Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ПРОИЗВОДСТВА МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ С СИНБИОТИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ 16
1.1. Медико-биологические аспекты создания молочных продуктов- синбиотиков 16
1.2. Синбиотики, как продукты функционального питания 31
1.2.1. Использование пробиотических микроорганизмов при производстве кисломолочных продуктов 33
1.2.2. Пребиотики, как компоненты продуктов-синбиотиков 47
1.3. Пути повышения метаболической активности молочнокислых
бактерий и бифидобактерий и критерии их подбора 57
Заключение по обзору литературы 80
ГЛАВА II. МЕТОДОЛОГИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 81
2.1. Организация работы и структура исследований 81
2.2. Объекты исследований 84
2.3. Основные методы исследований 84
2.3.1. Микробиологические методы 85
2.3.2. Аналитические и биохимические методы 86
2.3.3. Реологические методы 88
2.3.4. Математические методы 89
ГЛАВА III. НАУЧНОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ СОЗДАНИЯ КОНСОРЦИУМОВ МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ И БИФИДОБАКТЕРИЙ, ОБЛАДАЮЩИХ ПРОБИОТИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ 90
3.1 Обоснование принципов подбора и создания консорциумов микроорганизмов с высокими биотехнологическими и пробиотическими свойствами 90
3.2 Изучение сочетаемости ассоциатов молочнокислых бактерий и бифидобактерий и выбор оптимальных температурных параметров их культивирования 97
3.3 Выбор оптимальных соотношений ассоциатов молочнокислых бактерий и бифидобактерий для получения микробных консорциумов 102
ГЛАВА IV. ИЗУЧЕНИЕ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ, ПРОБИОТИЧЕС КИХ СВОЙСТВ МИКРОБНЫХ КОНСОРЦИУМОВ И РАЗРАБОТКА ИХ БИОТЕХНОЛОГИИ ПО
4.1 Изучение основных биотехнологических свойств созданных консорциумов молочнокислых бактерий и бифидобактерий 110
4.2. Исследование антагонистической активности ассоциатов и их микробных консорциумов к тест-культурам патогенных и условно-патогенных микроорганизмов 114
4.3. Изучение резистентности микроорганизмов ассоциатов и их микробных консорциумов к антибиотикам 128
4.4. Исследование устойчивости ассоциатов и их микробных консорциумов к фенолу, NaCl, щелочной реакции среды и желчи 141
4.5. Исследование экзополисахаридов ассоциатов и их микробных консорциумов и обоснование их защитных функций 144
4.6. Изучение морфологических особенностей колоний микроорганизмов в ассоциатах и их консорциумах 147
4.7. Разработка биотехнологии микробных консорциумов с широким спектром антимикробной активности 158
ГЛАВА V. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРЕБИОТИКОВ НА БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИКРОБНЫХ КОНСОРЦИУМОВ 170
5.1. Исследование влияния пектина на биотехнологические свойства микробного консорциума для йогуртного бифидопродукта 170
5.2. Исследование влияния модифицированного крахмала на биотехнологические свойства микробного консорциума для сметанного бифидопродукта 174
5.3. Исследование влияния кедрового шрота на
биотехнологические свойства микробного консорциума для сметанного
бифидопродукта 183
5.4. Исследование влияния биологически активной добавки
«Лактусан» на биотехнологические свойства микробных консорциумов для кефирного бифидопродукта и плавленого сыра 191
5.5. Исследование влияния соевой муки на биотехнологические свойства микробного консорциума для домашнего сыра 198
ГЛАВА VI. РАЗРАБОТКА ИННОВАЦИОННЫХ БИОТЕХНОЛОГИЙ СИНБИОТИЧЕСКИХ КИСЛОМОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ И ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРОВЕРКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 205
6.1. Биотехнология йогуртных бифидопродуктов и изучение их качественных показателей 205
6.1.1.Технология экстракта шиповника и изучение его влияния на биотехнологические свойства микрофлоры консорциума для йогуртного бифидопродукта 205
6.1.2. Разработка научно-обоснованной биотехнологии йогуртных бифидопродуктов 209
6.2. Биотехнология сметанных бифидопродуктов и изучение их качественных показателей 219
6.3. Биотехнология кефирных бифидопродуктов и изучение их качественных показателей 228
6.4. Биотехнология кисломолочных плавленых сыров и изучение их качественных показателей 234
6.4.1. Разработка биотехнологии производства ферментированного концентрата сывороточных белков и изучение его влияния на качественные показатели плавленого сыра 234
