К. б. н. Гойкалова О.Ю., к.б.н., Шуваева Г.П., д.б.н. Корнеева О.С.

Воронежский государственный университет инженерных технологий, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КУЛЬТИВИРОВАНИЯ БИФИДОБАКТЕРИЙ НА СРЕДЕ С ИЗОМАЛЬТУЛОЗОЙ

Одной из основных задач, стоящих перед учёными в области функционального питания, является создание заменителей сахара нового поколения, обладающих чистым сладким вкусом, безопасностью, высокими технологическими характеристиками, а также способных проявлять функциональные свойства, оказывая положительное воздействие на организм в целом [1]. Сотрудниками кафедры биохимии и биотехнологии ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» была разработана биотехнология натурального заменителя сахара – изомальтулозы с применением иммобилизованных бактерий рода Erwinia, основанная на реакции биотрансформации сахарозы в изомальтулозу, катализируемой ферментом этого продуцента – изомальтулозосинтазой [2, 3].

Изомальтулоза (6-О-α-D-глюкопиранозид-D-фруктоза) присутствует в меде, соке сахарного тростника. За рубежом этот углевод рекомендуется к использованию в рационе питания людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями, ожирением, атеросклерозом, а также при диабете. В современной литературе отсутствуют конкретные данные о способности бифидобактерий развиваться на средах с изомальтулозой, однако имеются сведения о ее пребиотических свойствах.

Цель настоящего исследования состояла в изучении роста и развития бифидобактерий на средах, содержащих изомальтулозу, полученную в результате биотрансформации сахарозы с применением иммобилизованных бактериальных клеток рода Erwinia в условиях in vitro.

Как известно, бифидобактерии относятся к наиболее значимым представителям нормобиоценоза [4], поэтому в качестве объекта исследования был использован типовой вид рода – Bifidobacterium bifidum: анаэробные микроорганизмы, морфологически представляющие собой крупные грамположительные неспорообразующие палочки с раздвоенными концами, способные к полиморфизму. Среди неусваиваемых углеводов инулин и трегалоза являются известными пребиотиками.

Объектом для иммобилизации служили факультативно-анаэробные бактерии Erwinia rhapontici штамм В-9292 (ВКПМ, г. Москва). Для поддержания и выращивания E. rhapontici использовали мясо-пептонный агар. Для подтверждения пребиотических свойств изомальтулозы осуществляли культивирование бактерий Bifidobacterium bifidum in vitro на средах с различными источниками углерода. В опытах использовались бакпрепараты B. bifidum. Выращивание микроорганизмов проводили в анаэробных условиях на модифицированной среде Блаурокка. Для определения эффективности действия различных углеводов на рост микроорганизмов B. bifidum в питательную среду поочередно включали изомальтулозу, лактозу, инулин, фруктозу, трегалозу. Подсчет клеток бифидобактерий проводили на фиксированных окрашенных мазках по методу Виноградского-Шульгиной-Брига [5]. Микроскопирование культур проводили с помощью светового микроскопа Микмед – 1 (ОАО «Ломо» Россия).

Данные по динамике роста B. bifidum на различных источниках углерода показали, что микроорганизмы способны к росту на всех испытанных вариантах сред. Максимальное накопление биомассы наблюдалось к 48 ч процесса культивирования бактерий. Однако внесение того или иного источника углерода оказывало различное влияние на скорость и интенсивность роста бифидобактерий. Наибольшая физиологическая активность культуры проявлялась при внесении в среду изомальтулозы и лактозы. Так, к 24 ч культивирования микроорганизмов количество биомассы на среде с изомальтулозой было в 2 раза больше по сравнению с инулинсодержащей средой и в 3 раза больше по сравнению с биомассой в контроле (среда без углевода). Это не противоречит литературным данным, которые указывают, что бифидобактерии потребляют глюкозу, галактозу, большое число олигосахаридов, в том числе фруктоолигосахариды, а из полисахаридов только инулин. Анализ результатов по подсчету клеток B. bifidum на фиксированных препаратах также указывал на интенсификацию роста и развития бифидокультуры на среде с содержанием изомальтулозы и лактозы.

Интенсивность метаболических процессов у бифидобактерий контролировали по изменению рН среды, что служит показателем трансформации сахаров в органические кислоты как конечные продукты метаболизма. Установлено, что изменение величины рН коррелировало с ростом и развитием культуры бактерий.

Отмечено, что наиболее интенсивное снижение рН (до 6,0, 6,3 и 6,5) наблюдалось при сбраживании изомальтулозы, лактозы и трегалозы, соответственно, к 24 ч процесса культивирования. На среде с инулином, фруктозой и в контроле к этому времени значение рН изменилось незначительно. Максимальное снижение рН среды (4,8 - 5,8) наблюдалось на всех вариантах сред к 48 - 60 ч культивирования.

В результате проведенных исследования установлено, что культивирование бифидобактерий B. bifidum в условиях in vitro на среде с содержанием изомальтулозы отличается высокой активностью их роста, уровнем накопления биомассы, продукцией органических кислот. Таким образом, изомальтулоза обладает пребиотическими свойствами, что косвенно позволяет рассматривать ее как потенциальный иммуномодулятор организма человека и животных.

Литература

1. Богатырев А.Н. Качество пищи и культура питания // Пищевая промышленность. - 2006. - № 8. - С. 68-69.

2. Гойкалова О.Ю. Биотехнология сахарсодержащего сырья с целью получения натурального заменителя сахара / О.Ю. Гойкалова, Т.С. Скогорева, О.С. Корнеева // Материалы Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии в пищевой промышленности: наука, образование и производство», 3-4 декабря 2013, Воронеж. - 2013. - С. 371.

3. Фомина А.А. Исследование физико-химических свойств и субстратной специфичности изомальтулозосинтазы с использованием метода информационного анализа авторов / А.А. Фомина, О.Ю. Гойкалова, В.Н. Калаев, О.С. Корнеева // Материалы V Международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы биологии, нанотехнологий и медицины", г. Ростов-на-Дону, 3-5 октября 2013. Изд-во Южного федерального университета, 2013. – С. 24-25.

4. Выделение, идентификация и некоторые биологические свойства бифидобактерий из кишечника человека / С.Г. Карпушина [и др.] // Биотехнология. - 1998. - № 2. - С. 28 - 36.

5. Практикум по микробиологии : учебное пособие / [под ред. проф. Н.С. Егорова]. - М. : Изд-во Московск. ун-та, 1976. - С. 275 - 281.