close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Интенсификация биотехнологического процесса получения функциональных кисломолочных продуктов питания с пробиотиками и антиоксидантами

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
УТЕБАЕВА АЙДАНА АСКАРОВНА
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ПОЛУЧЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ КИСЛОМОЛОЧНЫХ
ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ С ПРОБИОТИКАМИ И
АНТИОКСИДАНТАМИ
03.01.06 – Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)
05.18.07 – Биотехнология пищевых продуктов и биологически
активных веществ
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Казань – 2018
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном
образовательном учреждении высшего образования «Казанский
национальный исследовательский технологический университет».
Научный
руководитель
доктор химических наук, доцент,
Сысоева Мария Александровна
Официальные Волкова Галина Сергеевна, доктор технических наук,
оппоненты
Всероссийский научно-исследовательский институт
пищевой биотехнологии – филиал Федерального
государственного бюджетного учреждения науки
Федерального исследовательского центра питания,
биотехнологии и безопасности пищи, заведующий
лабораторией биотехнологии органических кислот,
пищевых и кормовых добавок
Банникова Анна Владимировна, доктор технических
наук, доцент, федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Саратовский государственный аграрный университет
имени
Н.И.
Вавилова»,
директор
института
международных образовательных программ
Ведущая
организация
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «СанктПетербургский политехнический университет Петра
Великого», г. Санкт-Петербург
Защита состоится 19 декабря 2018 г. в 14.00 часов на заседании
диссертационного совета Д 999.097.02, созданного на базе ФГБОУ ВО
«Казанский
национальный
исследовательский
технологический
университет», ФГАОУ ВО «Казанский (Приволжский) федеральный
университет» по адресу: 420015, г. Казань, ул. К.Маркса, 68, ауд. А-330.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО
«Казанский
национальный
исследовательский
технологический
университет» и на сайте http://www.kstu.ru/servlet/contentblob?id=254644.
Автореферат разослан _________________ 2018 г.
Ученый секретарь
диссертационного
совета
Степанова
Светлана
Владимировна
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В настоящее время пробиотические микроорганизмы, в частности, бифидо- и лактобактерии широко востребованы в
пищевой, фармацевтической, косметической промышленности. Актуальной задачей является интенсификация биотехнологических процессов
культивирования этих микроорганизмов. Это может быть достигнуто использованием наряду с традиционными антиоксидантами меланинов
высших грибов и экстрактов растений, содержащих полифенолы. Результаты исследований могут быть применены в технологиях получения кисломолочных функциональных продуктов для лечебно-профилактического
питания, улучшающих адаптацию организма к негативным факторам окружающей среды. Таким образом, разработка функциональных продуктов
питания, содержащих пробиотики и антиоксиданты, является актуальной
научно-прикладной задачей.
Степень разработанности темы исследования.
Для активации бифидобактерий часто используют антиоксиданты - аскорбиновую, и другие органические кислоты, флавоноиды. Применение
аскорбиновой кислоты в количестве 0,03-0,05%, приводит к увеличению
биомассы бифидо- и лактобактерий c 109 до 1010 КОЕ/см3. Кверцетин в
концентрациях 2, 20 мкг/мл интенсифицирует рост бифидобактерий до
20 %, а в концентрации 100 мкг/мл ингибирует рост B. bifidum, по сравнению с контролем.
Большой интерес для использования в качестве антиоксидантов представляют меланины грибов. Экстракты из трутового гриба чаги (Inonotus
obliquus) применяют в медицине для лечения заболеваний желудочнокишечного тракта и в терапии онкологических заболеваний. Меланины
этого гриба относят к бионанообъектам, поскольку они сформированы в
виде частиц с размером до 400 нм и проявляют антиоксидантную активность, до 60 кКл/(100 г меланина). Ранее было показано, что фракция, выделенная из меланинов чаги, стимулирует рост B. bifidum 1. Большой интерес представляет активация пробиотических микроорганизмов с использованием экстрактов растительного происхождения, содержащих полифенолы и обладающих антиоксидантными свойствами. Известно применение
экстрактов корня солодки, лопуха, люцерны в получении кисломолочных
функциональных продуктах питания. При этом улучшаются органолептические показатели, возрастает содержание белка и витаминов в полученных продуктах.
Цель работы состояла в интенсификации роста и развития бифидо- и
лактобактерий с применением антиоксидантов меланинов чаги и экстрактов из растительного сырья, содержащих полифенолы, и в использовании
3
полученных результатов в биотехнологических процессах получения кисломолочных продуктов функционального назначения.
Для достижения цели решались следующие задачи:
1. Определить влияние антиоксидантов на рост и развитие пробиотических микроорганизмов: бифидобактерий и лактобактерий.
