Содержащих пробиотические микроорганизмы

Цель работы: ознакомиться с видовым составом и свойствами бактериальных заквасок, содержащих пробиотические микроорганизмы, предназначенных для производства различных видов кисломолочных продуктов, усвоить принципы подбора штаммов в состав заквасок, практически ознакомиться с методами оценки качества заквасок.

Производство кисломолочных продуктов основано на использовании заквасок (традиционных и прямого внесения), бактериальных концентратов, содержащих в своем составе микроорганизмы различных видов.

Главное назначение кисломолочных продуктов – поддержание хорошего состояния здоровья у людей различных возрастных групп.

В настоящее время постоянно расширяется ассортимент кисломолочных продуктов, содержащих в своем составе представителей нормальной микрофлоры желудочно-кишечного тракта человека, которые способствуют повышению иммунитета, поддержанию нормального микроэкологического климата в организме человека, т. е. обладающих пробиотическими свойствами.

Кисломолочные продукты способствуют более высокой ус­вояемости кальция; усиливают секрецию пищеварительных соков и желчеотделения; усиливают желудочную секрецию и выделение панкреатического сока; повышают выведение мочевины и других продуктов азотистого обмена; подавляют рост нежелательной мик­рофлоры за счет бактерицидного действия молочной кислоты и ан­тибиотических веществ, продуцируемых некоторыми видами мо­лочнокислых бактерий и бифидобактериями; благоприятно воз­действуют на моторику кишечника; способствуют снижению сы­вороточного холестерина; тонизируют нервную систему. Установ­лено, что кисломолочные продукты с пробиотическими свойствами оказывают стимулирующее влияние на иммунитет, снижают риск возникновения злокачественных новообразований, в частности рака толстой кишки и молочной железы, способствуют выведению токсичных веществ из организма.

Имеются сообщения и о способности кисломолочных продуктов с пробиотиче­скими свойствами снижать риск по шикно­вения злокачественных новообразований, в частности рака | чистой кишки и грудной железы, выводить токсичные вещества из организма.

Видовой и штаммовый состав используемой микрофлоры очень разнообразен: мезофильные лактококки, термофильные стрептококки, лактобациллы, бифидобактерии, пропионовокислые микроорганизмы.

Вовлечение в производство микроорганизмов различных ви­дов можно объяснить тем, что ученые стремятся стабилизировать протекание технологического процесса получения продуктов с за­данными показателями качества и безопасности; усилить пробио­тические свойства за счет биологически активных веществ, синте­зируемых специально подобранными штаммами бактерий; улуч­шить органолептические показатели продуктов; повысить их биологическую ценность; расширить ассортимент.

Традиционные кисломолочные продукты, такие как творог, сметана, ряженка, простокваша и др., вырабатываются с примене­нием мезофильных молочнокислых бактерий (Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactococcus lactis subsp. lactis biovar. diacetilactis, Lactococcus lactis subsp. cremoris) и термофильных молочнокислых стрептококков. Эти продукты обладают диетическими свойствами, выступают в роли поставщиков питательных веществ, хорошо ус­вояемых организмом человека.

Среди кисломолочных продуктов, выпускаемых с давних пор, наиболее выраженным пробиотическим действием обладают продукты, содержащие термофильные молочнокислые палочки (Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulga-ricus). Помимо указанных видов в настоящее время в состав заквасок вводят термофильные молочнокислые палочки L.plantarum, L.casei, L.reuteri.

Бифидобактерии являются доминирующими представителями полезной микрофлоры, поэтому все большее внимание уделяется разработке и производству кисломолочных продуктов с бифидобак­териями.

Применение бифидобактерий в качестве заквасочных куль­тур в биотехнологии кисломолочных продуктов открыло большие перспективы в повышении биологической ценности молочных про­дуктов.

В отличие от молочнокислых бактерий бифидобактерии обра­зуют сгусток в молоке через более длительное время, причем биохи­мическая активность бифидобактерий в молоке или в других пита­тельных средах зависит от вида и свойств конкретного штамма. Наи­более часто при производстве кисломолочных продуктов используют следующие виды микроорганизмов рода Bifidobacterium: B.bifidum, B.adolescentis, B.breve, B.infantis, B.longum.