6.4.2. Разработка биотехнологии кисломолочных плавленых сыров.. 239
6.5. Биотехнология домашних сыров и изучение их качественных показателей 244
6.5.1. Выбор ассоциатов для ферментации сливок и изучение их пробиотических свойств 244
6.5.2. Технология получения ферментированных сливок для домашнего сыра и изучение их производственно-ценных свойств 246
6.5.3. Разработка научно-обоснованной биотехнологии домашних сыров
и изучение их качественных показателей 251
6.6 Результаты производственной проверки и апробации новых
биотехнологий на промышленных предприятиях России 263
ВЫВОДЫ 265
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 267
ПРИЛОЖЕНИЯ 314
- Медико-биологические аспекты создания молочных продуктов- синбиотиков
- Организация работы и структура исследований
- Обоснование принципов подбора и создания консорциумов микроорганизмов с высокими биотехнологическими и пробиотическими свойствами
Введение к работе
Промышленное производство сбалансированных и здоровых продуктов питания всегда было одной из самых важных проблем, стоящих перед человечеством. В современной России в условиях сложной демографической ситуации разработка эффективных и экономически обоснованных подходов к ускоренному оздоровлению населения становится одним из наиболее приоритетных научно-прикладных направлений, что и отражено в утвержденной правительством концепции государственной политики в области здорового питания населения России. Широкомасштабное внедрение в повседневную жизнь россиянина функциональных синбиотических продуктов на молочной основе, сохраняющих и стимулирующих естественные механизмы защиты организма человека от воздействия неблагоприятных факторов среды различной природы, должно сыграть важную роль в реализации этого направления.
Теоретические и практические основы решения проблемы оздоровления
современного человека с использованием продуктов оптимального (здорового)
питания заложены в многочисленных трудах отечественных и зарубежных
ученых: А.Н.Покровского, А.М.Уголева, И.А.Рогова, Н.Н.Липатова(ст.),
Н.Н.Липатова(мл.), G.R.Gibson и развиты в трудах Л.А.Банниковой,
Т.Б.Бархатовой, В.И.Ганиной, Н.И.Дунченко, И.А.Евдокимова,
Л.А.Забадаловой, Л.А.Остроумова, С.А.Рябцевой, Ю.Я.Свириденко, В.Ф.Семенихиной, В.А.Тутельяна, R.Fuller, И.С.Хамагаевой, В.Д.Харитонова, А.Г.Храмцова, Б.А.Шендерова и многих других ученых.
Анализ опубликованных теоретических разработок и фундаментальных работ свидетельствует о наличии объективных предпосылок проведения расширенных научно-прикладных исследований в области создания функциональных синбиотических продуктов на молочной основе, в состав которых, наряду с традиционными молочнокислыми микроорганизмами, входят штаммы пробиотических бактерий (прежде всего, лактобациллы и бифидобактерии) с доказанными специфическими позитивными эффектами на
макроорганизм, и пребиотические субстанции, повышающие селективные преимущества «полезной» микрофлоры пищеварительного тракта и ее биологическую активность. Ассортимент и технологии таких продуктов, в основном, определяются используемыми штаммами пробиотических микроорганизмов и пребиотиками, а функциональный эффект - их синергидным взаимодействием.
Расширение ассортимента и увеличение объемов производства продуктов питания на основе пробиотиков и пребиотиков находятся в центре внимания ученых и практиков многих ведущих институтов России: института микробиологии и эпидемиологии им. Г.Н.Габричевского (г.Москва), Всероссийского научно-исследовательского института молочной промышленности (г.Москва), Северо-Кавказского государственного технического университета (г.Ставрополь), Всероссийского научно-исследовательского института маслоделия и сыроделия (г.Углич), Московского государственного университета прикладной биотехнологии (г.Москва), Восточно-Сибирского государственного технического университета (г.Улан-Удэ), Кемеровского технологического института пищевой промышленности (г.Кемерово) и др.
Одним из перспективных направлений является разработка новых комплексных заквасок на основе консорциумов пробиотических бактерий разных таксономических групп, которые более устойчивы к неблагоприятным факторам среды и обладают более высокой активностью по сравнению с заквасками, приготовленными с использованием чистых культур.
