Инновационная биотехнология приготовления гидролизованной биомассы - пептидного ультрализата с использованием селективных бактерий

В настоящее время в пищевых системах нового поколения активно развивается биотехнологический вектор, который реализуется путем создания специализированных продуктов, в том числе БАД, с использованием микроорганизмов и их метаболитов [1–3]. Разрабатываются высокоэффективные здоровьесберегающие биотехнологии с применением грибных культур, селективных биомасс микроорганизмов, их метализатов и пептидных фильтратов. Результаты этой работы находят применение в формировании и поддержании микрофлоры у беременных женщин и детей, пожилых людей, для профилактики и комплексного лечения инсулинрезистентности, коррекции массы тела и ожирения, других распространенных заболеваний. Приоритетным направлением является комплексный подход к управлению здоровьем (биохакинг) путем нормализации обменных процессов и внутриклеточного обновления [4].

В биотехнологии широко используются различного рода бактерии, определяющие индивидуальные свойства ультрализатов [5– 17].

Цель, объекты и методы исследований

Цель настоящей работы – разработать биотехнологию приготовления гидролизованной биомассы – пептидного ультрализата с использованием селективных бактерий.

В качестве объектов исследования использованы гидролизованные биомассы – пептидные ультрализаты на основе различных бактерий:     Bifidobacterium adolescentis;

Bifidobacterium longum; Bifidobacterium breve; Bifidobacterium    bifidum;    Bifidobacterium animalis; Lactobacillus plantarum; Lactobacillus salivarius; Lactobacillus rhamnosus; Lactobacillus casei; Lactobacillus helveticus; Lactococcus lactis; Lactobacillus delbrueckii subsp. Lactis; Lactobacillus    acidophilus;    Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus; Streptococcus thermophiles; Propionibacterium freudenreichii; Leuconostoc mesenteroides subsp. dextranicum. Чистые бактериальные культуры получены из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов в лиофилизованном виде.

Использовались стандартные и специальные методы исследования. Содержание аминного азота определяли титрованием раствором гидроксида натрия концентрации с (1 NaOH) = 0,1 моль/дм3 до pH 8,5. Сущность метода состоит в связывании аминогруппы аминокислот формальдегидом с последующим титрованием диссоциированной карбоксильной группы раствором щелочи.

Массу аминного азота в жидком ультрализате (X1) в мг/см3 вычисляют по формуле:

X1=V2·К·0,0014·1000·ρ/V3, где V2 – объем раствора гидроксида натрия, израсходованный на титрование испытуемой пробы, см3; К – поправочный коэффициент к титру раствора гидроксида натрия концентрации с (1 NaOH) = 0,1 моль/дм3; V3 – объем гидролизата, используемый для анализа, см3; 1000 – коэффициент пересчета в мг/см3;

0,0014 – количество азота, соответствующее 1 см3 раствора гидроксида натрия концентрации 0,1 моль/дм3, г; ρ – плотность исследуемого раствора.

Массу аминного азота в сухом ультрализате (X 2 ) в мг/см³ вычисляют по формуле :

X 1 =V 1 ·V 2 К·0,0014·1000·ρ/V 3 ·m, где V 1 – объем воды, взятой для растворения образца; V 2 – объем раствора гидроксида натрия, израсходованный на титрование испытуемой пробы, см³; К– поправочный коэффициент к титру раствора гидроксида натрия концентрации с (1 NaOH) = 0,1 моль/дм³;

• V 3 – объем растворенного гидролизата, используемый для анализа, см³; 1000 – коэффициент пересчета в мг/см³; 0,0014 – количество азота, соответствующее 1 см³ раствора гидроксида натрия концентрации 0,1 моль/дм³, г; ρ – плотность исследуемого раствора; m– масса навески сухого ультрализата.

