ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Т. В. Вобликова
НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
МИКРОКАПСУЛИРОВАНИЯ
ПРОБИОТИЧЕСКИХ КУЛЬТУР
Монография
Ставрополь
2017
УДК 613.26/.29
ББК 30.609
В61
Рецензенты:
Пермяков Анатолий Викторович, кандидат технических наук, доцент,
филиал ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет» в г. Пятигорске;
Барыбина Людмила Ивановна, кандидат технических наук, доцент,
ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
Вобликова, Татьяна Владимировна
В61 Научные и практические аспекты микрокапсулирования пробиотических культур : монография / Т. В. Вобликова. – Ставрополь : АГРУС Ставропольского гос. аграрного ун-та, 2017. – 104 с.
ISBN 978-9596-1390-7
Рассмотрены научные и практические аспекты иммобилизации пробиотических культур. Представлены результаты сравнительного анализа существующих способов иммобилизации бифидобактерий и их применения в производстве функциональных пищевых продуктов. Описан разработанный способ получения иммобилизованных пробиотических культур путём создания микрокапсул с заданными характеристиками. Выполнено обоснование выбора способа и носителя для иммобилизации бифидобактерий. Представлены результаты исследований морфологических характеристик альгинатных микрочастиц с помощью оптической и сканирующей электронной микроскопии. Рассмотрено влияние применения резистентного крахмала на процесс иммобилизации бифидобактерий. Представлены данные о влиянии процесса сублимационной сушки на структурные изменения микрочастиц с иммобилизованными бифидобактериями. Выполнена сравнительная оценка характеристик полученных микрокапсул. Представлены результаты исследований, подтверждающие хорошую переносимость и полную безвредность микрокапсул, состоящих из природных биодеградируемых полимеров, содержащих бифидобактерии, для организма мышей. Отражены результаты экспериментов, подтверждающие, что микрокапсулы не вызывают хроническую и острую токсичность, не обладают дермонекротическими свойствами и могут быть использованы для обогащения продуктов питания.
Для научных сотрудников, аспирантов, студентов и практических специалистов молочной отрасли.
УДК 613.26/.29
ББК 30.609
Рекомендована к изданию учебно-методической комиссией факультетов
ветеринарной медицины и технологического менеджмента СтГАУ
(протокол № 3 от 24 октября 2017 г.)
ISBN 978-5-9596-1390-7 © Вобликова Т. В., 2017
© ФГБОУ ВО Ставропольский государственный
аграрный университет, 2017
Оглавление
Введение. 5
1. ИММОБИЛИЗАЦИЯ ПРОБИОТИЧЕСКИХ КУЛЬТУР МИКРООРГАНИЗМОВ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ... 7
1.1. Анализ существующих технологий пищевых продуктов
с иммобилизованными пробиотическими культурами микроорганизмов.. 7
1.2. Теоретические и практические аспекты процесса иммобилизации бифидобактерий и его применение при производстве функциональных пищевых продуктов.. 13
2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ... 19
3. ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ И ОСОБЕННОСТИ МИКРОКАПСУЛИРОВАНИЯ ПРОБИОТИЧЕСКИХ КУЛЬТУР.. 23
3.1. Способы получения иммобилизованных пробиотичеких культур. Сравнительный анализ качественных характеристик микрокапсул
и способов их получения.. 23
3.2. Разработка способа и обоснование выбора носителя
для иммобилизации бифидобактерий.. 33
3.2.1. Селекция устойчивых штаммов микроорганизмов
для внесения в молочные продукты... 33
3.2.2. Обоснование выбора способа и носителя для иммобилизации бифидобактерий.. 37
3.2.3. Изучение влияния условий микрокапсулирования
на физико-технологические характеристики микрокапсул.. 49
3.2.4. Оценка характеристик полученных микрокапсул.. 56
3.2.5. Проведение модификации микрокапсул.. 58
3.3. Изучение влияния резистентного крахмала в сочетании с альгинатом на формирование микрокапсул.. 63
3.4 Сравнительный анализ полученных микрокапсул.. 66
3.4.1. Исследование морфологических характеристик микрочастиц
с помощью оптической и сканирующей электронной микроскопии.. 66
3.4.2. Исследование среднего диаметра и размера микрочастиц
с использованием резистентного крахмала. 67
3.5. Оптимизация технологических параметров получения микрокапсул с бифидобактериями.. 67
3.6. Исследование свойств и безопасности микрокапсул.. 72
3.6.1. Результаты наблюдений и токсикологических исследований.. 72
3.6.2. Определение безвредности и «острой токсичности».. 74
3.6.3. Определение хронической токсичности микрокапсул.. 76
3.6.4. Определение выживаемости бифидобактерий в микрокапсуле
в модели желудка и кишечника. 81
3.7. Оптимизация состава микрокапсул, технологических параметров производства. 87
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 90
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК... 92
Введение
Бифидобактерии – грамположительные, аспорогенные, сахаролитические бактерии, относящиеся к родам, составляющим физиологическую основу первичного толстокишечного нормобиоценоза, формирующегося у здорового новорождённого ещё в неонатальном периоде, и нормофлору взрослых людей всех возрастов [130].
