Сорбент гидролизный лигнин и его влияние на процесс сквашивания кисломолочных ПФП

Одной из актуальных задач гидролизной промышленности, перерабатывающей растительное сырье в кормовые дрожжи, этиловый спирт, ксилит и другие продукты, является создание экологически чистого и рентабельного производства с утилизацией различных отходов.

К особо крупным отходам, получаемым на гидролизных заводах, следует отнести лигнин, который в значительной мере отвозится в отвалы и в лучшем случае используется в качестве технологического топлива. Между тем проведение обширных исследований показало, что гидролизный лигнин («полифепан») представляет собой ценный полимер, который может найти применение для химической переработки [39; 495].

Научно обосновано и подтверждено клиническими испытаниями, что данный препарат является высокоэффективным детоксикационным средством.

Полифепан применяется при острых и хронических заболеваниях желудочно-кишечного тракта инфекционной и неинфекционной этиологии, диспепсических расстройствах, токсикогенных и послеоперационных парезах кишечника, острых воспалительных заболеваниях, сопровождающихся интоксикацией, острой и хронической почечной недостаточностью, аллергодерматозами, связанными с пищевой аллергией, атеросклерозом.

Энтеросорбент полифепан разрешен к производству и применению в соответствии с ФС 42-2793–91 на полифепан-порошок и ВФС 42-1033–80 на гранулы полифепана. Он рекомендован не только для лечения заболеваний, связанных с желудочно-кишечными инфекциями, но и для снятия интоксикаций, сопровождающих различные патологические состояния.

По сравнению с известными и вновь создаваемыми энтеросорбентами (карболен, СКН, КАУ и др.) медицинские сорбенты на основе лигнина обладают рядом преимуществ: во-первых, большей сорбционной способностью по отношению к микроорганизмам и токсинам (положительно заряженные ионы РЬ²⁺ могут связываться противоположно заряженными функциональными группами полимеров ПВ, в частности, гидроксильными и карбоксильными группами лигнина); во-вторых, они по своему физическому состоянию не травмируют слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта; в-третьих, для их получения используется дешевый источник сырья (гидролизный лигнин) и простая, малоэнергоемкая, экологически достаточно чистая технология.

Эксперименты, проведенные на кафедре общей химии и технологии молока и молочных продуктов ВГМХА им. Н.В. Верещагина, по исследованию процесса детоксикации молока сырого от солей тяжелых металлов имели следующие результаты:

1. Динамика адсорбции свинца и кадмия порошком полифепана при различных режимах показала, что наибольшую степень очистки наблюдали в первые 5 мин экспозиции. С увеличением температуры величина адсорбции в среднем снижалась. Наибольшую адсорбцию получили при массе сорбента от 0,3 до 0,6 г/дм³.

2. Полифепан способен снижать содержание ртути в сыром молоке в 5 раз, степень очистки составляет 80%, процент сорбции полифепаном кадмия – 84–90%, свинца – 92%.

3. На основании анализа экспериментальных изотерм адсорбции в со-ответствующих координатах линеаризации эмпирического уравнения Фрейндлиха установлены основные закономерности, особенности и механизм адсорбции тяжелых металлов изучаемым сорбентом.

4. Определены и рекомендованы наиболее эффективные режимы детоксикации. Предложена технологическая схема адсорбционной очистки молока-сырья от свинца, кадмия и ртути порошком полифепана. Разработанная технология включает в себя следующие операции: приемка и оценка качества молока-сырья; охлаждение до 6°С и экспозиция с порошком полифепана в течение 5 мин в емкости для молока, имеющей рубашку, перемешивающее устройство и люк в верхней части емкости для внесения сорбента; очистка смеси от сорбента центрифугированием на сепараторе – молокоочистителе для холодной очистки с пульсирующей выгрузкой осадка; далее согласно схемам переработки молока.

5. Проведены сравнительные исследования качества молока-сырья до и после очистки сорбентом. Показано, что экспозиция с порошком полифепана не оказывает негативного действия на основные показатели качества молока-сырья. Оно соответствует требованиям ГОСТ Р 52054–2003.

Для исследования влияния детоксикации молока полифепаном на развитие микрофлоры закваски исследовали процесс сквашивания при производстве следующих продуктов: кефир, мечниковская простокваша, простокваша и ацидофильное молоко.

Все продукты вырабатывали в полупроизводственных условиях по технологическим инструкциям.

Повторность опытов трехкратная. В качестве контроля служило молоко без очистки полифепаном. Остальные образцы обрабатывали сорбентом – гидролизным лигнином дозой 0,3г/кг и 0,6 г/кг.

В молоко-сырье при температуре 6°С вносили гидролизный лигнин, выдерживали в течение 5 мин, затем фильтровали через ватномарлевый слой.

