Dairy industry Dairy industry Молочная промышленность 1019-8946 72622 10.21603/1019-8946-2023-6-1 Научная статья Research Article Научная статья Effect of Cultivation Temperature on E xopolysaccharide S ynthesis by Microbial Probiotic Consortium Влияние температурных режимов процесса культивирования на синтез экзополисахаридов консорциумом пробиотических микроорганизмов Пожидаева Екатерина Анатольевна Pozhidaeva Ekaterina A. katerina-77707@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 https://orcid.org/0000-0003-3303-3434 Попов Евгений Сергеевич Popov Evgeniy S. e_s_popov@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Дымовских Яна Алексеевна Dymovskikh Yana A. dymovskih.yana@yandex.ru Гребенникова Мария Сергеевна Grebennikova Maria S. mary.bazaeva@mail.ru Дурова Юлия Викторовна Durova Julia V. durova525@mail.ru Воронежский государственный университет инженерных технологий Воронеж Россия Voronezh State University of Engineering Technologies Voronezh Russian Federation Воронежский государственный университет инженерных технологий Воронеж Россия Voronezh State University of Engineering Technologies Voronezh Russian Federation Воронежский государственный университет инженерных технологий Воронеж Россия Voronezh State University of Engineering Technologies Voronezh Russian Federation Воронежский государственный университет инженерных технологий Воронеж Россия Voronezh State University of Engineering Technologies Voronezh Russian Federation Воронежский государственный университет инженерных технологий Воронеж Россия Voronezh State University of Engineering Technologies Voronezh Russian Federation 25 12 2023 25 12 2023 6 67 70 04 09 2023 01 12 2023 https://moloprom.kemsu.ru/en/nauka/article/72622/view

В развитии пищевых технологий актуальным направлением является расширение возможности применения естественных полисахаридов, являющихся продуктами жизнедеятельности пробиотических микроорганизмов, образующихся в процессе синтеза биомассы. Они повышают адгезионную активность лакто- и бифидобактерий на слизистых поверхностях желудочно-кишечного тракта и способствуют формированию антиканцерогенных, противовирусных и иммуномодулирующих свойств пробиотических продуктов. Известно, что синтез влагосвязывающих метаболитов пробиотическими микроорганизмами активируется при неблагоприятных условиях для роста биомассы. В работе проведены экспериментальные исследования активности синтеза экзополисахаридов консорциумом пробиотических микроорганизмов на основе Str. thermophiles, B. bifidum, B. longum, B. adolescentis, B. breve, L. acidophilus, L. plantarum, L. fermentum. Изучены температурные режимы культивирования на основе комбинирования этапов оптимальных и неоптимальных условий для развития микроорганизмов, соответствующих варьированию температуры в диапазоне более высоких (47 ± 2) °С или более низких значений (32 ± 2) °С, с целью интенсификации синтеза влагосвязывающих метаболитов полисахаридной природы. Установлена возможность достижения концентрации молочной кислоты, достаточной для кислотной коагуляции белков культивируемой смеси, концентрации пробиотических микроорганизмов на уровне не менее 108 КОЕ/г. Приведены результаты исследований оптической плотности в диапазоне 632–643 А и концентрации экзополисахаридов для образцов биомасс консорциума лакто- и бифидобактерий в пределах и 87,5–89,5 мкг/мл (соответственно 273–277 А и 37,5–38,5 мкг/мл в контрольном образце). Установлено, что максимальная активность синтеза влагосвязывающих метаболитов соответствует двухстадийному процессу культивирования при температурных воздействиях (32 ± 2) °С (4–5 ч), (40 ± 2) °С (4–5 ч) с последующим охлаждением до (4 ± 2) °С.

In the development of food technologies, an urgent direction is the expansion of the possibility of using natural polysaccharides, which are vital products of probiotic microorganisms formed in the process of biomass synthesis, which increase the adhesion activity of lacto- and bifidobacteria on mucous surfaces of the gastrointestinal tract and contribute to the formation of anticancerogenic, antiviral and immunomodulatory properties of probiotic products. It is known that the synthesis of water-binding metabolites by probiotic microorganisms is activated under adverse conditions for biomass growth. Experimental studies of the activity of synthesis of exopolysaccharides by a consortium of probiotic microorganisms based on Str. thermophiles, B. bifidum, B. longum, B. adolescentis, B. breve, L. acidophilus, L. plantarum, L. fermentum. The temperature modes of cultivation have been studied on the basis of combining the steps of optimal and suboptimal conditions for the development of microorganisms corresponding to temperature variation in the range of higher (47 ± 2) °C or lower (32 ± 2) °C in order to intensify the synthesis of water-binding metabolites of polysaccharide nature. It is possible to achieve lactic acid concentration sufficient for acid coagulation of the cultured mixture proteins, probiotic microorganism concentration at the level of not less than 108 CFU/g. The results of optical density studies in the range 632–643 A and exopolysaccharide concentrations for biomass samples of the consortium of lacto- and bifidobacteria within the range and 87,5–89,5 mg/mL (273–277 A and 37,5–38,5 mg/mL in the control sample, respectively) are presented. The maximum activity of synthesis of moisture-binding metabolites was found to correspond to a two-stage cultivation process at temperature (32 ± 2) °C (4–5 hours), (40 ± 2) °C (4–5 hours), followed by cooling to (4 ± 2) °C.