Исследования по использованию бифидобактерий для мо­лочных продуктов проводятся в различных направлениях: выделе­ние новых штаммов бифидобактерий; получение кислородоустой-чивых штаммов бифидобактерий; подбор и разработка специаль­ных стимуляторов роста бифидобактерий в молоке; внесение фер­мента β-галактозидазы, расщепляющего лактозу; создание бактери­альных концентратов, которыми можно обогащать уже готовые ки­сломолочные продукты. Большое распространение получило на­правление по использованию бифидобактерий в сочетании с мо­лочнокислыми бактериями.

Все более широкое применение при производстве кисломо­лочных продуктов находят пропионовокислые бактерии (Propioni-bacterium acnes; Propionibacterium freudenreichii). Развиваясь в моло-ке, они сбраживают молочный сахар до пропионовой и уксусной кислот, а выделенные ими ферменты подвергают распаду белки до образования пептидов и аминокислот. Накопление в продукте летучих жирных кислот, свободных форм азота связывают с образованием специфического аромата, вкуса кисломолочных продуктов.

Доказано, что жидкие культуры пропионовокислых бактерий способны проявлять антиоксидантный эффект. Они вырабатывают антиокислительные ферменты: каталазу, пероксидазу и супер-оксиддисмутазу. Из серосодержащих аминокислот пептидов молока образуют диметилсульфид, обладающий антимутагенным действием.

Пропионовокислые бактерии синтезируют витамин В₁₂, стимулируют рост бифидобактерий, обладают мощными иммуномодулирующими свойствами, способны снижать геннотоксическое действие ряда химических соединений и УФ лучей. Кроме того, они продуцируют экзополисахариды – высокомолекулярные углеводы, которые образуют в молоке вязкие сгустки.

Получение готовых продуктов с заданным комплексом свойств во многом определяется составом и свойствами применяемых микроорганизмов. В этой связи необходимо постоянно выделять новые штаммы и проводить подбор культур микроорганизмов в соответствии с определенными требованиями, характеризирующими их технологичность, а также свойства, обусловливающие их лечебное действие.

Одним из важнейших свойств различных видов молочнокислых бактерий является их возможность ферментировать молочный сахар − лактозу с образованием молочной кислоты (гомофермента-тивное брожение) или молочной кислоты, ароматических веществ, углекислого газа и других ценных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов (гетероферментативное брожение).

Процессы гомо- и гетероферментативного брожения зависят от вида культур, включаемых в состав заквасок и бактериальных концентратов. При этом молочнокислые бактерии снижают pH, что ведет к образованию сгустка в молоке; обусловливают органолептические свойства продукта (вкус, запах, аромат и консистенцию) и биологическую ценность продукта.

Другим важным свойством молочнокислых бактерий является их способность продуцировать ароматические вещества, что придает продуктам специфический вкус и аромат. Формирование вкуса и аромата во многом зависит не только от вида применяемых бактерий в составе заквасок, но и от свойств конкретного штамма. В создании вкуса кисломолочных продуктов принимает целый ряд веществ: диацетил, ацетоин, летучие кислоты, диоксид углерода, некоторые эфиры, ацетальдегид и другие продукты метаболизма молочнокислых ароматобразующих бактерий.

При производстве кисломолочных продуктов довольно часто наблюдается невыраженность вкуса из-за отсутствия аромата. При создании заквасок для кисломолочных продуктов, органолептические показатели которых формируются при участии молочнокислых ароматобразующих бактерий, следует отбирать штаммы, наиболее стабильно продуцирующие ароматические вещества.

