Биотехнология нового вида гематогена «Гемалак» с бифидогенными свойствами

Одним из актуальных направлений современной пищевой индустрии является формирование и развитие сегмента функциональных продуктов питания, оказывающих регулирующее действие на организм в целом или на отдельные его органы и способствующих его защите от неблагоприятных условий окружающей среды [1].

В формировании ассортимента продукции функционального назначения первоочередную роль играет создание продуктов пребиотической направленности.

Многочисленными исследованиями ведущих зарубежных ученых и производителей доказана бифидокорректирующая активность и эффективность применения лактулозы в технологии получения функциональных продуктов [2, 3]. В частности, в Японии, которая знаменита продолжительностью жизни своего населения, лактулозу официально включили в перечень пищевых добавок, сохраняющих здоровье человека на протяжении всей его жизни [4].

Бифидогенная активность лактулозы обусловлена наличием в ней не гидролизуемой пищеварительными ферментами макроорганизма, но доступной для нормофлоры кишечника, β- гликозидной связи. Благодаря ей лактулоза практически в первозданном виде доходит до толстой кишечника, где расщепляется под действием фермента основных его обитателей (бифидо-, лактобактерий) — галактозидазы [5].

Анаэробные процессы бактериального метаболизма лактулозы приводят к увеличению образования органических кислот — молочной, уксусной, масляной и пропионовой. Содержимое кишечника при этом подкисляется, за счет чего подавляется рост патогенной микрофлоры (Clostridium perfinges, Bacteroidaceae Shigella, Salmonella, Escherichia coli) и снижается продуцирование токсичных метаболитов (индол, скатол, аммиак, маркаптаны) [6]. На рисунке 1 приведено физиологическое воздействие лактулозы на бактериальный метаболизм в толстом кишечнике.

Вместе с тем, N. Seki и его коллегами клинически доказана способность лактулозы стимулировать абсорбцию кальция и магния, предположительно опосредованная повышенной проницаемостью слизистой оболочки кишечника и растворимостью минералов за счет низких значений рН в толстой кишке [7]. Кроме того, в противоположность другим олигосахаридам (раффинозы, стахиозы), ферментативное разложение которых приводит к образованию метана, метаболиты лактулозы, являясь естественными для организма и не вызывают кишечных расстройств. Уменьшение концентрации альдегида в толстой кишке и снижение активности микробных ферментов азоредуктазы, бета-глюкуронидазы, дегидрогеназы, нитроредуктазы и уреазы приводит к выраженному антиканцерогенному эффекту лактулозы. В силу отсутствия щелочных катализаторов и исключению продуктов побочных реакций, выступающих в роли автокатализаторов распада углеводов, лактулоза обладает высокой термостойкостью. В ходе сенсорной оценки сладости углеводов было отмечено, что сладость лактулозы в два раза превышает сладость лактозы и составляет 0,6 и 0,3 соответственно [8].

Рис. 1. Физиологическое воздействие лактулозы на бактериальный метаболизм в толстом кишечнике

Принимая во внимание, высокую бифидокорректирующую активность и термостойкость лактулозы, возможность ее получения из легкодоступного лактозосодержащего сырья в виде сиропа, ее отличную растворимость и сочетаемость с другими компонентами пищи, дает по праву считать этот углевод наиболее перспективным бифидогенным фактором в получении функциональных продуктов.

На кафедре «Стандартизация и биотехнология» ГУ имени Шакарима г. Семей (Республика Казахстан) проведены экспериментальные исследования по разработке технологии нового вида «Гемалак» с включением концентрата (сиропа) пищевой лактулозы «Лактусан».

При определении дозы внесения концентрата (сиропа) пищевой лактулозы «Лактусан» в состав гематогена руководствовались рекомендуемыми уровнями сообразного потребления пищевых и биологически активных веществ установленных методическими указаниями МР 2.3.1.1915–04 «Рекомендуемые уровни потребления пищевых и биологически активных веществ». В соответствии с данными рекомендациями суточное потребление лактулозы не должно превышать более 2 г. Регулярное употребление функционального компонента в составе пищевого продукта функцио-нального назначения составляет 50 % — ную норму от его суточной физиологической потребности. Следовательно, наиболее оптимальным количеством внесения сиропа «Лактусан» в состав гематогена составляет 1,5 мл на 100 г готового продукта.

