Пробиотики на основе молочнокислых бактерий

К молочнокислым бактериям, широко используемым для производства пробиотиков, относятся молочнокислые стрептококки и лактобактерии.

В молочной промышленности для изготовления различных продуктов из молочнокислых стрептококков наиболее часто применяют мезофильные стрептококки S.lactis и S.cremoris, которые относятся к группе гомоферментативных, разлагающих молочный сахар до молочной кислоты. В отдельных случаях они образуют небольшие количества летучих жирных кислот и ацетона; являются активными кислотообразователями, оптимальной температурой их роста явля-30°С - для S.lactis и 25°С - для S.cremoris.

Мезофильные гетероферментативные стрептококки (S.paracitrovorus, S.diacetilactis, S.acetoinicus, S.citrovorus) при расщеплении лактозы образуют молочную кислоту, при расщеплении лимонной кислоты образуют диацетил. Оптимальной температурой их роста является 30 °С, а для S.citrovorus и S.paracitrovorus - 21 - 25°С.

Кроме мезофильных к молочнокислым стрептококкам относятся и термофильные. Представлены они одним видом - S.thermophilus. Оптимальной температурой их роста является 40 - 45 °С. Колонии имеют тёмную зернистую структуру, в мазках клетки крупные, сплющены и располагаются цепочками разной длины. Являются сильными кислотообразователями.

К палочковидным молочнокислым бактериям относится род iobacterium.

К подгруппе термофильных палочек относятся L.bulgaricum и L.acidophilum, применяемые для приготовления кисломолочных продуктов, а также L.helveticum, используемые в сыроделии. Все они являются факультативными анаэробами. Плохо растут на поверхности агаровых сред, лучше в столбике агара. На поверхности плотных сред колонии локонообразные, а в глубине имеют форму кусочков ваты, то есть колонии R-формы. В мазках располагаются одиночными клетками или цепочками. Являются энергичными кислотообразователями (до 300°С), молоко сбраживают за 3 - 5 ч. Оптимальной температурой роста является 40° С (для L.acidophilum - 37 °С).

К подгруппе стрептобактерий относятся L.casei и L.plantarum, которые принимают участие в созревании сыра. Они представляют собой палочки разной длины, располагающиеся одиночно, попарно или в виде коротких и длинных цепочек. На плотных средах образуют мелкие круглые колонии (S-формы), иногда с выростом. Оптимальная температура роста около 30 °С. Являются слабыми кислотообразователями, не свёртывают молоко. По своим свойствам близки к ароматобразующим стрептококкам.

В настоящее время у всех видов молочнокислых бактерий найдены бактериофаги. Они являются строго специфичными, и поэтому с помощью явления бактериофагии можно дифференцировать молочнокислые бактерии. Основополагающим является то, что бактериофаги нарушают молочнокислое брожение при производстве творога, простокваш, сыров с низкой температурой второго нагревания.

Для более точной идентификации молочнокислых бактерий используют серологические методы. Наиболее приемлемой является реакция преципитации. Установлено, что по этой реакции молочнокислые стрептококки более однородны, чем молочнокислые палочки.

В России чистые культуры молочнокислых бактерий стали применять с 1890 г. Большой вклад в разработку способов приготовления чистых культур, сохранения их в сухом виде и использования в производстве кисломолочных продуктов внёс С.А. Северин.

И.И. Мечников, занимаясь проблемой старости у людей, считал, что молочная кислота и другие продукты обмена молочнокислых бактерий, содержащиеся в простоквашах, подавляют гнилостную микрофлору кишечника и предотвращают преждевременное старение организма.

Однако многочисленные опыты, проведённые позже И.И. Мечниковым, показали, что болгарская палочка, вводимая в организм простоквашей, не обладает специфической способностью приживляться в кишечнике и исчезает из него вскоре после того, как прекращается пребывание в нём простокваши.

