Розробка технологій синбіотичних біологічно активних добавок
Вантажиться...
Дата
2018-11-09
Автори
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
ОНАХТ
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 03.00.20. – біотехнологія.
Дисертаційна робота присвячена науковому обгрунтуванню і розробці технологій отримання синбіотичних біологічно активних добавок як на основі клітинної, так і на основі безклітинної форми пробіотика.
Розроблено поживне соєво-лактозне середовище культивування, де у якості стимулятору росту рослинного походження використовували соєву сироватку у кількості 3 % від загального об’єму середовища культивування.
Було вивчено динаміку росту бактерій родів Вifidobacterium та Propionibacterium на розробленому соєво-лактозному середовищі. Визначено, що накопичення максимальної кількості біомаси консорциуму біфідо- та пропіоновокислих бактерій можливе за рацiнальних режимів сумісного культивуванняє на соєво-лактозному середовищі протягом 24 годин за температури 34 ºС.
Дослідженно жирнокислотний склад культуральної рідини пробіотичних мікроорганізмів як в монокультурі, так і у консорціумі. За здатністю до сумісного культивування та біохімічними показниками було обрано штами B. longum - Я3 та P. shermanii - 4 для подальших досліджень та створення ефективних препаратiв для корекції дисбактеріозів ШКТ.
У ході дослідницької роботи виявлено стимулюючу дію супернатанту пропіоновокислих бактерій у кількості від 2 до 3 мл на приріст біомаси бактерій роду Вifidobacterium. Доведено, що біфідогенна активність супернатанту P. shermanii - 4 зумовлена синтезом 1,4-гідроксі-2-нафтоїнової кислоти у кількості 6,7 г/л. Було рекомендовано використання 1,4-гідроксі-2-нафтоїнової кислоти у якості самостійної дієтичної добавки з вираженими пребіотичними властивостями.
Проведені дослідження «in vitro» виживання біфідо- та пропіоновокислих бактерій як в монокультурі, так і у складі симбіотичного консорціуму в умовах, що імітують шлунково-кишковий тракт. Встановлено дещо вищу резистентність як біфідо- так і пропіоновокислих бактерій у складі консорціуму, ніж в монокультурі.
На основі отриманих даних було розроблено біотехнологію безвідходного виробництва синбіотичних біологічно активних добавок як на основі клітинної, так і на основі безклітинних форм пробіотиків.
Досліджено мікробіологічні, органолептичні та фізико-хімічні властивості отриманих продуктів.
Розроблено технологічні схеми отримання продуктів. Наведено економічне обґрунтування виробництва біологічно активних добавок. Проведено медико-біологічні дослідження.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 03.00.20. - биотехнология. Диссертация посвящена научному обоснованию и разработке технологий получения синбиотичных биологически активных добавок как на основе клеточной, так и на основе бесклеточних форм пробиотиков. Разработано питательную соево-лактозной среду культивирования, где в качестве стимулятора роста растительного происхождения использовали соевую сыворотку в количестве 3% от общего объема среды культивирования. Было изучено динамику роста бактерий родов Вifidobacterium и Propionibacterium на разработанной соево-лактозной среде. Определено, что накопление максимального количества биомассы консорциума бифидо- и пропионовокислых бактерий возможно при рациональных режимах совместного культивуванняе на соево-лактозной среде в течение 24 часов при температуре 34 °С. Исследовано жирнокислотный состав культуральной жидкости пробиотических микроорганизмов как в монокультуре, так и в консорциуме. По способности к совместному культивированию и биохимическим показателям были выбраны штаммы B. longum - Я3 и P. shermanii - 4 для дальнейших исследований и создания эффективных препаратов для коррекции дисбактериозов ЖКТ. В ходе исследовательской работы выявлено стимулирующее действие супернатанта пропионовокислых бактерий в количестве от 2 до 3 мл на прирост биомассы бактерий рода Вifidobacterium. Доказано, что бифидогенная активность супернатанта P. shermanii - 4 обусловлена синтезом 1,4-дигидрокси-2-нафтоиновой кислоты в количестве 6,7 г/л. Было рекомендовано использование 1,4-дигидрокси-2-нафтоиновой кислоты в качестве самостоятельной диетической добавки с выраженными пребиотическими свойствами. Проведенные исследования «in vitro» выживания бифидо- и пропионовокислых бактерий как в монокультуре, так и в составе симбиотического консорциума в условиях, имитирующих желудочно-кишечный тракт. Установлено несколько более высокую резистентность как бифидо- так и пропионовокислых бактерий в составе консорциума, чем в монокультуре. На основе полученных данных было разработано биотехнологию безотходного производства синбиотичных биологически активных добавок как на основе клеточной, так и на основе бесклеточных форм пробиотиков. Исследовано микробиологические, органолептические и физико-химические свойства полученных продуктов. Разработаны технологические схемы получения продуктов. Приведено экономическое обоснование производства биологически активных добавок. Проведены медико-биологические исследования.
