На правах рукописи

КОЗЛОВА ОКСАНА ВАСИЛЬЕВНА

Научные и практические аспекты создания новых биотехнологий производства синбиотических

молочных продуктов с метабиотиками

Специальность 05.18.04 – Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств Специальность 05.18.07 – Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Кемерово 2020

2

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Кемеровский государственный университет» (ФГБОУ ВО «КемГУ»).

Научные консультанты: член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор Просеков Александр Юрьевич

доктор технических наук, профессор Артюхова Светлана Ивановна

Официальные оппоненты: Евдокимов Иван Алексеевич, доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное автономное обра-зовательное учреждение высшего образования «Северо-Кавказский федеральный университет», базовая кафедра «Технология молока и молочных продуктов», заведующий

Серба Елена Михайловна, член-корреспондент РАН, док-тор биологических наук, доцент, Всероссийский научно-исследовательский институт пищевой биотехнологии –филиал Федерального государственного бюджетного учре-ждения науки «Федеральный исследовательский центр пи-тания, биотехнологии и безопасности пищи», заместитель директора по научной работе

Майоров Александр Альбертович, доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный Алтайский научный центр агро-биотехнологий», Сибирский научно-исследовательский инсти-тут сыроделия, главный научный сотрудник

Ведущая организация: Федеральное государственное автономное научное учре-ждение «Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности»

Защита диссертации состоится 3 июля 2020 г. в 14-00 ч на заседании диссертационно-го совета Д 212.088.10 при ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет» по ад-ресу: г. Кемерово, б-р Строителей, 47, 4 лекц. ауд.

Отзывы на автореферат отправлять по адресу: 650000, г. Кемерово, ул. Красная, 6. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте

(https://kemsu.ru/science/dissertation-councils/diss-212-088-10/protects/5302/).

Автореферат разослан « » __________ 202___ г.

Ученый секретарь диссертационного совета Милентьева Ирина Сергеевна

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Современный период развития че-ловечества характеризуется усилением негативных техногенных факторов, ро-стом «болезней цивилизации», приводящих к понижению производительности труда и продолжительности жизни людей. В связи с этим производство и мас-совое использование продуктов функционального питания для сохранения здо-ровья и продолжительности жизни стали государственной политикой в области здравоохранения и пищевой индустрии России и многих развитых стран мира. Поэтому в приоритетных направлениях технологических платформ «Здоровое питание», «БиоТех 2030», а также в доктрине продовольственной безопасности РФ, утвержденной Президентом России 21.01.2020 г. предусмотрены разработ-ки продуктов питания, которые способствуют оздоровлению населения, уменьшению риска возникновения заболеваний и национальной продоволь-ственной безопасности России.

Важная роль в решении поставленных задач отводится функциональным синбиотическим кисломолочным и структурированным молочным продуктам с использованием пробиотической микрофлоры и пребиотических соединений, повышающих селективные преимущества полезной микрофлоры желудочно-кишечного тракта и её биологическую активность. Среди пребиотических со-единений особенно популярны пектины, альгинаты, камеди, благодаря которым улучшаются реологические показатели молочных продуктов.

Актуальным подходом в решении проблем улучшения здоровья населе-ния России является разработка кисломолочных продуктов на основе микроб-ных консорциумов молочнокислых бактерий, синтезирующих экзополисахари-ды (ЭПС), которые не только обладают более широким спектром антимикроб-ной активности, по сравнению со стартовыми культурами, но и улучшают рео-логические показатели кисломолочных продуктов и способствуют адгезии по-лезных пробиотических бактерий на стенках кишечника.

В настоящее время одним из главных направлений развития средств кор-рекции микробиоты человека является развитие традиционных пробиотиков и улучшение этого поколения путем производства метабиотиков. Новая концеп-ция метабиотиков, важнейшей составляющей которой являются метаболиты, сигнальные молекулы пробиотических культур и клеточные компоненты, имеет огромный практический потенциал. Особо актуальными являются разработки персонифицированных молочных биопродуктов для российских военнослужа-щих Арктики, для работающих на угольных шахтах и людей пожилого возрас-та, одной из наиболее многочисленных и быстрорастущих социальных групп населения. Арктика, как стратегический регион требует военного присутствия России, т. к. обеспечение национальной безопасности, защита и охрана север-ной государственной границы является приоритетным направлением стратегии развития Арктической зоны России. При этом полноценное питание россий-ских военнослужащих является основным условием для успешного выполнения служебных задач в экстремальных условиях Арктики.

4

Весьма актуальными являются разработки персонифицированных молочных биопродуктов для работающих на угольных шахтах Кузбасса, имеющих тяжелые условия труда и нерациональный режим питания для поддержания здоровья и высокой работоспособности.

В настоящее время, в том числе и в связи с пенсионной реформой, люди пожилого возраста особо нуждаются в отечественных биопродуктах для геро-диетического питания, которые будут способствовать профилактике различных заболеваний, улучшению качества жизни и увеличению продолжительности жизни пожилого населения России.

Создание и внедрение в жизнь россиян синбиотических молочных про-дуктов с метабиотиками для различных групп населения, сохраняющих и сти-мулирующих естественные механизмы защиты организма человека от воздей-ствия негативных техногенных факторов, должно сыграть важную роль в реа-лизации этого направления.

В связи с этим является актуальным создание новых биотехнологий про-изводства персонифицированных синбиотических молочных продуктов с мета-биотиками на основе микробных консорциумов пробиотических бактерий, пре-биотических соединений растительного и микробного происхождения и вита-минно-минеральных комплексов. Отдельные этапы работы выполнены в рам-ках гранта Президента РФ при государственной поддержке ведущих научных школ (НШ-2694.2020.4).

Степень разработанности темы исследования. Теоретические и практические основы решения проблемы оздоровления человека с использо-ванием здорового питания заложены в многочисленных трудах отечествен-ных и зарубежных ученых: А. А. Покровского, А. М. Уголева, И. А. Рогова, Н. Н. Липатова (ст.), Н. Н. Липатова (мл.), G. R. Gibson и развиты в трудах М. Д. Ардатской, С. И. Артюховой, Л. А. Банниковой, В. И. Ганиной, Н. И. Дунченко, А. И. Жаринова, И. А. Евдокимова, А. Б. Лисицына, Л. А. Остро-умова, А. Ю. Просекова, С. А. Рябцевой, В. Ф. Семенихиной, В. А. Тутелья-на, И. С. Хамагаевой, В. Д. Харитонова, А. Г. Храмцова, Б. А. Шендерова, R. Fuller и многих других ученых.

Решение проблемы оздоровления населения за счёт создания функцио-нальных и персонифицированных биопродуктов является стратегическим направлением в пищевой биотехнологии и профилактической медицине. Такие биопродукты в XXI веке позволят человеку длительно сохранить своё физиче-ское и духовное здоровье, социальную и нравственную удовлетворенность, увеличить среднюю продолжительность жизни, рождение здорового поколения и поэтому в наибольшей степени отвечают запросам потребителей.

Анализ опубликованных теоретических и фундаментальных работ сви-детельствует о наличии объективных предпосылок проведения расширенных научно-прикладных исследований в области создания функциональных син-биотических молочных продуктов с метабиотиками для различных групп насе-ления. Такие исследования являются перспективными.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является

5

разработка теоретических и практических основ биотехнологий функциональ-ных и персонифицированных синбиотических молочных продуктов с использо-ванием консорциумов пробиотических бактерий, синтезирующих экзополиса-хариды, пребиотических соединений различного происхождения, витаминно-минеральных комплексов и метабиотиков.

В соответствии с поставленной целью были определены задачи иссле-дований:

– систематизировать существующие методологические подходы исполь-зования пробиотиков, пребиотиков и метабиотиков для создания новых био-технологий производства синбиотических молочных продуктов;

– сформулировать теоретические предпосылки и методологические прин-ципы создания персонифицированных синбиотических молочных продуктов с метабиотиками;

– разработать способ получения аутопробиотиков и гетеропробиотиков,которые могут быть использованы для разработки новых функциональных и персонифицированных продуктов питания и БАД к пище;

– обосновать принципы создания микробных консорциумов с высокимэкзополисахаридным потенциалом;

– исследовать синтез экзополисахаридов в заквасочных культурах и ихмикробных консорциумах и обосновать их защитные свойства;

– изучить резистентность микробных консорциумов биопродуктов к ан-тибиотикам и веществам желудочно-кишечного тракта (ЖКТ);

– исследовать микроструктуру, элементный состав, свойства стабилиза-торов-пребиотиков для продуктов на молочной основе;

– разработать биотехнологии производства пробиотических и синбиоти-ческих молочных продуктов с метабиотиками и изучить их качественные пока-затели;

– разработать нормативную документацию на новые пробиотические исинбиотические молочные продукты с метабиотиками;

– провести опытно-промышленную проверку и внедрение инновацион-ных биотехнологий;

– провести оценку экономической эффективности и социальной значимо-сти новых молочных продуктов.

Научная концепция диссертационной работы. В основу диссертацион-ной работы положена концепция алиментарной коррекции здоровья россиян с помощью синбиотических молочных продуктов массового потребления с мета-биотиками, которые сконструированы на основе структурных компонентов кле-ток и метаболитов пробиотических штаммов микроорганизмов. Была выдвинута гипотеза о том, что использование различных аутопробиотиков, гетеропробио-тиков, комплексных пробиотиков, пребиотиков различной природы, комбиоти-ков и метабиотиков в инновационных биотехнологиях производства новых функциональных молочных продуктов для различных групп населения будет яв-ляться эффективным методом алиментарной коррекции здоровья россиян.

В последние годы в связи с многочисленными техногенными, природны-

6

ми, социально-бытовыми и другими неблагоприятными факторами микробная экология человека подвергается массивному разрушению. А взаимоотношения человека с его микробиотой в конкретных условиях среды обитания является одним из основных факторов, определяющих рост, развитие, здоровье и сред-нюю продолжительность жизни человека. Если ранее считалось, что прежде-временное старение организма человека и различные хронические заболевания обусловлены дефектами нейронной, нейроэндокринной и эндокринной комму-никации на уровне только собственных эукариотических клеток, то в последние годы учеными убедительно продемонстрировано, что многие низкомолекуляр-ные участники этой коммуникации имеют не только организменное, но и пи-щевое и микробное происхождения.

Дисбаланс синбиотической микробиоты и несбалансированность питания рассматриваются в качестве ведущих средовых факторов, вызывающих нару-шения клеточного метагенома и метаэпигенома человека, риск дистрессов и метаболических, нейродегенеративных, психических и других заболеваний. Поэтому персонифицированные функциональные продукты, позволяющие це-ленаправленно конструировать пищевые рационы с учетом возраста потребите-лей, их профессии, экологических и географических особенностей регионов их проживания находят все более широкое применение для оптимизации пищевых рационов населения.

Для восстановления и поддержания микробной экологии человека ис-пользуют различные микроэкологические лекарственные препараты, биологи-ческие пищевые добавки и продукты функционального питания. Такие препа-раты и продукты предназначены для регулярного употребления в составе обычных пищевых рационов всеми группами здорового населения. Они сохра-няют и улучшают состояние здоровья человека, снижают риск алиментарных заболеваний, благодаря наличию в составе этих продуктов функциональных нутриентов, способных оказывать благоприятный эффект на физиологические функции, поведенческие и/или метаболические реакции организма человека.

