автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка технологии биопродуктов для функционального питания

На правах рукописи

ТОЛСТОГУЗОВА ТАТЬЯНА ТИМОФЕЕВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БИОПРОДУКТОВ ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПИТАНИЯ

Специальность 05.18.04

- Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 О ИЮН 2015

005570044

Улан-Удэ-2015

005570044

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет» (ОмГТУ)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Артюхова Светлана Ивановна

Официальные оппоненты: Евдокимов Иван Алексеевич

доктор технических наук, профессор, проректор по научной работе ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»

Тумунова Сэсэгма Баторовна кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология молочных продуктов. Товароведение и экспертиза товаров» ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный

технологический университет» (г. Краснодар)

Защита диссертации состоится 2 июля 2015 года в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.039.05 при ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления» по адресу: 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, д. 40в, ауд. 8-124.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления» (www.esstu.ru).

Автореферат разослан 2015 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Столярова Анна Сергеевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современный период развития человечества характеризуется повышением негативных техногенных факторов, поэтому у населения наблюдается увеличение алиментарных заболеваний, приводящих к понижению производительности труда, что в целом негативно влияет на развитие экономики России.

В приоритетных направлениях Технологических платформ «Здоровое питание» и «БиоТех 2030» предусмотрены разработки продуктов питания, которые способствуют оздоровлению населения и уменьшению риска возникновения заболеваний. Важная роль в решении поставленных задач отводится функциональным продуктам питания с широким спектром антимикробной активности. Актуальным и эффективным подходом в решении проблем улучшения здоровья населения является разработка биопродуктов на основе микробных консорциумов пробиотических бактерий, которые более устойчивы к неблагоприятным факторам среды и обладают более высокой активностью по сравнению с заквасками, приготовленными с использованием чистых культур. Одним из перспективных направлений является корпоративное питание для групп людей, объединенных по профессиональному принципу и находящихся в автономных условиях: в отдаленных, труднодоступных (горных и северных) районах России, туристам, альпинистам, космонавтам, военнослужащим, в том числе для использования в Арктической зоне. Учитывая территориальные, экономические и стратегические факторы, для удовлетворения потребностей этих групп населения в функциональных продуктах, особая роль отводится сублимированным биопродуктам.

В связи с этим является актуальной разработка технологии биопродуктов функциональной направленности с широким спектром антимикробной активности, в том числе для корпоративного питания.

Степень проработки темы исследования. Исследования базируются на многочисленных трудах отечественных и зарубежных ученых:

A.Н.Покровского, И.А.Рогова, А.М.Уголева, G.R. Gibson и развитых в трудах С.И.Артюховой, Л.А.Банниковой, Т.Б.Бархатовой, В.И.Ганиной, Л.В.Голубевой, Э.И.Гуйко, Н.И.Дунченко, И.А.Евдокимова, Н.К.Журавской, Л.А.Забадаловой, Л.А.Остроумова, С.А.Рябцевой, Ю.Я.Свириденко,

B.Ф.Семенихиной, Н.А.Тихомировой, Э.С.Токаева, В.А.Тутельяна, И.С.Хамагаевой, В.Д.Харитонова, А.Г.Храмцова, Б.А.Шендерова, R.Fulkr и многих других ученых.

Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка технологии жидких и сухих биопродуктов на основе созданного микробного консорциума с широким спектром антимикробной активности, в том числе и для корпоративного питания.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи исследований:

- обосновать выбор заквасочных культур и изучить их биотехнологический потенциал;

- для создания микробного консорциума выбрать оптимальные условия культивирования и оптимальное соотношение заквасочных культур;

- исследовать антагонистическую активность, резистентность к антибиотикам, к веществам, присутствующим в желудочно-кишечном тракте выбранных заквасок и их микробного консорциума;

- исследовать синтез экзополисахаридов и морфологические особенности колоний микроорганизмов в исходных заквасках и их микробном консорциуме;

- разработать технологию жидкого и сублимированного биопродуктов на основе микробного консорциума с широким спектром антимикробной активности и сиропа шиповника;

- изучить качественные показатели новых биопродуктов;

- апробировать технологический процесс получения биопродуктов в производственных условиях, разработать и утвердить техническую документацию на новые биопродукты;

- провести оценку экономической эффективности и социальной значимости разработанных технологий биопродуктов.