Thesis for a Candidate Degree in Engineering by specialty 03.00.20. - biotechnology. In recent years, due to the deterioration of the environment, stress, the influence of chemical and physical factors, the branch of biologically active additives (BAAs), which is aimed at the restoration of human microbiocenosis of the gastrointestinal tract (gastrointestinal tract), has been rapidly developing. Supplements are concentrates of biologically active substances, which are intended for direct administration or introduction into food products for the purpose of enrichment of a person's diet with separate biologically active substances or their complexes. For convenience, dietary supplements are conventionally divided into three main groups: nutraceutics, parapharmaceuticals, probiotics and prebiotics. Drug-probiotics have proven themselves as a means of prevention and treatment of dysbiosis of the gastrointestinal tract. Due to its biological properties, probiotic strains of bacteria of the genus Lactobacillus, Bifidobacterium are the most commonly used in the production of probiotics and probiotic products. However, in recent years, more and more cases have been observed where the positive effect of probiotics, even with prolonged use, is temporary, and sometimes it is completely absent; therefore, the most urgent task of biotechnology is the development of new biocorrectors that help to eliminate these problems when used. In this regard, experts place great hopes on a group of metabolic pro- and synbiotics. Metabiotics are structural components of probiotic bacteria, their metabolites or signal molecules with a known chemical structure. The drugs of the group of metabolic probiotics, in comparison with the cellular form, are more safe, have a longer shelf life, reduce the interaction with the components of food products. In recent years, experts have paid attention to propionic acid bacteria, which can carry positive effects on the obligate microbiote of the human's gut. Вacteria of the genus Propionibacterium are the most promising microorganisms for the production of both probiotics and metabolites, based on the products of their life. To remove the largest quantity of qualitative biomass of probiotic bacteria, a nutrient medium was added with the addition of a vegetative growth stimulator (soy serum). To determine the most successful concentration of soy serum, the dynamics of growth of bifidobacteria on the lactose membrane of cultivation with the content of different mass fractions of soy serum in the amount from 1% to 6% was studied. According to the experimental data, for further studies, a culture medium was added with 3% soy serum added. After studying the chemical composition of nutrient media, literary sources and taking into account the coherent cultivation of propionic acid bacteria with bifidobacteria, the growth and development of propionic acid bacteria were studied at cultivation on the following media: MRS medium; cheese whey medium; lactose medium with addition of 3% soya serum. The biochemical parameters of the growth rate of propionic acid bacteria on the soybean-lactic medium (CRL), expressed in the colony of the producing units, were higher than that of cultivating in other media, and the stationary phase was longer. It was also experimentally proved the expediency of replacing dry lactose with serum cheese in the amount of 200 ml/l, as a source of