 пробиотические микроорганизмы микробные метаболиты полисахариды probiotic microorganisms microbial metabolites polysaccharides Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-26-00256, https://rscf.ru/project/23-26-00256/

Rajoka, M. S. R. Lactobacillus exopolysaccharides: new perspectives on engineering strategies, physiochemical functions and immunomodulatory effects on host health/ M. S. R. Rajoka, Y. Wu, H. M. Mehwish [et al.] // Trends in Food Science and Technology. 2020. Vol. 103. P. 36-48. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2020.06.003 Rajoka, M. S. R. Lactobacillus exopolysaccharides: new perspectives on engineering strategies, physiochemical functions and immunomodulatory effects on host health/ M. S. R. Rajoka, Y. Wu, H. M. Mehwish [et al.] // Trends in Food Science and Technology. 2020. Vol. 103. P. 36-48. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2020.06.003 Reale, A. Tolerance of Lactobacillus casei, Lactobacillus paracasei and Lactobacillus rhamnosus strains to stress factors encountered in food processing and in the gastrointestinal tract / A. Reale, T. Di Renzo, F. Rossi [et al.] // LWT-Food Science and Technology. 2015. Vol. 60. P. 721-728. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2014.10.022 Reale, A. Tolerance of Lactobacillus casei, Lactobacillus paracasei and Lactobacillus rhamnosus strains to stress factors encountered in food processing and in the gastrointestinal tract / A. Reale, T. Di Renzo, F. Rossi [et al.] // LWT-Food Science and Technology. 2015. Vol. 60. P. 721-728. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2014.10.022 Korcz, E. Exopolysaccharides from lactic acid bacteria: Techno-functional application in the food industry / E. Korcz, L. Varga // Trends in Food Science and Technology. 2021. Vol. 110. P. 375-384. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.02.014 Korcz, E. Exopolysaccharides from lactic acid bacteria: Techno-functional application in the food industry / E. Korcz, L. Varga // Trends in Food Science and Technology. 2021. Vol. 110. P. 375-384. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.02.014 Silva, L. A. Exopolysaccharides produced by Lactobacillus plantarum: technological properties, biological activity, and potential application in the food industry / L. A. Silva, J. H. P. Lopes Neto, H. R. Cardarelli // Annals of Microbiology. 2019. Vol. 69. P. 321-328. https://doi.org/10.1007/s13213-019-01456-9 Silva, L. A. Exopolysaccharides produced by Lactobacillus plantarum: technological properties, biological activity, and potential application in the food industry / L. A. Silva, J. H. P. Lopes Neto, H. R. Cardarelli // Annals of Microbiology. 2019. Vol. 69. P. 321-328. https://doi.org/10.1007/s13213-019-01456-9 Хамагаева, И. С. Создание консорциума пробиотических микроорганизмов с высокой биохимической активностью и экзополисахаридным потенциалом / И. С. Хамагаева, С. Н. Хазагаева, Н. А. Замбалова // Вестник ВСГУТУ. 2014. № 1 (46). С. 97-102. Hamagaeva, I. S. Sozdanie konsorciuma probioticheskih mikroorganizmov s vysokoĭ biohimicheskoĭ aktivnost'yu i ekzopolisaharidnym potencialom / I. S. Hamagaeva, S. N. Hazagaeva, N. A. Zambalova // Vestnik VSGUTU. 2014. № 1 (46). S. 97-102. Родионова, Н. С. Дифференциально-термический анализ в оценке экзополисахаридной активности консорциумов пробиотических микроорганизмов / Н. С. Родионова, Е. С. Попов, [и др.] // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2018. Т. 8. № 4 (27). С. 95-105. Rodionova, N. S. Differencial'no-termicheskiy analiz v ocenke ekzopolisaharidnoy aktivnosti konsorciumov probioticheskih mikroorganizmov / N. S. Rodionova, E. S. Popov, [i dr.] // Izvestiya vuzov. Prikladnaya himiya i biotehnologiya. 2018. T. 8. № 4 (27). S. 95-105. Полукаров, Е. В. Выделение экзополисахаридов Lactobacillus delbrueckii spp. bulgaricus при различных условиях культивирования / Е. В. Полукаров, Л. В. Карпунина, Д. А. Жемеричкин // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. 2009. №. 4. С. 20-23. Polukarov, E. V. Vydelenie ekzopolisaharidov Lactobacillus delbrueckii spp. bulgaricus pri razlichnyh usloviyah kul'tivirovaniya / E. V. Polukarov, L. V. Karpunina, D. A. Zhemerichkin // Vestnik Saratovskogo gosagrouniversiteta im. N. I. Vavilova. 2009. №. 4. S. 20-23. Абрамова, А. А. Разработка закваски для йогурта, обладающей низкой постокислительной активностью и продуцирующей экзополисахариды: дис. канд. техн. наук / А. А. Абрамова. Москва. 2013. 134 с. Abramova, A. A. Razrabotka zakvaski dlya yogurta, obladayuschey nizkoy postokislitel'noy aktivnost'yu i produciruyuschey ekzopolisaharidy: dis. kand. tehn. nauk / A. A. Abramova. Moskva. 2013. 134 s.