Научная новизна:

- теоретически и экспериментально обоснован и создан на основе отечественных заквасочных культур молочнокислых бактерий консорциум микроорганизмов, с подтвержденным спектром высоких пробиотических свойств;

- на основе анализа биотехнологических свойств заквасочных культур выбрано их оптимальное соотношение в микробном консорциуме;

- установлено, что микробный консорциум обладает широким спектром антагонистической активности по отношению к условно-патогенным и патогенным микроорганизмам, отмечена более высокая резистентность консорциума к антибиотикам в сравнении с исходными культурами;

- установлено, что синтез экзополисахаридов микробным консорциумом более выражен по сравнению с заквасочными культурами, входящими в его состав, и зависит от состава микрофлоры и условий их культивирования.

Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая значимость работы заключается в выдвижении гипотезы о возможности создания микробного консорциума и функциональных биопродуктов на его основе с широким спектром антимикробной активности. Практическая значимость состоит в следующем:

- научно обоснованы и экспериментально разработаны технологии производства биопродуктов в жидком и сублимированном виде функционального назначения, в том числе для корпоративного питания;

- разработана и утверждена техническая документация на биопродукты «Целебный-1» (ТУ 9222-021-00419839-2013, СТО 00419839-003-2013) и

«Целебный-2» в сублимированной форме (ТУ 9222-022-00419839-2013 и СТО 00419839-004-2013);

- проведенная опытно-промышленная апробация разработанных технологий на базе ОНО «ВНИМИ-Сибирь» Россельхозакадемии, г. Омск, показала полную воспроизводимость в промышленных условиях, что подтверждено документами;

- результаты работы внедрены в учебном процессе ОмГТУ при организации учебно-исследовательской работы студентов, а также при выполнении магистрантами диссертационных работ по направлению «Биотехнология».

Методология и методы исследования. Методологической основой диссертационного исследования являются классические естественно-научные законы и методы научного познания, а также комплексный системный подход к анализу трудов отечественных и зарубежных ученых по вопросам разработки, оценки качества и безопасности жидких и сублимированных биопродуктов с пробиотическими свойствами. Для реализации поставленных задач применялись общенаучные и специальные методы сбора, обработки и анализа информации, микробиологические, физико-химические, органолептические, общепринятые и оригинальные методы определения показателей исследуемых объектов.

Степень достоверности результатов работы подтверждается 3-5-кратной повторностью экспериментов с применением стандартных методов исследований; использованием современных поверенных приборов и оборудования, имеющих установленный предел отклонений; полученными данными со статистически достоверными различиями (р<0,05), применением стандартных программ и общепринятых алгоритмов с использованием регрессионного анализа и оптимизации.

Положения, выносимые на защиту:

- технологические параметры получения нового микробного консорциума;

- результаты исследований показателей качества жидкого и сублимированного биопродуктов «Целебный»;

- оценка эффективности влияния микробного консорциума, сиропа шиповника и сублимационной сушки на гарантированные сроки годности биопродуктов.

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований доложены на конференциях различного уровня, в том числе международных, всероссийских, межрегиональных научно-практических и научно-технических конференциях: «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания», Челябинск, 2009; «Россия молодая: передовые технологии - в промышленность», Омск, 2011; «Научный потенциал XXI века», Ставрополь, 2012; «Science. Education. Youth», Ал-маты, 2012; «Динамика систем, механизмов и машин», Омск, 2012; «Природные и интеллектуальные ресурсы Омского региона», Омск, 2013; «Современные достижения биотехнологии», Ставрополь, 2014; «Динамика систем, меха-

низмов и машин», Омск, 2014; «Продовольственная безопасность: научное, кадровое и информационное обеспечение», Воронеж, 2014.

Научная работа отмечена 2 дипломами международных конференций.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 17 печатных работ, в том числе монография, четыре статьи в журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и приложений. Основной текст диссертации изложен на 182 страницах, включает 25 таблиц, 26 рисунков, 25 приложений. Список литературы включает 172 источника.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, научная новизна и практическая значимость, сформулированы цель и задачи исследований.

В первой главе представлен анализ научно-технической литературы по вопросам, касающимся перспектив создания функциональных жидких и сублимированных биопродуктов с широким спектром антимикробной активности.

Во второй главе описаны организация работы, объекты и методы исследований. Основные исследования проводились на кафедре «Биотехнология» ФГБОУ ВПО ОмГТУ, исследования; требующие специальной подготовки и сложной приборной техники, проводились в творческом содружестве со специалистами аккредитованных испытательных лабораторий: ООО «Центр независимых экспертиз», ООО «Сертификат», ОНО «ВНИМИ-Сибирь» Россельхо-закадемии (г. Омск), а также на базе испытательного центра «Зеленые линии» (г.Красногорск, Московской области) и Наноцентра ОмГТУ.