Далее пастеризовали при температуре 94°С с выдержкой 4 мин, после чего охлаждали до температуры заквашивания и вносили закваску в количестве 5% от массы исходного молока.

Процесс сквашивания осуществляли в термостатах при температурах, оптимальных для развития микрофлоры закваски.

Наблюдали за ходом процесса сквашивания, фиксируя каждый час рост кислотности путем титрования 0.1 н раствором гидроксида натрия.

По результатам эксперимента были построены графики динамики процесса сквашивания рис. 4.1–4.4.

Представленные результаты исследований позволяют сделать следующий вывод: детоксикация молока-сырья гидролизным лигнином несколько ускорила процесс сквашивания исследуемых ферментированных продуктов, а значит, снижение содержания свинца, кадмия и ртути активизирует развитие заквасочной микрофлоры, в том числе пробиотической.

 

Р и с. 4.1. Динамика процесса сквашивания простокваши:

К2-3 – контроль, П12-3 – после детоксикации дозой сорбента 0.3 г/кг, П22-3 –
после детоксикации дозой сорбента 0.6 г/кг

 

Р и с. 4.2. Динамика процесса сквашивания мечниковской простокваши:

К1-2 – контроль, П11-2 – после детоксикации дозой сорбента 0.3 г/кг, П21-2 –
после детоксикации дозой сорбента 0.6 г/кг.

Рис. 4.3. Динамика процесса сквашивания ацидофильного молока:

К3-2 – контроль, П13-2 – после детоксикации дозой сорбента 0.3 г/кг, П23-2 –
после детоксикации дозой сорбента 0.6 г/кг

 

Рис. 4.4. Динамика процесса сквашивания кефира:

К4-2 – контроль, П14-2 – после детоксикации дозой сорбента 0.3 г/кг, П24-2 –
после детоксикации дозой сорбента 0.6 г/кг

Выводы:

1. Важным требованием при подборе производственных штаммов для пробиотических продуктов - должна быть их высокая колонизационная резистентность КР. При этом особое внимание следует обращать на такие факторы колонизации, как антагонистическая и адгезивная активности. По этим признакам для ПФП пробиоитками наиболее всего подходят бифидобактерии и лактобациллы. Для БП более перспективны аллохтонные Bac. subtilis, B. cereus, B. amyloliquefaciens.

2. Наиболее изученными в отношении КР являются L. rhamnosus GG, L. reuteri SD2112, L. casei DN-114001, L. acidophilus NCFM, L. plantarum 299V, L. casei Shirota YIT9029, поэтому их желательно использовать как доноры и контроль в селекционной работе.

3. Одним из самых мощных антибиотических средств, активным в отношении многих грамположительных и грамотрицательных бактерий, а также дрожжей, плесеней и простейших является бактериоцин раутерин, который продуцируют Lactobacillus reuteri и некоторые лактококки.

4. Селекция микроорганизмов, которые можно использовать как пробиотики, является продолжительным и сложным процессом. Состав пробиотика должен быть безопасным. Микроорганизм не может быть патогенным, и особое внимание нужно обращать на возможность развития инфекции у иммунодефицитных лиц на сапрофитный для других лиц микроорганизм.

5. Культура, которая входит в состав пробиотика, не должна содержать конъюгационные или мобилизуемые плазмиды антибиотикорезистентности, поскольку гены, ответственные за эту особенность, могут быть переданы патогенным микробам в организме пациента. Вместе с тем микроорганизмы должны быть устойчивыми к действию антибиотиков, кислоты и желчи, чтобы достичь предполагаемой зоны колонизации.

6. При селекции ценных производственных штаммов молочнокислых бактерий, чаще всего, обращают внимание на: высокую энергию кислотообразования;- способность накапливать ароматические вещества;- фагоустойчивость; специфические свойства продукта, для которого предназначается штамм (характеристика сгустка, протеолитическая активность и т.д.); низкую частоту самопроизвольных мутации, способность сохранять селектируемые свойства длительное время.

7. Адгезивная активность является первым этапом развития колонизационного процесса и в большинстве случаев желательна для ПБ, тогда как у патогенных микроорганизмов рассматривается в качестве одного из стартовых механизмов развития инфекции. Таким образом, при подборе штаммов для пробиоитческого ПБ или ФПФ, целесообразно сравнение адгезивных свойств патогенов и пробииотика целью выяснить, может ли данный ПБ конкурировать с патогенами за субстраты связывания и тем самым препятствовать колонизации последних в организме.

8. Среди веществ, способных блокировать адгезию микроорганизмов - пептиды, моно и олигосахариды, некоторые ферменты. Поэтому правильный подбор к пробиотическому штамму (или консорциуму штаммов) пребиотика – существенно повышает эффективность обоих.