По данным американских учёных (Н. Копелов, Ф. Бирмарк, Л. Кальп, Л. Ретжер, В. Альбус), эта способность в гораздо большей степени присуща ацидофильной палочке, как естественному представителю молочнокислых бактерий в нормальном кишечном биоценозе. По природе Lactobacterium acidophilum идентична болгарской палочке, но она уже адаптирована к условиям жизни в кишечнике.

Наряду с молочной кислотой многие кисломолочные продукты содержат специфические антибиотические вещества, подавляющие вредную микрофлору кишечника, в том числе и возбудителя туберкулёза.

Кисломолочные продукты широко применяются как для лечебного питания, так и для лечения людей и животных при ряде заболеваний. Так, кумыс, ацидофильно-дрожжевое молоко применяются при лечении туберкулёза, а ацидофильное молоко, простокваша, ацидофильная паста — как лечебно-диетические продукты при колитах, Дизентерии, диспепсии у людей. Эти же кисломолочные продукты могут быть использованы и для лечения животных, особенно молодняка, при различных желудочно-кишечных заболеваниях.

Кроме того, для лечения молодняка животных при кишечных расстройствах применяются чистые ацидофильно-бульонные культуры (АБК), биобактон, лактобактерин, ацидофилин и другие чистые культуры молочнокислых бактерий.

Особенно важным является применение молочнокислых бактерий на фоне интенсивного лечения людей и животных антибиотиками. Как известно, антибиотики в большинстве своём не имеют избирательного действия на микроорганизмы. Наряду с возбудителями болезней они вызывают гибель нормальной микрофлоры кишечника. В ряде случаев это приводит к дисбактериозам, а иногда и к заболеваниям типа кандидомикоза и других. Применение же молочнокислых бактерий даёт возможность восстановить нормальную микрофлору кишечника.

В настоящее время установлено, что наряду с молочной кислотой, молочнокислые бактерии способны продуцировать антибиотические вещества (бактериоцины), подавляющие рост гнилостных, патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. Так, S. lactis образуют антибиотик низин, S. cremoris - диплококкцин, L. plantanim - лактолин, L. acidophilum продуцирует антибиотические вещества, подавляющие рост возбудителей дизентирии, брюшного тифа, сальмонеллёза, колибактериоза.

Кроме того, следует знать, что молочнокислые бактерии в процессе размножения образуют ещё и ароматические соединения, придающие продукту приятный вкус и ароматичность (диацетил и ацетальдегид), синтезируют жирорастворимые витамины А, Д, Е, богатые соями кальция, фосфора, магния.

С помощью своих экзоферментов молочнокислые бактерии расщепляют молочный белок с образованием ароматических незаменимых аминокислот - тирозина и триптофана и цистеин.

Продукты смешанного молочнокислого и спиртового брожения (кумыс, кефир, айран, чал) содержат молочную кислоту, углекислоту, следы спирта (до 0,4 - 0,6 %), которые вызывают сильное сокоотделение пищеварительными железами, что улучшает процесс пищеварения и усвоения человеком пищи или корма животными.

Селекция молочнокислых бактерий. Сырое молоко и молочные продукты издавна используются как источники выделения молочнокислых бактерий. Но молоко не является первоисточником этих бактерий.

Молочнокислые бактерии постоянно встречаются в почве, на растениях (цветах, листьях, стеблях, корневой системе). Чаще они сосредотачиваются в прикорневой зоне растений, а затем поднимаются на их надземную часть.

Впервые молочнокислые бактерии из природных источников растительного происхождения выделил и изучил их свойства В.М. Богданов (1959). Это послужило началом широкого использования отдельных растений для получения производственно-полезных штаммов молочнокислых бактерий.

Питательные среды для молочнокислых бактерий и технология, их получения. Для селекции молочнокислых бактерий очень важным является правильный выбор питательных сред и условий культивирования. Чаще всего для выделения молочнокислых бактерий из природных источников используют стерильное обезжиренное молоко.

