Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы проявляется все возрастающий интерес к использованию молочнокислых бактерий для защиты пищевых продуктов. Требования потребителей, предъявляемые к производству продуктов питания - сократить использование химических консервантов. Использование бактериоцинов, производимых молочнокислыми культурами, а также самих культур позволяет получать пищевые продукты высокого качества, обработка которых сведена к минимуму и, в то же время, не подверженных быстрой порче и не представляющих опасности для здоровья человека. Одним из таких бактериоцинов является низин - лантибиотик полипептндной природы, который относится к биологическим ингибиторам и продуцируется молочнокислыми бактериями Lactococcus lactis.
Низин подавляет развитие ряда грамположительных бактерий: бацилл, стрептококков, сарцин, снижает термоустойчивость многих споровых форм, вызывающих порчу пищевых продуктов, что позволяет производить консервированные продукты с длительным сроком хранения, но более высокого качества. Безвредность низина для живого организма, непригодность его для медицинских целей, быстрое разрушение ферментами желудочно-кишечного тракта обусловили широкое применение его препаратов в качестве консервантов.
Применение низина в пищевой промышленности разрешено Министерством здравоохранения СССР при изготовлении мягких и плавленых сыров, сгущенного молока, молочных продуктов, овощных продуктов (зеленого горошка, картофеля, томатопродуктов, фасоли) и соков, грибов, икры осетровых, пива, консервированных супов и в хлебопечении.
В связи с недостаточно развитой инфраструктурой подготовки, транспортировки и хранения сырья и готового продукта в России ни-зинсодержащие консерванты имеют высокую потребительскую ценность. Минсельхозпрод России подтверждал потребность в препарате низине для Москвы и Московской области в объеме 3-5 т/год, в целом
по России - 10-15 т/год. В то же время промышленное производство низина в России в настоящее время отсутствует.
В этой связи актуальной проблемой является интенсификация технологии природного пищевого полипептидного консерванта низина, делающая его конкурентноспособным с импортными аналогами. Такая технология позволила бы создать производство сухого высокоактивного препарата низина- 1000 МЕ/мг, более дешевого по стоимости, но не уступающего по качеству английскому аналогу. Это, в свою очередь, позволит удовлетворить потребность в данном препарате и сделать его доступным для российских производителей пищевых продуктов. Необходимо также расширение спектра его применения. Таким образом, интенсификация технологии низина является несомненно актуальной научно-технической проблемой. Работа выполнялась в рамках научно-исследовательских программ Минобразования РФ: «Биотехнологическая безопасность и лечебно-профилактическое питание», проводимой в 1998-1999 годах и «Научные исследования высшей школы по технологии живых систем», проводимой в 2000 году.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являлась разработка интенсивной технологии безопасного полипептидного консерванта - низина, продуцируемого молочнокислыми бактериями Lacto-coccus lactis. В связи с этим были поставлены следующие задачи:
селекция высокоактивных штаммов Lactococcus lactis - продуцентов низина;
исследование влияния условий приготовления питательной среды на биосинтез низина и подбор оптимальных условий, обеспечивающих высокий уровень синтеза низина;
исследование влияния условий перемешивания на биосинтез низина;
отработка процессов ферментации в периодическом, многоциклм-ческом и отьемно-доливном режимах в аппаратах с рабочим объемом до 200 л;
- формирование параметров управлення процессом ферментации;
- повышение эффективности методов выделения и концентрирова
ния целевого продукта и их экспериментальная апробация;
- наработка опытных образцов препарата и проведение всесторон
ней оценки их качества;
- изучение действия низина на спорообразующие бактерии с целью
расширения спектра применения низина
Научная повита работы.
Изучено влияние буферных свойств среды на интенсивность биосинтеза низина.
Предложен способ ускоренной селекции штаммов-продуцентов низина с использованием элективной среды повышенной буферности. За счет применения этого способа из 40 проверенных культур Laclococcus lactis были выделены два высокоактивных штамма Laclococcus lactis, обеспечивающих биосинтез низина в 2-2,5 раза выше по сравнению с.контролем. Селекционированные штаммы защищены патентами РФ: №2115724 1998 г., и №2151796 2000 г.
Изучено влияние условий ферментативного гидролиза белковых компонентов среды, с использованием различных ферментов, на биосинтетические свойства культуры-продуцента.
Разработаны условия температурної"! обработки питательной среды, препятствующие образованию лактулозаминов и обеспечивающие деконтаминацию среды и максимальный синтез низина в последующей ферментации.
Установлена зависимость выхода низина на стадии ферментации от гидродинамических условий и от условии взаимодействия низина с кислородом воздуха в пене.
Исследована динамика процесса высаливания и установлено оптимальное время его завершения, что позволило обеспечить суммарный выход на уровне 55-60% от его содержания в культуральпой жидкости.
Установлено бактерицидное действие низина на возбудителей «картофельной болезни» хлеба Bacillus subtilis. Разработана и согласована с санитарными органами методика оценки зараженности муки и хлеба спорами этого микроорганизма.
Практическая ценность работы. Разработана технология биосинтеза и выделения низина, позволяющая получать препарат, не уступающий по качеству импортным аналогам и обеспечивающая возможность выпуска продукта по цене в 2-3 раза ниже аналогов.
На технологию разработан лабораторный регламент, утверждены технические условия (ТУ) и получен гигиенический сертификат.
Разработан бизнес-план промышленного производства низина мощностью 20 т/год.
Наработаны опытные партии жидкого препарата низина для фирмы «КОНСЭКО», прошедшие успешные испытания для промышленных задач консервирования картофеля.
Разработан метод контроля микробиологической зараженности муки и хлеба. Рекомендованы показатели по микробиологической зараженности муки и хлеба, включенные в Дополнение к СанПиН 2.3.4.545-96, которые позволят повысить эффективность борьбы с «картофельной болезнью» хлеба.
Апробация работы. Результаты работы докладывались:
на международной научно-технической конференции «Пища. Экология. Человек» в Москве, МГУПБ, 1995г.;
на конференции «Холод и пищевые производства» в Санкт-Петербурге, ГАХПТ, 1996г.;
на И международном симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов «Техника и технология экологически чистых производств» в Москве, Кафедра ЮНЕСКО МГУИЭ, 1998г.;
на III международной научно-технической конференции «Пища. Экология. Человек» в Москве, МГУПБ, 1999г.;
- на семинаре «Интенсификация и автоматизация технологических
процессов обработки пищевых продуктов» в Москве, МГУПБ, 1999 г.
- на Международной конференции молодых ученых «Химия и
биотехнология пищевых веществ. Экологически безопасные техноло
гии на основе возобновляемых природных ресурсов», посвященной
памяти М.Н. Манакова, в Москве, ИБХФ им. Н.М. Эмануэля РАН,
МХТИ им. Д.И. Менделеева, 2000 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ.
Структури диссертации. Работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, 4 глав, заключения, выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 140 страницах, содержите таблиц,33 рисунков.
Представлены актуальность темы, цель и задачи исследования, научная новизна и практическая ценность, а также сведения о публикациях и апробаций работ.