Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Разработка технологии приготовления нового пробиотического продукта "Стевилонг"

ВАК РФ 03.00.23, Биотехнология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Черняев, Сергей Иванович, Калуга



f ß f 0 0 ■»' ¡f* \ .,<» 0*40*'

, ,, / ' мм*. ,.>®4 -s \ / J »

' 7 7 > - . Y /' -

W JL \f \ 4 / ^J к

Я

/

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени Н. Э. Баумана

На правах рукописи

ЧЕРНЯЕВ Сергей Иванович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НОВОГО ПРОБИОТИЧЕСКОГО ПРОДУКТА «СТЕВИЛОНГ»

Специальность: 03.00.23 - Биотехнология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научные руководители -

доктор биологических наук профессор A.C. Гринин

кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Н.И. Бевз

Калуга - 1999

Оглавление

Введение............................................................... 5

Глава 1. Обзор литературы...................................... 12

1.1 Функции защитной микрофлоры желудочно-кишечного тракта человека, последствия нарушений ее баланса и роль пробиоти-ковв укреплении неспецифической резистентности.............. 12

1.2 Значение и пути оптимизации бифидофлоры человека............ 15

1.3 Роль пробиотиков в укреплении здоровья людей................. 18

1.4 Механизм действия пробиотиков........................................ 23

1.5 Природный подсластитель - натуральная биологически активная добавка растительного происхождения «Стевиозид».......... 28

1.6 Создание новых продуктов функционального питания -ключевое направление в обеспечении защиты человеческой популяции от неблагоприятного воздействия окружающей среды............................................................................... 34

Глава 2. Материалы и методы исследований........................39

2.1 Штаммы бифидобактерий..................................................................................................39

2.2 Кефирные грибки........................................................................................................................42

2.3 Сухое обезжиренное молоко............................................................................................45

2.4 Биологически активная добавка растительного происхождения «Стевиозид»....................................................................................................................................46

2.5 Приготовление кисломолочных пробиотиков с использованием молочнокислых микроорганизмов............................................................................46

2.5.1 Приемка и подготовка компонентов........................................................................47

2.5.2 Гомогенизация, пастеризация (стерилизация) молока и охлаж- 47 дение до температуры внесения закваски..............................

2.6 Приготовление заквасок......................................................................................................48

2.6.1 Методика приготовления производственной закваски бифидобактерий....................................................................... 48

2.6.2 Методика приготовления грибковой кефирной закваски........... 49

2.7 Приготовление кисломолочного продукта............................. 50

2.8 Определение культуральных свойств штаммов бифидобактерий

на различных питательных средах....................................... 50

2.9 Методы определения специфической активности препаратов и продуктов функционального питания................................... 51

2.10 Методы определения количества живых микроорганизмов (КОЕ)........................................................................... 51

2.11 Определение активности кислотообразования экспериментально-производственных серий продукта.................................. 52

2.12 Определение антагонистической активности штаммов бифидо-бактерий находящихся в продукте....................................... 53

2.13 Требования к проведению микробиологического контроля чистоты продукта................................................................ 54

2.14 Оборудование для производства лечебно-диетических кисломолочных продуктов........................................................ 56

Глава 3. Экспериментально-лабораторные исследования

штаммов, входящих в состав закваски, при изготовлении поликомпонентного кисломолочного пробиотика «Стеви-лонг»........................................................................... 58

3.1 Оценка динамики развития штаммов бифидобактерий и кефирных грибков при совместном и раздельном культивировании.... 58

3.2 Изучение кислотообразующей активности штаммов бифидобактерий и кефирных грибков................................................ 59

3.3 Изучение антагонистической активности ассоциированных штаммов бифидобактерий................................................. 59

3.4 Изучение адгезивных свойств бифидобактерий...................... 61

3.5 Изучение адгезивности производственно-перспективных штаммов бифидобактерий................................................. 63

