vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/2227-2925-2019-9-4-635-642vuzbiochemi-258Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯPHYSICOCHEMICAL BIOLOGYИсследование биосинтетической активности молочнокислых бактерий Lactobacillus acidophilus при сбраживании лактозы молочной сывороткиBiosynthetic activity study of Lactobacillus acidophilus lactic acid bacteria in the lactose fermentation of wheyШиповскаяЕ. А.ShipovskayaE. A.

Шиповская Елена Алексеевна, младший научный сотрудник

191014, г. Санкт-Петербург, Литейный пр-т, 55

Elena A. Shipovskaya, Junior Researcher

55, Liteinyi Ave., St. Petersburg 191014

alena.shipovskaja@yandex.ruЕвелеваВ. В.EvelevaV. V.

Евелева Вера Васильевна, к.т.н., доцент, старший научный сотрудник

191014, г. Санкт-Петербург, Литейный пр-т, 55

Vera V. Eveleva, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Senior Researcher 

55, Liteinyi Ave., St. Petersburg 191014

v.eveleva@yandex.ruЧерпаловаТ. М.CherpalovaT. M.

Черпалова Татьяна Михайловна, к.т.н., научный сотрудник

191014, г. Санкт-Петербург, Литейный пр-т, 55

Tatyana M. Cherpalova, Cand. Sci. (Engineering), Researcher

55, Liteinyi Ave., St. Petersburg 191014

t.cherpalova@mail.ruВсероссийский научно-исследовательский институт пищевых добавок – филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАНРоссияAll-Russian Research Institute of Food Additives, Federal Research Center of Food Systems named after V.M. Gorbatov, RASRussian Federation20190501202094635642Copyright © Шиповская Е.А., Евелева В.В., Черпалова Т.М., 20202020Шиповская Е.А., Евелева В.В., Черпалова Т.М.Shipovskaya E.A., Eveleva V.V., Cherpalova T.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/258

Молочнокислые бактерии могут терять первоначальную активность при недостатке факторов роста в питательной среде. Введение в питательную среду дополнительных источников питания обеспечивает благоприятные условия для развития микроорганизмов, продуцирующих молочную кислоту. Целью данной работы являлось изучение влияния фосфорсодержащих солей на биосинтетическую активность специально подобранного штамма молочнокислых бактерий для биотрансформации лактозы творожной сыворотки в лактатсодержащие ингредиенты. В качестве продуцента молочной кислоты использовали молочнокислые бактерии из подгруппы термофильных палочек Lactobacillus аcidophilus, которые применяются в производстве кисломолочных продуктов и сыроделии. В полученных сброженных растворах определяли массовую долю лактозы методом Бертрана и лактата кальция комплексонометрическим методом. Исследовали изменение биосинтетической активности молочнокислых бактерий при варьировании вида фосфорсодержащей соли (натрий фосфорнокислый двузамещенный 12-водный, аммоний фосфорнокислый двузамещенный) и массовой доли (от 1,0 до 3,0 % с шагом 0,5 %). Количество вносимого посевного материала для максимального накопления молочной кислоты составило 2,5 % к объему питательной среды. Титруемая кислотность посевного материала составляла от 1,80 до 1,85 г/см3 . Накапливающуюся в процессе биосинтеза молочную кислоту нейтрализовали мелом с получением лактата кальция. Установлены зависимости коэффициента биоконверсии сыворотки в молочную кислоту молочнокислыми бактериями L. аcidophilus AT-I, скорости образования и выхода лактата кальция от вида фосфорсодержащей соли и ее массовой доли. Выявлено, что наибольшие величины скорости образования и выхода целевого продукта (0,78 г/(дм3 ·ч)) и 79,96 % соответственно) достигаются при внесении 2,0 % двузамещенного 12-водного фосфорнокислого натрия.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

