Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Микробиологическое обоснование технологии продуктов молочнокислого брожения с добавками из морских гидробионтов

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Загородная, Галина Ивановна, Владивосток

КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО РЫБОЛОВСТВУ Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный

центр (ТИНРО-центр)

На правах рукописи

ЗАГОРОДНАЯ ГАЛИНА ИВАНОВНА

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОДУКТОВ МОЛОЧНОКИСЛОГО БРОЖЕНИЯ С ДОБАВКАМИ ИЗ МОРСКИХ ГИДРОБИОНТОВ

03.00.07 - микробиология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научные руководители: Шульгина Л.В. - доктор биологических наук. Блинов Ю.Г. - кандидат технических наук

ВЛАДИВОСТОК - 1999 год

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................4

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................10

ГЛАВА 1. ЛАКТО- И БИФИДУМ БАКТЕРИИ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

1.1.Общая характеристика функционально-физиологических и полезных свойств молочнокислых бактерий. 10

1.2. Молочнокислые бактерии в народном хозяйстве... 16

1.3. Использование пищевых добавок в технологии получения продуктов................................................29

СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ..............................................44

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ, НАПРАВЛЕНИЯ И МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЙ.........................................................44

2.1. Направления и материал для исследований...........44

2 2. Методы исследований..............................................47

ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛЕЧЕБНО-

ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ С ДОБАВКАМИ

КОМПОНЕНТОВ КУКУМАРИИ ЯПОНСКОЙ................76

ГЛАВА 4. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ТВОРОГА НА

ОСНОВЕ МОЛОКА И МОЛОК ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫХ

ЛОСОСЕВЫХ РЫБ......................................................91

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОДУКТОВ С

ДОБАВКАМИ ГАНГЛИЕВ КАЛЬМАРОВ......................99

ГЛАВА 6. МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОДУКТОВ

С ДОБАВКАМИ ИЗ МОРСКИХ ГИДРОБИОНТОВ....Ю9

6.1. Иммунотропное действие творога, обогащенного молоками лососевых рыб......................................110

6.2. Иммунотропное действие творога, обогащенного нервной тканью кальмара......................................115

6.3. Влияние продуктов с добавками из морских гидробионтов на показатели белкового обмена у хирургических больных............................................126

6.4. Влияние продуктов с добавкой из морских гидробионтов на физическую работоспособность 128

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.............................................................................132

ВЫВОДЫ.....................................................................................143

УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ.........................................................145

ПРИЛОЖЕНИЕ............................................................................161

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы перспективным направлением в пищевых технологиях является использование различных добавок растительного и животного происхождения, способствующих улучшению органол&ических свойств продуктов, а также обеспечивающих стабильность и увеличение сроков их пригодности (Орещенко A.B. , Берестень Н.Ф., 1996).

Наиболее широкий ассортимент продуктов с пищевыми добавками выпускают предприятия молочной примышленности, где для повышения пищевой ценности используются пектин, фрукты, овощи, ягоды, чайный гриб, яичный и картофельный белок, шрот кедрового ореха. (Зобкова З.С., 1987; Иванова Т.Н., 1995; Крац Р.И., Колеснов А.Ю., 1993; Калякина Л.П., Забодалова Л.А., 1995; Маслов A.M., Чекина Е.И., 1993).

Особо ценными являются пищевые добавки с выраженной биологической, в том числе иммунотропной активностью, применение которых продиктовано ростом частоты вторичных иммунодефицитных состояний, определяющих хронизацию инфекционных процессов, ростом онкологических заболеваний, ухудшением экологической ситуации.

Перспективными в качестве таковых добавок могут явиться морские объекты, представляющие собой богатые источники для получения лекарственных препаратов (Зайцев В.П. с соавт., 1980). В литературе имеются данные об обогащении пищевых продуктов биополимерами пептидной природы (Беседнова H.H. с соавт, 1997; Гажа А.Г. с соавт., 1998), низкомолекулярной дезоксирибонуклеиновой кислотой (Эпштейн Л. М. с соавт., 1996), выделенных из морских рыб и беспозвоночных. Однако сведений об использовании органов и тканей морских гидробионтов в качестве источника биологически активных

веществ в пищевых продуктах не было отмечено. По-видимому, отсутствие технологий новых пищевых продуктов, созданных на основе молока и объектов моря сдерживалось до настоящего времени представлениями о несовместимости технологических свойств компонентов.

