3. Пути повышения метаболической активности молочнокислых и пропионовокислых бактерий и критерии их подбора

При создании консорциума микроорганизмов, с целью применения его в качестве комплексной закваски, большое внимание уделяют показателям качества сквашенного молока: вкусу, запаху, консистенции, учитывают протеолитическую, антибиотическую активность и общую продолжительность свертывания [6, 9].

Доказано, что между микроорганизмами закваски происходит сложный обмен продуктами жизнедеятельности, что значительно повышает энергию кислотообразования и может влиять на повышение энергии ароматообразования [3, 6].

В молочной промышленности широко используются закваски, в состав которых входит Streptococcus salivarius subsp. thermophilus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgariсus [38, 60].

Основываясь на научные работы можно сделать вывод о наличии синергизма между этими микроорганизмами при совместном культивировании [14, 99].

Молоко, сквашенное закваской, состоящей из термофильного стрептококка и болгарской палочки, имеет сгусток плотной однородной консистенции, с хорошо выраженным кисломолочным чистым вкусом и запахом. В ассоциации с болгарской палочкой молочнокислый стрептококк выдерживает кислотность от 180⁰Т до 190⁰Т. Симбиотические отношения этих микроорганизмов объясняется особенностями их метаболизма. Так Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgariсus по сравнению с Streptococcus salivarius subsp. thermophilus имеет более выраженную протеолитическую активность, характеризуется набором и количеством свободных аминокислот (от 50мг% до 80мг%), накапливаемых при его развитии в молоке [13, 15, 99].

Термофильный стрептококк обладает слабой протеолитической активностью в молоке. Из аминокислот термофильный стрептококк образует пролин, которого в свежем молоке содержатся только следы, и потребляет все остальные аминокислоты. При совместном культивировании термофильного стрептококка с болгарской палочкой количество аминокислот достигает от 11мг% до 23 мг% [13, 21].

Продукты обмена, выделяемые болгарской палочкой, главным образом, аминокислота валин, стимулируют развитие Streptococcus salivarius subsp. thermophilus. А Streptococcus salivarius subsp. thermophilus стимулирует развитие Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgariсus благодаря производимой им муравьиной кислоте. Термофильный стрептококк в своем развитии опережает болгарскую палочку, снижая окислительно-восстановительный потенциал и рН (от 5,55 до 5,7), создавая тем самым более благоприятные условия для ее развития [15, 34, 99].

Основные летучие компоненты, обуславливающие запах, вкус, аромат заквасок термофильного стрептококка и болгарской палочки, - диацетил, ацетоин, этаналь, диметилсульфид, уксусная и молочная кислоты, CO_2. Молочная кислота и ЛЖК придают продукту специфический кисломолочный вкус, диацетил и этаналь – специфический аромат, CO₂ – приятный, освежающей вкус [15].

В результате проведенных исследований было установлено наиболее благоприятное соотношение Streptococcus salivarius subsp. thermophilus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgariсus – 4:1 [14, 19].

Основываясь на особенностях взаимодействия культур молочнокислых бактерий, в последнее время актуальным становится изучение возможности совместного культивирования молочнокислых и пропионовокислых бактерий, культур с выраженными пробиотическими свойствами. Кроме того, основываясь на труды профессоров Л. И Воробьевой [28], И.С. Хамагаевой [112], можно отметить, что чистые культуры пропионовокислых бактерий плохо развиваются в среде и нуждаются в сопутствующих микроорганизмах, способных обогатить субстрат доступным для них азотным питанием.

При изучении совместного культивирования молочнокислых и пропионовокислых бактерий отмечается отсутствие антагонистического воздействия друг на друга. Кроме того, многие виды молочнокислых микроорганизмов стимулируют рост пропионовокислых бактерий [29, 123]. Однако активное развитие технологии получения и производства продуктов, выработанных на основе симбиоза молочнокислых микроорганизмов и пропионовокислых бактерий на территории Западной Сибири, средней и центральной полосы России не наблюдается.