2. На основании исследования физико-химических свойств меланинов
чаги и экстрактов из растительного сырья, содержащих полифенолы, разработать нормы качества для их применения в качестве антиоксидантов в
производственных условиях в биотехнологиях и для получения функциональных кисломолочных продуктов.
3. Разработать стадию активации бифидобактерий в технологии получения кисломолочных функциональных продуктов на основе кефирных
грибков, L.acidophilus (кефирный продукт, ацидофильные продукты 1 и 2).
4. Определить физико-химические, органолептические и функциональные свойства полученных кисломолочных функциональных продуктов .
5. Провести производственные испытания получения кефирного продукта с бифидобактериями и антиоксидантом.
Научная новизна работы.
Экспериментально доказана возможность применения в качестве активаторов роста и жизнедеятельности B. bifidum 1, B. animalis subsp.lactis меланина чаги, полученного с применением сверхвысокочастотной (СВЧ)
обработки, и экстракта девясила, что позволило сократить длительность
лаг-фазы в 2 раза, и увеличить титр микроорганизмов к 24 часам в 10 раз.
Установлено, что внесение меланина в среду культивирования L.
acidophilus не изменяет длительность лаг-фазы, но увеличивает количество
клеток в 10 раз по сравнению с контролем.
Экспериментально показано, что использование меланина чаги, полученного с применением СВЧ, в качестве активатора B. bifidum 1, B.
animalis subsp.lactis, позволяет к 24 часам культивирования увеличить
прирост клеток в 1,4-2,3 раза по сравнению с аскорбиновой кислотой.
Установлено, что меланины чаги можно использовать для активации
бифидобактерий при разработке кисломолочных функциональных продуктов питания с синбиотиками.
Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные
экспериментальные данные по активации бифидо- и лактобактерий антиоксидантами различной химической природы позволяют расширить представления о интенсификации роста этих микроорганизмов меланинами и
экстрактами растительного происхождения, содержащими полифенолы.
Разработана стадия активации бифидобактерий в технологии получения
трех функциональных кисломолочных продуктов питания, содержащих
4
бифидобактерии и/или лактобактерии с пребиотиками, обеспечивающие
длительный срок хранения с сохранением жизнеспособных клеток пробиотика. Проведена апробация разработанной технологии получения
функционального кефирного продукта в производственных условиях,
подтверждено получение продукта с заданными свойствами.
Разработаны нормы качества на меланин чаги, полученный с применением СВЧ, и экстракт девясила для их использования в биотехнологиях
фармации, пищевой промышленности и индустрии косметических
средств.
Методология и методы исследования. Культивирование пробиотических микроорганизмов осуществляли с применением стандартных методов, применяемых в биотехнологии и микробиологии. В работе использованы современные методы физико-химического анализа: спектрофотометрия, ЭПР спектроскопия, метод динамического светорассеивания.
Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с использованием программы «Statistica 6.0».
Внедрение в практику. Полученные результаты используют при преподавании дисциплин: «Технология отрасли 2 (Технология продуктов
функционального питания)», «Физико-химические методы анализа биологически активных веществ», «Биотехнология функциональных продуктов питания» (направления подготовки 19.03.01, 19.03.02, 19.04.01). Апробация получения разработанного кисломолочного функционального
продукта проведена на предприятии ТОО «Шымкент Сут».
На защиту выносятся:
 результаты применения антиоксидантов - меланинов, растительных
экстрактов для активации бифидобактерий и определения их влияния на
рост лактобактерий;
 результаты по активации бифидобактерий в технологии получения кисломолочных продуктов питания, содержащих пробиотики и пребиотики;
 экспериментальные данные по исследованию физико-химических, органолептических свойств и микробиологические показателей, характеризующих качество и безопасность разработанных кисломолочных функциональных продуктов питания, содержащих пробиотики и пребиотики.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность
результатов обеспечена применением современных методов исследования
и подтверждается их воспроизводимостью, а также использованием для
обработки экспериментальных данных программы «Statistica 6.0». Полученные результаты согласуются с фундаментальными исследованиями и
не противоречат литературным данным.
5
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на XIV, XV Международных конференциях молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, 2015г., 2016г.); Международной научно-практической конференции «Биотехнология в комплексном развитии регионов» (Москва, 2016 г.); IV Международном балтийском форуме «Пищевая и морская биотехнология» (Калининград, 2016
г.); Международном конгрессе: Биотехнология: состояние и перспективы
развития (Москва, 2017г.); XI Всероссийской научно-практической конференции «Технологии и оборудование химической, биотехнологической
и пищевой промышленности» (Бийск, 2018г.).
Соответствие диссертации паспорту научной специальности.
Проведенное исследование соответствует формулам научных специальностей: 03.01.06 – Биотехнология (в том числе бионанотехнологии) по
пунктам 2,3 и 05.18.07 – Биотехнология пищевых продуктов и биологически активных веществ по пунктам 1,6,9 научных специальностей.