Пребиотическую активность сиропа лактулозы «Лактусан» в условиях in vitro. определял, используя коммерческих препаратов Бифидобактерин (серии 315–6) и Лактобактерин (серии 15/6), производства ФГУП «НПО «Микроген» (Россия), содержащие пробиотические культуры микроорганизмов. В соответствии с инструкцией по медицинскому применению, основой препарата Лактобактерин сухой является активные штаммы лактобактерий L. plantarum 8Р-А3, препарата Бифидумбактерин сухой — штаммы бифидобактерий B. Bifidum № 1.

В качестве плотной питательной среды для выращивания бифидобак-терий использовали агар для бифидобактерий (артикулярный номер M 1396–500 G, Индия). Инкубирование лактобацилл проводили на агаре MRS для лактобактерий (артикулярный номер M 641 / M 369, Индия) [9]

Изучение пребиотической активности сиропа лактулозы проводили в соответствии с запатентованной методикой, регламентирующей применение модельных сред, имитирующих физиологические процессы пищеварения ЖКТ человека. Согласно данной методики, с целью получения кислой модельной среды (рН 2,0–2,2) 0,1 М раствор лимонной кислоты (ГОСТ 908–79) в количестве 89,1 мл смешивали с 10,9 мл 0,2М раствора натрия фосфорнокислого двузамещенного (ГОСТ 4172–76) и дополнительно вносили ферментный препарат ацидин-пепсин в количестве 0,5 мг·мл-1. При получении щелочной модельной среды (рН 7,0–7,2) 0,1 М раствор лимонной кислоты в количестве 17,6 мл добавляли к 82,4 мл 0,2 М раствора натрия фосфорнокислого двузамещенного, дополнительно внося 2,5 мг·мл-1 ферментный препарат панзинорм форте 20000 [10].

В две центрифужные пробирки с 2 мл ацидин-пепсин содержащей кислой модельной средой вносили соответственно по одной дозе лиофилизата препаратов Бифидум-бактерин и Лактобактерин (образец № 1 — контрольный). Параллельно готовили пробирки с аналогичным составом, дополнительно внося 0,7 сиропа лактулозы «Лактусан» (образец № 2). Затем для определения количества жизнеспособных бактерий на начальных стадиях опыта производили высев соответствующих десятикратных серийных разведений суспензий на плотные питательные среды и производили подсчет колоний.

По истечении 4 часов выращивания пробиотических культур в анаэростате при температуре 37 °С на кислой модельной среде производили подсчет числа живых пробиотических микроорганизмов с помощью десятикратных серийных разведений суспензий на плотные питательные среды и последующего подсчета выросших колоний.

После суспензии подвергали центрифугированию при 10000 g в течение 15 мин и к полученному осадку прибавляют панзинорм форте содержащую щелочную модельную среду. Дальнейшее инкубирование суспензий проводят в течение 12 часов в аналогичных условиях. После окончания процесса проводили подсчет числа жизнеспособных бидидо-, и лактобактерий методом высева на плотные питательные среды и последующего подсчета образовавшихся колоний [10].

Общее число бактериальных клеток в одной дозе препарата пробиотика определяли путем подсчета с применением камеры Горяева.

Результаты проведенных экспериментальных исследований представлены в таблице 1.

Таблица 1

Влияние пребиотической активности сиропа лактулозы на рост пробиотических микроорганизмов в условиях in vitro

Из представленных в таблице 2 сведений следует, что сменяющиеся кислая и щелочная модельные среды, включающие в своем составе ацидин-пепсин и панзинорм форте 20000 соответственно, призванные имитировать в условия пищеварения организма человека in vitro, оказывают негативное воздействие на численность пробиотических культур. Численность живых бактерий понижается в сравнении с начальным количеством на два-три порядка сначала в кислой модельной среде, следом в щелочной — на один-два порядка.

Вместе с тем, из данных таблицы 2 следует, что внесение в состав модельных сред сиропа лактулозы «Лактусан» оказывает положительное влияние на рост и размножение пробиотических бактерий. Содержание жизнеспособных бифидобактерий увеличилось с 1,3×10⁷ до 8,3×10⁹ КОЕ·мл^-1; лактобактерий — с 2,4×10⁹ до 9,1×10¹⁰ КОЕ·мл^-1.

