автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Разработка технологии синбиотического кисломолочного продукта для профилактики дисбиотических состояний в желудочно-кишечном тракте

ии3486063

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СИНБИОТИЧЕСКОГО КИСЛОМОЛОЧНОГО ПРОДУКТА ДЛЯ ПРОФИЛАКТИКИ ДИСБИОТИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЙ В ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОМ ТРАКТЕ

Специальность 05.18.07- Биотехнология пищевых продуктов

(перерабатывающие отрасли АПК)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 3 ДЕК 2009

Москва 2009

003486063

Работа выполнена на кафедре «Технология продуктов детского и функционального и спортивного питания» ГОУ ВПО «Московского государственного университета прикладной биотехнологии» (МГУПБ)

Научный руководитель:

Лауреат Государственных премий СССР и РФ,

Доктор технических наук, профессор Э.С. Токаев

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук,

профессор В.И. Ганина

Доктор биологических наук Н.С Тройская

Ведущая организация: ГНУ В НИМИ

Защита диссертации состоится «23» декабря 2009 г. в 14:30 часов на заседании Диссертационного совета Д 212.149.01 при Московском государственном университете прикладной биотехнологии по адресу: 109316, г. Москва, ул. Талалихина, 33, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться и библиотеке Московского государственного университета прикладной биотехнологии по адресу: 109316, г. Москва, ул. Талалихина, 33.

Автореферат разослан «13 » ноября 2009

г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат технических наук, профессор

А.Г. Забашта

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Полноценное и здоровое питание является одним из наиболее важных и необходимых условий для сохранения жизни и здоровья нации. Развитие рынка продуктов функционального питания главным образом обусловлено фиксируемой тенденцией ухудшения здоровья населения. При дисфункциях желудочно-кишечного тракта наблюдается уменьшение абсолютного числа бифидобактерий и, соответственно, увеличение общего количества анаэробов, в том числе оказывающих токсичное действие на организм человека. На фоне снижения полезной микрофлоры происходит увеличение патогенных и условно-патогенных микроорганизмов и продуктов их метаболизма, что приводит к возникновению и обострению хронических заболеваний желудочно-кишечного тракта, а также и других заболеваний. В этой связи особого внимания заслуживает вопрос о поддержании микроэкологического равновесия в желудочно-кишечном тракте как важнейшего защитного фактора жизнедеятельности человека. Наиболее эффективный путь нормализации дисбаланса кишечного микробиоценоза заключается в применении синбиотиков (комплекс пробиотиков и пребиотиков) и продуктов на их основе, так как при этом, не только имплантируются вводимые микроорганизмы, но и стимулируется собственная микрофлора.

Теоретические и практические основы в области создания функциональных продуктов питания заложены в трудах Гончаровой Г.С., Шендерова Б.А., В.Ф. Семенихиной, Гавриловой Н.Б., Ганиной В.И., Евдокимова И.А., Забодаловой JI.A., Королевой Н.С., Рогова И.А., Рябцевой С.А., Титова Е.И., Тихомировой H.A., Токаева Э.С., Бобреневой И.В., Хорольского В.В., Храмцова А.Г., Degeest В., Fuller R., Lee К., Shah N.P., Sanders М.Е., Fuller R., Tannock G.W., Gibson G.R., Shin H.S., Arai S., Morinaga Y и др.

Значение подобной продукции весьма актуально для России, в которой значительные слои населения проживают в экологически неблагоприятных регионах, работают в условиях вредных физических, химических и прочих воздействий, недостаточно или несбалансированно питаются, что приводит к возникновению кишечных дисбактериозов.

Таким образом, разработка технологии производства и расширение ассортимента синбиотических продуктов отечественного производства, которые могут быть рекомендованы для профилактики и лечения дисбиотических состояний, является обоснованной и актуальной.

Цель диссертационной работы - разработка технологии новых видов высокоэффективных комплексных синбиотических продуктов, содержащих высокий титр бифидобактерий и способствующих нормализации деятельности ЖКТ.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- обосновать состав синбиотических продуктов;

- исследовать взаимодействие разных видов бифидобактерий и создать консорциум на их основе;

- исследовать влияние растворимых и нерастворимых пищевых волокон, дрожжевого экстракта, на развитие и активность бифидобактерий в молоке и отработать состав и технологию получения синбиотических продуктов;

- разработать состав и технологию получения синбиотических продуктов учитывающих возрастную категорию пациента;

- изучить характеристики синбиотических продуктов в процессе хранения и обосновать их сроки годности;

- разработать проект технической документации на новые виды синбиотических продуктов.

Научная новизна - Определены пробиотические и технологические свойства консорциума, состоящего из В. асЫеясепйз МС-42, В. Ыйс1ит 791, В. 1опцит 379 М, который может быть использован при разработке синбиотических продуктов.

Выявлено, что созданный консорциум превосходит исходные свойства культур по технологическим и пробиотическим свойствам (сокращается время ферментации молока, увеличиваются антагонистическая активность и количество клеток в образующемся молочном сгустке).

