Антифаговая питательная среда для активизации заквасочной микрофлоры

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для производства молочных продуктов с высокими качественными показателями. Питательная среда содержит обезжиренное молоко, гуммиарабик, лимоннокислый натрий, Д-глюкозамин, L-рамнозу, Д-арабинозу, водопроводную воду. Изобретение позволяет повысить активацию стартовых культур прямого внесения, получить качественные производственные закваски, повысить качество и показатели молочных продуктов, уменьшить материальные потери на предприятиях молочной отрасли. 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к биотехнологии, в частности молочной промышленности, и может быть использовано для производства молочных продуктов с высокими качественными показателями.

В связи со сложной экологической обстановкой в настоящее время получение качественного продукта представляет собой достаточно непростую задачу. Установлено, что, чем больше в исходном молочном сырье содержится посторонних веществ, тем более оно бактериально обсеменено, тем труднее получить продукт с требуемыми показателями качества и безопасности. Инфекция заквасочной микрофлоры вирусами-бактериофагами является одной из главнейших причин получения нестандартной молочной продукции. Поражение бактериофагом возможно на любой стадии производства и ведет к торможению процесса сквашивания или полному прекращению сквашивания, нарушению консистенции, потере аромата, возникновению порока позднее вспучивание сыров или ухудшение других показателей качества молочных продуктов. Кроме того, нарушение молочнокислого процесса при получении ферментированных продуктов приводит к материальным потерям; увеличению возможности возникновения пищевых инфекций за счет более активного развития остаточной микрофлоры и вторичного обсеменения, а также создания наиболее благоприятных условий для развития патогенной или условно-патогенной микрофлоры.

Для предотвращения фаголизиса молочнокислых культур используют различные средства и методы: соблюдение санитарно-гигиенических условий; поддержание полностью асептического режима получения производственных заквасок; создание асептических условий производства; ротацию заквасок; использование фагорезистентных культур; применение питательных сред, тормозящих действие фагов.

В связи с тем, что применение оборудования для производства продуктов в асептических условиях требует больших материальных затрат производителей и производство молочных продуктов так или иначе протекает в присутствии бактериофагов (молочное и немолочное сырье, лизогенная культура), необходимо обеспечить стабильное протекание технологического процесса, которое можно достичь за счет создания условий, неблагоприятных для развития фагов, а также путем внесения различных добавок, стимулирующих рост полезной микрофлоры.

Информация, касающаяся антифаговых сред, основывается большей частью на том, что вирулентность фагов зависит от присутствия кальция. Благодаря использованию свободных от кальция или бедных кальцием питательных сред можно значительно уменьшить адсорбцию присутствующих бактериофагов на клетку хозяина. Для удаления ионов кальция из молока используют соли аммония, фосфаты, цитраты. Однако в производственных условиях использование синтетических сред в больших объемах для активизации заквасочной микрофлоры и получения производственных заквасок не находит широкого применения из-за большой трудоемкости и стоимости сред, многокомпонентности и возможном в дальнейшем снижении активности заквасок в молоке как менее благоприятной питательной среде.

В настоящее время за рубежом известны антифаговые питательные среды на основе обезжиренного молока, либо сыворотки или сыворотки с сухим обезжиренным молоком [1, 2]. В отечественных и зарубежных источниках информации есть сведения и об активизации полезной микрофлоры при использовании различных добавок. В качестве активаторов заквасочной микрофлоры ученые рекомендуют использовать картофельный экстракт, экстракт отрубей; кукурузный экстракт; гидролизаты; активатор, состоящий из бета-лактоглобулина, альбумина, альфа-лактоальбумина, казеинов и их производных, таких как молочный казеин, сычужный казеин и казеинаты, каппа-казеин, бета-казеин, дрожжевой экстракт.