Публикации. Основные результаты работы изложены в 4 статьях, в
том числе в 3 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК для размещения
материалов диссертаций, 1 патенте на изобретение, 7 публикациях по материалам конференций.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения,
трѐх глав, выводов, библиографического списка, приложений. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 29 рисунков,
34 таблицы и 225 литературных источника.
Личный вклад автора состоит в проведении экспериментов, обработке, интерпретации и обобщении результатов, в формулировке выводов,
оформлении статей и диссертационной работы. Размер частиц образцов
определен в лаборатории «Высокоорганизованных сред» в ФГБУН Институт органической и физической химии им.А.Е. Арбузова с участием зав.
лабораторией проф., д.х.н. Захаровой Л.Я., ЭПР анализ образцов проведен
в ФЦКП физико-химических исследований веществ и материалов ПФО
(КФУ) с участием главного инженера Зверева Д.Г.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой главе приведен обзор научно-технической литературы, в котором представлены основные приемы интенсификации культивирования бифидо- и лактобактерий с применением антиоксидантов. Проанализированы
требования к пробиотикам и функциональным продуктам на их основе. Рассмотрены технологии создания кисломолочных функциональных продуктов
питания с пробиотиками.
Во второй главе изложена экспериментальная часть. Представлены характеристики материалов и пробиотических микроорганизмов, использо6
ванных в работе. Микроскопию осуществляли на видеомикроскопе «МС
100 (LDC)». Количественное содержание веществ в исследуемых образцах
определяли спектрофотометрически: простых фенолов – с применением 4аминоантипирина, аминокислот – нингидриновым методом на спектрофотометре UNICO UV/VIS 2800. Общая антиоксидантная активность измерена
фосфомолибденовым методом на планшетном ридере TECAN. Антиоксидантная активность с использованием амперометрического детектирования
оценена с применением прибора «Цвет Яуза». Размер частиц в коллоидных
системах измерен на анализаторе Zetasizer NanoZS «Malvern». Измерение
ЭПР проведено на спектрометре ESR-300 Bruker.
В третьей главе приведено обсуждение полученных результатов. Для активации жизнедеятельности B.bifidum 1 и B. animalis subsp.lactis выбраны
классические антиоксиданты – аскорбиновая кислота, кверцетин, меланины
гриба чага и сухие растительные экстракты, содержащие полифенолы из
шрота корней солодки и корней девясила.
Объектами исследования являются меланины: М1 - входят в состав водных извлечений чаги применяемых в терапии различных заболеваний; М2 –
выделены из водных извлечений, полученных с применением СВЧ; М3 и
М4 получены из меланинов М1. Меланины М3 более гидрофобны, поскольку из их состава удалена часть гидрофильных соединений бутанолом, а меланины М4 более гидрофильны, поскольку из них удалена часть гидрофобных соединений петролейным эфиром. Е1 – этанольный экстракт из шрота
корня солодки. Е2 – водный экстракт из корней девясила, полученный с
применением СВЧ. Физико-химические показатели антиоксидантов грибного и растительного происхождения, представлены в таблицах 1-2.
Таблица 1
Полидисперсность, проводимость размеры и заряд частиц меланинов чаги в
водных коллоидных системах
Объекты
M1
M2
M3
Pd
индекс
1,00
0,64
0,35
М4
0,85
Е1
Е2
0,19
0,27
Размер и количество частиц
Электронная
ДзетаБольшой
Средний
Малый
проводимость потенциал,
мСм/см
мВ
d, нм инт., % d, нм инт., % d, нм инт., %
356,0 71,8 64,65 16,0 22,87 10,3
0,27
-14,00
396,9 80,4 42,64 18,2
0,27
-17,60
5360
1,4
378,7 81,7 96,88 17,1
0,71
-31,50
5371
1,2
287,1 86,7
21,71 5,9
0,61
-1,34
2,97 7,4
291,7 100,0
0,03
-39,8
500,1 89,5 120,6 10,5
0,14
-18,3
Примечание: инт – интенсивность, %; d – диаметр, нм.
7
Меланины чаги, как и полифенолы экстрактов, в водной среде образуют коллоидные системы, в которых превалируют крупные частицы дисперсной фазы меланинов чаги, размер которых лежит в наноразмерном
диапазоне, в основном до 400 нм (таблица 1). Наибольший индекс полидисперсности имеет коллоидная система с дисперсной фазой меланинов
М1. В ней присутствуют частицы крупного, среднего и малого размера.