Установлено влияние дрожжевого экстракта, гуммиарабика, экасии на ускорение процесса ферментации молока, на увеличение количества клеток бифидобактерий в молочном сгустке и на уменьшение синеретической способности.

Выявлены закономерности развития и выживаемости пробиотических бактерий, а также изменения показателей качества и безопасности синбиотических продуктов в процессе производства и хранения.

Практическая значимость работы

Создан консорциум из штаммов бифидобактерий, превосходящий по своим технологическим и микробиологическим свойствам исходные свойства культур.

Разработан состав кисломолочного синбиотического продукта с высоким содержанием и активностью бифидобактерий, в котором в качестве пробиотика используется консорциум штаммов бифидобактерий.

Разработан способ получения синбиотического продукта, предназначенного для коррекции нарушений микробиоценоза кишечника и повышения общей резистентности организма для людей различных возрастных групп.

Разработана и обоснована технологическая схема производства синбиотических продуктов.

На состав синбиотического продукта и способ его получения подана заявка на патент № 2009141377.

На новые виды синбиотических продуктов разработан проект технической документации.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Всероссийской выставке «Научно-технического творчества молодежи» (Москва, 2008), Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва, 2008), Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2008), Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, 2009), Международной научно-практической конференции «Олимпиада 2014: технологические и экологические аспекты производства продуктов здорового питания» (Краснодар, 2009), Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии и оборудование для пищевой промышленности» (Воронеж , 2009), Всероссийской студенческой научной конференции «Молодежная наука - пищевой промышленности России» (Ставрополь, 2009), Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Экологически безопасные ресурсосберегающие технологии и средства переработки сельскохозяйственного сырья и производства продуктов питания» (Москва 2009).

Работа награждена дипломом открытого конкурса «На лучшую научную работу» по разделу «Пищевая промышленность» (Краснодар, 2006) и дипломом Всероссийской выставки научно-технического творчества молодёжи (Москва, 2008).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 8 печатных работ и подана одна заявка на патент № 2009141377.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, шести глав экспериментальной части, выводов, списка литературы, содержащего 172 источника, 13 приложений.

Основная часть работы изложена на 132 страницах машинописного текста, содержит 21 таблицу, 30 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы.

Глава 1. Аналитический обзор

В аналитическом обзоре рассмотрены аспекты состояния здоровья населения России, освещены современные сведения о роли и составе нормального микробиоценоза человека. Приведена характеристика рынка продуктов лечебно-профилактической направленности. Рассмотрено значение про-, пре- и синбиотических продуктов в лечении и профилактике дисбиотических состояний. Проанализированы вопросы, связанные с их производством и способами повышения эффективности их действия на организм человека.

На основании анализа и обобщения информации обоснованы и сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Глава 2, Объекты и методы исследования

Настоящая работа выполнялась в лаборатории МГУПБ на кафедре «Технологии продуктов детского, функционального и спортивного питания», а также в ПНИЛЭФМОПП.

Структурная схема проведения исследований приведена на рисунке 1.

2.1. Объекты исследования

Объектом исследований являлись лиофилизированные культуры бифидобактерий: В. adolescentis МС-42, В. bifidum 791, В. longum 379 М, полученные из коллекции микроорганизмов Государственного научного центра Российской Федерации ФГУП Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов; штамм Streptococcus thermophilus (сухой бактериальный концентрат ТУ 9220-20100419785-00); гуммиарабик торговой марки Fibregum В; композиция гуммиарабика и нерастворимых пшеничных волокон под торговой маркой EQUACIA™ (экасия); сухой обезжиренный молочный остаток и дрожжевой экстракт Springer 0207/0-MG-L.

При изучении антагонистической активности использовали штаммы патогенных и условно-патогенных микроорганизмов Е. coli 259-22, Staphylococcus aureus 6538-Р, Proteus vulgaris F-30, полученные из коллекции Государственного НИИ стандартизации и контроля медицинских и биологических препаратов им. Л.А. Тарасевича.

2.2. Методы исследования

Для оценки эффективности использования дрожжевого экстракта, экасии, гуммиарабика при разработке синбиотического продукта, исследовали способность данных добавок ускорять процесс сгусткообразования, увеличивать количественное соотношение и жизнестойкость исследуемых штаммов.

Определение титруемой кислотности проводили по ГОСТ 3624-92. Определение активной кислотности проводили потенциометрическим методом в соответствии с ГОСТ 3224-84. Синеретическую способность продуктов устанавливали методом центрифугирования.

Сочетаемость штаммов бифидобактерий определяли по продолжительности свёртывания молока комбинацией по сравнению с продолжительностью свёртывания с каждой культурой (штаммов), входящей в их состав (при равных органолептических показателях). Органолептические показатели оценивали через день, после выдерживания проб при 3-5°С в течение 16-18ч.