Организм человека рассматривается как сложная система с чувствительной микроэкологией, чутко реагирующей на любые изменения эндо– и экзогенного характера [84]. Удовлетворительная работа организма в первую очередь характеризуется отлаженной деятельность желудочно-кишечного тракта, микроорганизмы которого синтезируют витамины группы В, витамин К, фолиевую и пантотеновую кислоты. Нормальная микрофлора благодаря выраженной антагонистической активности препятствует внедрению патогенной микрофлоры [16].

Можно выделить основные группы представителей кишечной микрофлоры: аэробные лактобактерии, анаэробные бифидобактерии. Видовой состав этих микроорганизмов генетически детерминирован и количественный состав их в кишечнике постоянен [15].

Антагонистическая активность микроорганизмов определяется действием неспецифических и специфических факторов. К первым относят образование антибиотиков полипептидной или не идентифицированной природы, бактериоцинов, жирных кислот с короткой цепью. К неспецифическим факторам относят образование молочной, уксусной кислот, создание низкого окислительно-восстановительного потенциала за счет утилизации кислорода, конкуренцию за питательные вещества [15, 99].

Антагонистическое действие молочнокислых бактерий обусловлено повышением активной кислотности питательной среды за счет сбраживания углеводов и изменением физико-химических условий [15, 21]. Антагонизм проявляется в отношении гнилостных бактерий, стафилококков, энтерококков, палочек протея, патогенных и энтеропатогенных кишечных палочек, сальмонелл, грибов рода Candida [19, 34].

Богданов с сотрудниками в 1962 году сообщил о противоопухолевом действии экстракта среды, в которой выращивались Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgariсus [19], по данным зарубежных ученых [148, 163], йогурт, в приготовлении которого участвуют Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgariсus и Streptococcus salivarius subsp. thermophilus, оказывает ингибирующее действие на полиферацию асцитной опухоли Эрлиха у мышей.

Кроме того, выявлено, что некоторые штаммы лактобацилл влияют на уровень холестерина сыворотки крови [15]. Многочисленные исследования доказали, что молочнокислые микроорганизмы оказывают антагонистическое действие на бактерии группы кишечной палочки (БГКП), которые, при развитии в молочных продуктах, способны расщеплять пептоны и пептиды, декарбоксилировать и дезаминировать аминокислоты, в результате чего образуются аммиак, индол, сероводород. Эти вещества в комбинации с продуктами сбраживания углеводов вызывают появление нечистого вкуса и запаха. Антагонистическая активность молочнокислых бактерий по отношению к БГКП является штаммовым, а не видовым признаком. Поэтому антагонистический эффект бактериальных заквасок для кисломолочных продуктов в определенной степени зависит от антагонистической активности штаммов, входящих в состав закваски [55 68].

Симбиоз культур Streptococcus salivarius subsp. thermophilus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgariсus рассматривают как фактор, вызывающий быструю гибель микроорганизмов рода Salmonella, являющихся возбудителями кишечных инфекционных заболеваний человека. Значительное число штаммов – антагонистов патогенных серотипов E.coli, шигелл и сальмонелл обнаружено среди термофильных стрептококков, выделенных из молочных продуктов. Антибиотическая активность большинства культур в наибольшей степени проявляется через от 18 до 24 ч [15, 139].

Сведения об антивирусной активности пропионовокислых бактерий появились в 1960 г. Было доказано, что экстракты P.freudenreichii проявляют активность против вируса Columbia SK. Активный фактор был назван пропионином. Впоследствии ряд веществ с антивирусной активностью было выделено, очищено и отнесено к семейству пропионинов (А, В, С, D) [28, 149]. Пропионин D оказался полипептидом с большой молекулярной массой, действие которого связывают с подавлением специфического летального иммунного ответа, вызванного инфекцией вируса лимфоцитарного хориоменингита у мышей [28].

Классические пропионовокислые бактерии образуют ряд белковых бактериоцинов. Штамм P. thöenii ингибирует ряд грамотрицательных, грамположительных бактерий, а также различные дрожжи и плесени [151]. У пропионовокислых бактерий обнаружено не только стимулирующее действие на переваривающую способность макрофагов печени и селезенки, но и их бактерицидное действие в отношении Salmonella typhimurium и Listeria monocyogenes [28, 151].