9. Консорциум как синбиотик открывает неограниченные возможности для поиска новых формул. Синбиотический консорциум включает в себя непробиотические микроорганизмы и пребиотики, что приводит к снижению или устранению вреда последних для хозяина. Участники консорциума могут быть расширены введением резко отличающихся таксономических групп, в т.ч. аллохтонных микроорганизмов. Организму (человека или животного) не важно, «кто именно работает в подчиненном консорциуме», а важен положительный конечный результат.

10. Наиболее эффективными пребиотиками в настоящее время считаются лактулоза, лактилол, инулин, фруктозоолигосахарид, низкомолекулярные олигосахариды, которые обеспечивают более эффективную ферментацию многими микроорганизмами нормальной микрофлоры кишечника. При расширении участников консорциума вещества с пребиотическим эффектом могут быть также расширены.

11. В системе предупрежления фаголизиса заквасочной микрофлоры при производстве ферментированных продуктов с участием штаммов-пробиотиков важно предупредить фаголизис не только лактобацилл, но и лактококков, и термофильного стрептококка которые часто входят в состав закваски ПФП с пребиотиками.

12. Созданная в результате многолетней совместной работы сотрудников ВНИИМС и Экспериментальной биофабрики, при нашем участии, систематическая коллекция бактериофагов, а также получение производственно-ценных заквасочных штаммов по модифицированной нами методике генетической рекомбинации (конъюгации) и разработанные «Методические указания по проведению фагового мониторинга на сыродельных предприятиях» – научный вклад в осуществление реальных практических задач, стоящих перед производителями ферментированных молочных продуктов:

13. Подобного рода коллекция бактериофагов является единственной в России, и, в настоящее время, содержит 380 вирионов фагов молочнокислых различных групп, выделенных на предприятиях России, Беларусии, Казахстана и, выделенные из субстратов (молочных продуктов, заквасок и бактериальных концентратов) дальнего зарубежья и является неотъемлемым средством повышения устойчивости молочнокислых бактерий к фагам путем селекции в состав БК фагоустойчивых штаммов.

14. В практической работе по селекции штаммов – направленному отбору клонов (из природных источников, спонтанно- или мутагенно-обра-зованных мутантов, рекомбинантов, полученных генетическими методами) по ряду свойств, определяющих их производственную ценность, использование ограниченного числа штаммов позволяет вести длительную работу по их генетическому изучению и регуляции активности генов.

15. Полученные нами методом генетической рекомбинации (конъюгативной передачей) штаммы лактококков с повышенной фагоустойчивостью обладали в около 30% случаев стабильностью приобретенного признака фагорезистентности и физиолого-биохимическими свойствами, позволяющими использовать рекомбинантные штаммы в качестве заквасочных. По результатам данной работы отобрано и передано на Угличскую биофабрику 8 рекомбинантных культур лактококков с повышенной фагоустойчивостью, сохранивших свои свойства в течение длительного времени использования в составе БП для сыров.

16. Повышение качества ПФП, вырабатываемых с помощью ферментации полезными микроорганизмами, связано с интенсификацией микробиологических процессов. С одной стороны, для нормального развития микроорганизмам нужны в оптимальных дозах и соотношениях катионы и анионы многих элементов (изучение и оптимицация которых задачи микробиологии, биохимии и технологической нутрициологии), с другой стороны, использование генной инженерии (в частности методов генетической рекомбинации) для получения культур с заданными свойствами, например фагоусточивостью, антибиотической активностью, открывает дополнительный путь увеличения функциональной ценности продуктов.

17. Продолжая фундаментальные исследования по вопросам функциональных продуктов питания, в т.ч. с пробиотиками, сотрудники Вологодской государственной молочнохозяйственной академии в последние годы получили более 20 патентов на изобретения, в том числе авторами монографии – 9 патентов РФ.

18. При дальнейшем развитии теоретического направления ПФП и практичекой реализации производства продуктов с пробиотиками необходимо:

- научиться преодолевать бионесовместимость пробиотических штаммов функциональных продуктов с индигенными представителями кишечной микрофлоры (нормофлоры);

- изучать молекулярно-генетические характеристики и пробиотический потенциал штаммов, с целью сохранения свойств выживания пробиотических микроорганизмов в неблагоприятных условиях микроэкологического окружения организма;

- использовать кишечно-бактериологические исследования как основу формирования представления об уникальности индивидуального микробного консорциума у людей и животных создавать индивидуальные пробиотики на основе аутоштаммов и аутоассоциаций симбиотических микроорганизмов для конкретных групп людей или животных;

- учиться компенсировать (отрицательные нивелировать, положительные оптимизировать) факторы нутриционного статуса молока-среды для молочных ПФП, в том числе с помошью очистки-молока сырья от тяжелых металлов, обогащения нутриционными элементами и пребиотическими веществами, избирательно стимулирующими рост и/или активность пробиотических бактерий в толстой кишке.