Особенности адаптационного потенциала лактобактерий кисломолочных продуктов

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ

УДК 637.146:579.864.1

Особенности адаптационного потенциала лактобактерий кисломолочных продуктов

О. Д. Сидоренко, д-р с.-х. наук, профессор, О.Н. Пастух, канд. с.-х. наук Российский государственный аграрный университет МСХА имени К.А. Тимирязева

В природных экосистемах микроорганизмы постоянно подвергаются воздействию определенных, порой неблагоприятных факторов внешней среды в зависимости от географического местообитания [1]. Выживание и конкурентоспособность по отношению к другим видам обеспечиваются «запуском» специальных механизмов, действие которых может включать синтез ферментов, защитных или сигнальных метаболитов. Адаптация к различным стрессовым воздействиям (например, электромагнитным волнам) включает также появление дополнительных «специализированных» ответов, в том числе новых клеточных структур, пигментации [2, 3].

Однотипность стрессового ответа предполагает наличие общего

Рис. 1. Клетки лактобактерий и дрожжей

Рис. 2. Кремовый пигмент на поверхности кисломолочного продукта

фактора активации защитных механизмов. При этом не исключаются участие полифосфатов в регуляции экспрессии генов и синтезе ферментов, ответственность за выживаемость клеток в стрессовых условиях (солнечная реакция, температура и др.). С.А. Ермакова с соавторами (1978) рассматривают неорганический пирофосфат как простейшее макроэнергетическое соединение в ряде биохимических превращений, выполняющее функции, аналогичные АТФ [4]. Естественно созданная многокомпонентная микробная ассоциация природной закваски определяет сложность взаимоотношений лактобактерии. Поэтому механизмы их адаптации представляют большой интерес, поскольку в стрессовых условиях микроорганизмы, обладая определенной экологической возможностью, способны осуществлять важные процессы (синтез различных метаболитов, не заложенных в геноме) [5].

Целью данной работы являлось изучение механизмов саморегуляции комплексных систем (лакто-бактерии, дрожжи) для понимания причин их высокой биологической устойчивости и получения продуктов с новыми полезными характеристиками. Для этого исследовали природную закваску и направленное изменение биологических функций лактобактерий и дрожжей.

Объектом исследования служила местная закваска (Тамбовская обл.), выделенные штаммы лакто-бактерий и дрожжей. В динамике изучали сукцессии лактобактерий аппликационным методом, протео-лиз на твердой питательной среде Богданова и их резистентность с помощью выпускаемых бумажных дисков, пропитанных определенными антибиотиками.

При ферментации молока природной закваской (через 24 ч) обнаружен пигмент слабо кремового от-

тенка, через 72 ч наблюдалось дальнейшее увеличение или уплотнение пигмента за счет роста бактерий у поверхности сгустка и прикрепления новых клеток. При этом мы наблюдали образование своеобразной пленки. При ее микроскопировании обнаружены дрожжи и клетки лак-тобактерий (рис. 1).

Интенсивность пленкообразования связана, по-видимому, с адгезивной способностью микробных клеток, в наибольшей степени выраженной у штаммов 1_. 1ас±1Б местной закваски. Биоплёнка является источником и причиной резистентности микроорганизмов (рис. 2). Микроскопические грибы и бактерии окружающей среды не заселяли поверхности закваски в течение 12 мес.

Вероятно, биопленка имеет высокий уровень клеточного метаболизма и кооперативность клеток лактобактерий и дрожжей. Начальным этапом образования бактериальной пленки на поверхности ферментированного продукта является неспецифическая адгезия, которая, по-видимому, осуществляется за счет способности гликопротеи-новых приспособлений клеточной стенки дрожжей к гидрофобным взаимодействиям.

Прикрепление микробов к поверхности рассматривается как многоэтапный процесс физико-химических взаимодействий, в том числе и электростатических. При этом исходный субстрат (молоко) уже покрыт слоем полимеров, таких как белки или полисахариды. Контакт микробной клетки с молоком вызывает перераспределение заряженных и незаряженных групп на контактирующей клеточной поверхности. В результате зона контакта увеличивается, что способствует взаимодействию с субстратом - молоком (казеином) и является важным фактором образования бактериальных пленок.

С увеличением толщины пленки в ней возникает в той или иной мере неоднородность концентрации субстрата и в целом условий развития микроорганизмов.

В расположенных ниже слоях микроорганизмы хуже снабжаются субстратом, что приводит к структурной нестабильности сгустка. Это отражается не только на метаболической активности микробов в верхнем и нижнем слоях биопленки, но и на типе метаболизма. Нижние слои сгустка, в отличие от поверхности, имеют белый цвет. В данном случае процесс синтеза пигмента может служить своего рода маркером, определяющим начало активного метаболизма микроорганизмов.

PRODUCTION QUALITY CONTRO

К сожалению, цитологические и биохимические изменения в клетках, сопутствующие синтезу пигмента, подробно не изучены. Однако известно, что меланины обладают бактерицидным действием.

Присутствие пигмента является своеобразным показателем метаболической активности лакто-бактерий и дрожжей природной закваски. Пигментная биопленка сохраняет кисломолочный продукт длительное время (12 мес), что может быть связано с ее бакте-рицидностью. Природные закваски содержат биологически активные и эффективные штаммы лактобак-терий для создания перспективных

функциональных молочных продуктов лечебно-профилактического направления.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сидоренко, О.Д. Молочнокислые бактерии разных природно-климатических зон/ О. Д. Сидоренко // Достижения науки и техники АПК. -2014. - Т. 24. - № 12. - С. 63 - 67.

2. Сидоренко, О. Д., Пастух О.Н. Особенности роста ассоциаций микроорганизмов природной закваски/ О. Д. Сидоренко, О.Н. Пастух // Сб. ст. Межд. научно-практ. конф. - Пенза, 2015. - С. 117 - 121.