В патенте США [2] приведены питательные среды, в которых происходит подавление действия фагов. Основными компонентами сред являются сыворотка сухая и дрожжевой экстракт. В качестве фагоингибиторов предлагается использовать diammonium succinate (DAS), diammonium phosphate (DAP), diammonium adipate (DAA). К недостаткам данного изобретения следует отнести то, что в питательных средах, в которых используют соли фосфатов в качестве ингибиторов фагов, могут развиваться не все виды заквасок [3]. Причиной этому служит высокое содержание фосфатов, которые способствуют подавлению бета-галактозидазной активности культур, в особенности для молочнокислых бактерий Streptococcus thermophilus, наиболее широко применяемых в настоящее время в производстве ферментированных продуктов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков можно отнести патент США [4], в котором описаны питательные среды, одновременно стимулирующие развитие бактерий и ингибирующие развитие бактериофагов. В данном изобретении в качестве агентов, стабилизирующих процесс ферментации молока, рекомендуется использовать: активаторы роста (казеин, расщепленный ферментами, декстроза, дрожжевой экстракт); фагоингибитор (фосфат моноаммония, фосфат диаммония), нейтрализующие вещества (фосфат магния, фосфат аммония, карбонат кальция), а для улучшения консистенции получаемых продуктов гидроколлоидные стабилизаторы (гуммиарабик, tragacanth, xanthan gum или другие). К недостаткам данного изобретения следует отнести многокомпонентный состав питательной среды, что увеличивает затраты на ее производство, а также и то, что в присутствии фосфатов снижается активность развития некоторых видов молочнокислых бактерий.

Анализ литературных данных и результаты собственных исследований позволяют сделать заключение о целесообразности применения в составе питательной среды моносахаридов (табл.1), которые способствуют подавлению инфицирования клеток молочнокислых микроорганизмов бактериофагом.

Таблица 1
№	Наименование питательной среды	Результаты развития заквасочной микрофлоры
		Без фагов	С фагами
Титруемая кислотность, °T	рН	Количество клеток, КОЕ/мл	Титруемая кислотность, °T	рН	Количество клеток, КОЕ/мл
1	Стерильное обезжиренное молоко (контроль)	94	4,8	3·109	48	6,25	2·103
2	Стерильное обезжиренное молоко с добавлением Д-глюкозамина	95	4,2	5·109	72	5,60	5·108
3	Стерильное обезжиренное молоко с добавлением L-рамнозы	96	4,0	2·109	88	5,03	6·108
4	Стерильное обезжиренное молоко с добавлением Д-арабинозы	92	4,2	3·109	85	4,95	1,2·10

Такое действие на фаги объясняется тем, что некоторые сахаридные остатки участвуют в адсорбции фагов на клеточную стенку. Углеводный состав клеточных фракций фагоустойчивых и фаговосприимчивых клеток отличается. Явное различие отмечается для лактококков в содержании L-рамнозы, Д-галактозы, Д-глюкуроновой кислоты и т.д. Д-глюкозамин, Д-галактозамин, L-рамноза, Д-арабиноза образуют связи с фагами и оказывают на бактериофаги лактококков, термофильного стрептококка, молочнокислых палочек вида Lactobacillus casei ингибирующее воздействие.

Из источников зарубежной информации известно, что природные полисахариды (xanthan, alginate, guar, carragenan, cellulose gels, fibregum) можно использовать при составлении питательных сред в качестве стабилизатора консистенции. Гуммиарабик (торговая марка Fibregum) является одним из хорошо известных природных соединений, который используется как пищевая добавка в качестве источника пищевых волокон для усиления функциональных свойств продуктов, а также для улучшения консистенции ферментируемых молочных продуктов. При внесении в кисломолочные напитки гуммиарабик позволяет обогатить продукт волокнами, улучшить органолептические показатели, получить большую наполненность вкуса, т.е. лучшую текстуру. Гуммиарабик находит все более широкое применение в различных областях пищевой технологии как эффективный стабилизатор дисперсных систем.

