Investigation of the dependence of the titer of germinated spores on the concentration of calcium ions
Authors: Посокина Н.Е. , Захарова А.И. , Курбанова М.Н. 
Published: June 2023

Бактерии, образующие споры, и поиск средств их инактивации продолжают оставаться серьезной проблемой для пищевой промышленности. Несмотря на то, что потенциально споры можно инактивировать при термической обработке, длительное термическое воздействие может привести к ухудшению органолептических свойств продуктов. Поиск «достаточного» способа термической обработки может помочь производителям пищевых продуктов достигнуть полной инактивации спор, в том числе и термоустойчивых. Поскольку микробиологические методы определения количества спор являются трудоемкими и занимают много времени, а также имеется риск вторичного роста вегетативных клеток, который будет отражаться на конечном результате, нами было выдвинуто предположение, что количественную оценку проросших спор можно провести по концентрации Са2+, выделившегося из спор при прорастании. В качестве объекта исследований использовали споры Bacillus subtilis, штамм ATCC 6633. Прогрев суспензий спор проводили при температуре 75, 85 и 95 °С с последующим термостатированием при температуре 37±1 °С. Концентрацию Са2+ определяли через 24, 48, 72 ч по методике М 04-52-2008, методом капиллярного электрофореза на приборе «Капель-105М». При прогреве суспензии спор Bacillus subtilis при температуре 75 °С непосредственно после прогрева произошла активация большей части спор, на вторые сутки проросли оставшиеся споры, а на третьи прорастание спор зафиксировано не было. При прогреве споровой суспензии при температуре 85 °С также наблюдалось прорастание основной массы спор непосредственно после тепловой обработки и уменьшение количества спор на первые и вторые сутки. Однако незначительный рост и на третьи сутки говорит о продолжающемся процессе прорастания оставшихся жизнеспособных спор. При прогреве суспензии спор Bacillus subtilis при температуре 95 °С активация основной части жизнеспособных спор произошла сразу после термической обработки, а оставшиеся споры проросли на первые сутки. На вторые сутки выделения кальция уже не наблюдалось, что подтвердило окончание процесса прорастания. Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что количество выделившегося кальция коррелирует с количеством проросших спор в исходной суспензии. Прогрев споровой суспензии при температуре 95 °С наиболее эффективен для снижения количества проросших спор. Данный факт может быть использован при подборе режимов обработки пищевых систем физическими методами.

Spore-forming bacteria and finding means to inactivate them continue to be a major challenge for the food industry. Although it is possible to potentially inactivate spores during heat treatment, prolonged heat exposure can lead to deterioration in the organoleptic properties of products. The search for a «sufficient» method of heat treatment can help food manufacturers achieve complete inactivation of spores, including heat-resistant ones. Since microbiological methods for determining the numbers of spores are laborious and time consuming, and there is also a risk of secondary growth of vegetative cells, which will affect the final result, we suggested that it is possible to quantify germinated spores by the concentration of Ca2+ released from spores during germination. Spores of Bacillus subtilis, strain ATCC 6633 were used as the object of research. Spore suspensions were heated at temperatures of 75, 85, and 95 °C, followed by thermostating at a temperature of 37 ± 1 °C. The concentration of Ca2+ was determined after 24, 48, 72 hours according to the method M 04-52-2008, by capillary electrophoresis on the Kapel-105M device. When the suspension of Bacillus subtilis spores was heated at a temperature of 75 °C, most of the spores were activated immediately after heating, the remaining spores germinated on the second day, and no spore germination was recorded on the third day. When the spore suspension was heated at a temperature of 85 °C, the germination of the main mass of spores was also observed immediately after heat treatment and a decrease in the number of spores on the first and second days. However, a slight increase on the third day indicates the ongoing process of germination of the remaining viable spores. When the suspension of Bacillus subtilis spores was heated at a temperature of 95 °C, the activation of the main part of viable spores occurred immediately after heat treatment, and the remaining spores germinated on the first day. On the second day, calcium release was no longer observed, which confirmed the end of the germination process. The data obtained allow us to conclude that the amount of released calcium correlates with the amount of germinated spores in the initial suspension. Heating the spore suspension at a temperature of 95 °C is most effective in reducing the number of germinated spores. This fact can be used in the selection of modes of processing food systems by physical methods.