carbohydrates in the culture medium of the consortium of bifidobacteria and propionic acid bacteria. Based on experimental studies and methods of mathematical modeling, it has been established that the largest number of viable probiotic microorganisms reaches Lg 10.75 CFU/cm3 under the following optimal conditions: cultivation for 24 hours at a temperature of T = 33.74 ° C, pH = 7. Thanks to high-performance liquid chromatography (HPLC), the most valuable composition of the LC was the fermentation of the symbiotic consortium Bifidobacterium longum - Ya3 and Propionibacterium shermanii - 4. In this sample, the amount of unsaturated fatty acids (78.36%) was higher than in the other samples under study. The amount of linoleic acid was 23.99%. In addition, according to preliminary results, probiotic leaven from the consortium B. longum -Ya3 and P. shermanii - 4 was characterized by the highest rates of biochemical activity, so it was chosen for further research. According to the results of experimental studies of culture fluid containing P. shermanii - 4 metabolites, it is recommended to use P. shermanii - 4 supernatant from 2% to 3% as a growth stimulator of bifidobacteria. It has also been established that secondary exometabolites of P. shermanii - 4 culture fluid are capable of antagonistic activity in relation to opportunistic microbiota. The greatest sensitivity to the secondary metabolites P. shermanii - 4 was found in Bacillus cereus - ATCC11778 and Staphylococcus aureus - ONU223. With the increase in the amount of filtrate of the culture fluid of propionic acid bacteria, the sensitivity of opportunistic strains increased. The HPLC determined the quantitative content of 1,4-hydroxy-2-naphthoic acid (DHNA) in the supernatants of the consortium B. longum - Yа3 and P. shermanii - 4 and the monoculture P. shermanii - 4. It is 1,4-hydroxy-2- naphthoic acid determines the bifidogenic effect of propionic acid bacteria. Recovery NAD + is considered responsible for the ability of propionic acid bacteria to stimulate the development of bifidobacterial cultures using DHNA. It was determined that in the supernatant of the consortium containing 19.0 ... 20.1% of dry substances contained 1,4-dihydroxy-2-naphthoic acid in the amount of 0.07% (4.1 mg / l), and in the filtrate of culture liquid monoculture propionic acid bacteria containing 19,1 ... 20,3% of dry matter - 0,12% (6,7 mg/l) . The experimental data obtained indicate the expediency of the use of culture liquid supernatants both for the production of a probiotic of a metabolic type and for the construction of polystimal synbiotic using DHNA as a prebiotic of non-carbohydrate nature. The experimental data obtained indicate the expediency of the use of culture liquid supernatants both for the production of a probiotic of a metabolic type and for the construction of polystimal synbiotic using DHNA as a prebiotic of non-carbohydrate nature. Based on the received data, biotechnology was developed for obtaining biologically active additives on the basis of cellular and non-cellular forms of probiotics, namely: "Bifidopropionic " - a drug on the cells of the consortium B. longum - Yа3 and P. shermanii- 4; "BPM" - based on the metabolites contained in the culture liquid of the consortium B. longum - Yа3 and P.shermanii - 4; "Biggestim" is a preparation based on the culture fluid P. shermanii - 4 containing the products of metabolism (DHNA).
