НПО "Альтернатива" - 8.3.2 Концентрация клеточной биомассы
04.09.2018
Для производства закваски используют периодическое и непрерывное культивирование. Кинетика сквашивания L.delbrueckii подвида bulgaricus была исследована, и авторы пришли к выводу, что связь между концентрацией аденозинбифосфата и клеточной биомассой при периодическом культивировании может быть приближенно
описана соотношениями Лейдекинга-Пире и что накопление клеток при непрерывном культивировании в три раза больше, чем при использовании периодического процесса. Системы, применяемые для концентрации клеточной биомассы, описаны ниже.
8.3.2.1 Механические средства
Очистка Васильевского озера хлореллой (Тольятти)
Оборудование, наиболее широко распространенное в молочной промышленности (например, сепараторы, бактофуги), может механически повреждать бактериальные клетки, уменьшая тем самым их выживаемость при хранении. Возможно использование ультрацентрифуг (20 000 g), которые в минимальной степени повреждают клетки механически. В работе описано концентрирование культур йогурта (одиночных и смешанных штаммов) центрифугированием при 11 000 g в течение 15 мин при 4 °С в конце лог-фазы с последующим культивированием в замкнутой системе с рН, регулируемым добавлением 10 моль/л NaОН. Культуры замораживали при -75 °С или сублимировали. Авторы пришли к следующим выводам:
• при концентрировании и хранении активность культур существенно не изменялась;
• при хранении в течение 24 недель жизнеспособность культур непрерывно уменьшалась, причем сильнее это наблюдалось в смешанных культурах; • замороженные культуры продемонстрировали большую устойчивость при хранении, чем сублимированные/Механическое воздействие при центрифугировании проявлялось при последующем росте культуры L.delbrueckii подвида bulgaricus в удлинении клеток и влияло на такие характеристики, как проницаемость мембран и устойчивость к замораживанию при -80 °С. В работе наблюдалось, что по сравнению с той же самой культурой, полученной при 72 Па, при касательном напряжении 36 Па концентрация биомассы была выше, а лаг-фаза короче.
8.3.2.2 Химическая нейтрализация
Два разных микроорганизма в культурах закваски для йогурта способны выдерживать различные уровни кислотности в среде культивирования, причем S.thermophilus более чувствителен к молочной кислоте, чем L.delbrueckii подвида bulgaricus . В то время, как
лактобациллы могут развиваться при содержании молочной кислоты более 2 г/100 г, стрептококки выдерживают лишь до 1,2-1,5 г/100 г молочной кислоты, и, следовательно, для защиты S.thermophilus молочную кислоту необходимо удалять или нейтрализовать. При этом широко используется гидроксид натрия или аммония, но обычно рекомендуется применять последний. Реакция между молочной кислотой и нейтрализующими веществами ведет к образованию лактата натрия или аммония, однако на некотором уровне лактат также начинает подавлять микроорганизмы закваски, и поэтому концентрация клеточной биомассы ограничена 1010 кое в 1 мл (или в 1 г). Чтобы достичь высокой концентрации (около 1011-1012 кое/г) (например, в сублимированной культуре закваски), клеточная биомасса, выращенная в химически нейтрализованной системе, требует дальнейшей концентрации, например, с помощью механического сепаратора.
Начиная с 1980-х гг., изготовители заквасок достигли больших успехов в технологии производства и консервирования замороженных и сублимированных культур прямого внесения (DVS).
8.3.2.3 Диффузионная культура
Данный метод основан на использовании для концентрирования микроорганизмов некоторых полупроницаемых мембран и характеризуется следующими особенностями:
• рост культуры закваски происходит в ограниченном объеме среды;
• свежим питательным веществам для роста обеспечена возможность проникать через мембрану; • продукты метаболизма могут диффундировать наружу
Постоянное обновление состава среды позволяет увеличивать концентрацию бактериальных клеток выше обычных уровней. В работах сообщается о достижении уровня >1011 кое/мл. Известно применение данного способа для получения заквасок для сыров. Хотя метаболиты диффундируют из среды культивирования, часть лактата сохраняется, что ограничивает концентрацию клеточной биомассы. Подобные работы по микроорганизмам йогурта отсутствуют, однако этот принцип, по-видимому, можно применить и для концентрирования S.thermophilus и L.delbrueckii подвида bulgaricus .
Еще при одном диффузионном методе, применяемом для концентрирования культуры закваски, используется ультрафильтрация и электродиализ. В работах описано использование для получения молочной кислоты и клеточной биомассы непрерывного сквашивания пермеата сладкой сыворотки в мембранном биореакторе.
Использовались микроорганизмы смешанной культуры L. helveticus и S.thermophilus . В работе для концентрирования L.delbrueckii подвида bulgaricus в непрерывном ферментере использовали диализ депротеинизованной (после удаления белков) сыворотки; накопление клеточной биомассы было почти в два раза больше, чем в обычном ферментере. Метод ультрафильтрации также использовался для концентрирования S.thermophilus ; выход клеток оказался в девять раз вьше, чем при использовании обычных методов.
8.3.2.4 Иммобилизация клеток в гелях
Данный метод концентрации клеточной биомассы основан на иммобилизации культуры в гелях на основе камедей или на пористых бусинах из пеностекла и распространился в промышленных масштабах, Суть метода заключается в фиксации клеточной биомассы на малениких бусинах (0,5-1,5 мм в диаметре) из каппа-каррагинана/камеди плодов рожкового дерава или альгината кальция для полученния концентрации около 109 кое/г. Этот материал может затем использоваться для непрерывного сквашивания молока, причем расщепление лактозы производится как клетками, удерживаемыми в твердой матрице, так и клетками, перешедшими в молоко. Поскольку клетки в матрице активно растут, такие биореакторы могут работать с отдельными отобранными культурами в течение длительного времени, однако для йогурта поддержание баланса "кокки:палочки" может оказаться затруднительным.
Было высказано также предположение, что если создать взвесь с бусинами в физиологически нейтральной среде (возможно, глубоко замороженной), то такой подход мог бы служить альтернативным методом консервирования (при использовании в качестве защитного вещества поддерживающей матрицы). В настоящее время эта технология используется покалишь в экспериментальных целях.
