Микробиология кисломолочных продуктов

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение………………………………………………………………………...…3

Глава 1. Микробиология кисломолочных продуктов……………..………........4

Нормальная микрофлора желудочно-кишечного тракта………….….....4

Характеристика молочнокислых и бифидобактерий, составляющих основу нормальной микрофлоры желудочно-кишечного тракта……..8

1.3     Лечебно-профилактические молочные продукты для детского питания, приготовленные с использованием молочнокислых и бифидобактерий………………………………………………………….15

Глава 2. Объекты и методы исследования……………………………………..24

Объекты исследования……………………………………………………24

Методы исследования...…………………………………………………..27

Заключение……………………………………………………………………….34

Список литературы…………………………………………………………...….35

 

 

                                                                                                                

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

  Кисломолочные продукты (сметана, творог, простокваша, кефир, кумыс и др.) известны давно. Высокая усвояемость, повышенная стойкость, а также простота приготовления способствовали их широкому распространению.

  При приготовлении кисломолочных продуктов основным процессом является молочнокислое брожение; молочная кислота, образующаяся при этом в качестве главного продукта сбраживания лактозы, делает продукт более стойким при хранении, так как при кислой реакции подавляется развитие гнилостной микрофлоры.

  Кисломолочные продукты имеют высокие вкусовые достоинства и обладают лечебными свойствами (особенно при желудочно-кишечных заболеваниях).

  Они быстрее усваиваются, чем цельное молоко. Эту особенность кисломолочных продуктов можно объяснить физико-химическим изменением белков в процессе сквашивания. При воздействии на молоко желудочного сока образуются крупные плотные белковые частицы, тогда как в кисломолочных продуктах они находятся в мелкодиспергированном состоянии; кроме того, продукты жизнедеятельности микроорганизмов, образующиеся в процессе сквашивания, повышают пищевую ценность кисломолочных продуктов.

  Особенно ценное свойство кисломолочных продуктов заключается в том, что они помогают организму быстрее устранять вредное влияние на микрофлору кишечника антибиотиков, применяемых при лечении людей. В последние годы опубликованы несколько иные мнения о действии микрофлоры кисломолочных продуктов на микрофлору кишечника.

 

 

 

ГЛАВА 1 МИКРОБИОЛОГИЯ КИСЛОМОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

 

1.1 НОРМАЛЬНАЯ МИКРОФЛОРА ЖКТ

 

Интересную гипотезу о тонких механизмах формирования микрофлоры тела сформулировал Б.А.Шендеров в 1998 г. По его мнению, подразделение микроорганизмов на «свои» и «чужие» начинается еще в утробе матери. В организм плода через кровь попадают молекулы-антигены бактерий, входящих в состав нормальной микрофлоры различных участков тела матери. Известно, что взрослый организм, как правило, не способен формировать иммунный ответ на те антигены, с которыми сталкивался в период внутриутробного развития. Это явление называют «иммунологическая толерантность». После рождения организм новорожденного не будет стараться защититься от материнских микроорганизмов, и они станут основой для формирования его собственной микрофлоры [25].

К настоящему времени выявлены некоторые общие закономерности заселения желудочно-кишечного тракта человека микроорганизмами. Установлено, что в первые часы и дни в кишечнике новорожденных встречаются преимущественно микрококки, стафилококки, энтерококки и клостридии. Затем появляются энтеробактерии (кишечные палочки), лактобациллы и бифидобактерии. Первые микроорганизмы, обнаруживаемые у новорожденных, не обязательно те, которые доминируют в фекальной и вагинальной флоре матери. Со временем в кишечнике появляются, а затем начинают преобладать неспороносные облигатно-анаэробные бактерии (бифидобактерии, эубактерии, бактероиды, стрептококки, спириллы и др.). Для того чтобы микробная экология пищеварительного тракта новорожденных приблизилась к таковой взрослых требуется несколько лет [27]. Особенно обильна микрофлора нижних отделов пищеварительного тракта, где содержание бактерий достигает 10¹²ˉ¹³ КОЕ на 1г содержимого (разные авторы называют различный суммарный вес микроорганизмов в кишечнике взрослого человека: от 1 до 3 кг ). Здесь обнаружены представители более 500 видов бактерий. Число анаэробных микроорганизмов в этой области здорового взрослого человека в 100-1000 раз выше, чем аэробных бактерий. Такие представители микрофлоры, как энтеробактерии, включая кишечные палочки, стафилококки, грибы и другие аэробы, составляют немногим более 1-4% и рассматриваются как добавочная или случайная микрофлора [25].