В результате полученных экспериментальных данных установлено, что концентрат (сироп) лактулозы «Лактусан» является эффективным ростовым стимулятором нормальной микрофлоры, в частности лактобактерий и бифидобактерий, и обладает выраженной пребиотической активностью, что обуславливает возможность его применения в качестве функционального ингредиента в производстве функциональных продуктов питания.

Для определения влияния лактулозы «Лактусан» на качество готовых изделий, исследовали 2 образца гематогена: образец № 1 — без внесения лактулозы (контрольный), образец № 2 — с внесением сиропа «Лактусан». В таблице 2 приведены результаты проведенных исследований.

Таблица 2

Влияние концентрата (сиропа) пищевой лактулозы «Лактусан» на качество готового продукта

По результатам проведенных исследований было установлено, что введение в рецептуру гематогена сиропа лактулозы «Лактусан» придает готовому продукту чуть более сладкий вкус, не оказывает ощутимого влияния на его цвет и вид на изломе, структуру и консистенцию, форму и поверхность. Вместе с тем, использование лактулозы оказало влияние на некоторое снижение массовой доли влаги (на 0,7–1,5 % по сравнению с контрольным образцом), что обусловлено низкой влажностью вносимого препарата. Массовая доля углеводов при этом значительно увеличилась (на 1,3–2 %).

На предлагаемую технологию получения нового вида гематогена «Гемалак» разработана и утверждена нормативная документация (СТ и ТИ 30958953–02–2014), подана заявка на получение инновационного патента Республики Казахстан.

Литература:

1.    Thomai Panagiotou, Robert J. Fisher Producing micron- and nano- size formulations for functional foods applications [Тext] // Functional Foods in Health and Disease. — 2013. — № 3 (7). — Р. 274–278.

2.    Bovee-Oudenhoven I. M. J., ten Bruggencate S. J. M., Lettink-Wissink, M. L. G., van der Meer R. Dietary fructo-oligosaccharides and lactulose inhibit intestinal colonisation but stimulate translocation of salmonella in rats. [Тext] // Gut, 52, — 2003. — Р. 1572–1578.

3.    Ballongue J., Schumann C., Quignon, P. Effects of lactulose and lactitol on colonic microflora and enzymatic activity. [Тext] // Scandinavian Journal of Gastroenterology, 32 (Suppl. 222), — 1997.-Р. 41–44.

4.    Tamura Y., Mizota Т., Shimamura S. Lactulose and its application to the food and pharmaceutical industries [Text] // Bull. Int. Dairy Fed., 1994, E-doc 289, p. 43–53.

5.    Bouhnik Y., Attar A., Joly F. A., Riottot M., Dyard F., Flourié, B. Lactulose ingestion increases faecal bifidobacterial counts: a randomised double-blind study in healthy humans [Тext] // European Journal of Clinical Nutrition, 58, — 2004. — Р. 1658–1664.

6.    MacFarlane S., MacFarlane G. T., Cummings, J. H. Prebiotics in the gastrointestinal tract [Тext] // Alimentary Pharmacology & Therapeutics, 24, -2006.-Р. 701–714.

7.    Seki N., Hamano H., Iiyama Y., Asano Y., Kokubo S., Yamauchi, K. Effect of lactulose on calcium and magnesium absorption: a study using stable isotopes in adult men [Тext] // Journal of Nutritional Science and Vitaminology, 53, — 2007. — Р.5–12.

8.    Рябцева С. А. Технология лактулозы [Текст]: Учебное пособие. — М.: ДеЛи принт, 2003. -232 с.

9.    Иванов В. П. Совершенствование методов диагностики дисбак-териоза толстого кишечника: информационное письмо [Текст] / В. П. Иванов, А. Г. Бойцов, А. Д. Коваленко и др. — СПб.: Центр госсанэпиднадзора, 2002.

10.     Патент № 2468087 Российская Федерация, МПК C12Q1/04, A61K35/74. Способ выявления жизнеспособных пробиотических микро-организмов в условиях in vitro, имитирующих процесс пищеварения у человека [Текст] / Чичерин И. Ю., Ердякова А. С., Дармов И. В., Погорельский И. П.,  Лундовских И. А.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО  «Вятский государственный университет»- N 2011133426/10,; заявл. 09.08.11; опубл. 27.11.12.