Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 7
ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ
ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКТОВ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПИТАНИЯ 14
1.1. Приоритетные направления в исследовании продуктов
функционального питания 14
Пробиотики и пробиотические продукты 14
Пребиотики и пути их получения 21
Олигосахариды как факторы роста бифидо- и лактобактерий 28
1.1.4. Функциональная роль цинка и проявления его недостаточности в
организме человека 37
1.1.5. Функциональные свойства полиненасыщенных жирных кислот 45
1.2. Теоретические предпосылки использования р-галактозидазы для
получения олигосахаридов 50
1.2.1. Характеристика и свойства р-галактозидазы микроорганизмов 50
1.2.2. Особенности биосинтеза р-галактозидазы и характеристика
индукторов 55
1.2.3. Роль циклического аденозинмонофосфата в регуляции биосинтеза Р-
галактозидазы 60
Заключение по обзору литературы 64
ГЛАВА П. МЕТОДОЛОГИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ 66
Организация работы и структура исследований 66
Методы исследований 68
Биохимические и физико-химические методы 69
Микробиологические методы 72
2.3. Разработка методов очистки и определения качества пепсина 73
з ГЛАВА III. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНСГЛИКОЗИЛИРУЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ
Р-ГАЛАКТОЗИДАЗЫ В СЫВОРОТКЕ 75
3.1. Влияние различных факторов на синтез олигосахаридов в
сыворотке 75
3.1.1. Влияние рН сыворотки на образование продуктов гидролиза и
трансгликозилирования 77
Влияние температуры на гидролиз лактозы и образование олигосахаридов в сыворотке 80
Влияние концентрации Р-галактозидазы и продолжительности ферментации сыворотки на синтез олигосахаридов 82
Влияние степени концентрирования молочной сыворотки на синтез олигосахаридов 86
Оптимизация процесса ферментации сгущенной сыворотки 87
3.1.6. Разработка технологии сывороточного концентрата содержащего
олигосахариды 97
ГЛАВА IV. ИССЛЕДОВАНИЕ СЫВОРОТОЧНОГО КОНЦЕНТРАТА
СОДЕРЖАЩЕГО ОЛИГОСАХАРИДЫ В КАЧЕСТВЕ ПРЕБИОТИКА 106
4.1. Исследование качественного и количественного состава продуктов
трансгликозилирования в сывороточном концентрате 106
4.2. Теоретическое обоснование стимуляции роста микроорганизмов
олигосахаридами сывороточного концентрата 111
4.2.1. Влияние сывороточного концентрата, содержащего олигосахариды на
биохимическую активность бифидо- и лактобактерий 112
Влияние сывороточного концентрата на биосинтез Р-галактозидазы бифидо- и лактобактериями 115
Изучение кинетики индукции и катаболитной репрессии биосинтеза Р-галактозидазы бифидо- и лактобактериями при использовании сывороточного концентрата 117
4
ГЛАВА V. БИОТЕХНОЛОГИЯ МЯГКОГО СЫРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
АКТИВИЗИРОВАННЫХ КУЛЬТУР БИФИДО- И ЛАКТОБАКТЕРИЙ 124
5.1. Разработка технологии комбинированной закваски на основе
бифидобактерий и L.plantarum 124
Выбор оптимального соотношения бифидобактерий и L. plantarum 125
Разработка технологии комбинированной закваски бифидобактерий и L. plantarum 130
5.2. Разработка технологии комбинированной закваски бифидобактерий и L.
