УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОМОЛОЧНОГО НАПИТКА

Полезная модель относится к области биотехнологии, а именно к приспособлениям для получения кисломолочного продукта, обладающего высоким пробиотическим потенциалом, в экстремальных условиях, в частности, на борту космического корабля или космической станции, в условиях длительного подводного плавания и т.д. Она также может быть использована в пищевой промышленности, медицине, ветеринарии и смежных отраслях.
Известны сухие биопрепараты на основе молочнокислых микроорганизмов (ЕР 0097484, 1984; ЕР 0043962, 1980; US 4289888, 1979). Такие препараты содержат клетки бактерий, остатки культуральной жидкости (КЖ), жиры, белки, лактозу, камедь и другие добавки. Технология их получения включает в себя, как правило, подготовку раствора или взвеси биомассы микроорганизмов, введение в нее специальных добавок, сублимационное высушивание и получение готового сухого продукта (закваски), используемого в последующем в качестве посевного материала при получении кисломолочного продукта с помощью ферментеров или иного аналогичного оборудования.
Недостатком вышеуказанных технологий является относительно невысокая биологическая активность получаемого кисломолочного напитка, а также необходимость использования специального оборудования для его изготовления, что затруднительно в экстремальных условиях в связи с дефицитом свободных площадей и имеющимися ограничениями по весу оборудования.
Одним из наиболее перспективных препаратов для использования в экстремальных условиях является препарат «ВИТАФЛОР» описанный в патенте RU 2160992, 2000, технология получения которого из предварительно полученной закваски достаточно проста для использования в экстремальных условиях. Лиофилизированная сухая закваска данного препарата содержит 2-100 млрд жизнеспособных клеток 2-х штаммов Lactobacillus acidophilus H-1 и Н-2, 0.5-2.5 масс.% желатина, 5-20 масс.% сахарозы, 3-5 масс.% обезжиренного молока, 2-8 масс.% воды и остатки культуральной жидкости. Для получения конечного кисломолочного продукта закваску помещают в молоко или молочную смесь и выдерживают при температуре 37°С в течение 16-18 час.
Полученный в результате препарат зарекомендовал себя как эффективное антибактериальное средство для профилактики и лечения кишечных инфекций, некоторых онкологических заболеваний, а также как перспективный иммуностимулятор и адаптоген (RU 2269353, 2006; RU 2170023, 2001), что наряду с полной безопасностью - препарат разрешен для кормления детей старше 3 месяцев - делает его перспективным для использования в экстремальных условиях, когда человек лишен возможности пользоваться стационарным лечением (условия космического полета или пребывание в длительном автономном плавании).
Ближайшим аналогом для заявляемой полезной модели является разработанная авторами упаковка данного препарата для использования в экстремальных условиях (RU 2425576, 2011), представляющая собой герметически закупоренную емкость, в которую помещена смесь лиофилизированных порошков закваски «Витафлора» и питательной среды-смеси сухого молока с поверхностно-активным веществом (ПАВ). Исходную смесь для последующего получения на его основе кисломолочного напитка готовят путем смешивания в определенном соотношении сублимационно высушенной и измельченной закваски «Витафлор» и сублимационно высушенного и измельченного молока. Смесь порошков расфасовывают по герметично закупоренным емкостям. Для получения конечного кисломолочного продукта препарат разводят водой в заданной концентрации (как правило, в соотношении примерно 1:10) и помещают на 18-20 часов в термостат при 37±2°С.