К микроорганизмам, используемым для создания бактериальных заквасок и препаратов на основе пробиотиков, предъявляется ряд специфических требований:

1. Штаммы должны быть выделены из организма человека. Установлено, что бифидобактерии, проходя через желудочно-кишечный тракт, могут колонизироваться на стенках кишечника. Адгезия происходит специфично для того макроорганизма, из которого они были выделены, и является очень важной характеристикой для положительного действия, оказываемого бифидобактериями и лактобациллами на организм человека. Предполагается, что адгезия осуществляется с помощью протеинов, полисахаридов клеточных стенок к специфическим рецепторам клеток в кишечнике. Поэтому штаммы бифидобактерий и лактобактерий, применяемые в качестве пробиотических элементов в кисломолочных продуктах и препаратов для людей, должны быть выделены именно от человека.

2. Должны быть непатогенными и нетоксичными.

3. Должны обладать выраженной антагонистической активностью по отношению к патогенным и условно-патогенным микроорганизмам.

Установлено, что штаммы, относящиеся к одному виду, могут отличаться друг от друга по антагонистической активности.

Сообщается, что получены штаммы Lactococcus lactis subsp. lactis, способные продуцировать антибиотик низин. Штаммы Lacto-coccus lactis subsp. сremoris продуцируют диплококцин; Lactobacilus acidophilus – ацидолин, лактоцидин, лактобациллин; Lactobacilus bulgaricus – булгарин.

Известно, что наибольшее антагонистическое действие на патогенные и условно-патогенные микроорганизмы оказывают молочнокислые палочки и бифидобактерии. Молочнокислые палочки и бифидобактерии проявляют антагонизм по отношению к ряду возбудителей желудочно-кишечных заболеваний: могут в значительной степени подавлять развитие гнилостных бактерий, стафилококков, энтерококков, палочек протея, патогенных и энтеропатогенных кишечных палочек, сальмонелл, грибов рода Candida.

4. Должны обладать полезным воздействием на организм человека, подтвержденным лабораторными исследованиями и клиническими наблюдениями.

5. При длительном использовании они не должны вызывать побочных эффектов.

6. Должны обладать колонизационным потенциалом, т. е. сохраняться в пищеварительном тракте до достижения положительного действия (быть устойчивы к низким значениям рН, фенолу, желчным кислотам, NaCl, антимикробным соединениям, продуцируемым эндогенной микрофлорой; хорошо адгезироваться к эпителию соответствующих слизистых оболочек).

Установлено, что естественной формой существования в при-роде любых микроорганизмов является иммобилизированное состояние. Это означает, что 99,9 % бактерий в природе обитает в виде фиксированных к различным поверхностям микроколоний. Прикрепление микробных клеток к твердым поверхностям происходит в три этапа: на первом – за счет слабых взаимодействий осуществляется обратимая адгезия; второй этап заключается в неспецифической адгезии в связи с возникновением водородных и ионных связей; на третьем этапе происходит образование усиливающего адгезию внеклеточного материала (полисахаридов). Первые два этапа быстрые, третий − медленный, зависящий от биосинтетического потенциала микроорганизмов.

7. Должны быть устойчивы к антибиотикам. Установлено, что совместное применение антибиотиков и антибиотикоустойчивых штаммов микроорганизмов способствует эффективному восстановлению нормальной микрофлоры кишечника уже в процессе антибио-тикотерапии.

Антибиотикоустойчивость природных штаммов микроорганизмов является свойством, которое передается по наследству, а значит, зависит от генотипа и его устойчивости. В то же время для некоторых штаммов бактерий антибиотики могут выступать в качестве неблагоприятного фактора, который приводит к изменениям свойств бактерий. Устойчивость бактерий к антибиотикам является характеристическим признаком конкретного штамма микроорганизма.

8. Должны накапливать биомассу с высоким количеством жизнеспособных клеток: не менее 1∙10⁸−1∙10⁹ КОЕ в 1 см³.

9. Штаммы молочнокислых бактерий должны продуцировать преимущественно L(+)-изомер молочной кислоты.

Известно, что различные виды молочнокислых бактерий обра-зуют из лактозы два оптических изомера L(+) и D(−) с преобладанием того или иного, а также рацемическую (оптически недеятельную) DL-форму молочной кислоты.

