Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология продуктов функционального питания. Учебное пособие.pdf
51
Термофильные палочковидные виды Lactobacillus delbrueskii,
Lactobacillus bulgaricus и L. leichmanii, которые быстро растут и обра-
зуют много молочной кислоты за короткое время. В качестве сырья
чаще всего используют мелассу или гидролизованный крахмал.
Если в качестве субстрата используют пентозы, то применяют
соответствующие штаммы – L. pentosus.
Для сбраживания молочной сыворотки нужны – Lactobacillus
bulgaricus, L. casei, Streptococcus lactis.
Для получения лактата из малеиновой кислоты используют – L.
casei.
В промышленности для получения молочной кислоты чаще всего используют мелассу, осахаренный картофельный затор, к которым
добавляют источники витаминов – солодовый или кукурузный экстракт, минеральные соли, источники азота и фосфора. Молочную кислоту в промышленных условиях получают методом глубинной анаэробной ферментации.
Лечебные и лечебно-профилактические препараты, БАД и
продукты функционального назначения.
В ЖКТ человека среди представителей молочнокислых бактерий
преобладают представители рода Lactobacillus, которых часто называют
лактобактериями. Реже обнаруживаются и другие молочно-кислые бактерии, в том числе стрептококки (лактококки). Лактобактерии, как и
бифидобактерии, стимулируют механизмы защиты организма человека,
в том числе увеличивают скорость регенерации слизистой оболочки,
влияют на синтез антител к патогенным микроорганизмам, активируют
фагоцитоз, синтез лизоцима, интерферонов и цитокинов. Благодаря
продукции органических кислот, перекисей, антибиотиков, бактериоцинов и бактерицидов, многие штаммы лактобацилл проявляют выраженную антагонистическую активность в отношении патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. Лактобактерии продуцируют ряд гидролитических ферментов, в частности, лактазу, предотвращающую развитие лактазной недостаточности. Лактобактерии (лактобациллы) являются преобладающим типом нормальной микрофлоры вульвы и влагалища. Видовой состав микрофлоры существенно различаться в зависимости от расовой и национальной принадлежности человека, территории его проживания, пищевого рациона и других моментов. Это следует учитывать при конструировании пробиотиков и продуктов функционального питания на основе живых лактобацилл с целью их внедрения на рынок того или иного региона.
52
Лактобациллы длительное время привлекают внимание биотехнологов ввиду их потенциального значения для сохранения здоровья,
профилактики и лечения многих заболеваний.
Клинические состояния, при которых пробиотики и продукты
функционального питания, содержащие молочнокислые бактерии,
оказывали профилактический и/или лечебный эффект следующие:
• Дисбактериозы (дисбиозы).
• Нарушения состава микрофлоры гениталий.
• При предродовой подготовке беременных женщин, относя-
щихся к группе риска инфекционных осложнений.
• Острые кишечные инфекции (дизентерия, колиинфекция,
сальмонеллез, стафилококковый энтероколит, диареи невыясненной
этиологии и др.).
• Хронические воспалительные заболевания кишечника (коли-
ты, болезнь Крона, синдром раздражения толстой кишки, и т.п.)
• Гастриты, гастродуодениты, язвенная болезнь желудка и две-
надцатиперстной кишки.
• Сахарный диабет.
• Лактазная недостаточность, алактазия.
• Аллергические заболевания (бронхиальная астма, экземы,
нейродермиты, атонические дерматиты и т.д.).
• Запоры.
• Новообразования.
• Гипертоническая болезнь.
• Гиперхолестеринемия.
• Внутрибольничные инфекции.
• Гипероксалурия.