Для восстановления кишечной микробиоты используют различные по со-ставу и механизму действия пробиотики, в том числе аутопробиотики (пробио-тические штаммы нормальной микрофлоры, изолированные от конкретного че-ловека и предназначенные для коррекции микроэкологии этого конкретного человека), гетеропробиотики (пробиотические штаммы микроорганизмов, изо-лированные из нормальной микрофлоры кишечника человека и предназначен-ные для коррекции микроэкологии широкому кругу живых организмов вне за-висимости от организма, из которого были выделены эти пробиотические штаммы), комплексные пробиотики, пребиотики различной природы, син-биотики (пробиотики + пребиотики), комбиотики (синбиотики + витаминно-минеральные премиксы) и метабиотики (активные метаболиты, продукты жиз-недеятельности пробиотиков).

Сочетание микробных консорциумов пробиотических бактерий с выра-женной антимикробной активностью, активным синтезом витаминов, ЭПС и др. метаболитов, обеспечивающих максимальную эффективность воздействия на

7

организм человека, пребиотических соединений и метабиотиков, стимулирую-щих рост пробиотиков, является новым подходом в создании синбиотических молочных продуктов с метабиотиками и открывает широкие перспективы к со-зданию молочных продуктов нового поколения.

Научно обоснованная манипуляция эпигеномом на всех стадиях жизни человека через персонифицированные продукты функционального питания, способные позитивно для здоровья модифицировать эпигенетические механиз-мы в эукариотических и прокариотических клетках, открывает перспективу снижения риска и эффективного лечения метаболических заболеваний, ассоци-ированных с эпигеномным ремоделированием хроматина и ядерных клеток.

Возможно, что разработка персонифицированных функциональных про-дуктов питания на молочной основе, содержащих один или несколько биологи-чески активных соединений пищевого и микробного происхождения (олиго- и полисахариды, селен, йод, кальций, магний, калий, каратиноиды, витамины С, Е, группы В, белки, пептиды, фосфолипиды и др.) в относительно ближайшее время смогут найти применение в профилактике и лечении определенных «бо-лезней цивилизации».

Научная новизна. Сформулированы теоретические предпосылки и мето-дологические принципы создания синбиотических молочных продуктов с мета-биотиками.

Разработан новый способ получения пробиотических бактериальных пре-паратов (аутопробиотиков, гетеропробиотиков и комбинированных пробио-тиков) из нормальной кишечной микрофлоры человека, которые могут быть использованы для разработки новых функциональных и персонифицирован-ных продуктов питания и БАД к пище, и смогут обеспечить лучшую адапта-цию человека при различных нагрузках и экстремальных состояниях.

Научно обоснованы и экспериментально разработаны биотехнологии симбиотических и синбиотических молочных продуктов для различных групп населения, полученных на основе микробных консорциумов с широким спек-тром антимикробной активности, синтезирующих экзополисахариды, и пребио-тических соединений различного происхождения.

Изучен синтез экзополисахаридов заквасочных культур и их микробных консорциумов пробиотических бактерий, установлено, что синтез экзополисаха-ридов микробными консорциумами более выражен, по сравнению с заквасочными культурами, и зависит от состава микрофлоры и условий их культивирования.

Исследованы образцы пребиотических соединений – стабилизаторов струк-туры различного происхождения и химической природы, изучен их химический и элементный состав. Установлено, что исследуемые образцы отличаются по разме-рам, форме частиц, химическому составу и технологическим свойствам.

Исследовано влияние пребиотических соединений различного происхож-дения на рост и развитие микроорганизмов исследуемых микробных консорци-умов биопродуктов. Установлено, что используемые пребиотические соедине-ния стимулируют рост пробиотических микроорганизмов в микробных консор-циумах, улучшают консистенцию и качество молочных биопродуктов.

8

Научно обоснованы и реализованы инновационные биотехнологии про-биотических и синбиотических молочных продуктов с метабиотиками для раз-личных групп населения, в том числе для геродиетического питания и питания в условиях Арктической зоны.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость работы заключается в обосновании инновационных биотехнологий синбиотических молочных продуктов с метабиотиками для различных групп населения. Получены новые данные о функционально-технологических свой-ствах созданных микробных консорциумов и пребиотических ингредиентов различной природы, позволяющие использовать их при производстве молочных продуктов для функционального питания.

Практическая значимость состоит в следующем: – разработана новая биотехнология получения аутопробиотиков, гетеро-

пробиотиков и комбинированных пробиотиков, которые могут быть использо-ваны для разработки новых функциональных и персонифицированных про-дуктов питания и БАД к пище, новизна технического решения на новый спо-соб защищена патентом RU № 2605626 на изобретение;

– научно обоснованы и экспериментально разработаны новые биотехно-логии производства пробиотических и синбиотических молочных продуктов с метабиотиками, новизна технических решений на новые способы защищена па-тентами RU № 2650772, 2692658, 2694629, 2696031, 2696032 на изобретение;

– разработана и утверждена нормативно-техническая документация на новые синбиотические молочные продукты: сметана «Кемеровская» (ТУ 10.51.52–250–02068309–2019); пастообразный структурированный кисломолоч-ный десерт «Волшебство» (ТУ 10.51.52–251–02068309–2019); структурирован-ный молочный мусс «Фруктовый рай» (ТУ 10.51.52–252–02068309–2019); кис-ломолочные десерты «Лакомка» (ТУ 10.51.52–254–02068309–2019); кисломо-лочный продукт «Победа» (ТУ 10.51.52–255–02068309–2019), сублимированный кисломолочный продукт «Победа» (ТУ 10.51.56–256–02068309–2019); сметана «Бодрость» (ТУ 10.51.52–257–02068309–2019); сметана сублимированная «Бод-рость» (ТУ 10.51.56–258–02068309–2019); сметана «Полярная» (ТУ 10.51.52–259–02068309–2019) и сметана сублимированная «Полярная» (ТУ 10.51.56–260–02068309–2019); мороженое кисломолочное «Полезное» (ТУ 10.52.10–261–02068309–2019); сыр кисломолочный плавленый «Сибиряк» (ТУ 10.51.40–262–02068309–2019);

– новые биотехнологии успешно прошли производственную проверку и апробацию на ряде научно-исследовательских и промышленных молочных пред-приятиях России (что подтверждено документами в приложении диссертации);

– результаты исследований внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет» при организации учебно-исследовательской работы студентов бакалавриата по направлению 19.03.01 «Биотехнология», 19.03.03 «Продукты питания животного происхождения», 16.03.03 «Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения», при подготовке учебного пособия «Пробиотики, пребиотики и метабиотики», а

9

также при выполнении диссертационных работ магистрантами по направлению подготовки 19.04.01 «Биотехнология» и аспирантами по направлению подго-товки 19.06.01 «Промышленная экология и биотехнологии».

Научная новизна технических решений на новые способы производства бактериального препарата и молочных продуктов защищена 7 патентами РФ.

Методология и методы диссертационного исследования. Методологи-ческой основой диссертационного исследования являлись классические есте-ственно-научные законы и методы научного познания, а также комплексный подход к анализу трудов отечественных и зарубежных ученых по вопросам разработки, оценки качества и безопасности синбиотических кисломолочных и структурированных молочных продуктов, в том числе с метабиотиками для различных групп населения.

Для реализации поставленных задач применялись общенаучные и специ-альные методы сбора, обработки и анализа научной информации, органолепти-ческие, физико-химические, реологические, микробиологические общеприня-тые и оригинальные методы определения показателей исследуемых объектов.

Положения, выносимые на защиту. Концепция биотехнологии синбио-тических молочных продуктов с метабиотиками, включающая в себя:

– способ получения аутопробиотиков, гетеропробиотиков и комбиниро-ванных пробиотиков, которые могут быть использованы для разработки новых функциональных и персонифицированных продуктов питания и БАД к пище;

– методологические принципы создания синбиотических молочных био-продуктов с метабиотиками для различных групп населения;

– инновационные биотехнологии синбиотических молочных продуктов сметабиотиками;

– результаты исследований качественных показателей синбиотическихмолочных продуктов с метабиотиками.

Степень достоверности результатов работы подтверждается 3–5-кратной повторностью экспериментов с применением стандартных методов ис-следований; использованием современных поверенных приборов и оборудова-ния, имеющих установленные пределы отклонений; полученными данными со статистически достоверными различиями (р<0,05), применением стандартных программ и общепринятых алгоритмов с использованием регрессионного ана-лиза и оптимизации.

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследо-ваний докладывались на международных конференциях «The Top Actual Re-searches in Modern Science», ОАЭ, 2016; «Сonference on biology and medical sci-ences», Австрия, 2016; «Scientific research of the SCO countries: synergy and inte-gration», Китай, 2019; «Состояние и перспективы развития наилучших техноло-гий специализированных продуктов питания», Омск, 2019; «Биотехнология: наука и практика», Севастополь, 2019.

Автор диссертационной работы отмечен грантом Губернатора Кемеров-ской области на проведение фундаментальных и прикладных исследований по приоритетным направлениям социально-экономического развития Кемеровской

10

области (Кемерово, 2010), почетной грамотой Министерства образования и науки РФ за значительный вклад в дело подготовки высококвалифицированных специалистов (Москва, 2016).

Соответствие темы паспорту научной специальности. Диссертацион-ные исследования соответствуют п. 2, 4, 7 паспорта специальности 05.18.04 – Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных произ-водств и п. 1, 5, 6, 9, 10 паспорта специальности 05.18.07 – Биотехнология пи-щевых продуктов и биологических активных веществ.

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 36 пе-чатных работах, в том числе 10 статей в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, 8 статей в международных изданиях, входящих в наукометрические базы данных Scopus и Web of Science, 1 монография, 1 учебное пособие, 7 патентов РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений, изложена на 355 страницах основного текста, содержит 83 таблицы, 61 рисунок, 44 при-ложения. Список использованной литературы включает 565 наименований, в том числе 216 зарубежных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность направления исследований, сфор-мулированы научная новизна и практическая значимость, положения, выноси-мые на защиту, цель и задачи исследований.

В первой главе «Аналитический обзор» представлен анализ научно-технической литературы о роли кишечной микрофлоры и питания человека в решении проблем улучшения здоровья населения России. Обобщены и систе-матизированы литературные сведения отечественных и зарубежных авторов о роли функциональных продуктов, пробиотиков, пребиотиков и метабиотиков в современной структуре питания, представлен обзор рынка стабилизаторов в молочной промышленности и дана общая характеристика метабиотиков.

Во второй главе «Методология и организация экспериментальных ис-следований» описаны методология и организация работы, объекты и методы исследований. Методологическую основу для изучения и решения задач, кото-рые были определены целью работы, составляли достижения в области теории и практики науки о питании, пробиотиков, синбиотиков и метабиотиков, осо-бенности организации исследований выбранных объектов.

Методическую основу организации научных исследований составляли: си-стемный подход, который предусматривал обозначение проблемы, постановку задач, выбор путей решения, проведение экспериментов, математическую об-работку и анализ результатов исследований, апробацию и внедрение новых ре-шений. Методические подходы, включающие несколько исследовательских этапов, объединены в программно-целевую модель научных исследований и представлены на рисунке 1. Основные этапы работы выполнены на кафедре «Бионанотехнология», в научно-образовательном центре и в научно-

11

исследовательском институте биотехнологии КемГУ (г. Кемерово). Теоретические исследования проводились с использованием данных по

проблеме, источников отечественной и зарубежной информационно-патентной литературы, фондов научных библиотек и системы Интернет.

