Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

LACTIC ACID BACTERIA BIOSYNTHESIS REGULATION AND CONTROL

Kiselev D.A. 1 Korneeva O.S. 1 Motina E.A. 1 Shuvaev P.V. 1
1 SEAHPE «Voronezh State Universityn of Engineering Technologies», Voronezh
Исследовано влияние различных физико-химических факторов (температура, рН среды, массовая доля хлорида натрия, биологическая совместимость) на жизнедеятельность молочнокислых бактерий видов: Lactobacillus casei, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus curvatus, Pediococcus pentosaceus, значимых при производстве мясных изделий. Экспериментально обоснована наиболее эффективная композиция стартовых культур с учётом специфики вырабатываемого цельномышечного мясного продукта, состоящая из Lactobacillus bulgaricus и Lactobacillus acidophilus. Установлено, что оптимальными условиями, позволяющими достичь наивысшей метаболической активности молочнокислыми бактериями в среде с добавлением глюкозы и лактозы, в качестве источников углерода, является температура 36°С и величина рН 7,0.
Influence of various physical and chemical factors (temperature, рН environments, mass fraction of chloride of sodium, biological compatibility) on existance of lactic bacteria of kinds: Lactobacillus casei, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus curvatus, Pediococcus pentosaceus, significant by manufacture of meat products is investigated. The most effective composi­tion of starting cultures taking into account specificity of a developed whole muscule meat product, consisting of Lactobacillus bulgaricus and Lactobacillus acidophilus is experimentally proved. Tne optimal conditions allowing to reach the highest lactic bacteria metabolic activity in presence of glucose and lactic as carbon sources are the temperature of 36°С and pH 7,0.
lactic bacteria
composition of starting cultures
acid activity
regula­tion of metabolic processes
technological modes
1. Antipova L.V., Glotova I.A., Zharinov A.I. Applied biotechnology. Voronesh, VGTA Publ., 2000. 332 p.
2. Babeva I.P., Chernov I.Y. Biology of yeast. Moscow, KMK Publ., 2004. 221 p.
3. Ganina V.I. Appointment, properties and biotechnology bases. Moscow, MSUFB, 2001. 169 p.
4. Zharinov A.I. Food biotechnology. Moscow. Bulletin RASES, 2007. 476 p.
5. Costenco Y.G., Solodovnikova G.I., Cuznechova G.A., Savoilenco V.A. The meat industry, 1997. no. 1, pp. 9-10.
6. Mashentseva N.G. Khorokholsciy V.V. Functional starting cultures in the meat industry. Moscow, DeLi Publ., 2008, p. 336.
7. Rogov I.A., Zharinov A.I., Voyacin M.P. Food chemistry. Principles of formation of quality of meat products, Moscow, Rapp Publ., 2008, p.338.

В настоящее время не вызывает сомнений тот факт, что коррекция комплекса стартовых культур, применяемых в различных отраслях пищевой промышленности, должна являться базисной составляющей при производстве абсолютного большинства продуктов питания человека. Микрофлора организма человека способна нивелировать в широких пределах любые внешние воздействия, в том числе связанные с поступлением чужеродных микроорганизмов, и обладает максимальным влиянием, реализуемым на уровне микробно-тканевого комплекса кишечника, на формирование и поддержание гомеостаза организма в целом. Очевидно, что основными факторами влияния на микробиоценозы человека были и остаются алиментарный и физиологический (в т.ч. неспецифические и специфические механизмы резистентности). Следует признать как общебиологическую целесообразность, так и клиническую значимость потребления человеком адекватного количества и состава пищевых компонентов, являющихся основным источником пробиотических субстанций.

Одним из путей решения такой проблемы является биотехнологический принцип модификации животного сырья, заключающийся в направленном регулировании хода биохимических, физико-химических и микробиологических процессов, в результате кото­рых формируются органолептические показатели готового продукта, содержащего полез­ную микрофлору, за максимально короткий срок [6].

Цель исследований. В связи с этой актуальной проблемой был проведен ряд исследований с целью разработки принципов регулирования и контроля процессов биосинтеза молочнокислых бактерий (МКБ) - основных пробиотических культур, используемых при переработке животного сырья.

Важным показателем качества молочнокислых бактерий, входящих в состав закваски, является пригодность их для производства заданного продукта, что должно быть проверено исследованиями.