casei 135
5.2.1. Выбор оптимального соотношения культур в комбинированной
закваске 136
5.2.2. Технология производства комбинированной закваски 139
5.3. Изучение технологических процессов производства мягкого сыра с
использованием комбинированных заквасок 145
5.3.1. Влияние вида комбинированной закваски на структурно-
механические свойства сгустка 145
5.3.2. Исследование динамики выделения сыворотки из сырной массы при
самопрессовании 147
5.3.3. Исследование процесса посолки сыров, выработанных с
использованием комбинированных заквасок 149
5.3.4. Исследование микробиологических и биохимических процессов при
производстве мягких сыров 153
5.4. Разработка технологии мягкого сыра с использованием
комбинированных заквасок 160
5.5. Изучение свойств овечьего пепсина и разработка
молокосвертывающего препарата на его основе 164
ГЛАВА VI. ТЕХНОЛОГИЯ СМЕТАНЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
АКТИВИЗИРОВАННЫХ КУЛЬТУР БИФИДОБАКТЕРИЙ 175
6.1. Технология комбинированной закваски для сметаны 175
Выбор оптимального соотношения бифидобактерий и L.acidophilus в комбинированной закваске 175
Разработка схемы приготовления комбинированной закваски 178
6.2. Технология сметаны с использованием комбинированной закваски ... 181
Влияние вида и дозы вносимой закваски на процесс ферментации сливок 181
Факторы влияющие на структурно-механические свойства сметаны 189
Разработка технологии сметаны с использованием комбинированной закваски 191
6.3. Технология бифидосодержащей сметаны обогащенной
полиненасыщенными жирными кислотами 196
6.3.1. Характеристика жировой добавки 196
6.3.2. Особенности технологии производства бифидосодержащей сметаны,
обогащенной полиненасыщенными жирными кислотами 199
6.3.3. Исследование жирнокислотного состава сметаны выработанной с
использованием различных заквасок и жировой добавки 200
6.4. Определение предельных сроков хранения готового продукта 205
Исследование предельных сроков хранения бифидосодержащей сметаны 205
Исследование предельных сроков хранения бифидосодержащей сметаны, обогащенной полиненасыщенными жирными кислотами 207
6.4.3. Определение биологической ценности сметаны 209
ГЛАВА VII. ТЕХНОЛОГИЯ БИФИДОСОДЕРЖАЩЕЙ ПРОБИОТИЧЕСКОИ
ПИЩЕВОЙ ДОБАВКИ 213
7.1. Исследование технологических параметров процесса коагуляции белков
молока сульфатом цинка 213
7.1.1. Влияние различных режимов коагуляции на степень использования
белковых веществ 213
7.1.2. Исследование взаимодействия ионов цинка с белковыми
компонентами молока 219
Изучение качественных характеристик и сроков хранения белковой добавки, обогащенной цинком 228
Разработка технологической схемы производства белковой добавки,
обогащенной цинком 232
7.2. Выбор и обоснование технологических режимов ферментации
белкового сгустка термоцинковой коагуляции бифидобактериями 236
7.2.1. Исследование и выбор дозы вносимой закваски при ферментации
сгустка термоцинковой коагуляции 236
7.2.2. Изучение содержания цинка в белковом сгустке и сыворотке в
процессе ферментации 241
7.2.3. Разработка технологии производства бифидосодержащей
пробиотической пищевой добавки 244
7.2.4. Разработка технологии бифидосодержащей пробиотической пищевой
добавки с оптимальным соотношением цинка и меди 249
ГЛАВА VIII. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИФИДО- И ЛАКТОБАКТЕРИЙ В
ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОБИОТРІЧЕСКИХ КОРМОВЫХ СРЕДСТВ И
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ 252
8.1. Бифидобактерии в производстве пробиотических кормовых средств
8.1.1. Пробиотические кормовые средства для молодняка
сельскохозяйственных животных и пушных зверей 254
8.2. Использование лактобактерий для стабилизации корма в звероводстве и
повышения качества силоса 258
ВЫВОДЫ 268
БИБЛИОГРАФИЯ 270
Введение к работе
Сохранение и укрепление здоровья всех слоев населения является стратегической задачей современного общества. Правительство Российской Федерации одобрило «Концепцию государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2005 года», разработанную ведущими специалистами и учеными страны (В.А. Княжев, В.И. Сизенко, И.А. Рогов, О.В. Большаков, В.А. Тутельян).