3.6 Изучение бактериоциногенных свойств бифидобактерий 64

3.7 Разработка технологии приготовления нового пробиотического продукта «Стевилонг»...................................................... 66

3.8 Определение удельной и активной кислотности продукта при внесении стевиозида в различных концентрациях................... 67

3.9 Сравнительная характеристика органолептических показателей продукта при внесении стевиозида в различных концентрациях. 67

3.10 Конструирование кисломолочного продукта с использованием сложных поликомпонентных заквасок и стевиозида................ 70

3.10.1 Виды продукта............................................................... 70

3.10.2 Характеристика компонентов и основных материалов.............. 70

3.11 Описание биотехнологического процесса ферментации............ 71

3.11.1 Приемка сырья и приготовление нормализованной смеси..................72

3.11.2 Гомогенизация, пастеризация и охлаждение молока...........................72

3.11.3 Заквашивание и сквашивание смеси, перемешивание и охлаждение.....................................................................................73

3.12 Характеристика полученного продукта..................................................................73

3.13 Проведение испытаний готового продукта.............................75

3.14 Контроль закваски на отсутствие посторонней микрофлоры.... 76

3.15 Полный контроль готового кисломолочного продукта..................76

3.15.1 Определения количества живых бифидобактерий................... 76

3.15.2 Параллельное контрольное тестирование продукта............... 77

Глава 4. Приготовление и контроль кисломолочного

пробиотика «стевилонг» в производственных

условиях..............................................................................................................................78

4.1 Оборудование необходимое для производства кисломолочного продукта «Стевилонг»..................................................................78

4.2 Схема комбинированного цеха-модуля для производства кисломолочных продуктов функционального назначения........................81

4.3 Схема обособленного цеха-модуля для производства кисломолочных продуктов функционального назначения......................................85

4.4 Описание промышленного производства кисломолочного продукта «Стевилонг»..............................................................................90

4.5 Характеристика полученного продукта..............................................99

4.6 Микробиологический контроль кисломолочного продукта «Стевилонг»....................................................................................................................................100

4.6.1 Проведение испытаний готового продукта........................................................100

4.6.2 Средняя проба готового продукта..............................................................................100

4.6.3 Контроль закваски на отсутствие посторонней микрофлоры............101

4.7 Полный контроль готового кисломолочного продукта............................101

4.8 Определения количества живых бифидобактерий......................................102

4.9 Контрольное тестирование продукта органами ГСЭН..........................102

Глава 5. Доклинические и клинические испытания

кисломолочного пробиотика «Стевилонг»..................................................103

Заключение........................................................................................................................106

Выводы....................................................................................................................................114

Практические предложения 116

Список литературы..................................................................................................117

Приложения

Введение

Актуальность, новизна, научная и практическая значимость проблемы

В условиях всё возрастающей интенсификации техногенного воздействия цивилизации - широкого применения ксенобиотиков, включая хи-миотерапевтические препараты, воздействия физических и биологических факторов, локальных и глобальных экологических катастроф, происходят значительные микроэкологические нарушения в человеческом организме, имеющие серьёзные последствия, как для отдельных индивидуумов, так и для общества в целом.

Иными словами, эти факторы оказывают крайне негативное воздействие на биологическую составляющую иммунной системы - нормальную аутофлору человека.

Перечисленные факторы могут быть ответственны за селекцию и распространение в природе штаммов микроорганизмов с атипическими свойствами, и за формирование в организме человека новых микробных сообществ.

К важным последствиям воздействия ксенобиотиков на нормальную аутофлору человека нужно отнести и формирование контингентов с врожденной сниженной резистентностью к условно-патогенным микроорганизмам.

Изменение этиологической структуры известных инфекционных заболеваний, с заменой традиционных патогенов на антибиотикорезистент-ные условно-патогенные микроорганизмы, также, в определённой степени, обусловлено ослаблением той части микрофлоры хозяина, которая ответственна за сохранение индивидуальной стабильности микробиоценозов и колонизационную резистентность.

