Разработка технологии получения сухих форм пробиотических препаратов
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ СУХИХ
ФОРМ ПРОБИОТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ
О.Н. Гора, И.Н. Павлов
В условиях возрастающей интенсификации техногенного
воздействия цивилизации происходят значительные микроэкологические нарушения в
человеческом организме, имеющие серьёзные последствия, как для отдельных
индивидуумов, так и для общества в целом. Решение этого вопроса уходит в
сторону широкого потребления биологически активных добавок - нутрицетиков.
Пребиотики - обладают пищевой ценностью и являются по своей сути природными
ингредиентами пищи (витамины и их предшественники), полиненасыщенные жирные
кислоты, отдельные минеральные вещества и микроэлементы (кальций, железо,
селен, цинк, йод, фтор), незаменимые аминокислоты, некоторые моно - и дисахариды,
пищевые волокна (целлюлоза, пектин, гемицеллюлоза и др.) [1].
Наряду с пребиотиками широкое распространение получили
"пробиотические продукты" − живые микроорганизмы или
ферментированные ими продукты, которые оказывают благотворный эффект на
здоровье человека, за счёт нормализации его микробной экосистемы.
Промышленной формой выпуска пребиотиков и пробиотиков
являются:
- фармацевтические препараты;
- биологически активные добавки (БАД);
- закваски.
В последние годы большое внимание исследователей привлекают
пропионовокислые бактерии (ПКБ), отличительной особенностью которых является
широкий синтез витамина В12 и высокие иммуногенные и антимутогенные
свойства.
В связи с этим является актуальным создание препаратов -
пробиотиков и пребиотиков на основе ПКБ и его симбиозов с разными видами
молочнокислых бактерий (МКБ), для выявления их способности к накоплению
биомассы бактерий и витамина В12.
Данные препараты являются перспективными, их производство
является актуальным. Мы решили заняться исследованиями по наработке опыта
получения данных препаратов.
Целью проекта является:
Отработка технологии и условий культивирования ПКБ с
накоплением максимального количества биомассы бактерий и витамина В12;
Разработка технологии и аппаратурного оформления
обезвоживания полученной живой формы и получение ее в сухом виде, методом
распылительной сушки.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
- оптимизировать состав питательной среды и
условий культивирования для накопления биомассы и витамина В12
пробиотическими бактериями;
- использование различных видов симбиоза ПКБ
с МКБ, для выявления их способности к накоплению биомассы и витамина В12;
− изучить органолептические и физико -
химические показатели жидкой закваски;
− провести сравнительный анализ продукта,
полученного разными способами обезвоживания;
− изучить условия проведения обезвоживания
заквасок распылительной сушкой;
− подобрать защитные среды для заквасок в
условиях распылительной сушки;
− рассмотреть влияние условий введения
защитных сред на качество получаемой сухой закваски;
− получение пробиотических продуктов, в
частности кисломолочных, на основе полученных заквасок и анализ их качества.
Проводимая нами работа подходит к одному из направлений
развития науки и техники.
Индекс приоритетного направления:
Технология живых систем.
Индекс критической технологии:
Химический и биологический синтез лекарственных и пищевых
продуктов.
В соответствии с поставленными задачами составлен план
проведения работ:
− поиск оптимальной питательной среды, с
определением компонентного состава;
− отработка условий проведения процесса
культивирования, с целью максимального накопления биомассы бактерий и витамина
В12;
− изучение влияние добавок интенсифицирующих
развитие и накопление, витамина В12.
Достоинством сухих препаратов следует считать:
· увеличение срока хранения;
· повышенная стабильность при хранении;
· меньшая чувствительность к перепадам
температур.
К их недостаткам относится:
· снижение жизнеспособности микроорганизмов;
· использование дорогих защитных сред при
обезвоживании;
· использование дополнительного оборудования
для проведения процесса обезвоживания.
В промышленности преобладающее распространение для получения
сухих заквасок и БАДов получили сублимационные сушилки. При сублимационной
сушке обезвоживание продукта происходит в процессе его заморозки в условиях
разряженной атмосферы. При этом удаление влаги из замороженного продукта
происходит при низких температурах. Такой способ обезвоживания обладает рядом
достоинств:
· сушка термолабильных препаратов;
· образование развитой поверхности сухого
продукта;
и рядом недостатков:
· затраты значительного количества тепла;
· высокая себестоимость получения единицы
продукта;
· вероятная порча продукта при оттаивании;
· дорогостоящее оборудование процесса.
Альтернативным методом обезвоживания является распылительная
сушка, проводимая в токе горячего сушильного агента, в результате тонкого
диспергирования образуется развитая поверхность контакта, что способствует
кратковременному нахождению продукта в контакте горячим воздухом.
Распылительную сушку не используют как способ обезвоживания
веществ содержащих живые микроорганизмы. Хотя этот вид обезвоживания обладает
множеством достоинств:
· возможность высушивания непосредственно из
раствора;
· развитая поверхность диспергирования
капель;
· интенсивный тепло - и массобмен;
· кратковременность сушки в закрученном
потоке теплоагента;
· максимальная температура частиц в зоне
высоких температур не превышает температуры мокрого термометра;
· возможность сушки термолабильных
продуктов.
