Штамм бактерий Lactobacillus acidophilus K 1902, используемый в качестве закваски прямого внесения для приготовления кисломолочных продуктов
BACTERIAL STRAIN LACTOBACILLUS ACIDOPHILUS K 1902, USED AS STARTER OF DIRECT APPLICATION FOR PREPARATION OF FERMENTED MILK PRODUCTS

Изобретение относится к биотехнологии и молочной промышленности и представляет собой новый штамм Lactobacillus acidophilus К 1902, выделенный из Якутского кумыса, обладающий высокой ростовой активностью и используемый в качестве закваски прямого внесения для приготовления кисломолочных продуктов.
Обеспечение продуктами питания, имеющими высокую биологическую ценность и способными оказывать лечебно-профилактическое действие, выполняющими роль продуктов функционального питания, является важным аспектом пищевой промышленности. Особое место среди продуктов функционального питания занимают кисломолочные продукты, в том числе диетические продукты, обеспечивающие возможность их употребления лицами, страдающими непереносимостью молочных продуктов из-за дефицита в организме лактатдегидрогеназы.
Производство ферментированных продуктов питания основано на использовании стартовых культур; например, для производства продуктов молочнокислого брожения применяют стартовые культуры молочнокислых бактерий. Именно состав и свойства штаммов микроорганизмов, включаемых в стартовые культуры, позволяют получать широкий ассортимент продуктов с заданными показателями и характерными особенностями. В последнее время разрабатываются новые стартовые культуры молочнокислых бактерий с промышленно важными свойствами: обеспечивающие микробиологическую безопасность и обладающие органолептическими, технологическими, питательными и/или медицинскими преимуществами. Примерами являются молочнокислые бактерии, которые продуцируют противомикробные вещества, полисахариды, ароматические соединения, витамины, полезные ферменты и обладающие пробиотическими свойствами.
Культуры должны обеспечивать воспроизводимость технологического процесса, стабильное качество готовой продукции; кроме того, культуры должны быть устойчивы к бактериофагам, иметь высокую выживаемость, обеспечивать ферментируемый молочный продукт необходимыми свойствами, а также позволять проявлять больше гибкости на производстве (использовать разные штаммы с разными свойствами и возможность комбинировать их в зависимости от качества сырья).
Для удовлетворения данных требований применяют закваски прямого внесения (Direct Vat Set (DVS) / Direct Vat Inoculation (DVI)), которые производятся в виде замороженных гранул или в лиофилизированной форме. Для обеспечения высокого качества заквасок прямого внесения, штаммы культур должны обладать высокой выживаемостью в процессе изготовления заквасок прямого внесения.
Основными компаниями-правообладателями в исследуемой области являются CHR HANSEN (Дания), BRIGHT DAIRY & FOOD (Китай), МЕШ (Япония), DUPONT NUTRITION BIOSCIENCES (Дания), GERVAIS DANONE (Франция), NESTEC (Швейцария).
За рубежом в составе заквасок прямого внесения часто используют мутированные штаммы болгарской палочки с целью устранения эффекта «вторичного скисания» в результате ферментации лактозы (патент РФ №2232816, патент РФ №2446209).
Использование мутированных штаммов, как компонентов заквасок прямого внесения имеет некоторые недостатки: так неспецифический мутагенез ведет, как к приобретению штаммом необходимого свойства, так и к появлению неспецифических мутаций, что ведет в нестабильности генома и постепенному вырождению данного штамма, что, в свою очередь, сильно ограничивает продолжительность его применения.
Задачей изобретения является получение нового штамма, не являющегося генетически модифицированной культурой, обеспечивающего получение кисломолочных продуктов питания, а также обладающего высокой эффективностью в процессе получения сухой лиофилизированной микробной массы для изготовления заквасок прямого внесения.
Задача изобретения решается посредством селекции нового штамма Lactobacillus acidophilus К 1902 (регистрационный номер ГКНМ №1276), отвечающего современным требованиям, предъявляемым к компонентам кисломолочных продуктов, и обладающего высокой биохимической активностью.
Настоящее изобретение относится к штамму молочнокислых бактерий Lactobacillus acidophilus К 1902, который по ряду полезных качеств может быть использован в качестве компонента комплексной закваски прямого внесения для производства кисломолочных лечебно-профилактических продуктов питания.
Технический результат заключается в том, что предлагаемый к использованию штамм обладает быстрым набором биомассы при культивировании, высокой антагонистической активностью и укороченной лагфазой при сквашивании молока по сравнению с аналогичными штаммами данного вида, а кисломолочные продукты на его основе обладают кислотностью (100-110°Т), которая сохраняется на протяжении 3 суток хранения, а также плотным сгустком. При хранении кисломолочных продуктов с использованием данного штамма не образуется сыворотка.
Предлагаемый штамм Lactobacillus acidophilus К 1902 новый, в научной и патентной литературе не описан.
Штамм Lactobacillus acidophilus К 1902 выделен из Якутского кумыса. Штамм Lactobacillus acidophilus К 1902 депонирован в Государственной коллекции микроорганизмов нормальной микрофлоры (ГКНМ) Федерального бюджетного учреждения науки Московского научно-исследовательского института эпидемиологии и микробиологии им. Г.Н. Габричевского Роспотребнадзора под коллекционным номером №1276.
