Embed Size (px)
Citation preview
LIETUVOS SVEIKATOS MOKSLŲ UNIVERSITETAS
VETERINARIJOS AKADEMIJA
Veterinarijos fakultetas
Ieva Rinkūnaitė
Helianthus tuberosus L. šaknų ir antžeminės dalies panaudojimo
galimybės silpnų fermentuotų gėrimų ir natūralių beicų gamyboje
The use of Helianthus tuberosus L. roots and overground part for fermented
beverages and natural stains production
Veterinarinės maisto saugos ištęstinių studijų
MAGISTRO BAIGIAMASIS DARBAS
Darbo vadovė: prof. dr. Elena Bartkienė
KAUNAS 2015
2
DARBAS ATLIKTAS MAISTO SAUGOS IR KOKYBĖS KATEDROJE
PATVIRTINIMAS APIE ATLIKTO DARBO SAVARANKIŠKUMĄ
Patvirtinu, kad įteikiamas magistro baigiamasis darbas „Helianthus tuberosus L. šaknų ir
antžeminės dalies panaudojimo galimybės silpnų fermentuotų gėrimų ir natūralių beicų gamyboje“.
1. Yra atliktas mano pačios;
2. Nebuvo naudotas kitame universitete Lietuvoje ir užsienyje;
3. Nenaudojau šaltinių, kurie nėra nurodyti darbe, ir pateikiu visą panaudotos literatūros sąrašą.
(data) (autoriaus vardas, pavardė) (parašas)
PATVIRTINIMAS APIE ATSAKOMYBĘ UŽ LIETUVIŲ KALBOS
TAISYKLINGUMĄ ATLIKTAME DARBE
Patvirtinu lietuvių kalbos taisyklingumą atliktame darbe.
(data) (autoriaus vardas, pavardė) (parašas)
MAGISTRO BAIGIAMOJO DARBO VADOVO IŠVADOS DĖL DARBO GYNIMO
(data) (darbo vadovo vardas, pavardė) (parašas)
MAGISTRO BAIGIAMASIS DARBAS APROBUOTAS KATEDROJE/KLINIKOJE
(aprobacijos data) (katedros/instituto vedėjo/jos vardas,
pavardė)
(parašas)
Magistro baigiamojo darbo recenzentas
(vardas, pavardė) (parašas)
Magistro baigiamasis darbas yra įdėtas į ETD IS
(gynimo komisijos sekretorės (-riaus) parašas)
3
TURINYS
SANTRAUKA .................................................................................................................................... 5
SUMMARY ........................................................................................................................................ 6
ĮVADAS .............................................................................................................................................. 7
1. LITERATŪROS APŽVALGA ....................................................................................................... 9
1.1. Helianthus tuberosus L. cheminė sudėtis ir panaudojimo perspektyvos.................................. 9
1.2. H. tuberosus L. biologiškai aktyvūs komponentai ................................................................. 10
1.3. H. tuberosus L. perdirbimas taikant fermentacijos technologiją ............................................ 11
1.4. Aukštesnieji alkoholiai ir kiti fuzelio junginiai, jų įtaka sveikatai ......................................... 12
1.5. Sėklai skirtų grūdų laikymo problemos .................................................................................. 13
1.5.1. Mielių anti- grybinis aktyvumas ...................................................................................... 14
1.6. Pieno rūgšties bakterijų panaudojimas maisto pramonėje ...................................................... 15
1.6.1. Anti- bakterinis ir anti- grybinis pieno rūgšties bakterijų aktyvumas ............................. 16
1.6.2. Pieno rūgšties bakterijų gaminami bakteriocinai, jų klasifikacija ................................... 17
1.6.3. Pieno rūgšties L (+) ir D (-) izomerai .............................................................................. 17
2. TYRIMO METODIKA IR ORGANIZAVIMAS ......................................................................... 19
2.1. Pagrindinės tyrimų kryptys ir jų pagrindimas ........................................................................ 19
2.2. Tyrimų objektai ir metodai ..................................................................................................... 21
2.2.1. Tyrimui naudotos žaliavos .............................................................................................. 21
2.2.2. Silpnų fermentuotų gėrimų gamyba iš topinambų šaknų laboratorinėmis sąlygomis ..... 22
2.2.3. Silpnų fermentuotų gėrimų juslinio vertinimo metodika ................................................ 23
2.2.4. Topinambų antžeminės dalies fermentacija laboratorinėmis sąlygomis ......................... 23
2.2.5. Raugalo pH ir sausųjų medžiagų nustatymas mėginiuose .............................................. 23
2.2.6. Etanolio koncentracijos nustatymo metodika .................................................................. 24
2.2.7. L (+) ir D (-) pieno rūgšties izomerų nustatymas ............................................................ 24
2.2.8. Grūdų apdorojimas fermentuotu antžeminės H. tuberosus L. dalies bio- produktu ...... 24
2.2.9. Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių nustatymas dujų chromatografu ........... 25
2.3. Matematinė statistinė duomenų analizė .................................................................................. 25
3. REZULTATAI .............................................................................................................................. 26
3.1. H. tuberosus L. šaknų tiriamosios dalies rezultatai ................................................................ 26
3.1.1. Raugalo (H. tuberosus L. šaknų) parametrų ir etanolio kiekio rezultatai ....................... 26
3.1.2. Gautų silpnų fermentuotų gėrimų juslinio įvertinimo rezultatai ..................................... 27
3.1.3. Acetaldehido palyginamasis įvertinimas ......................................................................... 28
3.1.4. Metilacetato palyginamasis įvertinimas .......................................................................... 29
4
3.1.5. Etilacetato palyginamasis įvertinimas ............................................................................. 30
3.1.6. Metanolio palyginamasis įvertinimas .............................................................................. 30
3.1.7. Propanolio palyginamasis įvertinimas ............................................................................. 31
3.1.8. Izobutanolio palyginamasis įvertinimas .......................................................................... 32
3.1.9. Izoamilo alkoholio palyginamasis įvertinimas ................................................................ 32
3.1.10. Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių bendro kiekio įvertinimas ................... 33
3.1.11. H. tuberosus šaknų L(+) ir D(-) pieno rūgšties izomerų palyginamasis įvertinimas .... 35
3.2. H. tuberosus L. antžeminės dalies (stiebų ir lapų) rezultatai.................................................. 36
3.2.1. Raugalo (H. tuberosus L. antžeminės dalies) fizikiniai cheminiai rodikliai ................... 36
3.2.2. H. tuberosus L. anžeminės dalies sėklinių grūdų apdorojimo laiko optimizavimas ....... 38
3.2.3. H. tuberosus L. antžeminės dalies antimikrobinio aktyvumo rezultatai ......................... 38
4. REZULTATŲ APTARIMAS ....................................................................................................... 40
IŠVADOS .......................................................................................................................................... 42
PRIEDAI ........................................................................................................................................... 47
5
SANTRAUKA
Autorė: Ieva Rinkūnaitė.
Pavadinimas: „Helianthus tuberosus L. šaknų ir antžeminės dalies panaudojimo galimybės
silpnų fermentuotų gėrimų ir natūralių beicų gamyboje“.
Darbo vadovė: prof. dr. Elena Bartkienė.
Darbo atlikimo vieta ir laikas: magistrinis darbas buvo atliktas Lietuvos sveikatos mokslų
universitete, Veterinarijos akademijoje, Maisto saugos ir kokybės katedroje, 2012-2015 metais.
Darbo apimtis: 48 puslapiai, 14 paveikslų, 6 lentelės, 3 priedai, 50 literatūros šaltinių.
Darbo tikslas: panaudojus fermentacijos schemas įvairiais mikroorganizmais, pagaminti
saugius silpnus fermentuotus gėrimus iš Helianthus tuberosus L. šaknų, o antžeminę jų dalį
panaudoti natūralių beicų gamybai.
Darbas sudarytas iš dviejų dalių: atlikta H. tuberosus L. šaknų fermentacija naudojant
skirtingus K. marxianus mielių porūšius ir pieno rūgšties bakterijas; atliktas kviečių grūdų
apdorojimas fermentuotu antžeminės H. tuberosus L. dalies produktu.
Gauti tyrimų rezultatai parodė, kad žaliavos fermentacijai naudojant pieno rūgšties bakterijas
gaunami jusliškai priimtini silpni fermentuoti gėrimai, susidaro daugiau aromatinių junginių nei
aukštesnės eilės alkoholių. Su mielėmis K. marxianus var. marxianus gautas mažiausias
aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių kiekis, o metanolio, propanolio, izobutanolio –
nenustatyta. Parenkant atitinkamą K. marxianus mielių padermę galima reguliuoti L (+) ir D (-)
pieno rūgšties izomerų kiekį.
K. marxianus mielių padermė etanolio koncentracijai įtakos neturėjo. Nuo pH reikšmės
nežymiai priklauso acetaldehido kiekis. Žaliavos fermentacijai naudojant biokatalizatorių
kompleksą ir mieles gaunami mažesni nesufermentuotų angliavandenių kiekiai nei fermentaciją
atliekant tik su mielėmis.
Fermentuotus H. tuberosus L. antžeminės dalies bio- produktus galima rekomenduoti
sėklinių grūdų saugos užtikrinimui, nes pastarieji pasižymi anti- grybiniu aktyvumu.
Raktažodžiai: Helianthus tuberosus L., Kluyveromyces marxianus, pieno rūgšties bakterijos,
aukštesnieji alkoholiai, anti- grybinis aktyvumas.
6
SUMMARY
Author: Ieva Rinkunaite.
Topic: „The use of Helianthus tuberosus L. roots and overground part for fermented
beverages and natural stains production“.
Tutor: prof. dr. Elena Bartkiene.
Place of accomplishment: the master‘s thesis was prepared at the Lithuanian University of
Health Sciences, Veterinary Academy, in the laboratory of Department of Food Safety and Quality
during the period of the year 2012-2015.
Work size: 48 pages, 14 pictures, 6 tables, 3 affixes and 50 references.
The aim of the work: was to produce safe weak fermented beverages from Helianthus
tuberosus L. roots and to adapt overground part of Helianthus tuberosus L. for cereal preservation.
In the first stage of work H. tuberosus L. roots fermentation was performed by using different
K. marxianus yeast and lactic acid bacteria; in the secound stage biotreated H. tuberosus L.
overground part was used for cereal preservation.
Results showed that H. tuberosus L. roots are suitable for weak fermented beverages
producing. By using the lactic acid bacteria we obtain sensory acceptable with more aromatic
compounds than higher order alcohols beverages. By using K. marxianus var. marxianus yeast for
beverages production we obtain the lowest amount of higher alcohols and other fusel oils
(methanol, propanol and isobutanol were not detected). In experiment used K. marxianus yeast
strains produced different amount of L (+) and D (-) lactates.
K. marxianus yeast strain did not affect the concentration of ethanol, and pH value correlate
with acetaldehyde content in ethanol. We find that by using enzymes for raw material treatment
before fermentation could be increased process efficiency (we obtain less not fermented
carbohydrates than during fermentation in witch we use only yeast).
Also, biotreated H. tuberosus L. overground part could be used for cereal preservation,
because they shown antifungal activity.
Keywords: Helianthus tuberosus L., Kluyveromyces marxianus, lactic acid bacteria, higher
alcohols, antifungal activity.
7
ĮVADAS
Topinambai (Helianthus tuberosus L.) yra vertinami kaip netradicinė augalinė kultūra, turinti
įvairiapusišką pritaikomumą tiek maisto, pašarų, vaistų, technikos pramonėje, tiek sprendžiant
ekologines problemas, dėl turimų maistinių, funkcionaliųjų, sveikatą stiprinančių ar technologinių
savybių (Rakhimov et al., 2014; Brkljača et al., 2014; Hafez, 2013). Be to, topinambai pasižymi
geromis vegetacinėmis savybėmis ir gebėjimu augti esant nepalankioms aplinkos sąlygoms (Juan et
al., 2013).
Šių dienų vartotojai stipriai susirūpinę dėl sintetinių cheminių priedų, naudojamų kaip maisto
konservantai, keliamo pavojaus sveikatai. Tad renkasi mažiau perdirbtus produktus, tačiau šie, gali
būti pavojingų patogenų šaltinis. Todėl mikroorganizmai, gebantys gaminti antimikrobinius
junginius, galėtų būti panaudojami, kaip alternatyvus ir efektyvus būdas šių problemų išsprendimui
(Soomro et al., 2002).
Pieno rūgšties bakterijos naudojamos maisto biotechnologijoje, kadangi laikomos saugiomis,
t. y. nekenksmingos žmogui ir net turinčios naudingą poveikį sveikatai. Tokios bakterijos, kaip
bifido-, lakto- slopinančiai veikia patogenines bakterijas, geba sumažinti cholesterolio kiekį
kraujyje, pagerina imuninį atsaką ir gamina vitaminus. Be to, pieno rūgšties bakterijos teigiamai
įtakoja maistines ir organolaptines produktų savybes, tad sėkmingai naudojamos maisto produktų ir
gėrimų gamyboje (Zamfir et al., 2014; Ramnani et al., 2010).
Šiuo metu ieškoma būdu, kaip išspręsti vis aktualėjančią problemą, dėl maisto ir žemės ūkio
kultūrų užkrėstumo pelėsiniais grybais. Nepriklausomai nuo to, kad jau ilgą laiką atliekami tyrimai
šia tema, vis tiek problema dėl pelėsinių grybų išlikusi viena sudėtingiausių. Pagal Jungtinių Tautų
maisto ir žemės ūkio organizacijos duomenis apie 25 proc. visų pasaulio augalinių kultūrų
užteršiama pelėsiniais grybais, kas įtakoja mikotoksinų susidarymą ir tai siejama su didžiuliais
piniginiais nuostoliais žemės ūkiu besiverčiantiems asmenims. Mikroskopinių grybų augimas
maiste yra viena pagrindinių duonos gaminių ir pieno produktų gedimo problemų, ir tai sudaro
daugiau nei 10 proc. maisto gedimą lemiančių veiksnių visame pasaulyje. Be to, grybinėmis
kultūromis užkrėsti maisto produktai, gali būti priežastimi rimtų sveikatos sutrikimų. Dėl šių
priežasčių, bet koks mikroskopinių grybų sumažinimas yra neatsiejamai naudingas.
Siekiant užkirsti kelią užsikrėtimui pelėsiniais grybais plačiai naudojami įvairūs cheminiai
fumigantai ar kiti cheminiu gamybos būdu paruošti junginiai. Tačiau, cheminiai preparatai kelia
nerimą ir vartotojai labiau teikia pirmenybę saugos ir kokybiškumo aspektams. Buvo nustatyta, kad
tokie cheminiai fumigantai kaip etileno dioksidas ir metilo bromidas yra toksiški, nors buvo dažnai
naudojami nuimto derliaus konservavimo tikslais. Kai kurios iš šių cheminių medžiagų tam tikrose
šalyse yra uždraustos arba tikėtina, kad bus uždraustos. Dėl šių priežasčių, pereinama prie natūralių
8
produktų, kurie siejami su saugumo rodikliu. Todėl, gebėjimas konservuoti natūraliai maiste
egzistuojančiomis bakterijomis tapo vienas svarbiausių aspektų maisto ir pašarų pramonėje.
