Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Разработка технологии ферментированных продуктов на основе зерна ржи

ВАК РФ 03.00.23, Биотехнология

Автореферат диссертации по теме "Разработка технологии ферментированных продуктов на основе зерна ржи"

РГ6 од

Тс8:^й£твённый комитет Российской Федерации по высшему образованию

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

На правах рукописи

БОРИСЕНКО НАТАЛЬЯ АЛЕКСАНДРОВНА

АЗ РАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФЕРМЕНТИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ НА

ОСНОВЕ ЗЕРНА РЖИ

Специальность 03.00.23. - "Биотехнология"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1996

Работа выполнена в Московской Государственной Академии пищевых

производств

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор И.А. Попадич

Официальные оппоненты: доктор технических наук

А.Ю. Кривова; кандидат медицинских наук Самойленко И.И.

Ведущая организация: НИИ Микробиологии МО РФ (г.Киров)

Диссертационного Совета К.063.51.04 Московской Государственно Академии пищевых производств по адресу: Москва, А-8( Волоколамское ш.,11.

Просим Вас принять участие в заседании Диссертационного Совет или прислать отзыв в двух экземплярах, заверенных печать учреждения, по вышеуказанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГАПП.

Автореферат разослан 996 г.

Ученый секретарь Диссертационного

Совета, доц.,к.т.н. Тихомирова О.И

Защита состоится

1996г. в 10.00 на заседани

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Одной из важнейших задач как в России, ак и за рубежом, является рост желудочно-кишечных заболеваний 1еловека и животных, вызываемых условно-патогенной токсигенной микрофлорой. Ввиду резкого повышения устойчивости возбудителей ¡тих болезней к антибиотикам и химиопрепаратам, снижения общей юзистентности макроорганизмов в связи с неблагоприятной экологи-¡еской ситуацией человечество становится перед этими микроорга-1измзми всё менее защищенным. Растет детская смертность от этих юлезней, особенно на первом году жизни. Падеж молодняка сельско-юзяйственных животных от желудочно-кишечных заболеваний до 30% на :рупных промышленных фермах России стал обычным явлением.

К сожалению, кардинально не переломили ситуацию к лучшему 1ризнанные наиболее перспективными в настоящее время биотерапия и Зиопрофилактика, использующие в качестве действующего начала <ивые культуры бифидо- и лактобактерий. Производство таких препа->атов малотоннажно, дорого и эту продукцию весьма сложно доводить 1,0 массового потребителя. Малоизученными до настоящего времени ютаются вопросы биопрофилактики и биотерапии с помощью дрож-<евых культур. В литературе практически отсутствуют данные о зако-юмерностях производства пробиотиков дрожжевой природы. Именно )то направление стало предметом настоящего исследования.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью настоящих исследований шилось научное обоснование и создание технологии комплексного ^пользования зерна ржи при получении дрожжевых продуктов пище-юго и лечебно-профилактического назначения.

В соответствии с поставленной целью были определены основные ¡адачи исследований:

- изучить закономерности гидролиза полисахаридов ржи с помо-цью микробных амилаз и собственных гидролитических ферментов ржи;

- испытать полученные гидролизаты ржаного сырья в качестве ос--ювы питательных сред для глубинного и твердофазного ;ультивирования дрожжей и грибов;

- исследовать закономерности культивирования дрожжей на твердофазных питательных средах из продуктов переработки зерна ржи;

- наработать опытные партии дрожжевых препаратов;

- выяснить возможные механизмы лечебного и профилактического действия наработанных препаратов;

- разработать принципы введения продуктов дрожжевой ферментации растительного сырья в пищевые продукты.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

1. Изучены возможности получения дрожжевых препаратов нг различных продуктах переработки зерна ржи, в том числе:

- методом глубинного культивирования на сахарсодержащи) сиропах из зерна ржи, полученных путём гидролиза микробными ь растительными ферментами;

- методом глубинного культивирования на сахарсодержащих пас^ тах, полученных после отделения сахарсодержащих сиропов;

- методом твердофазного культивирования на ржаных отрубях I дроблёном зерне ржи.

2. Изучена биологическая активность ферментированных про дуктов на основе зерна ржи в экспериментах на простейших, лабо раторных и сельскохозяйственных животных, проведены предваритель ные испытания этих продуктов на людях с желудочно-кишечным1 заболеваниями.

3. Исследованы основные закономерности получения ферменти рованных продуктов на основе зерна ржи в условиях пищевых и микро биологических производств и введения их в рецептуры хлебобулочны изделий.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Разработанная технология фер ментативных гидролизатов ржи как питательной среды для глубинноп культивирования дрожжей передана Омутнинской опытно-промышлен ной базе для испытаний, в результате которых разработан произ водственный регламент "Производство сахарсодержащих продуктов н основе ферментативных гидролизатов ржаной муки".

з

Установленная возможность получения пекарских дрожжей на ферментативных гидролизатах ржаной муки и применение их в хлебопечении подтверждены Кировским НИИ микробиологии МО РФ, на пищевых предприятиях г.Москвы, Кировской области и Краснодарского срая.

Препараты, полученные в результате культивирования винных дрожжей на питательных средах из продуктов переработки ржаного ¡ерна, обладающие по данным Московской ветеринарной академии, (ировского НИИ микробиологии МО РФ и Кировского медицинского 1нститута значительным профилактическим и лечебным эффектом при келудочно-кишечных заболеваниях животных и человека, могут быть эекомендованы как лечебно-профилактические компоненты пищи и сормов.