According to numerous studies, lactic acid bacteria are characterised by the capability of reducing their initial activity given an insufficient quantity of growth factors supplied by a nutrient medium. Conversely, the introduction of additional sources of nutrient into the medium provides favourable conditions for the development of lactic acid-producing microorganisms. The present study was aimed at examining the effect of phosphorus-containing salts on the biosynthetic activity of a specially selected strain of lactic acid bacteria for the biotransformation of acid whey lactose into lactate-containing ingredients. For this purpose, lactic acid bacteria of the Lactobacillus acidophilus thermophilic bacilli subgroup applied in cheese and fermented dairy production were used as a producer of lactic acid. In the obtained fermented solutions, the mass fractions of lactose and calcium lactate were determined by the Bertrand method and complexometric techniques, respectively. The variables in the biosynthetic activity study of lactic acid bacteria included the type of phosphoruscontaining salt (disodium phosphate dodecahydrate and disubstituted ammonium phosphate) and its mass fraction, which ranged from 1.0 to 3.0 % in increments of 0.5 %. The amount of inoculum introduced for maximum production of lactic acid comprised 2.5 % vol. of the nutrient medium. The titratable acidity of the inoculum ranged from 1.80 to 1.85 g/cm3 . In order to produce calcium lactate, the lactic acid accumulating during biosynthesis was neutralised with chalk. The effect caused by the type of phosphorus-containing salt and its mass fraction on the coefficient of whey bioconversion to lactic acid by L. аcidophilus AT-I lactic acid bacteria was evaluated along with the rate of formation and yield of calcium lactate. The 2.0 % additive of sodium phosphate disubstituted dodecahydrate was established to provide the highest values for the formation rate and yield of the target product, comprising 0.78 g/(dm3 ·h) and 79.96 %, respectively.

The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.