Анализ литературных сведений и собственные наблюдения позволили нам выдвинуть предположения о возможности ферментации лакго бактерия ми комбинированных субстратов, компонентами которых являются молоко и органы или ткани морских гидробионтов. Получение кисломолочных продуктов с добавками из морских объектов, содержащих биологически активные вещества, будет способствовать укреплению здоровья населения, профилактике заболеваний, сопровождающихся иммунодефицитными состояниями, повышению сопротивляемости организма и работоспособности человека.

Полученные продукты будут обеспечивать выраженный лечебно-профилактический эффект за счет наличия высокой биохимической активности лакто- и бифидум бактерий.

ЦЕЛЬЮ настоящей работы явилось создание технологии получения кисломолочных продуктов с добавками из морских гидробионтов, обеспечивающих коррекцию иммунодефицитных состояний человека различного генеза и повышение физической работоспособности.

Для- достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

- обосновать выбор морских объектов для использования в качестве биологических добавок при создании продуктов с заданными свойствами;

- изучить физиологические свойства лактобактерий стандартных заквасок для определения оптимальных условий развития их в средах, содержащих органы и ткани морских гидробионтов;

- изучить кинетические закономерности развития лактобактерий и способность к кислотообразованию в средах;

- разработать рецептуру исходных субстратов, определить рациональное соотношение компонентов и способов их подготовки для заквашивания;

- разработать технологическую схему получения продуктов с добавками из морских гидробионтов;

- оценить иммуиотропную активность продуктов с морскими добавками по наиболее интегральным показателям иммунного ответа у животных с исходно неизменными функциями иммунной системы;

- оценить иммуномодулирующие эффекты новых продуктов у мышей с экспериментальным иммунодефицитом, вызванным циклофосфамидом;

- оценить результаты применения новых пищевых кисломолочных продуктов в рациональном питании хирургических больных;

- разработать нормативную документацию на новые виды продукции с заданными свойствами и внедрить в практику.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ

Впервые установлена способность молочнокислых бактерий ферментироВть по типу молочных субстраты, добавками которых являются органы и ткани морских рыб и гидробионтов.

Изучены кинетические закономерности развития и способность к кислотообразованию лакто- и бифидум бактерий в субстратах, состоящих из коровьего молока и добавок из морских гидробионтов.

Обоснованы рациональные концентрации вносимых добавок из морских объектов, обеспечивающих необходимый лечебно-

профилактический эффект получаемых продуктов,, и, нормальную жизнедеятельность опытных бактериальных культур.

Разработаны технологические схемы получения продуктов с пищевыми добавками из объектов моря.

Новизна разработок подтверждена;

Патентом РФ № 2095000 от 10 ноября 1997 г "Способ получения гидролизата из гидробионтов, способ приготовления кисломолочного продукта и способ определения количества тригерпеновых гликозидов";

Патентом РФ на изобретение № 2115325 от 20 июля 1998 г "Способ получения продуктов, обладающих биологической активностью";

Патентом РФ на изобретение № 2123263 от 20 декабря 1998 г "Способ получения кальцинированного творога".

В эксперименте на лабораторных животных охарактеризована направленность действия новых продуктов на гуморальные и клеточные факторы иммунного ответа, функции фагоцитирующих клеток, влияние на некоторые физиологические функции организма (физическая работоспособность).

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ

Разработана технология получения кисломолочных продуктов с добавками из органов и тканей морских гидробионтов, содержащих биологически активные добавки. Техническое решение способов получения продуктов с морскими добавками подтверждено 3 патентами РФ на изобретение.