Большое внимание в документе уделяется созданию новых биотехнологических процессов переработки сельскохозяйственного сырья, обеспечивающих производство высококачественных продуктов питания и его рациональное использование.
Особый интерес среди производителей и потребителей вызывают продукты функционального питания, оказывающие регулирующее действие на организм и способные заменить многие лекарственные препараты.
Теоретические и практические основы в области создания функциональных продуктов питания заложены в трудах А.Н. Покровского, A.M. Уголева, Н.Н. Липатова (ст.), И.А. Рогова, В.Г. Высоцкого, A.M. Бражникова, В.Б. Толстогузова и получили свое развитие в молочной отрасли благодаря работам, НС. Королевой, П.Ф. Крашенинина, В.Д. Харитонова, Ю.Я. Свириденко, В.Ф. Семенихиной, А.Г. Храмцова, A.M. Шалыгиной, Л.А. Остроумова, Н.Н. Липатова (мл), Н.П. Захаровой, И.С. Хамагаевой, М.С. Уманского, Л.А. Забадаловой, И.А. Евдокимова, В.М. Позняковского, ВИ. Ганиной, Н.Б. Гавриловой и других.
Среди ингредиентов, определяющих функциональные свойства продуктов питания, особое место занимают микроорганизмы, формирующие нормальную эндоэкологию желудочно-кишечного тракта. Многолетние клинические наблюдения по применению фармакологических пробиотических препаратов на основе живых представителей нормальной микрофлоры человека показали, что эубиотики, в состав которых входят бифидо- и лактобактерии, не вызывают побочного эффекта даже при длительном применении. Это положило начало
созданию пробиотических продуктов на основе указанных групп микроорганизмов. В настоящее время промышленность может предложить целый спектр пробиотических продуктов, содержащих бифидо- и лактобактерии - «Бифилин - М», «Ацидофилин», «Бифимикс», «Бифилюкс», «Бифидок», «Бифивит» и др.
Однако состояние здоровья населения России требует неотложных мер по уменьшению числа кишечных заболеваний, которые приводят к сдвигу метаболического баланса организма. В решении этой проблемы, наряду с фармакологическими препаратами, существенный вклад могут внести пробиотические продукты. Расширение ассортимента и увеличение объемов производства пробиотических продуктов на основе бифидо- и лактобактерии находятся в центре внимания ученых и практиков нескольких ведущих институтов страны: Всероссийского научно-исследовательского института маслодельной и сыродельной промышленности (г. Углич), Всероссийского научно-исследовательского института молочной промышленности (г. Москва), Института микробиологии и эпидемиологии им. Г.Н. Габричевского (г. Москва), Восточно-Сибирского государственного технологического университета (г. Улан-Удэ), Ставропольского государственного технического университета (г. Ставрополь), Кемеровского технологического института пищевой промышленности (г. Кемерово), Московского государственного университета прикладной биотехнологии (г. Москва) и др.
Широкомасштабное использование бифидобактерий в производстве пробиотических молочных продуктов долгое время сдерживалось низкой биохимической активностью микроорганизмов в молоке. Эта проблема была успешно решена Хамагаевой И.С. Автором был изучен биосинтез олигосахаридов в коровьем молоке путем реакции трансгликозилирования, осуществляемого р-галактозидазой. Было доказано, что олигосахариды молока повышают р-галактозидазную активность бифидобактерий, которые приобретают способность активно ферментировать молоко. На основе разработанного способа активизации бифидобактерий созданы закваски и
9 бакпрепараты чистых культур микроорганизмов, активно ферментирующие молоко.