Среди лактобацилл виду Lactobacillus acidophilus принадлежит
ведущая роль как основе многочисленных диетических кисломолочных продуктов, препаратов и БАД. Столь большое внимание ученых к
ацидофильным лактобациллам обусловлено тем, что представители
данного вида не участвуют в возникновении каких-либо патологических процессов в организме человека. Ацидофильные лактобациллы в
виде живых или инактивированных бактерий, автолизатов, бесклеточных продуктов метаболизма, экстрактов и других форм широко используются для профилактики и лечения больных с различными ост-
53
рыми и хроническими заболеваниями пищеварительного тракта, воспалительными заболеваниями дыхательных путей и ротовой полости,
бактериальными инфекциями мочеполовой системы. Представители
этого вида применяют для стимуляции роста лакто- и бифидофлоры.
Эти микроорганизмы обладают противоопухолевой активностью и
стимулируют различные звенья иммунитета.
Первые сведения об использовании ацидофильных бактерий для
профилактики и лечения заболеваний человека относятся к 1910 году,
когда на рынке появилось ацидофильное молоко. В настоящее время в
различных странах мира ацидофильные лактобациллы вводят в монокультуре, либо в комплексе с различными видами бифидобактерий в
состав биологически активных препаратов и пищевых добавок («Ацидофлора», «Ацидофилюс», «Вита Баланс 3000», «Линекс», «Пробио
форте» и др.), а также многочисленных кисломолочных продуктов как
моновидового, так и комплексного состава (например, в составе бифидосодержащих продуктов, в йогуртах). В России на основе трех высокоантагонистичных штаммов Lactobacillus acidophilus (штаммы
100аш, NK1, K3III24) разработан фармакопейный препарат, известный
под коммерческим названием «Ацилакт».
Среди биологически активных добавок к пище на основе живых
микроорганизмов достаточную популярность в Советском Союзе, а в
настоящее время в России, на Украине и в других странах, имеет сухая
закваска, приготовленная с использованием штамма Lactobacillus aci-
dophilus 317/402 (коммерческое название "Наринэ"). Эта культура,
изолированная ереванским микробиологом Л. А. Ерзинкяном, обладает витаминосинтезирующей и антагонистической активностью, способствует выработке интерферона и применяется в лечебнопрофилактических целях в виде сухого препарата, ферментированного
молока, мазей и т. д.
Среди зарубежных и российских пробиотиков и продуктов
функционального питания, изготовленных на основе живых лактобацилл, достаточную популярность имеют пищевые добавки и кисломолочные продукты с использованием следующих видов молочнокислых
микроорганизмов: Lactobacillus rhamnosus GG (АТСС 53103), L.
delbrueckii, L. plantarum, L. helveticus, L. casei, L. reuteri и L. fermentum.
Области применения данных видов схожи с таковыми при применении
ацидофильных молочнокислых бактерий.
Интересен штамм Lactobacillus plantarum 299 человеческого
происхождения, который способен катаболизировать аргинин с обра-
54
зованием окиси азота. Это соединение вовлекается в серию важнейших функций желудочно-кишечного тракта. Окись азота оказывает
бактериостатическое действие в отношении дрожжей р. Candida, патогенных и условно-патогенных бактерий группы кишечной палочки (р.
Shigella, р. Salmonella, р. Helicobacter), амеб и кишечных паразитов,
способствует секреции муцина и регуляции перистальтики, стимулирует иммунные функции, предотвращение поступления эндотоксинов
в сыворотку крови.
В России пробиотики на основе лактобацилл применяются в виде фармакопейных препаратов (различных лекарственных форм – таблетки, ампулы, свечи), включающих в себя лиофилизированные бактерии («Лактобактерин», «Ацилакт», «Ацитол»), биологически активных пищевых добавок (сухие или жидкие закваски ацидофильных лактобацилл типа «Наринэ») и различных продуктов функционального
питания (ферментированные лактобациллами молоко, фруктовые,
овощные соки и т.д.). Лактобациллы и бифидобактерии также находят
широкое применение при изготовлении пробиотиков, используемых в
животноводстве для профилактики и лечения разнообразных инфекционно-воспалительных заболеваний как сельскохозяйственных, так и
домашних, в том числе декоративных, животных и птиц («Зоонорм»,
«Лактобифадол», «Пролам», «Лактицид», «Стрептобифид-форте»,
«Интестевит» и др.).