Экспериментальные исследования, требующие специальной подготовки и сложной приборной техники, проводились в творческом содружестве со специ-алистами аккредитованных лабораторий г. Кемерово.

Объектами исследований на разных этапах работы являлись отечественные заквасочные культуры молочнокислых бактерий, бифидобактерий и пропионо-вокислых бактерий ООО «Барнаульская биофабрика», г. Барнаул, АО «Вектор-БиАльгам», г. Новосибирск, ФГУП «Экспериментальная биофабрика» Россель-хозакадемии, г. Углич, ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии, г. Москва, Всерос-сийской коллекции промышленных микроорганизмов ФГУП ГосНИИГенетика, г. Москва, биологически активные добавки к пище ООО «МИП Бифивит», ВСГУТУ, Республика Бурятия, г. Улан-Удэ, микробные консорциумы биопро-дуктов, полученные в ходе выполнения исследований, разработанные молоч-ные продукты после выработки и в процессе хранения.

При проведении научно-исследовательских работ использовались пектин (Китай), карбоксиметилцеллюлоза – КМЦ (Китай), ксантановая камедь, камедь рожкового дерева (Китай), альгинат натрия (Китай), пирофосфат натрия (Изра-иль), конжаковая камедь (Германия), молочный белково-углеводный препарат «Лактобел» пребиотической направленности (Россия), плоды сибирской крас-ной рябины, сироп шиповника, кедровый жмых, лактулоза (Россия).

В процессе проведения экспериментальных исследований и опытно-промышленных выработок определяли комплекс микробиологических, физико-химических, органолептических, биохимических показателей общепринятыми стандартными методами. Антагонистическую активность полученного пробио-тического препарата в отношении широкого круга грамположительных и грам- отрицательных микроорганизмов определяли диффузионным методом на твер-дой питательной среде, антиоксидантные свойства изучали по методу Cao, et al (1995), путем определения степени защиты от окисления β-фикоэритрином по измерению относительной флуоресценции при 595 нм и при 535 нм в течение 70-минутного периода, гепатопротекторные свойства оценивали по ингибиру-ющему эффекту на образование β-глюкуронидазы тест-штаммом Е. coli HGU-3.

Противоопухолевую активность полученного пробиотического препарата тестировали in vitro на раковых клеточных линиях: лимфомы Беркитта ЛБР2, рака предстательной железы человека DU 145, рака молочной железы человека MDAMB-231 и MCF7, гепатоцеллюлярной карциномы HepG2, рака головного мозга U-87, рака поджелудочной железы человека PANC-1. Количество живых раковых клеток по окончании периода инкубации с бактериальным препаратом определяли с помощью МТТ-колориметрического метода, основанного на спо-собности дегидрогеназ живых клеток восстанавливать 3-(4,5-диметилтиазол-2-ил)-2,5-дифенилтетразолий-бромид (МТТ) до фиолетовых кристаллов формаза-на, растворимых в диметилсульфоксиде.

12

Рисунок 1 – Программно-целевая модель научных исследований

13

Подбор заквасочных культур в микробные консорциумы осуществляли с учетом наибольшей способности синтезировать экзополисахариды и пробио-тических свойств. Концентрацию экзополисахаридов определяли антроновым методом на сканирующем спектрометре Юнико-2800.

Резистентность микроорганизмов заквасок и микробных консорциумов к 10 антибиотикам определяли по методу серийных разведений в жидкой пита-тельной среде.

Массовую долю влаги сублимированных биопродуктов определяли на анализаторе влажности OHAUS МВ-35 (Швейцария).

Состав стабилизаторов структуры определяли методом рентгеноспек-трального микроанализа с использованием анализирующей станции JEOL JED-23002300 (Япония).

Массовую долю олигосахаридов, лактозы, галактозы, глюкозы определя-ли с помощью газожидкостной хроматографии на приборе «Цвет 500 М», мас-совую долю белка – на анализаторе белкового азота RAPID N Cube (Германия), витаминный состав продуктов – методом капиллярного электрофореза на при-боре «Капель-105» (Россия), минеральный состав продуктов – методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии на приборе «Hitachi» (Япония). Микрофо-тографии молочных продуктов получали с использованием электронного мик-роскопа JEOL JED–2300 (Япония).

Перевариваемость белков молочных продуктов пищеварительными фер-ментами «in vitro» определяли в системе «пепсин-трипсин» по общепринятой методике. Статистическую обработку результатов экспериментов проводили по стандартным программам и общепринятым алгоритмам с использованием ре-грессионного анализа и оптимизации.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Разработка способа получения пробиотического препарата

из нормальной кишечной микрофлоры человека

В современных условиях резко возросло число стрессовых ситуаций и неблагоприятных экологических факторов, сопровождающихся глубокими нарушениями микробной экологии организма человека. Для коррекции этих нарушений в основном используют пробиотики, в том числе гетеропробиотики – пробиотические штаммы микроорганизмов, изолированные из нормальной микрофлоры кишечника человека, которые используют для коррекции микро-экологии широкого круга живых организмов вне зависимости от организма, из которого были выделены эти пробиотические штаммы. Пробиотики и гетеро-пробиотики получают с использованием коллекционных пробиотических штаммов микроорганизмов, активность которых определяется, в первую оче-редь, их приживаемостью в организме человека. Известно, что пробиотические микроорганизмы, изолированные от человека, лучше прикрепляются к его клеткам в организме, чем штаммы, выделенные из других источников, напри-

14

мер из пищевых продуктов. Поэтому одним из направлений современной профилактики и терапии

дисбактериозов является использование в качестве пробиотиков аутологиче-ских штаммов микроорганизмов – аутопробиотиков, представителей нормаль-ной микрофлоры человека.

Развитию этой концепции способствовали предположения о том, что внедряемые в макроорганизм пробиотические микроорганизмы способны вы-зывать дисбаланс в аутомикрофлоре хозяина вследствие антагонизма индиген-ных и промышленных штаммов.

По мнению проф. Б. А. Шендерова и других ученых, организм ребенка, еще в период внутриутробного развития, готовится принять микрофлору мате-ри в качестве «своей», т. е. у него формируется иммунологическая толерант-ность к нормальной микрофлоре. Вероятно, что адгезивная способность аутох-тонных и промышленных пробиотиков к клеткам эпителия может различаться и зависит от соответствия рецепторов данного конкретного штамма рецепторам клеток.

Поэтому необходим строго индивидуальный выбор пробиотиков с пред-варительной оценкой их адгезивных свойств. А в качестве пробиотиков необ-ходимо использовать препараты нормальной микрофлоры человека, которые нужно хранить в криобанках, чтобы в последующем данный биоматериал мог быть использован для конструирования простых и сложных по составу ауто-пробиотиков и продуктов функционального питания.

Особо актуально использование аутопробиотиков для повышения адап-тационных возможностей и неспецифической резистентности организма у лиц экстремальных профессий, чья трудовая деятельность связана с высокими эмо-циональными перегрузками, глубоководными спусками, пребываниями на вы-соте, с условиями многолетней сменной работы, высоким риском профессио-нальных болезней.

Деятельность таких групп связана с длительной эксплуатацией объектов с искусственной средой обитания (подводники, военнослужащие, кессонщики и др.), с частыми перемещениями в различные географические зоны (в частности, спортсменов), и в том числе в Арктику (в частности, военнослужащих, иссле-дователей и др.). Вероятно, что периодическое пополнение дефицита с помо-щью собственных, предварительно выделенных микроорганизмов позволит из-бежать развития клинически значимых дисбактериозов у людей данной группы.

Поэтому аутопробиотики должны, в первую очередь, использоваться для коррекции микробиоты у определенных профессиональных групп, которые яв-ляются объектами микробиологического риска, а также перспективно примене-ние аутопробиотиков и в клинической практике для лечения и профилактики дисбактериозов различных категорий населения.

Однако число исследований по получению и применению аутопробиоти-ков в качестве индивидуальных лечебно-профилактических средств в настоя-щее время невелико.

В отличие от известных способов нами разработан новый способ получе-

15

ния пробиотического препарата с доминирующими представителями нормаль-ной микрофлоры кишечника – бифидобактериями и молочнокислыми бактери-ями, обладающими выраженными антагонистическими свойствами по отноше-нию к патогенным и условно-патогенным микроорганизмам, антиоксидантной, гепатопротекторной и противоопухолевой активностью.

Технологическая схема производства нового пробиотического бактери-ального препарата представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Технологическая схема получения пробиотического препарата

Использование пробиотических микробных консорциумов с синергетиче-ским действием в настоящее время является одним из перспективных направ-лений для обеспечения оздоровляющего воздействия на ЖКТ человека.

Поэтому для получения пробиотического препарата проводили выделе-ние бифидобактерий и лактобактерий из фекалий человека (у которого отсут-ствовали острые заболевания, очаги гнойно-воспалительных инфекций, сахар-ный диабет, онкопатология, первичный и вторичный иммунодефицит и кото-

16

рый в течение 3 месяцев перед выделением не принимал антибиотические и пробиотические препараты).

Выделенные бифидобактерии и лактобактерии культивировали на специ-ально разработанных питательных средах до достижения количества клеток пробиотических микроорганизмов 108 КОЕ/см3, затем культуральную жидкость центрифугировали, выделенную биомассу бактерий смешивали с защитой сре-дой и направляли на сублимационную сушку.

В полученном препарате определяли антагонистическую активность в от-ношении широкого круга грамположительных и грамотрицательных микроор-ганизмов, антиоксидантные свойства изучали по методу Cao, et al (1995), гепа-топротекторные свойства оценивали по ингибирующему эффекту на образова-ние β-глюкуронидазы тест-штаммом Е. coli HGU-3 и противоопухолевую ак-тивность препарата тестировали in vitro на раковых клеточных линиях: лимфо-мы Беркитта ЛБР2, рака предстательной железы человека DU 145, рака молоч-ной железы человека MDAMB-231 и MCF7, гепатоцеллюлярной карциномы HepG2, рака головного мозга U-87, рака поджелудочной железы человека PANC-1. Количество живых раковых клеток по окончании периода инкубации с бактериальным препаратом определяли с помощью МТТ-колориметрического метода.

В результате проведенных исследований были установлены высокие про-биотические свойства полученного препарата бифидобактерий и лактобакте-рий, а количество жизнеспособных пробиотических клеток составляло 1010 КОЕ а 1 г. Новизна технического решения защищена патентом RU №2605626.

Новый способ позволяет получать аутопробиотики, гетеропробиотики и комбинированные пробиотики, которые могут быть использованы для разработки новых функциональных и персонифицированных продуктов питания и БАД к пище и смогут обеспечить лучшую адаптацию человека в обычных условиях, при нагрузках и экстремальных состояниях, включая преждевременное старение.

Методологические принципы создания синбиотических молочных

продуктов с метабиотиками для различных групп населения В настоящее время концепция метабиотиков, состоящих из клеточных

компонентов и метаболитов пробиотических культур, имеет огромный потен-циал. Создание новых синбиотических молочных биопродуктов с метабиоти-ками для различных групп населения открывает перспективы для поддержки иммунитета и терапии широкого спектра болезней человека.

В связи с этим в дальнейших исследованиях были разработаны методоло-гические принципы создания новых синбиотических молочных продуктов с ме-табиотиками (рисунок 3), состоящие из целей, путей достижения этих целей и результатов, включающих широкий спектр синбиотических молочных продук-тов с метабиотиками с высокими показателями качества и адекватными срока-ми годности, что позволяет разработать НТД и осуществить внедрение.