Natūralių konservantų panaudojimas siekiant išvengti maisto ir pašarų gedimo, sukeliamo
mikroskopinių grybų, vartotojų priimamas ir pateisinamas vis labiau. Plačiausiai ištirtas pieno
rūgšties bakterijų antimikrobinis poveikis, dėl jų gebėjimo gaminti organines rūgštis, vandenilio
peroksidą ir bakteriocinus. Naujausi tyrimai atliekami su šių bakterijų turimu prieš- grybeliniu
poveikiu, siejamo su gebėjimu gaminti tokius junginius, kaip fenilaktinė rūgštis, cikliniai dipeptidai,
3-hidroksi riebalų rūgštys ir peptidai (Ndagano et al., 2011; Bhat et al., 2010).
Atsirado poreikis pasauliniu mastu, skatinantis ūkininkus rinktis ekologinę žemdirbyste bei
vartotojus rinktis ekologinius produktus. Ekologiniame ūkyje svarbūs aspektai yra ekologinių
pasėlių naudojimas ir atsisakymas cheminių trąšų, siekiant ekologinės gamybos sertifikavimo.
Viena iš ekologinio ūkininkavimo sąlygų, kad sėklos taip pat būtų ruošiamos pagal ekologinius
ūkininkavimo aspektus. Tačiau ekologiškų sėklų gamyba yra brangesnė už tradicinę, ko pasekoje
keliamos ekologiškų produktų kainos.
Efektyvus natūralių būdų parinkimas siekiant išvengti cheminių fungicidų naudojimo yra
neatsiejama efektyvaus ūkininkavimo dalis, tiek saugumo, tiek skiriamų lėšų prasme (Groot et al.,
2004).
Darbo tikslas: panaudojus fermentacijos schemas įvairiais mikroorganizmais, pagaminti
saugius silpnus fermentuotus gėrimus iš Helianthus tuberosus L. šaknų, o antžeminę jų dalį
panaudoti natūralių beicų gamybai.
Darbo uždaviniai:
1. Atlikti Helianthus tuberosus L. šaknų fermentaciją ir įvertinti gauto produkto juslines savybes
bei saugą aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių bei L (+) ir D (-) pieno rūgšties
izomerų aspektu.
2. Įvertinti fermentuotuose gėrimuose etanolio kiekį bei aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio
junginių kitimo tendencijas priklausomai nuo raugalo parametrų.
3. Atlikti Helianthus tuberosus L. antžeminės dalies fermentaciją ir įvertinti gauto produkto
fizikines chemines savybes.
4. Atlikti sėklai skirtų kviečių grūdų apdorojimą fermentuotu antžeminės Helianthus tuberosus L.
dalies produktu bei įvertinti optimaliausią grūdų apdorojimo laiką.
5. Vizualiai įvertinti antimikrobinį alternatyvaus beico poveikį sėklai skirtiems grūdams, siekiant
nesumažinti daigumo.
9
1. LITERATŪROS APŽVALGA
1.1. Helianthus tuberosus L. cheminė sudėtis ir panaudojimo perspektyvos
Topinambai (Helianthus tuberosus L.) priklauso Helianthus genčiai, Asteraceae šeimai,
plačiai paplitę visose klimato zonose (Yuan et al., 2012).
Topinambai augdami gali pasiekti 2-4 metrų aukštį, turi didelius lapus (3-20 cm ilgio ir 5-8
cm pločio), ryškiai geltonus žiedus (panašius į saulėgrąžų), o po žeme užaugina gumbus (panašius į
bulvių) (Pan et al., 2009; Kim et al., 2013). Topinambai panašūs į imbierą, pasižymi riešutams
būdingu skoniu, gali būti valgomi, tiek žali, tiek termiškai apdoroti (Gedrovica, Karklina, 2013).
Auginant topinambus ir sudarant jiems nepalankias sąlygas, derliaus galima gauti 10-20 t/ha,
sudarant derlingas sąlygas 25-40 t/ha, o intensyvaus auginimo metu – net 45-80 t/ha derliaus.
Gumbuose angliavandeniai sudaro 10 % – 22 %, iš kurių 80 % – 90 % yra inulinas, 7 % – 14 %
sacharozė ir 3 % – 6 % redukuojantys sacharidai (Izsaki, Kadi, 2013). Sausojoje gumbų masėje 15-
16 % sudaro baltymai, 13 % ląsteliena ir 5 % pelenai. Be to, gumbų sudėtyje yra didelis kiekis
svarbių mineralinių medžiagų, tokių kaip K, Ca, P, Fe, Zn, Mg, Na, Cu ir Mn.
Topinambų gumbuose nėra krakmolo, o pagrindinis kaupiamas angliavandenis yra inulinas.
Inulinas – polimeras, sudarytas iš 80 % fruktozės ir 20 % gliukozės. Fruktozės vienetai sujungti β
(2→1) ryšiais, sudaro linijinį fruktaną, kurio žmogaus virškinimo sistemos fermentai nesugeba
suskaidyti, nes yra specifiški skaidyti tik krakmolo α-glikozidinį ryšį. Topinambų gumbai kaupia ne
tik inuliną, bet ir oligofruktozę. Šie junginiai yra nesuvirškinami, tačiau tinkami fermentacijai, 90 %
šių junginių storąją žarną pasiekia nepakitę, taip sudarydami palankią terpę virškinamojo trakto
mikroorganizmų augimui. Nustatyta, kad inulinas skatina endogeninės pieno rūgšties ir
bifidobakterijų augimą. Tuo remiantis, inulinas laikomas prebiotiku.
Yra pranešimų, apie topinambų vidurius laisvinantį, šlapimą varantį, tonizuojantį, skatinantį
virškinimą, spermatogenetinį poveikį bei apie jų panaudojimą liaudies medicinoje diabeto ir
reumato gydymui (Pan et al., 2009; Kim et al., 2013; Zalan et al., 2011). Nustatyta, kad lapai gali
būti panaudojami kaip natūralus vaistas po kaulų lūžių, odos žaizdų, patinimų gydymui, skausmo
malšinimui (Yuan et al., 2012).
Topinambai, turintys didelį kiekį polisacharido inulino, gali būti naudojami saldiklių, mažo
kaloringumo maisto produktų, bioetanolio, gėrimų gamyboje (Radulovic et al., 2014).
Šiuo metu plačiai naudojami topinambų milteliai, kurie gaunami išdžiovinus ir sumalus
topinambų gumbus. Šių miltelių sudėtyje yra didelis kiekis skaidulinių medžiagų (ląstelienos – 14
%, ir inulino – 59 %), taip pat mineralinių medžiagų, vitaminų. Milteliai turi šiek tiek saldų skonį.
Šie milteliai gali būti naudojami įvairių patiekalų ir maisto produktų gamyboje. Rusijoje atlikti
10
tyrimai parodė, kad topinambų milteliai gali būti sėkmingai naudojami gaminant dešreles, kadangi
padidėja jų funkcionalioji vertė ir pagerėja tekstūros savybės. Pakeitus 5 % mechaniškai atskirtos
mėsos į 5 % topinambų miltelių, pagerėjo baltymų – riebalų santykis, padidėjo vandens kiekio
išlaikymas bei galutinio produkto masė. Topinambų milteliai gali padidinti mineralinių medžiagų ir
aminorūgščių kiekį dešrelėse, gali būti naudingi prevencijai prieš patogeninius mikroorganizmus
bei panaudojami siekiant prailginti produkto vartoti tinkamumo terminą (Gedrovica, Karklina,
2013). Be to, topinambų antžeminė dalis bei gumbai gali būti naudojami gyvulių pašarui (Radulovic
et al., 2014). Rudenį lapuoti stiebai turi blogesnę pašarinę vertę, tačiau gali būti naudojami kaip
kraikas, žaliava popieriaus pramonėje ar bio- dujų, bio- kuro gamybai.
Topinambų stiebų ir gumbų derlius bei cheminė sudėtis priklauso nuo ekologinių sąlygų,
veislės savybių bei auginimo technologijos (Izsaki, Kadi, 2013). Topinambai pasižymi derlingumu,
atsparumu šalčiui, sausrai, vėjui, ligoms bei kenkėjams, gali augti smėlingoje ar druskingoje dirvoje
(Chi et al., 2011).
1.2. H. tuberosus L. biologiškai aktyvūs komponentai
Nustatyta, kad stiebuose ir lapuose esančių junginių dėka topinambai pasižymi
antioksidacinėmis, antibakterinėmis, antifungicidinėmis ir antikancerogeninėmis savybėmis. Šios
savybės, priklauso nuo tokių junginių, kaip kumarinai, nesočiosios riebalų rūgštys, poliacetilenai,
fenoliai, seskviterpenai. Topinambų antioksidacinės savybės siejamos su juose esančiais fenoliniais
junginiais. Pagrindinė topinambų lapuose nustatyta fenolinė rūgštis yra chlorogeninė. Fenolinės
rūgštys plačiai naudojamos augalų kenkėjų, patogenų ir piktžolių kontrolei (Pan et al., 2009; Chen
et al., 2013). Nustatyta, kad chlorogeninė rūgštis turi slopinamąjį poveikį karcinomos ląstelėms (Jin
et al., 2005).
1980 metų pradžioje atlikta daug tyrimų, aiškinantis Helianthus antibakterinį poveikį. Iš
augalo Helianthus annuus L. paviršinių dalių buvo išskirti seskviterpeno junginiai. Manoma, kad jie
gali turėti antibakterinį ir antifungicidinį poveikį. Vieni fenoliniai junginiai (įskaitant chlorogeninę
rūgštį) buvo veiksmingi slopinant Xylella fastidiosa augimą, kiti turėjo antipelėsinį poveikį prieš
Sclerotinia sclerotiorum (Chen et al., 2013).
Ankstesniais tyrimais įrodyta, kad topinambų lapuose didelis kiekis fenolinių junginių. Šių
junginių nustatyta ir topinambų gumbuose (Tchon´e et al., 2006; Yuax et al., 2008). Fenolinių
junginių antipelėsinis poveikis siejamas su jų chemine struktūra. Nustatyta, kad iš topinambų lapų
ekstrakto išgauti fenoliniai junginiai pasižymėjo antipelėsiniu poveikiu (Chen et al., 2013). Tačiau
apie topinambų lapuose esančius fenolinius junginius tyrimų atlikta nedaug ir tik keletas fenolinių
junginių (chlorogeninė ir izohlorogeninė rūgštys) buvo įvertinti kokybiškai (Chen et al., 2013).
11
1.3. H. tuberosus L. perdirbimas taikant fermentacijos technologiją
Topinambų perdirbimui plačiai taikomos fermentacijos technologijos. Dėl didelio inulino
kiekio šioje žaliavoje, pirmiausiai turi būti vykdoma rūgštinė arba fermentinė hidrolizė, kurios
tikslas suskaidyti inuliną į prieinamus cukrus, fermentacijos schemose dalyvaujantiems
mikroorganizmams.
Rūgštinė hidrolizė yra dažniausiai naudojamas metodas, konvertuojantis topinambų žaliavą į
fermentuojamus sacharidus (taikant, didelę rūgšties koncentraciją žemoje temperatūroje, arba žemą
rūgšties koncentraciją aukštoje temperatūroje). Mokslininkai nustatė, kad rūgštinės inulino
hidrolizės metu susidaro tokie spalvoti junginiai kaip difruktozės anhidridai. Įrodyta, kad atliekant
inulino rūgštinę hidrolizę aukštesnėje temperatūroje per ilgesnį laiką padidėja fruktano degradacija į
fruktozę, tačiau tai nulėmia ir padidėjusią 5-hidroksimetilfurfurolo koncetraciją, kuris, atliekant
etanolio gamybą, slopinana Saccharomyces cerevisiae veiklą.
Fermentinė hidrolizė (panaudojant inulinazes) yra alternatyvesnis metodas išgauti fruktozes,
be nepageidaujamų šalutinių produktų (Li et al., 2013). Inulinazės ties β (2→1) ryšiu hidrolizuoja
inuliną į fruktozę ir gliukozę. Jas galima suskirstyti į egzo- ir endo- inulinazes (Chi et al., 2011).
Egzoinulinazė katalizuodama inulino molekulę pašalina galinę fruktozės liekaną, taip gaunama
gliukozė ir fruktozė. Endoinulinazės hidrolizuoja vidines inulino jungtis, taip susidarant
fruktooligosacharidams. Norint gauti didesnės koncentracijos etanolį, inulinas yra geresnė žaliava
nei krakmolas, celiuliozė ar ksilanai.
Naudojant Kluyveromyces marxianus, inulinas gali būti biokonvertuojamas į etanolį tiesiogiai
fermentacijos metu, kadangi šios mielės išskiria, tiek endogeninę, tiek egzogeninę inulinazę.
Etanolio gamybai iš topinambų sulčių buvo panaudotos K. marxianus mielių ląstelės. Mielių
ląstelės buvo gausinamos topinambų sultyse, kuriose cukraus koncentracija sudarė 20 %, didžiausia
etanolio koncentracija 92 g/l buvo nustatyta po 7 valandų fermentacijos. Tačiau K. marxianus
netoleruoja didelės etanolio koncentracijos, lyginant su S. cerevisiae, ir gamina daug mažiau
etanolio nei S. cerevisiae. Todėl K. marxianus nėra populiarus mikroorganizmas etanolio gamyboje
iš inulino turinčios žaliavos.
Saccharomyces diastaticus galėtų fermentuoti inulino sacharozę ir mažus polimerus, tačiau
būtų nepajėgi sufermentuoti didelius inulino polimerinius junginius. Atliekant fermentaciją iš
topinambų gumbų ekstrakto, panaudojant šias mieles, buvo gauta 62,5 g/l etanolio ir 75 g/l cukrų, iš
kurių 94 % sudarė fruktozė. Šio eksperimento metu pasiektas maksimalus etanolio produktyvumas
3,9 g/l per valandą.
Atliekant topinambų ekstrakto fermentaciją, panaudojant S. cerevisiae buvo gauta 5 g/l
etanolio ir 48 g/l cukrų, iš kurių 99 % sudarė fruktozė.
12
Žinoma, kad mielės S. cerevisiae kartu su bakterija Zymomonas mobilis gali aktyviai
fermentuoti gliukozę ir fruktozę į etanolį, tačiau nefermentuoja inulino. Kluyveromyces fragilis gali
gaminti inulinazę. Buvo atliktas tyrimas, panaudojant K. fragilis kartu su S. cerevisiae ir Z. mobilis
inulino fermentacijai iš smulkintų topinambų gumbų, nustatyta etanolio koncentracija 0,48 g/g, o
panaudojus tik K. fragilis - 0,46 g/g (Chi et al., 2011; Singh, Singh, 2010).