Объектами исследований являлись заквасочные культуры молочнокислых бактерий Барнаульской биофабрики: БК-АНВ (Lactobacillus acidophilus), БК-АВ (Lactobacillus acidophilus), БЗ-БНВ (Lactobacillus delbrukii subsp. bulgaricus), БЗ-БВ (Lactobacillus delbrukii subsp. bulgaricus), БК-Алтай-К (Lactobacillus casei), БК-Алтай-Снж (Lactococcus Iactis subsp. lactis, Lactococcus lactis subsp. cremoris, Lactococcus lactis subsp. diacetilactis, Streptococcus salivarius thermophilus), ВНИИМС НПО «Углич»: БК-Углич-АВ (Lactobacillus acidophilus), БК-Углич-AHB (Lactobacillus acidophilus), ЗАО "Вектор-БиАльгам": L-l (Lactobacillus acidophilus), L-2 (Lactobacillus casei), L-4 (Lactobacillus delbrukii subsp. bulgaricus), микробные консорциумы, полученные в ходе выполнения исследований, разработанные жидкие и сухие биопродукты после выработки и в процессе хранения.

При выполнении экспериментальной части работы антагонистическую активность по отношению к патогенным и условно-патогенным микроорганизмам изучаемых заквасок молочнокислых бактерий и микробного консорциума определяли методом последовательных разведений и развивающихся смешанных популяций в сравнении с ростом тест-культур в жидкой питательной среде с

последующим высевом на плотные среды. В качестве тест-микроорганизмов использовали: E.coli, S.aureus, Pr.vulgaris, Ps.mirabilis, Kl.pheumoniae, Sh.flexneri, Sh.sonnei, S.cottbus; резистентность к антибиотикам микроорганизмов заквасок определяли по методу серийных разведений в жидкой питательной среде. Количество экзополисахаридов определяли антроновым методом; жирнокислотный, минеральный, витаминный и аминокислотный составы биопродуктов определяли с использованием газожидкостного хроматографа Clarus 500 фирмы Perkin-EImer, УФ/ВИД спектрофотометра Lambda 35, жидкостного хроматографа «Series 200» Perkin-Elmer, атомно-эмиссионного спектрометра с индуктивно-связанной плазмой; биологическую ценность биопродуктов определяли методом расчета аминокислотного скора, перевариваемость белков биопродуктов пищеварительными ферментами «in vitro» определяли в системе «пепсин-трипсин» по общепринятой методике.

Схема исследований, представлена на рис. 1.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В третьей главе обоснован выбор заквасочных культур и изучены их основные производственно-ценные свойства. Для исследований были выбраны адаптированные для россиян заквасочные культуры непосредственного внесения с высоким содержанием жизнеспособных клеток, не менее 109 КОЕ/см3, и доказанными противоинфекционными, иммуностимулирующими, антистрессовыми, антиаллергенными и другими позитивными эффектами, направленными на поддержание и восстановление здоровья.

Проведенные исследования показали, что заквасочные культуры: L-1, L-2, L-4 и БК-Алтай-Снж обладали лучшими производственно-ценными свойствами: наименьшей продолжительностью сквашивания от 7 до 10 часов, высоким количеством жизнеспособных клеток (109- Ю")КОЕ/см3 и лучшими показателями по влагоудерживающей способности, поэтому они были выбраны для создания микробного консорциума. Учитывая, что L-1, L-2, L-4 и БК-Алтай-Снж имеют различные температурные режимы культивирования от (33±1) до (41±1) °С, были изучены основные производственно-ценные свойства микробного консорциума при различных температурах культивирования.

В результате проведенных исследований установлен оптимальный температурный режим (38±1)°С, который позволяет получить биопродукт с хорошими органолептическими показателями и высоким количеством жизнеспособных клеток молочнокислых бактерий, минимальной продолжительностью сквашивания и лучшим показателем влагоудерживающей способности.

На микробиологические процессы ферментации микробного консорциума оказывает влияние соотношение заквасочных культур, которое выбирали с учетом органолептических показателей, влагоудерживающей способности, активности и количества жизнеспособных клеток микробного консорциума.

Из анализа данных таблицы 1 и рис. 2 видно, что микробный консорциум №2 обладает лучшими биотехнологическими свойствами.

Аналитический обзор информационно-патентной литературы с использование.« фондов научных библиотек и системы Интернет, обоснование цели и задач исследований

Обоснование и выбор заквасочных культур для исследований

А.

