пагубное воздействие на штаммы Bacillu sfastidiosus B-5651, Pseudomonas aeruginosa ATCC 9027; Lactococcus lactis subsp. lactis оказывает пагубное воздействие на штаммы Bacillus fastidiosus B-5651, Pseudomonas fluorescens B-3502, Leuconostoc mesente-roides B-8404, Candida albicans ATCC 885-653, Staphylococcus aureus ATCC 25923; Lactobacillus paracasei проявляет антимикробные свойства против Bacillus fastidiosus B-5651 и Leuconostoc mesenteroides B-8404; Lactobacillus gallinarum проявляет антимикробные свойства против Escherichia coli B-6954, Bacillus fasti-diosus B-5651, Pseudomonas fluorescens B-3502, Leuconosto cmesenteroides B-8404 и Staphylococcus aureusATCC 25923.
Рецептура и технологическая схема производства кисломолочных напитков функционального назначения с применением симбиотической закваски антибиотической направленности
На первом этапе технологического процесса оператор осуществляет приемку сырья и оценку качества исходных компонентов. На этой стадии осуществляются контрольные измерения качественных показателей исходных компонентов.
В том случае, если качество исходных компонентов соответствует действующей нормативной документации, исходное сырье направляют на дальнейшую переработку. Кроме качественных измерений проводят контроль веса и наименования. Далее исходные компоненты направляют в цех по подготовке компонентов.
На этой стадии сырье измельчают до нужной консистенции, фильтруют и удаляют различные взвеси и примеси, готовят растворы необходимой концентрации.
Приготовление компонентов ведут в емкостном оборудовании, снабженном перемешивающими элементами. Все растворы и сухие вещества перед стадией приготовления проходят стадию стерилизации с целью удаления посторонней микрофлоры.
После подготовки компонентов из них готовят питательную среду для культивирования межвидового симбиотического консорциума микроорганизмов, состоящего из следующих монокультур: Lactobacillus gallinarum, Streptococcus thermophilus, Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactobacillus fermentum в соотношении 1:1:1:1.
Для наилучшего культивирования симбиотического консорциума готовят питательную среду следующего состава, г/л: протеозопептон – 5,0; мясной экстракт – 10,0; дрожжевой экстракт – 5,0; глюкоза – 20,0; твин-80 – 1,0; аммония-цитрат – 1,0; марганца сульфат– 0,05; натрия гидрофосфат –1,0; агар-агар –15,0; кристаллический фиолетовый –0,0002; гидролизат казеина –12,5; папаиновый перевар соевой муки –2,5; натрия хлорид – 3,0; натрия цитрат –0,5; натрия сульфит – 0,2; L-цистин –0,05; натрия азид –0,1; фосфат калия двузамещенный –0,5; аммоний лимоннокислый двузамещенный –0,8. Цех приготовления питательной среды представляет собой комнату с различными емкостями для хранения сухих и жидких компонентов, оборудованием для транспортировки компонентов и аппаратами для перемешивания и приготовления питательной среды.
Важным элементом приготовления питательных сред для культивирования микроорганизмов является соблюдение асептических требований с целью устранения возможности заражения посторонней микрофлорой. Потоки в технологическом процессе можно стерилизовать различными способами: термическим, фильтрационным, радиационным и химическим.
В данной технологической схеме предлагаем использовать термический метод стерилизации, так как он самый дешевый и легкий в использовании. Поэтому далее приготовленную питательную среду для культивирования симбиотического консорциума микроорганизмов направляют в стерилизационный цех, где нагре-вают до 120 С в течение 30 мин с последующим охлаждением до температуры культивирования (37±1 С). Далее протекает процесс культивирования межвидового симбиотического консорциума микроорганизмов. Данная стадия является центральным этапом производства закваски и протекает в специальных емкостях - биореакторах.
В данном аппарате протекают все необходимые фазы роста бактериальных клеток. Процесс осуществляют в течение 24 ч при температуре 37 С и активной кислотности 7,0. Важным моментом на этой стадии процесса является поддержание постоянного состава питательной среды.
На этой же стадии в питательную среду для культивирования вводят бактериологические клетки межштаммового симбиотического консорциума. Но перед тем, как ввести микроорганизмы в питательную среду, их необходимо подготовить. Процесс подготовки заключается в отделении чистой культуры. Задачей отделения является: - сохранение стерильной чистоты штаммов; - сохранение полезных свойств штаммов микроорганизмов; - проведение операций по контролю; - маломасштабное культивирование микроорганизмов для стадии культивирования в промышленных масштабах; - приготовление засевной дозы клеток для каждого промышленного культивирования.
После процесса культивирования биомасса микроорганизмов с питательной средой поступает из биореактора в виде водной суспензии на отделение биомассы. Этот процесс осуществляют методом центрифугирования, при котором осаждение взвешенных частиц происходит под действием центробежных сил. Данный метод позволяет разделить суспензию на две фракции: биомассу и культуральную жидкость.
Технологические параметры процесса отделения биомассы микроорганизмов от питательной среды следующие: скорость 42000 об/мин и продолжительность 40 мин.
Следующим этапом технологического процесса является обезвоживание до массовой доли влаги 4 %. Процесс ведут в два этапа с использованием центро-бежно-сублимационной лиофильной установки (температура замораживания минус 25оС температура нагрева 25С; продолжительность 240 мин; толщина слоя 3,0 мм). Установка состоит из сублиматора с центрифугой, холодильника, вакуумметра, датчика давления и вакуумного насоса.
Далее лиофилизированные микроорганизмы направляют на упаковку. Упаковку лиофилизированного межштаммового симбиотического консорциума микроорганизмов осуществляют в стеклянные ампулы. Ампулы отпаивают в области перетяжки с помощью газовой горелки. Оценивают наличие разреженной атмосферы в ампулах с помощью тестера. Нормой считается наличие в ампуле свечения голубого цвета. После того, как ампула проверена с помощью высокочастотного тестера, конец ее покрывают расплавленным сургучом для герметизации потенциальных микротрещин.
Через 24 ч после процесса лиофилизации осуществляют проверку жизнеспособности лиофилизированного межштаммового симбиотического консорциума молочнокислых бактерий. Для этого выбирают контрольную ампулу, стерилизуют ее 70 % раствором этилового спирта, вскрывают с помощью алмазного стеклореза. В содержимое ампулы вносят стерильную воду либо стерильный физиологический раствор в количестве 0,2–0,3 мл. Через 30 мин суспензию пипептиру-ют, помещают на поверхность агаризованной среды и наблюдают развитие бактериальных клеток. В том случае, если контрольная ампула лиофилизированного межштаммового симбиотического консорциума молочнокислых бактерий прошла проверку на жизнеспособность, всю партию лиофилизированных бактерий направляют на хранение. Лиофилизированные препараты закваски прямого внесения хранят в условиях темноты при температуре 5 - 8 оС.