При производстве синбиотических кисломолочных продуктов на основе комплексных заквасок требуется дополнительно учитывать влияние на рост и размножение стартерных культур и синтез ими биологически активных соединений пребиотических субстанций, селективно стимулирующих рост одних и негативно влияющих на жизнедеятельность других бактерий -ассоциантов в процессе культивирования. В настоящее время подбор заквасочных микроорганизмов и пребиотических субстанций преимущественно
осуществляется эмпирическим путем. Следует отметить, что отсутствуют данные о принципах и технологических приемах конструирования синбиотических молочных продуктов на основе консорциумов микроорганизмов и сложного по составу растительного сырья, содержащего разнообразные пребиотические субстанции.
Помимо молочного сырья определяющим фактором при производстве подобных сложных по составу синбиотических продуктов является качество и стабильность стартерных культур, в особенности при использовании комплексных заквасок, а также знание взаимоотношений входящих в них микроорганизмов в процессе прохождения технологического процесса.
Конструирование новых типов заквасок и разработка технологий синбиотических продуктов на молочной основе, включающих в себя оптимальные по совместимости консорциумы пробиотических микроорганизмов, изучение взаимодействия отобранных микробных культур между собой, в том числе в присутствии пребиотических субстанций, и определяли приоритеты исследований при планировании и выполнении настоящей диссертационной работы.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с целевыми научно-техническими программами, координируемыми Министерством науки и технологии РФ и Министерством образования и науки РФ.
Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является разработка теоретических и практических основ биотехнологий синбиотических молочных продуктов с применением консорциумов пробиотических бактерий с широким спектром антагонистической активности и пребиотиков различного происхождения.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи исследований:
- теоретически обосновать принцип подбора и оптимальное соотношение ассоциатов бактерий различных таксономических групп в консорциумах микроорганизмов;
изучить биотехнологический потенциал микробных консорциумов;
исследовать антагонистическую активность ассоциатов бактерий и их консорциумов по отношению к патогенной и условно-патогенной микрофлоре;
исследовать устойчивость микробных консорциумов к веществам, присутствующим в желудочно-кишечном тракте;
исследовать экзополисахариды микробных консорциумов и обосновать их защитные функции;
изучить морфологические особенности колоний микроорганизмов в ассоциатах и их консорциумах;
создать биотехнологии комплексных заквасок на основе консорциумов микроорганизмов с широким спектром антимикробной активности;
- исследовать влияние пребиотиков на рост бифидобактерий в
консорциумах при культивировании на молочных средах;
- разработать и предложить практические аспекты применения
комплексных заквасок для создания инновационных биотехнологий
синбиотических кисломолочных продуктов;
разработать нормативно-техническую документацию на синбиотические продукты;
- провести опытно-промышленную проверку и внедрение инновационных
биотехнологий.
Научная концепция. В основу диссертационной работы положена концепция алиментарной коррекции здоровья россиян с помощью кисломолочных продуктов массового потребительского спроса с широким спектром антимикробной активности.
В последние годы в связи с глобальным загрязнением окружающей среды, неблагоприятной экологической ситуацией, широким применением химиотерапевтических препаратов, лучевой терапии отмечаются значительные сдвиги в микроэкологии, приводящие к патологии пищеварительной и иммунной систем организма, снижению колонизационной резистентности к патогенным и условно-патогенным микроорганизмам. Поэтому борьба с
дисбактериозами становится все более актуальной, а разработка эффективных кисломолочных продуктов для восстановления нормальной микрофлоры рассматривается как один из путей повышения здоровья населения.
Следует отметить, что дисбактериоз сопровождается увеличением
абсолютного количества патогенных и условно-патогенных бактерий, что
приводит к накоплению в кишечнике выделяемых ими токсических субстанций
и общей интоксикации организма. Наиболее важным свойством
пробиотических бактерий является обеспечение колонизационной
резистентности, т.е. способности защиты кишечной стенки от
проникновения во внутреннюю среду организма, как бактерий, так и токсических продуктов различного происхождения.
В комплексе механизмов колонизационной резистентности важную роль играет антагонистическая активность пробиотической культуры, ее способность приживаться в кишечнике и подавлять развитие патогенной и условно-патогенной микрофлоры и защищать организм хозяина.
В этой связи научная концепция данной работы заключается в разработке теоретических основ и создании комплексных заквасок с выраженной антимикробной активностью по отношению к ряду патогенных и условно-патогенных возбудителей заболеваний желудочно-кишечного тракта.