17

Рисунок 3 – Методологические принципы создания синбиотических молочных биопродуктов с метабиотиками для различных групп населения

Для исследований были отобраны Российские пробиотические заквасоч-

ные культуры молочнокислых бактерий (таблица 1), которые используются для получения различных молочных продуктов, имеющие высокий биотехнологи-ческий потенциал, технологичные и относящиеся к доминирующим родам мик-рофлоры здорового человека и активно синтезирующие ЭПС.

Также для исследований были отобраны 3 штамма Российских гетеро-пробиотиков Bifidobacterium longum, выделенных от здорового человека и де-тей до 1 года, и Российские БАД к пище, обогащенные клеточными компонен-тами и метаболитами бифидобактерий и пропионовокислых бактерий, линоле-вой кислотой, селеном и йодом в биодоступной форме.

18

Таблица 1 – Биотехнологический потенциал заквасочных культур

Заквасочные культуры

Видовой состав микрофлоры

Опти-маль-ная T,

ºC

Актив-ность

фермен-тации, ч

Количе-ство кле-ток, КОЕ в 1 см3

БК-Алтай-Снж,

г. Барнаул

Lactococcus lactis subsp. lactis Lactococcus lactis subsp. сremoris

Lactococcus lactis subsp. diacetilactis Streptococcus salivarius thermophilus

33±1

9±1

1011

КТСБ, г. Барнаул

Streptococcus salivarius thermophilus, Lactobacillus delbrukii subsp.

bulgaricus

40±1

6±1

109

БЗ-БВ, г. Барнаул

Lactobacillus delbrukii subsp. bulgaricus

40±1

7±1

109

БК для ряжен-ки – КТС, г. Барнаул

Streptococcus salivarius thermophilus

40±1

6±1

1010

L-1, г. Новосибирск

Lactobacillus acidophilus 38±1 7±1 109

L-2, г. Новосибирск

Lactobacillus casei 39±1 7±1 109

L-4, г. Новосибирск

Lactobacillus delbrukii subsp. bulgaricus

41±1 7±1 109

ВКПМ АС-1581, г. Москва

Bifidobacterium longum,

выделен от здорового человека

37±1

10±1

109

ВКПМ АС-1635, г. Москва

Bifidobacterium longum,

выделен от детей 1 года жизни

37±1

10±1

109

ВКПМ АС-1636, г. Москва

Bifidobacterium longum,

выделен от детей 1 года жизни

37±1

10±1

109

КП, г. Барнаул

Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii, globosum

30±1 7±1 1010

БАД Бифи-кардио «Л», г. Улан-Удэ

Bifidobacterium longum DK-100 с льняным маслом (с линолевой кислотой из семейства омега-з жирных кислот)

37±1

8±1

108

БАД «Селен-пропионикс», г. Улан-Удэ

Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii KM-186 с селеном

в биодоступной органической форме

30±1

11±1

1010

БАД «Йод-пропионикс», г. Улан-Удэ

Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii KM-186 с йодом

в биодоступной органической форме

30±1

11±1

1010

Выбранные биологически активные добавки к пище «Селенпропионикс»,

«Йодпропионикс» и Бификардио «Л» можно отнести к энерго-метабиотикам – модуляторам энергетического обмена в митохондриях и кишечной микробиоте, т. к. известно, что для создания энерго-метабиотиков необходимы витамины (в т. ч. В12), минеральные вещества (в т. ч. селен и йод) и различные органические и аминокислоты, которые активно синтезируют пропионовокислые бактерии и

19

бифидобактерии в процессе получения выбранных БАД к пище.

Обоснование принципов создания микробных консорциумов с высоким экзополисахаридным потенциалом и выбор оптимальных соотношений заквасочных культур пробиотических микроорганизмов

Эффективным подходом в решении проблем улучшения здоровья населе-ния страны является разработка молочных биопродуктов на основе консорци-умов пробиотических микроорганизмов, которые более устойчивы к неблаго-приятным условиям среды и обладают более высокой активностью по сравне-нию с заквасками, приготовленными с использованием чистых культур.

В последние годы в России и за рубежом наблюдается повышенный ин-терес к поиску новых пробиотических культур, синтезирующих ЭПС, которые являются не только альтернативой натуральным биозагустителям, улучшаю-щим консистенцию и продлевающим продолжительность хранения пищевых биопродуктов, но и способствуют адгезии полезной микрофлоры на стенках кишечника человека, обеспечивают колонизационную и максимальную эффек-тивность воздействия на организм хозяина.

Особый интерес к пробиотическим культурам молочнокислых бактерий, бифидобактерий и пропионовокислым бактериям Propionibacterium freuden-reichii обусловлен еще и тем, что на международном уровне этим бактериям присвоен высокий статус безопасности GRAS (Generally recognized as safe), что подтверждает возможность применения ЭПС-продуцирующих культур в про-изводстве безопасных продуктов питания.

Это направление определяет перспективу широкого использования бак-териальных ЭПС в пищевой промышленности для удовлетворения растущего спроса на лечебно-профилактические продукты питания.

Однако, остаются мало изученными вопросы, касающиеся популяционной способности пробиотических бактерий синтезировать ЭПС – натуральные биоза-густители, которые не только улучшают консистенцию, но и способствуют адге-зии полезной микрофлоры на стенках кишечника человека и обеспечивают ко-лонизационную и максимальную эффективность воздействия на организм.

В связи с этим создание микробных консорциумов с высоким экзополи-сахаридным потенциалом представляется задачей актуальной в научном и практическом аспектах.

Поэтому на следующем этапе были созданы микробные консорциумы с высоким ЭПС-потенциалом и функциональными ингредиентами для различных кисломолочных продуктов, оптимальные условия получения которых пред-ставлены в таблице 2. Оптимальные температуры культивирования микробных консорциумов устанавливали по активности ферментации и органолептическим показателям. Выбор оптимального соотношения заквасочных культур в микроб-ных консорциумах проводили с учетом количества ЭПС, по удельной скорости роста бактерий, продолжительности ферментации, кислотности, влагоудержива-ющей способности и органолептическим показателям.

20

Таблица

2 –

Характеристика и оптимальные условия получения микробных консорциум

ов

№

п/п 

Микробные консорциум

ы

для

Соотнош

ение

заквасочных

культур

Микрофлора

консорциума

Опти-

мальная

темпера

-тура

, ᵒС

1 кислом

олочного

продукта

«Победа»

для

Арктики

L

-4 +

L-1

+ L

-2 +

БК

-Алтай

-Снж

0,

8 : 1

: 1

: 1,2

Lac

toba

cill

us d

elbr

ukii

sub

sp. b

ulga

ricu

s, L

acto

baci

llus

c

asei

, Lac

toba

cill

us a

cido

phil

us, L

acto

cocc

us la

ctis

sub

sp.

lact

is, L

acto

cocc

us la

ctis

sub

sp. с

rem

oris

L

acto

cocc

us la

ctis

sub

sp. d

iace

tila

ctis

St

rept

ococ

cus

sali

vari

us th

erm

ophi

lus

38±1

2 кислом

олочного

плавленого

сыра

«Сибиряк

» для Арктики

КТСБ

+ КП

+

БАД

«Селенпропионикс

» +

БАД

«Йодпропионикс

» 1

: 3 :

2 : 2

Stre

ptoc

occu

s sa

liva

rius

ther

mop

hilu

s, L

acto

baci

llus

del

-br

ukii

sub

sp. b

ulga

ricu

s, P

ropi

onib

acte

rium

freu

denr

eich

ii

subs

p. s

herm

anii

, glo

bosu

m, P

ropi

onib

acte

rium

fr

eude

nrei

chii

sub

sp. s

herm

anii

KM

-186

34±1

3 сметаны

«Полярная»

для

Арктики

БК

-Алтай

-Снж

+ АС

-158

1+

БАД

«Селенпропионикс

» +

БАД

«Йодпропионикс

» 2

: 1 :

1 : 1

Lac

toco

ccus

lact

is s

ubsp

. lac

tis,

Lac

toco

ccus

lact

is s

ubsp

. сr

emor

is, L

acto

cocc

us la

ctis

sub

sp. d

iace

tila

ctis

St

rept

ococ

cus

sali

vari

us th

erm

ophi

lus,

Bif

idob

acte

rium

lo

ngum

, Pro

pion

ibac

teri

um fr

eude

nrei

chii

sub

sp.

sher

man

ii K

M-1

86

34±1

4 кислом

олочного

морож

еного

«Полезное»

АС

-158

1 +

АС

-163

5 +

АС

-163

6 +

БАД

«Селенпропионикс

» +

БАД

«Йодпропионикс

» 1

: 1

: 1 :

1 : 1

Bif

idob

acte

rium

long

um АС

-158

1, АС

-163

5, АС

-163

6,

Pro

pion

ibac

teri

um fr

eude

nrei

chii

sub

sp. s

herm

anii

KM

-186

34

±1

5 сметаны

«Бодрость»

для геродиетического

питания

БК

-Алтай

-Снж

+

БАД

Биф

икардио

«Л»

1 : 1

Lac

toco

ccus

lact

is s

ubsp

. lac

tis,

Lac

toco

ccus

lact

is s

ubsp

. сr

emor

is, L

acto

cocc

us la

ctis

sub

sp. d

iace

tila

ctis

, St

rept

ococ

cus

sali

vari

us th

erm

ophi

lus,

B

ifid

obac

teri

um lo

ngum

DK

-100

35±1

6 кислом

олочного

десерта

«Л

аком

ка»

БЗ-БВ

+ БК

для

ряж

енки

– КТС

+

L-1

+ L

-2 +

БК

-Алтай

-Снж

1

: 1 :

2,5

: 2,5

: 3

Lac

toba

cill

us d

elbr

ukii

sub

sp. b

ulga

ricu

s,

Stre

ptoc

occu

s sa

liva

rius

ther

mop

hilu

s, L

acto

baci

llus

ac

idop

hilu

s, L

acto

baci

llus

cas

ei, L

acto

cocc

us la

ctis

su

bsp.

lact

is, L

acto

cocc

us la

ctis

sub

sp. с

rem

oris

L

acto

cocc

us la

ctis

sub

sp. d

iace

tila

ctis

38±1

20

21

В таблице 3 представлены основные биотехнологические свойства выбран-ных микробных консорциумов.

Таблица 3 – Основные биотехнологические свойства микробных консорциумов

Исследуемые свойства

Показатели микробных консорциумов для кисломолочных продуктов кисло-мол.

продукт «Победа»

(1)

кисломол. плавленый

сыр «Сибиряк»

(2)

сметана «Полярная»

(3)

кисломол. мороженое «Полезное»

(4)

сметана «Бодрость»

(5)

кисломол. десерт

«Лакомка»

(6) Количество ЭПС на 100 г образца, мг 38,7±0,4 35,2±0,4 36,6±0,4 25,9±0,4 35,2±0,4 38,8±0,4 Lg количества кле-ток КОЕ в 1 см3 :

- молочнокислых бактерий; - бифидобактерий; - пропионовокис- лых бактерий

9,87±0,15

-

-

9,93±0,13

-

9,44±0,14

9,44±0,14

9,23±0,15

9,15±0,15

-

8,74±0,16

8,23±0,13

9,69±0,12

9,15±0,13

-

9,96±0,10

-

- Титруемая кислотность, 0Т 98±1 90±1 96±1 85±1 93±1 99±1

Влагоудерживаю-щая способность сгустков, см3/10 см3

1,9±0,2 3,2±0,1 1,5±0,2 3,9±0,2 1,6±0,1 1,8±0,2

На основе проведенных исследований был обоснован и разработан алго-ритм получения микробного консорциума пробиотических микроорганизмов с высоким экзополисахаридным потенциалом, представленный на рисунке 4.