Разработаны технические условия на хлебобулочные изделия типа Оздоровительные", включающие в качестве компонента зерновые продукты, ферментированные винными дрожжами, организовано их )пытное производство на Московском хлебозаводе №16 и поставка в стационар Центральной клинической больницы. Согласно отчету Медицинского Центра УД Президента РФ признано целесообразным исполь-¡ование хлеба "Оздоровительный" в целях оптимизации лечения и профилактики дисбактериозов в качестве дополнения к медикаментозной 'ерапии.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы были представлены на конференции "Сельскохозяйственная наука Северо-юстока европейской части России" (Киров,19 января 1995 г.), Международной научно-практической конференции "Научно-технический прогресс в перерабатывающих отраслях АПК" (Москва, 16 -18 мая 1995 •,), Международной конференции "Пища. Экология. Человек." (Москва, 1-6 декабря 1995 г.).

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ.

СТРУКТУРА И ОБЪЁМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части,

выводов, списка использованной литературы,состоящего из 255 публикаций и _£>_ приложений. Работа изложена на страницах

машинописного текста, включая рисунков и таблиц/^ 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ В обзоре литературы проанализированы основные направления использования дрожжей в производстве ферментированных пищевых продуктов и кормов. Рассмотрены способы культивирования микроорганизмов на растительном сырье. Обобщен мировой опыт применения микроорганизмов при регулировании микробиоценозов желудочно-кишечного тракта человека и животных. Уделено внимание свойствам и химическому составу зерна ржи, а также использованию ржи и отрубей при производстве продуктов питания.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Исследования проводили в лабораториях кафедр "Аналитическая химия", "Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производств", "Биотехнология, экология и сертификация пищевых производств" МГАПП. Производственные испытания проводили на Московском хлебозаводе №16, на Омутнинской опытно-промышленной базе, в Кировском НИИ микробиологии МО РФ, в Кировском медицинском институте, в Московской ветеринарной академии, в Медицинском Центре УД Президента России.

2.1. Материалы и методы исследований Сырьём для получения дрожжевых препаратов являлись 6 образцов зерна ржи из разных регионов России, полученные из Центральной сортоиспытательной лаборатории. Зерно ржи перерабатывали по принятой в мукомольной промышленности технологии до получения мук1/ ржаной обойной по ГОСТ 7045-90, отрубей ржаных по ГОСТ 7170-66 Гидролиз зернового сырья осуществляли общепринятыми методам1 глюкаваморином Г20Х (ГОСТ 20264.1-89) и введением в водно-мучнук суспензию размолотого проросшего ферментированного зерна рж1 (ПФЗР).

с;

Для анализа химического состава исходного сырья и получаемых в )езультате гидролиза продуктов использовали общепринятые методы 1ли их модификации.

На жидких и плотных агаровых питательных средах из гидролиза-ов зерна ржи изучали интенсивность роста дрожжей и грибов по вы-:оду биомассы с единицы объёма, диаметру гигантских колоний и |рямым подсчётом клеток к камере Горяева.

Изучение закономерностей роста дрожжей в жидких питательных :редах проводили при культивировании в колбах на качалке. Твердо-эазное культивирование дрожжей осуществляли в кюветах в опытной становке производительностью 50 кг влажного препарата/сутки.

Твердофазные культуры винных дрожжей на отрубях и жидкие ультуры пекарских дрожжей на гидролизатах порознь и совместно ¡водили в хлебобулочные изделия, качество которых определяли по ОСТ 21094-75, ГОСТ 570-51, ГОСТ 5669-51.

Оценку биологической ценности продуктов, ферментированных 1рожжами, проводили по эффекту детоксикации бактериальных культур ia специально сконструированной 10%-ной жидкой арахисовой среде с % Casamino acids (Difco), используя в качестве биологической модели ¿иоценоз простейших Paramecium aurelia + Euglena viridis (Борисенко ;.Г., 1990).

Нейтрализация специально приготовленных опаспартизованных оксинов ботулинического типа А, шигеллёзного и термолабильного эн-еротоксина кишечной палочки дрожжевыми препаратами проводили в шытах на белых мышах по методике Института микробиологии МО РФ г. Киров).

С целью профилактики и лечения желудочно-кишечных заболева-!ий сельскохозяйственных животных первого месяца жизни в их рацион ¡водили культуры винных дрожжей на зерновом сырье. Оценка лечебно-|рофилактического эффекта проводилась по количеству выживающих <ивотных и продолжительности заболевания в опытных и контрольных руппах.

б

Результаты лабораторных исследований являются средними не менее чем трех повторностей. Цифровые данные обрабатывались методами математической статистики (Грачев Ю.П., 1979) при уровне надежности 0,95.

2.2.Результаты исследований и их анализ

Получение ферментативных гидролизатов ржи. В ряде работ под руководством проф.Попадич И.А. доказана возможность проведения стадии разжижения клейстеризованной ржаной муки в водно-мучной суспензии за счет её собственных амилолитических ферментов. При t=56-65 °С, рН6,5-7,0 и продолжительности процесса 30 минут достигается уровень расщепления крахмала (равный 15-20% РВ), необходимый для последующего воздействия глюкоамилазы.