Некоторые другие виды микроорганизмов,
кроме молочнокислых бактерий и бифидобактерий,
применяемые для создания пробиотиков
В качестве основы пробиотиков в последнее время все чаще
применяют виды, не относящиеся к молочнокислым и бифидобактериям. Рассмотрим некоторые из них:
Escherichia coli. По современной классификации род Escherichia
входит в семейство Enterobacteriaceae, порядок Enterobacteriales,
класс Gammaproteobacteria (γ proteobacteria), тип Proteobacteria, царство бактерии. Содержание кишечных палочек в фекалиях здорового
человека составляет 10
7
-108 КОЕ/г. Эти бактерии играют важную роль
в работе желудочно-кишечного тракта. Кишечная палочка с нормальной ферментативной активностью является, вместе с бифидо- и лактобактериями, конкурентом условно-патогенной и патогенной микрофлоры, препятствуя ее размножению. Кишечная палочка участвует в
55
холестериновом обмене и обмене жирных кислот, улучшает всасывание железа и кальция, способствует гидролизу лактозы, вырабатывает
витамины группы B, продуцирует антибиотикоподобные вещества.
Представители этого вида были первыми живыми кишечными бактериями, которые широко стали использоваться для лечения и профилактики заболеваний пищеварительного тракта. Первые упоминания
об использовании кишечных палочек с лечебной целью относятся еще
к 1889 году. В 1906 году был разработан прием введения живых кишечных палочек посредством клизм. В 1916 году в Германии был
предложен для клинического использования в гастроэнтерологии лекарственный препарат «Мутафлор», который представлял собой живые кишечные палочки человеческого происхождения, помещенные в
желатиновые капсулы, предохраняющие микроорганизмы от гибели
при их прохождении через желудок. Первым пробиотическим препаратом на основе кишечных палочек была колипростокваша, предложенная в 1931 году для восстановительной терапии бактериальной
микрофлоры. В 1959 году в СССР были изготовлены первые серии
«Колибактерина сухого» путем лиофильного высушивания культуральной жидкости, содержащей биомассу кишечных палочек. В декабре 1960 г. начался промышленный выпуск «Колибактерина сухого». «Колибактерин» сухой и «Бификол» («Бификол» представляет
собой микробную массу живых штаммов бифидобактерий (В. bifidum
№ 1) и кишечной палочки (E. сoli М 17), лиофильно высушенных) назначают взрослым, а также детям начиная с 6-месячного возраста для
лечения острых кишечных инфекций бактериальной и вирусной природы, больным колитами, энтероколитами на фоне дисбактериоза.
Для профилактики и лечения заболеваний кишечника молодняка
сельскохозяйственных животных в России предложен новый пробиотик («Ромакол»), содержащий генно-инженерный высокоантагонистический штамм Е. со1i 17П74.
Из культуральной жидкости Е. со1i М17 изолирован комплекс
низкомолекулярных биологически активных метаболитов (коммерческое название «Актофлор»), обладающих иммуномодулирующим действием, способностью стимулировать рост не только кишечных палочек, но и бифидобактерий и лактобацилл.