При составлении композиции необходимо учитывать специфические свойства вырабатываемого продукта, температурные режимы производства, взаимоотношения между микроорганизмами. Важнейшим критерием пригодности для объединения отдельных культур в микробиоценозы закваски является сочетаемость видов и штаммов. Исходя из этого, для обеспечения гарантированной направленности микробиологических процессов, была поставлена задача обоснования выбора наиболее эффективной композиции стартовых культур.

Материалы и методы исследований

В качестве объектов исследования были выбраны распространенные в продаже и используемые для лечения и профилактики микрофлоры желудочно-кишечного тракта культуры микроорганизмов (Lactobacillus casei, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus curvatus, Pediococcus pentosaceus.

Микроорганизмы культивировали на модельной среде, состоящей из восстановленного обезжиренного молока. Культивировали микроорганизмы в условиях ферментации 35°С и содержания лактозы в среде 4% в течение 12 часов. При подборе углеводного субстрата учиты­вали данные, полученные исследователями [1, 5, 7] по подбору соотношения моно- и диса­харов. Наиболее целесообразным представляется использование лактозы и глюкозы в соотношении 4:1 в количестве 3,0-5,0% к массе сырья или лактозы в том же количестве.

Для эксперимента использовались стандартные промышленные сублимированные препа­раты молочнокислых бактерий с нормализацией 1∙1010 КОЕ/г. Исследования вели на мясном сырье для производства цельномышечных продуктов (длиннейшая мышца спины от охлажденных свиных полутуш), предварительно активируя молочнокислые бактерии в теплом обезжиренном молоке. Активирование культур проводили как по отдельности, так и совместно.

Результаты исследований и их обсуждение

С целью активации культур экспериментально определены оптимальные параметры активирования: температура 35-37°С при оптимуме 36°С (рис. 1 а) с добавлением источников углерода (глюкоза + лактоза в соотношении 1:1) и при величине рН 6,0-8,0 при оптимуме 7,0 (рис. 1 б).

Изменение параметров активизации культур в большую или меньшую сторону приводило к уменьшению количества активных клеток микроорганизмов.

При составлении композиции молочнокислых бактерий учитывается ряд определенных свойств молочнокислых бактерий, характеризующих их производственную ценность в соответствии с производимым продуктом.

 

Рис. 1. Влияние температуры (а) и рН (б) на увеличение биомассы молочнокислых бактерий

При подборе культур молочнокислых бактерий необходимо также учитывать их кислотообразующую активность, так как кислая среда (рН 5,0-5,1) способствует снижению активности патогенной микрофлоры, активации мышечных ферментов, гидролизу белков, формированию характерного вкуса и аромата ферментированного мясного продукта. При использовании в производстве цельномышечных продуктов молочнокислых микроорганизмов уровень рН снижается за счет синтеза ими молочной кислоты из углеводов субстрата. Наибольшая кислотообразующая активность характерна для Lactobacillus bulgaricus и Lactobacillus acidophilus. В фазе адаптации (первые 4 ч) уровень снижения рН для всех культур незначителен. При переходе в фазу экспоненциального роста биосинтетическая активность клеток в культурах увеличивается, и скорость снижения величины рН резко возрастает, причём в большей степени при развитии L. acidophilus и L. bulgaricus , достигая к 12 ч уровня рН 4,2 и 4,6, а к 24 часам - 3,6 и 3,9 соответственно.

Важной с этой точки зрения является устойчивость молочнокислых бактерий к поваренной соли, применяемой, как правило, при производстве продуктов из животного сырья. Устойчивость МКБ к поваренной соли показана на рис. 2.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что Lactobacillus bulgaricus и Lactobacillus acidophilus обладают высокой кислотообразующей активностью, которая значительно снижается при увеличении содержания поваренной соли в среде.

Рис. 2. Резистентность молочнокислых бактерий к содержанию соли в среде культивирования: 1 - Lactobacillus casei; 2 - Pediococcus pentosaceus; 3 - Lactobacillus plantarum; 4 - Lactobacillus curvatus; 5 - Lactobacillus acidophilus; 6 - Lactobacillus bulgaricusй

Для регулирования и контроля процессов биосинтеза МКБ подбирали оптимальную температуру ферментации с учётом влияния поваренной соли на активность кислотообразования. В ряде модельных экспериментов с наиболее активными культурами варьировались значения температуры ферментации (от 15 до 40°С) и массовую долю поваренной соли (от 0 до 5%). По результатам эксперимента установлен оптимум температуры для культур L. bulgaricus и L. acidophilus (35°С) и определена степень угнетения кислотообразующей активности в зависимости от концентрации поваренной соли (рис. 3).