Исследование процесса осахаривания мучной суспензии, предварительно разжиженной собственными амилазами, ферментным препаратом Глюкаваморин Г20Х вели при следующих условиях: концентрация водно-мучной суспензии 35%; рН 4,9; дозировка фермента 6-8 ед.Гл.А/г; 1=60 °С. Контроль процесса ферментативного гидролиза осуществляли по динамике накопления редуцирующих веществ (по глюкозе) в водно-мучных суспензиях, прошедших стадию разжижения. Экспериментальные данные по динамике накопления глюкозы при осахари-вании Глюкаваморином Г20Х мучных суспензий из цельносмолотого зерна ржи различных сортов представлены в таблице 1.

Данные таблицы 1 показывают, что чем выше автолитическая активность зерна, тем интенсивнее идет процесс осахаривания водно-мучной суспензии при внесении фермента. Максимальная степень фер-ментолиза 98,7% глюкозы на 100 г крахмала муки достигается за 24 часа в образце муки №6 из зерна ржи сорта "Луга Л-136" (Малоярославец) с автолитической активностью 59,74% на СВ.

По разработанной технологии переработки зерна ржи получаем сахарсодержащий гидролизат (СГ), который центрифугированием можно разделить на две фракции - сироп (СС) и пасту (СП). Ввиду того, чтс

се эти продукты могут иметь различное целевое назначение, их имический состав изучен раздельно (таблица 2).

1.Динамика накопления глюкозы при осахаривании

мучных суспензий Глюкаваморином Г20Х

№ Сод. Сод. Автолит. Содержание РВ при различной

об- СВ, крах- актив- длительности процесса,

азц а % мала, % ность, % на СВ г/100 г.крахмала г/100 г. СВ

15 м 4 ч 8 ч 12 ч 24 ч

i 86,4 59,3 20,0 17,0 26,3 33,6 41,2 60,4

11,7 18,0 23,1 28,3 41,5

2 93,6 55,4 25,64 20,2 36,1 45,2 52,8 72,4

12,0 21,4 26,8 31,3 42,9

3 91,6 56,5 35.04 25,6 40,3 50,4 61,6 87,2

15,8 24,9 31,1 38,0 53.8

4 93,5 52,1 39,19 27,8 43,4 56.4 67,6 92,0

15,5 24,2 31,4 37,7 51,3

5 88,6 56,5 57,69 28,4 47,5 62,7 73,0 97,5

18,1 30,3 40,0 46,6 62,2

6 90,8 57,7 59,74 29,2 52,5 70,3 79,1 98,7

18,6 33,4 44,7 50,3 62,7

2. Химический состав сахарсодержащих продуктов из ржи.

(% на сухое вещество)

№ Химические Сахарсодержащие продукты

1/П компоненты из ржи

гидролизат сироп паста

1 Общие углеводы, в том числе: 81,11 82,99 80,48

моно- и олигосахара 60,16 69,51 57,04

гемицеллюлоза 9,05 5,91 10,10

пентозаны 8,88 5,85 9,88

клетчатка 3,02 1,72 3,46

2 Белок 11,22 11,50 11,13

3 Лигнин 2,57 1,41 2,96

4 Липиды 1,76 1,52 1,84

5 Минеральные элементы 1,69 1,56 1,79

Анализ химического состава данных продуктов показывает, что начительная часть их сухих веществ приходится на углеводный комп-юкс, доля которого в общем балансе составляет 80,5 - 83,0%. Так как

количество moho- и олигосахаров в этом комплексе очень высокое, проведено исследование углеводного состава этих продуктов методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с использованием хроматографа Бекман, м.334 (США), которое показало, что низкомолекулярные сахара представлены в основном глюкозой (46% в СП, 47% в СГ и до 58,6% в СС). В небольших количествах содержится также мальтоза, фруктоза, сахароза, ксилоза, галактоза.

Более детальный анализ белковой фракции полученных продуктов в аминокислотном анализаторе показывает, что в них содержатся все незаменимые аминокислоты (дефицит только по триптофану), оказывающие большое влияние на биологическую ценность продуктов питания.

Таким образом, ферментативные гидролизаты ржаной муки представляют весьма ценные по химическому составу продукты, но с их производством могут возникнуть определенные трудности. В настоящее время в России с одной стороны отмечается стремительный взлет цен на ферментные препараты, в т.ч. на а-амилазу, глюкоамилазу и т.п., а с другой стороны по причине нереализуемости готовой продукции такие производства часто останавливаются или закрываются совсем. Поэтому у биотехнологов должны быть альтернативные способы обработки сырья и производства желаемого целевого продукта различными способами, и прежде всего приемлемые в конкретном регионе, более дешевые и экономически более рациональные.

В этом плане весьма интересными являются результаты экспериментов по замене в водно-мучной суспензии части муки на осоложенное в течение двух суток, проферментированное, высушенное и размолотое ржаное зерно (ПФЗР). С увеличением концентрации ПФРЗ в смеси с мукой в гидролизате прогрессивно увеличивается накопление редуцирующих веществ и достигает максимума при содержании ПФРЗ около 66%. При такой концентрации ПФРЗ в смеси содержание РВ в гидролизате приближается к таковому в гидролизатах, полученных с помощью глюкаваморина. При полной замене ржаной муки на ПФЗР накопление РВ снижается, что можно объяснить изменением биохими-

ческих и технологических свойств ржи, а также уменьшением содержания крахмала при прорастании зерна.