Рис.1 Схема проведения исследований

Показатели: 1 - количество клеток бифидобактерий; 2 - скорость роста; 3 - устойчивость к фенолу; 4 - устойчивость к NaCl; 5 - устойчивость к различным значениям рН; 6 - устойчивость к желчи; 7 - антагонистическая активность; 8 - активная кислотность; 9 - титруемая кислотность; 10 -органолептические показатели; 11 - микроскопический препарат; 12 -синеретическая способность; 13 - количество клеток мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов; бактерии группы кишечных палочек, патогенных микроорганизмов, в т.ч. сальмонеллы; Staphylococcus aureus; дрожжи и плесени.

Антагонистическую активность штаммов определяли методом развивающихся смешанных популяций в сравнении с ростом тест - культур в монокультуре.

Определение бифидобактерий проводили в соответствии с МУК 4.2.99900, определение бифидобактерий в смешанных с молочнокислыми бактериями культурах - в соответствии с МУК 4.2.577-96. Определение молочнокислых бактерий проводили в соответствии с ГОСТ 10444.11 и ГОСТ 51331-99.

Результаты исследований по данным 3-5 кратных повторностей обрабатывали с помощью методов статистического анализа с определением среднего арифметического значения изучаемого признака и средней квадратичной ошибки. Для аппроксимации данных были использованы методы регрессионного анализа с применением линейных и статических полиноминальных аппроксимирующих зависимостей (регрессионные модели).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Глава 3. Разработка пробиотической составляющей синбиотичес-кого продукта. Промышленный выпуск стартовых культур бифидобактерий и их применение в производственных процессах стали возможными в результате большой работы по селекции бифидобактерий и изучению их биохимических и культуральных свойств, так как одним из важных направлений при создании продуктов с пробиотическими культурами, является поиск микроорганизмов со стабильным заданным комплексом свойств. Основываясь на имеющихся данных о видовом составе микрофлоры ЖКТ человека, а также опыте использования чистых культур в производстве продуктов специального назначения для создания синбиотических систем были выбраны штаммы В. асМезсеп^э МС-42, В. ЫМит 791, В. 1оп£ит 379 М.

Следует отметить, что физиолого-биохимические и антагонистические свойства данных штаммов обосновывают их применение в качестве пробиотиков в производстве синбиотических продуктов, хотя их технологические показатели, явно, не удовлетворительны для производственных целей.

Известно, что между штаммами возможен синергизм. В связи с этим, на первом этапе эксперимента исследовались взаимоотношения данных штаммов в консорциуме.

Было выявлено, что исследуемые штаммы при совместном применении стимулируют рост друг друга, в сравнении с их отдельным использованием (табл. 1). Исследования также показали, что образуемый консорциум микроорганизмов по свойствам превосходит исходные свойства культур. Если сгустки у отдельных культур образовывались через 43-55ч, у данной комбинации штаммов время образования сгустка сокращалось до 27-35ч. Из таблицы 1 также видно, что количество жизнеспособных клеток в сгустке, образуемом консорциумом превышает их количество в сгустке, образуемом монокультурами. Органолептические показатели не изменялись.

Таблица 1. Технологические показатели штаммов бифидобактерий В. adolescentis МС-42, В. bifidum 791, В. longum 379 M.

№ штамма Активность Активная Энергия Количество

ферментации, кислотность, кислотообразования жизнеспособных

час рН за время ферментации, °Т клеток в сгустке, lg КОЕ/см3

В. adolescentis МС-42 50±5 4,7±0,2 64±5 7,9±0,2

В. bifidum 791 49±6 4,8±0,2 63±5 8,1±0,2

В. longum 379 М 48±5 4,8±0,2 61±5 7,8±0,1

Консорциум (В. adolescentis МС-

42+ 31±4 4,7±0,2 66±5 8,6±0,2

В. bifidum 791 +

В. longum 379 М )

Полученные данные позволяют сделать заключение о том, что изученные штаммы бифидобактерий сочетаются между собой и по своей эффективности дополняют друг друга, а созданный консорциум целесообразно использовать при получении синбиотических продуктов.

Глава 4. Разработка технологии синбиотических продуктов.

Поскольку бифидобактерии плохо растут на коровьем молоке, для их роста требуется внесение различных стимуляторов с целью создания кисломолочных продуктов, содержащих высокий титр бифидобактерий. В этой связи представлялось целесообразным в условиях «in vitro» изучить бифидогенные свойства пищевых волокон гуммиарабика, композиции гуммиарабика и нерастворимых пшеничных волокон, а также дрожжевого экстракта.