Использование заквасочных культур с высокой антагонистической активностью и пребиотических волокон позволит не только усилить синбиотический эффект, но и повысить качество и безопасность разработанных кисломолочных продуктов.
Сочетание комплексных заквасок на основе консорциумов пробиотических микроорганизмов с выраженной антимикробной активностью и пребиотических волокон, стимулирующих рост бифидобактерий, является новым подходом к созданию кисломолочных синбиотических продуктов и открывает широкие перспективы к созданию кисломолочных продуктов нового поколения.
Научная новизна работы. Научно обоснованы и экспериментально изучены биотехнологии синбиотических кисломолочных продуктов, полученные на основе микробных консорциумов с широким спектром антимикробной активности и пребиотиков различного происхождения.
Предложен принцип подбора ассоциатов бактерий для создания комплексных заквасок, обладающих высокими пробиотическими свойствами.
На основе анализа биотехнологических свойств ассоциатов созданы новые консорциумы микроорганизмов, содержащие молочнокислые бактерии и бифидобактерии, позволяющие в максимальной степени реализовать физиолого-биохимический и технологический потенциал микроорганизмов.
Установлено, что антагонистическая активность консорциумов по отношению к патогенным и условно-патогенным бактериям, а также их устойчивость к антибиотикам, желчи, фенолу, повышенным концентрациям хлористого натрия, изменениям рН среды значительно выше по сравнению с ассоциатами, входящими в их состав.
Изучены внеклеточные полисахариды, синтезируемые микрофлорой ассоциатов бактерий и комплексными заквасками. Установлено, что синтез экзополисахаридов зависит от состава микрофлоры и условий их культивирования.
Теоретически обоснованы защитные функции синтезируемых экзополисахаридов, которые обеспечивают гибкую адаптацию бактерий и предохраняют отдельные клетки и консорциум в целом от неблагоприятных факторов внешней среды (изменение температуры, низкие значения рН).
При исследовании роли физических взаимодействий, когезии клеток в стабилизации консорциумов, установлена наиболее высокая когезивность у бифидобактерии, клетки которых взаимодействуют между собой с образованием субколониальных ассоциаций, контактирующих с молочнокислыми бактериями, отражая закономерность развития популяций в консорциуме как самоорганизующихся многоклеточных систем.
Разработана гипотетическая схема взаимодействия бифидобактерий и молочнокислых бактерий при метаболизме дисахарида лактозы.
Исследовано влияние пребиотических субстанций различного происхождения и химической природы на рост и развитие микроорганизмов исследуемых консорциумов. Установлено, что пребиотики стимулируют рост бифидобактерий и повышают их жизнеспособность, улучшают структурно-механические свойства и качество синбиотических молочных продуктов.
Научно обоснованы и реализованы инновационные биотехнологии синбиотических молочных продуктов.
Научная новизна технических решений на новые способы производства молочных продуктов защищена патентами Российской Федерации на изобретение № 2017429, 2218793, 2218795, 2231956 и положительным решением о выдачи патента Российской Федерации по заявке №2004126466/13.
Практическая значимость работы. Разработаны биотехнологии продуктов-синбиотиков на основе консорциумов молочнокислых и бифидобактерий, пребиотиков различного происхождения и химической природы: кисломолочный десерт «Солнышко» (ТУ 9222-001-00493406-2003), сметанный продукт «Сметанка» (ТУ 9222-002-043406-2004), бифидопродукты : йогуртный «Солнышко» (ТУ 9222-002-00493406-2005), кефирный «Полезный» (ТУ 9222-004-0043406-2005), сметанный «Загадка» (ТУ 9222-003-00493406-2005), творожный «Сибирский» (ТУ 9222-005-00493406-2005), творожно-растительный «Омский» (ТУ 9222-006-00493406-2005), плавленые сыры «Новинка», «Морячка», «Йодлайв (ТУ 9225-005-00493406-1995, ТУ 9222-001-00493406-2005, ТУ 9225-002-00493406-2006, ТУ 9225-003-00493406-2006).
Перечисленные выше биотехнологии прошли производственную проверку и апробацию на ряде промышленных молочных предприятий России (Копии актов внедрения представлены в приложении диссертации).
Результаты работы используются в учебном процессе ГОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный технологический университет» и
ФГОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет» при организации учебно-исследовательской работы студентов, в дипломном проектировании, при подготовке курсов лекций и учебных пособий для студентов специальности «Технология молока и молочных продуктов», а также при выполнении магистрантами и аспирантами диссертационных работ.