Ферментолизаты зерна ржи как основа питательных сред для культивирования дрожжей и грибов. Самым точным критерием ценности питательного субстрата является биологический эксперимент, например изучение роста на нём микроорганизмов. Рост дрожжей пекарских Saccharomyces cerevisiae ФрЗ и винных Saccharomyces vini Киллер Т8 был изучен на следующих плотных агаровых питательных средах из ржаной муки и ржаных отрубей:

ССРМ2 - сахарсодержащий сироп из ферментолизата ржаной муки, разбавленный водой в 2 раза;

ССРМ4 - сахарсодержащий сироп из ферментолизата ржаной муки, разбавленный водой в 4 раза;

ССРМОЗ - сахарсодержащий сироп из ферментолизата "ржаная мука -ржаные отруби (1:2)", разбавленный водой в 3 раза;

ССРМ04 - сахарсодержащий сироп из ферментолизата "ржаная мука -ржаные отруби (1:2)", разбавленный водой в 4 раза.

В качестве контрольной среды использовали традиционный сусло-

агар.

На рис.1 и 2 представлены динамики роста гигантских колоний на этих средах после посева уколом в трех точках агаровых пластинок. Как видно из этих рисунков среды ССРМОЗ (СВ=6%) и ССРМ2 (СВ=8,5%) являются наиболее продуктивными и снижение концентрации в них сухих веществ ведёт к падению интенсивности роста, т.е. величины колоний, что нежелательно.

На этих же средах отмечается высокая выживаемость пекарских и винных дрожжей, превышающая таковую на сусло-агаре.

Аналогичные результаты по росту гигантских колоний на плотных опытных и контрольных средах получены и на культурах мицелиальных грибов родов Aspergillus и Mucor.

Исследование роста и развития мицелиальных грибов на жидких средах из гидролизатов ржаной муки при глубинном культивировании с

Рис. 1 Роет дрожжей ЗассЬаготуссз сегеу1а1ае Фр-3 • на плотных питательных средах.

10 9

2

>5

X О С

о

О. I-

с

г

то 5

а

О

24 48

72

Время, ч

Рис. 2 Рост дрожжей Басскаготуссв Киллер Т8

на плотных питательных средах.

£

то

ч

1 1 !

I

/

/ *

/ /

/ . /

--- < /Л А

(

/ ^ м

/ А

// /

Л ' л Г

/л

//А __*

// V ' к

Т

о

48

72

Время, ч

-ф- ссрм4 -я-ссрм04 -а-к -*-ссрм2 -*-ссрмоз

перемешиванием и аэрацией продемонстрировало наиболее интенсивное накопление их биомассы (значительно более высокое по сравнению с жидким солодовым суслом) на средах ССРМ2 и ССРМОЗ. На этих же средах при глубинном культивировании отмечается наиболее высокий выход биомассы у дрожжей 5.сегеу1з1ае ФрЗ и Элит Киллер Т8. Все эти данные свидетельствуют о высокой питательной ценности ферментолизатов для дрожжей и грибов и о возможности их использования при приготовлении как лабораторных, так и производственных сред на разных стадиях технологического процесса производства дрожжей.

Наряду с этим было показано, что как неразделённый на фракции ферментолизат, так и каждая его фракция может использоваться в качестве основы питательных сред для дрожжей. В то же время оптимальной средой для выращивания пекарских дрожжей является питательная среда на основе сахарсодержащего сиропа (рис.4). Для выращивания же винных дрожжей более подходят питательные среды, содержащие плотные частицы ржаной муки (рис.3). Хороший рост винных дрожжей на среде из сахарсодержащей пасты, а пекарских - на среде из сиропа вообще позволяет говорить о возможности раздельного использования этих фракций в качестве питательных сред при получении препаратов из этих двух видов дрожжей. Из рис.3 и 4 видно также, что оптимальная для дрожжей концентрация сухих веществ в средах колеблется в пределах 5-8%. Именно такие концентрации сухих веществ в жидких питательных средах использовались в последующих исследованиях.

Возможность использования различных гидролизатов ржаного зерна для культивирования дрожжей представлена в таблице 3.

Из приведенных данных видна значительная зависимость интенсивности роста пекарских дрожжей от предварительного гидролиза зерна ржи микробными амилолитическими ферментами или ферментами самого зерна. Ввиду практически равноценного выхода дрожжей на ПФЗР- и микробном ферментолизате ржаной муки в производственных условиях при наличии возможности проращивать зерно вполне можно

Рис. 3 Влияние концентрации сухих веществ в среде на рост дрожжей Б. VIш Киллер Т8.

Рис. 4 Влияние концентрации сухих веществ в среде на рост дрожжей Э. Ссге\151ае ФрЗ.

6 7 6 5 10

СВ, % —3

I

2

1

2 3

— питательная среда, содержащая ферментолизат ржаной муки;

— питательная среда на основе сахаросодержащего сиропа; ■

— питательная среда на основе сахаросодержащей пасты.

отдать предпочтение питательным средам, приготовленным с помощью ПФРЗ. В этом случае дрожжевое производство бу-

З.Рост дрожжей на жидких питательных средах из зерна ржи (концентрация сухих веществ 7-8%)

№ п/п Питательная среда Интенсивность роста дрожжей, млрд.клеток/г СВ субстрата

S.cerevisiae ФрЗ S. vini Киллер Т8

1 Суспензия заваренной ржаной муки 1,02 12,92

2 Суспензия муки, осахаренной собственными амилазами 2,85 13,71

3 Сахарсодержащий сироп из ферментолизата ржаной муки 4,82 14,01

4 Гидролизат ржаная мука : ПФРЗ (1:1) 4,71 13,89

цет экономически независимо от предприятий, производящих дорогие ферментные препараты. Здесь же следует отметить значительную стимулирующую роль на выход пекарских дрожжей Э.сегеу^ае ФрЗ осахаривания ржаной муки собственными амилазами.