Ранее в МГУПБ были проведены исследования по обоснованию рациональной концентрации Fibregum AS, благотворно влияющей на развитие бифидобактерий. На основании анализа литературы и учитывая вышеизложенное, было предложено исследовать три концентрации композиции гуммиарабика и нерастворимых пшеничных волокон, а также сравнить влияние композиции гуммиарабика и нерастворимых пшеничных волокон и гуммиарабика. В обезжиренное молоко добавляли 0,5%, 1%, 1,5% Fibregum В и 0,66%, 1,11%, 1,66% экасии соответственно, перемешивали и стерилизовали. Концентрации экасии были выбраны так, чтобы концентрация гуммиарабика в них составляла 0,5%, 1% и 1,5% соответственно. Контролем являлось стерилизованное обезжиренное молоко. Кислотность молока увеличивалась при добавлении Fibregum и Equacia, что привело к заметному уменьшению величины рН молока и дестабилизации системы. Для поддержания рН на оптимальном уровне, повышали буферную емкость молока с гуммиарабиком и экасией, путем добавления соли-стабилизатора - лимоннокислого

трехзамещенного натрия.

В разработанные составы, содержащие 0,5%, 1%, 1,5% и 0,66%,

1,11%, 1,66% экасии соответственно, а также соль-стабилизатор, вносили 5% инокулята, после чего инкубировали при температуре (37±1)°С до появления сгустка. Результаты исследования влияния разных концентраций Р1Ьге£ит В и Equacia (экасия) на рост консорциума бифидобактерий приведены на рис. 2.

Рис. 2. Влияние гуммиарабика и экасии на количество клеток бифидобактерий (консорциум) в молочном сгустке

Анализ полученных результатов показал, что гуммиарабик и экасия активизировали развитие бифидобактерий в процессе ферментации, доводя количество клеток до уровня 109 КОЕ/см3 за 19-22 часа. Более того, количество клеток бифидобактерий в присутствии 1,5% Р1Ьге§шп и 1,66% ЕциаЫа превышало их количество в сравнении с контрольным образцом. Анализ полученных данных также показал, что нерастворимые пшеничные волокна, входящие в состав экасии помимо гуммиарабика, существенного влияния на рост и развитие бифидобактерий не оказали. Но включение экасии в состав синбиотического продукта повысит функциональные свойства продукта за счет обогащения его нерастворимым пищевым волокном.

Как видно из рис 2, при увеличении концентрации гуммиарабика происходит увеличение числа бифидобактерий в образующемся молочном сгустке, это и послужило основанием для проведения дальнейших исследований по увеличению концентрации гуммиарабика. Для повышения концентрации Fibregum на 0,5%, с целью увеличения питательного субстрата для бифидобактерий, представлялось целесообразным увеличить концентрацию сухих молочных веществ в разработанных составах. Из литературных источников известно, что увеличение концентрации сухого обезжиренного молочного остатка в питательных средах на молочной основе существенно стимулирует рост бифидобактерий. Поэтому для увеличения титра

бифидобактерий концентрация сухого обезжиренного молочного остатка (COMO) в приготовленных средах была увеличена соответственно на 10%, 20%, 30%, 40% и 50% (путём внесения сухого обезжиренного молока), тем самым количество серосодержащих аминокислот также увеличилось на 10, 20, 30 40 и 50% соответственно. Увеличение количества серосодержащих аминокислот повышает титр бифидобактерий. Повышенное содержание казеинат-кальций-фосфатного комплекса (ККФК) образует буферную систему, сдерживая нарастание кислотности при росте биомассы.

Первым этапом было определение рациональной концентрации COMO. В обезжиренное молоко и в питательную среду на его основе, но с увеличенным содержанием COMO на 10%, 20%, 30%, 40% и 50% соответственно, вносили биомассу бифидобактерий и культивировали при температуре (37±1)°С до образования сгустка. Определяли время образования сгустка и динамику количества клеток бифидобактерий в процессе ферментации в питательной среде с разными концентрациями COMO. Результаты проведенного эксперимента представлены на рис. 3.

fe

га с?

Ю S ti В- О

6 9

Время, ч

сгустск

о контроль а молоко с COMO 11% □ молоко с COMO 12%

а молоко с COMO 13% а молоко с COMO 14%

Рис.3 Динамика количества клеток бифидобактерий (консорциум) в процессе ферментации в молочной среде с разными концентрациями COMO

В образце с концентрацией COMO, увеличенной на 50% , не было получено сгустка со сплошной структурой, образовывались лишь хлопья. Остальные образцы с увеличенным содержанием COMO образовали сгусток раньше, чем контроль. Сгусток плотный, без отделения сыворотки.

Исследования показали, что увеличение COMO действительно стимулирует развитие изучаемого консорциума бифидобактерий. Установлено также, что при этом увеличивается титр бифдобактерий в образующемся сгустке, сам сгусток получается более плотный без отделения сыворотки, сгустки с чистым вкусом без посторонних привкусов и запахов, уменьшается

время ферментации (сгусткообразования). В образце с концентрацией COMO увеличенной на 40% сгусток образовался раньше остальных и титр бифидобактерий в этом сгустке был самым большим и сам сгусток более плотным.

Далее необходимо было исследовать влияние увеличенной концентрации COMO совместно с гуммиарабиком на рост и активность консорциума бифидобактерий в молочной среде. Так как повышенное содержание казеинат-кальций-фосфатного комплекса (ККФК) образует буферную систему, сдерживая нарастание кислотности, представлялось интересным исследовать концентрацию гуммиарабика в 2 %.