Pastaraisiais dešimtmečiais kaip inulinazės gamintojai buvo naudojamos bakterijos
(Clostridium sp., Xanthomonas sp., Bifidobacterium sp., Geobacillus sp., Bacillus sp., Thermotoga
sp. ir Pseudomonas sp.), mielės (Kluyveromyces sp., Cryptococcus sp. ir Pichia sp.) ir siūliniai
grybai (Penicillium sp., Fusarium sp. ir Aspergillus sp.). Komerciniais tikslais buvo naudotos tokios
mikroorganizmų padermės kaip K. fragilis, K. marxianus, Cryptococcus aureus ir Pichia
guilliermondii (Li et al., 2013). Paprastai, grybelinės kultūros pasižymi egzo- inulinaziniu
aktyvumu, tačiau kai kurios padermės, tokios kaip Aspergillus ficuum, Chrysosporium pannorum ir
Penicillium rugulosum, gali gaminti, tiek egzo-, tiek endo- inulinazes. Nustatyta, kad dauguma
Aspergillus niger padermių gamina tik endo- inulinazę, tačiau A. niger padermė 12 gamina abi
inulinazes (Singh, Singh, 2010).
Nustatyta, kad apdorojant topinambų gumbus prieš fermentaciją sieros rūgštimi ir inulinaze,
atitinkamai, gauta 178,8 g/kg ir 68,8 g/kg redukuojamų cukrų. Ankstesniais tyrimais nustatyta, kad
rūgštinės hidrolizės būdu išgaunama didesnė etanolio koncentracija (Li et al., 2013).
1.4. Aukštesnieji alkoholiai ir kiti fuzelio junginiai, jų įtaka sveikatai
Aukštesnieji alkoholiai, dar vadinami fuzeliais, susidaro alkoholinės fermentacijos metu, kaip
lakūs šalutiniai produktai. Tai cheminių junginių grupė, turinti daugiau negu du anglies atomus ir
didesnę virimo temperatūrą negu etanolis. Šie junginiai turi įtakos alkoholinių gėrimų juslinėms
savybėms. Fuzeliai, tai bendrinis lakiųjų junginių, įskaitant metanolį ir esterius, pavadinimas.
Fuzeliams priklauso tokie aukštesnieji alkoholiai, kaip propanolis (C3), izobutanolis (C4) ir
izoamilo alkoholis. Alkoholiniuose gėrimuose randami dar tokie fuzelio junginiai, kaip 1-
propanolis, 1-butanolis, izobutanolis, 2-metil-1-butanolis, 3-metil-1-butanolis, 1-heksanolis ir
feniletanolis. Aukštesniuosius alkoholius sintetina mielės alkoholinės fermentacijos metu iš
aminorūgščių ir paprastųjų cukrų. Fuzelių koncentracijai įtakos turi mielių padermė, temperatūra,
pH, aeravimas, terpės sudėtis (Kłosowski et al., 2014; Hori et al., 2003).
Fuzeliai žinomi, kaip sukeliantys neigiamą poveikį sveikatai, tokį kaip pagirios. Pagal atliktus
tyrimus, siejant fuzelių ir pagirių santykį, nustatyta, kad gėrimai, kurių sudėtyje buvo daugiau gryno
etanolio (džinas, degtinė) sukėlė mažesnį pagirių pojūtį nei gėrimai, kurių sudėtyje buvo didesnis
kiekis giminingų aromatinių junginių (viskis, brendis, raudonas vynas). Buvo atliktas 56 savaičių
13
toksiškumo tyrimas su žiurkėmis, kurio metu nustatyta, kad fuzeliai nėra tokie toksiški, esant
tokioms jų koncentracijos, kokios randamos alkoholiniuose gėrimuose. Pagirios sukelia nemalonius
fizinius ir psichologinius simptomus, kurie atsiranda pavartojus alkoholio. Fiziniai simptomai tokie
kaip, nuovargis, galvos, pilvo skausmas, pykinimas, vėmimas, padidėjęs jautrumas šviesai ir garsui,
akių paraudimas, raumenų skausmai ir troškulys. Pagirios dar gali pasireikšti padidėjusiu
kraujospūdžiu, greitesniu širdies plakimu, prakaitavimu, depresija, nemiga, dirglumu (Hori et al.,
2003).
Metanolis sukelia žalingą poveikį sveikatai, tokį kaip galvos skausmas, nuovargis, pykinimas,
sutrikęs regėjimas ar net pilnas aklumas, ir jo buvimas gėrimuose yra griežtai kontroliuojamas.
Metanolis yra fermentinės hidrolizės produktas, susidarantis iš pektino, vykstant alkoholinei
fermentacijai (Zhang et al., 2011). Metanolis yra metabolizuojamas kepenyse, veikiant fermentui
dehidrogenazei per formaldehidą į skruzdžių rūgštį, pastaroji yra atsakinga už neigiamą poveikį,
pasireiškiantį metanolio apsinuodijimu (Paasma et al., 2009).
Acetaldehidas yra etanolio metabolitas, susidarantis žmogaus organizme suvartojus
alkoholinių gėrimų, be to, jo yra ir maisto produktuose, gėrimuose, pramonėje bei aplinkoje.
Acetaldehidas yra labai toksiškas, mutageninis ir kancerogeninis. Pagal naujausius duomenis,
acetaldehidas, esantis alkoholiniuose gėrimuose, žalingesnis nei pats etanolis. Acetaldehido, kuris
susidaro etanolio metabolizmo, taip pat rūkymo, maisto gamybos metu, poveikis sveikatai buvo
ištirtas jau 1950 metais. Acetaldehidas sutrikdo DNR sintezę ir gali lemti auglių vystymąsi (Seitz,
Stickel, 2010; Lachenmeier et al., 2009).
1.5. Sėklai skirtų grūdų laikymo problemos
Kartu su sėklomis gali būti transportuojama daugelis augalų patogenų. Nustatyta, kad
sėklomis plintančios ligos neigiamai įtakoja pasėlių augimą bei derliaus produktyvumą. Patogenais
užterštos sėklos, tiek viduje, tiek išorėje, gali sukelti sėklų puvimą, nekrozę, daigumo sumažinimą
ar net panaikinimą, daigų sužalojimą augimo metu. Be to, pelėsiniai grybai, kurie auga ant sėklų
substrato gamina mikotoksinus, kurie yra pavojingi žmogui ir gyvūnams. Mikroskopiniai grybai
sunaikina didelę dali vaisių, daržovių bei grūdų derliaus (sudaro 10-30 % nuostolių kasmet).
Kviečiai laikomi vienais iš pagrindinių maisto produktų, auginamų visame pasaulyje.
Nustatyta, kad kviečių sėklų mikroflorai priklauso: Alternaria alternata, Drechslera sorokiniana,
Fusarium moniliforme, F. avenaceum, F. graminearum, F. nivale, F. culmorum, F. equiseti, F.
sporotirchioides, Cladosporium herbarum, Stemphylium botryosum (Fakhrunnisa, Ghaffar, 2006;
Fredlund et al., 2002).
14
Siekiant užkirsti kelią grybelių sukeliamoms infekcijoms naudojami fungicidai, tiek prieš
augalų sodinimą, tiek po derliaus nuėmimo. Kaip viena iš alternatyvų vaisių bei grūdų saugojimo
būdų, buvo įvertintas konservavimas tam tikromis mielių bei bakterijų rūšimis. Grūdai paprastai yra
nuimami gana didelio drėgmės kiekio (20-22 %, tai atitinka 0,92-0,95 aw), todėl yra palanki terpė
augti pelėsiniams grybams. Siekiant išsaugoti grūdus laikymo metu, naudojamas džiovinimas
aukštoje temperatūroje, tačiau tai energijos reikalaujantis procesas. Saugomi grūdai iki kito derliaus
yra labai dažnai pažeidžiami pelėsinių grybų. Penicillium roqueforti yra vienas labiausiai
pasitaikančių gedimą sukeliančių pelėsių randamų hermetiškai, vidutinėje temperatūroje
laikomuose grūduose (Druvefors, Schnurer, 2005; Fredlund et al., 2002).
1.5.1. Mielių anti- grybinis aktyvumas
Mikrobinių biokontrolės agentų panaudojimas tapo vienas efektyviausių būdų siekiant
kontroliuoti augalų patogenus ir kenkėjus žemės ūkio ir sodininkystės augalų kultūrose. Mielės gali
veikti kaip antagonistai, tokiu būdu sumažindamos siūlinių grybų augimą laikymo metu. Vis dėlto,
kai kurios mielių padermės gali turėti atvirkštinį poveikį, t.y., padidinti mikotoksino aflatoksino
gamybą. Todėl norint pasirinkti perspektyvų biokontrolės agentą būtina mikrooganizmą izoliuoti iš
panašios ekologinės nišos ir atsižvelgti į mikrooganizmų tarpusavio sąveiką ir aplinkos veiksnius
(Penna et al., 2004).
Mielės, kaip biokontrolės agentai gali būti naudojamos, nes dauguma jų yra nepatogeninės ir
negamina mikotoksinų ar alergiją sukeliančių sporų; gali augti esant žemam vandens aktyvumui ir
deguonies kiekiui (Fredlund et al., 2002).
Tam tikros mielių ar bakterijų rūšys gali įtakoti mikotoksinų gamybą. Buvo įrodytas
antagonistinis Pichia anomala ir S. cerevisiae veikimas, kaip sumažinantis ochratoksino A
kaupimąsi in vitro dviejuose Penicillium verrucosum izoliatuose (Penna et al., 2004).
Penna ir kt. (2004) atlikę tyrimą nustatė, kad tam tikri Kluyveromyces izoliatai turėjo
antipelėsinį veikimą prieš Aspergillus bei slopino aflatoksino B1 kaupimąsi.
Nustatyta, kad mielių Pichia (Hansenula) anomala, kamienas J121, sumažina P. roqueforti
pelėsių augimą. P. anomala taip pat geba užkirsti kelią Botrytis cinerea augimui ant laikomų
obuolių ir vynuoginių augalų. Nustatyta, kad tam tikros mielės išskiria toksinus, kurie žudančiai
veikia siūlinius grybus. Tokioms mielėms priklauso P. anomala, P. farinosa ir P. membranifaciens.
K. marxianus ir S. cerevisiae taip pat geba gaminti toksinus, žudančiai veikiančius pelėsinius grybus
(Fredlund et al., 2002; Druvefor, Schnurer, 2005). Daugiausiai buvo analizuojami iš S. cerevisiae ir
K. lactis išskirti junginiai, nors pastaruoju metu atkreipiamas dėmesys į tokias mieles, kaip
15
Zygosaccharomyces bailii, Hanseniaspora uvarum, Pichia membranifaciens, Debaryomyces
hansenii, K. phaffi, Schwanniomyces occidentalis (Santos, Marquina, 2004).
Šių mielių, gaminančių toksinus, panaudojimas grūdų saugojimo metu gali būti labai
perspektyvus mikroskopinių grybų kontrolei (Druvefors, Schnurer, 2005).
1.6. Pieno rūgšties bakterijų panaudojimas maisto pramonėje
Pieno rūgšties bakterijoms priklauso tokios gentys, kaip Lactobacillus, Lactococcus,
Leuconostoc, Pediococcus ir Streptococcus. Tai gram teigiamos, sporų nesudarančios, rutulėlių ar
lazdelės formos, gaminančios pieno rūgštį, kaip pagrindinį metabolizmo produktą, bakterijos. Pieno
rūgšties bakterijų augimui reikalingi angliavandeniai, aminorūgštys, peptidai, nukleino rūgštys ir
vitaminai.
Pagal naujausius tyrimus, pieno rūgštį gamina visos šios bakterijos: Aerococcus,
Carnobacterium, Enterococcus, Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Pediococcus,
Streptococcus, Tetragenococcus, Vagococcus ir Weissella. Pieno rūgšties bakterijos į skirtingas
rūšis klasifikuojamos pagal jų morfologines savybes, gliukozės fermentacijos ypatumus, augimą,
esant skirtingoms temperatūroms, išskiriamos pieno rūgšties kiekį, gebėjimą augti didelėje druskos
koncentracijoje, toleranciją rūgštims ir šarmams.
Pagal galutinį gliukozės fermentacijos produktą pieno rūgšties bakterijos skirstomis į dvi
grupes. Homofermentinės pieno rūgšties bakterijos (Pediococcus, Streptococcus, Lactococcus ir kai
kurios Lactobacilli) pieno rūgštį gamina kaip pagrindinį arba vienintelį galutinį metabolitą
gliukozės fermentacijos metu. Heterofermentinės pieno rūgšties bakterijos (Weissella ir
Leuconostoc ir kai kurios Lactobacilli) gliukozės molekulę paverčia į laktatą, etanolį ir anglies
dioksidą.
Pieno rūgšties bakterijos pramonėje pripažįstamos dėl jų fermentacinio gebėjimo bei teigiamo
poveikio sveikatai. Maisto fermentacijoje naudojamos pieno rūgšties bakterijų rūšys, priklausančios
gentims: Lactococcus, Streptococcus, Pediococcus, Leuconostoc, Lactobacillus, ir naujai
pripažintos Carnobacterium. Šie mikroorganizmai buvo išskirti iš grūdų, žaliųjų augalų, pieno ir
mėsos produktų, fermentuotų daržovių ir gyvūnų gleivinės. Šios bakterijos naudojamos pieno,
mėsos, grūdinių kepinių, daržovių ir alkoholinių gėrimų pramonėje kaip pradinė kultūra, gebanti
sulėtinti gedimą arba apsaugoti produktus natūralios fermentacijos metu. Šios bakterijos produkuoja
įvarius junginius, tokius kaip, organinės rūgštys, diacetilas, bakteriocinai ar baktericidiniai
baltymai. Šie junginiai suteikia maistui savitą skonį, kvapą, spalvą, tekstūrą bei slopina
nepageidaujamos mikrofloros augimą. Taigi, pieno rūgšties bakterijos ir jų metabolizmo produktai
suteikia fermentuotiems produktams savitą skonį, tekstūrą ir kvapą, apsaugo nuo gedimo, prailgina
16
produkto galiojimo terminą bei slopina patogeninius mikroorganizmus (Rattanachaikunsopon,
Phumkhachorn, 2010).
1.6.1. Anti- bakterinis ir anti- grybinis pieno rūgšties bakterijų aktyvumas
Maistą ir pašarus gadinantys pelėsiai ir mielės sukelia didelius nuostolius visame pasaulyje.
Pelėsių gaminami mikotoksinai kelia rimtą pavojų žmonių sveikatai. Pelėsių, mielių prevencija
maisto ir pašarų gamybos, sandėliavimo procesų metu tapo vienas svarbiausių ir reikšmingiausių
etapų, siekiant išvengti šių mikroorganizmų sukeliamų problemų. Pastaraisiais metais susidomėta
vieno organizmo pritaikymu kito kontrolei. Pieno rūgšties bakterijos svarbios maisto ir pašarų
išsaugojimui dėl jų gebėjimo gaminti antimikrobinius junginius. Pieno rūgšties bakterijos kaip
maistą ir pašarus apsaugantys mikroorganizmai naudojami jau ilgą laiką ir pripažinti „saugiu
mikroorganizmu“. Jų išsaugomasis poveikis pagrinde susijęs su gaminamomis organinėmis
rūgštimis, tokiomis kaip pieno ir acto rūgštis bei kai kurių padermių išskiriamais bakteriocinais.