Практическая значимость результатов работы подтверждена соответствующими документами.
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований докладывались на конференциях, конгрессах и симпозиумах различного уровня, в том числе на межрегиональных и межвузовских научно-практических и научно-технических конференциях «Роли инноваций в развитии регионов в рамках промышленно-инновационного форума «ПРОМТЕХЭКСПО-99», Омск, 1999; «Перспективные направления научных исследований молодых ученых Северо-Запада России», Вологда-Молочное, 1999; «Приоритет экологическому образованию на рубеже XXI века», Омск, 2000; «Актуальные проблемы сельскохозяйственного производства», Чебоксары, 2001; «Научное обеспечение устойчивого развития АПК в Сибири», Улан-Удэ, 2004; на Всероссийских научно-практических и научно-технических конференциях «Стратегические направления регионального развития Российской Федерации», Омск, 1999; «Новые технологии в научных исследованиях и образовании», Юрга, 2001; «Сибирская деревня: история, современное состояние, перспективы развития», Омск, 2002; «Современные достижения биотехнологии», Ставрополь, 2002; «Актуальные проблемы адекватного питания в эндемичных регионах», Улан-Удэ, 2002; «Перспективы развития пищевой промышленности России», Оренбург, 2005; на Международных научно-технических и научно-практических конференциях «Прикладная биотехнология на пороге XXI века», Москва, 1995; «Пища. Экология. Человек», Москва, 1995; «Роль России и Сибири в развитии экологии на пороге XXI века», Омск, 1997; «Качество, безопасность и экология пищевых продуктов и производств и прогресс в агроиндустрии», Ялта, 2001;
«Пробиотические микроорганизмы - современное состояние вопроса и перспективы использования», Москва, 2002; «Пища. Экология. Качество», Новосибирск, 2002; «Динамика систем, механизмов и машин», Омск, 2002; «Перспективы производства кисломолочных продуктов нового поколения», Омск, 2003;«Актуальные направления развития экологически безопасных технологий производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции», Воронеж, 2003; «Пробиотики, пребиотики, синбиотики и функциональные продукты питания. Современное состояние и перспективы», Москва, 2004; «Перспективы производства продуктов питания нового поколения», Омск, 2005; на Международных конгрессах «Молочная промышленность Сибири», Барнаул, 2000, 2004; Международных симпозиумах «Федеральные и региональные аспекты государственной политики в области здорового питания», Кемерово, 2002; International Scientific Symposium «Nomadis cultural Tradition: Mongolian dairy products», Ulaanbaatar, Mongolia, 2003.
Публикации. По результатам исследований опубликовано более 100 печатных работ, в том числе в монографиях - 2, в материалах международных конгрессов, симпозиумов и конференций - 35, всероссийских конференций - 12, в отраслевых научных журналах -13, обзорах - 2, получено 5 патентов РФ на изобретения.
В диссертации обобщены результаты исследований, проведенных лично автором, при его непосредственном участии и под его руководством. Результаты исследований вошли составной частью в кандидатские диссертации: Н.А.Заика (2003 г.), О.Н.Жидковой (2004 г.), которые выполнены под научным руководством диссертанта.
На защиту выносятся следующие основные положения;
концепция биотехнологии синбиотических кисломолочных продуктов с широким спектром антимикробной активности, включающая:
- обоснование принципа подбора ассоциатов бактерий в микробных консорциумах;
создание микробных консорциумов с высокими биотехнологическими и пробиотическими свойствами;
теоретическое обоснование защитных функций экзополисахаридов и клеточных взаимодействий микроорганизмов в стабилизации микробных консорциумов;
результаты исследований влияния пребиотиков на рост и жизнеспособность клеток бифидобактерий;
инновационные биотехнологии синбиотических кисломолочных продуктов.