Научными исследованиями установлены различия в физиологической роли оптических изомеров молочной кислоты в организме человека. L(+)-молочная кислота, поступающая с кисломолочными продуктами, легко ассимилируется организмом, тогда как D(−)- молочная кислота гораздо хуже переносится организмом человека, так как она сначала преобразуется под действием фермента дегидрогеназы и только после этого ассимилируется организмом человека. Причем скорость окисления D(−)-молочной кислоты существенно ниже, чем у L(+)-молочной кислоты. DL-молочная кислота является индифферентной для организма.

Установлено, что ферментные системы детей до шестимесячного возраста не обеспечивают рационального включения в обмен веществ D(−)-молочной кислоты. Повышенное содержание D(−)-молочной кислоты может вызвать аллергию как у детей, так и у взрослых, а в ряде случаев привести к нарушению кислотно-щелочного равновесия, снижению рН при абсолютном или относительном избытке кислот, т. е. к развитию ацидоза кишечника.

По мнению некоторых авторов, L(+)-молочная кислота играет важную роль в процессе обмена веществ, а также в синтезе некоторых веществ.

Соотношение двух форм молочной кислоты в смеси может быть различно для отдельных штаммов даже одного вида бактерий. Соотношение L(+) и D(−)-изомеров молочной кислоты можно регулировать правильным подбором штаммов. Поэтому при отборе штаммов для пробиотических продуктов и препаратов следует учитывать конфигурацию молочной кислоты, образуемой бактериями в процессе развития.

10. Должны обладать стабильными характеристиками как в клиническом, так и в технологическом плане.

11. Должны обладать высокой скоростью роста и размножения в условиях, близких к таковым в кишечном тракте; при их культивировании на питательных средах для накопления биомассы следует создавать условия, максимально приближающиеся к условиям микроокружения просвета кишечника.

12. Должны иметь четкую физиолого-биохимическую и генетическую маркировку как для исключения фальсификации, так и для периодического контроля идентичности исходных пробиотических штаммов и производственных культур в процессе их эксплуатации.

13. Целесообразно включать в состав заквасок с бифидобактериями лактазопродуктивные штаммы этих бактерий.

Известно, что часть людей страдает непереносимостью лактозы, связанной с генетически обусловленным дефицитом лактазы. Лактаза, или β-галактозидаза, – фермент, расщепляющий лактозу в верхней части кишечника на глюкозу и галактозу, которые затем всасываются в кровь. При недостатке или отсутствии данного фермента гидролиз лактозы не происходит, она достигает толстого кишечника в нативном состоянии, где расщепляется под действием кишечной микрофлоры до образования органических кислот и углекислого газа. Накопление этих соединений способствует повышению осмотического давления, притоку в толстый кишечник жидкости, вызывая такие симптомы, как диарея, рвота, боли в животе.

Лактазная недостаточность бывает врожденной или развивается в результате острых хронических заболеваний желудочно-кишечного тракта, а также длительного лечения антибиотиками. Установлено, что бифидобактерии обладают крайне низкой β-галакто-зидазной активностью, что является одной из причин их слабого развития в молоке.

Имеются сведения, что активизация роста бифидобактерий в молоке путем введения фермента β-галактозидазы или за счет высокой β-галактозидазной активности других заквасочных культур связана с повышением собственной β-галактозидазной активности бифидобактерий. В таких условиях бифидобактерии приобретают способность накапливать из лактозы необходимые для своего роста соединения − глюкозу и олигосахариды. В этой связи культивирование бифидобактерий в молоке совместно с термофильным стрептококком, обладающим высокой β-галактозидазной активностью, приводит к положительному эффекту при получении кисломолочных продуктов с пробиотическими свойствами.

Таким образом, виды и штаммы бактерий, из которых создаются закваски, являются одним из важных факторов, определяющих качество и безопасность кисломолочных продуктов с пробиотическими свойствами.

Задание. Изучить свойства бактериальных заквасок, сделать вывод о том, для производства каких кисломолочных продуктов они предназначены.