Что касается винных дрожжей Б.мт Киллер Т8, то их рост мало зависит от степени гидролиза полимеров ржи, что свидетельствует об их значительной собственной гидролитической активности и о перспективности культивирования этих дрожжей на негидролизованных зубстратах.

Некоторые особенности твердофазного культивирования црожжей на питательных средах из зерна ржи. При засеве различных зерноотходов жидкими культурами винных и пекарских дрожжей на ферментолизате ржаной муки показана возможность твердофазного культивирования дрожжей на всех этих субстратах, при этом ржаные и пшеничные отруби признаны наиболее перспективными для твердофазной ферментации (ТФФ). Однако отруби составляют лишь небольшую часть зерна (5-18%), особенно крупнодисперсная их фракция, наиболее ценная для ТФФ. С целью расширения сырьевой базы на всю

массу зерна ржи сделана попытка вести ТФФ дрожжей на дробленого ржаном зерне. Однако возможности использования этого субстрата f нативном виде оказались весьма ограниченными. Засеянное и увлаж ненное дробленое зерно не создает необходимой пористости среды i на ней отмечается очень низкая интенсивность роста дрожжей. Kai видно из рис.5 добавление к такому субстрату отрубей значительнс повышает его продуктивность. Наиболее рациональное соотношение отрубей и дробленого зерна, позволяющее обеспечить ещё достаточнс высокую продуктивность комплексной среды, составляет до 1:2. Даль нейшее нарастание доли дробленого зерна в комплексной среде con ровождается резким падением продуктивности такой среды.

Рис. 5 Зависимость продуктивности дрожжей от состава питательной среды.

1. О] руби;

2. Отруби: дробленое зерно (1:1):

3. Отруби: дробленое зерно (1:2);

4. Отруби: дробленое зерно (1:3);

S. vini Киллер T8

Варианты сред

S. cerevísiae ФрЗ

Я S.cerevisiae ФрЗ CS.vini Киллер Т8

Весьма важным фактором, влияющим на продуктивность дрожжей ри ТФФ, является влажность этих сред. В зависимости от состава зердофазных питательных сред оптимум влажности варьируется от 605% на отрубях до 50-55% на смесях дробленого зерна с отрубями и тот оптимум тем ниже, чем выше содержание дробленого зерна в меси.

В качестве посевного материала могут быть использованы культу-ы дрожжей как жидкие, так и твердофазные. Если говорить о жидких редах из ржаного зерна, то посевной материал на ферментолизате жаной муки, на ПФРЗ-гидролизате или просто на заваренной ржаной уке при переносе на отруби дает весьма близкие результаты по акоплению клеток в твердофазных культурах. Оптимальная посевная оза при ТФФ составляет около 2x10~8 клеток/г сухой среды.

В экономике процесса подготовки посевного материала важную оль может играть его аппаратурное оформление. Интенсивное культи-ирование дрожжей на жидких питательных средах в лабораторных ус-овиях требует использования качалок или лабораторных ферментато-ов, а в производственных условиях - промышленных ферментато-ов,т.е. оборудования довольно сложного и дорогого. Упрощение этого роцесса, а значит и ферментационного оборудования для его ведения -то один из путей снижения себестоимости конечного продукта.

С целью изучения путей удешевления процесса получения посев-ого материала сравнивались возможности использования в качестве экого материала стационарных (без перемешивания и аэрации) рожжевых культур и культур, полученных в качалке (таблица 4).

По данным табл.4 на отрубях, засеянных стационарными жидкими ультурами дрожжей, отмечается их выход, даже превышающий таковой ри засеве интенсивными культурами, полученными на качалке.

В микробиологии известно, что высокая посевная доза может опровождаться выходом более низким,чем при засеве малыми Лосевыми дозами. При этом, очевидно, биосинтетический процесс сменятся на биоокислительный и конечный результат по биомассе снижает-я. Оптимизация посевной дозы интенсивной культуры до уровня

2,0x10"8 сопровождается некоторым повышением выхода дрожжей е твердофазных культурах. Естественно, такой интенсивный посевной материал может разводиться до оптимальных концентраций клеток V количество такого материала значительно увеличивается за счет простого разведения, что создает определенные экономические выгоды. Не получение этого интенсивного посевного материала в дорогостоящем ферментационном оборудовании, естественно, делает дороже конечный продукт - твердофазную дрожжевую культуру на отрубях.

4. Зависимость выхода дрожжей БассИаготусеБ у1т Киллер Т8

на ржаных отрубях от способа подготовки посевного материала

Вид посевного и увлажняющего материала Динамика нарастания дрожжей при ТФФ при засеве жидкими культурами, полученными

без качания С качанием с качанием и оптимальной дозой

* * * *, ** * **

Глубинная культура на СП 2,4 5,9 1,46 5,13 2,00 6,29

Глубинная культура на ПФЗР-гидролизате 1,63 6,22 1,67 5,75 2,00 6,04

Глубинная культура на заваренной ржаной муке 1,45 5,79 1,29 5,98 2,00 5,86

* - глубинная посевная культура, п х 10"8;

** - твердофазная производственная культура, п х 10~9.

Резюмируя, можно говорить о возможных различных путях полу чения посевного материала. Какой из них будет использован, зависит о" материальных возможностей предприятия, ведущего этот процесс биоконверсии зернового сырья.