Рис. 3. Влияние массовой доли поваренной соли в среде из восстановленного обезжиренного молока на активность L. bulgaricus и L. acidophilus: 1 - Lactobacillus bulgaricus, 2 - Lactobacillus acidophilus, 3 - контроль

Из рис. 3 видно, что при внесении в состав среды поваренной соли в количестве 1-3% массы, кислотообразующая активность Lactobacillus bulgaricus и Lactobacillus acidophilus резко снижается (в 5-6 раз). Увеличение массовой доли поваренной соли от 3 до 5% масс, приво­дит к консервации среды и незначительному дальнейшему снижению уровня кислотности, что указывает на слабое развитие МКБ.

В процессе приготовления сырокопченых продуктов мясное сырьё подвергается ферментации как под действием мышечных ферментов - катепсинов, так и под действием энзимных комплексов молочнокислых бактерий, активно развивающихся в процессе ферментации. Для определения степени развития ферментативного процесса и роли в протеолизе ферментных комплексов молочнокислых бактерий проводили следующий эксперимент.

О развитии протеолитической активности ферментных комплексов можно судить по нарастанию низкомолекулярных азотистых соединений - ди- и трипептидов, а также отдельных аминокислот. Для определения нарастания аминного азота проводили анализ образцов экспериментального продукта на разных стадиях технологического процесса. Количество соединений содержащих аминогруппы определяли фотокалориметрически. Цветную реакцию проводили с использованием реактива Фолина. В качестве контрольного использовали образец мясного сырья, изготовленный без использования культур молочнокислых микроорганизмов. Результаты определения представлены на рис. 4.

Рис. 4. Нарастание аминного азота в продукте (1 - опыт, 2 - контроль)

Из рис. 4 видно, что нарастание аминного азота в экспериментальном образце происходит с большей скоростью, чем в контрольном, это связано с ускорением активации мышечных катепсинов под действием низкого уровня рН и проявлением протеолитической активности ферментных комплексов лактококков и лакто- бактерий.

При создании микробных ассоциаций и регулировании метаболической активности входящих в них стартовых культур необходимо учитывать различные типы взаимоотно­шений, возникающих в процессе их жизнедеятельности [3].

В основном в промышленности применяют многоштаммовые бактериальные препа­раты, поэтому задача отбора микроорганизмов состоит в выборе оптимальных по функ­циональным свойствам для конкретного продукта штаммов, обладающих взаимной со­вместимостью [2]. Нами изучалась способность к совместному росту и размножению отобранных штаммов: Lactobacillus bulgaricus и Lactobacillus acidophilus методом перпен­дикулярных штрихов (рис. 5).

Рис. 5. Совместный рост штаммов L. bulgaricus и L. acidophilus

На рис. 5 видно, что при одновременном выращивании культуры молочнокислых бактерий не видоизменены, морфология колоний соответствует морфологии при их инди­видуальном посеве на отдельные среды. В области соприкосновения штаммов молочно­кислых бактерий наблюдается однородный и равномерный рост. Полученные данные по­зволяют сделать вывод, что взаимоотношения между исследуемыми штаммами не явля­ются антагонистическими.

Выводы

Результаты комплексных исследований свидетельствуют о возможности регулиро­вания процессов роста, развития и метаболической активности молочнокислых бактерий в составе многоштаммовых бактериальных препаратов, применяемых при производстве цельномышечных продуктов, что позволит интенсифицировать технологический процесс и повысить качество готовой продукции.

Рецензенты:

  • Глотова И.А., д.т.н., профессор, заведующая кафедрой технологии переработки животноводческой продукции ФГОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I» Министерства образования и науки Российской Федерации, г. Воронеж;
  • Грабович М.Ю., д.б.н., доцент кафедры биохимии и физиологии клетки ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет», г. Воронеж.

Работа поступила в редакцию 09.03.2012.