Результаты проведенного эксперимента представлены в таблице 2 и на рис. 4.

Таблица 2. Динамика физико-химических показателей в процессе ферментации синбиотических продуктов с 2% гуммиарабика и концентрацией COMO 14%.

Время ферментации Показатели

Титруемая кислотность, иТ Активная кислотность, рН

Контроль Синбиотик с 2% гуммиарабика и 14% COMO. Контроль Синбиотик с 2% гуммиарабика и 14% COMO.

0ч 20+3 19+3 б,4±0,2 6,4±0,2

6ч 21±3 20±3 6,2±0,1 6,4±0,2

12ч 37±3 33±3 5,б±0,2 5,7±0,2

18ч 68±3 64±3 4,8±0,2 4,9±0,1

ЕЭ контроль

□ молоко с концентрацией COMO 14% и концентрацией гуммиарабика 2%

Рис.4 Динамика количества клеток бифидобактерий .(консорциум) в процессе ферментации в молочной среде с 2% гуммиарабика и концентрацией COMO 14%.

По результатам проведенного исследования рациональной концентрацией

10

для разрабатываемого синбиотического продукта была выбрана концентрация COMO 14 %.

На следующем этапе проведены исследования по разработке рациональной концентрации ростовых добавок, благотворно влияющих на развитие бифидобактерий и на время образования сгустка. Было предложено исследовать три разные концентрации (0,2%, 0,4% и 0,6%) дрожжевого экстракта, а также, ранее разработанные концентрации Fibregum - 2% и COMO - 14%. Для оценки эффективности использования дрожжевого экстракта, исследовали его способность ускорять процесс сгусткообразования, увеличивать количественное соотношение и жизнестойкость исследуемых штаммов.

В обезжиренное молоко и в питательные среды на его основе с добавлением одного из исследуемых компонентов, вносили биомассу бифидобактерий и культивировали до образования сгустка с фиксацией степени вязкости. Определяли время образования сгустка и количество клеток микроорганизмов после внесения бактерий (исходное) и на момент образования сгустка. Результаты проведенного эксперимента представлены и на рис. 5.

ю

п

0 9,5

Xя

а

ш

5 9

о»

1 8,5

о

0 8

а

X

■е-

1 7,5

0

6

9 7

S

1

Рис.5 Влияние дрожжевого экстракта на количество бифидобактерий в сгустке.

Исследования показали, что добавление дрожжевого экстракта в питательные среды на молочной основе стимулирует развитие изучаемых штаммов бифидобактерий.

В результате проведенного исследования была найдена рациональная концентрация дрожжевого экстракта, которая составила 0,6%. Также из рис. 5 видно, что при добавлении дрожжевого экстракта в разработанную ранее синбиотическую композицию происходит значительное увеличение числа

В г» {0 g о 2

0,2% Дрожжев! Ё га ^о в s а* о га

1 Г) ° о § а. о

05 «

ч- О

" 5 s О < О

•я- О

* О <о

бифидобактерий в сгустке.

Таким образом, по результатам серии экспериментов был предложен состав молочной основы для получения синбиотических продуктов, состоящий из обезжиренного молока с концентрацией COMO 14%, 2% Fibregum, 0,6% дрожжевого экстракта и 0,06% соли-стабилизатора. Наибольшее количество клеток бифидобактерии достигали именно на этой среде, а главные физико-химические показатели, влияющие на их жизнеспособность, не являлись лимитирующими.

На следующем этапе изучали показатели синбиотической системы. С консорциумом бифидобактерий В. adolescentis, В. bifidum, В. longum определяли количество клеток микроорганизмов, активную и титруемую кислотность после внесения бактерий (0 ч), через 6, 12 часов культивирования и на момент образования сгустка (17 - 18ч). Также определяли синеретическую способность и антагонистическую активность синбиотического продукта.

Динамика развития пробиотического консорциума в присутствии гуммиарабика и экасии представлена на рис. 6. Несмотря на то, что скорость развития и, следовательно, время образования сгустка консорциума бифидобактерий В. adolescentis, В. bifidum, В. longum для всех образцов одинаково, количество клеток в синбиотиках с гуммиарабиком и экасией было в среднем в 13 и 13,5 раз больше, чем в контроле.

9,5

* а

6,5

-синбиотин с 2% гуммиарабика

синбиотик с 2,22% экасии

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Время, ч

Рис. 6. Динамика развития консорциума бифидобактерий В. а(Ые<,сепЧ$, В.

ЫДйит, В. 1о^ит в присутствии гуммиарабика и экасии.

Титруемая кислотность в синбиотиках с гуммиарабиком, экасией и в контрольном образце увеличивалась с одинаковой скоростью. В сгустке синбиотиков значение титруемой кислотности в среднем составляло (64-65) °Т, что на 4-5 °Т ниже, чем в контроле. В целом, по физико - химическим параметрам синбиотики и контрольный образец не различались (Таблица 3).