Поддержание полной стерильности процесса культивирована микроорганизмов на твердофазных субстратах при современном уровне развития ферментационного оборудования весьма сомнительно Поэтому и была сделана попытка выращивать дрожжи на нестерильны:

¡ерновых субстратах. В качестве контроля использовались те же ¡убстраты, простерилизованные в автоклаве или в микроволновой печи.

Чистая культура дрожжей Эл/о Киллер Т8 выращивалась на сте->ильной питательной среде из СП ферментолизата ржаной муки в ечение 20 часов, а затем переносилась на твердофазный субстрат в :ачестве увлажняющего и посевного материала. После 24 часов ферментации дрожжевые клетки подсчитывались в камере Горяева и выход ix пересчитывали на 1 грамм СВ питательного субстрата. В табл.5 |редставлены результаты этой серии экспериментов.

5. Зависимость продуктивности дрожжей от предварительной

обработки твердофазной питательной среды

Способ и режим обработки среды Выход дрожжевых клеток п х 10"9 клеток/грамм СВ субстрата

на ржаных отрубях на смеси дробленое зерно : отруби (1:1)

КиллерТ8 Б.сегеу^ае ФрЗ Б^гм Киллер Т8 5.сегеу1з1ае ФрЗ

Автоклавиро-вание (0,8 атм 30 мин) 6,14 0,63 5,82 0,54

Микроволновая печь(600 Вт 3 мин) 6,02 0,69 5,22 0,63

Без предварительной обраб. 9,28 1,47 8,32 1,29

Конечно, результаты представляют исключительный интерес, так ак позволяют говорить о возможности не менее чем в 1,5 раза повы-:ить выход дрожжей, ничего не затрачивая на предварительную обра-¡отку исходного питательного субстрата. При этом встает вопрос, как ложно объяснить этот феномен выраженной интенсификации роста 1,рожжей на нестерильном субстрате. Наиболее вероятной причиной :ледует признать действие собственных гидролитических ферментов, юторые на нестерильных увлажненных зерновых субстратах проявляют :воё специфическое действие, а при стерилизации денатурируются и акое свойство теряют.

Микробиологический контроль посторонней микрофлоры в ходе ТФФ на нестерильных отрубях демонстрирует незначительное нарастание (в 3-4 раза) при использовании посевного материала на стерильных жидких питательных средах и несравненно большее (на 3-4 порядка) при использовании в качестве посевного материала дрожжевых твердофазных культур на нестерильных отрубях. Таким образом, можно говорить о принципиальной возможности культивирования дрожжей на нестерильных зерновых субстратах, но в качестве посевного материала желательны глубинные культуры, полученные на стерильных жидких питательных средах.

Базирующиеся на всех вышеприведенных данных полупроизводственные опыты по ферментации отрубей на Московском хлебозаводе №16 показали абсолютную необходимость регулирования температуры в растущих культурах Б.ут! Киллер Т8. Без подобного регулирования твердофазные культуры разогреваются до 50 °С и выше и рост дрожжей в них прекращается. Оптимум роста дрожжей при ТФФ лежит на уровне 29-32 °С. Подъём температуры до 36 °С лишь несколько ингибирует рост дрожжей, что создает некоторую степень свободы при регулировании температуры в процессе ТФФ дрожжами. При этом выявлено, что даже весьма неинтенсивное механическое перемешивание с целью теплосъёма (через 2 часа, начиная с 12-го часа ферментации) приводит к заметному падению продуктивности дрожжей на твердофазных средах. Поэтому наиболее целесообразным следует признать способ теплосъёма, исключающий механическое перемешивание, например интенсивное аэрирование. Если же производственные условия не позволяют отказаться от механического перемешивания при тепло-съёме, то на этот процесс всё же можно идти, так как, несмотря на некоторое падение продуктивности дрожжей, при нечастом перемешивании в культурах содержатся довольно большие концентрации клеток, достаточные для придания им желаемых биологических свойств.

Совместное культивирование винных и пекарских дрожжей на используемых субстратах следует признать нецелесообразным, так как при этом отмечается выраженное взаимное ингибирование роста. В случае

омплексного использования этих двух видов дрожжей в составе ищевых продуктов их культуры следует получать в чистом виде, а затем же смешивать в нужных пропорциях для получения желаемых рганолептических и лечебно-профилактических свойств этих продуктов.

Биологическое действие дрожжевых препаратов. Испытание иологического действия получаемых ферментированных продуктов роводилось прежде всего в плане их способности нейтрализовать эксичность бактериальных культур, выделяемых от людей и животных с стрыми и подострыми желудочно - кишечными заболеваниями.

На арахисовой среде, обеспечивающей высокую активность ток-инов (Борисенко Е.Г., 1990), отбирали высокотоксичные культуры бак-эрий и ставили реакцию нейтрализации токсичности, добавляя к куль/рам высушенные дрожжевые препараты (100 мг на 1 мл), тщательно еремешивая и определяя токсичность с помощью биоценоза aramaecium aurelia + Euglena viridis. Установлена способность как вин-ых, так и пекарских дрожжей к нейтрализации токсичности бактериа-ьных культур, причем эта способность одинаково выражена у живых и втоклавированных культур обоих штаммов, что свидетельствует о озможности термической обработки получаемых продуктов.