Представители нормальной микрофлоры присутствуют в организме человека и животных в виде фиксированных к определенным рецепторам микроколоний, заключенных в биопленку.[27] Биопленка как перчатка покрывает кожу и слизистые открытых окружающей среде полостей здорового человека и животных и состоит помимо микроколоний микроорганизмов из экзополисахаридов различного состава микробного происхождения, а также муцина, продуцируемого бокаловидными клетками слизистых. С функциональной точки зрения, биопленку можно сравнить с плацентой. Если последняя регулирует взаимоотношения плода и организма матери, то биопленка регулирует взаимоотношения между макроорганизмом и окружающей средой. Благодаря наличию в биопленке сложной и разветвленной системы кооперации между многочисленными и разнообразными микробными популяциями, попадающий в организм естественным путем исходный субстрат в результате микробной трансформации превращается через каскад реакций в промежуточный либо конечный продукт с той или иной биологической или фармакологической активностью. Установлено, что нормальная микрофлора и продукты ее метаболической активности участвуют в регуляции газового состава кишечника и других полостей организма хозяина, в метаболизме белков, углеводов, липидов и нуклеиовых кислот, в водно-солевом обмене, в обеспечении колонизационной резистентности, в рециркуляции стероидных соединений и других макромолекул, в детоксикации экзогенных и эндогенных субстратов, обладают морфокинетическим действием, выполняют иммуногенную и мутагенную/антимутагенную функцию, служат источником энергии для клеток хозяина, являются хранилищем и источником генетического материала [27]. Таким образом, Б.А.Шендеров рассматривает биопленку с входящими в нее многочисленными и разнообразными микроорганизмами, как первичную мишень любого попадающего обычным (непарентеральным) путем соединения, как структуру, первой вовлекаемой в процессы распознавания, метаболизации, абсорбции и транслокации как полезных ,так и потенциально вредных агентов. Нормальная микрофлора - тот первичный неспецифичный барьер, лишь после прорыва которого инициируется включение всех последующих неспецифических и специфических иммунных и биохимических механизмов защиты макроорганизма.[25]

Для обозначения состояний характеризующихся нарушениями состава нормальной микрофлоры используют такие термины как «дисбактериоз», «дисбиоз», «микробиологический дисбаланс» и т.д.

Прежде всего необходимо отметить, что дисбактериоз - это не самостоятельное заболевание, а особое состояние организма, встречающееся у больных с самыми разными диагнозами (от нарушений гормонального обмена до кариеса)[28]. В большинстве случаев дисбиотические изменения исчезают вскоре после устранения вызвавшего их фактора и не требуют лечения. Однако у ослабленных больных (особая категория - дети), а также в случаях продолжения действия фактора, послужившего причиной развития дисбиоза, самовосстановления не происходит, появляются клинические симптомы, что требует проведения адекватного лечения. Состав микрофлоры отдельных индивидуумов может варьировать в достаточно широких пределах. При этом у детей, как и у взрослых, состав микрофлоры будет определяться характером питания. Поэтому с помощью правильного питания можно, в определенной степени, влиять на состав кишечной микрофлоры и нормализацию работы желудочно-кишечного тракта.[3]

Механизмы положительного влияния молочнокислых бактерий и бифидобактерий, содержащихся в кисломолочных продуктах, на организм ребенка следующие [27]:

1) Ингибирование роста потенциально вредных микроорганизмов в результате продукции антимикробных субстанций; конкуренции с ними за рецепторы адгезии и питательные вещества; активации иммунно-компетентных клеток и стимуляции иммунитета.