Таблица 2
Физико-химические характеристики антиоксидантов грибного и
растительного происхождения n=3-5, P=0,95
Объекты
М1
М2
М3
М4
Е1
Е2
ССФВ, мкг/мл
ОВП раствора, мВ
19,23±0,75
22,20±0,40
9,53±0,30
3,01±0,14
19,95±0,99
4,07±1,67
-5,51±2,22
-4,16±1,23
323,50±9,09
76,62±4,59
182,30±7,42
АОА
1
0,55±0,03
0,66±0,06
0,29±0,01
0,11±0,01
0,58±0,07
0,19±0,01
2
46,42 ±2,39
8,78 ±0,67
21,90 ±0,54
15,96 ±2,89
57,10 ± 2,39
31,51± 5,94
Примечание: ССФВ – сумма свободных фенольных веществ, мкг/мл; ОВП – окислительновосстановительный потенциал, мВ; АОА 1 – общая антиоксидантная активность, мг эквивалент аскорбиновой кислоты /г меланина; АОА 2 – окислительно-восстановительные свойства, мг/г
По общей антиоксидантной активности наиболее близкие свойства
имеют коллоидные системы меланинов М1, М2 и Е1 (таблица 2). Наиболее
близки по размерам частиц коллоидные системы с дисперсными фазами
меланинов М2 и М3, но они существенно различаются по индексу полидисперсности и заряду частиц. У частиц меланинов М2 и М3 преобладает
отрицательный заряд около – 30 мВ. С увеличением гидрофобных свойств
у меланина М3 и, в большей степени, гидрофильных свойств, у меланина
М4, по сравнению с меланином М1, общая антиоксидантная активность
образуемых ими коллоидных систем снижается. Кроме того, во вклад этих
свойств, возможно, вносит наличие в среде коллоидных систем меланинов
М1 и М2 большего количества простых фенольных соединений.
Такой закономерности в проявлении антиоксидантной активности
(окислительно-восстановительных свойств) у коллоидных систем
рассматриваемых меланинов, не наблюдается. Вероятно, этот вид
активности в большей степени зависит от особенностей конформации
частиц у этих меланинов, что косвенно подтверждает анализ их ЭПР
спектров, который указывает на различия их парамагнитных свойств и
структур комплексов, образуемых в них органическими соединениями.
На основании физико-химических характеристик этих объектов исследования можно предположить, что высокой активирующей способно8
стью в отношении бифидобактерий могут обладать меланины М1-М3 и полифенолы экстрактов Е1 и Е2.
Для сравнения действия антиоксидантов разной природы в качестве активаторов роста бифидобактерий проведено их культивирование на стандартной среде Блаурокка. Аскорбиновая кислота в концентрации 10-5 г/ см3 позволяет увеличить удельную скорость роста бактерий на 19,5 %, и повысить
титр клеток через 24 часа культивирования на 6,7% по сравнению с контролем (таблица 3).
Таблица 3
Показатели роста бифидобактерий, активированных аскорбиновой кислотой, кверцетином, меланинами чаги, n=3, P=0,90
Объекты
Конц.,
г/см3
Контроль
Аскорбиновая
кислота
Контроль
10-10
10-5
Кверцетин
10-10
10-5
Контроль
М1
М2
М3
М4
М1
М2
М3
М4
10-10
10-5
µ, ч-1
0,46
0,45
0,55
0,65
0,57
0,38
0,65
0,73
0,56
0,69
0,32
0,35
0,60
0,54
0,50
Показатели роста B. bifidum 1, lg KOE/см3
Продолжительность культивирования, ч
0
24
48
72
5,03±0,04 8,37±0,07 7,57±0,13
7,09±0,52
5,03±0,03 8,30±0,11 8,77±0,09
6,95±0,11
5,08±0,11 8,93±0,03 8,08±0,08
7,70±0,09
4,10±0,27 7,20±0,17 6,30±0,34
5,00±0,20
4,10±0,27 7,20±0,50 6,83±0,12
7,23±0,10
4,10±0,27 6,23±0,10 6,13±0,10
7,03±0,10
4,10±0,27 7,20±0,17 6,30±0,34
5,00±0,20
4,46±0,09 7,66±0,10 7,36±0,18
7,96±0,10
3,40±0,16 6,87±0,09 6,73±0,10
5,80±0,16
3,66±0,10 8,13±0,10 7,78±0,10
6,23±0,10
4,56±0,09 7,06±0,09 6,33±0,19
4,63±0,09
4,92±0,05 6,86±0,10 7,03±0,10
4,26±0,10
3,40±0,16 7,95±0,08 7,33±0,10
6,56±0,10
4,53±0,10 7,53±0,10 7,73±0,10
5,86±0,09
4,40±0,16 7,66±0,09 6,30±0,16
4,63±0,09
Примечание: конц. – концентрация, г/см3; µ - скорость экспоненциального роста, ч-1
Использование кверцетина в концентрации 10-10 г/см3 позволяет повысить
титр клеток на 8,4% только к 48 часам культивирования.