Медико-биологические аспекты создания молочных продуктов- синбиотиков
Питание - одна из центральных проблем, решение которой составляет предмет постоянных забот человечества. Для того, чтобы человеческий организм функционировал, составляющие его элементы должны непрерывно обновляться, то есть должен осуществляться обмен веществ. Это возможно лишь при непрерывном потоке пищевых веществ, источников энергии и биологически активных соединений с пищей. Пищевые вещества, преобразуясь в процессе метаболизма в структурные элементы клеток нашего организма, всецело обеспечивают физическую и умственную работоспособность, определяют здоровье и продолжительность жизни человека. Обмен веществ находится в тесной связи с энергетическим обменом, так как человеческий организм постоянно нуждается в энергии, без которой жизнедеятельность прекращается. Обмен веществ у человека является продуктом значительно более длительной исторической эволюции, чем эволюция самого человека. Метаболические возможности организма, определенные генетическим кодом, небеспредельны. Их адаптационные возможности ограничены. Избыточное, несбалансированное, некачественное питание приводит к чрезмерным нагрузкам на эти системы и, в конечном счете, истощает эндокринно-метаболический аппарат организма, что и находит клиническое выражение в болезнях цивилизации. Таким образом, здоровье человека в значительной степени определяется его пищевым статусом, т.е. степенью обеспеченности организма энергией и основными пищевыми веществами.
Расчеты нутрициологов - специалистов в области науки о питании -свидетельствуют о том, что даже при вполне достаточном продовольственном обеспечении населения, как по ассортименту, так и по количеству пищи, учитывая современный уровень энерготрат людей, не занимающихся физической работой (около 2500 ккал), его потребность в нутриентах за счет обычной, традиционной пищи полностью удовлетворить, не представляется возможным. К тому же, как свидетельствуют многочисленные наблюдения зарубежных и российских ученых, доступность продовольствия населению и обеспеченность его нутриентами чаще всего вещи взаимно не связанные.
Решить проблему улучшения структуры и качества питания традиционными путями, как свидетельствует предшествующий опыт многих экономически развитых стран, невозможно, еще и потому, что питание современного человека, на сегодняшний день, характеризуется более обилием, нежели разнообразием. Не мало важен образ жизни, влияющий на изменение структуры питания, т.е. поступление с пищей многих жизненно важных компонентов. В самых общих чертах, останавливаясь на характеристике фактического питания населения России, можно констатировать тот факт, что в последние годы отмечается существенное ухудшение структуры и качества его питания. Выявлено снижение потребления всех основных групп наиболее ценных в биологическом отношении продуктов питания: мяса и мясных продуктов, рыбы и рыбопродуктов, молока и молочных продуктов, растительного масла. За многие десятилетия выявлена тенденция к снижению потребления населением энергии и белка [192, 241, 242, 248, 266, 267, 317, 318, 319].
Рассматривая пищу как источник пищевых веществ, нельзя не учитывать и того, что она является и источником веществ, оказывающих активное регулирующее влияние на функцию отдельных органов и систем. В научной литературе они получили название биологически активных веществ. Иногда их называют физиологически или фармакологически активными веществами. Эти вещества можно подразделить на эндогенные и экзогенные.
Эндогенные биологически активные вещества синтезируются самим организмом из многообразия поступающих с пищей химических соединений и пищевых веществ: белков, жиров, углеводов и т.д. Уровень и возможность их синтеза определяется присутствием в организме человека необходимых для этого веществ, которые поступают только с пищей. Поэтому любые нарушения питания, связанные с ограничением поступления объема пищи или ограничением ассортимента продуктов питания, резко снижают или вообще лишают организм возможности синтезировать определенные виды эндогенных биологически активных веществ, что, безусловно, со временем приводит к нарушению функции органов и систем, способствует развитию заболеваний и трансформированию их в хроническую патологию [312, 313].
Экзогенные биологически активные вещества поступают в составе продуктов питания. К ним относятся витамины, минеральные соли, пептиды, олигосахариды, жирные и органические кислоты, алкалоиды, гликозиды, дубильные вещества и др. [161].
Организация работы и структура исследований
Методологическую основу для изучения и решения задач, определенных целью работы, составляли достижения в области теории и практики науки о питании, особенности организации исследований выбранных объектов. Принимая во внимание многоплановость задач, сформулированных в настоящей диссертации, были разработаны методологические основы, позволившие теоретически обосновать необходимость и достаточность предлагаемых методов создания новых видов синбиотических продуктов на молочной основе, провести исследования исходного сырья (объектов исследования) и влияния параметров процессов модификации на трансформацию их свойств; изучить взаимодействие традиционных заквасок и пробиотических культур молочнокислых и бифидобактерий, свойства созданных консорциумов микроорганизмов. На основании проведенных исследований был научно обоснован и разработан алгоритм получения консорциумов с пробиотическими свойствами, представленный На следующем этапе необходимо было изучить влияние пребиотиков различного происхождения и химической природы на увеличение микробной биомассы молочных продуктов; оптимизировать рецептурные соотношения молочного сырья и различных функциональных ингредиентов; обосновать перспективность разрабатываемых подходов и подтвердить их практическим внедрением новых биотехнологий в промышленное производство.