1. Изучение анатомо-морфологических свойств штамма.
Изучение колоний в полужидкой среде проводили на протяжении 12 пересевов суточных культур. В полужидкой среды для культивирования и выделения бифидобактерий (БС) форма единичных колоний - комета длиной 3-6 мм, культура растет по всему объему среды без зоны аэробиоза, на поверхности плотной питательной среды вырастают прозрачные апигментированные круглые колонии (S-форма), сметаноподобной консистенции. В микропрепарате Грам +, неподвижные, неспорообразующие, прямые палочки с закругленными концами, образующие цепочки из 2-6 клеток.
2. Идентификация изучаемого штамма.
Для идентификации изучаемого штамма по белкам клеточной стенки использован Bruker Daltonik MALDI Biotyper. Для этого использовали единичные колонии 24 часовой культуры третьей генерации, выращенной на поверхности МРС-4 в анаэробных условиях.
По данным MALDI штамм Lactobacillus acidophilus К 1902 определен как Lactobacillus acidophilus с высокой долей достоверности (Score 1,749). Генетическая идентификация штамма также подтверждена с помощью анализа 16SpPHK.
3. Изучение технологических свойств штамма.
Для определения особенностей штамма проводили культивирование при максимальной температуре - 50°C. (Оптимальная температура развития для штамма 37-40°C, минимальная - 25°C, максимальная 45-50°C).
Наблюдался выраженный рост по всей толще среды без зоны аэробиоза - в полужидкой БС среде при высоких температурах. Данная культура растет в толще полужидких питательных сред и на поверхности плотных сред в присутствии кислорода, т.е. штамм относится к аэротолерантным микроорганизмам (микроаэрофилам).
4. Изучение протеолитической активности культуры.
Изучение протеолитических свойств, накопление титруемой кислотности в молоке проводили на стерильном 12% сухом обезжиренном молоке (СОМ), приготовленном в лаборатории питательных сред ФБУН МНИИЭМ им. Г.Н. Габричевского. (СОМ по ГОСТ 33629-2015 "КОНСЕРВЫ МОЛОЧНЫЕ. МОЛОКО СУХОЕ. ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ", поставщик «Агропромышленный Союз «Алев»).
Кислотность кисломолочных продуктов определяли в условных единицах - градусах Тернера (Т) (ГОСТ 3624-67).
Ход определения: В колбу или стакан на 100-150 мл отмеряют пипеткой 10 мл исследуемого продукта. Остатки продукта на стенках пипетки смывают 20 мл дистиллированной воды, добавляют 3 капли 1% раствора фенолфталеина и титруют 0,1 Н раствором NaOH до появления бледно-розового цвета, не исчезающего в течение 1 минуты. Количество щелочи, израсходованное на титрование, умножают на 10 в пересчете на 100 мл продукта.
8
Штамм к 16 часам сквашивает молоко с образованием равномерного сметанообразного сгустка приятного вкуса без синерезиса. В 1 мл сквашенного стерильного молока к 12 часам культивирования накапливается 10 микробных клеток. Каталазу не образует, желатину не разжижает. Данные накопления титруемой кислотности представлены в таблице 1.
Как видно из данных, представленных в таблице, заявляемый штамм лактобацилл проявляет стабильные протеолитические свойства.
5. Изучение антибиотикочувствительности штамма.
Чувствительность к антибиотикам штамма изучали на модели 15 антимикробных препаратов, применяемых в медицинской практике. Изучение проводили диско - диффузионным методом в интерпретации Назыровой Н.Р. с соавт., 2008 г., рекомендованной МУ 2.3.2.2789-10. В работе использованы диски производства HiMedia для определения чувствительности к антимикробным препаратам. Полученные данные представлены в таблице 2.
Lactobacillus acidophilus К 1902 чувствителен к стрептомицину, хлорамфениколу, тетрациклину, эритромицину, ванкомицину, имипенему, линкомицину; промежуточно-устойчив к цефалотину, пенициллину, гентамицину; устойчив к ципрофлоксацину, канамицину, полимиксину, налидиксовой кислоте, ампициллину.
6. Изучение ферментативной активности штамма
При изучении ферментативных свойств штамма сравнивали данные двух тест-систем API-50 CHL и АНАЭРОТЕСТ - 23. Штамм гомоферментативен. Каталазу не образует, желатин не разжижает. Ферментирует глюкозу с образованием молочной кислоты без образования газа; лактозу, сахарозу, манит, мальтозу, салицин, арабинозу, целлобиозу, эскулин, сорбит, рамнозу, трегалозу, галактозу, маннозу, декстрозу, N-ацетилглюкозамин, ликсозу, фруктозу, раффинозу. Не ферментирует ксилозу, глицерин, мелицитозу. Оптимальная температура культивирования - 37-40°C. В качестве сред для культивирования штамма используют обезжиренное молоко, среду Блаурокка, ГМ - среду, МРС, МРС-2, МРС-4 и другие. Выделенный антагонистически активный штамм фенотипически апатогенный, т.е. не обладает гемолитической, протеолитической, летициназной, гиалуронидазной, антилизоцимной, ДНК-ной и РНК-ной активностью Штамм хранится в виде лиофильно высушенной культуры в защитной сахарозо-желатиновой среде при температуре 4±2°C не менее 12 месяцев.