При культивировании гетероферментативных молочнокислых бактерий, для которых характерно сбраживание солей лимонной кислоты, в питательные среды добавляются лимоннокислый натрий (1%), а в отдельных случаях и дрожжевой гидролизат (2 %). На таких же средах осуществляют молочнокислых бактерий с целью получения заквасок для производства различных молочнокислых продуктов - творога, сметаны, йогурта, простокваши и др.

Кроме обезжиренного молока, для культивирования молочнокислых бактерий в промышленных условиях с целью получения пробиотиков, применяют гидролизованное молоко. Для этого обезжиренное молоко стерилизуют при температуре 120 °С в течение 10-15 мин и охлаждают до 45° С. Обезжиренное молоко должно иметь слегка кремоватый цвет. Затем устанавливают рН до 7,6 - 7,8 и к обезжиренному молоку добавляют из расчёта на 1 литр 0,5 - 1 г панкреатита или 2 - 3 г поджелудочной железы. Через несколько минут в молоко добавляют хлороформ из расчёта 5 мл на 1 л. Такую смесь в бутылях, закрытых резиновой пробкой, выдерживают в термостате при 40°С в течение 24 ч. В первые часы молоко следует периодически перемешивать. Через 24ч гидролизат фильтруют через бумажный фильтр. Такой гидролизат обычно прозрачный, реакция его нейтральная и слабокислая, содержит 11О -120 мг% аминного азота, срок хранения 1-2 недели.

Для приготовления из гидролизата молока питательной среды его разводят деминерализованной водой в отношении 1:1 - 1:2 и устанавливают рН = 6,8 - 7,0. При необходимости вводят различные добавки. Питательную среду стерилизуют при 110°С в течение 30 мин. Это делается для предотвращения образования в среде белково-сахарных комплексов, отрицательно влияющих на рост молочнокислых бактерий.

Технология изготовления биобактона. Биобактон представляет собой лифилизированную культуру ацидофильной палочки, обладающей высокими антибиотическими и кислотообразующими свойствами. Для его приготовления используют обезжиренное молоко или среду на основе гидролизата молока по описанному выше методу. Культивируют L.acidophilum при 37°С в течение 10 - 15 ч. При этом в процессе культивирования среду периодически нейтрализуют кальцинированной содой, что обеспечивает накопление микробных клеток до 3 млрд/мл (этот процесс автоматизирован). Отделяют микробные клетки ацидофильных бактерий в стационарную фазу, т.е. через 10 - 15 ч культивирования. В этот период микробные клетки являются более активными и стойкими к замораживанию.

Бактериальную массу концентрируют на суперцентрифугах (сепараторах) производительностью 200 - 800 л/ч, работающих при частоте вращения ротора 16000 об/мин. Полученный концентрат ацидофильной палочки обычно содержит 250-300 млрд клеток в 1 г.

Чаще всего биобактон выпускают в лиофильно высушенном виде. В качестве среды высушивания используют молочный обрат с сахаром или сахарозо-желатиновую среду.

Концентрированную биомассу разбавляют средой высушивания 1:6, расфасовывают но флаконам, а затем подвергают лиофильной сушке. После этого флаконы закрывают резиновыми пробками, обкатывают для герметичности алюминиевыми колпачками. Проводят контроль на стерильность, биологическую концентрацию бактерий (количество живых микроорганизмов), антагонистическую активность, влажность и др.

Технология изготовления лактобактерина. Лактобактерин - это пробиотик, выпускаемый отечественной промышленностью. В состав лактобактерина для животных входят 2 вида лактобактерий -L.plantarum и L.fermenti.

Технология производства лактобактерина во многом аналогична

биобактану.

Культивирование микроорганизмов (2сут)

Подготовка посевного материала

Приготовление питательной среды

 

Выделение и концентрирование лактобактерий

 

Лиофильное высушивание

 

 

 

Придание готовой лекарственной формы

 

Фасовка, упаковка, этикетирование

Контроль готовой продукции

 

 

Схема производства лактобактерина

Контроль качества лактобактерина проводят по таким показателям, как биологическая концентрация, отсутствие посторонней микрофлоры, антагонистическая активность.