Качественная характеристика бактериального концентрата, обогащенного пищевыми волокнами

Неблагоприятная экологическая ситуация, постоянные стрессы, малоподвижный образ жизни, нерациональное питание негативно влияют на общее состояние человека. Учитывая это, очень важно использовать в питании синбиотические продукты, т.е. продукты на основе пробиотических микроорганизмов и пребиотиков, позволяющие организму противостоять негативным воздействиям. Поступая в организм человека, синбиотические продукты благотворно влияют на здоровье за счет нормализации состава и функций микрофлоры желудочно-кишечного тракта; подавления гнилостных и патогенных бактерий; регулирования обмена веществ; активизации иммунных сил организма; защиты организма от пищевых аллергий; снижения уровня холестерина в крови; активизации усвоения витаминов и минералов.

Синбиотические продукты незаменимы для питания людей с хроническими заболеваниями желудочно-кишечного тракта, с дисбактериозами после перенесенных острых кишечных инфекций и пищевых отравлений. Они полезны также и после различных медикаментозных (применение антибиотиков и химиопрепаратов) и операционных вмешательств. Целебные свойства синбиотических продуктов подтверждены целым рядом клинических испытаний при лечении дисбактериозов и в комплексном лечении острых кишечных инфекций у детей и взрослых [1-3].

Цель работы: исследование пребиотических свойств кедрового жмыха и его влияние на качество бактериального концентрата.

Объекты и методы исследований

Объектом исследования является бактериальный концентрат на основе бифидобактерий Bifidobacterium longum DK-100, обогащенный пищевыми волокнами. Штамм Bifidobacterium longum DK-100 (ВКПМ АС-1250) получен из фонда Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов ФГУПГНИИГенетика и активизирован по биотехнологическому методу, разработанному учеными ВСГУТУ. В качестве пищевых волокон использован жмых кедрового ореха.

Величину активной кислотности определяли потенциометрическим методом на рН-метре АНИОН 7000 по ГОСТ 3624–87; рост биомассы – путем измерения оптической плотности фотоколориметри- ческим методом на KF-77 λ= 550 нм; количество клеток бифидобактерий – методом предельных разведений по МУК 4.2.999-00; микроскопирование – по Грамму, согласно ГОСТ 9225–84. Для определения антимутагенной активности применяли тест Эймса, а в качестве индикатора мутагенности – тест-штамм Salmonella enteriditis, в качестве мутагена – азид натрия в концентрации 3 мкг/чашку. Адгезивные свойства изучали на формалинизированных эритроцитах по развернутому методу В.И. Брилис. Контаминацию определяли по ГОСТ 9225-84.

Результаты и их обсуждение

Кедровый жмых получается при отжиме ядра кедрового ореха. В нем остаются все минералы и витамины, находящиеся в орехе, а также до 30% кедрового масла. Жмых из ядер кедрового ореха, или как его еще называют «кедровая мука», – это сыпучая порошковая масса без посторонних примесей, со вкусом кедрового ореха. Кедровая мука содержит большое количество белков (альбумины, глобулины, проламины), сбалансированных по аминокислотному составу (более 40% незаменимых аминокислот).

Белки кедрового жмыха по содержанию метионина, цистеина и триптофана превосходят идеальный белок. Следует также отметить высокое соотношение аминокислот аргинин/лизин, свойственное белкам кедровой муки, что позволяет предположить наличие у них антихолестерических свойств. Усвояемость белков кедровой муки составляет 95%, что сопоставимо с усвояемостью белков куриного яйца.

Углеводный состав кедрового жмыха представлен полисахаридами (крахмал, клетчатка, пентозаны, декстрины) и водорастворимыми сахарами (глюкоза, фруктоза, сахароза и рафиноза). Учитывая углеводный состав кедрового жмыха, его можно отнести к пребиотикам, так как он содержит большое количество пищевых волокон. Также можно отметить витаминный состав кедрового жмыха, содержащий в своем составе преимущественно жирорастворимые витамины (А, Е, D, К, F), витамины группы В, фолиевую кислоту. Имеющиеся данные по содержанию макро- и микроэлементов характеризуют кедровый жмых как уникальный природный источник минеральных веществ, играющих важную роль во многих биохимических процессах организма человека [4].

