Разработка антимикробной биокомпозиции для защиты поверхности молочных продуктов

По оценкам Всемирной организации здравоохранения, каждый десятый человек в мире примерно раз в год болеет из-за потребления пищевых продуктов, не отвечающих установленным требованиям по микробиологическим показателям [195].

Развитие микроорганизмов в пище, в том числе в молоке и молочных продуктах, ограничивают, используя определенные технологические приемы: воздействие на сырьё и продукты высокой и низкой температурснижение показателя активности воды, активной кислотности и активности оксидоредуктазприменение химических консервантовбактофугирование, микрофильтрацию и другие современные методы обработки сырьяприменение диоксида углерода, перекиси водорода или смесей газов при фасовании продукцииупаковывание продуктов в различные виды современных упаковочных материаловприменение герметичной упаковки и другие.

Большой вклад в решение проблемы получения молочной продукции с показателями качества и безопасности, которые стабильно сохраняются в течение всего срока годности, внесли отечественные и зарубежные учёные: Гуль В. Е., Зобкова З. С., Кузнецова JI.C., Нагула М. Н., Орлова Е. А., Пешехонова А. Л., Рожкова И. В., Семенихина В. Ф., Снежко А. Г., Федотова А. В., Федотова О. Б., Харитонов В. Д., Massa С.С., Пастер JI. и др.

Однако существующие способы не в полной мере позволяют защитить продукцию от возбудителей порчи, которые остаются или попадают в ходе технологического цикла, приводя к ухудшению показателей качества и безопасности, а также уменьшению срока годности молочной продукции. В тоже время к недостаточно изученному вопросу следует отнести возможность направленного применения биопотенциала пробиотических бактерий, способных ингибировать развитие микроорганизмов — возбудителей порчи, иммобилизованных на полимерные носители в качестве природных биоконсервантов. В этой связи актуальным представляется расширение исследований в области создания барьерных технологий, в частности экологически безопасных биокомпозиций для защиты поверхности молочных продуктов от возбудителей порчи и посторонних микроорганизмов, вызывающих кишечные инфекции.

Целью диссертационной работы являлась разработка биокомпозиции на основе изучения консервирующего эффекта пробиотических бактерий и продуктов их метаболизма в сочетании с природными полимерными материалами для защиты молочных продуктов от размножения в них возбудителей порчи и кишечных инфекций.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

— провести скрининг антибактериальной активности пробиотических штаммов по отношению к тестовым культурам, вызывающим порчу молочных продуктов и циркулирующим на молочных предприятияхизучить действие натуральных пленкообразующих веществ на пробиотические бактерии и обосновать их соотношение в антимикробной биокомпозиции;

— провести исследование эффективности применения антимикробной биокомпозиции;

— исследовать влияние антимикробной биокомпозиции на показатели качества и безопасности молочных продуктов в условиях храненияразработать проект технической документации на получение антимикробной биокомпозиции для защиты молочной продукции от возбудителей порчи.

Научная новизна работы.

Теоретически и экспериментально обоснован состав антимикробной биокомпозиции для защиты поверхности молочных продуктов от возбудителей порчи на основе природных полимеров и пробиотических культур.

Выявлены новые штаммы пробиотических бактерий: Lactobacillus plantarum LP-885, Bifidobacterium bifidum GG-71, Bifidobacterium bifidum GG-72, обладающие выраженным антагонистическим действием по отношению к возбудителям порчи продуктов и кишечных инфекций.

Установлено, что штаммы пробиотических бактерий: Lactobacillus acidophilus АСТ-41 (ВКПМ В — 9644), Lactobacillus acidophilus АСТ-44 (ВКПМ В-9647) и Lactobacillus acidophilus АСК-5 (ВКПМ В-9645), Lactobacillus fermentumLFM-2 (ВКПМ В-10 368), Lactobacillus rhamnosus — LC-52GV (ВКПМ В-9475) оказывают ингибирующее действие на плесневые грибы рода Penicillium, которые являются наиболее распространенными возбудителями порчи мягких и полутвёрдых сыров.

