Введение к работе
Актуальность темы. Около половины 7 миллиардного населения Земли испытывает недостаток в тех или иных пищевых веществах. Это в первую очередь относится к развивающимся странам, в которых люди получают в 2 раза меньше растительного белка и в 5 раз меньше белков животного происхождения, чем в высокоразвитых странах.
Нехватка в рационе питания полноценных белков, витаминов, пищевых волокон, макро- и микронутриентов, полезных микробов вызывает рост социально опасных заболеваний, в том числе желудочно-кишечных. Часто причиной этих заболеваний является нарушение микробиоценозов желудочно-кишечного тракта. Возбудителями заболеваний нередко становятся условно-патогенные бактерии, приобретающие плазмиды токсигенности, колонизационной резистентности и антибиотикоустойчивости. Современное человечество перед этой угрозой становится все менее защищенным, о чем свидетельствуют вспышки микробных токсикоинфекций даже в относительно благополучной Европе в 2011 и 2012 году.
Вышеприведенные проблемы могут эффективно решаться путем включения в рацион питания продуктов с пробиотическими свойствами, получаемых с использованием микробной биоконверсии. При этом особенный интерес вызывает возможность использования в качестве производственных культур для биоконверсии растительного сырья микроорганизмов из натуральной микрофлоры человека.
Цель и задачи исследования: Целью настоящей работы стала разработка технологии новых продуктов, обладающих пробиотическими свойствами, путем биоконверсии растительного сырья с помощью микроорганизмов, выделенных из грудного молока и их товароведная оценка.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:
– оценить женское грудное молоко (ЖГМ) из разных регионов планеты как возможный источник микроорганизмов-продуцентов биомассы на растительном сырье;
– определить способность к накоплению биомассы на растительном сырье дрожжевых изолятов из грудного молока представительниц разных регионов и отобрать наиболее продуктивные;
– исследовать взаимное влияние микроорганизмов в дрожже-бактериальных ассоциациях;
– подобрать сахаристые растительные субстраты разных регионов, перспективные для микробной биоконверсии с помощью отселекционированных культур;
– из сахаристых и целлюлозосодержащих субстратов сконструировать питательные среды для твердофазного культивирования микроорганизмов;
– подобрать оптимальные режимы культивирования микроорганизмов на отобранном растительном сырье;
– изучить динамику роста дрожжей и бактерий на разных комплексных растительных субстратах в ходе твердофазного и твердофазно-глубинного культивирования;
– исследовать показатели качества и биологической ценности функциональных продуктов, полученных путем дрожже-бактериальной биоконверсии растительного сырья.
Научная новизна работы:
– впервые женское грудное молоко оценено как возможный источник микроорганизмов-продуцентов биомассы на твердом растительном сырье;
– установлена способность дрожжевых изолятов из грудного молока представительниц разных регионов активно накапливать биомассу на твердом растительном сырье;
– определено, что наиболее активные продуценты биомассы из изолятов отнесены к роду Pichia;
– установлены благоприятные возможности симбиоза дрожжей и лактобактерий в микробных сообществах из грудного молока;
– для микробной биоконверсии с помощью отселекционированных микробных ассоциаций подобраны перспективные тропические и российские сахаристые субстраты;
– выявлен выраженный стимулирующий эффект целлюлозосодержащих компонентов сред при культивировании микробных ассоциаций на сахаристых субстратах;
– установлена равноценность хранимых высушенных и свежих комплексных субстратов по накоплению на них дрожжевой биомассы;
– выявлена динамика взаимодействия дрожжей и бактерий на различных стадиях аэробно-анаэробного культивирования отселекционированных ассоциаций на растительных субстратах – интенсивное накопление дрожжевой биомассы на аэробном этапе, разрушение дрожжей и интенсивное накопление лактобактерий на анаэробном этапе;
– показано, что на стадии анаэробной ферментации формируются специфические органолептические и функциональные свойства новых напитков, которые по своим товароведным качествам могут быть отнесены к нутрипарафармацевтикам.
Практическая значимость результатов работы: Отселекционированы высокопродуктивные и быстрорастущие на различных видах твердого растительного сырья штаммы дрожжей рода Pichia.
Созданы дрожже-бактериальные ассоциации из дрожжей рода Pichia и лактобактерий для биоконверсии растительного сырья.
Определен ряд первичных и вторичных сахаристых субстратов, перспективных для микробной биоконверсии (сахарный тростник, свеклосахарная пульпа и жом, арбузная пульпа и выжимки, зеленая биомасса кукурузы, виноградные выжимки).
Для изготовления питательных сред, используемых в твердофазном культивировании микроорганизмов, предложен ряд перспективных целлюлозосодержащих субстратов (зерновые отруби, рисовая мучка, травяная, сенная мука) и определены их соотношения с сахаристыми материалами в средах.
Впервые для сохранения скоропортящегося сахаристого сырья для микробной биоконверсии предложено высушивать его вместе с целлюлозосодержащими добавками.
Разработаны основные параметры культивирования дрожже-бактериальных ассоциаций на твердых растительных субстратах.
Для комплексной биоконверсии сахаристого и целлюлозосодержащего сырья предложен метод аэробно-анаэробной ферментации с получением напитков для человека и кормовых добавок для животных, содержащих симбиотические ассоциации дрожжей и бактерий.
Разработаны лабораторные регламенты производства функциональных напитков из сахарного тростника с рисовой мучкой и из арбуза с пшеничными отрубями, полученных путем микробной биоконверсии. Оптовая цена таких напитков составляет около 25 руб за 1 л.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на российских и международных конференциях и симпозиумах: EurasiaBio 2nd International Congress-Partnering & Exhibition on Biotеchnology and Bioenergy (Moscow, 2010), III межведомственной научно-практической конференции с международным участием “Товароведение, экспертиза и технология продовольственных товаров”, (Москва, 2010); IX Международная научной конференции “Живые системы и биологическая безопасность населения” (Москва, 2011); Международная конференция “Биология-наука XXI века” (Москва, 2012); Конференция, посвященная 125-летию с дня рождения профессора П.М. Силина “Связь времен и поколений, из прошлого в настоящее” (Москва, 2012).
Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано 6 печатных работ, в том числе 3 статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, библиографического списка, включающего 240 источников (в том числе 58 на иностранных языках). Работа изложена на 181 страницах, содержит 60 рисунков, 36 таблиц и 11 приложений.