Анализ литературных данных свидетельствует о способности кедрового жмыха активизировать деятельность полезной микрофлоры желудочно-кишечного тракта [5]. Поэтому интересным является исследование пребиотических и бифидогенных свойств кедрового жмыха.

Культивирование микроорганизмов Bifidobacterium longum DK-100 осуществляли в питательной среде на основе молочной сыворотки с добавлением ростовых факторов по ТУ 9229-001-02069473-2002. Предварительную подготовку пищевых волокон проводили в молочной сыворотке при температуре 90950С и с выдержкой 1,5 часа. О динамике нарастания биомассы судили по оптической плотности.

На первом этапе было исследовано влияние различных доз пищевых волокон на биохимическую активность бифидобактерий Bifidobacterium longum DK-100. Выявлена оптимальная доза, при которой наблюдался интенсивный рост Bifidobacterium longum DK-100.

Результаты представлены на рисунках 1, 2.

-♦-КОНТРОЛЬ

-■-1%

-*-1,50%

Время ферментации, ч

Рис. 1. Влияние различных доз кедрового жмыха на рост биомассы Bifidobacterium longum DK-100

Бреи, ч

Рис. 2. Влияние дозы кедрового жмыха на количество жизнеспособных клеток Bifidobacterium longum DK-100

В результате исследований выявлено, что при внесении в питательную среду пищевых волокон интенсифицируется рост бифидобактерий по сравнению с контролем, сокращается продолжительность культивирования. Как видно из рисунков 1, 2, пищевые волокна в количестве 1,5% обеспечивают нарастание клеточной биомассы в концентрате и высокую жизнеспособность клеток, которая в конце культивирования достигает до 9 ⋅ 10¹¹ КОЕ/см³. При этом продолжительность ферментации в среднем сокращается на 6-9 часов. При увеличении дозы жмыха до 2%, количество жизнеспособных клеток по сравнению с 1,5% снижается, что, вероятно, связано с высокой водосвязывающей способностью и снижением активности воды.

Одним из актуальных направлений современной микробиологии является изучение адгезивного процесса различных микроорганизмов. Адгезия – это межклеточное взаимодействие, выражающееся в прочном прикреплении клеток к субстрату. Традиционно под адгезией понимают характерные и универсальные свойства микроорганизмов, выражающиеся в образовании пленок, микроколоний, сохраняющихся в течение всей жизни клеток. Адгезивная активность позволяет клетке не только увеличить свою популяцию, но и противостоять воздействию неблагоприятных факторов внешней среды, проявлять антагонизм по отношению к другим бактериям. Обладая высоким сродством к рецепторам энтеро-цитов и адгезируя с ними, представители нормальной кишечной микрофлоры тем самым уменьшают потенциал патогенного воздействия на стенку кишечника со стороны болезнетворных микроорганизмов.

Следует отметить, что от адгезивных свойств во многом зависят состав, стабильность и защитные свойства микроорганизмов. В связи с этим дальнейшие исследования направлены на изучение адгезивных свойств Bifidobacterium longum DK-100. Адгезивные свойства исследуемых штаммов оценивают по среднему показателю адгезии (СПА), коэффициенту участия эритроцитов (КУЭ); индексу адгезивности микроорганизма (ИАМ). Результаты исследований представлены в таблице 1.

Таблица 1

Адгезивные свойства В. longum DК-100

Штамм В. longum DК-100	СПА	КУЭ, %	ИАМ	Адгезивность
Контрольный концентрат Концентрат с 1,5% кедрового жмыха	4,2 4,4	84 86	4,76 5,11	Высокоадгезивный

Из данных таблицы 1 можно сделать вывод, что при внесении пищевых волокон повышаются адгезивные свойства бифидобактерий. Установлено, что бифидобактерии способны колонизировать поверхность пищевых волокон с образованием слизистых биопленок. Высокие адгезивные свойства бифидобактерий влияют на многие жизненно важные показатели: метаболизм, скорость роста, устойчивость к неблагоприятным воздействиям.

Таким образом, исследуемый штамм бифидобактерий в присутствии пищевых волокон обладает более высокими адгезивными свойствами, что свидетельствует о хорошей закрепляемости бифидобактерий на стенках кишечника макроорганизма и создании защитного барьера.