Atlikta daug tyrimų apie antibakterinį pieno rūgšties bakterijų poveikį, o apie antipelėsinį
poveikį tyrimų publikuota nedaug, tačiau iš nedaugelio mokslininkų atliktų tyrimų nustatyta, kad
Lactobacillus plantarum gaminami fenil pieno rūgšties ir 4-hidroksifenil pieno rūgšties junginiai
pasižymi antipelėsiniu poveikiu. Be to, buvo pranešta apie antipelėsinį poveikį turinčius junginius,
kuriuos gamina pieno rūgšties bakterijos, tai bakteriocinai bei mažos molekulinės masės junginiai.
Nustatyta, kad Lactobacillus coryniformis padermė SI3 gali gaminti baltyminį junginį, o L.
plantarum ciklinius dipeptidus, pasižyminčius antipelėsiniu aktyvumu.
Mielės ir pelėsiai sukelia maisto ir pašarų gedimą. Pelėsiai, tokie kaip P.roqueforti ir
P.commune dažniausi kietojo sūrio, o įvairios Fusarium rūšys kviečių ir rugių gedimo sukėlėjai,
gaminantys mikotoksinus. Todėl būtina rasti veiksmingą būdą, užkertantį kelią mikroskopinių
grybų augimui žaliavoje ir maisto produktuose (Magnusson et al., 2003).
Mikroskopinių grybų sukelti gedimai sudaro 5-10 % visų maisto gedimų. Pastarieji padaro ne
tik ekonominę žalą, bet ir kelia rimtą pavojų vartotojų sveikatai. Kadangi maisto produktuose
augdami mikroskopiniai grybai gali gaminti mikotoksinus, kurie žinomi kaip toksiški žmonėms ir
gyvūnams. Jų augimas maiste ir pašaruose priklauso nuo įvarių veiksnių, tokių kaip pH, vandens
aktyvumo, maistinių medžiagų kiekio substrate bei laikymo sąlygų. Fusarium gamina tokius
mikotoksinus kaip zearalenonas ir trichotecenai (deoksinivalenolis). Tai antriniai metabolitai,
žinomi kaip imuninės sistemos slopintojai ir kancerogenai. Po derliaus nuėmimo saugomi grūdai
užteršiami Aspergillus ir Penicillium. Tai pelėsiai, gaminantys mikotoksinus, kurie gali patekti ir į
gatavą produkciją. Iš pieno rūgšties bakterijų buvo išskirti mažos molekulinės masės junginiai, tai
organinės rūgštys, reuterinas, riebalų rūgštys, baltyminiai junginiai ir cikliniai dipeptidai, kaip
17
gebantys slopinti pelėsių augimą, tiek vieni, tiek sąveikoje su kitais parinktais junginiais (Rouse et
al., 2008).
1.6.2. Pieno rūgšties bakterijų gaminami bakteriocinai, jų klasifikacija
Daugelis bakterijų gamina antibakterines medžiagas, kurios slopina kitų bakterijų veiklą. Tiek
gram teigiamos, tiek gram neigiamos bakterijos gamina bakteriocinus. Bakteriocinai yra baltyminiai
antimikrobiniai junginiai, kurie sudaro ribosomas sintezuojančius heterologinius pogrupius.
Paprastai, šios medžiagos yra katijoniniai peptidai, kurie pasižymi hidrofobinėmis ir amfifilinėmis
savybėmis ir daugeliu atveju, jų veiklos tikslas yra bakterijų membranos.
Priklausomai nuo organizmo, kuris gamina ir klasifikavimo kriterijų, bakteriocinai skirstomi į
keletą grupių. I klasei priklauso lantibiotikai, kuriuos sudaro grupė mažų peptidų, termiškai stabilių,
turinčių lantioniną; II klasės bakteriocinai yra maži, nekintami, karščiui atsparūs peptidai, lantionino
neturintys; III klasei priklauso dideli, karščiui neatsparūs proteinai. Ketvirtoji bakteriocinų klasė yra
sudaryta iš nenustatyto baltymų, lipidų, angliavandenių mišinio (Aly et al., 2006; Grosu-Tudor et
al., 2014).
Daugelis bakteriocinų aktyviai slopina maistu plintančius patogenus. Dauguma bakteriocinų
buvo išskirti iš pieno rūgšties bakterijų ir tapo svarbiu antibakteriniu veiksniu bei naudojami kaip
maisto konservantai ir antagonistai prieš patogenus. Svarbiausi iš jų yra nizinas, diplokokinas,
acidofilinas, bulgarikanas, helveticinai, laktacinai, plantaricinai. Lantibiotikas nizinas, kuris
produkuojamas skirtingų Lactococcus lactis spp. kaip maisto bakteriocinas pritaikomas visame
pasaulyje. Nizinas yra aktyvus prieš daugelį gram teigiamų bakterijų, tokių kaip Listeria spp,
slopina psichrotrofinių bakterijų augimą varškės sūriuose, apsaugo nuo Clostridium ir Bacillus
sporų susidarymo konservuotuose maisto produktuose.
Bakteriocinai gaminami pieno rūgšties bakterijų yra nedideli peptidai maždaug 3-6 kDa
dydžio, nors pasitaiko ir išimčių. Dauguma gram teigiamų bakteriocinų didina membranos
pralaidumą. Jie dažnai rodo didesnį spektrą antibiotikams nei gram neigiami bakteriocinai, kuriuos
produkuoja Esherichia coli (Aly et al., 2006).
1.6.3. Pieno rūgšties L (+) ir D (-) izomerai
Pieno rūgštis – paprasčiausia hidroksi- rūgštis su asimetrišku anglies atomu, egzistuojanti
dviejomis aktyviomis konfiguracijomis. L (+) izomeras gaminamas žmogaus ir kitų žinduolių. Abu
izomerus L (+) ir D (-) gamina bakteriniai organizmai. 1833 metais išskirta gryna pieno rūgštis ir
18
nustatyta jos cheminė formulė. 1869 metais pateikta išvada, kad pieno rūgštis egzistuoja dviejų
optinių izomerų ir kad L (+) izomeras pasižymi biologiniu aktyvumu.
Pieno rūgšties bakterijos, tokios kaip Lactobacilli amylophilus, L. bavaricus, L. casei, L.
maltaromicus ir L. salivarius, priskiriamos L (+) pieno rūgšties izomerus gaminančioms. Tokios
padermės kaip L. delbrueckii, L. jensenii ir L. acidophilus gamina D (-) izomerus arba L (+) ir D (-)
pieno rūgšties izomerų mišinį (Garlotta, 2001; Robergs et al., 2004).
Susirūpinimą kelia tai, kad naudojant D (-) pieno rūgštį gaminančias bakterijas kaip
probiotikus, pastarosios gali pakenkti vartotojų sveikatai, kadangi šis izomeras padidina pieno
rūgšties kiekį kraujyje, nors sveikam žmogui šis neigiamas poveikis mažai tyrinėtas (Connolly et
al., 2005).
19
2. TYRIMO METODIKA IR ORGANIZAVIMAS
2.1. Pagrindinės tyrimų kryptys ir jų pagrindimas
Eksperimentas sudarytas iš dviejų dalių. Pirmoji eksperimento dalis vykdyta pagal 1
paveiksle pateiktą schemą. Atlikta Helianthus tuberosus L. šaknų fermentacija naudojant skirtingus
K. marxianus mielių porūšius ir pieno rūgšties bakterijas (PRB), įvertintos gautų fermentuotų
gėrimų juslinės savybės, sauga aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių bei L (+) ir D (-)
pieno rūgšties izomerų aspektu.
1 pav. Tyrimo schema, atliekant H. tuberosus L. šaknų fermentaciją
Žaliavų paruošimas
Topinambų šaknų
fermentacija naudojant
skirtingus K. marxianus
mielių porūšius
Fermentacija
Lactobacillus sakei
Raugalo pH ir sausųjų
medžiagų kiekio
nustatymas
L (+) ir D (-) pieno rūgšties
izomerų nustatymas
Mėginių paruošimas
chromatografinei analizei
Aukštesniųjų alkoholių ir
kitų fuzelio junginių
palyginamasis įvertinimas
Etanolio koncentracijos
nustatymas mėginiuose
Gautų silpnų fermentuotų
gėrimų juslinis įvertinimas
Aukštesniųjų alkoholių ir
kitų fuzelio junginių
nustatymas dujų
chromatografijos metodu
20
Atlikta H. tuberosus L. antžeminės dalies (stiebų, lapų) fermentacija, panaudojant skirtingus
K. marxianus mielių porūšius ir fermentų Ceremix Plus Mg, Depol TM 680P, Depol TM 692L,
Ecopulp kompoziciją bei PRB.
Gautu bio- produktu buvo apdoroti sėklai skirti kviečių grūdai, įvertintas optimaliausias gūdų
apdorojimo laikas bei bio- produkto antimikrobinis poveikis. Tyrimo schema pateikta 2 paveiksle.
2 pav. Tyrimo schema, atliekant H. tuberosus L. antžeminės dalies fermentaciją
Žaliavų paruošimas
Topinambų antžeminės
dalies fermentacija
naudojant skirtingus K.
marxianus mielių porūšius
ir biokatalizatorių
kompoziciją
Fermentacija
Lactobacillus sakei
Raugalo pH ir sausųjų
medžiagų kiekio
nustatymas
Grūdų apdorojimas
fermentuotu produktu
Antimikrobinio aktyvumo
įvertinimas mėginiuose
Optimaliausio grūdų
apdorojimo laiko
įvertinimas
21
2.2. Tyrimų objektai ir metodai
2.2.1. Tyrimui naudotos žaliavos
Eksperimente naudotų biokatalizatorių, Kluyveromyces mielių porūšių, pieno rūgšties
bakterijų aprašymas pateiktas 1 lentelėje.
Tyrimui naudoti švieži topinambai (šaknys, antžeminė dalis – stiebai, lapai), užauginti
Vilniaus rajone, gauti iš ūkininko, užsiimančio topinambų auginimu (2013 metų derliaus).
Mielės gautos iš Vilniaus universiteto kolekcijos. Tyrimui naudoti pramoninei gamybai skirti
biokatalizatoriai. PRB gautos iš Kauno technologijos universiteto Maisto mokslo ir technologijos
katedros. Grūdai ir grūdų produktai – mokslininkų grupės kolekcijos.
1 lentelė. Eksperimente naudotos mielės, biokatalizatoriai, pieno rūgšties bakterijos
Pavadinimas Aprašymas
Mielės
K.marxianus var.
dobzhenski
Fermentacijos metu gali tiesiogiai konvertuoti inuliną į etanolį.
Netoleruoja didelės etanolio koncentracijos. Priskiriamos laktozę
skaidančioms mielėms.
K. marxianus var.
bulgaricus
K. marxianus var.
arosophbarum
K. marxianus var.
lactis
K. marxianus var.
marxianus
Biokatalizatoriai
Optimalus
veikimo pH
Rekomenduojama
norma 100 g
žaliavos
Aktyvumo vienetai (AV/ml
ar g)
Ceremix Plus Mg 5,0-7,0 25-100 mg
Β-gliukazinas 380;
ksilazinis 130; α-amilazinis
115; proteazinis 0,3.
Depol TM 680P 4,5-5,5 0,4-0,5 g/100 g
Ksilanolitinis 750; α-
amilolitinis 115;
amilogliukozidazinis 225.
Depol TM 692L 4-6 0,5 ml/100 g Celiulazinis 800;
pektinazinis 535.
Ecopulp 4,5-8,5 0,4-0,1 mg Ksilanolitinis 2500.
Bakterijos
Lactobacillus sakei
Gramteigiamos, anaerobinės, sporų nesudarančios, lazdelės formos.
Priskiriamos pieno rūgšties bakterijoms, produkuojančioms
bakteriocinus.
22
Topinambų šaknų fermentacijai naudoti K. marxianus mielių porūšių kiekiai, 100 g produkto
fermentuoti, pateikti 2 lentelėje.
2 lentelė. Mielių kiekis, naudotas topinambų šaknų fermentacijai
Pavadinimas Aprašymas
Mielių kiekis/100 g žaliavos fermentacijai
K.marxianus var. dobzhenski
(koncentracija106 KSV/ml) 10 ml
K. marxianus var. bulgaricus
K. marxianus var. arosophbarum
K. marxianus var. lactis
K. marxianus var. marxianus
Topinambų antžeminės dalies sucukrinimui naudoti biokatalizatorių ir mielių kiekiai, pateikti
3 lentelėje.
3 lentelė. Mielių, biokatalizatorių kiekis topinambų antžeminės dalies fermentacijai
Pavadinimas Aprašymas
Mielių kiekis/100 g žaliavos fermentacijai
K.marxianus var. dobzhenski
(koncentracija106 KSV/ml) 10 ml
K. marxianus var. bulgaricus
K. marxianus var. arosophbarum
K. marxianus var. lactis
K. marxianus var. marxianus
Biokatalizatorių kiekis/100 g žaliavos sucukrinimui
Ceremix Plus Mg 25 mg
Depol TM 680P 25 mg
Depol TM 692L 0,25 ml
Ecopulp 0,1 ml
Pienarūgštės fermentacijos atlikimui naudota po 0,5 ml L. sakei PRB (koncentracija107
KSV/ml).
2.2.2. Silpnų fermentuotų gėrimų gamyba iš topinambų šaknų laboratorinėmis sąlygomis
Topinambų šaknys buvo nuplautos ir susmulkintos buitine trintuve su žievele. Fermentavimui
imta 50 g topinambų šaknų masės, įpilta 100 ml distiliuoto vandens, į kiekvieną mėginį įdėta po 10
ml atitinkamo K. marxianus mielių porūšio (2 lentelė) bei palikta fermentuoti 48 val. 30 ºC
temperatūroje aerobinėmis sąlygomis.
Atlikus fermentaciją, masė perfiltruota pro marlės filtrą ir atskirtos susidariusios nuosėdos. Į
gautą raugalą dėta po 0,5 ml L. sakei. Atlikta pienarūgštė fermentacija 24 val. 35 ºC temperatūroje
anaerobinėmis sąlygomis.
23
Gauto raugalo paimta 100 ml ir distiliuota iki 50 ml distiliato.
Distiliatas praskiestas iki 100 ml distiliuotu vandeniu ir panaudotas tolimesniems tyrimo
etapams.
2.2.3. Silpnų fermentuotų gėrimų juslinio vertinimo metodika
Bendras sukurtų fermentuotų gėrimų priimtinumas buvo įvertintas taikant juslinio vertinimo
hedoninėje skalėje metodiką (pagal standartą ISO, metodas 1993 ISO 8586-1).
Vertinime dalyvavo 10 apmokytų vertintojų, skaitinės rezultatų reikšmės buvo žymimos 5
balų sistemoje, kur 0 balų – mažiausias priimtinumas; 5 balai - didžiausias priimtinumas.
2.2.4. Topinambų antžeminės dalies fermentacija laboratorinėmis sąlygomis
Topinambų antžeminė dalis (lapai, stiebai) susmulkinti panaudojant buitinį smulkintuvą iki
tyrelės konsistencijos.
Fermentavimui imta 50 g topinambų antžeminės dalies tyrelės, įpilta 200 ml distiliuoto
vandens, įdėta biokatalizatorių (3 lentelė) ir laikyta termostate 60 minučių 60 ºC temperatūroje, kad
masė susicukrintų. Prieš dedant biokatalizatorius pamatuotas tyrelės pH, kuris atitiko fermentų
veikimui optimalų pH (nustatytas 4,6), todėl papildomai rūgštinti ar šarminti terpės nereikėjo.