К сожалению промышленные пробиотические продукты и препараты имеют ряд объективных с терапевтической точки зрения недостатков. Это, как правило, использование микроорганизмов длительно культивируемых на искусственных средах, что приводит к дезадаптации к условиям обитания в кишечнике макроорганизма, с заведомо низкой приживляемостью и ослабленной антагонистической активностью. Эти обстоятельства в сочетании с высокой устойчивостью сложившихся микробиоценозов являются фактором, определяющим необходимость длительного приема адекватных доз пробиотических продуктов. В этом плане перспективно использование пребиотиков - веществ способствующих пролиферации и адсорбции микроорганизмов - пробиотиков в кишечнике, или синбиотиков - комплексов про- и пребиотиков.
К пребиотическим веществам относят целый ряд разнообразных по строению, природе и свойствам веществ, среди которых наиболее изученными являются фруктоолигосахариды, лактулоза. Однако перспективным направлением в получении и использовании пребиотиков является ферментативный гидролиз лактозы молочной сыворотки р -галактозидазой, где в результате реакции трансгликозилирования образуются олигосахариды.
Таким образом, расширение ассортимента, увеличение объемов производства и повышение качества пробиотических продуктов на основе использования 0- галактозидазы и эубиотиков определяют приоритетность исследований в области создания продуктов функционального питания.
Работа выполнялась с 1982 года в соответствии с целевыми научно-техническими программами, координируемыми Министерством науки и технологий РФ и Министерством образования РФ.
Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является теоретическое обоснование и разработка технологии пробиотических продуктов с использованием бифидо- и лактобактерий, активизированных олигосахаридами сывороточного концентрата.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи исследований:
изучить трансгликозилирующее действие Р-галактозидазы в молочной сыворотке и разработать биотехнологию сывороточного концентрата, содержащего олигосахариды;
исследовать сывороточный концентрат, содержащий олигосахариды, в качестве пребиотика;
разработать способ активизации бифидо- и лактобактерий с использованием пребиотического сывороточного концентрата;
на основе использования активизированных культур бифидо- и лактобактерий создать пробиотические продукты;
разработать бифидосодержащую пробиотическую пищевую добавку;
проверить результаты теоретических и экспериментальных исследований в производственных условиях.
Научная новизна. Теоретически обоснована рациональность применения ферментного препарата р-галактозидазы для создания сывороточного концентрата, обладающего бифидогенными свойствами. Доказано, что в результате трансгликозилирующего действия р-галактозидазы в концентрированной молочной сыворотке образуются олигосахариды.
Подобраны оптимальные условия накопления олигосахаридов в концентрированной сыворотке и изучен их количественный и качественный состав: 54% углеводов ранее не были идентифицированы, в том числе 34% представлены аллолактозой.
Показано, что добавление сывороточного концентрата, содержащего олигосахариды, в молоко стимулирует рост бифидо- и лактобактерий в нем в результате индукции синтеза собственной Р-галактозидазы.
Научно обоснован подбор микроорганизмов для создания комбинированных заквасок на основе активизированных культур бифидо- и лактобактерий. Доказана прямая корреляционная зависимость между биохимической активностью комбинированной закваски и синтезом 0-галактозидазы отдельными культурами, входящими в ее состав.
Установлены закономерности микробиологических, биохимических и физико-химических процессов производства пробиотических продуктов с использованием разработанных комбинированных заквасок.
Выявлены особенности развития активизированных культур бифидобактерий в процессе ферментации сгустка, полученного термоцинковой коагуляцией белков молока, при создании пробиотической белково-минеральной пищевой добавки.
Разработаны способы определения качества и получения молокосвертывающего фермента на основе гидролитического действия |3-галактозидазы.
Научная новизна работы подтверждена авторскими свидетельствами (А.с. № 1370137, А.с. № 1455311) и патентами (№№ 2205217, 2208320)
Практическая ценность работы. На основе анализа и обобщения результатов теоретических и экспериментальных исследований предложены.
пребиотический сывороточный концентрат, содержащий олигосахариды;
рациональный способ повышения активности собственной |3-галактозидазы у бифидо- и лактобактерий;
комбинированные закваски на основе активизированных культур бифидо-и лактобактерий;
бифидосодержащие мягкие сыры, сметана и комплексная пробиотическая пищевая добавка;
рекомендации по использованию активизированных культур бифидо- и лактобактерий в производстве пробиотических кормовых средств;
эффективный биотехнологический способ повышения качества пепсина на основе использования гидролитической активности Р-галактозидазы.