Bacillus. По современным представлениям, аэробные спорообра-
зующие бактерии, или бациллы, объединяются в отдельный род
Bacillus семейства Bacillacea. Хотя большинство бактерий, обладающих пробиотическими свойствами, являются постоянными обитателя-
56
ми кишечника человека, животных и птицы, все чаще в составе пробиотиков стали использовать бактерии, не относящиеся к эндогенной
микрофлоре, а проходящие транзитом через желудочно-кишечный
тракт и не имеющих мест прикрепления к слизистой кишечника. Это
спорообразующие бактерии, в особенности из рода Bacillus, особенно
виды Bacillus subtilis, B. pumilus, B. polymyxa. Штаммы в составе про-
биотических препаратов отбираются по выраженности антагонистических свойств к патогенной микрофлоре. Они продуцируют большое
количество антибиотических и других веществ, подавляющих многие
патогенные микроорганизмы. Например, количество антибиотиков,
продуцируемых видом B.subtilis, составляет около 70. Споровые пробиотики используют для вытеснения патогенной микрофлоры, особенно при острых кишечных инфекциях. Способность спорообразующих бактерий оказывать пробиотическое действие привела к разработкам на их основе препаратов, отнесенных к поколению так называемых самоэлиминирующихся антагонистов. В итоге на сегодняшний
день в мире создано более полусотни препаратов, которые полностью
или частично составлены на основе спорообразующих бактерий, например, «Споробактерин» (B. subtilis), «Бактиспорин» (B. subtilis), «Энтерогермин» (B. subtilis), «Цереобиоген» (B. cereus) и др.
Enterococcus. По современной классификации род Enterococcus
входит в семейство Enterococcaceae, порядок Lactobacillales, класс
Bacilli, тип Firmicutes, царство Бактерии. В пищеварительном тракте
людей и животных наиболее часто присутствуют E. faecalis, E. avium,
E. faecum. Энтерококки не образуют спор и капсул. Они имеют овальную форму и размер 0,6–2,0 на 0,6–2,5 мкм. Энтерококки являются
факультативными анаэробами, способными использовать энергию
брожения и, поэтому, могут жить как при достаточно высоких, так и
при малых количествах кислорода. Энтерококки растут при температуре от 10 до 45 °С, но температура от 35 до 37 °С для них наиболее
оптимальна. Энтерококки осуществляют метаболизм бродильного типа, ферментируют разнообразные углеводы с образованием в основном молочной кислоты, но не газа, снижая кислотность среды до рН
4,2-4,6. Энтерококки высокорезистентены к различным факторам
внешней среды и дезинфицирующим средствам, могут длительное
время сохранять жизнеспособность на предметах домашнего обихода,
выдерживают нагревание до 60 °С в течение 30 минут.
Энтерококки входят в состав нормальной микрофлоры желудочно-кишечного тракта человека и многих позвоночных, играют важную
57
роль в обеспечении колонизационной резистентности слизистой оболочки. С другой стороны, энтерококки являются возбудителями инфекций мочевыводящих путей, инфекций органов малого таза, раневых инфекций и пр.
Энтерококки являются активным ингредиентом некоторых пробиотиков, предназначенных для лечения дисбактериоза и восстановления нормальной микрофлоры кишечника. Продемонстрировано, что
многие штаммы энтерококков и лактококков способны проявлять антимутагенную активность. В частности, они входят в пробиотики
«Бифиформ» (изготовитель Ferrosan), «Линекс» (Lek) и «Bioflorin»
(Cerbios-Pharma). Водный экстракт продуктов обмена веществ
Enterococcus faecium DSM 4086 входит в состав противодиарейного
лекарства «Хилак форте». Для включения в пробиотики обычно используют штаммы энтерококков, исходно селекционированные для
создания пищевых продуктов. СанПиН 2.3.2.2340-08, утвержденный
Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ 18
февраля 2008 г. № 13 разрешает к использованию в пищевой промышленности энтерококки Enterococcus durans и Enterococcus faecium.
Поскольку при оральном назначении больших количеств энтерококков всегда имеется потенциальная опасность транслокации и
гнойно-септических осложнений, пробиотики на основе этих микроорганизмов должны иметь ограниченное применение в медицине.
В США, Италии, России и других странах нередко для профилактики заболеваний свиней, жвачных животных также для улучшения усвоения ими пищи используют пробиотики на основе различных
видов энтерококков.