Пробиотики – препараты и продукты на основе живых микроорганизмов из числа представителей нормальной микрофлоры человека и животных – являются важным элементом концепции здорового питания населения, одним из наиболее эффективных и физиологичных путей профилактики нарушения микробиоценоза желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) и лечения развивающихся вследствие этого ряда вторичных расстройств не только пищеварительной, но и иммунной, эндокринной систем [130].
Основной группой микроорганизмов, используемых в составе современных пробиотических препаратов и продуктов, являются бактерии родов Bifidobacterium. Это обусловлено постоянным присутствием данных таксонов прокариот в составе нормобиоценозов человека и накоплением огромного количества данных, свидетельствующих о ключевой физиологической роли бифидобактерий в функционировании микроэкологической системы здоровых людей. Несмотря на большое количество положительных свойств у бифидобактерий, эффективность их действия зависит от множества факторов при производстве, хранении продукта и попадании в пищеварительный тракт человека [61].
Многие исследователи ссылаются на низкую выживаемость бактерий, как в продуктах, так и желудочно-кишечном тракте человека из-за низкой кислотности среды и воздействия желчи. Защита пробиотических клеток физическим барьером, обеспечивает изоляцию бактерий от неблагоприятных условий окружающей среды, способствует сохранению их пробиотических свойств, что представляет значительный интерес.
Существует множество методов иммобилизации бактериальных клеток, но ни один из ранее изученных методов не привёл к значительному увеличению количества жизнеспособных пробиотических бактериальных клеток, что необходимо для использования в промышленности при разработке новых пробиотических продуктов.
Технология микрокапсулирования пробиотических бактериальных клеток является разновидностью иммобилизации клеток, нередко применяемой в пищевой промышленности. Наиболее часто используется процедура, основанная на получении желатиновых капсул с кальцием и альгинатом. Каппа-каррагинан, желатин и крахмал также используются в качестве наполнителей для микроинкапсулирования пробиотических бактерий. В настоящее время микрокапсулированные бифидобактерии применяются для производства йогурта, сыра, мороженого и майонеза [100].
Но несмотря на значительное количество исследований в данной области существует необходимость в проведении дополнительных исследований для доработки данной технологии. Имеющееся в настоящее время оборудование для производства микрокапсул не способно генерировать большое количество однородных размеров микро- или нанокапсул. Требуется проектирование и разработка оборудования, которое будет иметь возможность создавать точные и равномерные микро- и нанокапсулы в больших количествах для промышленного применения.
Также следует провести исследования по применению микрокапсулированных пробиотических бактерий в других пищевых системах.
Одно из важных направлений исследования, которое необходимо осуществить в данной области, – повышение эффективности микрокапсулирования для доставки пробиотических бактерий и их контролируемое или целенаправленное высвобождение в желудочно-кишечном тракте.
1. ИММОБИЛИЗАЦИЯ ПРОБИОТИЧЕСКИХ КУЛЬТУР
МИКРООРГАНИЗМОВ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
1.1. Анализ существующих технологий пищевых продуктов
с иммобилизованными пробиотическими культурами
микроорганизмов
Иммобилизация бифидобактерий в микрокапсулах имеет значение при внесении бифидобактерий в пищевые продукты, так как позволяет сохранить их полезные свойства. Микрокапсулирование способствует сохранению количества жизнеспособных клеток при отрицательном действии желудочного сока, желчи и внешних условий, что приводит к повышению пробиотических свойств продуктов. Таким образом, процесс иммобилизации, его особенности и возможности применения является пристальным объектом изучения учёных на протяжении многих лет.
Так, например, описана технология производства желейного мармелада, содержащего лактулозу – в качестве пребиотика и культуры бифидобактерий – в качестве пробиотика. В ходе проведённых исследований выявлено, что заключение микроорганизмов в капсулирующую матрицу на основе пектина способствовало сохранению количества жизнеспособных клеток при отрицательном действии желудочного сока и желчи. За время экспозиции капсулированных микроорганизмов в желудочном соке и желчи количество жизнеспособных клеток оставалось более стабильным по сравнению c