Спектр клинических синдромов и патологических состояний, этио-патогенез которых, как полагают, может быть связан с изменением состава и функций нормальной микрофлоры, населяющей организм хозяина, в настоящее время достаточно широк и имеет тенденцию к увеличению.

Полноценная жизнедеятельность человека невозможна без нормального функционирования целостного экологического комплекса макро- и микроорганизмов.

Организм человека и его микрофлора существуют в состоянии постоянного взаимодействия, протекающего в условиях влияния факторов внешней среды.

Микрофлора, совместно с соответствующим биотопом, представляет собой микробную экологическую систему.

Специалистами отмечаются значительные сдвиги в аутофлоре человека, вызванные такими факторами, как изменение среды обитания, возрастание стрессовых нагрузок, бесконтрольное и бессистемное применение антибиотических и сульфаниламидных препаратов, а также лучевая и химиотерапия.

Одним из глобальных факторов нарушения общего гомеостаза населения является экологический прессинг, связанный с радиационными катастрофами. Например, авария на Чернобыльской АЭС затронула ряд областей России, в том числе Калужскую, Брянскую, Орловскую, Смоленскую.

Воздействие радиации, даже в относительно небольших дозах, нарушает способность организма самому управлять восстановлением ау-тофлоры.

Пагубное воздействие Чернобыля затронуло и неспецифическую составляющую иммунной системы человека - аутофлору, ослабив естественный иммунитет организма.

Проблема усугубляется также наблюдающимся дефицитом в рационе питания россиян биологически активных компонентов, растительных тканей, витаминов, ненасыщенных жирных кислот, минеральных веществ.

Одной из проблем нынешнего времени становится профилактика и лечение пострадиационных дисбактериозов, поскольку в развитии радиационного синдрома желудочно-кишечный симптомокомплекс является определяющим.

По данным Института питания РАМН, 30 процентов населения России имеют различные поражения системы пищеварения, изменяющие процессы всасывания и переваривания пищевых веществ, а миллионы людей нашей страны страдают сахарным диабетом или входят в группу диабетического риска.

По мнению ведущих специалистов мира, решить проблему оздоровления населения можно при помощи бактериопрофилактики и бактерио-терапии, в т. ч. потреблением продуктов питания с биологически активными добавками (БАД), корректирующими их пищевую ценность, обладающими, к тому же, антимутагенными свойствами. В последнее время БАД рассматриваются как многофункциональные регуляторы микробиоценоза желудочно-кишечного тракта, деконтаминанты, антиоксиданты, иммуномодуляторы, нормализаторы холестеринового обмена, источники сбалансированного поступления микронутриентов и т.д.

Восстановить баланс аутофлоры можно потребляя в пищу, например, кисломолочные продукты-эубиотики (пробиотики) на основе бифи-до- и лактобактерий, а также метаболически сходных с ними других представителей нормальной микрофлоры человека.

Особый интерес представляют кисломолочные продукты^ ферментированные симбиотическими заквасками, основанными на штаммах бифи-добактерий, лактобацилл, кефирных грибках, т.е. микроорганизмах, спо-

собных адаптироваться в желудочно-кишечном тракте и оказывать благотворное влияние на процессы обмена и всасывания.

Вопрос о целесообразности промышленного производства и применения пробиотиков, основанных на ассоциациях бифидобактерий и лактобацилл, для нормализации микробиоценоза макроорганизма и, в первую очередь, его кишечника решен положительно в разных странах мира.

В настоящее время существует большое число моно- и комплексных биопродуктов, в состав которых входят различные виды бифидобактерий, лактобацилл, а также препараты, содержащие наряду с живыми клетками данных микроорганизмов и различные биологически активные добавки (витамины, ферменты, различные бифидогенные факторы).