Propionibacterium. По современной классификации род
Propionibacterium входит в семейство Propionibacteriaceae, подпорядок Propionibacterineae, порядок Actinomycetales, класс Actinobacteria,
тип Actinobacteria, царство Бактерии. Пропионовокислые бактерии
или пропионибактерии – род грамположительных факультативных
анаэробных неподвижных бактерий, синтезирующих в процессе метаболизма пропионовую кислоту. Propionibacterium обычно имеют вид
острых палочек размером 0,5-0,8 на 1,0-1,5 мкм. Реже, в зависимости
от условий и цикла развития – кокковидной, изогнутой или булавовидной. Propionibacterium размножаются делением на две клетки и не
образуют спор. Пропионовокислые бактерии являются возбудителями
пропионовокислого брожения, при котором образуются пропионовая
кислота и её соли – пропионаты. Кроме пропионовой кислоты, про-
58
пионовокислые бактерии продуцируют уксусную кислоту, углекислый
газ и др. Propionibacterium кроме сахаров и молочной кислоты, спо-
собны сбраживать пировиноградную кислоту, глицерин и другие вещества. Они разлагают аминокислоты, при этом выделяются жирные
кислоты. Многие виды Propionibacterium способны продуцировать
витамин B
. Это качество пропионибактерий используются при про-
12
изводстве витаминов. Propionibacterium обитают в желудочно-
кишечном тракте жвачных животных, часто обнаруживаются в сыром
молоке. Propionibacterium также присутствуют в толстой кишке человека. Положительная роль пропионовокислых бактерий как пробиотиков обусловлена образованием ими пропионовой кислоты, органических кислот, бактериоцинов, ферментов и витаминов. Пропионовокислые бактерии обладают мощными антимутагенными и иммуномодулирующими свойствами, способны снижать генотоксическое действие
ряда химических соединений и УФ-лучей. Доказано, что пропионовокислые бактерии способны воздействовать на липидный обмен организма, снижая уровень холестерина в крови. Показано, что при совместном культивировании пропионовокислых бактерий и бифидобактерий, экзополисахариды, синтезируемые пропионовокислыми бактериями, стимулируют рост бифидобактерий, а также предохраняют их
от неблагоприятных факторов внешней среды.
Закваски пропионовокислых бактерий нашли свое применение
при производстве кисломолочных биопродуктов, которые рекомендованы к употреблению для всех категорий населения, особенно детям,
подросткам, людям со сниженным иммунитетом, с высоким риском
развития раковых опухолей. Например, закваска «Пропионикс» содержит чистые культуры пропионовокислых бактерий
(Propionibacterium freudereichii subsp. shermanii КМ 186) – активно
ферментируют молоко и пищевые среды без стимуляторов роста, позволяют интенсифицировать технологический процесс, гарантируют
высокое качество готовых продуктов и применяются для производства
кисломолочных пробиотических продуктов.
Штамм Propionibacterium freudenreichii ssp. shermanii КМ-186
входит в состав отечественных БАД «Йодпропионикс» и «Селенпропионикс». Пропионовокислые бактерии входят в состав мультипробиотиков группы «СИМБИТЕР» («СИМБИТЕР-2», «СИМБИТЕР ацидофильный» и пр.)
Различные виды пропионовокислых бактерий широко используют в производстве сыров. Пропионовокислые бактерии также при-
59
меняют в хлебопечении. Их наряду с молочнокислыми бактериями и
дрожжами вводят в некоторые закваски для теста с целью образования
в процессе ферментации, помимо молочной и уксусной кислот, еще и
пропионовой кислоты, которая оказывает фунгицидное действие, без
заметного влияния на вкус и аромат выпекаемого хлеба.