Разработаны 5 пакетов нормативной документации:

1. Технологическая инструкция по изАовлению "Творога "Тонизирующего" № 36-94-97;

2. Технические условия № 15-1209-97. "Творог "Тонизирующий";

3. Технологическая инструкция по изготовлению "Кефира "Бифилакт-К" № 96-103-97;

4. Технические условия № 9222-115-00472012-97. "Кефир "Бифилакт-К;

5. Технологическая инструкция по изготовлению "Творога "Морского" (проект);

6. Технические условия на "Творог "Морской" (проект);

7. Технологическая инструкция по изготовлению "Кефира "Утро" (проект);

8. Технические условия на "Кефир "Утро" (проект);

9. Технологическая инструкция по изготовлению "Творога "Бодрость" (проект);

10. Технические условия на "Творог "Бодрость" (проект).

Для продуктов с добавками молок дальневосточных лососевых рыб

^ г-

и кукумарии японской увеличины сроки хранения до 5 суток при температуре от +4° до +6°С.

Получен гигиенический сертификат № 77.81.01.922.П. 07343.09.98, выданный 24 сентября 1998 г Департаментом - Госсанэпиднадзора Минздрава России (г. Москва) на новый продукт "Творог "Тонизирующий". Технология его получения внедрена в производство спецгормолзавода в г. Мыски (Акт внедрения от 25 декабря 1997 г.).

' Для обеспечения лечебно-профилактического эффекта рекомендованы нормы потребления разработанных продуктов с добавками из кукумарии японской, дальневосточных лососевых рыб и тихоокеанских кальмаров, которые составляют 100-200 г в сутки.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Результаты настоящей работы были представлены и доложены на заседаниях Технической секции Ученого Совета ТИНРО, на юбилейной

научной конференции Дальневосточного государственного института рыбной промышленности и хозяйства "Рыбохозяйственные исследования океана" (Владивосток 1996 г.), на Российской научной конференции "Новые биомедицинские технологии с использованием биологических активных добавок" (Владивосток, 1998).

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

1. Лакто- и бифидум бактерии способны сбраживать бифазные субстраты, состоящие из молока и добавок из морских гидробионтов.

2. Создана технология получения новых кисломолочных продуктов с добавками из морских гидробионтов с выраженными лечебно-профилактическими свойствами.

3. Способность новых продуктов с добавками из морских гидробионтов активизировать гуморальный иммунный ответ, стимулировать фагоцитоз, восстанавливать нарушенные показатели иммунитета в модели индуцированного циклофосфамидом иммунодефицита у мышей.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫЙ

ГЛАВА 1. ЛАКТО- И БИФИДУМ БАКТЕРИИ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

1.1. Общая характеристика функционально-физиологических и полезных свойств молочнокислых бактерий Молочнокислые бактерии - обширная группа микроорганизмов, способных вызывать молочнокислое брожение, которая уже свыше ста лет привлекает к себе внимание исследователей. Развитие микробиологии расширило и усовершенствовало области применения этих организмов.

Термин "молочнокислые" бактерии объединяет микроорганизмы различных семейств и родов, основным свойством которых является способность образовывать в качестве главного продукта брожения молочную кислоту.

Молочная кислота - органическая одноосновная оксикарбоновая кислота, является важным промежуточным продуктом обмена у животных, растений и микроорганизмов. Молочная кислота характеризуется высокими диффузными свойствами, умеренной подкисляющей способностью, антимикробными свойствами, способностью регулировать рН и текстуру продукта.

В качестве источника энергии все молочнокислые бактерии используют углеводы. Согласно терминологии, предложенной А.Клзойвером и Х.Донкером (1985), по характеру продуктов сбраживания гексоз (фруктозы, маннозы, галактозы), дисахаридов (лактозы, мальтозы, сахарозы) и полисахаридов (декстрина, крахмала), их относят к гомо-ферментативным или гетероферментативным. Гомоферментативные молочнокислые бактерии образуют только молочную кислоту, которая составляет не менее 90% всех продуктов процессов брожения. Катаболизм глюкозы у этих микроорганизмов происходит по фруктозобифос-

фатному пути. Гетероферментативные бактерии характеризуются принципиально другим путем разложения глюкозы - пентозофосфат-ным (De Moss R.D., 1953, Hurwitz J., 1987). У этих бактерий нет главных ферментов фруктозобифосфатного пути - альдолазы и триозофосфати-зомеразы.