Sucukrinta masė ataušinta iki 30 ºC temperatūros ir rauginta 48 val. 30 ºC temperatūroje
aerobinėmis sąlygomis įdėjus po 10 ml atitinkamų K. marxianus mielių (3 lentelė).
Atlikus fermentaciją, masė perfiltruota pro marlės filtrą. Į gautą raugalą įdėta po 0,5 ml L.
sakei. Atlikta pienarūgštė fermentacija 24 val. 35 ºC temperatūroje anaerobinėmis sąlygomis.
Gautas raugalas panaudotas tolimesniems tyrimams.
2.2.5. Raugalo pH ir sausųjų medžiagų nustatymas mėginiuose
Raugalo pH nustatytas naudojant elektroninį pH-metrą „Sartorius Professional Meter PP-15“,
gamintojas Vokietija, matuoja pH nuo 0 iki 14.
Į kiekvieną raugalo mėginį buvo įmerkiamas pH-metro elektrodas ir pažymima prietaiso
ekrane atsiradusi pH reikšmė. Matuojant sekančio mėginio pH, elektrodas buvo nuplaunamas
distiliuotu vandeniu.
Taikant refraktometrinį metodą (AACC-68-62, 1999) buvo nustatytas tirpiųjų sausųjų
medžiagų kiekis raugale. Gautas tirpiųjų sausųjų medžiagų kiekis buvo išreikštas gramais šimte
gramų (g/100 g) tiriamojo raugalo. Duomenys gauti esant 20 °C temperatūrai.
24
2.2.6. Etanolio koncentracijos nustatymo metodika
Etanolio koncentracija (tūrio proc.) mėginiuose nustatyta naudojant areometrų rinkinį.
Distiliatas buvo įpiltas į skaidraus stiklo cilindro formos indą. Išmatavus mėginių temperatūras
nustatyta 20 °C (+/- 1 º C).
Pirmiausiai buvo imamas mažiausiam tankiui skirtas areometras ir dedamas į cilindrą su
skysčiu, toliau imamas kitas, kol galiausiai paimto tinkamo areometro tankių reikšmių skalė buvo
ties įpilto distiliato paviršiumi. Areometrui nustojus judėti pažymimas skalės rodmuo ties kuriuo
liečiasi skysčio paviršius. Gavus rodmenį etanolio koncentracija įvertinta pagal žinynuose pateiktas
lenteles.
2.2.7. L (+) ir D (-) pieno rūgšties izomerų nustatymas
Buvo atsverti 2 g sufermentuotų H. tuberosus L. šaknų ir įpilta distiliuoto vandens iki 50 ml
kiekio bei maišyta 10 minučių. Sumaišius produktas perfitruotas per popierinį filtrą. Gautas filtratas
matavimo kolboje praskiestas distiliuotu vandeniu iki 100 ml. Paruošti mėginiai panaudoti L (+) ir
D (-) pieno rūgšties izomerų nustatymui.
D (-) pieno rūgšties izomerai nustatyti spektrofotometriniu būdu, įvertinus spalvų pokyčius
inicijuotus veikiant dviems fermentams, naudojant fermentinį testą K-DLATE 08/11 (Megazyme
International Ireland Limited). Pirmoji reakcija katalizuojama D-laktato dehidrogenazės (D-LDH),
kurios metu D- izomeras oksiduojasi iki piruvato, susidarant nikotinamido – adenino dinukleotidą
((NAD+). Antroji reakcija yra piruvato konversijos į D-alaniną ir 2-oksoglutaratą, ji vyksta veikiant
fermentui D-glutamato-piruvato transaminazei (D-GPT). NADH kiekis, susidaręs šių reakcijų metu
koreliuoja su D (-) pieno rūgšties izomerų kiekiu. NADH kiekis įvertinamas spektrofotometriškai
esant 340 nm bangos ilgiui.
L (+) pieno rūgšties izomero kiekis nustatytas vykdant oksidaciją iki piruvato su L-laktato
dehidrogenaze (L-LDH), kurios metu susidaro nikotinamido-adenino dinukleotidas (NAD+). Toliau
veikiama D-GPT ir matuojama absorbcija esant 340 nm bangos ilgiui.
2.2.8. Grūdų apdorojimas fermentuotu antžeminės H. tuberosus L. dalies bio- produktu
Sėklai skirti kviečių grūdai po 5 vienetus buvo išdėti ant Petri lėkštelėje paruošto agaro.
Kiekviena Petri lėkštelė su grūdais išpurkšta fermentuotu antžeminės H. tuberosus L. dalies, su
skirtingais K. marxianus mielių porūšiais, bio- produktu. Paruošti mėginiai inkubuoti 48 val. 30 ºC
temperatūroje bei stebimas jų daigumas.
25
Po inkubacijos mėginiai vizualiai įvertinti priklausomai nuo mikroskopinių grybų kolonijų
susiformavimo aplink grūdus.
2.2.9. Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių nustatymas dujų chromatografu
Kokybinė ir kiekybinė aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių (metanolio,
acetaldehido, metilacetato, etilacetato, propanolio, izobutanolio ir izoamilo alkoholio) analizė
tirtuose mėginiuose buvo atlikta dujų chromatografijos metodu. Naudota kolonėlė Zebron ZB –
WAX; 30m x 0,25 x 0,25 µm; 100 % polietilenglikolio; Phenomenex. Tiriamųjų junginių
koncentracija (mg/l) apskaičiuota, palyginus smailių plotus su žinomos koncentracijos etaloninių
medžiagų smailių plotais (4 lentelė).
Taikyta programa, pagal kurią nuo 60 °C kolonėlės temperatūra iki 120 °C pakelta per 10
minučių, keliant po 4 °C per minutę.
4 lentelė. Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių koncentracijos standartiniame
tirpale
Standartas, mg/l
Acetal-
dehidas
Metil-
acetatas
Etil-
acetatas Metanolis
Propa-
nolis
Izobuta-
nolis
Izoamilo-
alkoholis
62,8 18,64 180,4 79,1 32,16 161,6 330
2.3. Matematinė statistinė duomenų analizė
Naudojant Prism 3.0 programą, atlikta statistinė eksperimento duomenų analizė. Statistiškai
įvertinta vidutinė vertė, standartinis nuokrypis, standartinė paklaida, patikimumas, variacijos ir
koreliacijos koeficientas.
26
3. REZULTATAI
3.1. H. tuberosus L. šaknų tiriamosios dalies rezultatai
Atlikus H. tuberosus L. šaknų fermentaciją panaudojant atitinkamus K. marxianus mielių
porūšius, gauti skirtingi raugalo rodikliai, o distiliate skirtingi aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio
junginių kiekiai.
3.1.1. Raugalo (H. tuberosus L. šaknų) parametrų ir etanolio kiekio rezultatai
Atlikus raugalo (H. tuberosus L. šaknų) parametrų analizę, nustatytas skirtingas sausųjų
medžiagų kiekis bei pH (3 pav.).
Sausųjų medžiagų daugiausiai nustatyta mėginyje, kurio žaliavos fermentacijai naudotos K.
marxianus var. marxianus – 4,9 proc., šiek tiek mažiau – mėginyje fermentuotame K. marxianus
var. dobzhenski – 4,5 proc. Mėginiuose fermentuotuose K. marxianus var. bulgaricus ir K.
marxianus var. lactis sausųjų medžiagų nustatyta, atitinkamai, 4,0 proc. ir 4,2 proc. Mažiausias
sausųjų medžiagų kiekis, lyginant su kitais mėginiais, nustatytas mėginiuose fermentuotuose K.
marxianus var. arosophbarum – 3,5 proc.
Mažiausias pH nustatytas mėginių fementuotų K. marxianus var. arosophbarum – 4,12, šiek
tiek didesnis pH nustatytas mėginių fermentuotų K. marxianus var. marxianus – 4,18.
Nereikšmingai didesnis pH nustatytas mėginių, kurių fermentacijai naudotos mielės K. marxianus
var. lactis (4,38). Mėginių fermentuotų K. marxianus var. dobzhenski ir K. marxianus var.
bulgaricus pH, atitinkamai, nustatytas 4,28 ir 4,24.
Etanolio kiekis visuose tirtuose mėginiuose, nepriklausomai nuo žaliavos fermentacijai
naudotų mielių porūšių, nustatytas vienodas – 2 tūrio proc. (1 priedas).
27
0
1
2
3
4
5
6
K.m
arx
ianus
var.
dobzhenski
K.
marx
ianus
var.
bulg
aricus
K.
marx
ianus
var.
aro
sophbaru
m
K.
marx
ianus
var.
lactis
K.
marx
ianus
var.
marx
ianus Mėginiai
Sausosio
s m
edžia
gos,
pro
c.
Sausosios
medžiagos,
proc.pH
3 pav. Raugalo (H. tuberosus šaknų) sausųjų medžiagų ir pH kiekis mėginiuose (P – 0,0002)
Pagal gautus H. tuberosus L. šaknų raugalo parametrų analizės rezultatus galima teigti, kad
K. marxianus var. arosophbarum mielių pajėgumas metabolizuoti sacharidus parinktame substrate
yra didžiausias, kadangi liko mažiausias sausųjų medžiagų kiekis, lyginant su kitais mėginiais.
Atliekant žaliavos fermentaciją mažiausiai efektyvios buvo mielės K. marxianus var. marxianus,
kadangi sausųjų medžiagų kiekis buvo didesnis nei kituose mėginiuose.
Mėginiuose pH kito paklaidų ribose, tad mielių parinkimas pH reikšmingos įtakos neturėjo.
Mielių porūšio parinkimas etanolio koncentracijai mėginiuose įtakos neturėjo. Alkoholinė
fermentacija visuose mėginiuose vyko vienodu intensyvumu. Nedidelę etanolio koncentraciją
mėginiuose galėjo lemti naudotas topinambų porūšis bei kiti faktoriai, kadangi žaliavoje
susidarančių angliavandenių kiekį gali įtakoti derliaus auginimo, nuėmimo, laikymo sąlygos.
3.1.2. Gautų silpnų fermentuotų gėrimų juslinio įvertinimo rezultatai
Atlikus gautų fermentuotų gėrimų juslinio priimtinumo įvertinimą, naudojant 0-5 balų
vertinimo sistemą, visų mėginių juslinis priimtinumas nustatytas panašus, nepriklausomai nuo
eksperimente naudotų mielių porūšių (4 pav.).
Visų mėginių juslinis priimtinumas įvertintas 4,5-5 balais. Priimtiniausi mėginiai buvo tie,
kurių žaliavos fermentacijai naudotos K. marxianus var. dobzhenski, K. marxianus var. bulgaricus
ir K. marxianus var. marxianus – įvertinimo vidurkis gautas po 5 balus. Likusių mėginių,
atitinkamai su K. marxianus var. arosophbarum ir K. marxianus var. lactis, bendras priimtinumas
įvertintas 4,5 balo.
28
0
1
2
3
4
5
6
K.marxianus var.
dobzhenski
K. marxianus var.
bulgaricus
K. marxianus var.
arosophbarum
K. marxianus var.
lactis
K. marxianus var.
marxianus
Mėginiai
Pri
imtin
um
as,
ba
lais
4 pav. Fermentuotų gėrimų bendras priimtinumas
Pagal gautus tyrimo rezultatus galima teigti, kad mielių parinkimas gautų fermentuotų gėrimų
juslinėms savybėms įtakos neturėjo.
H. tuberosus L. šaknis fermentuojant K. marxianus mielėmis ir L. sakei gaunami jusliškai
priimtini silpni fermentuoti gėrimai.
3.1.3. Acetaldehido palyginamasis įvertinimas
Atlikus eksperimentą, nustatyta, kad atitinkami K. marxianus mielių porūšiai skirtingai
įtakoja acetaldehido formavimąsi mėginiuose (5 pav.). Daugiausia acetaldehido susidarė
mėginiuose fermentuotuose K. marxianus var. lactis ir K. marxianus var. dobzhenski (512,2 mg/l ir
443,1 mg/l). Žaliavos fermentacijai naudojant K. marxianus var. arosophbarum ir K. marxianus
var. marxianus acetaldehido nustatyta, atitinkamai, 339,9 mg/l ir 289,5 mg/l, mažiausiai mėginiuose
fermentuotuose K. marxianus var. bulgaricus – 214,8 mg/l.
0
100
200
300
400
500
600
K.marxianus var.
dobzhenski
K. marxianus var.
bulgaricus
K. marxianus var.
arosophbarum
K. marxianus var.
lactis
K. marxianus var.
marxianus
Mėginiai
mg/l
5 pav. Acetaldehido kiekis mėginiuose (P – 0,0025)
29
Pagal gautus tyrimo rezultatus, galima teigti, kad K. marxianus mielių porūšio parinkimas
nežymiai įtakojo acetaldehido formavimąsi, išskyrus mėginius, kurių žaliavos fermentacijai buvo
naudotos K. marxianus var. bulgaricus mielės, kurios lėmė mažesnį acetaldehido susidarymą.
Todėl, šios mielės galėtų būti panaudojamos ir praktikoje, siekiant gauti produktą su mažesniu
acetaldehido kiekiu.
Acetaldehido susidarymą, nepriklausomai nuo gamybai parinktų mielių, galėjo lemti pieno
rūgšties bakterijų panaudojimas fermentacijoje, kadangi jos lemia organinių rūgščių susidarymą, ko
pasekoje gali padaugėti aromatinių junginių, šiuo atveju acetaldehido.
3.1.4. Metilacetato palyginamasis įvertinimas
Pagal gautus tyrimo rezultatus, matoma skirtinga metilacetato kitimo tendencija,
priklausomai nuo žaliavos fermentacijai naudotų K. marxianus mielių (6 pav.). Daugiausiai
metilacetato susidarė mėginiuose fermentuotuose K. marxianus var. lactis – 1900,5 mg/l, šiek tiek
mažiau mėginiuose fermentuotuose K. marxianus var. arosophbarum – 1465,8 mg/l. Mažiausiai
metilacetato susiformavo žaliavą fermentuojant K. marxianus var. bulgaricus – 456,2 mg/l.
Mėginiuose fermentuotuose K. marxianus var. dobzhenski ir K. marxianus var. marxianus
metilacetato susidarė, atitinkamai, 897,1 mg/l ir 761,8 mg/l.
0
400
800
1200
1600
2000
2400
K.marxianus var.
dobzhenski
K. marxianus var.
bulgaricus
K. marxianus var.
arosophbarum
K. marxianus var.
lactis
K. marxianus var.
marxianus
Mėginiai
mg/l
6 pav. Metilacetato kiekis mėginiuose (P – 0,0134)
Remiantis gautais tyrimais galima teigti, kad žaliavos fermentacijai parinkus tinkamas mieles,
šiuo atveju K. marxianus var. bulgaricus galima pasiekti ženkliai mažesnį metilacetato
susiformavimą, lyginant su kitais mėginiais, kurių fermentacijai buvo naudotos atitinkamai K.
marxianus var. arosophbarum ir K. marxianus var. lactis mielės.
30
Atitinkamą poveikį metilacetato formavimuisi mėginiuose galima sieti su mielių ir PRB
gebėjimu produkuoti įvairius aromatinius junginius.