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 03.00.20. - биотехнология. Диссертация посвящена научному обоснованию и разработке технологий получения синбиотичных биологически активных добавок как на основе клеточной, так и на основе бесклеточних форм пробиотиков. Разработано питательную соево-лактозной среду культивирования, где в качестве стимулятора роста растительного происхождения использовали соевую сыворотку в количестве 3% от общего объема среды культивирования. Было изучено динамику роста бактерий родов Вifidobacterium и Propionibacterium на разработанной соево-лактозной среде. Определено, что накопление максимального количества биомассы консорциума бифидо- и пропионовокислых бактерий возможно при рациональных режимах совместного культивуванняе на соево-лактозной среде в течение 24 часов при температуре 34 °С. Исследовано жирнокислотный состав культуральной жидкости пробиотических микроорганизмов как в монокультуре, так и в консорциуме. По способности к совместному культивированию и биохимическим показателям были выбраны штаммы B. longum - Я3 и P. shermanii - 4 для дальнейших исследований и создания эффективных препаратов для коррекции дисбактериозов ЖКТ. В ходе исследовательской работы выявлено стимулирующее действие супернатанта пропионовокислых бактерий в количестве от 2 до 3 мл на прирост биомассы бактерий рода Вifidobacterium. Доказано, что бифидогенная активность супернатанта P. shermanii - 4 обусловлена синтезом 1,4-дигидрокси-2-нафтоиновой кислоты в количестве 6,7 г/л. Было рекомендовано использование 1,4-дигидрокси-2-нафтоиновой кислоты в качестве самостоятельной диетической добавки с выраженными пребиотическими свойствами. Проведенные исследования «in vitro» выживания бифидо- и пропионовокислых бактерий как в монокультуре, так и в составе симбиотического консорциума в условиях, имитирующих желудочно-кишечный тракт. Установлено несколько более высокую резистентность как бифидо- так и пропионовокислых бактерий в составе консорциума, чем в монокультуре. На основе полученных данных было разработано биотехнологию безотходного производства синбиотичных биологически активных добавок как на основе клеточной, так и на основе бесклеточных форм пробиотиков. Исследовано микробиологические, органолептические и физико-химические свойства полученных продуктов. Разработаны технологические схемы получения продуктов. Приведено экономическое обоснование производства биологически активных добавок. Проведены медико-биологические исследования.
Thesis for a Candidate Degree in Engineering by specialty 03.00.20. - biotechnology. In recent years, due to the deterioration of the environment, stress, the influence of chemical and physical factors, the branch of biologically active additives (BAAs), which is aimed at the restoration of human microbiocenosis of the gastrointestinal tract (gastrointestinal tract), has been rapidly developing. Supplements are concentrates of biologically active substances, which are intended for direct administration or introduction into food products for the purpose of enrichment of a person's diet with separate biologically active substances or their complexes. For convenience, dietary supplements are conventionally divided into three main groups: nutraceutics, parapharmaceuticals, probiotics and prebiotics. Drug-probiotics have proven themselves as a means of prevention and treatment of dysbiosis of the gastrointestinal tract. Due to its biological properties, probiotic strains of bacteria of the genus Lactobacillus, Bifidobacterium are the most commonly used in the production of probiotics and probiotic products. However, in recent years, more and more cases have been observed where the positive effect of probiotics, even with prolonged use, is temporary, and sometimes it is completely absent; therefore, the most urgent task of biotechnology is the development of new biocorrectors that help to eliminate these problems when used. In this regard, experts place great hopes on a group of metabolic pro- and synbiotics. Metabiotics are structural components of probiotic bacteria, their metabolites or signal molecules with a known chemical structure. The drugs of the group of metabolic probiotics, in comparison with the cellular form, are more safe, have a longer shelf life, reduce the interaction with the components of food products. In recent years, experts have paid attention to propionic acid bacteria, which can carry positive effects on the obligate microbiote of the human's gut. Вacteria of the genus Propionibacterium are the most promising microorganisms for the production of both probiotics and metabolites, based on the products of their life. To remove the largest quantity of qualitative biomass of probiotic bacteria, a nutrient medium was added with the addition of a vegetative growth stimulator (soy serum). To determine the most successful concentration of soy serum, the dynamics of growth of bifidobacteria on the lactose membrane of cultivation with the content of different