9
9
К недостаткам данной формы препарата является возможность потери активности микробиологического препарата за счет того, что при измельчении сухого биологического препарата, состоящего из клеток микроорганизмов наблюдается значительное увеличение его удельной поверхности и повышается доступность бактериальных клеток к постороннему воздействию со стороны как кислорода и влажности воздуха, так и в ходе контакта с питательной средой, содержащей определенные количества связанной воды в результате чего может наблюдаться, в частности, значительное увлажнение сухого материала и, как следствие, неконтролируемое снижение биологической активности нарабатываемого продукта в процессе его последующего хранения в области положительных температур. Данный факт может негативно отразиться на возможности последующего получения на их основе кисломолочного продукта, так как транспортировка сухой смеси и ее хранение до момента использования зачастую осуществляются при положительных температурах, достигающих значений 25-27°С и выше, например, в ходе доставки сухого продукта на борт МКС, где предполагается использовать его в качестве закваски для получения кисломолочного продукта «Витафлор». (Как было показано в прямом эксперименте, при нахождении сухого продукта при температуре 37°С в течение 2-х недель (тест на «ускоренное хранение»), биологическая активность «Витафлора», входящего в состав сухой смеси, снижается с 2,1±0,2×10 КОЕ/г до 0,07±0,01×10 КОЕ/г., то есть более чем в 100 раз. Особенно заметно снижение активности бактерий при замене в данной композиции «Витафлора» на пробиотические препараты, содержащие иные микроорганизмы).
Задачей, решаемой авторами, являлось создание устройства (упаковки), обеспечивающего сохранность биологической активности бактериальныхпрепаратов, расширяющего возможный спектр бактериальных препаратов для получения кисломолочных напитков, а также облегчающего процедуру введения в упаковку жидкости в условиях невесомости.
Техническая задача решалась путем создания устройства, в котором упаковка снабжена приспособлением, обеспечивающим оптимальный контакт содержимого пакета с жидкой средой при минимальном контакте с воздухом, а бактериальная закваска, содержащая молочнокислые бактерии, и питательная среда содержались в емкости раздельно, причем закваска выполнена в форме, максимально устойчивой к воздействию внешней среды.
Технический результат достигался помещением в емкость, снабженную мембраной для введения жидкости с помощью шприца, порошка питательной среды и закваски бактериального препарата в виде таблетки. Лучшие результаты достигались при использовании в качестве закваски таблеток, полученных по технологии сублимационного формования, имеющих относительно небольшую внешнюю поверхность, а также магистральные вертикальные и радиальные поры, что обеспечивает ее быстрое растворение (время полного растворения таблетки не превышает 30 сек.). В качестве закваски могут использоваться как штаммы Lactobacillus acidophilus (препарат «Витафлор»), так и штаммы Lactobacillus helveticus, а также иные микроорганизмы, используемые для получения подобных напитков.
Емкость, в которую помещаются таблетка и порошок питательной среды, как правило, выполняется с гибкими стенками, а также может быть дополнительно снабжена штуцером с внутренним клапаном для эвакуации жидкости, в частности, в условиях невесомости.
Общий вид полученного устройства приведен на фиг.1, где используются следующие обозначения:
1. корпус емкости;
2. таблетка закваски
3. порошок питательной среды;
4. мембрана;
5. штуцер с клапаном.
Общий вид заявляемой упаковки показан на рис.2, внешний вид таблеток полученных по технологии сублимационного формования показан на рис.3, структура таблетки представлена на рис.4.
Устройство работает следующим образом. Лиофилизированный порошок питательной среды 3 и таблетку закваски 2 помещают в емкость 1 и герметически закрывают. При необходимости использования, через гибкую оболочку корпуса 1 таблетку 2 растирают, после чего порошки перемешивают встряхиванием. Через мембрану 4 с помощью шприца вводят воду, полученную смесь взбалтывают до получения равномерной суспензии и помещают его на 18 час. в термостат при 37°С.После чего или вскрывают корпус 1 или эвакуируют полученный напиток из емкости через штуцер 5.
9
9
Как показало тестирование, при использовании данного устройства, содержащего таблетки закваски, согласно тесту «ускоренного хранения» (2 недели хранения при температуре 37°С) заметной инактивации хранящегося биопрепарата не отмечалось. Так биологическая активность таблеток снизилась с 3,2±0,6×10 КОЕ/г до 1,1±0,25×10 КОЕ/г сухого препарата. Данный факт дает основания предполагать, что после транспортировки в условиях положительных температур продукт полностью сохранит сквашивающую способность после регидратации его питьевой водой.
Сущность и преимущества заявляемого решения иллюстрируются следующими примерами.