2) Стимуляции роста представителей индигенной микрофлоры в результате продукции витаминов и других ростостимулирующих факторов; нормализации рН, еН-потенциала; нейтрализации токсинов.

3) Восстановление и оптимизация функционирования биопленки, выстилающей слизистую пищеварительного тракта.

4) Изменение микробного метаболизма, ведущего к повышению или снижению синтеза и активности бактериальных ферментов и, как следствие этого, продукции соответствующих метаболитов (например, ЛЖК, глютамина, аргинина, витаминов, пептидогликанов и т.д.), обладающих способностью местно или после проникновения в кровь и другие биологические жидкости макроорганизма непосредственно вмешиваться в метаболическую активность клеток соответствующих органов и тканей. Модулировать его морфокинетические характеристики, физиологические функции, биохимические и поведенческие реакции.

5) Другие механизмы (прямые эффекты естественных пробиотиков (молочнокислых и бифидобактерий) после их всасывания из пищеварительного тракта на ферментативные и иные клеточные реакции гормональных, нервных, выделительных, иммунных и других органов и тканей).

 

 

 

1.2 ХАРАКТЕРИСТИКА МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ И БИФИДОБАКТЕРИЙ

 

а) Бифидобактерии.

 

Бифидобактерии составляют основу микрофлоры желудочно-кишечного тракта человека. В настоящее время род Bifidobacterium включает 32 вида [27]. В табл.1 приведены виды бифидобактерий, наиболее часто обнаруживаемые в пищеварительном тракте.

                                                                                                  Таблица 1.

Виды бифидобактерий, наиболее часто обнаруживаемые

           в желудочно-кишечном тракте человека.[27]   

Bifidobacterium bifidum B.adolescentis B.animalis B.boum B.breve B.choerinum B.dentium

Bifidobacterium ericsonii B.globosum B.infantis B.longum B.pseudolongum B.suis B.thermophilum

 

Впервые эти микроорганизмы были изолированы из фекалий грудных детей учеником И.И. Мечникова французским исследователем Henry Tissier в 1899 году [3]. Эти грамположительные анаэробные, не образующие споры, палочковидные, полиморфные бактерии, нередко с бифрукациями на концах, были названы им Bacillus bifidus communis. В последующем было установлено, что эти микроорганизмы  на 99% составляют флору кишечника здорового грудного ребёнка. И в больших количествах присутствуют в микробиоценозе толстого кишечника взрослых людей.[16] Основываясь на высокой частоте встречаемости этих бактерий в пищеварительных трактах . И.И. Мечников и  Henry Tissier ещё в 1905 году пытались применить препараты из бифидобактерий больным с кишечными дисфункциями.[3]

Проведённая российскими исследователями [16] статистическая обработка данных о видовом составе бифидобактерий у различных возрастных групп населения России показала, что у здорового грудного ребёнка, находящегося на грудном вскармливании, B.Bifidum, B.longum, B.breve, B.infantis, встречаются в соотношении 35%, 42%, 17%, 12%. Штаммы  B.adolescentis обнаруживаются у 1.5% детей отсутствуют в фекальном содержимом. У детей на искусственном вскармливании содержание доминирующих видов бактерий падает до 3-5%, в то время как представители вида B. adolescentis, встречаются в 22% случаев.

У взрослых в толстом кишечнике обнаруживаются преимущественно представители B.Bifidum, B.longum и B.adolescentis. В кишечнике лиц старше 35 лет представители вида B.adolescentis начинают превалировать в бифидофлоре, достигая 60-75% в пожилом возрасте. В кишечном содержимом человека одновременно могут обнаруживаться от 1 до 5 видов биоваров бифидобактерий.