Oxalobacter formigenes. Это анаэробные грамотрицательные неподвижные неспорообразующие бактерии являются постоянными
обитателями кишечного тракта позвоночных, включая человека. Данный микроорганизм использует в процессе своей жизнедеятельности
экзогенный оксалат в качестве источника энергии для своего выживания. Находясь в симбиотических отношениях с организмом человека
данные бактерии снижают абсорбцию оксалатов в просвете кишечника с дальнейшим снижением их концентрации в плазме и моче и играют важную роль в регуляции гомеостаза солей щавелевой кислоты в
организме хозяина. O. formigenes осуществляет катаболизм ~ 70-100
мг/сут. оксалата, поступающего с пищей. Рекомендовано использовать
эти микроорганизмы, а также и препараты на их основе, для предотвращения гипероксалурии и почечно-каменной болезни.
В настоящее время для получения пробиотиков также используют некоторые виды дрожжей, например, Saccharomyces kefir,
Saccharomyces cerevisiae и др.
Биотехнологические особенности производства
кисломолочных напитков, в том числе и относящихся
к продуктам функционального питания
К управляемым способам получения кисломолочных продуктов
функционального назначения относятся биотехнологические способы,
в которых с помощью биологических агентов, в частности, микроорганизмов можно влиять на состав и свойства этих продуктов. Общим в
производстве всех кисломолочных напитков является сквашивание
подготовленного молока заквасками и, при необходимости, созревание. Специфика производства отдельных напитков различается лишь
температурными режимами некоторых операций, применением заквасок разного состава и внесением наполнителей.
Кисломолочные продукты получают сквашиванием молока или
сливок чистыми культурами молочнокислых бактерий, иногда с участием дрожжей и уксуснокислых бактерий. В процессе сквашивания
протекают сложные микробиологические и физико-химические про-
60
цессы, в результате которых формируются вкус, запах, консистенция и
внешний вид готового продукта.
Важнейшим биохимическим процессом, протекающим при производстве кисломолочных напитков, является молочнокислое брожение, особенности протекания которого и определяют органолептические свойства готовых продуктов. В результате сквашивания в молоке
снижается содержание лактозы, накапливается молочная кислота, повышается количество свободных аминокислот, ароматических соединений, летучих кислот, антибиотических веществ, ферментов, витаминов и различных метаболитов, значительно меняется структура мицелл казеина. При этом снижается аллергизирующее действие белков
молока на организм. Получаемые кисломолочные продукты содержат
большое количество полезных микроорганизмов.
К основным группам микроорганизмов, используемым при производстве молочных продуктов, относят молочнокислые, пропионовокислые, уксуснокислые бактерии, дрожжи и бифидобактерии.
Накопление молочной кислоты при сбраживании лактозы имеет
существенное значение для образования белкового сгустка, определяющего консистенцию кисломолочных напитков. Свертывание молока связано с коагуляцией его основного белка – казеина. Сущность
кислотной коагуляции сводится к следующему. Образующаяся молочная кислота снижает отрицательный заряд казеиновых мицелл и в результате этого перехода достигается изоэлектрическое состояние казеина (рН 4,6 - 4,7). Помимо снижения отрицательного заряда казеина
нарушается структура казеинат-кальций-фосфатного комплекса (отщепляется фосфат кальция и структурообразующий кальций).
Характер сгустка кисломолочных напитков различный. В одних
случаях он плотный, в других – ровный и нежный или хлопьевидный.
Состав и свойства исходного сырья обусловливают скорость свертывания белков молока и прочность полученных сгустков. Несмотря на
то, что при производстве кисломолочных напитков резервуарным способом нарушается структура сгустка при перемешивании и расфасовке, тем не менее, сыворотка не отделяется. В продуктах с плотным
сгустком при длительном хранении наблюдается отделение сыворотки
вследствие синерезиса. Для кисломолочных напитков синерезис – явление нежелательное. Поэтому при их производстве используют бактериальные закваски нужного состава, производят нормализацию сырья по сухим веществам и белку, технологический процесс ведут при
режимах, предотвращающих возникновение синерезиса.