Пример 1. Получение закваски. В ампулы с лиофилизованными эталонами производственных штаммов Lactobacillus acidophilus H-1 и Н-2 вносят по 1
мл дистиллированной воды, после чего тщательно перемешивают, вносят раздельно в пробирки с обезжиренным молоком, и выдерживают при 37°С в течение 16-20 часов. Посевной материал вводят в колбы, содержащие по 100 мл гидролизатно-молочной среды, содержащей в панкреатическом гидролизате молока 0.2 г пептона, 0.06 г хлористого натрия, 0.002 г цистеина и 0.1 г лактозы и выдерживают при 37°С в течение 16-20 часов. Готовый посевной материал получают смешением отдельно выращенных культур таким образом, чтобы соотношение клеток отдельных штаммов было близко к 1:1 по данным оптической плотности при длине волны 600 нм.
8
Выращивание нативной культуры производится на среде, содержащей в 1 л панкреатического гидролизата молока 2 г пептона, 0.6 г хлористого натрия, 0.02 г цистеина, 4 г углекислого кальция и 1 г лактозы при 37 град. С в течение 16-20 часов. К культуральной жидкости добавляют 3х-компонентную среду, состоящую из сахарозы, желатина и обезжиренное сухое молоко (ОСМ) в соотношении 10%:2%:4% в расчете на сухое вещество конечного продукта. Полученный продукт разливают по алюминиевым формам по 2,0±0,05 мл. в каждый, что составляет толщину высушиваемого слоя в 6 мм и замораживают в камере пилотной сублимационной установки Альфа 1-20 («Крист», Германия) при минус 30-35°С в течение 1,5 часа, после чего подвергают сублимационному высушиванию при температуре конденсатора-вымораживателя не выше минус 50°С и давлении в сублимационной камере - 13-15 Па. Время достижения рабочего вакуума составляет 20-30 мин, суммарная продолжительность процесса высушивания - 48-50 часов. Полученный после высушивания препарат имеет вид однородной по цвету и высоте таблетки. Внешний вид таблеток полученных по технологии сублимационного формования показан на рис.3. Биологическая активность таблеток составляет не менее 5×10 КОЕ/таблетку.
Получение питательной среды. Питьевое молоко разливают в алюминиевые поддоны по 300 мл в каждый (толщина высушиваемого слоя составляет3-4 мм) и подвергают замораживанию на полке сублимационной установки ТГ-5 (Германия) при температуре минус 25 - минус 30°С в течение 1,5-2,0 часов, а затем сублимационной сушке при температуре не выше минус 20°С и давлении 15-18 Па в течение, по крайней мере, 48 часов. По завершении процесса высушивания лиофилизированное молоко измельчается на шнековом измельчителе.
12.5 г порошка сублимационно высушенного измельченного молока и полученная по технологии сублимационного формования пористая таблетка пробиотика «Витафлор», содержащая 2 штамма лактобацилл, весом 0,260 г помещали в герметичные емкости.
8
Для получения кисломолочного напитка «Витафлор» в емкость добавляли 60 мл питьевой воды. Емкость с регидратированным материалом закрывали и помещали в термостат, нагретый до 37±2°С на 18 час. По достижении вышеуказанной экспозиции, полученный кисломолочный продукт извлекали из термостата и проверяли на наличие пробиотических свойств: биологическую активность, антибиотикоустойчивость, антагонизм по отношению к патогенным и условно-патогенным микроорганизмам и кислотообразование. Биологическая активность полученного кисломолочного продукта составила - 4×10 КОЕ/мл, рН полученного продукта равнялась 3, 4. Антибиотике устойчивость и антагонизм - соответствовали норме, заявленной для пробиотика «Витафлор».
Пример 2. Полученная по примеру 1, емкость подвергалась хранению при комнатной температуре в течении 1 месяца, после чего определялась биологическая активность сухой композиции. Затем сухая композиция регидратировалась путем добавления 60 мл питьевой воды и культивировали в термостате при 37°С в течение 18 час. В заключение опыта определялась биологическая активность полученного кисломолочного продукта. Для сравнения в этих же температурных условиях хранились образцы (контроль), где в качестве посевного материала использовался измельченный препарат «Витафлор». Процентное соотношение между компонентами: питательная среда / посевной материал было аналогичным для контрольных и экспериментальных образцов. Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Влияние формы закваски на биологическую активность регидратированного кисломолочного продукта (исходный состав: 0.26 г закваски пробиотика «Витафлор»; 12,5 г питательной среды - измельченного лиофилизированного молока).