Некоторые авторы сообщают о том, что гуммиарабик вступает в синергитическое взаимодействие с экзогенными бактериями, так называемыми пробиотиками, способствуя повышению их выживаемости как в продукте, так и во время прохождения через организм до поступления в толстую кишку. Высокие функциональные свойства гуммиарабика обусловлены особенностями его структуры. За рубежом имеются работы, в которых гуммиарабик рекомендуют вносить при производстве закваски для сыра с целью улучшения стабильности системы. При этом важно, что гуммиарабик устойчив в кислых средах и при температурной обработке.

Целью настоящего изобретения является создание антифаговой питательной среды, одновременно выполняющей несколько функций, для активизации стартовых культур прямого внесения и получения производственной закваски при выпуске ферментируемых молочных продуктов. Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что впервые предлагается использовать в составе питательной среды гуммиарабик в количестве 10-30 г/л в качестве фагоингибитора и активатора заквасочной молочнокислой микрофлоры, при этом обеспечивая одновременно стабилизацию системы. Это можно объяснить тем, что по химическому строению гуммиарабик относится к классу гликопротеинов, то есть биополимеров, молекула которых содержит фрагменты как полисахаридной, так и белковой природы. Составными элементами полисахаридных фрагментов являются такие мономеры, как галактоза, арабиноза, рамноза, глюкуроновая кислота, которые, по-видимому, обладают фагоингибирующим эффектом.

Кроме того, для снижения воздействий факторов шока (фальсификация молочного сырья, наличие в молочном сырье посторонних химических и ингибирующих веществ), а также атак фагов на бактериальные клетки предлагается в питательную среду дополнительно вводить сахара. Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что такие сахара как Д-глюкозамин, L-рамноза и Д-арабиноза обладают вышеназванными функциями.

На чертеже показано по оси ординат изменение титруемой кислотности (°Т) при культивировании чувствительной заквасочной микрофлоры с бактериофагом во времени (ч) - ось абсцисс (-◆- - обезжиренное молоко с гуммиарабиком и фагами; -- - обезжиренное молоко с сахарами и фагами; -- - обезжиренное молоко с добавлением гуммиарабика, сахаров и фагов; -- - обезжиренное молоко с фагами).

В связи с вышепредставленным материалом данное изобретение - антифаговая среда на основе обезжиренного молока с компонентами, обеспечивающими активизацию развития клеток молочнокислых бактерий, повышение степени их устойчивости к действию неблагоприятных факторов и снижение адсорбционной активности бактериофагов имеет следующий состав.

Антифаговая питательная среда для активизации заквасочной молочнокислой микрофлоры, в том числе для получения производственных заквасок, содержащая обезжиренное молоко, активатор развития заквасочной микрофлоры, фагоингибитор и воду, отличающаяся тем, что в качестве фагоингибитора и активатора развития молочнокислых бактерий она содержит гуммиарабик, Д-глюкозамин, L-рамнозу, Д-арабинозу, дополнительно содержит лимоннокислый натрий, а в качестве воды - воду водопроводную при следующем содержании компонентов, г/100 см³:

сухое обезжиренное молоко	10-14
гуммиарабик	1-3
лимоннокислый натрий	0,03-0,05
Д-глюкозамин	0,20-0,25
L-рамноза	0,14-0,18
Д-арабиноза	012-0,17
вода водопроводная	остальное.

Изобретение поясняется следующими примерами.

Пример 1.

Готовят питательную среду (на 1 л): 100 г сухого обезжиренного молока; 0,3 г лимоннокислого натрия; 10 г гуммиарабика; 2 г Д-глюкозамина; 1,4 г L-рамнозы; 1,2 г Д-арабинозы; водопроводной воды (до 1 л). Сухое обезжиренное молоко растворяют в водопроводной воде при температуре 40-45°С, выдерживают в течение 20 минут для набухания белков. Затем добавляют лимоннокислый натрий и гуммиарабик, хорошо перемешивают, фильтруют, разливают в емкости и стерилизуют при t=121°C (1,1 атм) в течение 15 минут (до достижения стерильности среды), затем охлаждают до температуры (20±5)°С. В приготовленную питательную среду вносят указанную ранее смесь сахаров, предварительно растворенных в небольшом количестве дистиллированной воды и подвергнутых холодной стерилизации с помощью прибора «Стерифил 250» фирмы Millipore или аналогичной системы.