Разработка биотехнологии микробного консорциума

Изучение биотехнологических Выбор

свойств заквасок: БК-Алтай- оптимального

Снж, Ь-1, 1-2, Ь-4 и соотношения

их сочетаемости, выбор заквасок

рациональных режимов микроорганизмов

культивирования (1-8) (1-4, 8,9)

Изучение основных производственно-ценных и пробиоти-ческих свойств микробного консорциума (1-9)

Разработка технологии новых видов жидких и сухих биопродуктов

X

Выбор и изучение влияния микробного консорциума и сиропа шиповника на качественные показатели биопродуктов (1-4,8,9)

Изучение качества и безопасности жидких и сухих биопродуктов и обоснование сроков их хранения

(1-4, 8-14) +

Разработка технической документации, промышленная апробация и внедрение

1. Активность сквашивания; 2. Микробиологические показатели; 3. Титруемая и активная кислотность; 4. Органолептические показатели; 5. Влагоудерживающая способность; 6. Устойчивость к антибиотикам; 7. Антагонистическая активность; 8. Синтез экзополисахаридов; 9.Устойчивость к веществам желудочно-кишечного тракта; 10 Физнко-химические показатели; 11. Пищевая ценность; 12. Биологическая ценность; 13. Энергетическая ценность; 14. Перевариваем ость белков.

Рисунок 1- Схема проведения исследований

Таблица I - Основные биотехнологические свойства образцов биопродуктов с разными соотношениями Ь-1: Ь-2: Ь-4: БК-Алтай-Снж при (38±1)°С

Соотношения заквасочных культур, % Активность микробного консорциума lg количество клеток КОЕ в 1 см1 среды Влагоудер-живающая способность, см'/Юсм'

продолжительность сквашивания, ч титруемая кислотность,

L-1 L-2 L-4 БК-Алтай-Снж

30 20 30 20 7,0±0,2 140±1 9,06±0,2 2,5±0,1

25 25 20 30 6,0±0,2 92±1 10,87±0,2 2,0+0,1

20 20 30 30 8,5±0,2 113±1 9,79±0,2 2,4±0,1

20 30 30 20 6,5±0,2 120±1 9,74±0,2 2,4±0,1

10 20 20 50 9,4±0,2 94±1 9,69±0,2 2,2±0,1

Рисунок 2 - Зависимость изменения количества клеток молочнокислых бактерий от соотношения заквасок в микробном консорциуме в процессе ферментации

На основании построения математической модели, анализа графических зависимостей, уравнений регрессии определено оптимальное соотношение заквасочных культур 25:25:20:30 или 1:1:0,8:1,2, которое использовалось для дальнейших исследований. Так как коэффициент корреляции по величине близок к единице, то можно сделать вывод, что математическая модель адекватно описывает изучаемый процесс. Консорциум микроорганизмов, где

плотность популяций достигает

-ло.

10'" КОЕ/см , представляет пример взаимовыгодного межвидового

сотрудничества культур в микробном консорциуме, что обеспечивает повышение биотехнологических и пробиотических свойств микрофлоры.

На следующем этапе исследований была изучена антагонистическая активность микрофлоры исходных заквасок и микробного консорциума путем подсчета lg количества клеток тест-культур в 1 см3 среды (рис.3).

Как показывают данные рисунка 3, антимикробная активность микрофлоры консорциума по эффективности действия на патогенные и условно-патогенные микроорганизмы значительно выше, чем у исходных заквасок.

Высокая антагонистическая активность консорциума, вероятно, обусловлена способностью бактерий выделять антимикробные субстанции, например, лактоцины В, F, G, М (L.acidophilus), булгарицин (L.bulgaricus), низин (Lactococcus lactis), диплоцин (Lactococcus cremoris). Известны также ацидолин и лактоцидин, продуцируемые Lactobacillus, синтез которых усиливается при симбиотических взаимоотношениях.