Форма закваски
Биологическая активность «Витафлор» после хранения при температуре 20°С (КОЕ/г)
Биологическая активность кисломолочного продукта (КОЕ/мл)
пористая таблетка
3,8±0,4×10<sup>9</sup>
4.2±0,3×10<sup>8</sup>
порошок «Витафлор»
2,2±0,3×10<sup>9</sup>
1.4±0.1×10<sup>8</sup>
Полученные результаты показали, что заявляемое устройство позволяет получить качественный кисломолочный продукт с более высокими пробиотическими свойствами (биологической активностью) по технологии изготовления, пригодной для использования ее в условиях повышенных положительных температур в процессе длительного космического полета и автономного подводного плавания.
Пример 3.
8
В ампулу с лиофилизованным эталоном производственного штамма Lactobacillus helveticus вносят 1 мл дистиллированной воды, после чего тщательно перемешивают, вносят в пробирку с обезжиренным молоком, и выдерживают при 37°С в течение 16-20 часов. Посевной материал вводят в колбу, содержащую 100 мл гидролизатно-молочной среды, содержащей в панкреатическом гидролизате молока 0.2 г пептона, 0.06 г хлористого натрия, 0.002 г цистеина и 0.3 г лактозы и выдерживают при 37°С в течение 18-20 часов Выращивание нативной культуры производится на среде, содержащей в 1 л панкреатического гидролизата молока 2 г пептона, 0.6 г хлористого натрия, 0.02 г цистеина, 4 г углекислого кальция и 3 г лактозы при 37 град. С в течение 18-20 часов. К культуральной жидкости добавляют 3х-компонентную среду, состоящую из сахарозы, желатина и обезжиренное сухое молоко (ОСМ) в соотношении 10%:2%:4% в расчете на сухое вещество конечного продукта. Полученный продукт разливают по алюминиевым формам по 2,0±0,05 мл. в каждый, что составляет толщину высушиваемого слоя в 6 мм и замораживают в камере сублимационной установки Альфа 1-20 («Крист», Германия) при минус 30-35°С в течение 1,5 часа, после чего подвергают сублимационному высушиванию при температуре конденсатора-вымораживателя не выше минус 50°С и давлении в сублимационной камере - 13-15 Па. Время достижения рабочего вакуума составляет 20-30 мин, суммарная продолжительность процесса высушивания - 48-50 часов. Биологическая активность таблеток в случае использования Lactobacillus helveticus составляет не менее 6,2×10 КОЕ/таблетку.
При приготовлении сухого 2-х компонентного продукта использовалось следующее соотношение компонентов: сублимационно высушенное измельченное молоко - 12.5 г; полученная по технологии сублимационного формования пористая таблетка пробиотика на базе Lactobacillus helveticus - 0,260 г. Полученные навески сухой питательной среды (сублимационно высушенное и измельченное питьевое молоко марки «Полная крынка» жирностью 1,5%) фасовались в герметичные емкости. Туда же помещались пористые таблетки Lactobacillus helveticus (по 1 таблетке в каждую), после чего емкости герметизировались.
8
Для получения кисломолочного пробиотического напитка, содержащего L. helveticus в емкость с сухим продуктом добавляли 60 мл питьевой воды. Емкость с регидратированным материалом закрывали и помещали в термостат, нагретый до 37±2°С на 20 час. По истечении вышеуказанной временной экспозиции, полученный кисломолочный продукт извлекали из термостата и проверяли на наличие пробиотических свойств: биологическую активность, антибиотике устойчивость, антагонизм по отношению к патогенным и условно-патогенным микроорганизмам и кислотообразование. Биологическая активность полученного кисломолочного продукта на основе L. helveticus составила - 5,2×10 КОЕ/мл, рН полученного продукта равнялась 4,4. Антибиотике устойчивость и антагонизм - соответствовали норме.