↓

↓ ↓

Рисунок 4 – Алгоритм получения микробного консорциума пробиотических культур с высоким экзополисахаридным потенциалом

Известно, что ЭПС, синтезирующиеся пробиотическими бактериями, спо-собны интенсифицировать процесс ферментации молока, стимулировать рост са-мих бактерий и синтез ими аминокислот, летучих жирных кислот, витаминов, вы-

Изучение сочетаемости отечественных заквасочных культур пробиотических микроорганизмов с высоким экзополисахаридным потенциалом

Выбор оптимальных температурных режимов и соотношений при совместном культивировании микробного консорциума пробиотических культур

с высоким экзополисахаридным потенциалом

Изучение полисахаридного потенциала отечественных заквасочных культур пробиотических микроорганизмов и их сочетаемости

Выбор способа введения микробного консорциума пробиотических культур с высоким экзополисахаридным потенциалом при производстве синбиотических биопродуктов

22

ступать в качестве активных антагонистов против раковых клеток, снижать со-держание холестерола в крови, проявлять противоязвенную активность и способ-ствовать снижению давления при гипертонии.

Следует отметить, что основной биологической функцией микробных ЭПС является защитная функция, вероятно, что ЭПС защищают клетки микроорганиз-мов от различных повреждающих воздействий, например таких, как повышенная и пониженная температуры, низкие рН и др., следовательно, синтез ЭПС зависит от условий культивирования и состава бактерий микробных консорциумов.

Например, при увеличении или снижении оптимальной температуры роста наблюдается активный синтез ЭПС, это также подтверждается нашими исследо-ваниями при установлении оптимальной температуры культивирования микроб-ных консорциумов, которая не являлась оптимальной для всех бактерий, входя-щих в состав микробных консорциумов.

В качестве примера, на рисунке 5 представлено количество микробных ЭПС в биопродуктах на основе заквасочных культур и микробного консорциума для кисломолочного продукта «Победа».

Рисунок 5 – Содержание микробных экзополисахаридов в биопродуктах с заквасочными культурами и микробным консорциумом

для кисломолочного продукта «Победа» где, 1 – кисломолочный продукт с заквасочной культурой Lactobacillus acidophilus (L-1), 2 – кисломолочный продукт с Lactobacillus delbrukii subsp. bulgaricus (L-2), 3 – кисломолочный продукт с Lactobacillus casei (L-4), 4 – кисломолочный продукт с Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactococcus lactis subsp. cremoris, Lactococcus lactis subsp. diacetilactis, Streptococcus salivarius thermophilus (БК-Алтай-Снж), 5 – кисломолочный продукт «Победа» с микробным консорциумом (на основе заквасочных культур 1 : 2 : 3 : 4 в соотношении 1 : 1 : 0,8 : 1,2).

В результате проведенных исследований было установлено, что экзополисаха-риды – метаболиты бактериальных клеток, микробными консорциумами синтезиру-ются значительно в большем количестве, чем заквасочными культурами, из которых они состоят. Это явление касается микробных консорциумов и других кисломолоч-ных продуктов данной работы.

23

Изучение морфологических особенностей колоний микроорганизмов в заквасочных культурах и их консорциумах

Из литературных источников известно, что ЭПС-культуры пробиотических бактерий обладают повышенной устойчивостью к агрессивной среде благодаря наличию экзополисахаридной капсулы, которая, вероятно, служит связующим зве-ном при их заселении и адгезии в кишечнике, поэтому это свойство повышает веро-ятность накопления таких пробиотических культур и продуктов их метаболизма (ме-табиотиков) в пищеварительном тракте человека.

Как показали наши исследования, нахождение микроорганизмов в составе микробного консорциума, несомненно, создает им определенные преимущества, например, повышение биотехнологических свойств, устойчивость к антибиотикам, синтез ЭПС и др.

Кроме того, при большем синтезе ЭПС не только повышается вязкость раство-ров, но и наблюдаются более близкие межклеточные контакты палочковидных и кокковидных микроорганизмов микробного консорциума. Результаты исследований, представленные на рисунке 6, свидетельствуют о том, что в микробном консорциуме палочковидные и кокковые клетки активно контактируют между собой.

L-4

L-1 L-2 L-4 БК-Алтай-Снж Консорциум

Рисунок 6 – Микроскопическая картина биопродуктов с заквасочными культурами и их микробным консорциумом (ув. х 1000)

Повышенное образование ЭПС увеличивает вязкость кисломолочного про-дукта и усиливает явление агрегации – когезии, когда образовывается сумма кле-ток, аналогичная многоклеточному организму, свойством которой является коопе-рация отдельных клеток, когда их согласованная деятельность направлена на до-стижение одного и того же результата.

При этом обмен информацией и сигналами происходят за счет функциони-рования внеклеточных метаболитов, регулирующих активность бактерий, а обра-зование таких взаимодействий обеспечивает физиологическую и адаптационную устойчивость клеток на воздействие отрицательных условий внешней среды. Как видно из рисунков 6 и 7, агрегация колоний микроорганизмов, входящих в мик-робный консорциум, демонстрирует их способность к многоклеточной организа-ции, характерной для бактерий, обитающих в желудочно-кишечном тракте.

Немаловажное значение при выборе пробиотических культур микроорганизмов придается их резистентности к антибиотикам – важному фактору, определяющему их пробиотические свойства, получение которых представлено в таблице 2.

АС

-158

1 АС

-163

5

АС

-163

6

БАД

«Селенпро

- БАД

«Йодпро

- Консорциум

пионикс

»

пионикс

»

КТСБ

КП

БАД

«Селенпро

-

БАД

«Йодпро

-

Консорциум

пионикс

»

пионикс

»

БК

-Алтай

-Снж

АС

-158

1

БАД

«Селенпро

-

Б

АД

«Йодпро

-

Консорциум

пионикс

»

пионикс

»

БК

-Алтай

-Снж

БАД

«Биф

икардио»

Консорциум

БЗ-БВ

БК

-КТС

L

-1

L-2

БК

-Алтай

-Снж

Консорциум

Рисунок

7 –

Микроскопическая картина заквасочны

х культур и их

микробных консорциум

ов (ув

.х 1

000)

Кисломолочны

й плавлены

й сыр

«Сибиряк

»

Сметана

«Полярная

»

для использования

в условиях

Арктики

Кисломолочное

морож

еное

«Полезное»

Сметана

«Бодрость»

для

геродиетического

питания

Кисломолочны

й десерт

«Л

аком

ка»

24

25

Изучение резистентности микроорганизмов заквасочных культур и их консорциумов к антибиотикам

Из литературных источников известно, что совместное применение анти-биотиков и антибиотикоустойчивых пробиотических микроорганизмов способ-ствует более эффективному восстановлению нормальной микрофлоры кишечника человека уже в процессе антибиотикотерапии, а резистентность микроорганизмов к антибиотикам зависит от генотипа и его устойчивости и является свойством, ко-торое передается по наследству, и важным фактором, определяющим пробиоти-ческие свойства микроорганизмов.

Поэтому на следующем этапе исследований была изучена резистентность заквасочных культур и созданных на их основе микробных консорциумов для различных кисломолочных продуктов к 10 антибиотикам (таблица 4 и 5).

Таблица 4 – Резистентность к антибиотикам микрофлоры микробных консорциумов различных кисломолочных продуктов

Наименование антибиотика

Ед. изме-рения ак-тивности антибио-тика

Изучаемые дозы антибиотиков

Концентрация антибиотиков, к которым устойчива микрофлора исследуемых мик-робных консорциумов в кисломолочных

продуктах 1 2 3 4 5 6

Бициллин Ед./см3 100; 10; 1; 0,1; 0,01 10 10 10 10 10 10 Гентамицин Мкг/см3 80, 40, 8, 4, 0,8 80 80 40 40 80 80 Кларбат Мкг/см3 1000; 100; 10; 1; 0,1 1000 100 1000 100 1000 1000 Левомицетин Мкг/см3 2500; 250; 25; 2,5; 1,25 2500 2500 2500 250 2500 2500 Олететрин Мкг/см3 250; 25; 2,5; 0,25; 0,025 250 250 250 250 25 250 Спарфлоксацин Мкг/см3 1000; 100; 10; 1; 0,1 1000 1000 1000 1000 1000 1000 Сульфадиметок-син

Мкг/см3 1000; 100; 10; 1; 0,1 1000 1000 1000 1000 1000 1000

Тетрациклин Мкг/см3 1000; 100; 10; 1;0,1 1000 1000 1000 1000 1000 1000 Фурадонин Мкг/см3 1000; 100; 10; 1; 0,1 1000 100 1000 100 100 1000 5-Нок Мкг/см3 50; 25; 2,5; 0,25; 0,025 50 50 25 25 25 50

В результате анализа полученных данных было установлено, что резистент-ность микрофлоры микробных консорциумов ко всем исследуемым антибиотикам значительно возросла, по сравнению с заквасочными культурами. Вероятно, из-за изменения температуры культивирования происходит перестройка геномов мик-роорганизмов, особенно молочнокислых стрептококков, плазмиды которых спо-собны кодировать такие свойства, как продуцирование антибиотических веществ и сохранение устойчивости к антибиотикам, а также, вероятно, из-за приобретения новой генетической информации за счет передачи плазмид в процессе трансдук-ции и конъюгации между близкородственными видами и родами бактерий.

Критерием пробиотических свойств микроорганизмов является их способ-ность приживаться в желудочно-кишечном тракте. Поэтому были проведены ис-следования по изучению устойчивости заквасочных культур и их микробных кон-сорциумов к 2, 4 и 6,5 % NaCl, к щелочной реакции среды при рН 7,5; 8,3; 9,2 и 9,6, к 0,4 % фенолу и к 20, 30 и 40 % желчи.

26

Таблица

5 –

Резистентность к антибиотикам

микрофлоры

заквасочных культур

в кислом

олочны

х продуктах

Наименование

антибиотика

Единицы

изме-

рения

актив-

ности

антибио-

тика

Терапев

. сод.

ант.

в

крови,

мкг

/см

3

при исп.

макс.

доз

Изучаемые дозы

антибиотиков

Концентрация антибиотиков

, к которым

устойчива

микрофлора

исследуемых

заквасочны

х культур в кислом

олочны

х продуктах

БК

- Алтай

- СНЖ

КТСБ

БЗ-БВ

БК

для

ряженки

–КТС

L-1

L

-2

L-4

ВКПМ

АС

-15

81

ВКПМ

АС

-16

35

ВКПМ

АС

-16

36

КП

Бициллин

Ед.