mass fractions of soy serum in the amount from 1% to 6% was studied. According to the experimental data, for further studies, a culture medium was added with 3% soy serum added. After studying the chemical composition of nutrient media, literary sources and taking into account the coherent cultivation of propionic acid bacteria with bifidobacteria, the growth and development of propionic acid bacteria were studied at cultivation on the following media: MRS medium; cheese whey medium; lactose medium with addition of 3% soya serum. The biochemical parameters of the growth rate of propionic acid bacteria on the soybean-lactic medium (CRL), expressed in the colony of the producing units, were higher than that of cultivating in other media, and the stationary phase was longer. It was also experimentally proved the expediency of replacing dry lactose with serum cheese in the amount of 200 ml/l, as a source of carbohydrates in the culture medium of the consortium of bifidobacteria and propionic acid bacteria. Based on experimental studies and methods of mathematical modeling, it has been established that the largest number of viable probiotic microorganisms reaches Lg 10.75 CFU/cm3 under the following optimal conditions: cultivation for 24 hours at a temperature of T = 33.74 ° C, pH = 7. Thanks to high-performance liquid chromatography (HPLC), the most valuable composition of the LC was the fermentation of the symbiotic consortium Bifidobacterium longum - Ya3 and Propionibacterium shermanii - 4. In this sample, the amount of unsaturated fatty acids (78.36%) was higher than in the other samples under study. The amount of linoleic acid was 23.99%. In addition, according to preliminary results, probiotic leaven from the consortium B. longum -Ya3 and P. shermanii - 4 was characterized by the highest rates of biochemical activity, so it was chosen for further research. According to the results of experimental studies of culture fluid containing P. shermanii - 4 metabolites, it is recommended to use P. shermanii - 4 supernatant from 2% to 3% as a growth stimulator of bifidobacteria. It has also been established that secondary exometabolites of P. shermanii - 4 culture fluid are capable of antagonistic activity in relation to opportunistic microbiota. The greatest sensitivity to the secondary metabolites P. shermanii - 4 was found in Bacillus cereus - ATCC11778 and Staphylococcus aureus - ONU223. With the increase in the amount of filtrate of the culture fluid of propionic acid bacteria, the sensitivity of opportunistic strains increased. The HPLC determined the quantitative content of 1,4-hydroxy-2-naphthoic acid (DHNA) in the supernatants of the consortium B. longum - Yа3 and P. shermanii - 4 and the monoculture P. shermanii - 4. It is 1,4-hydroxy-2- naphthoic acid determines the bifidogenic effect of propionic acid bacteria. Recovery NAD + is considered responsible for the ability of propionic acid bacteria to stimulate the development of bifidobacterial cultures using DHNA. It was determined that in the supernatant of the consortium containing 19.0 ... 20.1% of dry substances contained 1,4-dihydroxy-2-naphthoic acid in the amount of 0.07% (4.1 mg / l), and in the filtrate of culture liquid monoculture propionic acid bacteria containing 19,1 ... 20,3% of dry matter - 0,12% (6,7 mg/l) . The experimental data obtained indicate the expediency of the use of culture liquid supernatants both for the production of a probiotic of a metabolic type and for the construction of polystimal synbiotic using DHNA as a prebiotic of non-carbohydrate nature. The experimental data obtained indicate the expediency of the use of culture liquid supernatants both for the production of a probiotic of a metabolic type and for the construction of polystimal synbiotic using DHNA as a prebiotic of non-carbohydrate nature. Based on the received data, biotechnology was developed for obtaining biologically active additives on the basis of cellular and non-cellular forms of probiotics, namely: "Bifidopropionic " - a drug on the cells of the consortium B. longum - Yа3 and P. shermanii- 4; "BPM" - based on the metabolites contained in the culture liquid of the consortium B. longum - Yа3 and P.shermanii - 4; "Biggestim" is a preparation based on the culture fluid P. shermanii - 4 containing the products of metabolism (DHNA).
Опис
Крупицька, Л. О. Розробка технологій синбіотичних біологічно активних добавок [Текст] : автореф. дис. ... канд. техн. наук : спец. 03.00.20 "Біотехнологія" / Крупицька Лариса Олександрівна ; наук. кер. Л. В. Капрельянц ; Одес. нац. акад. харч. технологій. - Одеса : ОНАХТ, 2018. - 24 с.
Ключові слова
біфідобактерії, пропіоновокислі бактерії, супернатант, 1,4-гідроксі-2-нафтоїнова кислота, метабіотиотик, синбіотик, бифидобактерии, пропионовокислые бактерии, супернатант, 1,4-гидрокси-2-нафтоиновая кислота, метабиотиотик, синбиотики, bifidobacteria, propionic acid bacteria, supernatant, 1,4-hydroxy-2-naphthoynova acid, metabiotic, synbiotic