Микробиологические показатели (КМА-ФаМ, КОЕ/ см3, плесени, КОЕ/г, дрожжи, КОЕ/г, патогенные микроорганизмы, в т. ч. сальмонеллы, БГКП – колиформы) и токсические элементы: свинец, мышьяк, кадмий и ртуть определяли согласно требованиям ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции»

Результаты и их обсуждение

Разработана биотехнология гидролизованных биомасс «Ультрализатов пептидных» с использованием различного рода бактерий. Представляют смесь биологически активных веществ – продуктов метаболизма бактериальных микроорганизмов, компонентов фрагментов клеточных стенок бактерий и их внутриклеточного содержимого.

Инновационность технологии заключается в первичной генерации чистых культур микроорганизмов с последующим приготовлением бактериальной биомассы при заданных условиях, что обеспечивает высокую стабильность и функциональную активность ультрализатов.

Биотехнологический процесс производства включает следующие основные стадии:

• -    Приготовление первой генерации бактерий . В работе использованы чистые бактериальные культуры, полученные из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов в лиофилизированном виде: ампулы вскрываются в стерильных условиях, добавляется питательная среда, предварительно стерилизованная в автоклаве при установленных температурных и временных режимах. Культивирование микроорганизмов проводят в термостате. Качество первой генерации бактерий определяют путем высева среды, их количество должно составлять не менее 1·10⁹ КОЕ/мл.

• -    Приготовление инокулята бактерий . Готовится среда с установленным составом, которая стерилизуется в автоклаве при заданных режимах. В подготовленную таким образом среду добавляют первую генерацию микроорганизмов, которые культивируют в термостате без перемешивания. Контроль качества инокулята осуществляют путем высева

бактерий на специальные среды. Численность бактерий должна составлять не менее 1·109 КОЕ/мл.

• -    Приготовление жидкой бактериальной биомассы . Ингредиенты питательной среды помещают в бак с очищенной водой, включают мешалку и пастеризуют при заданных режимах. Охлаждают путем подачи в рубашку бака холодной воды. Проводят засев пастеризованной питательной среды при соблюдении условий чистоты и стерильности.

После культивирования жидкой биомассы ее сливают, фильтруют в продезинфицированные емкости, взвешивают, маркируют и хранят в холодильнике не более 7 суток при 4–10 °С, количество бактерий должно находиться на уровне не менее 1·109 КОЕ/мл.

• -    Приготовление жидкого лизата . Биомассу бактерий загружают в реактор, вносят фермент и перемешивают в течение 3 часов при заданной температуре. Полученную массу отделяют центрифугированием, надосадочную жидкость отфильтровывают и направляют на холодную стерилизацию. Приготовленный лизат анализируют на соответствие требованиям технической документации, хранят не более 4 суток при температуре 4 °С.

• -    Внесение защитной среды . Охлажденную биомассу загружают в реактор и добавляют защитную среду. Полученный полупродукт должен быть однородным без сгустков, комочков и направляется на распылительную сушку.

• -    Сушка . Проводится на распылительной установке. Сушительная камера предварительно прогревается, включается подача воздуха на форсунку, запускается насос, параметры указанных процессов регулируются, исходя из вязкости раствора. Подача раствора с форсунки осуществляется мелкими каплями равномерно и регулируется вручную.

Температура сушки контролируется ежечасно и заносится в маршрутно-сопроводительную документацию.

• -    Фасовка и упаковка . Готовый продукт фасуется и упаковывается в разрешенную тару – пакеты из алюминиевой фольги и полиэтилена. Отбираются арбитражные образцы в аккредитованную лабораторию для определения соответствия предъявляемым требованиям.

Сухие ультрализаты хранятся до темпера- туры 25 °С при влажности не более 60 % в течение 3 лет.

В табл. 1, 2 представлены рецептуры пептидных ультрализатов в жидкой и сухой формах.

В табл. 3 даны регламентируемые характеристики разработанной продукции по органолептическим и физико-химическим показателям.

Проведены санитарно-гигиенические и санитарно-токсикологические исследования ультрализатов в процессе производства и хранения согласно ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции». Каких-либо изменений по микробиологическим и токсикологическим показателям не выявлено, что позволило установить сроки хранения для жидких форм – 2 месяца, для сухих – 1 год при указанных выше условиях.

Преимуществом пептидных ультрализатов является удобство применения, транспортировки, длительный срок хранения.

