ИННОВАЦИОННЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ БИОТЕХНОЛОГИЙ ЗАКВАСОЧНЫХ КУЛЬТУР
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
По оценкам экспертов, одним из инновационных направлений развития пищевой биотехнологии является разработка биотехнологических подходов к производству пробиотиков, пребиотиков, синбиотиков, заквасок и пищевых ингредиентов, новых штаммов молочнокислых и других технологических микроорганизмов, микробных консорциумов с заданными биологическими свойствами и оптимизированными технологическими характеристиками. Включение в состав продуктов питания поликомпонентных пробиотических консорциумов - бактериальных препаратов из культур молочнокислых бактерий - может стать основой для профилактики различных заболеваний. Эксперты прогнозируют к 2017 г. начало выпуска в России продуктов с доказанной пробиотической эффективностью, а к 2020 г. - их массовое производство. Использование молочнокислых бактерий в качестве заквасочных культур прямого внесения, обладающих спектром необходимых характеристик, позволит улучшить функционально-технологические и потребительские свойства кисломолочных продуктов. В работе изучены физиолого-биохимические и промышленно ценные свойства штаммов молочнокислых бактерий при создании комбинированных заквасок прямого внесения с высокой протеолитической активностью. На основании проведенных исследований установлено, что молочнокислые бактерии Lactococcus lactis subspecies cremoris B 2276, Lactobacillus plantarum В 3242, Lactococcus lactis B 5946 и Leuconostoc mesenteroides subspecies mesenteroides В 8404 обладают высокой протеолитической активностью, способствуя образованию в молоке низкомолекулярных пептидов и свободных аминокислот, и проявляют высокую антагонистическую активность по отношению к санитарно-значимым кишечным микроорганизмам ( Staphylococcus aureus, Proteus vulgaris, Escherichia coli ). Результаты изучения биосовместимости показали отсутствие ингибирующего эффекта, что позволяет использовать их для приготовления комбинированной закваски прямого внесения.

Ключевые слова:
Инновационные продукты питания, закваски прямого внесения, протеолитическая активность
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

Введение Важнейшей составной частью современного менеджмента становятся инновации - процесс постоянного обновления во всех сферах предприни- мательства. Структура российской экономики в последнее время претерпевает существенные изменения. Наряду с экспортно-ориентированными сы- рьевыми отраслями промышленности приоритет отдается предприятиям, производящим наукоем- кую продукцию. Хотя последних и незначительное количество, но наблюдается тенденция к увеличе- нию их доли в структуре российской экономики. Этому способствует грамотная государственная политика в области инноваций [1]. Согласно американским оценкам, по своему экономическому потенциалу биотехнологии зани- мают второе место после информационных техно- логий. К 2025 г. они, вероятно, будут обеспечивать до 20 % ВВП. Интенсивное развитие биотехноло- гий обусловлено не только успехами биохимии и молекулярной биологии, но и кризисом традицион- ных технологий, необходимостью обеспечения продовольственной безопасности, сохранения ре- сурсного потенциала, увеличения продолжительно- сти жизни населения, поддержания здорового ге- нофонда нации. Наличие серьезных научных заделов и опытных разработок даст возможность уже в ближайшие годы существенно расширить масшта- бы использования биотехнологий для массового производства продукции с новыми свойствами [2]. Как показывает анализ, в ближайшее время био- технологии будут наиболее востребованы в сель- ском хозяйстве, пищевой промышленности, произ- водстве химикатов и биотоплива. Биотехнологические процессы получения био- логически активных соединений, основанные на направленной модификации путей метаболизма организма-продуцента методами метаболической инженерии, интенсифицируют производство ами- нокислот, витаминов, антибиотиков, ферментов, рекомбинантных белков и др. Значительно более высокая эффективность новых методов метаболи- ческой инженерии и биоинженерии по сравнению с традиционными способами (случайным мутагене- зом и др.) приводит к снижению стоимости продук- та и тем самым обеспечивает условия для его мас- сового применения в различных отраслях [3]. Передовые позиции в разработке радикальных инновационных продуктов и услуг принадлежат ученым из США, Европы и Японии. В частности, в США активно развивается область генетической инженерии растений. Исследования, направленные на создание биотехнологических сортов без ис- пользования трансгенеза и биотехнологических процессов получения рекомбинантных белков в растениях и животных, развиваются более интен- сивно в европейских странах. Уровень российских исследований по большинству радикальных био- технологических продуктов серьезно уступает ми- ровому, однако существует ряд отечественных раз- работок, востребованных за рубежом (например, генно-инженерные штаммы - продуценты амино- кислот и витаминов). По оценкам экспертов, одним из инновационных направлений развития пищевой биотехнологии является разработка биотехнологических подходов к производству пробиотиков, пребиотиков, синбиоти- ков, заквасок и пищевых ингредиентов, новых штаммов молочнокислых и других технологических микроорганизмов, микробных консорциумов с за- данными биологическими свойствами и оптимизи- рованными технологическими характеристиками [4]. В 2015 г. на конгрессе Федерации европейских микробиологических обществ (FEMS) была выдви- нута концепция о включении в состав продуктов питания поликомпонентных пробиотических кон- сорциумов. При регулярном использовании про- биотики регулируют и стимулируют пищеварение, усиливают иммунитет, повышают колонизацион- ную резистентность кишечника, предотвращают развитие аллергических осложнений. Эффектив- ность поликомпонентных пробиотических консор- циумов зависит от многих факторов, в том числе физиологических особенностей человека, наличия хронических и острых заболеваний и др. Эксперты прогнозируют к 2017 г. начало вы- пуска в России продуктов с доказанной пробиоти- ческой эффективностью, а к 2020 г. - их массовое производство. Исследователи по всему миру ведут поиск новых штаммов молочнокислых бактерий с целью создания на их основе более активных про- биотических препаратов, причем для регулярного потребления, то есть в составе продуктов питания. Включение в состав продуктов питания поли- компонентных пробиотических консорциумов - бактериальных препаратов из культур молочнокис- лых бактерий - может стать основой для профилак- тики различных заболеваний. Целью работы является создание симбиотиче- ского консорциума молочнокислых бактерий, об- ладающих наибольшей протеолитической актив- ностью, для использования в составе комбиниро- ванной закваски прямого внесения для получения кисломолочных продуктов. Объекты и методы исследований В качестве объектов исследований использова- ны штаммы молочнокислых бактерий, относящихся к родам Lactococcus, Leuconostoc, Lactobacillus, предоставленных ВКПМ ФГУП «ГосНИИгенетика». Молочнокислые бактерии культивировали на стерильном обезжиренном молоке, соответствую- щем требованиям ГОСТ Р 52090-2003. Сквашива- ние проводили в термостате при температурах, оп- тимальных для каждого штамма. Определение тит- руемой кислотности осуществляли в соответствии с ГОСТ 3624-92, активной кислотности в соответ- ствии с ГОСТ 26781. Определение протеолитической активности молочнокислых бактерий основано на учете накопления продуктов гидролиза казеина, растворимых в 1,125 М трихлоруксусной кислоте через определенный промежуток времени от начала реакции. Фракционный состав гидролизатов белков мо- лока определяли методом высокоэффективного электрофореза в ультратонком слое полиакриламидного геля. Определение антибиотической активности мо- лочнокислых бактерий осуществляли методом пер- пендикулярных штрихов и методом блоков. Результаты и их обсуждение На основании совокупной оценки физиолого- биохимических свойств молочнокислых бактерий для создания симбиотического консорциума из коллекции ВКПМ ФГУП «ГосНИИгенетика» ото- браны следующие штаммы: Lactococcus lactis sub- species cremoris B 2276, Lactobacillus plantarum В 3242, Lactococcus lactis B 5946 и Leuconostoc mesen- teroides subspecies mesenteroides В 8404. При изучении изменения активной и титруемой кислотности в процессе сквашивания молока четырьмя выбранными штаммами молочнокислых бактерий установлено, что в течение шести часов сквашивания наблюдается рост кислотности в среднем в 3,2 раза. Предельная кислотообразующая способность в молоке для этих штаммов составляет (120±1) °Т. Одной из важнейших характеристик, определя- ющих производственную ценность молочнокислых бактерий, является протеолитическая активность. Все более очевидной становится роль протеолитических процессов, осуществляемых молочнокис- лыми бактериями в формировании качественных показателей и биологической ценности кисломо- лочных продуктов. У молочнокислых бактерий обнаружены как внутриклеточные, так и внеклеточные протеазы. Наиболее активный протеолиз наблюдается в ран- ние часы развития культуры, что свидетельствует о том, что белок расщепляется в молоке в основном ферментами растущей клетки. В данной работе изучали протеолитическую активность штаммов молочнокислых бактерий и изменение фракций растворимых азотистых соединений при культиви- ровании на обезжиренном молоке в течение 12 ч (табл. 1). Таблица 1 Протеолитическая активность штаммов молочнокислых микроорганизмов Номер штамма Протеолитическая активность, Е/мг белка Изменение фракций растворимыхазотистых соединений белки, мг/100 г пептиды, мг/100 г аминокислоты,мг/100 г В 3242 1984,0±99,2 157,5±7,8 176,3±7,8 6,7±0,1 В 2276 986,0±49,3 201,8±7,0 78,0±0,4 3,9±0,1 В 5946 1109,0±55,4 183,8±7,8 104,3±0,5 4,3±0,1 В 8404 1344,0±67,9 177,0±7,9 123,8±0,6 5,7±0,1 На основании проведенных исследований установлено, что протеолитическая активность четырех рассматриваемых штаммов молочнокис- лых бактерий находится в диапазоне от 986,0 до 1984,0 Е/мг белка. При этом с увеличением про- теолитической активности отмечается убыль белков и увеличение содержания пептидов и аминокислот. Установлена корреляция между активностью протеолиза и активностью кислотообразования у штаммов мезофильных молочнокислых стрептококков (L. lactis B 5946, L. mesenteroides В 8404, L .lactis B 2276). Наибольшей протеолитической активностью обладает представитель рода Lacto- bacillus - Lactobacillus plantarum В 3242. На рис. 1 и в табл. 2 приведены результаты исследования фракционного состава гидролиза- тов белков молока, образующихся под действием протеолитических ферментов штаммов Lactococcus lactis B 5946, Leuconostoc mesen- teroides subsp. mesenteroides В 8404, Lactobacillus plantarum В 3242 и Lactococcus lactis subsp. cremoris B 2276. Рис. 1. Электрофореграмма гидролизатов белков обезжи- ренного молока, ферментированного молочнокислыми бактериями в течение 12 ч: М - маркер; 1 - Lactococcus lactis B 5946; 2 - Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides В 8404; 3 - Lactobacillus plantarum В 3242; 4 - Lactococcus lactis subsp. cremoris B 2276 Анализ данных рис. 1 и табл. 2 позволяет сде- лать вывод о высокой способности исследуемых штаммов молочнокислых бактерий гидролизовать белки молока до низкомолекулярных фракций (молекулярная масса 20 кДа и менее). При этом на казеиновую фракцию белков обезжиренного мо- лока наибольшее воздействие оказывают фер- ментные системы Lactococcus lactis B 5946, Leuco- nostoc mesenteroides subspecies mesenteroides В 8404 и Lactobacillus plantarum В 3242, а на сыво- роточные белки - Lactococcus lactis subspecies cremoris B 2276. Таблица 2 Молекулярно-массовое распределение белков и пептидов, образующихся при ферментации обезжиренного молока штаммами молочнокислых бактерий в течение 12 ч № п/п Молеку-лярная масса, кДа Относительное содержаниефракций, % B 5946 В 8404 В 3242 B 2276 1 212-118 0,1 0,3 0,1 0,6 2 118-66 0,4 0,8 1,1 1,5 3 66-43 3,5 4,6 3,2 9,8 4 43-29 3,8 5,5 4,6 2,2 5 29-20 36,7 36,3 36,1 41,5 6 20-14 15,9 10,7 9,7 30,4 7 Менее 14 39,6 41,8 45,2 14,0 Характерной особенностью молочнокислых бактерий является подавление роста условно- патогенных бактерий, плесневых грибов и дрожжей и других микроорганизмов. В ходе проведенных экспериментов установ- лено, что исследуемые штаммы молочнокислых бактерий проявляли высокую антагонистическую активность по отношению к санитарно-значимым кишечным микроорганизмам (Staphylococcus aureus, Proteus vulgaris, Escherichia coli), образуя зоны подавления роста тест-культур диаметром более 20 мм (табл. 3). Изучение межштаммовых взаимодействий мо- лочнокислых бактерий является важным аспектом для дальнейшей работы по созданию функциональ- ных продуктов питания на их основе. При проявле- нии бионесовместимости или сильного антагониз- ма штаммов по отношению друг к другу возможно влияние на антимикробные свойства микроорга- низмов, что исключает составление консорциума из данных штаммов [7]. Определение биосовместимости осуществля- ли путем совместного культивирования штаммов молочнокислых бактерий на плотной питатель- ной среде при температуре (30±1) °С (рис. 2). Таблица 3 Антагонистическая активность молочнокислых бактерий Номер штамма Диаметр зоны задержки роста, мм Staphylococcusaureus Escherichiacoli Proteusvulgaris B 5946 28,0±1,0 25,0±1,0 20,9±1,0 В 8404 24,0±1,0 28,0±1,0 28,5±1,0 В 3242 20,0±1,0 23,0±1,0 20,6±1,0 B 2276 27,0±1,0 24,0±1,0 23,0±1,0 Рис. 2. Биосовместимость штаммов молочнокислых бак- терий: 1 - L. lactis В 5949 + L. mesenteroides В 8404; 2 - L. lactis B 5946 + L. plantarum В 3242; 3 - L. lactis В 5946 + lactis В 2276; 4 - L. mesenteroides В 8404 + L. plantarum В 3242; 5 - L. mesenteroides В 8404 + L. lactis В 2276; 6 - L. plantarum В 3242 + L. lactis В 2276 Показано, что во всех вариантах зоны перекры- тия капель сливаются без образования четких гра- ниц, что свидетельствует об отсутствии ингибиру- ющего действия L. lactis В 5949, L. mesenteroides В 8404, L. plantarum В 3242, L .lactis В 2276 по отно- шению друг к другу. Высокая степень биосовме- стимости позволяет использовать эти микроорга- низмы для создания симбиотического консорциума для получения комбинированной закваски прямого внесения. Таким образом, на основании проведенных ис- следований установлено, что молочнокислые бак- терии Lactococcus lactis subspecies cremoris B 2276, Lactobacillus plantarum В 3242, Lactococcus lactis B 5946 и Leuconostoc mesenteroides subspecies mesen- teroides В 8404 обладают высокой протеолитиче- ской активностью, способствуя образованию в мо- локе низкомолекулярных пептидов и свободных аминокислот, и проявляют высокую антагонисти- ческую активность по отношению к санитарно- значимым кишечным микроорганизмам (Staphylococcus aureus, Proteus vulgaris, Escherichia coli). Результаты изучения биосовместимости пока- зали отсутствие ингибирующего эффекта, что поз- воляет использовать их для приготовления комби- нированной закваски прямого внесения. Использование молочнокислых бактерий в ка- честве заквасочных культур прямого внесения, об- ладающих спектром необходимых характеристик, позволит улучшить функционально-технологи- ческие и потребительские свойства кисломолочных продуктов.
Список литературы

1. Инновационный менеджмент / сост. Н.М. Цыцарова. - Ульяновск: УлГТУ, 2009. - 195 с.

2. Прогноз научно-технологического развития России: 2030. Биотехнологии / под ред. Л.М. Гохберга, М.П. Кир- пичникова. - М.: Министерство образования и науки Российской Федерации, Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», 2014. - 48 с.

3. Novoselova, M.V. Technological options for the production of lactoferrin in E.coli / M. Novoselova. A. Prosekov // Food and Raw Materials. - 2016. vol. 4, no. 1, pp. 90-101. doi:https://doi.org/10.21179/2308-4057-2016-1-90-101.

4. Харитонов, Д.В. Разработка концепции создания синбиотиков и синбиотических молочных продуктов / Д.В. Ха- ритонов, И.В. Харитонова, А.Ю. Просеков // Техника и технология пищевых производств. - 2013. - № 4. - С. 91-94.

5. Prosekov, A.J. The рroteolytic аctivity research of the lactic acid microorganisms of different taxonomic groups / A.J. Prosekov, O.O. Babich, S.J. Noskova, et al. // World Applied Sciences Journal 23. - 2013. - № 23 (10). - С. 1284-1290.

6. Носкова, С.Ю. Влияние продолжительности ферментативного гидролиза обезжиренного молока и молочной сы- воротки на урожай клеток молочнокислых бактерий / С.Ю. Носкова, О.В. Кригер, В.Ф. Долгонюк // Инновации в науке: XVII Междунар. заоч. науч.-практ. конференция. - Новосибирск, 2013. - С. 12-18.

7. Исследование антибиотической устойчивости и антиоксидантных свойств микроорганизмов желудочно- кишечного тракта / О.О. Бабич, Л.С. Дышлюк, А.Ю. Просеков, М.В. Шишин // Актуальные вопросы науки. - 2015. - № XVIII. - С. 20-24.


Войти или Создать
* Забыли пароль?