26 февраля 2017г.
Введение
В последнее время в пищевой промышленности все больше внимания уделяется разработке новых продуктов функционального питания, обладающих пробиотическими свойствами.
Согласно определению ФАО/ВОЗ, пробиотики – это живые микроорганизмы, введение которых в достаточных количествах оказывает лечебно-профилактическое воздействие на организм человека и улучшает его здоровье [Hilletal., 2014]. Проведенные многочисленные исследования доказали эффективность многих штаммов молочнокислых бактерий, характеризующихся в качестве пробиотиков, в отношении их положительного влияния на функционирование желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) человека при различных нарушениях и стимулирования иммунной системы в целом.
Традиционными пробиотическими продуктами, получившими широкое распространение, являются ферментированные молочные продукты, полученные с помощью введения в их состав молочнокислых бактерий, выделенных от человека. Новым применением пробиотических микроорганизмов является разработка способов ферментации пищевых продуктов с использованием в качестве субстрата крахмалосодержащих зерновых культур, а также побочных продуктов их переработки, обладающих высокой питательной ценностью. При этом использование пробиотических штаммов бактерий позволяет получить продукт, обладающий определенными органолептическими свойствами, а также характеристиками, возможно, улучшающими здоровье.
К настоящему времени существует немало исследований, посвященных ферментации зерновых культур или их компонентов пробиотическими микроорганизмами. Например, в работе D. сharalampopoulosetal. культивирование штаммов лактобактерий (Lactobacillusfermentum, Lact. reuteri, Lact. acidophilusandLact. plantarum) проводили в питательных средах на основе солода, ячменя и пшеницы [Charalampopoulosetal.,2002]. В другой работе авторы исследовали рост лакто- и бифидобактерий в питательных средах на основе белковых и полисахаридных фракций дробины ячменя с дополнительным внесением различных добавок [Noviketal., 2007]. В то же время предварительная обработка зерна с помощью протеолитических ферментных препаратов, а также ее влияние на рост культур молочнокислых бактерий практически не рассматриваются.
Таким образом, целью настоящей работы являлся подбор оптимальной дозировки ферментного препарата (ФП) Protex 40 Eдля предварительной обработки протеина пшеничной муки грубого и тонкого помола, а также исследование роста лактобактерий на полученных гидролизатах.
Экспериментальная часть
В качестве модельных субстратов в работе использовали обойную цельнозерновую пшеничную муку со следующим заявленным производителем составом (на 100 г продукта): белки – 11,5 г, жиры – 2,2 г, углеводы – 71,0 г; пшеничную муку высшего сорта (на 100 г продукта): белки – 10.4 г, жиры – 1.1 г, углеводы – 71.5 г. Перед гидролизом муку суспендировали в дистиллированной воде и подвергали термической обработке в течение 10 мин при температуре 112 °C. Гидромодуль - 10. Для изменения рН среды использовали 10 % растворы серной кислоты и гидроокиси натрия.
Ферментативный гидролиз муки проводили препаратами с амилолитической и протеолитической активностью. Для разжижения и осахаривания крахмалаиспользовали ФП Duozyme (Novozymes) при оптимальных условиях pH 5.5, T = 60 °C, τ = 2 часа, дозировка – 1% от содержания СВ в муке. Концентрацию редуцирующих веществ определяли по Бертрану [Шакир, 2001]. Для протеолиза использовали ФП Protex 40E (Genencor) при оптимальных условиях pH 8.6, T = 60 °C, τ = 2 часа, дозировка – 0,05; 0,1; 0,3; 0,5; 1; 2 % от содержания белков в муке. Эффективность протеолиза оценивали по концентрации белковых веществ в растворе, определенных методомЛоури [Lowryetal., 1951].
В качестве микробного объекта был выбран штамм грамположительных неспорообразующих молочнокислых бактерий Lactobacillusparacasei. Для получения инокулята лактобактерий использовали стандартную среду MRS [6]. Глубинное гетерофазное культивирование лактобактерий проводили в микроаэрофильных условиях (доступ кислорода воздуха не ограничивали) при температуре 37 °C в течение 48 часов без перемешивания. Доза посевного материала составляла 5% от рабочего объема. Инокулятом служила суточная культура лактобактерий.
Определение количества жизнеспособных клеток лактобактерий (КОЕ/мл) проводили методом высева последовательных десятикратных разведений исследуемых образцов на агаризованную среду MRS [Нетрусов, 2005].
Результаты и их обсуждение
Определение оптимальной дозировки ФП Protex 40 E для обработки протеина обойной пшеничной муки и пшеничной муки высшего сорта
Как известно, наличие в питательной среде белка различной степени полимеризации усиливает рост молочнокислых бактерий [Банникова, 1975]. Наиболее эффективным способом перевода протеина в более доступную форму (пептиды, аминокислоты) для лактобактерий является ферментативный гидролиз. Таким образом, на первом этапе работы проводили подбор оптимальной концентрации ФП Protex 40 E с точки зрения экстракции белков в раствор.В результате установлено, что наибольшая концентрация белка в растворе (12.1 г/л) достигалась при обработке обойной пшеничной муки ФП Protex 40 E в концентрации 0.5 % от содержания протеина в муке.