При культивировании бифидобактерий с внесением сложно организованных антиоксидантов значения удельной скорости роста выше, по сравнению
с применением аскорбиновой кислоты и кверцетина. Максимальный прирост клеток к 24 часам культивирования наблюдался при стимулировании
роста бифидобактерий меланинами М2 (10-5 г/см3) и М3 (10-10 г/см3), прирост составляет к 24 ч культивирования 10,4% и 13,0%, соответственно, по
сравнению с контролем (таблица 3). Данная тенденция сохраняется до 72
часов культивирования. При использовании меланинов М1, М2 и М3 титр
9
бифидобактерий на 1-2 порядка выше по сравнению с контролем. Такое накопление биомассы на протяжении культивирования отличается от стимуляции роста бифидобактерий аскорбиновой кислотой и кверцетином. Это
может быть связано с особенностью структурной организации частиц меланинов, изменяющих окислительно-восстановительный потенциал среды,
они также могут быть средством закрепления бифидобактерий и источником аминокислот, сахаров, флавоноидных соединений типа кверцетина и др.
Нами показано, что начальный потенциал среды при внесении в нее меланина М2 составляет -16.02±3.30 мВ, что выше по сравнению с контролем 125.28±6.32 мВ. К 24 часам культивирования B. bifidum 1 потенциал среды с
меланином имеет значение ближе к 100 мВ. Это обеспечивает прирост титра
бифидобактерий на порядок по сравнению с контролем.
Меланины М2 и М3 имеют близкие результаты по активации бифидобактерий, но, М2 перспективен для использования в биотехнологиях, в связи с
простой технологией его получения. Расширен диапазон концентраций его
введения. Установлено, что меланин М2 в концентрациях 10-13 и 10-5 г/см3
позволяет сократить в 2 раза лаг-фазу и увеличить титр микроорганизмов на
порядок по сравнению с контролем (рисунок 1А).
Рисунок 1 – Показатели роста бифидобактерий с меланинами чаги М2
: А - B. bifidum 1, Б - B. animalis subsp.lactis
Следовательно, меланин чаги М2 можно рекомендовать в качестве стимулятора роста бифидобактерий для разработки технологии получения функциональных кисломолочных продуктов.
Добавление в среду культивирования B. bifidum 1 сухого экстракта Е1 в
концентрации 10-5 г/см3 позволяет интенсифицировать их рост к 24 часам и
накопить большее количество клеток на порядок по сравнению с контролем.
Однако продолжение культивирования приводит к резкому снижению титра
клеток. Это может быть связано с высвобождением из полифенолов веществ, обладающих антибактериальными свойствами. Следовательно, ис10
пользование этого антиоксиданта для разработки функциональных продуктов питания нерационально.
Меланин М2 в концентрации 10-5 г/см3увеличивает скорость роста B.
animalis subsp.lactis в 2,3 раза. В концентрациях 10-5 г/см3, 10-10 г/см3 меланин интенсифицирует рост бифидобактерий к 24 часам на 11,0% и 9,7% по
сравнению с контролем (рисунок 1Б).
Таким образом, показано, что меланин М2 максимально активирует жизнедеятельность B.bifidum 1 в концентрациях 10-13, 10-5 г/см3, а жизнедеятельность B. animalis subsp.lactis в концентрациях 10-10, 10-5 г/см3 по сравнению с
контролем. По сравнению с аскорбиновой кислотой более высокий
активирующий эффект в 1,4-2,3 раза у меланина М2 на жизнедеятельность
B. bifidum 1 и B. animalis subsp.lactis может быть объяснен изменением
окислительно-восстановительного потенциала среды культивирования, его
структурной организацией, способствующей закреплению микроорганизмов
и получению ими дополнительных источников питания.
В биотехнологии бифидобактерии часто используются в симбиозе с лактобактериями. Проведено исследование влияния меланина М2 и экстракта
девясила Е2 на рост лактобактерий. Показано, что меланины М2 не оказывают угнетающего действия на рост L.plantarum и L.acidophilus (табл. 4).