молочнокислые бактериибиосинтетическая активностьлактозамолочная сывороткалактатсодержащие ингредиентыlactic acid bacteriabiosynthetic activitylactosewheylactate-containing ingredientsReferencesГорловИ.Ф., Мосолова Н.И., Серова О.П., Левина Я.О., Лопаева Е.А. Инновационная технология переработки молочной сыворотки с использованием модифицированного крахмала // Хранение и переработка сельхозсырья. 2018. N 2. С. 58–61.Gorlov IF, Mosolova NI, Serova OP, Levina YaO, Lopaeva EA. Innovative Technology of Whey Processing Using Modified Starch. Khranenie i pererabotka sel’khozsyr’ya = Storage and Processing of Farm Products. 2018;2:58–61. (In Russian)Асновин М.А. Зарубежный опыт повышения эффективности использования молочной сыворотки // Формирование организационноэкономических условий эффективного функционирования АПК: сб. науч. ст. 9-й Междунар. науч.-практ. конф. (Минск, 25–26 мая 2017 г.). Минск: Изд-во Белорусского государственного аграрного технического университета, 2017. С. 85–89.Asnovin MA. Zarubezhnyi opyt povysheniya effektivnosti ispol’zovaniya syvorotki = Foreign experience of increase of dairy whey use efficiency. In: Formirovanie organizatsionnoekonomicheskikh uslovii effektivnogo funktsionirovaniya APK: Sbornik nauchnykh statei 9-i Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii = Formation of organizational and economic conditions for the effective functioning of agriculture: Proceedings of the 9th International Scientific and Practical Conference, 25–26 May 2017, Minsk: Belarusian State Agrarian Technical University, 2017, p. 85–89. (In Russian)Володин Д.Н., Золоторёва М.С., Топалов В.К., Евдокимов И.А., Чаблин Б.В. Особенности переработки творожной сыворотки // Переработка молока. 2017. N 3 (209). С. 6–9.Volodin DN, Zolotoreva MS, Topalov VK, Evdokimov IA, Chablin BV. Features of cheese whey processing. Pererabotka moloka = Milk processing. 2017;3:6–8. (In Russian)Лысенко Ю.А., Хусид С.Б., Волкова С.А., Николаенко С.Н., Лунева А.В., Носенко А.В. Разработка функциональной кормовой добавки // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2016. N 115. С. 643–664. URL: http://ej.kubagro.ru/archive.asp?n=115 (21.05.2019).Lysenko YuA, Khusid SB, Volkova SA, Nikolaenko SN, Luneva AV, Nosenko AV. Development of a functional feed additive. Politematicheskii setevoi elektronnyi nauchnyi zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta = Polythematic online scientific journal of Kuban State Agrarian University. 2016;115:643–664. Available from: http://ej.kubagro.ru/archive.asp?n= 115 [Accessed 21th May 2019]. (In Russian)Григораш А.И., Макланов А.И., Юрова Е.А. Комплексная утилизация молочной сыворотки – новые возможности повышения эффективности переработки молока [Электронный ресурс] // Реутовская торгово-промышленная палата. URL: https://rtpp.ru/old/news/2007/ st07_007.htm (21.05.2019).Grigorash AI, Maklanov AI, Yurova EA. Complex utilization of whey – new opportunities to improve the efficiency of milk processing. Available from: https://rtpp.ru/old/news/2007/st07_007.htm 115 [Accessed 21th May 2019]. (In Russian)Мельникова Е.И., Станиславская Е.Б. Сывороточные ингредиенты: перспективы производства и направления использования // Молочная река. 2019. N 2 (74). С. 52–56.Mel'nikova EI, Stanislavskaya EB. Whey ingredients: prospects of production and directions of use. Molochnaya reka = Milk river. 2019;2:52–56. (In Russian)ГавриловГ.Б., Кравченко Э.Ф. Пути рационального использования молочной сыворотки // Сыроделие и маслоделие. 2013. N 2. С. 10–13.Gavrilov GB, Kravchenko EF. Ways of the efficient application of milk whey. Syrodelie i maslodelie = Cheesemaking and buttermaking. 2013;2:10–13. (In Russian)БологаМ.К., Врабие Е.Г., Степурина Т.Г. Особенности минерализации белковых концентратов при электрофизической обработке молочной сыворотки // Электронная обработка материалов. 2013. N 49 (6). С. 61–65.Bologa MK, Vrabie EG, Stepurina TG. The peculiarities of mineralization of proteinmineral concentrates by electrophysical treatment of whey. Elektronnaya obrabotka materialov = Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2013;49:61–65. (In Russian)Jelen P. Whey Processing: Utilization and Products. In: FuquayJ.F., FoxP.F., McSweeney P.L.H. (eds) Encyclopedia of Dairy Sciences, vol 4, 2nd edn. Academic, Oxford. P. 731–737. https://doi.org/ 10.1016/B978-0-12-374407-4.00495-7Jelen P. Whey Processing: Utilization and Products. In: Fuquay JF., Fox PF., McSweeney PLH. (eds.) Encyclopedia of Dairy Sciences, vol. 4, 2nd ed. Academic, Oxford; p. 731–737. https://doi.org/10. 1016/B978-0-12-374407-4.00495-7Зипаев Д.В., Зимичев А.В. Молочная сыворотка – ценное сырье для вторичной переработки // Известия вузов. Пищевая технология. 2007. N 2 (297). С. 14–16.Zipaev DV, Zimichev AV. Whey is a valuable raw material for recycling. Izvestiya vuzov. Pishchevaya tekhnologiya = News of institutes of higher education. Food technology. 2007;2:14–16. (In Russian)Грунская В.А., Габриелян Д.С. Микробиологические аспекты производства обогащенных кисломолочных продуктов с использованием молочной сыворотки // Молочнохозяйственный вестник. 