Включение бифидобактерий в состав продуктов лечебно-диетического и детского питания, особенно для детей первого года жизни, является целесообразным, как для профилактики, так и для лечения дисбактериозов кишечника.

В настоящее время во многих странах мира выпускается свыше 250 различных разновидностей кисломолочных продуктов диетического и детского питания, причем на долю Европы, в основном Северного ее региона, приходится 62% мирового выпуска этих продуктов, Азии - 29%, Африки - 5,5%, Северной Америки - 3% и Южной Америки - 0,5%.

В Японии широко применяются разнообразные кисломолочные продукты на основе бифидобактерий. За рубежом разработано промышленное производство ферментированных продуктов, заквасками которых являются как монокультуры микроорганизмов видов B.bifidum, В. longum, В.breve, так и в сочетании со штаммами семейства Lactobacillus, например, L.acidophilus, S.thermophilus, L.bulgaricus. В России на основе представителей бифидобактерий и лактобацилл разработаны ацидофиль-

ные адаптированные смеси "Малютка", "Бифилин", "Бифилакт", "Биолакт", "Балдырган", "Балбобек", "Лактовит", "Аэлита" и др.

Биопрепараты, выпускаемые в сухих фармакопейных формах - би-фидумбактерин, лактобактерин, бификол (Россия), лиобифидус, бифидо-гене (Франция), эугалан (Швейцария), омнифлора (Германия), сеактон, релактон, лактобациллин (Чехия, Словакия) и другие, содержат либо один вид бифидобактерий, лактобактерий или кишечных палочек, либо комплекс этих видов.

Данные по видовому составу бифидофлоры у детей и взрослых, а также данные клиницистов о недостаточной эффективности существующих сухих моно- и комплексных препаратов, позволили нам обосновать целесообразность производства продуктов функционального питания, содержащих в составе заквасок ассоциации таких видов бифидобактерий как, B.bifidum, B.longum и L.acidophilus, которые наиболее соответствуют потребностям детей первых лет жизни и взрослых.

Решить проблему обеспечения кисломолочными пробиотиками детского населения РФ, предполагалось целевой Федеральной Программой "Дети России". Обеспечение кисломолочными пробиотиками детского населения территорий, подвергшихся радиационному загрязнению, должны были осуществлять промышленные предприятия, строительство которых, в соответствие с целевой Федеральной Программой "Дети Чернобыля", намечалось в Брянской и Орловской областях.

Федеральная программа "Диабет" была призвана позаботиться о специальных продуктах питания, предназначенных для больных сахарным диабетом.

Однако из-за высокой проектной стоимости и отсутствия финансирования, данные Программы не были реализованы.

Целью данной работы является разработка технологии приготовления нового пробиотического кисломолочного продукта, обогащенного

стевиозидом и содержащего в качестве действующего начала поликомпонентную закваску, основанную на штаммах эубиотиков различных видов.

Задачами данной работы являются:

- изучение биологических свойств различных видов бифидобактерий и кефирных грибков по совместимости их в поликомпонентном пробио-тике для создания, на их основе, нового кисломолочного продукта.

- разработка на основе бифидобактерий и кефирных грибков лабораторной технологии получения нового пробиотического кисломолочного продукта "Стевилонг", содержащего подсластитель растительного происхождения;

- апробация лабораторной технологии приготовления пробиотического продукта "Стевилонг" на биотехнологических модулях и разработка нормативно-технической документации для его промышленного производства.

Научная новизна. Впервые разработан новый кисломолочный продукт "Стевилонг", обладающий широким спектром защитных факторов, содержащий в качестве действующего начала два вида бифидобактерий (В.Ыйёит и ВЛог^ит), кефирные грибки и стевиозид - природный подсластитель растительного происхождения.

Впервые установлена оптимальная концентрация стевиозида, не оказывающая негативного влияния на микробиологические процессы приготовления продукта и на углеводный обмен в организме челов