Разработка технологии получения сухих форм пробиотических препаратов

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ СУХИХ ФОРМ ПРОБИОТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ

О.Н. Гора, И.Н. Павлов

В условиях возрастающей интенсификации техногенного воздействия цивилизации происходят значительные микроэкологические нарушения в человеческом организме, имеющие серьёзные последствия, как для отдельных индивидуумов, так и для общества в целом. Решение этого вопроса уходит в сторону широкого потребления биологически активных добавок - нутрицетиков. Пребиотики - обладают пищевой ценностью и являются по своей сути природными ингредиентами пищи (витамины и их предшественники), полиненасыщенные жирные кислоты, отдельные минеральные вещества и микроэлементы (кальций, железо, селен, цинк, йод, фтор), незаменимые аминокислоты, некоторые моно - и дисахариды, пищевые волокна (целлюлоза, пектин, гемицеллюлоза и др.) [1].

Наряду с пребиотиками широкое распространение получили "пробиотические продукты" − живые микроорганизмы или ферментированные ими продукты, которые оказывают благотворный эффект на здоровье человека, за счёт нормализации его микробной экосистемы.

Промышленной формой выпуска пребиотиков и пробиотиков являются:

-       фармацевтические препараты;

-       биологически активные добавки (БАД);

-       закваски.

В последние годы большое внимание исследователей привлекают пропионовокислые бактерии (ПКБ), отличительной особенностью которых является широкий синтез витамина В₁₂ и высокие иммуногенные и антимутогенные свойства.

В связи с этим является актуальным создание препаратов - пробиотиков и пребиотиков на основе ПКБ и его симбиозов с разными видами молочнокислых бактерий (МКБ), для выявления их способности к накоплению биомассы бактерий и витамина В₁₂.

Данные препараты являются перспективными, их производство является актуальным. Мы решили заняться исследованиями по наработке опыта получения данных препаратов.

Целью проекта является:

Отработка технологии и условий культивирования ПКБ с накоплением максимального количества биомассы бактерий и витамина В₁₂;

Разработка технологии и аппаратурного оформления обезвоживания полученной живой формы и получение ее в сухом виде, методом распылительной сушки.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

-       оптимизировать состав питательной среды и условий культивирования для накопления биомассы и витамина В₁₂ пробиотическими бактериями;

-       использование различных видов симбиоза ПКБ с МКБ, для выявления их способности к накоплению биомассы и витамина В₁₂;

−          изучить органолептические и физико - химические показатели жидкой закваски;

−          провести сравнительный анализ продукта, полученного разными способами обезвоживания;

−          изучить условия проведения обезвоживания заквасок распылительной сушкой;

−          подобрать защитные среды для заквасок в условиях распылительной сушки;

−          рассмотреть влияние условий введения защитных сред на качество получаемой сухой закваски;

−          получение пробиотических продуктов, в частности кисломолочных, на основе полученных заквасок и анализ их качества.

Проводимая нами работа подходит к одному из направлений развития науки и техники.

Индекс приоритетного направления:

Технология живых систем.

Индекс критической технологии:

Химический и биологический синтез лекарственных и пищевых продуктов.

В соответствии с поставленными задачами составлен план проведения работ:

−          поиск оптимальной питательной среды, с определением компонентного состава;

−          отработка условий проведения процесса культивирования, с целью максимального накопления биомассы бактерий и витамина В₁₂;

−          изучение влияние добавок интенсифицирующих развитие и накопление, витамина В₁₂.

Достоинством сухих препаратов следует считать:

·        увеличение срока хранения;

·        повышенная стабильность при хранении;

·        меньшая чувствительность к перепадам температур.

К их недостаткам относится:

·        снижение жизнеспособности микроорганизмов;

·        использование дорогих защитных сред при обезвоживании;

·        использование дополнительного оборудования для проведения процесса обезвоживания.

В промышленности преобладающее распространение для получения сухих заквасок и БАДов получили сублимационные сушилки. При сублимационной сушке обезвоживание продукта происходит в процессе его заморозки в условиях разряженной атмосферы. При этом удаление влаги из замороженного продукта происходит при низких температурах. Такой способ обезвоживания обладает рядом достоинств:

·        сушка термолабильных препаратов;

·        образование развитой поверхности сухого продукта;

и рядом недостатков:

·        затраты значительного количества тепла;

·        высокая себестоимость получения единицы продукта;

·        вероятная порча продукта при оттаивании;

·        дорогостоящее оборудование процесса.

Альтернативным методом обезвоживания является распылительная сушка, проводимая в токе горячего сушильного агента, в результате тонкого диспергирования образуется развитая поверхность контакта, что способствует кратковременному нахождению продукта в контакте горячим воздухом.