2018. N 3 (31). С. 91–103.Grunskaya VA, Gabrielyan DS. Microbiological Aspects of Enriched Fermented Milk Products Manufacture with Use of Whey. Molochnokhozyaistvenny Vestnik. 2018;3:91–103. (In Russian)Полянский К.К., Шуваева Г.П., Яковлев В.Ф., Деменко Н.А. Мембранные методы в производстве лактата кальция из молочной сыворотки // Биотехнология. 2000. N 2. С. 37–41.Polyanskii KK, Shuvaeva GP, Yakovlev VF, Demenko NA. Membrane Technology in Calcium Lactate Producing from Whey. Biotekhnologiya = Biotechnology. 2000;2:37–41. (In Russian)Рябцева С.А., Скрипнюк А.А., Котова А.А., Храмцов А.Г., Родная А.Б., Лодыгин А.Д. [и др.]. Новый способ получения ферментного препарата бета-галактозидаз дрожжей и молочнокислых бактерий // Молекулярно-генетические и биотехнологические основы получения и применения синтетических и природных биологически активных веществ (Нарочанские чтения – 11): материалы Междунар. науч.-практ. конф. (Минск – Ставрополь, 20–23 сентября 2017 г.). Ставрополь: Изд-во Северо-Кавказского федерального университета, 2017. С. 257–261.Khramtsov AG, Abilov BT, Lodygin DN, Lodygin AD, Kryuchkov PG. Method of producing combined feed concentrate. Patent RF, no. 2352138, 2007. (In Russian)Злотников К.М., Злотников А.К., Капаруллина Е.В., Казаков А.В., Казакова М.Л. Фосфатсолюбилизирующая активность молочнокислых бактерий // Владимирский земледелец. 2012. N 4 (62). С. 20–21.Ryabtseva SA, Skripnyuk AA, Kotova AA, Khramtsov AG, Rodnaya AB, Lodygin AD, et al. Novyi sposob polucheniya fermentnogo preperata beta-galaktozidaz drozhzhei i molochnokislykh bakterii = A new method for producing the enzyme preparation of yeast betagalactosidase and lactic acid bacteria. In: Molekulyarno-geneticheskie i biotekhnologicheskie osnovy polucheniya i primeneniya sinteticheskikh i prirodnykh biologicheski aktivnykh veshchestv: Materialy Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii = Molecular-genetic and biotechnological bases of production and application of synthetic and natural biologically active substances: Proceedings of the International Scientific and Practical Conference, 20–23 September 2017, Minsk – Stavropol', Stavropol: North-Caucasus Federal University, 2017, p. 257–261. (In Russian)Пат. № 2154386, Российская Федерация, А23С 21/02. Способ переработки молочной сыворотки / А.Ю. Винаров, Ю.И. Беляков, Т.Е. Сидоренко, А.И. Каравацкий; № 99126250/13. Заявл. 14.12.1999; опубл. 20.08.2000.Zlotnikov KM, Zlotnikov AK, Kaparullina EV, Kazakov AV, Kazakova ML. Phosphate solubilization activity of lactic acid bacteria. Vladimirskii zemledelets = Vladimir agricolist. 2012; 4(62):20–21. (In Russian)Артюхова С.И., Моторная Е.В. Об актуальности использования при производстве биопродуктов для функционального питания молочнокислых бактерий, синтезирующих экзополисахариды // Международный журнал экспериментального образования. 2015. N 5–1. С. 76.Vinarov AYu, BelYakov YuI, Sidorenko TE, Karavatskii AI. Method of whey processing. Patent RF, no. 2154386, 2000. (In Russian)Маркелова В.В., Красникова Л.В. Синтез экзополисахаридов штаммами L. acidophilus в молочной сыворотке // Известия вузов. Пищевая технология. 2013. N 4 (334). С. 26–29.Artyukhova SI, Motornaya EV. Actuality of the using lactic acid bacteria synthesizing exopolysaccharides in the production of bioproducts for functional nutrition. Mezhdunarodnyi zhurnal eksperimental'nogo obrazovaniya = International Journal of Experimental Education. 2015;5-1:76. (In Russian)Ботина С.Г., Рожкова И.В., Семенихина В.Ф. Использование штаммов молочнокислых бактерий, синтезирующих экзополисахариды, в производстве кисломолочных продуктов питания // Хранение и переработка сельскохозяйственного сырья. 2010. N 1. С. 38–40.Markelova VV, Krasnikova LV. Synthesis of exopolysaccharides by the strains of L. acidophilus in milk whey. Izvestiya vuzov. Pishchevaya tekhnologiya = News of institutes of higher education. Food technology. 2013;4:26–29. (In Russian)Красникова Л.В., Маркелова В.В., Вербицкая Н.Б., Добролеж О.В. Функциональные продукты из молочной сыворотки с использованием антагонистически активных штаммов ацидофильных лактобактерий // Известия вузов. Пищевая технология. 2012. N 1 (325). С. 41–43.Botina SG, Rozhkova IV, Semenikhina VF. Use of strains produced EPS in manufacture of the sour-milk products. Khranenie i pererabotka sel'skokhozsyr'ya = Storage and Processing of Farm Products. 2010;1:38–40. (In Russian)Синельников Б.М., Храмцов А.Г., Евдокимов И.А., Рябцева С.А. Серов А.В. Лактоза и ее производные. СПб.: Профессия, 2007. 768 с.Krasnikova LV, Markelova VV, Verbitskaya NB, Dobrolezh OV. Functional whey products using antagonistically active strains of acidophilic lactobacilli. Izvestiya vuzov. Pishchevaya tekhnologiya = News of institutes of higher education. Food technology. 2012:1:41–43. (In Russian)Sinel’nikov BM, Khramtsov AG, Evdokimov IA, Ryabtsev SA, Serov VA. Lactose and its derivatives. St. Petersburg: Professiya, 2007. (In Russian)Sinel’nikov BM, Khramtsov AG, Evdokimov IA, Ryabtsev SA, Serov VA. Lactose and its derivatives. St. Petersburg: Professiya, 2007. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.