Разработанная продукция используется в качестве сырья в пищевой промышленности, в том числе при производстве БАД и специализированных продуктов диетического, лечебного и диетического профилактического питания, а также для питания детей, спортсменов, беременных и кормящих женщин. В качестве примера можно привести специализированные продукты с сахарозаменителями для диабетического питания [18–21]. Производится на предприятиях биотехнологического кластера компании «Арт Лайф» (г. Томск) при соблюдении требований международных стандартов ИСО 9001, 22000 и GMP, гарантирующих качественные характеристики и безопасность.

Выводы

• 1.    Биотехнология приготовления пептидного ультрализата с использованием селективных бактерий позиционируется как инновационная с проведением первичной генерации чистых культур микроорганизмов и последующим формированием бактериальной биомассы при заданных условиях, обеспечивающих их высокую стабильность и функциональную активность.

• 2.    Разработанная продукция может найти применение в пищевой промышленности, косметической продукции, в технологиях с агрессивными условиями производства.

Таблица 1

Биомассы гидролизованные «Ультрализаты пептидные» жидкие формы

№ п/п	Наименование	Содержание в 1000 г продукта, г	Содержание в 50 кг продукта, кг
1	Биомассы бактерий селективные жидкие серии «Панбиом» с различного рода бактериями: Bifidobacterium adolescentis (BB-Ad); Bifidobacterium longum (BB-Ln); Bifidobacterium breve (BB-Br); Bifidobacterium bifidum (BB-Bf); Bifidobacterium animalis (BB-An); Lactobacillus plantarum (LB-Pl); Lactobacillus salivarius (LB-Sl); Lactobacillus rhamnosus (LB-Rm); Lactobacillus casei (LB-Cs); Lactobacillus helveticus (LB-Hl); Lactococcus lactis (LC-Lc); Lactobacillus delbrueckii subsp. Lactis (LB-Lc); Lactobacillus acidophilus (LB-Ac); Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus (LB-Bg); Streptococcus thermophiles (ST-Tr); Propionibacterium freudenreichii (PR-Frd); Leuconostoc mesenteroides subsp. dextranicum (LU-Ms)	999	49,95
2	Сорбат калия	1	0,05
3	Протеолитический фермент	0,001	0,00005
Итого		1000,00	50,00

Таблица 2

Биомасса гидролизованная «Ультрализат пептидный» сухая

№ п/п	Наименование	Содержание в 1000 г продукта, г	Содержание в 50 кг продукта, кг
1	Биомассы бактерий селективные жидкие серии «Панбиом» с различного рода бактериями: Bifidobacterium adolescentis (BB-Ad); Bifidobacterium longum (BB-Ln); Bifidobacterium breve (BB-Br); Bifidobacterium bifidum (BB-Bf); Bifidobacterium animalis (BB-An); Lactobacillus plantarum (LB-Pl); Lactobacillus salivarius (LB-Sl); Lactobacillus rhamnosus (LB-Rm); Lactobacillus casei (LB-Cs); Lactobacillus helveticus (LB-Hl); Lactococcus lactis (LC-Lc); Lactobacillus delbrueckii subsp. Lactis (LB-Lc); Lactobacillus acidophilus (LB-Ac); Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus (LB-Bg); Streptococcus thermophiles (ST-Tr); Propionibacterium freudenreichii (PR-Frd); Leuconostoc mesenteroides subsp. dextranicum (LU-Ms).	999	49,95
2	Протеолитический фермент	0,001	0,00005
3	Мальтодекстрин	100	5
Итого               До сушки После сушки		1099,001	54,95
		100	5

Таблица 3

Органолептические и физико-химические характеристики пептидных ультрализатов

Наименование показателя	Содержание характеристики
	сухие	жидкие
Внешний вид	Однородный, мелкодисперсный порошок	Жидкость, допускается осадок
Цвет	От белого до коричневого	От белого до коричневого
Вкус и запах	Специфический, с горьким или кислым привкусом	Специфический, с горьким или кислым привкусом
Влажность	Не более 5 %	–
Аминный азот	Не менее 0,5 мг/мл	Не менее 0,5 мг/мл