При ферментативной обработке пшеничной муки высшего сорта наибольшая концентрация белков в растворе составляла около 21.5 г/л при использовании ФП Protex 40 Eв концентрации 0.3 %. При этом дальнейшее повышение концентрации фермента,
как
в первом, так и во втором
случае, не оказывало влияния на экстракцию белков в раствор. В то же время стоит отметить, что содержание аминного азота в ферментолизатах было невелико (данные не показаны).
Исследование роста лактобактерий на гидролизатах обойной пшеничной муки и пшеничной муки высшего сорта,полученных при обработке ФП Дуозайм и ФП Protex 40E
На втором этапе проводили оценку активности роста лактобактерий на полученных гидролизатах.
В результате установлено, что на 48 ч активность роста лактобациллна гидролизатах обойной пшеничной муки была несколько выше, чем на питательных средах на основе гидролизатов пшеничной муки высшего сорта. При этом наибольший титр МКБ (8.8×108 КОЕ/мл) достигался на питательной среде с обойной пшеничной мукой, полученной при обработке ферментным препаратом в концентрации 0.5 %.
Таблица 1. Культивирование лактобактерий на гидролизатах обойной пшеничной муки
|
Параметры
|
Наименование и дозировка ФП
|
|
Protex40E
|
|
0.05%
|
0.1%
|
0.5%
|
1%
|
2%
|
|
ПС
|
Начальная концентрация РВ, г/л
|
61.2
|
61.2
|
61.2
|
62.5
|
62.5
|
|
Начальная концентрация белка,
г/л
|
4.06
|
5.54
|
12.09
|
12.10
|
12.16
|
|
pH
|
3.22
|
3.19
|
3.16
|
3.20
|
3.19
|
|
48 часов
|
КОЕ/мл
|
4.2×108
|
5.2×108
|
8.8×108
|
6.1×108
|
6.2×108
|
|
Конечная концентрация РВ, г/л
|
42.9
|
42.9
|
40.5
|
42.9
|
42.9
|
|
Степень потребления РВ, %
|
30
|
30
|
33.8
|
31.4
|
31.4
|
Также степень потребления углеводов в первом случае была выше, чем во втором, и составляла около 34 %.
Таблица 2. Культивирование лактобактерий на гидролизатах пшеничной муки высшего сорта
|
Параметры
|
Наименование и дозировка ФП
|
|
Protex40E
|
|
0.05%
|
0.1%
|
0.3%
|
0.5%
|
1%
|
|
ПС
|
Начальная концентрация РВ, г/л
|
59.9
|
59.6
|
59.9
|
59.9
|
59.9
|
|
Начальная концентрация белка,
г/л
|
16.9
|
19.4
|
21.4
|
21.5
|
22.1
|
|
pH
|
3.04
|
3.15
|
3.29
|
3.34
|
3.39
|
|
48 часов
|
КОЕ/мл
|
1.2×108
|
1.0×108
|
1.6×108
|
3.3×108
|
1.9×108
|
|
Конечная концентрация РВ, г/л
|
54.0
|
54.0
|
54.0
|
54.0
|
54.0
|
|
Степень потребления РВ, %
|
9.8
|
9.4
|
9.8
|
9.8
|
9.8
|
Таким образом, гидролизаты обойной пшеничной муки в рассмотренных условиях в большей степени стимулируют рост лактобактерий, чем гидролизаты пшеничной муки высшего сорта.
Заключение
В результате исследования установлено, что предварительная обработка обойной пшеничной муки и пшеничной муки высшего
сорта ферментным препаратом Protex 40 Eпозволяла
получить
высокобелковые питательные среды для культивирования лактобактерий. При этом наибольшая экстрагируемая концентрация белка в раствор (21.5 г/л) достигалась при обработке суспензии пшеничной муки высшего сорта ФП Protex 40 Eв концентрации 0.3 % от содержания протеина в муке. При использовании обойной пшеничной муки (12.1 г/л) - при концентрации фермента 0.5 %. В то же время активность роста лактобактерий на гидролизатах муки высшего сорта была ниже (3.3×108 КОЕ/мл), чем активность роста лактобацилл на гидролизатах обойной пшеничной муки (8.8×108 КОЕ/мл).
Благодарности
* Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект №16-19-10469).
Список литературы
1.
Банникова
Л. А.
Селекция
молочнокислых бактерий
и их
применение
в молочной промышленности. М.: Пищевая промышленность. 1975. 255 с.
2.
Нетрусов А. И. Практикум по микробиологии. М.: Академия. 2005. 608 с.
3.
Шакир И.В., Красноштанова А.А., Парфенова Е.В. Общая биотехнология: лабораторный практикум. М.: РХТУ. 2001. 63 с.
4.
Hill C. Expert consensus document: The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics consensus statement on the scope and appropriate use of the term probiotic
. Nature reviews Gastroenterology & hepatology. 2014.
Vol. 11. No. 8. P. 506-514.
5.
Lowry O.H.,
Rosebrough N.J., Farr A.L., Randall R.J. Protein measurement with Folin phenol reagent. J. Biol. Chem.1951.
Vol. 193. No.1. P. 265-275.
6.
Novik G. I., Wawrzynczyk J., Norrlow O., Szwajcer-Dey E. Fractions of Barley Spent Grain
as Media for Growth of Probiotic Bacteria. Microbiology. 2007. Vol.76, No.6. P. 902–907.