/см

3 0,

3 10

0; 1

0; 1

; 0,1

; 0,0

1 0,

1 1

1 0,

1 1

1 1

0,1

0,1

0,1

1

Гентамицин

Мкг

/см

3 8

80, 4

0, 8

, 4, 0

,8

8 40

40

8

80

40

40

8 8

8 40

Кларбат

Мкг

/см

3 2,

9 10

00; 1

00; 1

0; 1

; 0,1

10

0 10

0 10

10

0 10

0 10

0 10

10

10

10

10

Левом

ицетин

Мкг

/см

3 50

25

00; 2

50; 2

5; 2

,5; 1

,25

25

250

25

25

250

250

25

25

25

25

250

Олететрин

Мкг

/см

3 1,

5 25

0; 2

5; 2

,5; 0

,25;

0,0

25

250

250

25

250

2,5

2,5

25

2,5

2,5

2,5

25

Спарф

локсацин

Мкг

/см

3 28

10

00; 1

00; 1

0; 1

; 0,1

10

00

1000

10

00

1000

10

00

1000

10

00

100

100

100

10

Сульфадим

етоксин

Мкг

/см

3 нет

данны

х 10

00; 1

00; 1

0; 1

; 0,1

10

00

1000

10

00

1000

10

00

1000

10

00

100

100

100

100

Тетрациклин

Мкг

/см

3 10

10

00; 1

00; 1

0; 1

; 0,1

10

0 10

00

1000

10

0 10

00

100

1000

10

0 10

0 10

0 10

0

Фурадонин

Мкг

/см

3 2,

5 10

00; 1

00; 1

0; 1

; 0,1

10

0 10

0 10

0 10

0 10

0 10

0 10

0 10

10

10

10

5-Нок

Мкг

/см

3 нет

данных

50; 2

5; 2

,5; 0

,25;

0,0

250,

25

25

25

0,25

25

2,

5 25

2,

5 2,

5 2,

5 25

26

27

В результате было установлено, что исследуемые заквасочные культуры в основном устойчивы к исследуемым факторам, однако микробные консорциумы оказались более устойчивы ко всем исследуемым факторам, а, следовательно, их совместное культивирование может рассматриваться как косвенное свидетельство лучшей способности созданных микробных консорциумов для различных кисло-молочных продуктов колонизировать желудочно-кишечный тракт человека.

На следующем этапе были исследованы микроструктура, компонентный состав пребиотиков-стабилизаторов структуры для продуктов на молочной ос-нове: КМЦ, ксантановой камеди, альгината натрия, пирофосфата, пектина, а также формы связи влаги и активности воды в структурированных синбиотиче-ских молочных продуктах с использованием выбранных пребиотиков-стабилизаторов. На рисунках 8 и 9 представлены их микроструктура и спек-трометрический профиль компонентного состава.

Как видно из рисунка 8, микроструктуры различных видов карбоксиме-тилцеллюлоз практически одинаковы, характеризуются наличием длинных во-локон, размер которых может достигать 60 мкм.

1 2 3

4 5 6

7 8 9 Рисунок 8 – Микроструктура стабилизаторов КМЦ 4500-6000 (1), КМЦ 6000-9000 (2), КМЦ Акуцель 3265 (3), конжаковой камеди (4), пектина (5), альгината натрия (6), пирофосфата натрия (7), ксантановой камеди (8), камеди рожкового дерева (9)

при кратности увеличения 200 раз

28

Микроструктура конжаковой камеди и камеди рожкового дерева – это кристаллообразные гранулы неправильной формы, размером 10–300 и 5–250 мкм. Элементы ксантановой камеди отличаются меньшими размерами структурных элементов с неправильной формой и удлиненной плотным распо-ложением частиц.

Размеры элементов пектина и альгината натрия равны 20–250 мкм, а их микроструктуры подобны структурам конжаковой камеди и камеди рожкового дерева. В пирофосфатах натрия присутствуют мелкодисперсные, плотно распо-ложенные частицы, с размером 10–100 и 5–90 мкм соответственно.

В результате проведенных исследований обнаружены сходства эле-ментного состава как качественного, так и количественного у КМЦ, камеди и пирофосфата натрия.

1 2

3 4

5 6

Рисунок 9 – Спектрометрический профиль компонентного состава КМЦ 6000-9000 (1), конжаковой камеди (2), пектина (3), альгината натрия (4),

пирофосфата натрия (5), КМЦ Акуцель 3265 (6)

29

Исследованные пищевые стабилизаторы, обладающие пребиотическими свойствами, были использованы для дальнейших исследований: – карбоксиметилцеллюлоза – для сметаны «Кемеровская», «Полярная»;– альгинат натрия и камедь рожкового дерева – для структурированного мо-лочного мусса «Фруктовый рай»; – камедь рожкового дерева для пастообразного структурированного кисломо-лочного десерта «Волшебство»; – альгинат натрия и камедь рожкового дерева для структурированного молоч-ного мусса «Фруктовый рай»; – пектин для кисломолочного десерта «Лакомка» и кисломолочных продуктов«Победа»; – альгинат натрия для кисломолочного мороженого «Полезное».

На следующем этапе было изучено влияние различных пребиотических соединений, таких, как КМЦ, пектина, молочного белково-углеводного препа-рата «Лактобел», кедрового жмыха, пюре красной рябины «Сибирская» и сиро-па шиповника на рост микрофлоры за-квасочных культур и микробных кон-сорциумов в кисломолочных продуктах.

В результате проведенных исследо-ваний установлены их оптимальные дозы, выбранные с учетом органолептических показателей кисломолочных продуктов (рисунок 10 – пример для кисломолочного десерта «Волшебство») и количества жизнеспособных клеток пробиотических бактерий (таблица 6).

Таблица 6 – Массовая доля пребиотических соединений для кисломолочных продуктов

Микробные консорциумы на молочной основе

для продуктов

Пребиотики, пребиотические соединения

Оптимальная массовая доля пребиотика, %

Количества жизне-способных клеток КОЕ /г продукта

Кисломолочного продукта «Победа»

пектин, пюре красной рябины

0,30±0,01 13,0±0,1

109

Кисломолочного продукта «Победа»

кедровый жмых 3,0±0,1 1010

Кисломолочного продукта «Победа»

молочный белково-углевод-ный препарат «Лактобел»

10,0±0,1 109

Кисломолочного десерта «Волшебство»

молочный белково-углевод-ный препарат «Лактобел»

6,0±0,1 109

Сметаны «Полярная» кедровый жмых 3,0±0,1 1010

Сметаны «Полярная» карбоксиметилцеллюлоза 0,20±0,01 109

Сметаны «Бодрость» кедровый жмых 3,0±0,1 1010

Кисломолочного десерта «Лакомка»

яблочное пюре пюре красной рябины пектин

10,0±0,1 9,0±0,1

2,0±0,1

109

Рисунок 10 – Органолептическая оценка десерта «Волшебство» с разной массовой долей лактобела

30

Полученные результаты свидетельствуют о том, что использование пре-биотических соединений структурирует белковую систему, повышает струк-турно-механические свойства кисломолочных продуктов, улучшает их органо-лептические показатели, способствует увеличению сроков хранения продуктов и повышает жизнеспособность клеток пробиотических бактерий в процессе длительного хранения.

Для получения кисломолочного мороженого «Полезное» и кисломолоч-ного плавленого сыра «Сибиряк» использовались метабиотики, которые изго-тавливались на молочной основе отдельно, а затем вносились на стадии техно-логического процесса.

Для приготовления метабиотиков для кисломолочного мороженого «По-лезное» в молоко для ферментации вносился микробный консорциум бифидо-бактерий и пропионовокислых бактерий (АС-1581 + АС-1635 + АС-1636 + БАД «Селенпропионикс» + БАД «Йодпропионикс» в соотношении 1 : 1 : 1 : 1 : 1), а метабиотики для кисломолочного плавленого сыра готовились с использовани-ем микробного консорциума молочнокислых и пропионовокислых бактерий (КТСБ + КП + БАД «Селенпропионикс» + БАД «Йодпропионикс» в соотноше-нии 1 : 3 : 2 : 2), который ферментировали на молочной основе.

Технологическая схема производства кисломолочного плавленого сыра «Сибиряк» с метабиотиками и его основные качественные показатели пред-ставлены на рисунке 11 и в таблице 7.

Рисунок 11 – Технологическая схема производства кисломолочного плавленого сыра «Сибиряк» с метабиотиками

31

Таблица 7 – Основные качественные показатели кисломолочного плавленого сыра «Сибиряк» с метабиотиками

Наименование показателя Характеристика Наименование показателя Характеристика Массовая доля жира, % 45,0±0,1 Органолептические

показатели: – вкус и запах

– консистенция

хорошо выраженный вкус и аромат хорошая

Массовая доля влаги, % 54,0±0,1 Массовая доля сухих ве-ществ, %

45,0±0,1

Массовая доля соли, % 2,0±0,1 рН 5,53±0,10 Количество клеток на конец

срока годности не менее, КОЕ на г: – молочнокислых бактерий– пропионовокислых бактерий

108

108

Срок хранения, сутки 40 Показатели безопасности

соответствуют требованиям

ТР ТС 033/2013

На рисунках 12 и 13 представлены совмещенная технологическая схема про-изводства жидких и сублимированных синбиотических молочных продуктов «Побе-да» и технологические схемы производства кисломолочного мороженого «Полез-ное» с метабиотиками.

Рисунок 12 – Совмещенная технологическая схема производства синбиотических кисломолочных продуктов «Победа»

Рисунок

13

– Технологические

схемы

производства кислом

олочного

морож

еного

«Полезное»

с метабиотиками

32

33

На основании результатов исследований были разработаны новые био-технологии синбиотических молочных продуктов с метабиотиками, основные качественные показатели которых представлены в таблице 8.

Таблица 8 – Основные качественные показатели синбиотических молочных продуктов с метабиотиками

Наименование показателя

Характеристика синбиотических молочных продуктов 1 2 3 4 5 6

Массовая доля жира, % 2,5±0,1 45,0±0,1 10,0±0,1 2,5±0,1 10,0±0,1 2,5±0,1 Органолептические показатели: – вкус и запах чистый

кисломо-лочный

хорошо выражен-

ный

чистый кисломо-лочный

чистый. сладкий, кисломо-лочные

чистый кисломо-лочный

чистый кисломо-лочный

– консистенция однород-ная

хорошая однород-ная

однород-ная

однород-ная

однород-ная

Количество клеток на конец срока годности, не менее, КОЕ /г: – молочнокислых бактерий– бифидобактерий– пропионовокислыхбактерий

109

-

-

108

-

108

109

109

109

- 108

108

109

109

-

109

-

- Срок хранения, сутки 10 90 10 180 10 10Показатели безопасности соответствуют требованиям ТР ТС 033/2013 где, 1 – кисломолочный продукт «Победа» для Арктики, 2 – кисломолочный плавленый сыр «Сибиряк» для Арктики,

3 – сметана «Полярная» для Арктики, 4 – кисломолочное мороженое «Полезное», 5 – сметана «Бодрость» для геродиетического питания, 6 – кисломолочный десерт «Лакомка».

Основные качественные показатели сублимированных молочных продуктов «Победа» представлены в таблице 9.