Эксперименты по нейтрализации токсичности опаспартизованных елковых токсинов ботулинического типа А, шигеллёзного и термола-ильного энтеротоксина кишечной палочки, проведенные в Институте икробиологии МО РФ с помощью высушенных культур винных дрож-:ей с контролем результатов на белых мышах, показали, что 1 г дрож-:евого препарата способен нейтрализовать около 900 мышиных ЛД50 отулинического, 9000 ЛД50 шигеллезного токсина и 8600 ЕД 50 тер-юлабильного эшерихиозного токсина, т.е. в механизме лечебно-про->илактического действия растительно-дрожжевых препаратов при же-удочно-кишечных заболеваниях в первую очередь нужно говорить об нтитоксической активности.

Полученные на лабораторных животных данные о способности рожжевых препаратов нейтрализовать токсины патогенных бактерий

подтверждены серией экспериментов, проведённых в Московской ветеринарной академии им.К.И.Скрябина по профилактике и лечению острых желудочно-кишечных заболеваний молодняка с/х животных под руководством проф.Е.С.Воронина. Согласно полученным данным растительно-дрожжевая кормовая добавка в дозе 20% и выше от сухой массы рациона способна обеспечить у поросят первого месяца жизни профилактический эффект до 100%. Высокий лечебный эффект -выздоровление до 80% заболевших животных и значительное снижение длительности заболевания при диарее телят зарегистрированы при дозе препарата 30,0 г 2 раза в день и выше.

Согласно акту Института микробиологии МО РФ и Кировского медицинского института предварительные клинические испытания растительно-дрожжевых препаратов в 5-ом детском отделении городской клинической инфекционной больницы (г.Киров) при острых кишечных заболеваниях детей показали, что такие препараты, назначаемые как самостоятельно, так и в комплексной терапии острых кишечных инфекций, способствуют более быстрому выздоровлению больных.

Однако легализация растительно-дрожжевых продуктов как фармакологического средства - процесс весьма растянутый во времени, требующий продолжительных официальных доклинических и клинических испытаний. Поэтому нами была проведена работа по созданию не базе пищевого сырья и дрожжей новых пищевых продуктов, отвечающих всем требованиям к пищевым продуктам, но в то же время обладающих лечебно-профилактическими свойствами.

Использование дрожжевых ферментированных продуктов ка» компонентов пищи. В связи с тем, что зерно и продукты его переработки используются прежде всего для приготовления хлеба и хлебобулочных изделий, именно в этот вид пищевых продуктов вводилиа ферментированные дрожжами ржаные и пшеничные отруби, дробленое зерно или их смеси. Так как винные дрожжи при всей своей способ ности интенсивно накапливать биомассу на зерновом сырье не обла дают выраженной способностью поднимать тесто, то естественно, чте

лебобулочные изделия лечебно-профилактического назначения с хо-юшими органолептическими свойствами будут получены в случае вве-;ения в тесто наряду с винными дрожжами пекарских дрожжей либо аводского производства, либо получаемы:/ на сырье, обычно приме-1яемом в хлебопечении, например на ржаной муке или её гидролизатах.

Нами изучен выход пекарских дрожжей в условиях интенсивного ыращивания с перемешиванием и аэрацией на СС с различной сте-1енью разведения. Показано, что разведение сиропа водой в соотно-1ен\л\л 1:1 и 1:2 повышают интенсивность использования сухих веществ реды до уровня 24,44% и 30,69%. Обычный выход хлебопекарных дрожжей в дрожжевом производстве составляет около 100% прес-ованных дрожжей от массы мелассы (или около 25% сухих дрожжей) Л.Р.Сапронов, 1992), т.е. обычный уровень использования сырья достигается или даже превышается.

Отделяемая при получении сахарсодержащего ржаного сиропа 1аста является хорошей основой питательной среды для параллельного юлучения культур винных дрожжей с перемешиванием и аэрацией. )птимальное для этих целей разведение пасты водой составляет 1:5, |ричем в качестве разводящего агента может быть использована как юда, так и культуральная жидкость от производства пекарских дрожжей, |ричем последняя в таких комплексных средах обеспечивает более :ысокий выход дрожжей по сравнению с ростом на СП, разведенной ¡одой.

Таким образом, при классическом производстве дрожжей на ме-1ассе большие количества культуральной жидкости и воды от промывки дрожжей уходят в канализацию. В настоящем процессе никаких потерь ¡оды и растворенных в ней веществ растительного и микробного ¡роисхождения не происходит, так как либо с хлебопекарными фожжами, либо через стадию глубинного, а затем и твердофазного :ультивирования винных дрожжей они поступают в тесто, приго-овленное на смешанной культуре этих двух видов дрожжей.

Аппаратурно-технологическая схема такого производства федставлена на рис.6.

фермент

водопроводная вода

м го

6. Аппаратурно-технологическая схема производства дрояжевых компонентов хлеба типа "Оздоровительный". 1,6 - реактор; 2,5 - фильтр-пресс; 3,7 - инокулятор-стерилизатор; 4,8 - ферментатор-стерилизатор; 9 - смеситель; 10 - растшгьная камера Туй; II - дехса хлебопекарная.