Согласно литературным источникам, к механизмам, гарантирующим стабильность микробного консорциума, кроме адгезии относится также когезия (агрегация клеток). Установлено, что когезия осуществляется главным образом посредством слияния наружных слоев клеточных стенок. Следует отметить, что в литературе недостаточно освещены сведения о межклеточных контактах микроорганизмов, отражающих закономерности развития микробных популяций как саморегулирующих многоклеточных систем. В связи с этим дальнейшие исследования посвящены изучению влияния пищевых волокон на когезию бифидобактерий (на примере B. longum DK–100). Результаты исследований представлены на рисунках 3, 4.

Рис. 4. Когезия B. longum DК-100 клеток в концентрате с 1,5% кедрового жмыха

Рис. 3. Когезия B. longum DК-100 клеток в контрольном концентрате

Из представленных выше рисунков видно, что в присутствии пищевых волокон (см. рис. 4) бактерии поддерживают свою жизнеспособность посредством агрегации и адгезии на пищевых волокнах. В основе адгезии и когезии микроорганизмов лежат одни и те же физико-химические механизмы – механизм адаптации к новой среде. Общепринято, что адгезия на твердых поверхностях является универсальной адаптивной реакцией, повышающей защищенность микроорганизмов при неблагоприятных условиях роста.

Агрегация отдельных клеток обеспечивает химическую коммуникацию в популяции для ее выживания и служит средством кооперации в сообществах. В структурированных микробных популяциях (колониях и биопленках) защита микроорганизмов с участием внеклеточных факторов адаптации будет наиболее эффективной.

Различные добавки, используемые в пищевой промышленности, и химикаты в сельском хозяйстве содержат то или иное количество канцерогенов и мутагенов, неблагоприятно влияющих на здоровье человека. Известно, что бифидобактерии обладают антимутагенными свойствами, которые зависят от видовой штаммовой принадлежности микроорганизмов и условий культивирования. Также они обладают способностью к детоксикации вредных соединений в организме человека. Поэтому представляет интерес исследование антимутагенной активности бифидобактерий Bifidobacterium longum DK-100 с добавлением пищевых волокон. Результаты представлены в таблице 2.

Исследование влияния пищевых волокон на антимутагенную активность бифидобактерий Bifidobacterium longum DK-100

Таблица 2

Штамм В. longum DK-100	Среднее число ревертантов на чашку	Ингибирование, %
Контрольный концентрат Концентрат с 1,5% кедрового жмыха	1013 915	43 54,6

Как следует из данных таблицы 2, В. longum DK-100 с добавлением пищевых волокон характеризуется более высокой антимутагенной активностью по сравнению с контролем, что объясняется активным ростом и синтезом антимутагенных веществ. Следовательно, при употреблении бактериального концентрата, обладающего антимутагенными свойствами, будут необратимо инактивированы мутагенные и канцерогенные ингредиенты в желудочно-кишечном тракте человека.

На основании проведенных исследований нами разработан бактериальный концентрат, обогащенный пищевыми волокнами. Качественная характеристика бактериального концентрата на основе B. longum DK-100, обогащенного пищевыми волокнами, представлена в таблице 3.

Таблица 3

Качественная характеристика бактериального концентрата на основе В. longum DK-100, обогащенного пищевыми волокнами

Наименование показателя		Значение
Концентрат с пребиотиком		Концентрат с кедровым жмыхом
Цвет		От белого до светло-желтого, с белыми вкраплениями
Вкус и запах		Чистый, слегка сладковатый, с привкусом и запахом кедрового ореха
Предельное значение рН, ед.		5,3-7,5
Температура при выпуске с предприятия, °С, не более		6
Массовая доля кедрового жмыха, %		1,5
Количество бифидобактерий, кое/см3, не менее		1*1010
Объем продукта (см3), в котором не допускаются:	БГКП (колиформы)	10
	S. aureus	10
	патогенные микроорганизмы (в т.ч. сальмонеллы)	50
Дрожжи, КОЕ/см3, не более		10
Плесени, КОЕ/см3, не более		10

Как свидетельствуют данные таблицы 3, бактериальный концентрат характеризуется высоким количеством жизнеспособных клеток и содержит пищевые волокна.

В результате проведенных исследований разработан бактериальный концентрат синбиотик, содержащий в качестве пробиотика бифидобактерии, а в качестве пребиотика – кедровый жмых.