Таблица 4
Показатели роста L.acidophilus и L. plantarum с меланином М2 и экстрактом девясила Е2, n=3, P=0,90
Объекты
Конц.,
г/см3
µ, ч-1
10-10
10-5
1,01
1,22
0,97
10-10
10-5
1,60
1,68
1,65
10-10
10-5
10-3
1,05
0,92
1,57
1,46
Контроль
М2
Контроль
М2
Контроль
Е2
Показатели роста, lg KOE/см3
Продолжительность культивирования, ч
0
24
48
72
L.acidophilus
6,56±0,30
12,48±0,25 11,40±0,40 10,55±0,05
6,60±0,20
13,10±0,60 12,10±0,34 11,05±0,02
6,56±0,10
12,48±0,30 11,60±0,05 10,69±0,01
L. plantarum
5,95±0,35
14,48±0,25 12,35±0,40 12,31±0,05
5,93±0,07
14,70±0,30 13,35±0,05 12,38±0,05
5,94±0,16
14,63±0,27 13,30±0,04 12,37±0,08
L.acidophilus
6,30±0,12
10,72±0,19 20,84±1,31 24,84±1,22
6,56±0,30
8,93±0,06 15,22±0,08 13,03±1,29
6,60±0,20
8,72±0,09 22,05±0,23 24,84±1,22
6,56±0,10
9,32±0,04 22,72±0,34 25,02±1,22
Примечание: конц. – концентрация, г/см3; µ - скорость экспоненциального роста, ч-1
11
Его введение в среду не уменьшает длительность лаг-фазы. При культивировании L.plantarum в среде с меланином М 2 в концентрации 10-10 г/см3 к
24 часам титр бактерий больше, чем в контроле на 1,5%. Наибольшее значение удельной скорости роста выявлено при культивировании L.acidophilus с
меланином М2 в концентрации 10-10 г/см3.
Экстракт девясила Е2 стимулировал рост L. acidophilus в концентрации 103
г/см3 на 2 порядка только к 48 часам культивирования.
Меланин М2 и экстракт девясила Е2 перспективны для использования в
биотехнологии и, в частности, в технологии получения функциональных
кисломолочных продуктов. Поэтому разработаны нормы качества на меланин М2 и экстракт девясила Е2, включающие показатели содержания влаги,
суммы свободных фенольных веществ, общей антиоксидантной активности.
Разработаны кисломолочные функциональные продукты питания с использованием классической схемы их получения (рисунок 2).
Рисунок 2 – Технологическая схема производства кисломолочных
продуктов
Получение кефирного продукта. Продукт получен с использованием кефирных грибков и бифидобактерий, активированных меланином М2 в концентрациях 10-10 и 10-5 г/см3. Проведен подбор условий активации B. bifidum
1 меланином М2, варьировали температуру и время активации. Установлено, что оптимальная температура 37°С, время активации 30 мин.
Получение ацидофильного продукта 1. Для его получения использовали
L. acidophilus и B. bifidum 1, активированные меланинами М2 в концентрациях 10-10 и 10-5 г/см3, как описано выше.
Получение ацидофильного продукта 2. В технологии его получения применены L. acidophilus и экстракт девясила Е2 в концентрации 10-5 и 10-3 г/см3.
В полученных продуктах определены физико-химические, микробиологические и органолептические показатели, которые соответствуют ГОСТ Р
33491-2015 и 54340-2011 (таблица 5). Органолептический анализ готовых
продуктов показал, что образцы с меланинами чаги не отличаются от кон12
троля по цвету, запаху и товарному виду. Они имеют более густую консистенцию и кисломолочный аромат.
Таблица 5
Физико-химические и микробиологические показатели полученных кисломолочных продуктов
Концентрация
антиоксиданта, г/см3
Контроль
М2 10-10 г/см3
М2 10-5 г/см3
ГОСТ 33491-2015
Контроль
М2 10-10 г/см3
М2 10-5г/см3
Контроль
Е2 10-5 г/см3
Е2 10-3 г/см3
ГОСТ 33491-2015
0ч
lg, КОЕ/ см3
К, °Т
Кефирный продукт
18,80±0,08 5,00±0,01 79,00±0,03
18,80±0,08 5,00±0,01 77,00±0,04
18,80±0,08 5,00±0,01 77,00±0,04
75 -130
Ацидофильный продукт 1
18,80±0,08 6,00±0,01 105,60±0,65
18,80±0,08 6,00±0,01 108,00±0,74
18,80±0,08 6,00±0,01 107,70±0,63
Ацидофильный продукт 2
18,80±0,08 6,00±0,01 96,40±0,12
18,80±0,08 6,00±0,01 95,50±0,08
18,80±0,08 6,00±0,01 96,20±0,15
не более 150
К*, °Т
24 ч
lg, КОЕ/ см3 ВУС*, %
8,10±0,01
9,40±0,01
9,20±0,01
не менее 6
30
30
30
-
9,21±0,06
10,52±0,05
9,24±0,04
40
20
25
7,90±0,21
8,23±0,24
8,55±0,22
не менее 6
30
25
20
-
Примечание: К – кислотность, °Т; lg КОЕ – титр клеток в 1 см3 продукта; ВУС – влагоудерживающая способность, %
Влагоудерживающая способность всех разработанных продуктов не изменяется в течение 5-10 суток. Показано, что вязкость ацидофильного продукта 1 с меланином концентрации 10-10 г/см3 к 24 часам выше на 8,3 %, на пятые сутки хранения на 9,1 % выше по сравнению с контролем.