Введение в хлеб двух дрожжевых культур, естественно, вызывает вопрос, как этот симбиоз будет влиять на качество теста и выпекаемого из него хлеба. Производственные выпечки на Московском хлебозаводе N»16 в ряде случаев сопровождались резким разжижением геста и некондиционным видом хлеба. Причиной этого является высокая ферментативная активность винных дрожжей, ведущая к разжижению клейковины муки. Эксперименты по предварительной термической обработке растительно-дрожжевой добавки показали, что заваривание водой 1=100 °С этой добавки в хлебопекарных дежах практически нейтрализует отрицательное воздействие винных дрожжей на тесто и позволяет получать хлеб "Оздоровительный", близкий по своим орга-нолептическим показателям к обычному хлебу, но обладающий согласно заключению кафедры гастроэнтерологии (зав.кафедрой проф. О.Н.Минушкин) Медицинского центра УД Президента РФ выраженными лечебными и профилактическими свойствами при целом ряде желудочно-кишечных заболеваний.

ВЫВОДЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Продукты переработки зерна ржи - ржаная мука, отруби могут быть использованы в качестве сырья для производства пекарских дрожжей и дрожжевых препарагой лечебно-профилактического назначения.

2. В процессе производства дрожжевых продуктов ржаная мука может быть подвергнута гидролизу как микробными амилазами, так и собственными гидролитическими ферментами ржи. Разные фракции этих гидролизатов могут быть использованы для глубинного культивирования как пекарских дрожжей БассИаготусеБ сегеу^ае ФрЗ, так и винных дрожжей БассИаготусез Киллер Т8, обладающих выраженными лечебно-профилактическими свойствами.

3. Винные дрожжи Б^т Киллер Т8 обладают высокой интенсивностью роста на твердофазных субстратах, среди которых ржаные и пшеничные отруби являются наиболее продуктивными.

4. Исследование процесса твердофазного культивирования винны) дрожжей на отрубях выявило ряд закономерностей этого процесса:

- наиболее перспективным посевным материалом для этого процесса являются жидкие культуры на стерильных средах;

- термическая обработка отрубей значительно снижает их продуктивность при ТФФ;

- теплосъём в процессе ТФФ дрожжей должен осуществляться бе; механического перемешивания твердофазной среды.

5. Получаемые на зерновом сырье дрожжевые препараты обла дают способностью нейтрализовать метаболиты токсигенных микро организмов, нормализовать микробиоценоз желудочно-кишечного тракт; и могут быть использованы для профилактики и лечения желудочно кишечных заболеваний.

6. Полученные на зерновом сырье пекарские дрожжи и дрожжевьк препараты лечебно-профилактического назначения могут вводитьс; порознь или комплексно в пищевые продукты, например в хлеб.

7. Экспериментальное производство хлебобулочных изделий < растительно-дрожжевыми добавками показало хорошие органолеп тические качества продукции и её высокий лечебно-профилактически! эффект при ряде желудочно-кишечных заболеваний.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Борисенко Е.Г., Борисенко H.A. Зерно озимой ржи как сырье дл производства дрожжевых препаратов пищевого и лечебно профилактического назначения // Сб. науч.трудов /Сельскохо зяйственная наука Северо-востока европейской части России. - КироЕ 1995. - с.213-216.

2. Борисенко Е.Г., Пучкова Л.И., Попадич И.А., Борисенко H.A. и др Лечебный хлеб на дрожжевых коктейлях. //Научно-технический прогрес в перерабатывающих отраслях АПК: Тез.докл. междунар.конф. - Москвг 1995. - с. 44.

3. Борисенко Е.Г., Борисенко H.A., Нгуен Ким Зунг и др Ферментационные продукты пищевого и кормового достоинства ка регуляторы микробиоценозов желудочно-кишечного тракта // Научнс технический прогресс в перерабатывающих отраслях АПН Тез.докл.междунар.конф. - Москва, 1995. - с.177.

4. Борисенко Е.Г., Пучкова Л.И., Борисенко H.A., Альжанова Р.Ж. др. Хлебобулочные изделия лечебно-профилактического назначени //Пища. Экология.Человек. : Тез.докл.мждунар.науч.-тех.конф. - Москв; 1995. - с.10-11.

5. Борисенко Е.Г., Борисенко Н.А., Нгуен Ким Зунг, Нгуен Тхи Тхань Ха. Дрожжеванные растительные продукты как регуляторы гомеостаза человека и животных//Пища. Экология. Человек: Тез.докл.междунар.науч.-тех.конф. - Москва, 1995. - с.29-30.

6. E.G.Borisenco, Nguyen Kim Dung, Nguyen Thi Thanh Ha, N.A. Borisenco. Vien thuc pham quoc gia matscova. //Journal of science and technology. -1995. -#3. -p.13 -14 (на вьетн. языке)

SUMMARY

According to the available scientific data bioprevention and biotherapy of gastrointestinal diseases may be undertaken not only with the help of bacterial (bifido-, lactobacteria) but with yeast cultures as well.

In this thesis are demonstrated possibilities of utilizing the processed rye grain products for in-depth and solid-phase fermentation of ordinary bacer's yeast as well as vine yeast Saccharomyces vini Killer T8 with good preventive and medicinal properties; also are investigated some regularities of yeast growth on a new type of starting material.

Investigated are action mechanisms of the resultaut yeast prepation, i.e. neutralization of pathogenic and opportunistic pathogenic bacteria toxins and normalization of microbiocenosis of gastrointestinal tract.

Specifications are formulated for preventive and medicinal brands of baked goods made from bacer's and vine yeast cocktails. These goods hour successfully underzone clinical testing.