Фруктозо-6-фосфатаза - ключевой фермент в метаболизме углеводов бифидобактериями. Этот фермент расщепляет фруктозо-6-фосфат на ацетил-1-фосфат и эритрозу-4-фосфат. На обнаружении у бактерий фруктозо-6-фосфат фосфокетолазы основан энзиматически-калориметрический метод количественного определения в материале бифидобактерий.[37] Бифидобактерии образуют уксусною и молочную кислоты в молярном отношении 3:2, но не образуют углекислый газ. Оптимум температуры для роста этих бактерий 37-40°С, оптимум pH 6.5-7.0. Подавляющее большинство бифидобактерий демонстрируют наличие у них a и b- галактозидаз; N-ацетил-b-глюкозаминидаза, главным образом, обнаруживается у видов бифидобактерий изолируемых от детей грудного возраста. Исследование электрофоретической подвижности b-галактозидаз, присутствующий у бифидобактерий позволяет дифференцировать виды между собой.[42]

Для выявления бифидобактерий в биоматериале (кисломолочные продукты) рекомендуется производить высев на специальные селективные среды и модифицированную MRS-среду, содержащую 100 ммоль c-a-Gal. На последней бифидобактерии в анаэробных условиях формируют колонии голубого цвета. Хорошо растут бифидобактерии в присутствии таких редуцирующих агентов, как аскорбиновая кислота, цистеин или тиогликолат. Для своего роста данные микроорганизмы нуждаются в источнике углерода (различные углеводы, бикарбонат или углекислый газ). Напротив, органические кислоты, жирные кислоты и и аминокислоты не могут быть для них источником С. Цистеин или цистин служат необходимым для них источником азота. Обнаружена потребность отдельных штаммов бифидобактерий в аланине, изолейцине, лизине, аргинине и глутаминовой кислоте. Добавление в среду пантотеновой кислоты, биотина, рибофлавина, никотиновой кислоты, парааминобензойной кислоты, пуринов и пиримидинов также требуется для поддержания многих штаммов бифидобактерий, свежевыделенных из кишечного содержимого детей и взрослых.[27]

Именно бифидобактериям принадлежит ведущая роль в поддержании и нормализации микробиоценоза кишечника, сохранении неспецифической резистентности организма, улучшении белкового, витаминного и минерального обмена и др [20].

Антогонистическая активность бифидобактерий связанная с продукцией органических кислот (ацетата и лактата) и бактериоцинов с широким спектром антимикрбного действия (ингибирования роста кишечных палочек, клостридий, сальмонелл, шигелл, листерий, кампилобактеров, вибрионов и др.) так же как и блокирование рецепторов на слизистой кишечника, предотвращающее фиксацию на них потенциально патогенных микроорганизмов в колонизационной резистентности. Снижение количества бифидобактерий (или их даже полное исчезновение) является одним из патогенетических механизмов длительных кишечных инфекций у детей и взрослых . Оно ведёт к нарушению минерального обмена, процессов кишечного всасывания, белкового и жирового обмена, к формированию хронических расстройств пищеварения. Имеются сведения, что бифидобактерии являются «поставщиком» ряда незаменимых аминокислот, в т.ч. триптофана, витаминов, установлена их антиканцерогенная и антимутагенная активность, способность снижать уровень холестерина в крови и т.д.[5,13,26]

Все эти положительные эффекты позволили рассматривать бифидобактерии как одну из основных категорий функционального питания.

б) Лактобациллы.

Лактобациллы- микрофильные грамположительные бактерии, не образующие спор и не продуцирующие каталазу. На основании продукции  углекислоты из глюкозы, потребности в тиамине, ферментации фруктозы до маннита и продукции фруктозодифосфатальдолазы лактобациллы делят на две группы: гомо- и гетероферментативные.