Таблица 3. Динамика физико-химических показателей в процессе ферментации синбиотических продуктов с консорциумом штаммов В. асЫезсепйз, В. ЫПс1ит, В. 1оппит

Время ферментации Показатели

Титруемая кислотность, "Т Активная кислотность, рН

Контроль Синбиотик с Fibregum Синбиотик с Equacia Контроль Синбиотик с Fibregum Синбиотик с Equacia

Оч 20+3 19±3 20±3 6,4±0,2 6,4±0,2 6,4±0,2

б ч 22+3 20±2 22±3 6,1 ±0,1 б,3±0,2 6,2±0,2

12ч 37+3 33±3 34±3 5,5±0,2 5,б±0,2 5,б±0,2

18ч 69+2 64±3 65±2 4,8±0,2 4,8+0,2 4,8±0,1

Несмотря на то, что Fibregum и Equacia способствовал быстрому снижению активной кислотности (рН), в сгустке величина рН составляла 4,8. Нужно отметить, что для бифидобактерий составляющих большую часть микрофлоры кишечника здорового человека, отмечено значительное увеличение адгезивности на слизистых оболочках именно при рН 4,0-5,0.

Как установлено, синеретическая способность синбиотиков с гуммиарабиком и экасией снизилась в среднем на 13% по сравнению с контролем, а в образце с концентрацией COMO 14% синеретическая способность синбиотиков снизилась в среднем на 21%. Результаты представлены в таблице 4.

Образцы с консорциумом бифидобактерий В. adolescentis, В. bifídum, В. longura

контроль Синбиотик с Fibregum Синбиотик с Equacia Синбиотик с Fibregum и концентрацией COMO 14% Синбиотик с Equacia и концентрацией COMO 14%

Синерезис

см % CMJ % I CMJ % см3 % CMJ %

5,4±0,2 54±0,2% 4,8±0,2 48±0,2% 4,9±0,2 49±0,2% 4,3±0,2 43±0,2% 4,4±0,2 44±0,2%

Таблица 4. Синеретическая способность синбиотических продуктов

Экспериментально выявлено, что антагонизм бифидобактерий в присутствии гуммиарабика и экасии усиливаются. Результаты исследования данной серии опытов представлены на рис. 7.

Количество клеток Staph, aureus 653 8-Р под действием консорциума бифидобактерий в продукте уменьшалось в среднем 10 раз, в синбиотике с гуммиарабиком - в 69 раз, а в синбиотике с экасией - в 65 раз. Степень ингибирования у Pr. vulgaris F-30 в контрольном образце составила 38%, в синбиотике с гуммиарабиком - 46,8%, а с Floracia - 43%. Степень подавления

E.coli 259-22 - 32,7%; 49% и 43,5% в вышеперечисленных образцах соответственно.

9

□ тест-культура (исходное)

в тест культура (после культивирования)

О контроль (молоко+тест-культура+консорциум) □ тест-культу ра+синбиотакс

р|Ьгедит В тест-культура+синбиотак с Едиас1а

E.coli

Staph, aureus Proteus vulgaris

Рис. 7. Антагонистическая активность консорциума бифидобактерий В. шШеясеМЫ, В. Ы/~н1ит, В. \ongum в синбиотических продуктах с бифидогенными волокнами

Сопоставляя результаты экспериментов по изучению характеристик синбиотических продуктов с бифидогенными волокнами, следует отметить, что включение в состав синбиотических продуктов гуммиарабика и экасии улучшали технологические характеристики этих продуктов, такие как время образования сгустка, синеретическая способность, а также микробиологические показатели (количество клеток). Антагонистическое действие пробиотических культур синбиотических продуктов на условно-патогенную и патогенную микрофлору наиболее выражено проявлялось в синбиотиках с бифидогенными волокнами.

В лабораторных условиях проводили совместное культивирование бифидобактерий В. асЫеБсепШ МС-42, В. Ыйс1ит 791, В. 1оп§ит 379 М и термофильных молочнокислых стрептококков при соотношении штаммов 2:1 соответственно (для устранения слегка ощущаемого щиплющего вкуса бифидобактерий). Результаты эксперимента представлены в таблице 6. Установлено, что потребительские свойства синбиотических продуктов, при совместном использовании с штаммами термофильного стрептококка, не ухудшились. Полученный сгусток синбиотического продукта плотный, консистенция - однородная, нежная, в меру вязкая, вкус чистый кисломолочный, приятный, без наличия посторонних привкусов и запахов.