■ Тест-культура (контроль) □ L-1 + тест культура □ L-2 + тест культура

□ L-4 + тест культура □ БК-Алтай-СНЖ + тест-культура П Консорциум + тест-культура

1 - E.coli, 2-S.aureus, 3 - Pr. vulgaris, 4 - Ps. mirabilis, 5 - Klpheumonia, 6 - Sh.flexneri, 7 - Sh.sonnei, 8- S.cottbus

Рисунок 3 - Антагонистическая активность заквасок и их консорциума

по отношению к патогенным и условно-патогенным микроорганизмам

Кроме того, в процессе метаболизма большинство используемых микроорганизмов продуцируют L-молочную кислоту и увеличивают антимикробную активность, т.к. согласно, литературных данных L-молочная кислота и ее соли-лактаты натрия и кальция характеризуются достаточно высокой антимикробной активностью и способствуют увеличению сроков годности биопродуктов. Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что новый консорциум микроорганизмов для производства кисломолочного биопродукта обладает широким спектром антагонистической активности по отношению к условно-патогенным и патогенным микроорганизмам, что доказывает его про-биотические свойства.

Немаловажное значение при создании консорциума придается устойчивости микроорганизмов к антибиотикам - одному из важных пробиотических свойств микроорганизмов. При изучении резистентности заквасочных культур и консорциума к антибиотикам (табл.3), применяемым для лечения различных заболеваний, было установлено, что резистентность консорциума ко всем исследуемым антибиотикам значительно возросла, по сравнению с заквасочными культурами.

Это повышение, вероятно, обусловлено приобретением новой генетической информации, которую несут клетки микроорганизмов консорциума за счет передачи плазмид в процессах трансдукции и конъюгации не только близкородственным видам, но и родам бактерий.

Таблица 3 - Изучение резистентности исходных заквасок и их консорциума (К) микроорганизмов к антибиотикам

Наименование антибиотика Ед. измерения активности антибиотика Изучаемые дозы антибиотиков Концентрация антибиотика, к которой устойчивы ассоциаты и их микробный консорциум

L-1 L-2 L-4 СНЖ К

Бициллин Ед/см"1 100; 10; 1; 0,1; 0,01 1 1 1 0,1 10

Кларбат Мкг/см3 1000; 100; 10; 1; 0,1 100 100 10 100 1000

Спарфлоксацин Мкг/см' 1000; 100; 10; 1; 0,1 1000 1000 1000 1000 1000

Гентамицин Мкг/см' 80; 40; 8; 4; 0,8 80 40 40 8 80

Левомицетии Мкг/см3 2500; 250; 25; 2,5; 1,25 250 250 25 25 2500

Фурадонин Мкг/см3 1000; 100; 10; 1; 0,1 1000 100 1000 1000 1000

Тетрациклин Мкг/см' 1000; 100; 10; 1; 0,1 1000 100 1000 100 1000

Олететрин Мкг/см' 250; 25; 2,5; 0,25; 0,025 2,5 2,5 25 250 250

Сульфадиметаксин Мкг/см' 1000; 100; 10; 1: 0,1 1000 1000 1000 1000 1000

5-Нок Мкг/см' 50; 25; 2,5; 0,25; 0,025 25 2,5 25 0,25 50

По результатам исследования можно предположить, что биопродукты с использованием нового микробного консорциума будут оказывать терапевтический эффект при антибиотикотерапии.

Критерием пробиотических свойств биопродуктов является способность клеток молочнокислых бактерий, приживаться в желудочно-кишечном тракте человека. Косвенным показателем приживаемости микроорганизмов в кишечнике человека служит их устойчивость к желчи, фенолу, поваренной соли и щелочной реакции среды in vitro. В связи с этим была изучена устойчивость микроорганизмов заквасочных культур и их консорциума к 0,4% фенола, 2, 4 и 6,5% NaCl, 20, 30 и 40% желчи и к щелочной реакции среды при рН 7,5; 8,3; 9,2 и 9,6. В результате было установлено, что консорциум более устойчив ко всем исследуемым факторам, в отличие от исследуемых заквасочных культур. Выявленная особенность может рассматриваться, как косвенное свидетельство лучшей способности созданного консорциума молочнокислых бактерий колонизировать пищеварительный тракт человека.

В настоящее время накоплено достаточно фактов, свидетельствующих о сложных процессах, протекающих внутри бактериальной популяции, где клетки бактерий находятся в постоянном взаимодействии. При этом согласованная деятельность отдельных клеток может быть направлена, например, на повышение биотехнологических свойств, антибиотической активности, устойчивости к антибиотикам, и, в этом случае, микробный консорциум можно рассматривать как предельный случай межклеточных взаимодействий. С целью выяснения роли физиологических взаимодействий (агрегации и когезии) клеток в микробном консорциуме, были исследованы колонии микроорганизмов в исходных заквасках и консорциуме (рис.4).

В результате исследований установлено, что в микробном консорциуме наблюдаются более близкие межклеточные контакты молочнокислых палочек и стрептококков, что свидетельствует о когезии клеток в микробном консорциуме.