Методологические подходы, включающие несколько исследовательских этапов, объединены в программно-целевую модель научных исследований и представлены на рисунке 2.1.2.
Методическую основу организации работ составляли: системный подход, предусматривающий обозначение проблемы, постановку задач, выбор путей решения, проведение эксперимента, математическую обработку и анализ результатов; апробация и внедрение новых решений.
Теоретические, методические, экспериментальные исследования и практические разработки выполнялись в Омском государственном аграрном университете (ОмГАУ), Восточно-Сибирском государственном технологическом университете (ВСГТУ) и Московском государственном университете прикладной биотехнологии (МГУПБ) в течение 1995-2006 годов в рамках тематического плана по важнейшей государственной, прикладной и отраслевой тематике, а также поисковым исследованиям.
Теоретические исследования проводились с использованием информационных данных по проблеме в отечественных и зарубежных источниках литературы, а также с использованием информационной системы Internet.
Обоснование принципов подбора и создания консорциумов микроорганизмов с высокими биотехнологическими и пробиотическими свойствами
Как следует из главы 1 литературного обзора, среди различных представителей нормальной микрофлоры человека особое место занимают молочнокислые бактерии и бифидобактерии, так как именно им принадлежит ведущая роль в поддержании и нормализации микробиоценоза кишечника, неспецифической резистентности организма, улучшении белкового и минерального обмена и они рассматриваются как одна из основных категорий функционального питания, что является стратегическим направлением развития индустрии пробиотиков и продуктов функционального питания для их массового применения [23, 66, 100,158,160, 327, 362, 375 и др].
По мнению ученых, пробиотические свойства присущи всем кисломолочным продуктам. Правда, степень их выраженности может быть усилена разными способами, один из которых - обогащение пробиотиками, представителями защитной флоры организма человека. Кисломолочные продукты при регулярном употреблении способствуют нормализации нарушенной микрофлоры кишечника, повышают иммунитет. Учитывая, что в кисломолочных продуктах бактерии-пробиотики содержатся в биологически в активном состоянии, что позволяет им быстро адаптироваться и проявлять в кишечнике свои физиологические функции. Именно поэтому многие люди отдают предпочтение не лекарственным препаратам-пробиотикам или биологически активным добавкам к пищи, а кисломолочным продуктам, как наиболее естественной и удобной форме потребления. Особенно это важно для детей, которым достаточно сложно давать лекарства. А кисломолочные продукты для них - просто вкусный продукт.
В настоящее время в России производится достаточно большой ассортимент кисломолочных пробиотических продуктов на основе бифидобактерий и лактобацилл. В большей части кисломолочных продуктов пробиотический эффект достигается путем обогащения готовых кисломолочных продуктов концентратами бифидобактерий. В таких кисломолочных продуктах отсутствуют продукты метаболизма пробиотических микроорганизмов, антимикробные вещества, витамины, аминокислоты и другие полезные для организма соединения.
Ассортимент кисломолочных продуктов выпускаемых путем ферментации молока пробиотическими микроорганизмами, ограничен и при их производстве применяются в основном заквасочные культуры лактобацилл и лактококков и бифидобактерий, подобранные с учетом их биохимической активности. Остаются мало изученными вопросы, касающиеся популяционной устойчивости бифидобактерий и их взаимоотношений с молочнокислыми бактериями в искусственно созданных консорциумах. В связи с этим изучение экспериментально созданных микробных консорциумов представляется задачей актуальной в научном и практическом аспектах.
Учитывая роль молочнокислых бактерий в целом, и пробиотических микроорганизмов в частности, в настоящей работе закваски молочнокислых бактерий и бифидобактерий рассматривались как основа для создания синбиотических кисломолочных продуктов.
Обобщение литературных данных позволило установить, что при создании синбиотических продуктов необходимо, чтобы продукты были широко известными, общепризнанными и часто потребляемыми. Поэтому для исследований были использованы отечественные закваски известных и часто потребляемых в России молочных продуктов, таких как йогурт, сметана, кефир, творог и кисломолочный плавленый сыр.