Пример 2. Готовят питательную среду (на 1 л): 120 г сухого обезжиренного молока; 0,4 г лимоннокислого натрия; 20 г гуммиарабика; 2,3 г Д-глюкозамина; 1,6 г L-рамнозы; 1,5 г Д-арабинозы; водопроводной воды (до 1 л). Сухое обезжиренное молоко растворяют в водопроводной воде при температуре 40-45°С, выдерживают в течение 20 минут для набухания белков. Затем добавляют лимоннокислый натрий и гуммиарабик, хорошо перемешивают, фильтруют, разливают в емкости и стерилизуют при t=121°С (1,1 атм) в течение 15 минут (до достижения стерильности среды), затем охлаждают до температуры (20±5)°С. В приготовленную питательную среду вносят указанную ранее смесь сахаров, предварительно растворенных в небольшом количестве дистиллированной воды и подвергнутых холодной стерилизации с помощью прибора «Стерифил 250» фирмы Millipore или аналогичной системы.

Пример 3. Готовят питательную среду (на 1 л): 140 г сухого обезжиренного молока; 0,5 г лимоннокислого натрия; 30 г гуммиарабика; 2,5 г Д-глюкозамина; 1,8 г L-рамнозы; 1,7 г Д-арабинозы; водопроводной воды (до 1 л). Сухое обезжиренное молоко растворяют в водопроводной воде при температуре 40-45°С, выдерживают в течение 20 минут для набухания белков. Затем добавляют лимоннокислый натрий и гуммиарабик, хорошо перемешивают, фильтруют, разливают в емкости и стерилизуют при t=121°С (1,1 атм) в течение 15 минут (до достижения стерильности среды), затем охлаждают до температуры (20±5)°С. В приготовленную питательную среду вносят указанную ранее смесь сахаров, предварительно растворенных в небольшом количестве дистиллированной воды и подвергнутых холодной стерилизации с помощью прибора «Стерифил 250» фирмы Millipore или аналогичной системы.

Литература

1. Патент 4851347 США, Iit: C12N 001/20; Bulk starter medium. Willrett и др. Опубл. 25.07.1989, http://uspto.gov/.

2. Патент 4282255 США, Iit: A23C 009/12; Method and starter compositions for the growth of acid producing bacteria and bacterial compositions produced thereby. Sandine и др. Опубл. 04.08.1981, http://uspto.gov/.

3. Daire Stokes, R. Paul Ross, Gerald F. Fitzgerald, Aidan Coffey. Application of Streptococcus thermophilus DPC1842 as an adjunct to counteract bacteriophage disruption in a predominantly lactococcal Cheddar cheese starter: use in bulk starter culture systems. // EDP Sciences, 81, 2001, p.327-334.

4. Патент 4806479 США, Iit: C12N 001/38; Use of stabilizing agents in culture media for growing acid producing bacteria. Kegel и др. Опубл. 21.02.1989, http://uspto.gov/.

Антифаговая питательная среда для активизации заквасочной молочнокислой микрофлоры, в том числе для получения производственных заквасок, содержащая обезжиренное молоко, активатор развития заквасочной микрофлоры, фагоингибитор и воду, отличающаяся тем, что в качестве фагоингибитора и активатора развития молочнокислых бактерий она содержит гуммиарабик, Д-глюкозамин, L-рамнозу, Д-арабинозу, дополнительно содержит лимонно-кислый натрий, а в качестве воды - воду водопроводную при следующем содержании компонентов, г/100 см³:

сухое обезжиренное молоко	10-14
гуммиарабик	1-3
лимонно-кислый натрий	0,03-0,05
Д-глюкозамин	0,20-0,25
L-рамноза	0,14-0,18
Д-арабиноза	0,12-0,17
вода водопроводная	остальное.