Технологии пребиотического сывороточного концентрата и пробиотических продуктов апробированы и внедрены на предприятиях республики Бурятия и Иркутской области. Активизированные культуры бифидо- и лактобактерий использовали при проведении ветеринарно-клинических испытаний пробиотических кормовых средств, созданных на их основе, на базе Дальневосточного НИИ сельского хозяйства (Хабаровск).
Результаты теоретических и экспериментальных исследований включены в лекционные курсы и методические разработки для студентов, магистрантов и аспирантов института пищевой инженерии и биотехнологии ВСГТУ.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались: на республиканских, региональных и межрегиональных научно-технических конференциях («Вклад молодых биологов Сибири в решение вопросов Продовольственной программы и охраны окружающей среды», Улан-Удэ, 1984; «Концепция развития перерабатывающих отраслей АПК Республики Бурятия», Улан-Удэ, 1999; «Техническая и технологическая обработка и переработка пищевых продуктов XXI века», Улан-Удэ, 2000; «Проблемы экологии и рационального природопользования», Владивосток, 2000; «Экологическая безопасность регионов России», Пенза, 2000).
На Всероссийских научно-технических конференциях: «Интенсификация производства и повышение качества сыра», Барнаул, 1989; «Совершенствование технологических процессов производства новых видов пищевых продуктов и добавок. Использование вторичного сырья пищевых ресурсов», Киев, 1991; «Прогрессивные, экологически безопасные технологии хранения и комплексной переработки сельхозпродукции для создания продуктов питания повышенной пищевой и биологической ценности», Углич 1996г; «Образование в условиях реформ: опыт, проблемы, научные исследования», Кемерово, 1997; «Достижения науки и техники развитию сибирских регионов», Красноярск, 1999; «Конгресс молочной промышленности Сибири», Барнаул, 1999.
На международных научно-технических конференциях, семинарах («Холод и пищевые производства», Санкт-Петербург; «Рациональные пути использования вторичных ресурсов АПК», Краснодар, 1997; «Пища, экология,
13 человек», М, 1997 г.; «Прогрессивные технологии и оборудование для пищевых производств», 1997 г., Воронеж; «Холодильная техника России. Состояние и перспективы накануне XXI века», Санкт-Петербург, 1998 г.; «Прогрессивные, экологически безопасные технологии хранения и комплексной переработки сельскохозяйственной продукции для создания продуктов питания повышенной пищевой и биологической ценности», Москва, 1998 г.; «Химия природных соединений: взгляд в XXI век», 1999 г.).
На научных конференциях Восточно-Сибирского государственного технологического университета (1987,1990, 1995,1997, 1999, 2000, 2001 гг.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 105 работ, в том числе 1 монография и 42 статьи (17 в реферируемых изданиях), получено 2 авторских свидетельства и 2 патента на изобретения.
На защиту выносятся следующие основные положения:
обоснование целесообразности использования гидролитической и трансгликозилирующей активности р -галактозид азы в производстве пребиотического сывороточного концентрата;
результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов индукции и катаболитной репрессии, как единого механизма регуляции активности р-галактозидазы бифидо- и лактобактерий;
экспериментальные исследования по разработке биотехнологии сывороточного концентрата, содержащего олигосахариды, и изучению его пребиотических свойств;
результаты исследований по созданию комбинированных заквасок с использованием активизированных культур бифидо- и лактобактерий и разработке пробиотических продуктов на их основе;
научные и экспериментальные исследования по разработке пробиотической комплексной пищевой добавки;
обобщение теоретических и экспериментальных изысканий, позволяющих оценить вклад работы в развитие науки и агропромышленного комплекса страны.