Микробный консорциум (Ь-1 + Ь-2 + Ь-4 + БК-Алтай-СНЖ)

Рисунок 4 - Микроскопическая картина ассоциатов Ь-1, Ь-2, 1-4, БК-Алтай-СНЖ и их консорциума (ув. х 1 ООО)

Агрегация колоний микроорганизмов, входящих в консорциум, демонстрирует их способность к многоклеточной организации, к прочным симбиотиче-ским отношениям, к образованию единого полимерного матрикса, что характерно для бактерий в их природных местах обитания, например, в желудочно-кишечном тракте человека.

Известно, что экзополисахариды (ЭПС), синтезируемые молочнокислыми бактериями, не только улучшают реологические свойства биопродуктов, но и способствуют адгезии полезных микроорганизмов на стенки кишечника. Поэтому был изучен биосинтез ЭПС исходными заквасками и микробным консорциумом (табл.4).

Таблица 4 - Биосинтез экзополисахаридов в биопродуктах, заквашенных заквасками и их микробным консорциумом

Закваски и их микробный консорциум Состав заквасок и их микробного консорциума Количество ЭГ1С из 100 г образца, мг

L-1 Lactobacillus acidophilus 33,7±0,05

L-2 Lactobacillus casei 34.lJ0.05

L-4 Lactobacillus dclbrukii subsp. bulgaricus 33,7=0,05

БК-Алтай-Снж Lactococcus lactis subsp.lactis, Lactococcus lactis subsp.cremoris, Lactococcus lactis subsp. diacetilactis. Streptococcus salivarius thermophilus 32,5^0,05

Микробный консорциум Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus delbrukii subsp. bulgaricus, Lactobacillus casei, Lactococcus lactis subsp.lactis, Lactococcus lactis subsp.cremoris, Lactococcus lactis subsp.diacetilactis, Streptococcus salivarius thermophilus 37,5:10,05

В результате исследований установлено, что микробный консорциум синтезирует значительно больше ЭПС в сравнении с исходными заквасками. Возможно, что изменение температуры развития (38±1)°С отдельных микроорганизмов, вошедших в состав консорциума (как увеличение, так и снижение) повлияло на увеличение ЭПС у микрофлоры микробного консорциума, а значит и на усиление свойств описанных выше.

В четвертой главе на основании результатов исследований были разработаны новые технологии биопродуктов в жидком и сухом виде «Целебный-1» и «Целебный-2» с использованием созданного микробного консорциума молочнокислых бактерий (рис. 5).

Для расширения ассортимента биопродуктов и усиления функциональных свойств применяли сахар (5%) и сироп шиповника (10%). В качестве контроля использовались жидкий и сухой кисломолочные продукты «Биолакт», выработанные на основе Lactobacillus acidophilus по традиционной технологии. Были изучены их качественные показатели как свежевыработанных, так и в процессе хранения при температуре (4±2)°С. Основные качественные показатели биопродуктов «Целебный» представлены в табл. 5.

Рисунок 5 - Совмещенная технологическая схема производства биопродуктов

В результате исследования показателей качества биопродуктов в процессе хранения выявлена высокая стабильность и выживаемость молочнокислых бактерий, а так же отмечено положительное влияние сиропа шиповника на показатели качества биопродуктов в процессе хранения.

Таблица 5 - Основные качественные показатели биопродуктов «Целебный»

Наименование показателя Характеристика жидких и сухих биопродуктов

«Целебный-1» (жидкий) «Целебный-1» с сиропом шиповника «Целебный-2» (сухой) «ЦелебныП-2» с смропом шиповника

Массовая доля жира, % 3,2±0,2 3,2±0,2 25,0±0.2 25.0±0,2

Массовая доля белка, % 2,91±0,2 2,80±0,2 34,5±0,2 21,0±0,2

Титруемая кислотность, Т° 98±1 92±1 88,0±1 85,0±1

Массовая доля углеводов, % 3,2±0,1 6,1 ±0,1 36,5±0,5 50,4±0,5

Влагоудерживающая способность, см'/10см3 2,0±0,5 1.8±0,5

Массовая доля влаги, % - - 4,0±0,1 3,6+0,1

Индекс растворимости, см3 - - 0,1 ±0,001 0,1 ±0,001

Количество клеток на конец срока годности, не менее, КОЕ/г: молочнокислых бактерий МО'0 110ю МО" МО"

Срок хранения, сутки 10 10 180 180

Показатели безопасности соответствуют требованиям TP ТС 033/2013

Изучение атакуемости белков биопродуктов пищеварительными ферментами «in vitro» показало, что по сравнению с контролем, опытные биоиродукты «Целебный» характеризуются лучшей перевариваемостью за счет использования микробного консорциума и сиропа шиповника (табл.б).