Обоснованы рациональные параметры получения биокомпозиции на основе природных полимеров в сочетании с пробиотическими бактериями и продуктами их метаболизма, а также охарактеризованы её показатели качества.

Выявлен характер изменения антимикробной активности биокомпозиции от температуры и времени её хранения.

Установлено, что разработанная антимикробная биокомпозиция позволяет снижать количество возбудителей порчи на поверхности мягких и полутвёрдых сыров.

Практическая ценность результатов.

Разработаны состав и технология антимикробной биокомпозиции для защиты поверхности мягких и полутвёрдых сыров от возбудителей порчи. На состав антимикробной биокомпозиции подана заявка на изобретение № 2 012 133 748 «Состав для защиты поверхности сыров от микробиологической порчи» (Приложение 1).

На основании изучения показателей качества сыров, упакованных с применением биокомпозиции, показана возможность сохранения показателей их качества, безопасности и увеличению их срока годности в среднем на 30%.

Проведена проверка эффективности применения антимикробной биокомпозиции при испытаниях на лабораторных обезьянах (Приложение 2).

Разработан проект технической документации на антимикробную биокомпозицию (Приложение 3).

Проведена опытно-промышленная выработка в производственных условиях ООО «Молоко» в г. Новотроицк, Оренбургской области, показавшая целесообразность использования разработанной антимикробной биокомпозиции при производстве сыра «Адыгейский» (Приложение 4).

Изученный новый штамм бифидобактерий Bifidobacterium bifidum GG-72 был принят на национальное патентное депонирование во Всероссийскую Коллекцию Промышленных Микроорганизмов, ФГУП Гос НИИ генетика с присвоением номера АС-1884 (Приложение 5).

Результаты исследований внедрены в учебный процесс: подготовлены и изданы методические указания к лабораторным работам «Стартовые культуры в технологии продуктов питания» для направления подготовки магистров 260 200.68 — Продукты питания животного происхождения (Приложение 6).

Работа выполнялась при поддержке гос. контрактов: № 4209: «Коллекция культур бактерий, бактериофагов, дрожжевых и мицелиальных грибов как база для научно-образовательного процесса, сохранения биоразнообразия и развития современной биотехнологии» (2010г.) и № 14.740.11.0087 «Разработка ресурсосберегающих биотехнологий многокомпонентных функциональных продуктов на базе инновационных комплексов модифицированных биополимерных носителей с оригинальными минорными нутриентами, пробиотиками, природными антиоксидантами, создание технологии и аппаратурного оформления для их длительного хранения» (2011г.).

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных научных конференциях «Живые системы и биологическая безопасность населения» (М., 2010, 2011, 2012) — Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (М., 2010, 2011) — Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии и оборудование в молочной промышленности» (Воронеж, 2010) — Международном научно-практическом семинаре «Феномен молочной сыворотки: синтез науки, практики и инноваций» (Ставрополь, 2011).

Получены грамоты: за активное участие в работе Центральной выставки V Фестиваля Науки в г. Москве (2010 г.) (приложение 7) — за участие в IX международной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» в г. Москве (2011 г.) (приложение 8) — в номинации «Мир науки», за активное участие в научной деятельности МГУ 1111 в г. Москве (2012 г.) (приложение 9) — за участие в X международной научной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» в г. Москве (2012 г.) (приложение 10).

По результатам исследований, изложенных в диссертационной работе, опубликовано 12 печатных работ, в т. ч. 3 статьи в журналах, рекомендованных перечнем ВАК, методические указания к лабораторным работам «Стартовые культуры в технологии продуктов питания» для направления подготовки магистров 260 200.68 — Продукты питания животного происхождения.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, включающих обзор литературы, методы исследований, экспериментальную часть, выводы, список литературы, содержащий 157 наименований отечественных и 46 зарубежных источников информации, 12 приложений. Работа изложена на 115 страницах машинописного текста, включает 25 таблиц и 23 рисунка.