Существует еще один вариант гетероферментативного брожения, осуществляемого Bifidobacterium bifidum. Представители этого вида сбраживают глюкозу по фосфокетолазному пути. Они не имеют ни альдолазы, ни глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, но содержат активные фосфокеталазы, расщепляющие фруктозо-6-фосфат и ксилулозо-5-фосфат на ацетил фосфат и эритрозо-4-фосфат или глицеральдегид-3-фосфат (Шлегель Г., 1987). Поэтому с учетом специфичности ферментов молочнокислые бактерии принято разделять на три группы, в том числе - облигатные гомоферментативные бактерии, обладающие альдолазой, но не имеющие дегидрогеназ глюкозо-6-фосфата и 6-фосфоглюконовой кислоты, которые не способны сбраживать глюконовую кислоту или пентозы. Облигатно гетероферментативные бактерии не имеют альдолазы, но обладают указанными выше дегидрогеназами; сбраживаю! глюконовую кислоту с образованием СОг и пентозы с образованием молочной и уксусной кислоты. Факультативные гомоферментативные бактерии имеют Сб - дегидрогеназы и способны сбраживать глюконовую кислоту и пентозы подобно упомянутым выше гомофермента-тивным бактериям.

Развиваясь на различных природных и производственных субстратах молочнокислые бактерии вступают в разнообразные взаимоотношения с другими микроорганизмами, обнаруживая влияние специфического антагонизма. Многие из них способны образовывать антибиотики, в том числе лизин, диплококцин, ацидофилин, латолин, бревин и др. (Безбородов A.M., 1991).

Установлено, что ингибирование развития нежелательной микрофлоры молочнокислыми бактериями идет по разным путям: выделение органических кислот в процессе жизнедеятельности, снижение содержания кислорода, создавая таким образом неблагоприятные условия для аэробов, а также целевая направленность метаболизма бактерий. Метаболиты, выделяемые молочнокислыми бактериями, не влияют отрицательно на органолептические свойства продукта и их качество, а их целевая направленность на биохимические процессы в растительном, мясном, рыбном сырье и также в продуктах способствует улучшению техно-химических свойств субстратов. Например, у Shewanella patrefaciens уменьшается интенсивность образования триметиламина и триметила-миноксида и таким образом тормозит порчу рыбы (Brankova R. et аГ.,1984).

Положительное действие молочнокислых бактерий на организм человека также связано с их ферментативными и витаминообразую-щими свойствами. Например, бифидобактерии синтезируют витамины группы В (Bi; В2; Вб; В12), фол&ую кислоту, витамин К, а также являются продуцентами некоторых незаменимых аминокислот, при этом в качестве азота они используют аммиак (Семенихина В.Ф., 1994).

Распространение молочнокислых бактерий в природе определяется их потребностями в питательных веществах и способом получения энергии. Лактобактерии присутствуют и были выделены буквально из всех объектов внешней среды: в почве, воде, на растениях, в пищевых продуктах и т.д. Большое количество молочнокислых бактерий обнаружено на растениях и растительных остатках, среди которых обнаружены L. plan tar urn, L. brevis, L. fermenti, Streptococcus lactis, S. cremoris. Были также выделены молочнокислые бактерии и с поверхности водных растений. Например, в скоплениях живых сине-зеленых водорослей Microcystis aeruginosa обнаружены молочнокислые бактерии с гомо- и гетероферментагивным типом брожения. Гомоферментативные кокки

были представлены видом Str. lactis, а гетероферментативные кокки видом Leuc. mesenteroides. Из бродящей массы водорослей был изолирован вид L. plantarum (Квасников Е.И., 1960; Сиренко Л.А. с соавт., 1966).

При исследовании большого количества образцов почв ученым удалось установить, что количество молочнокислых бактерий в отдельных типах почв в значительной степени определяется их свойствами и особенно содержанием в них органических веществ. Некоторые молочнокислые бактерии, например, L. buchneri и L. plantarum, обладают способностями размножаться в почвах и длительно в них сохраняться (Квасников Е. И., 1960).

Большое количество молочнокислых бактерий обнаружено в кишечнике теплокровных животных. Видовой состав бактерий, а также их количество зависит от многих факторов, таких как возраст животного, характер питания, общее состояние организма (Ильин В.В., Касторский B.C., 1968).