Известно, что лакто- и бифидобактерии, используемые для получения пробиотических препаратов, относятся к разряду высокотребовательных к источникам питания. Основными нутриентами, лимитирующими рост и влияющими на физиологическую активность данных бактериальных культур, являются источники азота и углерода. Для улучшения накопления биомассы им необходимы также дополнительные ростовые факторы (витамины, аминосахара и др.), которые должны быть представлены в готовом виде, так как эти бактерии неспособны синтезировать все компоненты, входящие в состав клеточного вещества. Этим обусловлено применение производственных сред сложного состава.
Эффективные среды для культивирования указанных бактерий могут быть изготовлены с применением питательных основ из достаточно широкого спектра взаимозаменяемых субстратов животного, растительного или иного происхождения. Основу, содержащую необходимые нутриенты, можно использовать в качестве универсального базового компонента при конструировании бактериологических сред различного назначения. При этом появляется возможность разработки унифицированных комплексов питательных сред для производственного применения. Питательная среда в данном случае, как структурная единица унифицированного комплекса, должна состоять из 2 частей: постоянной (универсальной), включающей базовый субстрат, а также переменной (специфичной), зависящей от потребностей конкретного производственного штамма бактерий. Приготовление такой среды может включать раздельную подготовку обеих частей, а их сведение можно осуществлять непосредственно перед или в ходе культивирования микроорганизмов.
Алгоритм конструирования унифицированных комплексов питательных сред для массового производства пробиотиков включает несколько необходимых этапов:
- предварительный выбор питательных субстратов с учетом критериев биологической ценности, доступности и экономичности;
- получение питательных основ и оценка их эффективности на модели регламентированных питательных сред;
- разработка и оценка способов получения питательных основ с учетом критериев технологичности и трудоемкости;
- балансировка состава питательных сред.
Из ранее разработанных нами комплексов были отобраны для практического использования при получении пробиотиков казеиново-дрожжевые (КД) среды. Это связано с тем, что они в большей степени отвечают требованиям массового производства по совокупности биологических, технологических и экономических параметров. Остальные варианты сред, несмотря на их высокую эффективность, не нашли практического применения по ряду причин:
- альбуминовые (на основе ферментативного гидролизата лошадиного сывороточного альбумина) - из-за ограниченности сырьевой базы и трудоемкости предварительной подготовки белкового субстрата к гидролизу;
- соевые (на основе ферментативного гидролизата соевого шрота или соевой муки) - из-за возможного содержания в сырье генномодифицированного белка и низкой эффективности процесса гидролиза.
Панкреатический гидролизат казеина и аутолизат пекарских дрожжей, составляющие основу КД сред, широко применяются в микробиологической практике. Опыт использования КД сред свидетельствует, что изготовление ограниченной номенклатуры полуфабрикатов для питательной основы унифицированных комплексов в условиях массового выпуска пробиотиков позволяет значительно снизить трудоемкость и увеличить эффективность процесса подготовки к реакторному культивированию. Специфичность балансировки состава питательной среды в производстве пробиотиков обусловлена необходимостью учета влияния ее компонентов на физические свойства сухой биомассы, получаемой в ходе лиофилизации. Одна из основных задач оптимизации заключается в снижении расхода дорогостоящих составляющих производственной питательной среды при сохранении ее эффективности и технологичности. Следует отметить, что, помимо первичной балансировки, при практическом использовании питательной среды возникает необходимость корректировки состава при внесении существенных изменений в сопряженные с производственным культивированием технологические операции, связанные с получением маточной культуры и высушиванием препарата.
Таким образом, перманентный процесс модернизации производственных питательных сред является необходимой составной частью общего усовершенствования технологии пробиотических препаратов.