3. Сидоренко, О.Д. Пигментогенез на поверхности кисломолочного про-

дукта/ О. Д. Сидоренко, О. Н. Пастух // Сб. материалов Всерос. науч.-метод. конф. с международным участием «Аграрная наука в условиях модернизации и инновационного развития АПК России», посвященной 85-летию Ивановской государственной сельскохозяйственной академии имени Д.К. Беляева. - Иваново, 2015. - С. 94 - 97.

4. Ермакова, С.А. Изучение энергетического обмена у дрожжей в процессе роста/ С. А. Ермакова, Т. С. Калебина, С.Э. Мансурова, И.С. Кулаев // Сб. ст. -Пущино, 1978. - С. 117 - 120.

5. Стоянова, Л. Г. Новые бакте-риоцины лактококков и их практическое использование: афтореф. докт. дисс./Л.Г. Стоянова. - М., 2008. - 47 с.

Особенности адаптационного потенциала лактобактерий кисломолочных продуктов

Ключевые слова

адгезия; антибиотическое действие; дрожжи; пигментация; штаммы лактобактерий

Реферат

В результате изучения свойств местной закваски (Тамбовской обл.) для приготовления кисломолочных продуктов получены штаммы лактококков и дрожжей, пополнивших коллекцию высокоактивных штаммов. Путем проведения научного эксперимента был установлен пигментогенез лактококков. При ферментации молока природной закваской на поверхности был обнаружен пигмент слабо кремового оттенка, наблюдалось дальнейшее увеличение или уплотнение пигмента за счет роста бактерий у поверхности сгустка и прикрепления новых клеток. При этом мы наблюдали образование своеобразной пленки, обладающей бактерицидно-стью. При ее микроскопировании обнаружены дрожжи и клетки лактобактерий. Прикрепление микробов к поверхности рассматривается как многоэтапный процесс физико-химических взаимодействий, в том числе и электростатических. При этом исходный субстрат (молоко) уже покрыт слоем полимеров, таких как белки или полисахариды. В процессе эксперимента выделены чистые культуры - Streptococcus lactis и дрожжи черного пигмента, характерным признаком которых является нерастворимость в воде. Штаммы лактококков и дрожжей обладают резистентностью к некоторым антибиотикам, подавляющим синтез клеточной стенки. Появление резистентных штаммов микроорганизмов в закваске и ферментированном молочном продукте не случайно. С увеличением толщины пленки в ней возникают в той или иной мере неоднородность концентрации субстрата и в целом условий развития микроорганизмов. В ниже расположенных слоях микроорганизмы хуже снабжаются субстратом, что приводит к структурной нестабильности сгустка. Следовательно, это отражается не только на метаболической активности микробов в верхнем и нижнем слоях биопленки, но и на типе метаболизма. Нижние слои сгустка, в отличие от поверхности, имеют белый цвет. В данном случае процесс синтеза пигмента может служить своего рода маркером, определяющим начало активного метаболизма микроорганизмов. Существует определенная закономерность формирования физиологических групп организмов по месту обитания. Полученные данные можно использовать для получения биоконсерванта и создания новых перспективных лечебно-профилактических кисломолочных продуктов.

Авторы

Сидоренко Олег Дмитриевич, д-р с.-х. наук, профессор, Пастух Ольга Николаевна, канд. с.-х. наук, Российский государственный аграрный университет МСХА имени К.А. Тимирязева, 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49, tppj@rgau-msha.ru

Features of Lactic Acid Bacteria of Fermented Milk Products Adaptation Potential

Key words

antibiotic activity; pigmentation; adhesion; yeast strains of lactobacilli

Abstracts

As a result of studying the local properties of the leaven (Tambov region) to obtain the fermented milk products obtained strains of Lactococcus and yeast, which joined the collection of high activity strains. As a result of a scientific experiment was set pigmentarias Lactococcus. During the milk fermentation by natural yeast on the surface was detected weakly pigment cream shades, there was a further increase in or thickening of the pigment due to the growth of bacteria on the surface of the clot and labeling of new cells. In this case we observed the formation of a peculiar film with bactericidal action. When microscopy detected yeast cells and lactic acid bacilli, the microbes Attach to the surface is considered as a multistep process of physical and chemical interactions, including electrostatic. While the raw substrate (milk) is already covered with a layer of polymers such as proteins or polysaccharides. In the course of the experiment, pure culture of Streptococcus lactis and the yeast of black pigment, characteristic feature of which is the insolubility in water. Strains of Lactococcus and yeasts are resistance to some antibiotics that inhibits cell wall synthesis. The emergence of resistant strains of micro-organisms in the sourdough and fermented dairy product is not accidental. With the increase of film thickness it occur to some extent heterogeneity of substrate concentration and in General terms the development of microorganisms. In the layers located below the worse microorganisms are supplied with substrate, which leads to structural instability of the bunch. Therefore, it is reflected only on the metabolic activity of microbes in the upper and lower layers of the biofilm, but also on the type of metabolism. The lower layers of the clot, unlike the surface, are white. In this case, the process of synthesis of the pigment may serve as a marker for determining the start of active metabolism of microorganisms. There is a certain rule of formation of physiological groups of organisms in a habitat. The obtained data can be used to obtain a biopreservative and the creation of new advanced treatment-and-prophylactic fermented milk products.

Authors

Sidorenko Oleg Dmitrievich, Doctor of Agricultural Science, Professor, Pastukh Olga Nikolaevna, Candidate of Agricultural Science, Russian Timiryazev State Agrarian University, 49, Timiryazevskaya St., Moscow, 127550, tppj@rgau-msha.ru