Таблица 6. Микробиологические и физико-химические показатели синбиотического продукта с термофильным стрептококком

Образец

Показатель Бифидо-бактерии + термофильный Бифидо-бактерии + термофильный Бифидо-бактерии + термофильный

стрептококк стрептококк + Equacia стрептококк + Fibregum

Титруемая кислотность, иТ 72 76 75

Активная кислотность, ед. рН 4,84 4,87 4,85

Количество клеток бифидобактерий, 1£ КОЕ/см3 8,5 9,05 9,1

Количество клеток термофильного стрептококка, ^ КОЕ/см3 9,04 8,97 8,93

Синерезис, см"1 4,6 4,12 4,07

Активность сквашивания, ч 8,1 8,2 8,4

Технологический процесс производства разработанного синбиотического продукта аналогичен технологии производства традиционных кисломолочных напитков, но отличается тем, что перед стерилизацией молока вносится 2% гуммиарабика, 0,6% дрожжевого экстракта и концентрация COMO составляет 14%.

Глава 5. Разработка технологии синбиотических продуктов учитывающих возрастную категорию пациента.

Следующим этапом проводимой работы было получение синбиотического продукта, в котором соотношение биомасс бифидобактерий видов: В. bifidum, В. longum, B.adolescentis находятся в процентном соотношении, соответствующем видовому среднестатистическому соотношению их в кишечнике здорового взрослого человека определенного возраста.

Необходимое процентное соотношение при получении кисломолочного продукта достигается за счет того, что культивирование каждого вида бифидобактерий (В. adolescentis МС-42, В. bifidum 791, В. longum 379 М) происходит раздельно до получения биомасс с титром не менее 109 КОЕ/мл. Затем перед фасовкой происходит объединение полученных биомасс в процентном соотношении, соответствующем видовому составу нормофлоры кишечника здорового взрослого человека в зависимости от возраста (см. табл.

7)-

Разработаны составы синбиотического продукта, которые могут быть рекомендованы для коррекции нарушений микробиоценоза кишечника и повышения общей резистентности организма людей определенных возрастных групп.

Таблица 7 Среднестатистические данные о соотношении видов бифидобактерий в биоценозе кишечника здорового человека определенного возраста

Возраст (лет) Виды бифидобактерий

В. bifidum В. longum В. adolescentis

18-25 35% 40% 25%

25-35 30% 30% 40%

35-50 20% 25% 55%

50-70 15% 25% 65%

Данный синбиотический продукт позволяет повысить лечебно-профилактические свойства кисломолочных функциональных продуктов, учитывая возраст пациентов, а также повысить совместимость синбиотика с кишечной нормофлорой человека. Способ получения продукта включает приготовление закваски путем культивирования бифидобактерий в питательной среде, с последующим внесением в разработанную композицию посевной дозы полученной закваски в количестве не более 5% от объема питательной среды и повторное культивирование указанных видов бифидобактерий при температуре (38±1)°С до получения сгустка, охлаждение продукта до 6-7°С и его фасовку.

Глава 6. Изучение показателей качества в процессе хранения синбиотических продуктов. Пробиотические микроорганизмы не способны влиять на окружающую среду в кишечнике, если их популяция не достигает определенного минимального уровня - 107 КОЕ/см3, т.е. клетки бифидобактерий должны оставаться живыми во время хранения, чтобы обеспечить потребителю адекватное количество клеток. Для подтверждения вышеуказанного по отношению изученных штаммов бифидобактерий, исследовались основные показатели качества в процессе хранения. Полученные синбиотические продукты хранили при температуре (4±2)°С в течение 30 дней. В процессе хранения синбиотические продукты контролировали согласно МУК 2.32.721-98 «Определение безопасности и эффективности БАД к пище» (так как исследуемые синбиотические композиции можно использовать также в качестве закваски, БАД к пище) по таким показателям как количество клеток микроорганизмов, активная и титруемая кислотность питательной среды, органолептические показатели и микробиологические показатели безопасности. Значения числа жизнеспособных клеток бифидобактерий, титруемой и активной кислотности, а также синеретическую способность синбиотических продуктов с консорциумом определяли на момент образования сгустка и через 10, 20 и 30 дней. Полученные результаты представлены в таблице 8.

Таблица 8. Физико-химические показатели синбиотического продукта в процессе хранения

Срок хранения продукта---""""'" Образцы Показатель

Активная кислотность, ед. рН Титруемая кислотность, °Т Синерезис, cmj

0 сут. Контроль 4,8+0,2 64±5 5,2±0,2

Синбиотик 4,8±0,1 61±5 4,8±0,2

10 сут. Контроль 4,9+0,2 73±5 5,3+0,2

Синбиотик 4,9±0,2 75±5 5,0+0,1

20 сут. Контроль 4,8±0,1 83±5 5,4±0,2

Синбиотик 4,7±0,2 85±5 5,2±0,2

30 сут. Контроль 4,6+0,1 85±5 5,7±0,1

Синбиотик 4,6±0,2 86±5 5,3+0,1

Fibregum и повышенное содержание COMO снижали синеретическую способность сгустков продуктов, а, следовательно, привели к увеличению продолжительности хранения полученной продукции без снижения качества.