Таблица 6 - Перевариваемость белка биопродуктов пищеварительными ферментами «in vitro»

Исследуемый Перевариваемость белков, мг тирозина на г белка

образец пепсином трипсином суммарная

Контроль 14,4± 0,1 31,7± 0,1 46,1± 0,1

«Целебный - 1» 15,2± 0,1 33.1± 0.1 48,3± 0,1

«Целебный - 1» с сиропом шиповника 17,3± 0,1 J 34,8± 0,1 52,1± 0,1

«Целебный - 1» с сахаром 16,8± 0,1 35,2± 0,1 51,8± 0,1

«Целебный- 2» восстановленный 15,0± 0,1 33,0±0,1 48,0± 0,1

«Целебный- 2» с сиропом шиповника восстановленный 17,1± 0,1 34,5± 0,1 51,6± 0,1

Исследования пищевой и биологической ценности биопродуктов «Целебный» свидетельствуют об их высокой степени соответствия формуле сбалансированного питания.

В соответствии с общим направлением работы была проведена опытно-промышленная проверка новых технологий на предприятии ОНО «ВНИМИ-Сибирь» Россельхозакадемии, которая показала полную воспроизводимость полученных в работе результатов исследований, возможность реализации в

промышленности и послужила основанием для утверждения технических документов на новые биопродукты «Целебный-1» и «Целебный-2».

Внедрение новых биопродуктов «Целебный» в производство позволит расширить ассортимент продуктов функционального назначения, в том числе для корпоративного питания, будет способствовать профилактике различных заболеваний желудочно-кишечного тракта путем стимулирования естественных механизмов защиты организма человека от воздействия неблагоприятных факторов среды различной природы и позволит улучшить структуру питания населения России.

ВЫВОДЫ

1. В результате проведенных исследований разработаны новые технологии жидких и сухих биопродуктов функциональной направленности с широким спектром антимикробной активности.

2. Обоснован выбор отечественных заквасочных культур молочнокислых бактерий для создания микробного консорциума и изучен их биотехнологический потенциал.

3. Создан микробный консорциум молочнокислых бактерий на основе заквасочных культур: Ь-1, Ь-2, Ь-4, БК-Алтай-СНЖ в соотношении 1:1:0,8:1,2, обладающий высокими пробиотическими свойствами, установлена оптимальная температура его культивирования (38±1)°С.

4. Установлено, что у биопродуктов на основе микробного консорциума антагонистическая активность по отношению к патогенным и условно-патогенным бактериям, устойчивость к антибиотикам, желчи, фенолу, повышенным концентрациям хлорида натрия, изменениям рН среды более выражена, по сравнению с заквасочными культурами, входящими в состав консорциума.

5. Установлено, что синтез ЭПС более выражен в биопродукте на основе микробного консорциума и зависит от состава бактерий и условий культивирования.

6. Изучены качественные показатели новых биопродуктов, их пищевая и биологическая ценности, установлены гарантированные сроки хранения.

7. Опытно-промышленная проверка и апробация созданных технологий биопродуктов показали, что технологические параметры стабильно воспроизводятся в условиях производства. Готовые биопродукты соответствуют требованиям технической документации.

8. Выявлена экономическая целесообразность и социальная значимость предложенных технологий биопродуктов «Целебный» функциональной направленности, в том числе для корпоративного питания.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

Монографии

1. Артюхова С.И. Биотехнология производства сублимированных биопродуктов для функционального питания: Монография / С.И.Артюхова, Т.Т.Толстогузова; Минобрнауки России, ОмГТУ. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2014. 100 с.

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ

2. Артюхова С.И. Разработка технологии производства функционального биопродукта «Целебный» в сублимированной форме / С.И.Артюхова, Т.Т.Толстогузова // Фундаментальные исследования. 2013. № 11 (часть 8). С. 1557-1561.

3. Артюхова С.И. Пробиотический биопродукт для корпоративного питания /С.И.Артюхова, Т.Т.Толстогузова // Молочная промышленность. 2014. №8. С. 30-31.

4. Артюхова С.И. Биотехнология биопродуктов «Целебный-1» /С.И.Артюхова, Т.Т.Толстогузова // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2014. № 4 (62). Воронеж, Изд-во ВГУ-ИТ, 2014. С. 183-186.