Таблица 9 – Основные качественные показатели сублимированных молочных продуктов «Победа»

Наименование показателя

Характеристика сублимированных биопродуктов «ПОБЕДА» с пектином и пюре красной

рябины

с кедровым жмыхом

с лактобелом с пюре красной рябины и сиро-пом шиповника

Массовая доля жира, % 25,0±0,5 25,0±0,5 25,0±0,5 25,0±0,5 Массовая доля белка, % 25,0±0,4 35,0±0,4 35,5±0,4 24,0±0,4 Массовая доля влаги, % 3,7±0,1 4,0±0,1 4,0±0,1 3,8±0,1 Индекс растворимости, см3 0,10±0,01 0,10±0,01 0,10±0,01 0,10±0,01 Органолептические показатели: – вкус и запах Чистый

кисломолочный с привкусом рябины

Чистый кисломолочный

ореховый

Чистый кисломолочный

Чистый кисломоч-ный с привкусом шиповника и

рябины – консистенция сыпучий

порошок сыпучий порошок

сыпучий порошок

сыпучий порошок

– цвет светло-розовый, равномерный по всей массе

кремовый, равномерный по всей массе

кремовый, равномерный по всей массе

светло-коричне-вый, равномерный по всей массе

Количество молочнокислых бактерий на конец срока годности не менее, КОЕ/г: 1·109 1·109 1·109 1·109

Срок хранения, сутки 180 180 180 180Показатели безопасности соответствуют требованиям ТР ТС 033/2013

34

На следующем этапе была изучена перевариваемость белков кисломолоч-ных продуктов пищеварительными ферментами «in vitro», результаты исследова-ний представлены в таблице 10.

Таблица 10 – Перевариваемость белков кисломолочных продуктов пищеварительными ферментами «in vitro»

Кисломолочный продукт

Перевариваемость белков, мг тирозина на г белка

пепсином трипсином суммарная Сметана «Кемеровская» (контроль) 14,3±0,1 34,4±0,1 48,7±0,1Сметана «Кемеровская» с КМЦ 15,1±0,1 34,8±0,1 49,9±0,1 Кисломолочный десерт «Лакомка» (контроль) 21,1±0,1 38,2±0,1 59,9±0,1Кисломолочный десерт «Лакомка» с пектином и пюре красной рябины

21,5±0,1 39,1±0,1 60,6±0,1

Кисломолочный десерт «Лакомка» с пектином и лактобелом 21,2±0,1 39,9±0,1 61,1±0,1 Кисломолочный продукт «Победа» (контроль) 15,2±0,1 31,2±0,1 46,4±0,1Кисломолочный продукт «Победа» с лактобелом 18,4±0,1 35,1±0,1 53,5±0,1Кисломолочный продукт «Победа» с кедровым жмыхом 18,9±0,1 36,5±0,1 55,4±0,1Кисломолочный продукт «Победа» с пектином и пюре красной рябины

17,8±0,1 34,7±0,1 52,5±0,1

Кисломолочный продукт «Победа» с пюре красной рябины и сиропом шиповника

17,5±0,1 33,6±0,1 51,1±0,1

Сметана «Полярная» (контроль) 17,5±0,1 35,4±0,1 52,9±0,1 Сметана «Полярная» с КМЦ 18,3±0,1 36,1±0,1 54,4±0,1 Сметана «Бодрость» (контроль) 18,6±0,1 35,6±0,1 54,2±0,1Сметана «Бодрость» с кедровым жмыхом 20,2±0,1 37,3±0,1 57,5±0,1Кисломолочный плавленый сыр (контроль) 7,2±0,1 7,4±0,1 14,6±0,1Кисломолочный плавленый сыр «Сибиряк» с метабиотиками 8,6±0,1 9,1±0,1 17,7±0,1 Кисломолочное мороженое «Полезное» с метабиотиками 14,3±0,1 30,1±0,1 44,4±0,1 Кисломолочное мороженое «Полезное» 16,3±0,1 29,1±0,1 45,4±0,1 Кисломолочное мороженое «Полезное» с кедровым жмыхом 17,2±0,1 30,3±0,1 47,5±0,1

При изучении атакуемости белков исследуемых кисломолочных продук-тов пищеварительными протеиназами «in vitro» было установлено, что синбио-тические кисломолочные продукты обладают лучшей перевариваемостью, по сравнению с пробиотическими кисломолочными продуктами на основе создан-ных микробных консорциумов.

В соответствии с общим направлением работы, при непосредственном участии автора, была проведена опытно-промышленная проверка и апробация новых биотехнологий на ряде научно-исследовательских и промышленных мо-лочных предприятиях Кемеровской области с использованием параметров, установленных в ходе проведения научных исследований.

Производственная проверка показала полную воспроизводимость полу-ченных в работе результатов исследований и послужила основанием для утверждения 12 наименований нормативной документации на новые кисломо-лочные продукты, производство которых может осуществляться на том же тех-нологическом оборудовании, что и традиционные молочные продукты.

Реализация результатов исследований представлена в таблице 11.

35

Таблица 11 – Реализация результатов исследований

№ п/п

Наименование технологии

№ патента РФ или заявки на патент

Практическая реализация

1 Способ получения сухой лактулозы с помощью распылительной сушки

Патент 2541398

Использование сухой лактулозы при производстве синбиотических молочных продуктов

2 Способ получения бактериального препарата с пробиотической активностью

Патент 2605626

Получение аутопробиотиков, гетеропробиотиков и комбиниро-ванных пробиотиков, для новых функциональных и персонифици-рованных продуктов питания и БАД к пище

3 Способ производства пастообраз-ного структурированного кисло-молочного десерта «Волшебство» Способ производства структури-рованного молочного мусса «Фруктовый рай» Способ производства десерта кисломолочного «Лакомка»

Патент 2650772

Заявка на патент Патенты 2692658 2694629 2696031 2696032

ТУ 10.51.52–251–02068309–2019

ТУ 10.51.52–252 –02068309–2019

ТУ 10.51.52–254–02068309–2019

4 Способ производства жидкого и сублимированного кисломолочно-го продукта «Победа»

Заявка на патент

ТУ 10.51.52–255–02068309–2019 ТУ 10.51.56–256–02068309–2019

5 Способ производства сметаны «Кемеровская» Способ производства жидкой и сублимированной сметаны «Бодрость», «Полярная»

Заявка на патент Заявки

на патент

ТУ 10.51.52–250–02068309–2019

ТУ 10.51.52–257–02068309–2019 ТУ 10.51.56–258–02068309–2019 ТУ 10.51.52–259–02068309–2019 ТУ 10.51.56–260–02068309–2019

6 Способ производства кисломолочного мороженого «Полезное»

заявка на патент

ТУ 10.52.10–261–02068309–2019

7 Способ производства сыра кисломолочного плавленого «Сибиряк»

заявка на патент

ТУ 10.51.40–262–02068309–2019

Результаты исследований были внедрены в учебный процесс КемГУ. Был проведен сравнительный расчет ожидаемой сырьевой себестоимости новых синбиотических кисломолочных продуктов с метабиотиками, который показал, что внедрение в производство этих новых продуктов экономически выгодно.

Промышленное внедрение новых биотехнологий позволит расширить ас-сортимент отечественных персонифицированных синбиотических кисломолоч-ных продуктов на потребительском рынке и удовлетворить потребности раз-личных групп населения России в продуктах функционального питания.

Массовое производство отечественных биопродуктов, оптимизирующих микробиоценоз пищеварительного тракта человека, является эволюционно

36

обоснованным микроэкологическим базовым приёмом поддержания здоровья, увеличения продолжительности жизни населения России и важнейшей предпо-сылкой появления нового здорового поколения.

ВЫВОДЫ 1. Систематизированы существующие подходы по методологии исполь-

зования пробиотиков, пребиотиков и метабиотиков в биотехнологии производ-ства пробиотических и синбиотических молочных продуктов.

2. На основании системного анализа априорной информации разработанаи реализована научная концепция алиментарной коррекции здоровья россиян по двум направлениям:

– с помощью разработки нового способа получения бактериального пре-парата из представителей нормальной кишечной микрофлоры человека (бифи-добактерий и лактобактерий из фекалий человека) для создания персонифици-рованных молочных продуктов и БАД к пище;

– с помощью разработки новых биотехнологий производства синбиотиче-ских молочных продуктов с метабиотиками на основе микробных консорциу-мов отечественных заквасочных культур молочнокислых бактерий, бифидобак-терий и пропионовокислых бактерий, полученных в ходе выполнения исследо-ваний, пребиотиков различной природы, комбиотиков и метабиотиков.

3. Разработан новый способ получения бактериальных пробиотическихпрепаратов (аутопробиотиков, гетеропробиотиков и комбинированных пробио-тиков), которые могут быть использованы для разработки новых функциональ-ных и персонифицированных продуктов питания и БАД к пище, и смогут обес-печить лучшую адаптацию человека в обычных условиях, при нагрузках и экс-тремальных состояниях, включая преждевременное старение.

4. Разработаны методологические принципы создания синбиотических мо-лочных продуктов с метабиотиками для различных групп населения (для исполь-зования в условиях Арктической зоне и шахтеров, для геродиетического и функ-ционального питания).

5. Обоснован принцип создания микробных консорциумов молочнокис-лых, пропионовокислых бактерий и бифидобактерий с высоким экзополисаха-ридным потенциалом для различных кисломолочных продуктов.

6. С учетом биотехнологического потенциала отечественных заквасочныхкультур и БАД созданы новые микробные консорциумы с высокими пробиоти-ческими свойствами, установлены их оптимальные условия получения и куль-тивирования по удельной скорости роста микроорганизмов, количеству ЭПС, активности ферментации, влагоудерживающей способности, титруемой кис-лотности и органолептическим показателям.

7. На основе проведенных исследований обоснован и разработан алго-ритм получения микробного консорциума пробиотических микроорганизмов с высоким экзополисахаридным потенциалом и с высоким количеством жизне-способных клеток пробиотических бактерий 109 – 1010 КОЕ/см3.

8. Установлено, что синтез экзополисахаридов зависит от состава бакте-

37

рий микробных консорциумов и условий культивирования, а устойчивость со-зданных микробных консорциумов к антибиотикам, изменениям рН, щелочной реакции среды, фенолу, желчи более выражены по сравнению с заквасочными культурами микроорганизмов, входящими в их состав.

9. Изучены морфологические особенности колоний микроорганизмов ивзаимодействия клеток в заквасочных культурах и созданных микробных кон-сорциумах, установлено, что в микробных консорциумах палочковидные и кок-ковые клетки активно контактируют между собой, а при большем синтезе ЭПС наблюдаются их более близкие межклеточные контакты. Агрегация колоний микроорганизмов, входящих в микробный консорциум, демонстрирует их спо-собность к многоклеточной организации, характерной для бактерий, обитаю-щих в желудочно-кишечном тракте.

10. Исследованы физико-химические показатели стабилизаторов-пребиотических соединений: пектина, КМЦ, ксантановой и конжаковой камеди, камеди рожкового дерева, пирофосфата и альгината натрия, микроструктура и динамика их изменения при восстановлении в воде через 30, 60 и 90 минут для использования полученных данных в технологии производства новых синбиоти-ческих молочных продуктов. Установлено сходство элементного состава как ка-чественного, так и количественного у КМЦ, камеди и пирофосфата натрия.

11. Научно обоснованы технологические параметры производства новыхсинбиотических молочных продуктов. С учетом функционально-технологических свойств установлены рациональные дозировки вносимых ин-гредиентов: пектина, КМЦ, камеди рожкового дерева, альгината натрия, лакту-лозы, молочного белково-углеводного препарата «Лактобел» пребиотической направленности, кедрового жмыха, сиропа шиповника, яблочного пюре и пюре красной рябины. Изучено их влияние на рост микрофлоры микробных консор-циумов в синбиотических кисломолочных продуктах, установлено, что исполь-зование пребиотических ингредиентов повышает биохимическую активность микробных консорциумов, интенсифицирует процесс производства синбиоти-ческих кисломолочных продуктов, улучшает их консистенцию и органолепти-ческие показатели.