3.1.5. Etilacetato palyginamasis įvertinimas
Atlikus analizę nustatyti skirtingi etilacetato kiekiai mėginiuose, priklausomai nuo žaliavos
fermentacijai naudotų mielių (7 pav.). Daugiausiai etilacetato susidarė eksperimente naudojant K.
marxianus var. arosophbarum ir K. marxianus var. lactis, atitinkamai 1400,2 mg/l ir 1367,8 mg/l.
Mėginiuose fermentuotuose K. marxianus var. bulgaricus etilacetato nustatyta 852,6 mg/l,
fermentuotuose K. marxianus var. dobzhenski – 652,2 mg/l. Mažiausias etilacetato kiekis susidarė
mėginiuose fermentuotuose K. marxianus var. marxianus – 404,2 mg/l.
0
300
600
900
1200
1500
1800
K.marxianus var.
dobzhenski
K. marxianus var.
bulgaricus
K. marxianus var.
arosophbarum
K. marxianus var.
lactis
K. marxianus var.
marxianus
Mėginiai
mg/l
7 pav. Etilacetato kiekis mėginiuose (P – 0,0089)
Iš pateiktų rezultatų matyti, kad mielių porūšio įtaka etilacetato kiekiui mėginiuose yra
nereikšminga, išskyrus K. marxianus var. marxianus, kurių parinkimas žaliavos fermentacijai lėmė
daugiau nei tris kartus mažesnį etilacetato kiekį, lyginant su mėginiu, kurio fermentacija buvo
atlikta su K. marxianus var. arosophbarum.
3.1.6. Metanolio palyginamasis įvertinimas
Metanolio kiekis mėginiuose kito priklausomai nuo žaliavos fermentacijai naudotų mielių (8
pav.). Mėginiuose fermentuotuose K. marxianus var. bulgaricus ir K. marxianus var. marxianus
metanolio nenustatyta. Mėginiuose fermentuotuose K. marxianus var. arosophbarum ir K.
marxianus var. lactis metanolio susidarė, atitinkamai, 47,8 mg/l ir 65,2 mg/l. Daugiausiai metanolio
nustatyta mėginiuose fermentuotuose K. marxianus var. dobzhenski (113,1 mg/l).
31
0
20
40
60
80
100
120
140
K.marxianus var.
dobzhenski
K. marxianus var.
bulgaricus
K. marxianus var.
arosophbarum
K. marxianus var.
lactis
K. marxianus var.
marxianus
Mėginiai
mg/l
8 pav. Metanolio kiekis mėginiuose (P – 0,1014)
Pagal gautus tyrimo rezultatus, galima teigti, kad K. marxianus var. bulgaricus ir K.
marxianus var. marxianus mielės gali būti naudojamos žaliavos fermentacijai maisto pramonėje,
siekiant išgauti fermentuotus gėrimus be nuodingo organinio junginio – metanolio. Kadangi
eksperimente panaudojus šias mieles metanolio neaptikta.
3.1.7. Propanolio palyginamasis įvertinimas
Atlikus analizę nustatyta, kad propanolio formavimasis mėginiuose priklauso nuo tyrimui
naudotų mielių (9 pav.). Didžiausias kiekis propanolio, lyginant su kitais mėginiais, gautas žaliavos
fermentacijai panaudojus K. marxianus var. arosophbarum ir K. marxianus var. lactis (112,4 mg/l ir
124,1 mg/l). Propanolio nenustatyta mėginiuose fermentuotuose K. marxianus var. marxianus.
Žaliavos fermentacijai panaudojus K. marxianus var. bulgaricus propanolio susidarė 50 proc.
mažiau – 32,2 mg/l, nei mėginiuose fermentuotuose K. marxianus var. dobzhenski (56,7 mg/l).
0
30
60
90
120
150
K.marxianus var.
dobzhenski
K. marxianus var.
bulgaricus
K. marxianus var.
arosophbarum
K. marxianus var.
lactis
K. marxianus var.
marxianus
Mėginiai
mg/l
9 pav. Propanolio kiekis mėginiuose (P – 0,0508)
32
Pagal gautus rezultatus galima teigti, kad K. marxianus var. marxianus mielės gali būti
naudojamos, siekiant gauti propanolio aspektu saugų produktą, kadangi panaudojus šias mieles
propanolio nesusidarė.
Galima teigti, kad bet kurio K. marxianus mielių porūšio parinkimas gali lemti mažesnį
propanolio formavimasį, kadangi visuose mėginiuose propanolio susidarė nedideli kiekiai.
3.1.8. Izobutanolio palyginamasis įvertinimas
Izobutanolio kiekis mėginiuose priklausė nuo tyrime naudotų mielių porūšių (10 pav.).
Didžiausias izobutanolio kiekis susidarė mėginiuose fermentuotuose K. marxianus var. lactis (398,6
mg/l) ir K. marxianus var. arosophbarum (287,1 mg/l). Mėginiuose fermentuotuose K. marxianus
var. marxianus izobutanolio nenustatyta. Mėginiuose fermentuotuose mielėmis K. marxianus var.
dobzhenski ir K. marxianus var. bulgaricus izobutanolio susidarė, atitinkamai, 68,5 mg/l ir 22,9
mg/l.
0
80
160
240
320
400
480
K.marxianus var.
dobzhenski
K. marxianus var.
bulgaricus
K. marxianus var.
arosophbarum
K. marxianus var.
lactis
K. marxianus var.
marxianus
Mėginiai
mg/l
10 pav. Izobutanolio kiekis mėginiuose (P – 0,1215)
Pagal gautus tyrimo rezultatus galima teigti, kad K. marxianus var. dobzhenski, K. marxianus
var. bulgaricus ir K. marxianus var. marxianus galėtų būti sėkmingai naudojamos žaliavos
fermentacijai – izobutanolio formavimosi sumažinimui.
3.1.9. Izoamilo alkoholio palyginamasis įvertinimas
Atlikus eksperimentą gauti skirtingi izoamilo alkoholio kiekiai mėginiuose (11 pav.).
Daugiausia izoamilo alkoholio susiformavo mėginiuose fermentuotuose K. marxianus var.
33
arosophbarum (203,1 mg/l) ir K. marxianus var. lactis (149 mg/l). Mažiausiai izoamilo alkoholio
susidarė mėginiuose fermentuotuose K. marxianus var. dobzhenski – 8,7 mg/l. Žaliavos
fermentacijai panaudojus K. marxianus var. bulgaricus ir K. marxianus var. marxianus izoamilo
alkoholio susidarė, atitinkamai, 97,8 mg/l ir 44,6 mg/l.
0
50
100
150
200
250
K.marxianus var.
dobzhenski
K. marxianus var.
bulgaricus
K. marxianus var.
arosophbarum
K. marxianus var.
lactis
K. marxianus var.
marxianus
Mėginiai
mg/l
11 pav. Izoamilo alkoholis mėginiuose (P – 0,0451)
Gauti rezultatai parodė, kad K. marxianus var. dobzhenski ir K. marxianus var. marxianus
mielės galėtų būti naudojamos izoamilo alkoholio sumažinimui mėginiuose.
3.1.10. Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių bendro kiekio įvertinimas
Priklausomai nuo žaliavos fermentacijai naudotų mielių, gauti skirtingi fermentacijos
šalutinių produktų kiekiai bei nustatyta aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių koreliacija su
pH (5 lentelė).
Daugiausiai šalutinių produktų susidarė mėginiuose, kurių fermentacijai buvo naudotos
mielės K. marxianus var. lactis (4368,4 mg/l), mažiausiais kiekis šalutinių produktų nustatytas
mėginiuose fermentuotuose K. marxianus var. marxianus ir K. marxianus var. bulgaricus mielėmis,
atitinkamai, 1500,1 mg/l 1578,7 mg/l. Kituose mėginiuose aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio
junginių susidarė, atitinkamai, fermentuotuose K. marxianus var dobzhenski – 2239,4 mg/l, o
fermentuotuose K. marxianus var. arosophbarum – 3653,2 mg/l.
Statistiškai įvertinus nustatyta silpna (R – 0,4414) ir nepatikima (P – 0,2213) koreliacija tarp
aktyviojo rūgštingumo ir acetaldehido kiekio. Labai silpnos ir nepatikimos koreliacijos nustatytos
tarp pH ir metilacetato (R – 0,1225, P – 0,5637), metanolio (R – 0,1756, P – 0,1825) bei
izobutanolio (R – 0,1177, P – 0,5718). Tarp pH ir kitų junginių, atitinkamai etilacetato, propanolio
34
ir izoamilo alkoholio koreliacija nustatyta nereikšminga (gauti koreliacijos koeficientai artimi 0
reikšmei).
5 lentelė. Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių bendras kiekis, mg/l
Mėginiai
Acetal-
dehi-
das
Metil-
aceta-
tas
Etil-
aceta-
tas
Meta-
nolis
Propa-
nolis
Izobuta-
nolis
Izoamilo
alkoholis
Bendras
kiekis,
mg/l
K.marxianus
var.
dobzhenski
443,1 897,1 652,2 113,1 56,7 68,5 8,7 2239,4
K. marxianus
var.
bulgaricus
214,8 456,2 852,6 0 32,2 22,9 97,8 1578,7
K. marxianus
var.
arosophbarum
339,9 1465,8 1400,2 47,8 112,4 287,1 203,1 3653,2
K. marxianus
var. lactis 512,2 1900,5 1367,8 65,2 124,1 398,6 149 4368,4
K. marxianus
var.
marxianus
289,5 761,8 404,2 0 0 0 44,6 1500,1
Stulpelio statistiniai duomenys
Vidutinė vertė 359,9 1096 935,4 45,22 65,08 155,4 100,6 2668
Standartinis
nuokrypis 118,9 579,8 439,4 47,71 52,70 177,3 78,16 1284
Standartinė
paklaida 53,16 259,3 196,5 21,33 23,57 79,29 34,96 574,3
Patikimumas
(P) 0,0025 0,0134 0,0089 0,1014 0,0508 0,1215 0,0451 0,0097
Variacijos
koeficientas,
proc.
33,03 52,89 46,97 105,5 80,98 114,08 77,67 48,13
Pastaba: P patikimas, kai P ≤ 0,05
Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių koreliacija su pH
Koreliacijos
koeficientas
(R)
0,4414 0,1225 0,02115 0,1756 0,0869 0,1177 0,03560 0,1154
Patikimumas
(P) 0,2213 0,5637 0,8155 0,1825 0,6300 0,5718 0,7612 0,5759
Iš 5 lentelėje pateiktų duomenų matyti, kad visuose mėginiuose didesni kiekiai susidarė
aldehidams priklausančių junginių, tai yra acetaldehido, metilacetato, etilacetato, o aukštesnės eilės
alkoholių nustatyta mažiau. Tokią tendenciją, galima sieti su žaliavos fermentacijoje panaudotomis
PRB, kurioms veikiant susidaro organinės rūgštys, dėl kurių poveikio didėja aromatinių junginių
35
formavimosi etanolyje intensyvumas. PRB galėtų būti panaudojamos žaliavos fermentacijai,
siekiant išgauti gėrimus, pasižyminčius intensyvesnėmis aromatinėmis savybėmis.
Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių aspektu saugiausi mėginiai, kurių žaliavos
fermentacijai naudotos mielės K. marxianus var. marxianus, kadangi gautas mažiausias šalutinių
junginių kiekis, lyginant su kitais mėginiais, o daugumos aukštesnės eilės alkoholių (metanolio,
propanolio, izobutanolio) nenustatyta. Šios mielės galėtų būti taikomos gėrimų pramoninei
gamybai, kadangi mažina šalutinių produktų susidarymą fermentacijos metu.
Pagal nustatytus statistinius koreliacinius duomenis galima teigti, kad terpės rūgštingumas
nežymiai įtakoja acetaldehido formavimąsi.
3.1.11. H. tuberosus šaknų L(+) ir D(-) pieno rūgšties izomerų palyginamasis įvertinimas
Priklausomai nuo žaliavos fermentacijai naudotų mielių, mėginiuose gauti skirtingi L (+) ir D
(-) pieno rūgšties izomerų kiekiai (12 pav.).
Didžiausias D (-) pieno rūgšties izomerų kiekis nustatytas mėginiuose fermentuotuose K.
marxianus var. lactis – 8,389 g/100 g, mažiausias – mėginiuose fermentuotuose K. marxianus var.
dobzhenski – 0,446 g/100 g. Dvigubai mažesni kiekiai, lyginant su didžiausia reikšme, nustatyti
mėginiuose, kurių žalliavos fermentacijai buvo naudotos mielės K. marxianus var. bulgaricus ir K.
marxianus var. marxianus, atitinkamai, 3,257 g/100 g ir 4,328 g/100 g. Panaudojus K. marxianus
var. arosphbarum mieles D (-) pieno rūgšties izomerų kiekis nustatytas 1,919 g/100 g.
L (+) pieno rūgšties izomerų kiekiai gauti mėginiuose, kurių žaliavos fermentacijai naudotos
mielės K. marxianus var. dozhenski (4,596 g/100 g) ir K. marxianus var. arosophbarum (4,774
g/100 g), kito paklaidų ribose. Didžiausias kiekis nustatytas mėginiuose fermentuotuose K.
marxianus var. marxianus mielėmis – 5,399 g/100 g, mažiausias mėginiuose fermentuotuose K.
marxianus var. bulgaricus ir K. marxianus var. lactis, atitinkamai, 2,276 g/100 g ir 3,525 g/100 g.
36
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
K. marxianus
var.
dobzhenski
K. marxianus
var. bulgaricus
K. marxianus
var.
arosophbarum
K. marxianus
var. lactis
K. marxianus
var. marxianus
Mėginiai
L(+
) ir
D(-
) p
ien
o r
ūg
štie
s izo
me
rai, g
/10
0 g
L(+) pieno r.
izomerai
D(-) pieno r.
izomerai
12 pav. H. tuberosus šaknų L(+) ir D(-) pieno rūgšties izomerų kiekis (P – 0,0546)
Pagal gautus eksperimento rezultatus, mažiausią D (-) pieno rūgšties izomero kiekį
produkavo K. marxianus var. dobzhenski. Be to, šios mielės intensyviai gamino ir L (+) pieno
rūgšties izomerus. Šios mielės, galėtų būti naudojamos kartu su PRB žaliavos fermentacijai,
siekiant užtikrinti fermentuotų gėrimų saugą D (-) pieno rūgšties izomerų aspektu.
Tokį visapusišką D (-) pieno rūgšties izomerų susidarymą visuose mėginiuose galėjo lemti
tai, kad dauguma Lactobacillus padermių linkusios sintetinti D (-) pieno rūgšties izomerus. Be to,
pieno rūgšties izomerų formavimuisi įtakos turi fermentacijos sąlygos (temperatūra, laikas ir kt.).
3.2. H. tuberosus L. antžeminės dalies (stiebų ir lapų) rezultatai
Atlikus H. tuberosus L. antžeminės dalies (stiebų, lapų) fermentaciją, panaudojant skirtingus
K. marxianus mielių porūšius ir biokatalizatorių kompozicijas, gauti skirtingi fizikiniai cheminiai
mėginių rodikliai.