Вязкость ацидофильного продукта 2 с экстрактом девясила в концентрации 10-3 г/ см3 на 24,2% выше на 5-тые сутки хранения, по сравнению с контролем. Это может быть связано с тем, что в процессе жизнедеятельности
лактобактерии выделяют больше экзополисахаридов.
Определена хранимоспособность полученных продуктов. Количество
жизнеспособных бифидобактерий в готовом функциональном кефирном
продукте с бифидобактериями, активированными меланинами чаги, на 5-ые
сутки на два порядка выше по сравнению с контролем и составляет не менее
109 КОЕ/мл, а через 10 суток превышает количество бифидобактерий в контроле на 2 порядка.
На пятые сутки хранения ацидофильного продукта 1, при использовании
меланина в концентрации 10-10 г/см3 , титр клеток B. bifidum 1 на 3,1 % выше, а титруемая кислотность на 1,2 % ниже по сравнению с контролем. По
данным микроскопии и высевов на ГМС только в этом продукте остаются
13
жизнеспособные клетки B. bifidum 1 в количестве 1×109 КОЕ/см3. В нем количество свободных аминокислот достигает максимального значения на 5тые сутки и составляет 11,2%, а его общая антиоксидантная активность на
5-ые сутки превышает контроль на 14,4%.
Показано, что у ацидофильного продукта 2 к 5 суткам хранения при использовании экстракта девясила в концентрации 10-3 г/см3 титр клеток L.
acidophilus на 7,8 % выше по сравнению с контролем.
Показано, что все разработанные продукты соответствуют требованиям
ГОСТ, имеют длительный срок хранения с титром бифидобактерий, превышающим титр клеток в контрольном продукте.
Предложения по практическому использованию полученных результатов исследования.
Установлено, что меланин чаги, полученный с применением СВЧ, в концентрациях 10-13 г/см3 - 10-5 г /см3, перспективен для активации B. bifidum 1,
B.animalis subsp.lactis и может быть применен в биотехнологиях получения
БАД, лекарственных средств и функциональных продуктов питания, содержащих синбиотики. Разработана стадия активации бифидобактерий в технологии получения кефирного и ацидофильных кисломолочных функциональных продуктов с сохранением титра бифидо- и лактобактерий на уровне
не менее 109 – 1010 КОЕ /см3 продукта на 5 сутки хранения могут быть применены в условиях молочных производств.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проделанной работы были сделаны следующие выводы:
1. Установлено, что меланин чаги, полученный с применением СВЧ, в
концентрациях 10-13 г/см3 и 10-5 /см3 позволяет интенсифицировать рост B.
bifidum 1 и сократить в 2 раза лаг-фазу, увеличить титр микроорганизмов на
порядок, а B.animalis subsp.lactis в концентрациях 10-5 г/см3, 10-10 г/см3 сократить в 2 раза лаг-фазу, активирует рост на 11,0 % и 9,7% к 24 часам культивирования по сравнению с контролем. В отношении L. acidophilus показано, что меланин чаги, полученный с применением СВЧ, в концентрации 1010
г/см3 позволяет интенсифицировать их рост и увеличить количество клеток на порядок к 24 часам культивирования по сравнению с контролем. Экстракт девясила в концентрации 10-3 г/см3 стимулирует рост L. acidophilus,
увеличивая прирост КОЕ на 2 порядка к 48 часам культивирования по сравнению с контролем.
2. Показано, что меланин чаги, полученный с применением СВЧ, в концентрациях 10-10 г/см3 и 10-5 /см3 активирует рост B. bifidum 1 и B.animalis
subsp.lactis, увеличивая титр клеток в 1,5-2 раза, по сравнению с
аскорбиновой кислотой, что может быть объяснено обеспечением
окислительно-восстановительного потенциала среды культивирования
14
близкого к 100 мВ, а также структурной организацией меланина,
способствующей
закреплению
микроорганизмов,
и
получением
дополнительных источников питания.
3. Для практического использования в биотехнологиях получения БАД,
лекарственных средств и продуктов, содержащих синбиотики, разработаны
нормы качества на меланин чаги, полученный с применением СВЧ.
4. Разработана стадия активации B.bifidum 1 в технологии получения кисломолочных функциональных продуктов. Определены оптимальные условия проведения активации бифидобактерий меланином, полученным с
применением СВЧ, в концентрации 10-5 /см3: температура 37 °С, время 30
мин. Это позволило сократить производственный цикл на 2-2,5 часа, и способствовало сохранению титра бифидо- и лактобактерий на уровне не менее 109 – 1010 КОЕ /см3 продукта в течение 5-10 суток. Проведена апробация разработанной технологии в производственных условиях, подтвердившая результаты, полученные в лабораторных условиях.