Но так же и несколькими недостатками:
o снижение жизнеспособности
бактерий;
o большой удельный расход
сушильного агента.
Основной задачей коммерциализации данного проекта является
создание сухих пробиотических заквасок и БАД на основе ПКБ и его симбиозов с МКБ.
Основными объектами коммерциализации являются:
− поливитаминные комплексы;
− БАД;
− сухие закваски обогащенные витамином В12.
пробиотический препарат сухая форма
Закваска и БАД обладают рядом достоинств, которые
обуславливают конкурентные преимущества данной разработки:
− сырьем является сыворотка, которая
является побочным продуктом производства в молочной промышленности, обладающая
низкой себестоимостью;
− основой питательной среды является
молочная сыворотка содержащая необходимый набор питательных элементов, в связи
с этим минимизируется количество добавляемых ростовых компонентов;
− в состав заквасок входит высокое
содержание витамина В12, а так же другие витамины;
− сухая закваска содержит большое количество
жизнеспособных микроорганизмов.
− производство кисломолочной продукции;
− производство напитков функционального
назначения;
− применение в производстве хлебобулочных
изделий;
− использование в качестве препаратов
прямого внесения;
− приготовление сыров.
На первом этапе работы проводилась оптимизация состава
ростовых компонентов питательной среды для культивирования Propionibacterium freudenreichii.
Установлено, что пропионовокислые бактерии и бифидобактерии
относятся к актиномицетной группе микроорганизмов. Так для количественного
учета этих бактерий применяются идентичные среды, в следствии чего, для
накопления биомассы пропионовокислых бактерий, была взята фоновая среда на
основе сыворотки с добавлением ростовых компонентов дрожжевого автолизата и
гидролизованного молока с последующей оптимизацией.
Пропионовокислые бактерии являются активными продуцентами
витамина В12. Следует отметить, что синтез витамина зависит от
условий культивирования. Известно, что для лучшего синтеза витамина В12,
является наличие в питательной среде ионов Со2+. Так же в некоторых
литературных источниках указано, что ионы Со2+ могут являться
предшественниками витамина В12. Однако в естественных питательных
средах, содержание кобальта минимально, поэтому в фоновую питательную среду мы
так же добавляли ионы Co2+, которые влияют на выход биомассы и синтез
витамина В12 [2].
Рисунок 1 - Динамика накопление витамина бактериями В12 Propionibacterium freudenreichii
Из рисунка 1 видно, что оптимальной фоновой питательной средой на
данном этапе для накопления биомассы Рr. freudenreichii является среда следующего химического
состава: ТС + 5 % дрожжевого автолизата + 5 % гидролизованного молока + CoCl2 (20 мг/л), поскольку позволяет бактериям накапливать
значительное количество витамина В12, в количестве 15,4 мкг/мл.
Определение количества витамин В12 осуществлялось
спектрофотометрическим методом, а биомассу методом взвешивания [3].
Поскольку, важным фактором для культивирования бактерий, является
температура, поэтому на следующем этапе, мы рассматривали влияние температур в
диапазоне от 27 до 31°С на исследуемые бактерии Propionibacterium freudenreichii.
Рисунок 2 - Динамика накопление витамина В12 бактериями
Propionibacterium freudenreichii при разных температурах культивирования
Из рисунка 2 видно, что лучшим температурным режимом
культивирования для Propionibacterium freudenreichii является 30 °С, при котором происходит
значительноенакопление витамина В12 − 22,911 мкг/мл.
Отработку режимов сушки проводили на контрольной среде. В качестве
контроля взята фоновая среда с максимальным накопление витамина В12
и биомассы.
Обезвоживание проводили методом распылительной сушки.
Полученные данные представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Показатели сухих и жидкой заквасок
Показатели
|
Виды заквасок
|
|
Сухие
|
Жидкая
|
|
Выбор
температуры
|
|
|
1
|
2
|
3
|
|
- витамин В12,
мкг/мл определение общего количества пробиотиков, КОЕ/см3
|
19,25 10×108
|
16,56 8×108
|
15,98 9×107
|
23,95 10×1010
|
Сравнительный анализ показал, что сухая закваска
незначительно уступает жидкой по наличию витамина В12 и произошло
незначительное снижение КОЕ.
Литература
1.
Хамагаева, И.С. Биотехнология заквасок пропионово - кислых бактерий / И.С.
Хамагаева. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2006. - 172 с.
.
Воробьева, Л.И. / Пропионовокислые бактерии / Л.И. Воробьева. - М.: Изд - во
МГУ, 1995. - 288 с.
.
Нетрусов, А.И. / Практикум по микробиологии: учеб. пособие для студ. высш.
учеб. заведений / А.И. Нетрусов, М.А. Егорова, Л.М. Захарчук и др.: под.
ред.А.И. Нетрусова. - М.: Издательский центр "Академия", 2005. - 608
с.