Gautu bio- produktu apdorojus sėklai skirtus kviečių grūdus, įvertintas optimaliausias gūdų
apdorojimo laikas; gautas skirtingas antimikrobinio aktyvumo intensyvumas, priklausomai nuo
eksperimente parinktų mielių porušių.
3.2.1. Raugalo (H. tuberosus L. antžeminės dalies) fizikiniai cheminiai rodikliai
Atlikus H. tuberosus antžeminės dalies fermentaciją, gautame bio- produkte nustatyti
skirtingi sausųjų medžiagų kiekiai ir pH, priklausomai nuo žaliavos fermentacijai naudotų mielių
(13 pav.).
37
Mažiausias sausųjų medžiagų kiekis nustatytas mėginiuose, kurių žaliavos fermentacijai buvo
naudotos mielės K. marxianus var. lactis – 2,1 proc. ir su K. marxianus var. arosophbarum – 2,4
proc. Mažiau efektyvi fermentacija buvo K. marxianus var dobzhenski ir K. marxianus var.
bulgaricus mielėmis, sausųjų medžiagų kiekis nustatytas šiuose mėginiuose kito paklaidų ribose ir
nustatytas, atitinkamai, 2,6 proc. ir 2,7 proc. Lyginant visus mėginius, mažiausiai efektyvi
fermentacija nustatyta mielėmis K. marxianus var. marxianus, kadangi mėginiuose po fermentacijos
nustatytas didžiausias sausųjų medžiagų kiekis – 2,9 proc.
Didžiausia pH vertė nustatyta mėginiuose, kurių fermentacijai naudotos mielės K. marxianus
var. arosophbarum – 4,44, mažiausia pH vertė nustatyta mėginiuose fermentuotuose K. marxianus
var. lactis – 3,93. Kituose mėginiuose pH nustatytas, atitinkamai, fermentuotuose K. marxianus var.
dobzhenski – 4,33, su K. marxianus var. bulgaricus – 4,22 ir mėginiuose fermentuotuose K.
marxianus var. marxinus pH – 4,16.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
K.
ma
rxia
nu
s
va
r.
do
bzh
en
ski +
ferm
en
tai
K.
ma
rxia
nu
s
va
r. b
ulg
ari
cu
s
+ f
erm
en
tai
K.
ma
rxia
nu
s
va
r.
aro
so
ph
ba
rum
+ f
erm
en
tai
K.
ma
rxia
nu
s
va
r. la
ctis +
ferm
en
tai
K.
ma
rxia
nu
s
va
r. m
arx
ian
us
+ f
erm
en
tai Mėginiai
Sa
uso
sio
s m
ed
žia
go
s, p
roc.; p
H
Sausosios
medžiagos, proc.pH
13 pav. Raugalo (H. tuberosus L. antžeminės dalies) fizikiniai cheminiai rodikliai (P – 0,0002)
Kadangi visuose mėginiuose liko pakankamai maži sausųjų medžiagų kiekiai, galima teigti,
kad K. marxianus mielės kartu su tinkamai parinktu biokatalizatorių kompleksu, veikiančiu kaip
sudėtingų angliavandenių sucukrintojas, gali būti sėkmingai naudojami lignoceliuliozinės biomasės
– efektyvios fermentacijos atlikimui, siekiant kuo labiau metabolizuoti visus žaliavos komponentus.
Tokią efektyvią žaliavos fermentaciją galima sieti su žaliavos sucukrinimui parinktu fermentų
kompleksu, kurie pasižymėjo įvairiais aktyvumo vienetais, gebančiais suskaldyti įvairaus tipo
sudėtingus angliavandenius, taip susidarant mielių fermentuojamiems cukrams.
Pagal gautus rezultatus galima teigti, kad mielių parinkimas pH reikšmingos įtakos neturėjo,
kadangi visuose mėginiuose vandenilio jonų koncentracija nustatyta tokia, kokia priskiriama
rūgštiniams tirpalams, ir ji kito paklaidų ribose. Norint išgauti žemesnį pH, žaliavos fermentacijai
38
reikėtų naudoti K. marxianus var. lactis, kadangi lyginant su kitais mėginiais, gauta mažiausia pH
vertė. Tokį visapusišką rūgštinės terpės susidarymą galima sieti su fermentacijai naudotomis PRB,
kurios gamina įvarius rūgštims priskiriamus junginius.
3.2.2. H. tuberosus L. anžeminės dalies sėklinių grūdų apdorojimo laiko optimizavimas
Atlikus kviečių grūdų daigumo tyrimą, nustatytas atitinkamas grūdų daigumas, priklausomai
nuo apdorojimo laiko (6 lentelė).
Visuose mėginiuose nustatytas tendencingas, sėklai skirtų kviečių grūdų, daigumas:
apipurškus mėginius fermentuotu antžeminės H. tuberosus L. dalies produktu, kviečių grūdų
daigumas siekė 100 proc., po 3 valandų daigumas sumažėjo iki 80 procentų, po 6 valandų, net iki
50 procentų.
6 lentelė. Kviečių grūdų apdorojimo bio- produktu laiko ir daigumo rezultatai
Kviečių grūdų apdorojimo laikas Sėklai skirtų kviečių grūdų daigumas, proc.
Tuoj po apdorojimo 100
Po 3 valandų 80
Po 6 valandų 50
Pagal gautus rezultatus galima teigti, kad fermentuotas antžeminės H. tuberosus L. dalies
produktas gali būti sėkmingai panaudojamas kaip natūralus beicas ypač ekologiniuose ūkiuose, tik
kviečių grūdai turi būti sėjami tuoj po apdorojimo (apipurškimo) šiuo bio- produktu, nes priešingu
atveju ženkliai sumažėja grūdų daigumas. Tokį poveikį galima paaiškinti tuo, kad mikroorganizmai,
šiuo atveju K. marxianus mielės, pasižymi fermentiniais aktyvumais (amilolitiniu, proteolitiniu ir t.
t.), kurie suskaldo grūdą ir sumažina daigumą.
3.2.3. H. tuberosus L. antžeminės dalies antimikrobinio aktyvumo rezultatai
Fermentuotu antžeminės dalies H. tuberosus L. bio- produktu apdorotų kviečių grūdų
nuotraukos pateiktos 14 paveiksle.
Po 12 valandų apdorojimo su visais 5 natūralių beicų mėginiais užfiksuotas didžiausias
antigrybinis aktyvumas. Labiausiai slopinamasis efektas matomas pirmuosiuose 4 mėginiuose,
kurių bio- produkto paruošimui buvo naudoti skirtingi mielių porūšiai (K. marxianus var.
dobzhenski, K. marxianus var. bulgaricus, K. marxianus var. arosophbarum, K. marxinaus var.
lactis) ir vienodas kiekis PRB L. sakei. Mėginyje 5, kurio žaliavos fermentacijai naudotos K.
39
marxianus var. marxianus mielės ir PRB L. sakei, lyginant su kitais mėginiais, matomas nežymus
mikroskopinių grybų augimas.
Kontrolinis mėginys (apdorotas su vandeniu) po 48 valandų mikroskopinių grybų pažeistas
intensyviausiai.
K. marxianus var.
dobzhenski
K. marxianus var. bulgaricus K. marxianus var.
arosophbarum
K. marxianus var. lactis K. marxianus var. marxianus Kontrolinis mėginys
14 pav. H. tuberosus L. antžeminės dalies bio- produktu apdoroti kviečių grūdų mėginiai
Pagal gautus tyrimo rezultatus galima teigti, kad nepriklausomai nuo žaliavos fermentacijai
naudotų K. marxianus mielių porūšių, visi mėginiai pasižymėjo anti- grybiniu aktyvumu.
Tokį aktyvumą galima sieti su fermentacijai naudotomis PRB, kurių išskiriami metabolizmo
produktai pasižymi mikroorganizmų augimą slopinančiu veikimu.
40
4. REZULTATŲ APTARIMAS
Mūsų gauti rezultatai parodė, kad K. marxianus mielių porūšis turi įtakos žaliavos
fermentacijos efektyvumui, nes fermentuojant H. tuberosus L. šaknis K. marxianus var.
arosophbarum ir H. tuberosus L. antžemine dalį K. marxianus var. lactis nesufermentuotų sausųjų
medžiagų liko mažiau nei kituose mėginiuose. Tai galima susieti su S. J. Kalil ir kitų (2001)
pateiktais duomenimis, kad K. marxianus priskiriamos prie inulinazę gaminančių mikroorganizmų,
tačiau kai kurios Kluyveromyces padermės gamina didesnį kiekį inulinazių, o tai gali sąlygoti
atitinkamą fermentacijos efektyvumą.
Nustatėme, kad pH vertė koreliuoja su fermentacijos efektyvumu. H. tuberosus L. antžeminės
dalies mėginiuose fermentuotuose K. marxianus var. lactis ir šaknų mėginiuose fermentuotuose K.
marxianus var. arosophbarum fermentacija vyko efektyviausiai ir nustatytos mažiausios vandenilio
jonų koncentracijos.
Mūsų rezultatai parodė, kad sudėtingus angliavandenius kaupiančias žaliavas, siekiant
efektyvios fermentacijos, reikia apdoroti naudojant fermentus žaliavos sucukrinimui ir mieles gautų
cukrų fermentacijai. Kadangi H. tuberosus L. antžeminių dalių fermentacijai naudojant
biokatalizatorių kompleksą ir mieles po fermentacijos liko žymiai mažesni sausųjų medžiagų
kiekiai nei mėginiuose, kurių fermentacijai naudotos tik mielės.
Gauti eksperimento rezultatai parodė, kad mielių K. marxianus padermės ir PRB turi įtakos
didesniam aromatinių junginių (acetaldehido, etilacetato, metilacetato) formavimuisi nei aukštesnės
eilės alkoholių, kadangi visuose mėginiuose vyravo aromatinių junginių susidarymo tendencijos.
Tai galima paaiškinti F. Valerio ir kitų (2004) tyrėjų pateikta informacija, kad PRB gamina
bioaktyvias medžiagas, tokias kaip organinės rūgštys, riebalų rūgštys, vandenilio peroksidas,
diacetilas bei bakteriocinai. Šių medžiagų sąveikavimas tarpusavyje bei su kitais fermentacijos
produktais, lemia aromatinių junginių susidarymą.
Mes nustatėme, kad mielių padermė turi įtakos aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių
susidarymui. Mūsų atveju naudojant mieles K. marxianus var. marxianus, galima gauti saugius
silpnus fermentuotus gėrimus, kadangi lyginant su kitais mėginiais gautas mažiausias aukštesniųjų
alkoholių ir kitų fuzelio junginių kiekis.
Mūsų gauti rezultatai parodo, kad tinkamai parinkus K. marxianus mielių padermę galima
reguliuoti pieno rūgšties izomerų L (+) ir D (-) susidarymą. H. tuberosus L. šaknų fermentacijai
panaudojant K. marxianus var. marxianus gaunama daugiau L (+) pieno rūgšties izomerų, o siekiant
gauti saugų silpnai fermentuotą gėrimą D (-) pieno rūgšties izomerų aspektu, fermentaciją reikia
atlikti su K. marxianus var. dobzhenski, kadangi gaunama mažiau D (-) pieno rūgšties izomerų,
lyginant su kitais mėginiais, kurių fermentacijai naudotos kitos K. marxianus mielių padermės.
41
Mūsų tyrimas parodė, kad fermentuotas antžeminės H. tuberosus L. dalies bio- produktas
veikia kaip natūralus beicas, slopinantis mikroskopinių grybų augimą. C. D. Muynck ir kiti (2004)
atliko tyrimą su PRB, kurio metu nustatė, kad 75 proc. eksperimente naudotų PRB pasižymėjo
antipelėsiniu aktyvumu. Taip pat P. Falguni ir kiti (2010) atlikę mokslinį tyrimą nustatė, kad
daugiau nei 90 proc. Lactobacillus spp. rodo antipelėsinį aktyvumą prieš Penicillium camemberti
NCDC 56 ir Penicillium roqueforti NCDC 170. D. Ndagano ir kiti (2011) atliko tyrimą su trimis
maiste aptinkamomis PRB, gauti rezultatai parodė, kad visos šios bakterijos turėjo anti- grybinį
aktyvumą prieš maistinius patogenus. J. B. Divya ir kiti (2012) nustatė, kad Lactobacillus
plantarum trys padermės gamina anti- grybinius junginius. Šie tyrimai atveria naujas perspektyvas
maisto produktų biokonservavimui nenaudojant cheminių medžiagų. Be to, Z. Helmi ir kiti (2014)
mokslininkai, pateikė informaciją, kuri pripažinta ir ankstesniais tyrimais, kad eteriniai aliejai
pagaminti iš H. tuberosus L. pasižymi antimikrobinėmis savybėmis, ypač prieš bakterinius
patogenus.
Eksperimentu įrodyta, kad optimaliausia kviečių grūdus sėti tuoj po apdorojimo bio-
produktu (fermentacijai panaudojus K. marxianus mielių padermes, fermentų kompleksą ir PRB),
nes po 6 val. laikymo jų daigumas sumažėja 50 proc. Pagal P. Falguni ir kitus (2010) anti- grybinis
aktyvumas prarandamas per ilgesnį saugojimo laiką. Tyrėjai atliko eksperimentą paruošdami anti-
grybiniu aktyvumu pasižymintį mėginį su PRB Lactobacillus brevis. Nustatyta, kad laikant mėginį,
tiek 7-10 ºC, tiek -20 ºC temperatūroje nuo 8 dienos anti- grybinis aktyvumas pradeda mažėti, o jau
10 dieną, laikant -20 ºC temperatūroje anti- grybinis aktyvumas išnyksta.
42
IŠVADOS
1. H. tuberosus L. šaknys yra tinkama žaliava silpnų fermentuotų gėrimų gamybai, o priimtiniausi
gėrimai gaunami fermentacijai naudojant mieles K. marxianus var. dobzhensi, K. marxianus var.
bulgaricus ir K. marxianus var. marxianus.
2. Žaliavos fermentacijai naudojant PRB susidaro daugiau aromatinių junginių nei aukštesnės eilės
alkoholių. Saugiausi aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių aspektu mėginiai, kurių žaliavos
fermentacijai naudotos mielės K. marxianus var. marxianus, kadangi gautas mažiausias šalutinių
produktų kiekis – 1500,1 mg/l, o metanolio, propanolio, izobutanolio – nenustatyta.
3. Parenkant atitinkamą K. marxianus padermę galima reguliuoti L (+) ir D (-) pieno rūgšties
izomerų kiekį. D (-) pieno rūgšties izomero aspektu saugiausi mėginiai, kurių žaliavos fermentacijai
naudotos mielės K. marxianus var. dobzhenski (D (-) izomero kiekis 0, 446 g/100 g; L (+) 4,596
g/100 g).
4. K. marxianus mielių padermė etanolio koncentracijai įtakos neturėjo. Etanolio išeiga visuose
mėginiuose nustatyta vienoda (2 tūrio proc.). Eksperimente naudotų mikroorganizmų pajėgumas
produkuoti organines rūgštis nustatytas skirtingas (mėginyje, kurio pH rodiklis buvo mažiausias
(4,12) gautas mažiausias nesufermentuotų sausųjų medžiagų kiekis – 3,5 proc). Nuo pH reikšmės
nežymiai priklauso acetaldehido kiekis (tarp šių reikšmių nustatyta silpna (R-0,4414) koreliacija).