12. Научно обоснованы и разработаны инновационные биотехнологиисинбиотических кисломолочных продуктов с метабиотиками, которые прошли производственную проверку и апробацию на промышленных предприятиях России и показали их полную воспроизводимость.

13. Реализация научных положений диссертационной работы осуществ-лена разработками двенадцати наименований нормативной документации и её утверждением на промышленное производство новых продуктов, опытно-промышленная проверка показала, что их производство можно организовать на существующем оборудовании без дополнительных капиталовложений.

14. Маркетинговые исследования и анализ экономической эффективности по-казали, что производство новых синбиотических кисломолочных продуктов с мета-биотиками экономически выгодны, технологии имеют социальную значимость, об-ладают конкурентоспособностью и будут востребованы на современном рынке.

38

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

Монографии

1. Козлова, О. В. Биотехнологические особенности взаимодействия ста-билизаторов структуры и заквасок прямого внесения при производстве струк-турированных молочных продуктов: монография / О. В. Козлова, Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет). – Кемеро-во, 2016. – 128 с.

Статьи, индексируемые в Scopus и Web of Science

2. Pozdnyakova, A. V. Composition and microstructure investigation for themodeling and classification of dietary fiber derived from plants / A. V. Pozdnyakova, A. N. Arkhipov, O. V. Kozlova, L. A. Ostroumov // Foods and Raw Materials. – 2014. – № 1. – Р. 40–46.

3. Kozlova, O. V. A study of properties of structure–stabilizing agents forproducts based on dairy raw materials / O. V. Kozlova // Foods and Raw Materials. – 2014. – № 2. – Р. 16–25.

4. Ulrikh, E. Defining elemental composition of vegetative analogs for phar-maceutical gelatin using the electron probe microanalysis method / E. Ulrikh, O. Ko-zlova, L. Dishluk, A. Arkhipov // Advances in Environmental Biology. – 2014. – № 10. – P. 272–275.

5. Prosekov, A. Properties of carboxymethylcellulose as vegetative analogue topharmaceutical gelatin / A. Prosekov, E. Ulrikh, O. Kozlova, L. Dishluk, A. Arkhipov // Advances in Environmental Biology. – 2014. – № 10. – С. 290–294.

6. Prosekov, A. Analysis of sodium alginate physicochemical parameters forobtaining vegetative analogue of pharmaceutical gelatin / A. Prosekov, E. Ulrikh, O. Kozlova, L. Dishluk, A. Arkhipov // Advances in Environmental Biology. – 2014. – № 10. – P. 299–302.

7. Kozlova, O. V. The study of the microstructure of dairy products stabilizers/ O. V. Kozlova // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sci-ences. – 2016. – № 7 (5). – P. 1125–1133.

8. Kozlova, O. V. Analysis of the composition and properties of structures ofstabilizers for products based on dairy raw materials / O. V. Kozlova // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. – 2016. – № 7 (5). – P. 3051–3057.

9. Artyukhova, S. I. Developing freeze-dried bioproducts for the Russian mili-tary in the Arctic / S. I. Artyukhova, O. V. Kozlova, Т. Т. Тolstoguzova // Foods and Raw Materials. – 2019. – Vol. 7 № 1. – Р. 202–209.

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК

10. Остроумова, Т. Л. К вопросу о стабилизации структуры молочных

39

продуктов / Т. Л. Остроумова, О. В. Козлова, М. С. Литвинов // Хранение и пе-реработка сельхозсырья. – 2007. – № 7 – С. 36–38.

11. Козлова, О. В. Влияние олигосахаридов на активность микроорга-низмов в сыворотке / О.В. Козлова, К.В. Новоселов, С.Ю. Юрьева // Молочная промышленность. – 2007. – № 10. – С. 75–76.

12. Крупин, А. В. Стабилизаторы в продуктах специального назначения /А. В. Крупин, С. А. Равнюшкин, О. В. Козлова // Молочная промышленность. – 2009. – № 8. – С. 59–60.

13. Разумникова, И. С. Перспективный подход к созданию продуктовспециального назначения для профилактики гипертонической болезни и хрони-ческой сердечной недостаточности / И. С. Разумникова, О. В. Козлова, А. В. Дороганова, Г. А. Аветисян // Техника и технология пищевых произ-водств. – 2010. – Т. 16. – № 1. – С. 39–43.

14. Остроумов, Л. А. Питательные среды для бифидобактерий /Л. А. Остроумов, А. Ю. Просеков, М. Г. Курбанова, О. В. Козлова // Молочная промышленность. – 2010. – № 1. – С. 20–21.

15. Козлова, О. В. Биологически активные ферментативные гидролизаты /О. В. Козлова, О. О. Бабич // Молочная промышленность. – 2011. – № 12. – С. 71–72.

16. Архипов, А. Н. Исследование галактозидазной и протеолитическойактивности молочнокислых бактерий серии Delvo–Yog в стабилизированных молочных продуктах / А. Н. Архипов, А. В. Позднякова, О. В. Козлова // Тех-ника и технология пищевых производств. – 2012. – № 2. – С. 3–7.

17. Долганюк, В. Ф. Оптимизация параметров получения сухой лактулозы/ В. Ф. Долганюк, Г. Б. Гаврилов, А. И. Пискаева, О. В. Козлова // Техника и технология пищевых производств. – 2013. – № 4 (31). – С. 39–43.

18. Просеков, А. Ю. Изучение свойств пектина как растительного аналогафармацевтического желатина / А. Ю. Просеков, Е. В. Ульрих, О. В. Козлова, Л. С. Дышлюк // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5. – С. 162.

19. Козлова, О. В. Влияние стабилизаторов на кислотообразование заква-сок прямого внесения при заквашивании сливок / О. В. Козлова, А. В. Поздня-кова, О. О. Гаврилова // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. – 2013. – № 9. – С. 236–240.

Патенты

20. Патент № 2541398 РФ. Способ получения сухой лактулозы с помо-щью распылительной сушки. Патентообладатель ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (RU): 2013130450: заявл. 02.07.2013: опубл. 10.02.2015. – Бюл. № 4. / А. Ю. Просеков, А. И Писка-ева, О. В. Козлова.

21. Патент № 2605626 РФ. Способ получения бактериального препарата спробиотической активностью. Патентообладатель ФГБОУ ВО «Кемеровский

40

технологический институт пищевой промышленности» (RU): 2015115871: заявл. 28.04.2015: опубл. 27.12.2016. – Бюл. № 36. Л. С. Дышлюк, С. А. Сухих, И. С. Милентьева, А. Ю. Просеков, О. В. Козлова, М. В. Шишин.

22. Патент РФ № 2650772. Способ производства структурированного мо-лочного мусса. Патентообладатель ФГБОУ ВО «Кемеровский государствен-ный университет» (RU): 2016135210: заявл. 30.08.2016: опубл. 17.04.2018. – Бюл. № 11. О. В. Козлова, А. Ю. Просеков, С. А. Сухих.

23. Патент № 2692658 РФ. Способ производства плодового десерта.Патентообладатель ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный универси-тет» (RU): 2018134844: заявл. 01.10.2018: опубл. 25.06.2019. – Бюл. № 18. С. И. Артюхова, О. В. Козлова, А. Ю. Просеков.

24. Патент № 2694629 РФ. Способ производства плодового десерта.Патентообладатель ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный универси-тет» (RU): 2018134841: заявл. 01.10.2018: опубл. 16.07.2019. – Бюл. № 20. С. И. Артюхова, О. В. Козлова, А. Ю. Просеков.

25. Патент № 2696031 РФ. Способ производства плодового десерта.Патентообладатель ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный универси-тет» (RU): 2018134840: заявл. 01.10.2018: опубл. 30.07.2019. – Бюл. № 22. С. И. Артюхова, О. В. Козлова, А. Ю. Просеков.

26. Патент № 2696032 РФ. Способ производства плодового десерта.Патентообладатель ФГБОУ ВО « Кемеровский государственный универси-тет» (RU): 2018134843: заявл. 01.10.2018: опубл. 30.07.2019. – Бюл. № 22. С. И. Артюхова, О. В. Козлова, А. Ю. Просеков.

Учебные пособия

27. Артюхова, С. И. Биотехнология микроорганизмов: пробиотики, пре-биотики, метабиотики: учебное пособие / С. И. Артюхова, О. В. Козлова. –Кемерово. – 2019. – 224 с.

Материалы всероссийских и международных конференций и другие публикации

28. Просеков, А. Ю. Биотехнология изготовления десертной продукции измолочной сыворотки / А. Ю. Просеков, О. В. Козлова, Д. В. Сметанин // Пере-работка молока. – 2009. – № 11. – С. 54.

29. Козлова, О. В. Состав и свойства стабилизатора пирофосфат натрияSAPP 28 для продуктов на основе молочного сырья / О. В. Козлова // Proceedings of the IInd International Scientific and Practical Conference «The Top Actual Researches in Modern Science», Ajman, UAE. – 2016. – № 8 (12). – Vol.1. – С. 27–29.

30. Козлова, О. В. Микроструктура стабилизатора КМЦ 6000–9000 /О. В. Козлова // «NOVATION» Ежемесячный международный журнал. – 2016. – № 4. Часть 2. – С. 13–17.

31. Kozlova, O. V. Composition and properties of stabilizer xanthan gum

41

based raw milk / O.V. Kozlova // 11th European conference on biology and medical sciences. – Vienna, 2016. – С. 84–87.

32. Artyukhova, S. I. The use of lactic acid bacteria with high exopolysaccha-ride potential for the production of dairy-based bioproducts / S. I. Artyukhova, A. Y. Prosekov, O. V. Kozlova // Materials of International Conference «Scientific research of the SCO countries: synergy and integration» – Reports in English (Febru-ary 26, 2019, Beijing, PRC). – P.139–143.

33. Козлова, О. В. Биотехнология кисломолочного десерта / О. В. Козло-ва, А. Ю. Просеков, С. И. Артюхова // «Состояние и перспективы развития наилучших технологий специализированных продуктов питания» Всероссий-ская научно-практическая конференция с международным участием (30 мая 2019). – Омск, 2019. – С.127 – 130.

34. Козлова, О. В. Биотехнология кисломолочного плавленого сыра с ме-табиотиками / О. В. Козлова, С. И. Артюхова // Актуальная биотехнология. – Воронеж, 2019. – № 3 (30). – С. 225 – 228.

Отчеты о научных исследованиях

35. Разработка экологически безопасной ресурсосберегающей технологиипроизводства отечественных функциональных молочных продуктов направ-ленного действия с использованием биологически активных пептидов / О. В. Козлова // Научно–технический отчет № 02201050596 по государствен-ному контракту № П1499. – Кемерово, 2009. – 42 с.

36. Решение комплексных проблем по получению промышленно–значимых ферментных препаратов / О. В. Кригер, О. О. Бабич, Л. С. Дышлюк, О. В. Козлова [и др]. // Научно–технический отчет № 02201356413 в рамках Программы стратегического развития Федерального государственного бюд-жетного образовательного учреждения высшего профессионального образова-ния «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». – Кемерово, 2012. – 629 с.

Подписано в печать Формат 60×841/16

Бумага типографская. Гарнитура Times New Roman Печ. л. 2,5. Тираж 120 экз.

Заказ № 47

Оригинал-макет изготовлен в лаборатории множительной техники Кемеровского государственного университета

650000, г. Кемерово, пр. Советский, 73

Отпечатано в лаборатории множительной техники Кемеровского государственного университета

650000, г. Кемерово, пр. Советский, 73