5. Разработаны ацидофильные продукты с использованием в качестве пребиотиков меланина, полученного с применением СВЧ, и экстракта девясила. Получен ацидофильный продукт 1 на основе L.acidophilus с B. bifidum 1,
активированных меланином в концентрации 10-10 г/см3, который превосходит контрольный образец по показателям качества, в том числе по хранимоспособности: титр ацидофильных палочек на 14,2 %, вязкость на 8,3 %,
содержание аминокислот на 11,2 % (на 5 сутки). Изготовлен ацидофильный
продукт 2 на основе L.acidophilus c экстрактом девясила Е2 в концентрации
10-3 г/см3, который превосходит контрольный образец по показателям качества: титр ацидофильных палочек на 8,2 %, вязкость на 23,0%.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Публикации в изданиях, рецензируемых ВАК РФ:
1. Утебаева А.А. Комбинированный функциональный продукт питания
«Нутрис» / А.А. Утебаева, М.А. Сысоева, Р.С. Алибеков, Э.А. Габрильянц //
Вестник Казанского технологического университета: – 2014. – Т.17 – №23. –
С.276-279. (03.01.00, 05.18.00)
2. Утебаева А.А. Разработка кисломолочного продукта с функциональными
пищевыми добавками / А.А. Утебаева, А.Р. Бахтыбекова, Р.С. Алибеков, М.А.
Сысоева // Новые технологии. – 2016. – Вып. 2. – С. 33-39. (05.18.00)
3. Утебаева А.А. Перспективы использования бифидобактерий в продуктах
функционального питания и лекарственных средствах / А.А. Утебаева, М.А.
Бурмасова, М.А. Сысоева // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. – 2016. – Т. 6. – № 4. – С. 100-109. (03.01.00, 05.18.00)
15
Публикации в других изданиях:
4. Утебаева А.А. Рост лактобактерий на среде с меланинами чаги / М.А. Бурмасова, А.К. Милюхина, Г.Ш. Мубаракшина, А.А. Утебаева, М.А. Сысоева //
Вестник технологического университета. – 2017. – Т. 20. – № 8. – С.152-154.
5. Пат. №2663140 РФ, МПК А23С 9/127 (2006.01). Способ получения функционального кисломолочного продукта / М.А. Бурмасова, М.А.Сысоева, А.А.
Утебаева; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технологический университет». – №2016149027; заявл.13.12.2016; опубл. 01.08.2018. Бюл. № 22.
6. Утебаева А.А. Влияние антиоксидантов на рост бифидобактерий B. bifidum
/ А.А. Утебаева, М.А. Бурмасова, М.А. Сысоева, С.А. Никитина, В.Р. Хабибрахманова // XIV Межд. конф. молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии»: тез.докл. – Казань, 2015. –С.80.
7. Утебаева А.А. Антиоксиданты, как стимуляторы роста B. bifidum / А.А.
Утебаева, М.А. Бурмасова, М.А. Сысоева // Межд. научно-практич. конф.
«Биотехнология в комплексном развитии регионов»: тез.докл. – Москва, 2016.
– С. 90.
8. Утебаева А.А. Влияние меланинов гриба чаги на рост лактобактерий /
А.К. Милюхина, Г.Ш. Мубаракшина, А.А. Утебаева, М.А. Бурмасова, М.А.
Сысоева // XV Межд. конф. молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии»: тез.докл. – Казань, – 2016. – С.123-124.
9. Утебаева А.А. Кисломолочный продукт, обогащенный бифидобактериями,
с природным антиоксидантом / А.А. Утебаева, М.А. Бурмасова, М.А. Сысоева
// XV Межд. конф. молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии»:
тез.докл. – Казань, – 2016. – С.286-288.
10. Утебаева А.А. Влияние аскорбиновый кислоты на рост бифидобактерий /
А.А. Утебаева, М.А. Бурмасова, М.А. Сысоева // IV Межд. балтийский форум.
«Пищевая и морская биотехнология»: тез.докл. – Калининград, 2016. – С.95-96.
11. Утебаева А.А. Кисломолочный напиток функционального назначения на
основе синбиотиков / А.А. Утебаева, Г.Ш. Мубаракшина, А.К. Милюхина,
М.А. Бурмасова, М.А. Сысоева // Межд. конгресс: Биотехнология: состояние и
перспективы развития: тез.докл. – Москва, 2017. – С.242-244.
12. Утебаева А.А. Активация Bifidobacterium меланинами чаги / А.А. Утебаева, М.А. Бурмасова, Г.Н. Басырова, М.А. Сысоева // XI Всероссийская научнопрактич. конф. «Технологии и оборудование химической, биотехнологической
и пищевой промышленности»: тез.докл. –Бийск, 2018. – С.440-443.
16
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа