Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к пищевой, биотехнологической промышленности, медицинской микробиологии, производящей препараты профилактического назначения и касается производства биологически активных продуктов питания на основе микроорганизмов, обладающих способностью регулировать ряд функций в организме человека.
Изобретение предназначено для использования на предприятиях пищевой и биотехнологической промышленности, решающих вопросы производства продуктов функционального питания, в том числе ферментируемых напитков.
Изобретение представляет собой способ получения сухого полимикробного продукта, содержащего консорциум микроорганизмов, состоящий из штамма лактобактерий Lactobacillus acidophilus La5 и штамма дрожжей Pichia anomala 9а или Pichia anomala P1, методом твердофазной ферментации вышеуказанного микробного консорциума на отрубях зерновых пшеничных ГОСТ 7169-66 и последующей сушке. Полученный полимикробный продукт может быть применен как самостоятельно, так и для получения на его основе кисломолочных и других растительных ферментируемых продуктов в лечебно-профилактических целях.
Уровень техники
Такие функции нормальной микрофлоры кишечника в организме человека, как синтезирующая, регуляторная, десенсибилизирующая, дезинтоксикационная, ферментативная, защитная и иммуностимулирующая являются жизненно важными. Адекватное, сбалансированное питание при нормальном функционировании органов и систем предотвращает развитие дисбактериозов (Бабин В.Н. Дисбактериоз / В.Н.Бабин, И.В.Домарадский, В.Н.Дубинин // Рос.хим.журнал - 1994 г. - Т.39 - №6 - с.66-78).
При изменениях микрофлоры необходима коррекция питания с учетом моторики, секреторных изменений ЖКТ, ферментативной активности пищеварительного тракта и с дополнительным введением витаминно-минеральных комплексов. В настоящее время широкое распространение получает функциональное питание, которое подразумевает ежедневное применение продуктов, оказывающих благоприятное действие на макроорганизм.
Широкое распространение получили бактерийные препараты на основе микроорганизмов, представителей нормальной микрофлоры - пробиотики. Препараты и продукты, содержащие в своем составе лактобактерии, широко используются для профилактики и лечения дисбактериозов и нормализации микрофлоры кишечника людей, перенесших стрессовые воздействия, антибиотико- и химиотерапию.
В то же время при производстве пищевых продуктов с биологически активными свойствами экономически выгодным, легко воспроизводимым, доступным и экологически безопасным сырьем служат дрожжи как специально выращиваемые, так и являющиеся побочным продуктом основного производства. При промышленном получении вина, спирта, пива, кваса и ряда другой продукции накапливающаяся масса дрожжей после ферментации практически не используется, а если используется, то весьма неэффективно.
Известен способ получения биологически активного препарата и биологически активная добавка к пище пребиотического действия (БАД) «Эубикор» (Патент RU 2233320, кл. C12L 1/16 от 2004.07.27), рекомендуемая в качестве средства, улучшающего функциональное состояние желудочно-кишечного тракта, состоящая из биомассы Saccharomyces, иммобилизованной на пшеничных экструдированных отрубях зерновых культур, биотрансформированных органических веществ, представленных углеводами, белками, жирами, витаминами, пищевыми волокнами и неорганическими веществами. Данная БАД обладает выраженными пребиотическими и сорбционными свойствами и ее назначением является нормализация микрофлоры кишечника.
Недостатком данного способа является отсутствие жизнеспособных клеток микроорганизмов, способных стимулировать рост и развитие облигатных представителей микрофлоры ЖКТ, к которым относятся молочнокислые бактерии, то есть отсутствие пробиотических свойств.
В смеси с лактобактериями дрожжи используют для повышения неспецифической резистентности организма и лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта (Патент RU 2302877, кл. А61К, C12N, C12R от 07.06.2005). Предложенная активная биологическая добавка «Биобаланс-В» предназначена для непосредственного употребления в пищу и способствует профилактике и лечению дисбактериоза, нормализации функций желудочно-кишечного тракта, улучшению обменных процессов, повышению неспецифической резистентности организма и представляет собой биомассу штамма лактобактерий Lactobacillns rhamnosus ВКПМ В-9072, наращенную в питательной среде, содержащей панкреатический гидролизат казеина, дрожжи хлебопекарские прессованные, глюкозу и воду очищенную в заданном соотношении компонентов. При этом дрожжи прессованные хлебопекарские ГОСТ-171-81 используются при получении только жидкого препарата, в котором количество живых бактерий равняется 1×107-1×108 КОЕ/мл.
Недостатком предложенного способа является дорогое сырье для питательной среды и достаточно низкое содержание молочнокислых бактерий в жидком препарате. При выпуске же данного препарата в виде порошка и таблеток применяется лиофильная сушка. Эти формы имеют длительные сроки годности (до 1 года) и не требовательны к непродолжительным изменениям температуры хранения. Существенным их недостатком является то, что процесс лиофилизации переводит бактерии в анабиоз (неактивное состояние). Для возвращения в активное физиологическое состояние им требуется 8-10 часов, а за это время большая часть бактерий уже выводится из кишечника человека. Кроме того, в процессе лиофилизации бактериальные клетки теряют специфические рецепторы, которые помогают им закрепляться на поверхностях, поэтому время их пребывания в кишечнике еще более снижается.
Известен способ получения закваски для приготовления сброженного продукта типа "Курунга" (Патент RU 2059380, кл. А23С 9/12, 10.05.1996), предусматривающий культивирование симбиоза мезофильных, термофильных лактобактерий, ароматообразующих, уксуснокислых бактерий и дрожжей с внесением хлебных крошек в соотношении 1,5:0,5, предусматривающем пастеризацию обезжиренного молока, охлаждение до температуры заквашивания, сквашивание, перемешивание и охлаждение, сквашивание осуществляют кефирной грибковой закваской и хлебными крошками, взятыми в соотношении 1,5:0,5 соответственно, при этом процесс сквашивания ведут в деревянной таре. Известно, что готовая кефирная грибковая закваска отличается сложным и стабильно сложившимся симбиозом мезофильных стрептококков, термофильных палочек, ароматообразующих и уксуснокислых бактерий, а также дрожжей, титр которых достигает 104-105 кл/мл закваски.
Недостатком этого способа является использование в качестве питательной среды для приготовления бактериальных заквасок молока, которое считается дорогим сырьем, а также низкое количество жизнеспособных клеток дрожжей. При этом вышеприведенный способ отличается трудоемкой и сложной технологией.
Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ получения съедобного биологически активного полуфабриката, предусматривающий выделение дрожжей из спонтанных микробных ценозов желудочно-кишечного тракта человека или животного на агаровые питательные среды, затем выделение из них чистой культуры термотолерантных дрожжей или дрожжеподобных грибов, которыми засевают углеводистую питательную среду с нейтральной реакцией, которую наносят на твердый носитель, обеспечивая при этом влажность 30-75%, и проводят твердофазное культивирование в аэробных условиях, а затем выращенную культуру инактивируют с получением целевого продукта (Патент RU 2231271, кл. A23L 1/29, 1/30, 27.06.2004).
Недостатком данного способа является отсутствие в полученном полуфабрикате жизнеспособных клеток микроорганизмов, способных к регуляции микробиоценозов желудочно-кишечного тракта путем увеличения колонизационной способности собственной микрофлоры конкретного организма.
Задача изобретения состояла в получении твердофазных аэробных высушенных культур, содержащих дрожжевые клетки, в качестве источника белка, витаминов и ферментов, и клетки лактобактерий, стимулирующие развитие гуморальной и клеточной защитных систем организма, а также обладающие высокой антагонистической активностью по отношению к патогенной и условно-патогенной микрофлоре.
Сущность изобретения
Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является получение сухого полимикробного продукта, богатого биологически активными компонентами и белком, содержащего живые клетки промышленного штамма лактобактерий Lactobacillus acidophilus La5 на уровне 1·108 КОЕ/г и штамма дрожжей рода Pichia anomala 9a или Pichia anomala P1 на уровне 1·109 КОЕ/г, что позволяет получать ферментированные продукты, в том числе напитки, обладающие функциональными свойствами и обогащающие микрофлору желудочно-кишечного тракта конкретного организма.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ получения сухого полимикробного продукта включает твердофазное культивирование микробных консорциумов в аэробных условиях на увлажненных пористых субстратах с последующей сушкой при щадящем температурном режиме. При этом используют только штаммы дрожжевых культур вида Pichia anomala, интенсивно накапливающие биомассу в течение 48 часов на твердом растительном сырье до уровня 4·109 KOE/г и выше. Из протестированных нами 17 штаммов дрожжевых культур рода Pichia, взятых из коллекции культур микроорганизмов кафедры «Биотехнология» МГУПП (культуры выделены в рамках известной диссертационной работы на соиск. уч.ст. к.т.н. Горина К.В. Разработка технологии микробных нутриентов-биокорректоров на базе целлюлозосодержащего сырья, М., 2011) интенсивно накапливают биомассу на твердых растительных субстратах только штаммы 9а и Р1 (табл.1). Вышеуказанные штаммы отнесены методом ПЦР-анализа к виду Pichia anomala.
С целью создания устойчивых микробных консорциумов с лактобактериями используют характерный представитель пробиотиков - промышленный штамм лактобактерий Lactobacillus acidophilus La5 (бактериальная закваска прямого внесения промышленного изготовления в лиофильно-высушенной форме, термофильная, моноштаммовая производства Chr. Hansen, Дания). Микробный консорциум позволяет расширить диапазон полезных свойств и повысить пробиотические свойства готовых продуктов. По сравнению с монокультурами консорциум более технологичен в практическом использовании, менее подвержен контаминациям со стороны посторонней микрофлоры и поражению бактериофагами. Ингибирующее и стимулирующее влияние бактериальной составляющей на накопление биомассы дрожжей установлено не было (табл.2).
Как было установлено оптимальными параметрами для поверхностного твердофазного культивирования дрожжей Р.anomala 9а и Р.anomala P1 являются влажность питательной среды на уровне 55-65%, время культивирования - 36-48 ч., температура - 28-30°С. В качестве питательной среды для поверхностного культивирования могут быть использованы различные пористые растительные субстраты, такие как пшеничные отруби, так как они являются отличным источником клетчатки, незаменимых макро- и микроэлементов, витаминов группы В, витаминов Е и А. Клетчатка особенно важна для хорошей работы кишечника и нормального функционирования пищеварительной системы в целом. Однако сами по себе отруби это не только высокоценный кормовой продукт, но и хорошая добавка к пище, к применению которой население адаптировано. Возможно также использование сенной муки, растительных компонентов сельскохозяйственных культур (стебли и початки кукурузы) и других растительных субстратов (табл.3).
Отруби или другие растительные субстраты предварительно стерилизовали автоклавированием при избыточном давлении 1,0 атм в течение 30-40 мин. В качестве увлажняющего компонента возможно использование жидких отходов пищевых производств, таких как молочная сыворотка и послеспиртовая барда, или же использовали воду. Молочную сыворотку, пропастеризованную автоклавированием при температуре 75°С в течение 15 минут, послеспиртовую барду и воду, простерилизованную автоклавированием при избыточном давлении 1,0 атм в течение 30-40 мин, добавляли в отруби с таким расчетом, чтобы обеспечить влажность получаемой питательной среды на уровне 55-65%. Посевным материалом служил смыв культур Р.anomala 9a или Р.anomala P1, выращенной на скошенном Сабуро-агаре при температуре 30°С в течение двух суток. Для приготовления смыва из одной пробирки с культурой на скошенном агаре использовали 5 см3 сыворотки, пропастеризованной, как описано выше, или послеспиртовой барды или воды, простерилизованной, как описано выше.
При культивировании высота слоя увлажненного твердого субстрата должна соответствовать 1,5-2,5 см. Установили, что наибольший прирост биомассы наблюдается при посевной дозе дрожжевых культур (1÷2,5)×107 КОЕ/г (табл.4) и внесении культур лактобактерий L.acidophilus La5 в количестве (6÷7)×106 КОЕ/г.
При хранении состав и свойства полимикробных продуктов могут меняться. Этому способствует довольно большая влажность среды. Возможно обсеменение посторонней микрофлорой, изменение рН среды и активности культур. Для увеличения сроков хранения и возможности транспортировки продуктов их сушат. При этом важно подобрать такой режим сушки, чтобы наименее травмировать живые клетки микроорганизмов в составе полимикробных продуктов. Известно, что максимальной температурой для роста дрожжевых культур является 30°С, поэтому было предложено несколько температурных режимов сушки - при 35, 40 и 50°С (табл.5). Экспериментальные данные позволили выбрать режимы сушки при температурах 35 и 40°С, при которых действие на жизнеспособные клетки дрожжевых культур не так травматично, погибло всего 10-20% дрожжевых клеток.
При изучении влияния различных температурных режимов сушки - при 35, 40 и 50°С на лактобактерии просматривалась та же зависимость, что и для дрожжевых культур (табл.6). Наиболее приемлемыми определены режимы сушки при температуре 35 и 40°С, при которых погибло 22÷35% клеток лактобактерии, при температуре же 50°С происходило почти полное отмирание клеток лактобактерии - живыми остается менее 0,1%.
Таким образом, целесообразна сушка при температуре 40°С, при которой действие на жизнеспособные клетки культур микроорганизмов не так травматично, а высушивание происходит намного быстрее, чем при 35°С.
Высушивание проводится до показателя влажности в сухом полимикробном продукте на уровне не более 12%.
Сухой полимикробный продукт на основе пшеничных отрубей по основным физико-химическим и микробиологическим показателем должен соответствовать требованиям, указанным в табл.7.
Особенно важными показателями с технологической точки зрения использования сухих полимикробных продуктов являются сроки и условия их хранения. Наиболее значимой характеристикой режима хранения для активных культур микроорганизмов является температура хранения, т.е. температура воздуха в хранилище. Поскольку способность товаров к сохранению обусловлена замедлением всех происходящих в них процессов, то для большинства используемых заквасок, содержащих активные культуры пониженные, близкие к 0°С, температуры хранения предпочтительнее, чем повышенные. Сухие полимикробные продукты помещали в прохладные помещения и хранили при температуре 15°С и относительной влажности 70-75%, либо замораживали при температуре -18°С и хранили в морозильнике при температуре - 18°С.
Таким образом, исследования срока хранения сухих микробных консорциумов на основе Lactobacillus acidophilus La5 и штаммов дрожжей Pichia anomala P1 и Pichia anomala 9a, показали, что при хранении в течение 100 суток (табл.8), т.е. более 3-х месяцев, количество жизнеспособных клеток дрожжей и лактобактерий в составе сухих полимикробных продуктов соответствовало требованиям, указанным в табл.7.
Примеры осуществления изобретения
Пример 1.
Отруби или другие растительные субстраты, предварительно простерилизованные автоклавированием при избыточном давлении 1,0 атм в течение 30-40 мин, увлажняют до уровня 55% (молочной сывороткой, послеспиртовой бардой, водой или другим влажным материалом), при этом молочную сыворотку пастеризуют автоклавированием при температуре 75°С в течение 15 минут, а другие увлажняющие материалы стерилизуют автоклавированием при избыточном давлении 1,0 атм в течение 30-40 мин. Посевным материалом служит смыв культуры Р.anomala P1, взятой из коллекции микроорганизмов МГУПП, данный штамм отнесен к роду Pichia методом ПЦР-анализа и проверен на токсичность в испытательном лабораторном центре «Биотест», выращенной на скошенном Сабуро-агаре при температуре 30°С в течение двух суток. Для приготовления смыва из одной пробирки с культурой на скошенном агаре использовали 5 см3 сыворотки, пропастеризованной, как описано выше. Посевная доза дрожжевой культуры должна составлять (1÷2,5)×107 КОЕ/г. Далее вносят L.acidophilus La5 в соотношении 1:0,8 соответственно. При культивировании высота слоя увлажненного твердого субстрата должна соответствовать 1,5-2,5 см.
Полученный полимикробный продукт высушивают при температуре 40°С до значения остаточной влажности на уровне не более 12%. Сухой полимикробный продукт содержит жизнеспособные клетки пробиотических лактобактерий - не менее 1·108 КОЕ/г и жизнеспособные клетки дрожжей Р.anomala P1 - не менее 1·109 КОЕ/г и имеет 3-месячный срок хранения при температуре 15°С и относительной влажности 70-75%.
Пример 2. Способ по пр. 1, отличающийся тем, что посевным материалом служит смыв штамма культуры Р.anomala 9a, отнесенный к данному виду методом ПЦР-анализа и проверенный на токсичность.
Пример 3. Использование способа получения сухого полимикробного продукта для ферментации кисломолочных напитков.
Способ по пр.1 или пр.2, отличающийся тем, что после получения сухого полимикробного продукта его вносят в молоко с различной массовой долей жира, в зависимости от получаемого целевого кисломолочного продукта, предварительно пропастеризованное при температуре 95°С в течение 3 минут и охлажденное до температуры заквашивания (30°С). Продолжительность свертывания молока при внесении 10% сухого препарата составляет 12-15 ч. После заквашивания получается однородный, довольно плотный сгусток с приятным кисломолочным вкусом и ароматом. Кислотность продукта, полученного в результате сквашивания молока сухим полимикробным продуктом, составляет 80-100° по Тернеру. После сквашивания полученный продукт охлаждают до температуры 4±1°С и хранят при данной температуре в холодильнике.
Физико-химические, микробиологические и органолептические показатели полученных продуктов представлены табл.9.
в том числе отруби, не более
10
Пример 4. Использование способа получения сухого полимикробного продукта для ферментации сахарного раствора.
Способ по пр. 1 и пр. 2, отличающийся тем, что после получения сухого полимикробного продукта его вносят в 7% сахарный раствор, предварительно простерилизованный при избыточном давлении 1,0 атм в течение 30-40 мин. Продолжительность ферментации напитка при внесении 10% сухого препарата составляет 48-72 ч. Для получения лучших органолептических свойств проводили фракционирование напитков на твердую (может использоваться в качестве обогатителя пищевых продуктов) и жидкую (питьевой напиток) фазы.
Физико-химические, микробиологические и органолептические показатели полученных продуктов представлены в табл.10.
Изобретение относится к биохимии. Создают микробный консорциум из штаммов дрожжей Pichia anomala 9a или Pichia anomala P1 и штамма лактобактерий Lactobacillus acidophilus La5, в соотношении 1:0,8 соответственно. Проводят твердофазное аэробное культивирование при температуре 28 - 30оС в течение 36 - 48 ч. Для культивирования используют твердый растительный субстрат, увлажненный жидким компонентом до 55 - 60% влажности. В качестве жидкого компонента используют молочную сыворотку, или послеспиртовую барду, или воду. Проводят конвективную сушку полученного полимикробного продукта при 38 - 40оС до остаточной влажности не более 12%. Изобретение позволяет получить сухой полимикробный продукт, содержащий повышенное количество жизнеспособных клеток бактерий штамма Lactobacillus acidophilus La5 - не менее 1·108 КОЕ/г и жизнеспособных клеток штаммов дрожжей Pichia anomala 9a или Pichia anomala P1 - не менее 1·109 КОЕ/г, и увеличить срок хранения продукта до 100 сут. 10 табл., 4 пр.
Способ получения сухого полимикробного продукта, включающий создание микробного консорциума из штаммов дрожжей Pichia anomala 9a или Pichia anomala P1 и штамма лактобактерий Lactobacillus acidophilus La5, в соотношении 1:0,8 соответственно, твердофазное аэробное культивирование при температуре 28 - 30оС в течение 36 - 48 ч на твердых растительных субстратах, увлажненных жидким компонентом, в качестве которого используют молочную сыворотку или послеспиртовую барду или воду, до 55 - 60% влажности, высушивание полученного продукта при 38 - 40оС до остаточной влажности не более 12%.
ГОРИН К.В | |||
Разработка технологии микробных нутриентов-биокорректоров на базе целлюлозосодержащего сырья | |||
Автореферат дисс | |||
на соиск | |||
уч | |||
ст | |||
к.т.н | |||
- М., 2011 | |||
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОГО ПРЕПАРАТА, БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНАЯ ДОБАВКА (БАД) К ПИЩЕ ПРЕБИОТИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ, ПРИВОДЯЩАЯ К КОРРЕКЦИИ (НИВЕЛИРОВАНИЮ) МЕТАБОЛИЧЕСКОГО СИНДРОМА И ЛЕКАРСТВЕННЫЙ ПРЕПАРАТ ДЛЯ РЕГУЛЯЦИИ МИКРОБИОЦЕНОЗА ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОГО ТРАКТА | 2001 |
|
RU2233320C2 |
БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНАЯ КОРМОВАЯ ДОБАВКА ДЛЯ МОЛОДНЯКА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ И ПТИЦ (ЛАКТОСТИМ) И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ | 2010 |
|
RU2436408C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОГО ПИЩЕВОГО ПОЛУФАБРИКАТА И ПИЩЕВОЙ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЙ ПРОДУКТ, ПОЛУЧЕННЫЙ НА ЕГО ОСНОВЕ | 2001 |
|
RU2181018C1 |
Авторы
Даты
2013-12-27—Публикация
2012-03-21—Подача