В статье профессора Л.И. Воробьевой [25] приведены данные, свидетельствующие о том, что пропионовокислые бактерии замедляют рост опухолей, включая злокачественные, а также инвазию опухоли за счет усиления защитных реакций организма. Использование пропинибактериум при иммунотерапии рака, после химиотерапевтической ремиссии лейкемии достаточно эффективно, поскольку происходит удаление источников диссимиляции опухолевых клеток [28, 51].

Клинические испытания пропионовокислых бактерий показали иммуномодулирующую, антинеопластическую и антивирусную активность, что связано с активацией моноцитмакрофаговой системы, индукцией синтеза интерферона и активацией киллерных клеток [28].

Отдельно следует выделить выраженное антимутагенное действие пропионовокислых бактерий. Под антимутагенезом понимают снижение частоты спонтанной и индуцированной мутации. Антимутагены повышают активность ферментных систем, участвующих в детоксификации поступающих в клетку веществ, влияют на окислительно-восстановительный потенциал организма.

Пропионовокислые бактерии, обладая уникальными иммуностимулирующими и антимутагенными свойствами, приживаются в кишечнике людей и стимулируют рост фекальных бифидобактерий, способствуют снижению геннотоксического действия ряда химических соединений и УФ-лучей.

В 1989 году профессором Л.И.Воробьевой, с использованием теста Эймса, впервые была обнаружена антимутагенность пропионовокислых бактерий против азида Na (NaN₃). Это свойство связано с регуляцией мутаций и, что очень важно, со снижением генетических изменений у других живых существ [28].

Пропионовокислые бактерии, как источники антибиомутагенов или десмутагенов, могут быть использованы для предобработки продуктов с целью нейтрализации канцерогенных веществ, а также как пробиотики. В частности, антимутагенное действие экстракта пропионовокислых бактерий может найти применение в биотехнологии для стабилизации микробных ферментаций.

В итоге пропионовокислые бактерии, равно как болгарская палочка и термофильный стрептококк, представляют богатый источник антимутагенов (антиканцерогенов). С учетом преимущества культивирования микроорганизмов перед выращиванием растений и животных можно прогнозировать большие перспективы в изучении и применении антимутагенов микробного происхождения [28, 29, 112].

В результате жизнедеятельности большинства пропионовокислых бактерий образуется витамин В₁₂. Прежде всего, в большом количест­ве витамин В₁₂ синтезируют штаммы P.freudenrcichii.

Синтез витамина В₁₂ в организме человека происходит преимущественно в толстом кишечнике. Это водорастворимый витамин, участвующий в процессе кроветворения, белковом, жировом, углеводном обмене. Он стимулирует процессы роста, увеличивает запасы гликогена в печени, способствует превращению провитамина А в ретинол и снижает уровень холестерина в крови. Большая часть этого витамина поступает в организм с пищей. Для усваивания витамина В₁₂ в тонком отделе кишечника железы желудка вырабатывают мукопротеин. При недостатке витамина В₁₂ наблюдается дефицит витамина В₁ [132, 156].

Витаминообразующая способность пропионовокислых бактерий зависит от температуры культивирования. При оптимальной температуре культивирования 30⁰С содержание витамина В₁₂ – 1500мгк/мл (штамм МГУ) и 1200 мгк/мл (штамм ВНИМИ). При понижении температуры до 20⁰С синтез витамина В₁₂ замедляется, но к концу ферментации количество его достигает того же уровня, что и при оптимальной температуре. Более высокой витаминосинтезирующей способностью обладает культура P. shermanii штамм МГУ. Эта разработка легла в основу технологии производства пробиотического продукта «Целебный» [111].

Таким образом, создание консорциума на основе симбиоза пропионовокислых и молочнокислых микроорганизмов актуально. Однако для стимуляции роста пробиотических культур целесообразно использовать компоненты с пребиотическими свойствами. Новым направлением в этой области стало применение в качестве пребиотика лактитола.