5. Артюхова С.И. Изучение биотехнологических свойств биопродукта «Целебный» для функционального питания / С.И.Артюхова, Т.Т.Толстогузова // Современные проблемы науки и образования. 2015. №1; URL: http://www.science-education.ru/121-17346

Статьи в журналах и сборниках материалов конференций:

6. Толстогузова, Т.Т. К вопросу о функциональных продуктах питания /Т.Т.Толстогузова // Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания: Сб. мат-лов III Всерос. науч,-практ. конф. Том II: Общественное питание нутрициология - Челябинск, 11декабря 2009. С. 107-110.

7. Толстогузова, Т.Т. Новые биопродукты для здорового питания /Т.Т.Толстогузова, С.И.Артюхова // Россия молодая: передовые технологии - в промышленность! : Сб. мат-лов IV Всерос. молодежи, науч.-техн. конф. с межд. участием 15-17 ноября 2011г.: в 2 кн. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. С. 274-276.

8. Толстогузова, Т.Т. Перспективные направления в биотехнологии биопродуктов / Т.Т.Толстогузова // Техника и технология современного нефтехимического и нефтегазового производства: Сб. мат-лов 1-й науч.-техн. конф. аспирантов, магистрантов, студентов НХИ ОмГТУ, посвященной 10-летию НХИ ОмГТУ. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. С. 141-143.

9. Толстогузова, Т.Т. Разработка технологии производства биопродукта «Целебный» для функционального питания /Т.Т.Толстогузова, С.И.Артюхова // Научный потенциал XXI века: Сб. мат-лов VI междунар. молодежи, науч. конф.: Том первый. Естественные и технические науки. Ставрополь: Изд-во СевКавГТУ, 2012. С. 272-275.

10. Толстогузова, Т.Т. Разработка технологии сублимированного биопродукта для функционального питания /Т.Т.Толстогузова, С.И.Артюхова// Республ. конф. молодых ученых "Наука. Образование. Молодежь"// Алматы, (19-20 апреля 2012) Science. Education. Youth. Алматы: Изд-во АТУ, 2012. С. 94-95.

11. Артюхова С.И. Биопродукт сублимационной сушки - «Целебный» /С.И.Артюхова, Т.Т.Толстогузова//Переработка молока. 2012. №7. С. 54-55.

12. Артюхова, С.И. Значение функционального биопродукта «Целебный» для здоровья человека /С.И.Артюхова, Т.Т.Толстогузова// Современные наукоемкие технологии . 2012. №7. С. 19.

13. Толстогузова, Т.Т. Изучение биологической ценности биопродукта для функционального питания /С.И.Артюхова, Т.Т.Толстогузова // Природные и интеллектуальные ресурсы Омского региона (ОМСКРЕСУРС -3-2013): Мат-лы III межвуз. науч. конф. студ. и аспир. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013. С. 280-282.

14. Толстогузова, Т.Т. Функциональный биопродукт «Целебный» в сублимированной форме / Т.Т.Толстогузова, С.И.Артюхова // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2013. № 6. С. 117-118.

15. Артюхова, С.И. Изучение биосинтеза экзополисахаридов, синтезируемых микрофлорой ассоциатов и микробным консорциумом молочнокислых бактерий /С.И.Артюхова, Т.Т.Толстогузова// Современные достижения биотехнологии: Мат-лы междунар. науч.-практ. конф. Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2014. С. 40-42.

16. Артюхова, С.И. Изучение качественных показателей биопродуктов «Целебный» / С.И.Артюхова, Т.Т.Толстогузова // Динамика систем, механизмов и машин. № 6. 2014. С. 68-71.

17. Толстогузова, Т.Т. Оценка качественных показателей кисломолочных продуктов «Целебный-2» и «Целебный-2» с сиропом шиповника /Т.Т.Толстогузова// Мат-лы междунар. науч.-техн. конф.: Продовольственная безопасность: научное, кадровое и информационное обеспечение. (Воронеж: 1314 ноября 2014г) в 2 кн. Воронеж: ВГУИТ, 2014. Кн.2 С. 23-25.

Печатается в авторской редакции

Компьютерная верстка О. Г. Белименко

Подписано в печать 07.05.15. Формат 60х84716. Бумага офсетная. Отпечатано на дупликаторе. Усл. печ. л. 1,25. Уч.-изд. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ 256.

Издательство ОмГТУ. 644050, г. Омск, пр. Мира, 11; т. 23-02-12. Типография ОмГТУ