5. Atliekant H. tuberosus L. antžeminės dalies fermentaciją panaudojant biokatalizatorių kompleksą
ir mieles gaunami mažesni nesufermentuotų angliavandenių kiekiai nei fermentaciją atliekant tik su
mielėmis. H. tuberosus L. šaknų fermentacijai naudojant tik mieles mėginiuose sausųjų medžiagų
liko 3,5-4,9 proc., o H. tuberosus L. antžeminės dalies fermentacijai naudojant fermentų kompleksą
ir mieles, sausųjų medžiagų nustatyta 2,1-2,9 proc.
6. Apdorojus sėklai skirtus kviečių grūdus bio- produktu, jų daigumas mažėja ilgėjant laikymui.
Optimaliausia kviečių grūdus sėti tuoj po apdorojimo, kadangi po 6 val. laikymo jų daigumas
sumažėja 50 proc.
7. Fermentuotus K. marxianus mielėmis ir PRB H. tuberosus L. antžeminės dalies bio- produktus
galima rekomenduoti sėklinių grūdų saugos užtikrinimui, nes pastarieji pasižymi anti- grybiniu
aktyvumu.
43
LITERATŪRA
1. Aly S., Cheik Q. A. T., Imael B. H. N., Alfred T. S. Bacteriocins and lactic acid bacteria – a
minireview. African Journal of Biotechnology. 2006. 5 (9). P. 678-683.
2. Bhat R., Rai R. V., Karim A.A. Mycotoxins in food and feed: present status and future
concerns. Comprehensive reviews in food science and food safety. 2010. 9. P. 57-81.
3. Brkljača J., Bodroža-Solarov M., Krulj J., Terzić S, Mikić A., Jeromela A. M. Quantification of
inulin content in selected accessions of Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.). Helia.
2014. 37 (60). P. 105-112.
4. Chen F., Long X., Liu Z., Shao H., Liu L. Analysis of phenolic acids of Jerusalem artichoke
(Helianthus tuberosus L.) responding to salt-stress by liquid chromatography/tandem mass
spectrometry. The scientific world journal. 2014. P. 1-8.
5. Chen F., Long X., Yu M., Liu Z., Liu L. Phenolics and antifungal activities analysis in industrial
crop Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) leaves. Industrial Crops and Products. 2013.
47. P. 339-345.
6. Chi Z. M., Zhang T., Cao T. S., Liu X. Y., Cui W., Zhao C. H. Biotechnological potential of
inulin for bioprocesses. Bioresource Technology. 2011. 102 P. 4295-4303.
7. Connolly E., Abrahamsson T., Björkstén B. Safety of D(-)-Lactic Acid Producing Bacteria in
the Human Infant. Journal of Pediatric Gastroenterology & Nutrition. 2005. 41 (4). P. 489-492.
8. Divya J. B., Varsha K. K., Nampoothiri K. M. Newly isolated lactic acid bacteria with probiotic
features for potential application in food industry. Applied Biochemistry Biotechnology. 2012.
167. P. 1314-1324.
9. Druvefors U. A. and Schnurer J. Mold-inhibitory activity of different yeast species during
airtight storage of wheat grain. FEMS Yeast Research. 2005. 5. P. 373-378.
10. Fakhrunnisa M. H. H. and Ghaffar A. Seed-borne mycoflora of wheat, sorghum and barley.
Pakistan Journal of Botany. 2006. 38 (1). P. 185-192.
11. Falguni P., Shilpa V., Mann B. Production of proteinaceous antifungal substances from
Lactobacillus brevis NCDC 02. International Journal of Dairy Technology. 2010. 63 (1). P. 70-
76.
12. Fredlund E., Druvefors U., Boysen M. E., Lingsten K. J., Schnurer J. Physiological
characteristics of the biocontrol yeast Pichia anomala J121. FEMS Yeast Research. 2002. 2. P.
395-402.
13. Garlotta D. A Literature Review of Poly (Lactic Acid). Journal of Polymers and the
Environment. 2001. 9 (2). P. 63-84.
44
14. Gedrovica I. and Karklina D. Sensory Evaluation of Meatballs with Jerusalem Artichoke
(Helianthus tuberosus L.). World Academy of Science, Engineering and Technology. 2013. 7.
P. 499-501.
15. Groot S. P. C., Wolf J. M., Jalink H., Langerak C. J., Bulk R. W. Challenges for the production
of high quality organic seeds. International rules for seed testing. 2004. 127. P. 12-15.
16. Grosu-Tudor S. S., Stancu M. M., Pelinescu D., Zamfir M. Characterization of some
bacteriocins produced by lactic acid bacteria isolated from fermented foods. World World
Journal of Microbiology and Biotechnology. 2014. 30 (9). P. 2459-2469.
17. Hafez M. R. Effect of some biological components on Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus
L.) productivity under north sinai conditions. Journal of applied sciences research. 2013. 9 (1). P.
804-810.
18. Helmi Z., Azzam K. M. A., Tsymbalista Y., Ghazleh R. A., Shaibah H., Aboul-Enein H.
Analysis of essential oil in Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) leaves and tubers by
gas chromatography-mass spectrometry. Advanced Pharmaceutical Bulletin. 2014. 4. P. 1-6.
19. Hori H., Fujii W., Hatanaka Y. and Suwa Y. Effects of Fusel Oil on Animal Hangover Models.
Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 2003. 27. P. 37S-41S.
20. Izsaki Z. and Kadi G. N. Biomass accumulation ant nutrient uptake of Jerusalem artichoke
(Helianthus tuberosus L.). American Journal of plant species. 2013. 4. P. 1629-1640.
21. Yan K., Chen P., Shao H., Zhao S. Characterization of photosynthetic electron transport chain
inbioenergy crop Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) underheat stress for sustainable
cultivation. Industrial crops and products. 2013. 50. P. 809-815.
22. Yuan X., Gao M., Xiao H., Tan C., Du Y. Free radical scavenging activities and bioactive
substances of Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L) leaves. Food chemistry. 2012. 133.
P. 10-14.
23. Yuax X., Gao M., Wang K., Xiao H., Tan C, Du Y. Analysis of chlorogenic acids in Helianthus
tuberosus Linn leaves using high performance liquid chromatography-mass spectrometry.
Chinese Journal of Chromatography. 2008. 26 (3). P. 335-338.
24. Jin U., Lee J., Kang S. A phenolic compound, 5-caffeoylquinic acid (chlorogenic acid), is a new
type and strong matrix metalloproteinase-9 inhibitor: isolation and identification from methanol
extract of Euonymus alatus. Life Sciences. 2005. 77 (22). P. 2760-2769.
25. Kalil S. J., Suzan R., Maugeri F., Rodrigues M. I. Optimization of inulinase production by
Kluyveromyces marxianus using factorial design. Applied biochemistry and biotechnology.
2001. 94 (3). P. 257-264.
26. Kim S., Kim C. H. Evaluation of whole Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L) for
consolidated bioprocessing ethanol production. Renewable energy. 2013. P. 1-9.
45
27. Kłosowski G., Mikulski D., Macko D., Miklaszewska B., Kotarska K., Czuprynski B. Influence
of various yeast strains and selected starchy raw materials on production of higher alcohols
during the alcoholic fermentation process. European food research and technology. 2015. 240
(1). P. 233-242.
28. Lachenmeier D. W., Kanteres F., Rehm J. Carcinogenicity of acetaldehyde in alcoholic
beverages: risk assessment outside ethanol metabolism. Society for the Study of Addiction.
2009. 104. P. 533-550.
29. Li L., Li L., Wang Y., Du Y., Qin S. Biorefinery products from the inulin-containing crop
Jerusalem artichoke. Biotechnol lett. 2013. 35. P. 471-477.
30. Magnusson J., Ström K., Roos S., Sjögren J., Schnürer J. Broad and complex antifungal activity
among environmental isolates of lactic acid bacteria. FEMS Microbiology Letters. 2003. 219
(1). P. 129-135.
31. Muynck C. D., Leroy A. I. J., Maeseneire S. D., Arnaut F. , Soetaert W., Vandamme E. J.
Potential of selected lactic acid bacteria to produce food compatible antifungal metabolites.
Microbiological Research. 2004. 159. P. 339-346.
32. Ndagano D., Lamoureux T., Dortu C., Vandermoten S., Thonart P. Antifungal activity of 2
lactic acid bacteria of the weissella genus isolated from food. Journal of Food Science. 2011. 76
(6). P. M305-M311.
33. Paasma R., Hovda k. E., Jacobsen D. Methanol poisoning and long term sequelae – a six years
follow-up after a large methanol outbreak. BMC Clinical Pharmacology. 2009. 9 (5). P. 1-5.
34. Pan L., Sinden M. R., kennedy A. H., Chai H., Watson L. E., Graham T. L., Kinghorn A. D.
Bioactive constituents of Helianthus tuberosus (Jerusalem artichoke). Phytochemistry letters.
2009. 2. P. 15-18.
35. Penna M., L., Nesci A., Etcheverry M. In vitro studies on the potential for biological control on
Aspergillus section Flavi by Kluyveromyces spp. Letters in Applied Microbiology. 2004. 38. P.
257-264.
36. Radulovic N. S. and Dordevic M. R. Chemical Composition of the Tuber Essential Oil from
Helianthus tuberosus L. (Asteraceae). Chemistry & Biodiversity. 2014. 11. P. 427-437.
37. Rakhimov D. A., Zhauynbaeva K. S., Mezhlumyan L. G., Salikhov S. A. Carbohydrates and
proteins from Helianthus tuberosus. Chemistry of Natural Compounds. 20l4. 50 (2). P. 344-345.
38. Ramnani P., Gaudier E., Bingham M., Bruggen P., Tuohy K. M., Gibson G. R. Prebiotic effect of
fruit and vegetable shots containing Jerusalem artichoke inulin: a human intervention study. British
Journal of Nutrition. 2010. 104. P. 233-240.
46
39. Rattanachaikunsopon P. and Phumkhachorn P. Lactic acid bacteria: their antimicrobial
compounds and their uses in food production. Annals of Biological Research. 2010. 1 (4). P.
218-228.
40. Robergs R. A, Ghiasvand F., Parker D. Biochemistry of exercise-induced metabolic acidosis.
American Journal of Physiology. 2004. 287 (3). P. 502-516.
41. Rouse S., Harnett D., Vaughan A., Sinderen D. Lactic acid bacteria with potential to eliminate
fungal spolage in foods. Journal of Applied Microbiology. 2008. 104. P. 915-923.
42. Santos A. and Marquina D. Killer toxin of Pichia membranifaciens and its possible use as a
biocontrol agent against grey mould disease of grapevine. Microbiology. 2004. 150. P. 2527-
2534.
43. Seitz H. K. and Stickel F. Acetaldehyde as an underestimated risk factor for cancer
development: role of genetics in ethanol metabolism. Genes and Nutrition. 2010. 5. P. 121-128.
44. Singh R. S. and Singh R. P. Production of Fructooligosaccharides from Inulin by
Endoinulinases and Their Prebiotic Potential. Food Technology and Biotechnology. 2010. 48
(4). P. 435-450.
45. Soomro A. H., Masud T., Anwaar K. Role of lactic acid bacteria (LAB) in food preservation and
human health – a review. Pakistan Journal of Nutrition. 2002. 1(1). P. 20-24.
46. Tchon´e M., Barwald G., Annemuller G., Fleischer L. G. Separation and identification of
phenolic compounds in Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.). Sciences des Aliments.
2006. 26 (5). P. 394-408.
47. Valerio F., Lavermicocca P., Pascale M., Visconti A. Production of phenyllactic acid by lactic
acid bacteria: an approach to the selection of strains contributing to food quality and
preservation. FEMS Microbiology Letters. 2004. 233. P. 289-295.
48. Zalan Z., Hudaček J., Toth-Markus M., Husova E., Solichova K., Hegyi F., Plockova M.,
Chumchalova J., Halasz A. Sensorically and antimicrobially active metabolite production of
Lactobacillus strains on Jerusalem artichoke juice. Society of chemical industry. 2011. 91. P.
672-679.
49. Zamfir M., Cornea C. P., De vuyst L., Grosu-Tudor S. S. Biodiversity ant biotechnological potential
of lactic acid bacteria. AgroLife Scientific Journal. 2014. 3 (1). P. 169-176.
50. Zhang H., Woodams E. E., Hang Y. D. Influence of pectinase treatment on fruit spirits from
apple mash, juice and pomace. Process Biochemistry. 2011. 46. P. 1909-1913.
47
PRIEDAI
48
1 priedas. Raugalo (H. tuberosus šaknų) fizikiniai cheminiai rodikliai ir etanolio kiekis
Mėginiai Sausosios medžiagos, proc. pH Etanolis, tūrio
proc.
K. marxianus var. dobzhenski 4,5 4,28 2
K. marxianus var. bulgaricus 4,0 4,24 2
K. marxianus var. arosophbarum 3,5 4,12 2
K. marxianus var. lactis 4,2 4,38 2
K. marxianus var. marxianus 4,9 4,18 2
Stulpelio statistiniai duomenys
Vidutinė vertė 4,220 4,240 2
Standartinis nuokrypis 0,5263 0,09900 0
Standartinė paklaida 0,2354 0,04427 0
Patikimumas (P) 0,0001 0,0001 -
Variacijos koeficientas, proc. 12,47 2,33 0
Pastaba: P patikimas, kai P ≤ 0,05
2 priedas. Raugalo (H. tuberosus antžeminės dalies) fizikiniai cheminiai rodikliai ir etanolio
kiekis
Mėginiai Sausosios medžiagos, proc. pH
K.marxianus var. dobzhenski + fermentai 2,6 4,33
K. marxianus var. bulgaricus + fermentai 2,7 4,22
K. marxianus var. arosophbarum + fermentai 2,4 4,44
K. marxianus var. lactis + fermentai 2,1 3,93
K. marxianus var. marxianus + fermentai 2,9 4,16
Stulpelio statistiniai duomenys
Vidutinė vertė 2,540 4,216
Standartinis nuokrypis 0,3050 0,1924
Standartinė paklaida 0,1364 0,08606
Patikimumas (P) 0,0001 0,0001
Variacijos koeficientas, proc. 12,01 4,56
Pastaba: P patikimas, kai P ≤ 0,05
3 priedas. H. tuberosus šaknų L (+) ir D (-) pieno rūgšties izomerų, g/100 g
Mėginiai L (+) pieno r. izomerai D (-) pieno r. izomerai
K.marxianus var. dobzhenski 4,596 0,446
K. marxianus var. bulgaricus 2,276 3,257
K. marxianus var. arosophbarum 4,774 1,919
K. marxianus var. lactis 3,525 8,389
K. marxianus var. marxianus 5,399 4,328
Stulpelio statistiniai duomenys
Vidutinė vertė 4,114 3,668
Standartinis nuokrypis 1,229 3,014
Standartinė paklaida 0,5497 1,348
Patikimumas (P) 0,0017 0,0529
Variacijos koeficientas, proc. 29,88 82,17
Pastaba: P patikimas, kai P ≤ 0,05