Распылительную сушку не используют как способ обезвоживания веществ содержащих живые микроорганизмы. Хотя этот вид обезвоживания обладает множеством достоинств:

·        возможность высушивания непосредственно из раствора;

·        развитая поверхность диспергирования капель;

·        интенсивный тепло - и массобмен;

·        кратковременность сушки в закрученном потоке теплоагента;

·        максимальная температура частиц в зоне высоких температур не превышает температуры мокрого термометра;

·        возможность сушки термолабильных продуктов.

Но так же и несколькими недостатками:

o   снижение жизнеспособности бактерий;

o   большой удельный расход сушильного агента.

Основной задачей коммерциализации данного проекта является создание сухих пробиотических заквасок и БАД на основе ПКБ и его симбиозов с МКБ.

Основными объектами коммерциализации являются:

−          поливитаминные комплексы;

−          БАД;

−          сухие закваски обогащенные витамином В₁₂.

пробиотический препарат сухая форма

Закваска и БАД обладают рядом достоинств, которые обуславливают конкурентные преимущества данной разработки:

−          сырьем является сыворотка, которая является побочным продуктом производства в молочной промышленности, обладающая низкой себестоимостью;

−          основой питательной среды является молочная сыворотка содержащая необходимый набор питательных элементов, в связи с этим минимизируется количество добавляемых ростовых компонентов;

−          в состав заквасок входит высокое содержание витамина В₁₂, а так же другие витамины;

−          сухая закваска содержит большое количество жизнеспособных микроорганизмов.

−          производство кисломолочной продукции;

−          производство напитков функционального назначения;

−          применение в производстве хлебобулочных изделий;

−          использование в качестве препаратов прямого внесения;

−          приготовление сыров.

На первом этапе работы проводилась оптимизация состава ростовых компонентов питательной среды для культивирования Propionibacterium freudenreichii.

Установлено, что пропионовокислые бактерии и бифидобактерии относятся к актиномицетной группе микроорганизмов. Так для количественного учета этих бактерий применяются идентичные среды, в следствии чего, для накопления биомассы пропионовокислых бактерий, была взята фоновая среда на основе сыворотки с добавлением ростовых компонентов дрожжевого автолизата и гидролизованного молока с последующей оптимизацией.

Пропионовокислые бактерии являются активными продуцентами витамина В₁₂. Следует отметить, что синтез витамина зависит от условий культивирования. Известно, что для лучшего синтеза витамина В₁₂, является наличие в питательной среде ионов Со²⁺. Так же в некоторых литературных источниках указано, что ионы Со²⁺ могут являться предшественниками витамина В₁₂. Однако в естественных питательных средах, содержание кобальта минимально, поэтому в фоновую питательную среду мы так же добавляли ионы Co²⁺, которые влияют на выход биомассы и синтез витамина В₁₂ [2].

Рисунок 1 - Динамика накопление витамина бактериями В₁₂ Propionibacterium freudenreichii

Из рисунка 1 видно, что оптимальной фоновой питательной средой на данном этапе для накопления биомассы Рr. freudenreichii является среда следующего химического состава: ТС + 5 % дрожжевого автолизата + 5 % гидролизованного молока + CoCl_{2 (}20 мг/л), поскольку позволяет бактериям накапливать значительное количество витамина В₁₂, в количестве 15,4 мкг/мл.

Определение количества витамин В₁₂ осуществлялось спектрофотометрическим методом, а биомассу методом взвешивания [3].

Поскольку, важным фактором для культивирования бактерий, является температура, поэтому на следующем этапе, мы рассматривали влияние температур в диапазоне от 27 до 31°С на исследуемые бактерии Propionibacterium freudenreichii.

Рисунок 2 - Динамика накопление витамина В₁₂ бактериями Propionibacterium freudenreichii при разных температурах культивирования

Из рисунка 2 видно, что лучшим температурным режимом культивирования для Propionibacterium freudenreichii является 30 °С, при котором происходит значительноенакопление витамина В₁₂ − 22,911 мкг/мл.

Отработку режимов сушки проводили на контрольной среде. В качестве контроля взята фоновая среда с максимальным накопление витамина В₁₂ и биомассы.

Обезвоживание проводили методом распылительной сушки.

Полученные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Показатели сухих и жидкой заквасок

Сравнительный анализ показал, что сухая закваска незначительно уступает жидкой по наличию витамина В₁₂ и произошло незначительное снижение КОЕ.

Литература

1. Хамагаева, И.С. Биотехнология заквасок пропионово - кислых бактерий / И.С. Хамагаева. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2006. - 172 с.

. Воробьева, Л.И. / Пропионовокислые бактерии / Л.И. Воробьева. - М.: Изд - во МГУ, 1995. - 288 с.

. Нетрусов, А.И. / Практикум по микробиологии: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / А.И. Нетрусов, М.А. Егорова, Л.М. Захарчук и др.: под. ред.А.И. Нетрусова. - М.: Издательский центр "Академия", 2005. - 608 с.