Введение к работе
Актуальность темы.
В условиях быстрого роста населения Земли все больший интерес в мире приобретают технологии новых высокоценных белковых пищевых продуктов и кормов и в первую очередь на базе микробной биоконверсии дикорастущей и сельскохозяйственной растительной биомассы.
Производство биомассы полезных микроорганизмов на съедобных субстратах позволяет параллельно решать еще одну важнейшую задачу человечества – противостояние быстро нарастающему числу желудочно-кишечных заболеваний, вызванных условно-патогенными бактериями, приобретающими плазмиды токсигенности, колонизационной резистентности и антибиотикоустойчивости. Введение в рационы питания микробных продуктов с пробиотическими, пребиотическими и симбиотическими свойствами является важнейшим способом профилактики и даже лечения этих заболеваний.
Хотя количество растительного сырья в мире составляет около 1,6 х 1012 т. в год, вряд ли можно рассчитывать на быстрое развитие крупнотоннажных технологий заготовки, хранения и переработки всех видов сырья, особенно дикорастущего. Скорее всего пилотные производства вначале будут использовать традиционные сельскохозяйственные субстраты, например, зерновые, тем более, если речь идет о создании лечебно – профилактических функциональных продуктов, для которых обычно требуется достаточно стандартное сырье.
Цель и задачи исследования: Целью настоящего исследования являлась разработка технологий новых продуктов, обладающих пробиотическими, пребиотическими и симбиотическими свойствами на базе биоконверсии зернового сырья и зерновых отходов с помощью ассоциации микроорганизмов и оценка их биологической ценности.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:
– проанализировать возможность выделения дрожжей и бактерий из молока разных видов млекопитающих;
– выявить наиболее перспективные штаммы дрожжей, высокопродуктивные при прямой биоконверсии зернового сырья.
– провести подбор зерновых субстратов, перспективных для накопления на них дрожжевой биомассы;
– исследовать взаимное влияние дрожжей и лактобактерий при росте на зерновом сырье;
– выбрать наиболее эффективные режимы культивирования микроорганизмов на отобранном зерновом сырье;
– сравнить закономерности роста дрожжей и бактерий на разных комплексных зерновых субстратах в ходе двухстадийного культивирования;
– исследовать показатели качества, органолептические свойства и биологическую ценность функциональных продуктов, полученных путем комплексной микробной биоконверсии зернового сырья.
Научная новизна работы:
– установлено, что дрожжи и лактобактерии могут быть выделены из молока разных видов млекопитающих, однако продуктивность дрожжей на зерновых субстратах имеет тенденцию к нарастанию в зависимости от источника выделения: дрожжи из молока дигастричных – моногастричных – человека;
– штамм дрожжей Pichia anomala 9а, выделенный из женского грудного молока, признан наиболее продуктивным при биоконверсии зернового сырья, установлены и определены его амилолитическая и протеолитическая активности;
– определено, что наиболее продуктивными источниками сырья для накопления дрожжевой биомассы является зерно пшеницы и продукты его переработки – пророщенная пшеница и автолизат зерна пшеницы;
– при сравнении глубинного и твердофазного культивирования дрожжей на зерновом сырье, эффективность использования зернового материала для накопления дрожжей при ТФФ признана в 2-3 раза более высокой;
– при микробной биоконверсии зернового сырья ассоциациями дрожжей и лактобактерий, у ряда лактобактерий отмечено заметное ингибирование роста дрожжей;
– выявлена динамика взаимодействия параллельно выращиваемых дрожжей и бактерий на различных стадиях аэробно – анаэробного культивирования на твердых и жидких зерновых субстратах – интенсивное накопление дрожжевой биомассы на аэробном этапе, разрушение дрожжей и интенсивное накопление лактобактерий на анаэробном этапе;
– сформировано понятие о растительно-дрожжевой субстанции для накопления бактериальной массы и установлена рациональность использования этой субстанции при получении концентратов растительно-дрожже-бактериальных функциональных продуктов методом ТФФ;
– сформировано комплексное представление о свойствах новых функциональных растительно-микробных нутриентов: нутрицевтики – парафармацевтики – биопротекторы.
Практическая значимость результатов работы:
Сформулированы основные приемы селекции из молока млекопитающих дрожжей – продуцентов биомассы на твердых растительных субстратах и формирования дрожже-бактериальных ассоциаций для биоконверсии растительного сырья.
Определен ряд первичных и вторичных зерновых субстратов, перспективных для микробной биоконверсии: измельченное зерно, пророщенное зерно, зерновые автолизаты, зерновая патока.
Для разработки состава комплексных питательных сред, используемых в твердофазном культивировании микроорганизмов, предложен ряд перспективных целлюлозосодержащих субстратов (зерновые отруби, солома, стебли кукурузы), до трех раз увеличивающих продуктивность зерновых субстратов по биомассе.
Выявлены основные параметры культивирования дрожже-бактериальных ассоциаций на твердых зерновых субстратах.
Разработаны методы аэробно – анаэробной ферментации зернового сырья для получения концентратов и напитков для человека и кормовых добавок для животных, содержащих симбиотические ассоциации дрожжей и бактерий.
Дана физико-химическая и микробиологическая характеристика новых продуктов, оценена их пищевая и биологическая ценность.
Для производства и использования сухого концентрата как посевного материала рекомендован режим высушивания комплексных культур: температура – 40оС, время – 8-10 ч., влажность конечного продукта - 12%.
Разработаны лабораторные регламенты производства ферментированных напитков и микробных концентратов из пророщенной пшеницы, полученных путем микробной биоконверсии. Оптовая цена таких напитков составляет около 24 руб. за 1 л., а концентратов – около 31 руб. за кг.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на IX Международной научной конференции “Живые системы и биологическая безопасность населения” (Москва, 2011); Международной конференции “Биология-наука XXI века” (Москва, 2012); Конференции, посвященной 125-летию с дня рождения профессора П.М. Силина “Связь времен и поколений, из прошлого в настоящее” (Москва, 2012); Международной конференции «Probiotics and their Applications International Conference» (Ha Noi – Viet Nam, May 31 – June 1, 2013).
Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано 8 печатных работ, в том числе 4 статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, библиографического списка, включающего 188 источников (в том числе 60 на иностранных языках). Работа изложена на 179 страницах, содержит 26 рисунков, 65 таблиц и 9 приложений.