Анализ полученных результатов для синбиотических продуктов с консорциумом бифидобактерий показал, что в процессе 30 дневного хранения при температуре (4±2)°С, популяция бифидобактерий в 1 см3 не менее 1 х 108 КОЕ и в среднем в 15-30 раз превышала их количество по сравнению с контрольными образцами. Результаты изменения количества клеток бифидобактерий в синбиотическом продукте представлены на рисунке 8.

Рис. 8. Изменение количества клеток бифидобактерий в процессе хранения синбиотического продукта с бифидогенными волокнами

В течение 30 суток органолептические показатели продуктов не ухудшались.

Все синбиотические продукты сохраняли основные свои показатели и отвечали требованиям МУК и разработанной технической документации. По показателям безопасности, выработанные синбиотические продукты отвечали требованиям ФЗ №88.

ВЫВОДЫ

1. Исследована сочетаемость штаммов бифидобактерий: В. adolescentis МС-42, В. biñdum 791, В. longum 379 М и создан консорциум по технологическим и пробиотическим свойствам (время ферментации молока, антагонистическая активность, количество клеток) превосходящий исходные свойства культур.

2. Обоснован выбор бифидогенных волокон для введения в единые синбиотические системы. Разработаны рациональные концентрации и способы внесения Fibregum В (2%) и Equacia (2.22%) в состав синбиотических композиций.

3. Обоснован состав для синбиотических продуктов, обеспечивающий повышение содержания и активность бифидобактерий в готовом продукте: гуммиарабик - 2%, концентрация COMO 14%, лимоннокислый натрий - 0,06%, дрожжевой экстракт - 0,6%.

4. Исследованы показатели синбиотических продуктов с консорциумом бифидобактерий. По своим свойствам синбиотические продукты с консорциумом превосходили единые моноштаммовые системы по времени образования сгустка (уменьшилось в 1,5 раза), синеретической способности продуктов (уменьшилась на 15%), пробиотическим показателям (количество клеток бифидобактерий увеличилось в 7-8 раз) и антагонистическому действию синбиотических продуктов на условно-патогенную и патогенную микрофлору.

5. Исследованы показатели качества и безопасности разработанных видов синбиотических продуктов и выявлено, что они отвечают требованиям МУК и нормативной документации в течение 30 суток хранения при температуре (4±2)°С. Показано, что бифидогенные волокна повышают жизнеспособность бифидобактерий, снижают синеретическую способность сгустков продуктов в процессе хранения.

6. Разработан состав и технология получения синбиотических продуктов, которые могут быть рекомендованы для людей определенных возрастных групп, которые реализованы в проекте технической документации.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Токаев Э.С. Разработка синбиотического продукта с использованием бифидогенного волокна / Э.С.Токаев, А.А.Максимов // «Биотехнология: состояние и перспективы развития»: материалы V Московского международного конгресса. - Москва 2008. - С. 106-107.

2. Максимов A.A. Разработка и создание нового синбиотического продукта / А.А.Максимов // «Живые системы и биологическая безопасность населения»: материалы VII Международной научной конференции студентов и молодых ученых. - Москва 2008. - С. 60-61.

3. Токаев Э.С. Разработка нового синбиотического пищевого продукта с высоким содержанием бифидобактерий / Э.С.Токаев, А.А.Максимов // Вопросы питания. - 2009. - №.2. - С. 39-41.

4. Токаев Э.С. Разработка синбиотического продукта для лечения и профилактики дисбактериозов в желудочно-кишечном тракте / Э.С.Токаев, А.А.Максимов // «Пищевые технологии и биотехнологии»: материалы X Международной конференции молодых ученых. - Казань 2009. - С. 403.

5. Максимов A.A. Разработка состава синбиотического продукта / А.А.Максимов // «Молодежная наука - пищевой промышленности России»: материалы I Всероссийской студенческой научной конференции. - Ставрополь 2009.-С. 18.

6. Максимов A.A. Разработка кисломолочного синбиотического продукта для профилактики дисбактериозов / А.А.Максимов //«Олимпиада 2014: технологические и экологические аспекты производства продуктов здорового питания»: материалы Международной научно-практической конференции. - Краснодар 2009. - С. 206-207.

7. Токаев Э.С. Разработка технологии синбиотического кисломолочного продукта для лечения и профилактики дисбактериозов / Э.С.Токаев, А.А.Максимов // «Экологически безопасные ресурсосберегающие технологии и средства переработки сельскохозяйственного сырья и производства продуктов питания»: материалы Международной научной конференции студентов и молодых ученых. - Москва 2009. - С. 82-83.

8. Максимов A.A. Разработка кисломолочного синбиотического продукта / А.А.Максимов // «Инновационные технологии и оборудование для пищевой промышленности»: материалы Международной научно-технической конференции. - Воронеж 2009. - С. 456-457.

Отпечатано в типографии ООО "Франтера" Подписано к печати 17.11.2009г. Формат 60x84/16. Бумага "Офсетная №1" 80г/м2. Печать трафаретная. Усл.печ.л. 1,5. Тираж 100. Заказ 314.

WWW.FRANTERA.RU