Штамм не является генетически модифицированным, имеет статус GRAS (generally recognized as safe), относится к микроорганизмам, непатогенным для человека, согласно классификации микроорганизмов, приведенных в санитарных правилах СП 1.3.2322-08 и СП 1.3.2518-09. Работа со штаммом не требует специальных мер предосторожности.
7. Изучение антагонистической активности штамма.
Изучение антагонистической активности штамма проводили согласно МУ 2.3.2.2789-10 Методические указания по санитарно-эпидемиологической оценке безопасности и функционального потенциала пробиотических микроорганизмов, используемых для производства пищевых продуктов. В качестве штамма - прототипа использовался штамм Lactobacillus acidophilus К3Ш24 ВКПМ В 3190, депонированный во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов. Результаты представлены в таблице 3.
Из представленной таблицы видно, что заявляемый штамм проявляет более высокую антагонистическую активность в отношении основных патогенных микроорганизмов, вызывающих пищевые отравления.
Для подтверждения высокой активности сквашивания заявляемого штамма по сравнению со штаммом-прототипом, в качестве которого использовался штамм Lactobacillus acidophilus К3Ш24 ВКПМ В 3190, депонированный во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов, лиофилизаты каждого штамма в объеме 0,1% вносили в восстановленное сухое молоко. При этом наблюдаемый период лаг-фазы у заявляемого штамма был значительно короче (2,5 часа), чем у штамма-прототипа (3,5-4 часа), что является важным условием для промышленного производства кисломолочной продукции.
Аналогичным образом изучалась скорость накопления биомассы у заявляемого штамма и штамма-прототипа, которая также показала, что оптическая плотность роста культуры заявляемого штамма через 12 часов культивирования в питательной среде на основе гидролизата СОМ достигала 20 ОД, в то время как у штамма-прототипа она составляла 12 ОД., т.е. была выше в 1,7 раз.
Использование штамма иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Для приготовления производственной закваски прямого внесения на первом этапе получали посевной материал для засева в заквасочник, для этого ресуспендировали ампулу лиофилизированной культуры штамма, полученную суспензию вносили в кобылье, козье или коровье цельное или восстановленное обезжиренное сухое молоко и инкубировали при температуре 37°C 24 часа.
Полученную культуру использовали в качестве посевного материала в ферментер. Посевной материал вносили в количестве 5-7% от объема молока. Пример 2. Использование штамма в составе сухой комплексной закваски прямого внесения для приготовления йогурта.
Для приготовления йогурта использовали нормализованное молоко жирностью 3,2%, подогретое до температуры 42°C. Вносили лиофилизат штамма Lactobacillus acidophilus К 1902 в количестве 0,1% вместе с лиофилизатом штамма Streptococcus thermophillus Т-5367 (депонирован в ГКНМ ФБУН МНИИЭМ им. Г.Н. Габричевского под коллекционным номером 1266) также в количестве 0,1%. После внесения молоко тщательно перемешивали и инкубировали 5-6 часов при температуре 42°C до достижения значения рН кисломолочного продукта равного 4,5. После окончания инкубирования кисломолочный продукт охлаждали до температуры 2-8°C. Срок годности получаемого продукта составляет не менее 14 дней.
Пример 3. Использование штамма в составе сухой комплексной закваски прямого внесения для приготовления сметаны.
Для приготовления сметаны использовали сливки с массовой долей жира 10, 15, 20, 25%, полученные путем сепарирования натурального или сухого восстановленного молока добавлением цельного обезжиренного молока или пахты. Далее проводили пастеризацию при температуре 86°C в течение 5 мин. Гомогенезировали и охлаждали до температуры 38°C и вносили закваску в количестве 5-10% от массы сливок. В качестве закваски использовали неслизеобразующие молочнокислые бактерии вида Streptococcus cremoris (штамм приобретен во ВНИМИ) и Lactobacillus acidophilus К 1902 в соотношении 1:9. Заквашенные сливки перемешивали в течение 15 мин и оставляли в покое для сквашивания. Сливки сквашивали до образования сгустка и достижения кислотности 60°Т, затем охлаждали до 17°C. Фасовку в тару осуществляют перед сквашиванием продукта или после его сквашивания.
Пример 4. Получение сухой лиофилизированной микробной массы.
Для получения сухой лиофилизированной микробной массы жидкую биомассу, выращенную на гидролизатно-молочной среде, концентрировали методом центрифугирования, добавляли 10-12% об. концентрированной защитной среды на основе сахарозы и желатины и 12-15% об. восстановленного 12% сухого молока и проводили лиофильное высушивание.
Полученный лиофилизат может быть использован в качестве компонента комплексной закваски прямого внесения для производства кисломолочной продукции.
Таким образом, свойства заявляемого штамма свидетельствуют о целесообразности его использования в качестве компонента закваски прямого внесения.