Препараты, содержащие в качестве основного компонента жизнеспособные микроорганизмы (бактериальные удобрения, закваски и т.п.)

В практике сельского хозяйства препараты из азотфиксирующих бактерий используются в качестве бактериального удобрения: азотобактерин - из культур азотобактера, нитрагин — из культур клубеньковых бактерий

Микроорганизмы, фиксирующие азот из воздуха, подразделяют на свободноживущие в природных условиях и на симбиотические с растениями и другими микробами.

К свободноживущим относят азотобактерии, актиномицеты, к микробным симбионатам-азотоспириллы, симбиоты бобовых растений.

Микробы-азотофиксаторы ежегодно фиксируют примерно 18х10⁷ т молекулярного азота из воздуха, из которых 15% приходится на цианобактерии.

К микробным стимулятороам и регуляторам роста - гиббериллины, фузикокцин, ауксины.

К удобрителям почв можно отнести ризотрофин. Представляет собой торфяную основу, смешанную с ризобактериями. Технологический процесс включает подготовку клубеньковых бактерий и получение инокулята. Инокулят готовят в условиях умеренной аэрации на средах содержащие растительные экстракты и дополнительно вводят неорганические соли фосфаты и карбонаты. Накапливают 5 млрд. клеток в 1 мл. Такую суспензию вносят в “ кислый” торф при 10-15^оС. Торф до “обсеменения” бактериями должен быть гомогенным, подсушенным, увлажненным. В подготовленный торф вносят 50 мл суспензии бактерий, перемешивают во вращающем барабане и сохраняют до полугода при 5-10^оС.

Как регулятор роста применяется в промышленности гиббериллиновая кислота, которая синтезируется микромицетом, относится к группе растительных гормонов сложного химического строения. Образование и накопление гиббериллинов - процесс занимает до 15 суток.

Питательные среды для выращивания содержат 6% глюкозы, глицерина, 0,7% соли аммония, 0,3% неорганический фосфат, микроэлементы. Выход гиббериллинов - 200 мг/л культуральной жидкости.

Фузикокцин относят к регуляторам роста растений гормонального типа. Он индуцирует корнеобразование у многих древесных и плодово-ягодных культур, стимулирует прорастание семян, моркови. Фузикокцин образуется грибом. Продукт получают при глубинной ферментации в периодическом режиме на средах с глюкозой или сахаразой и соевой мукой. Затем экстрагируют хлороформом из культуральной жидкости, сорбируют активированным углем, кристализируют.

Заквасками называют чистые культуры или смесь культур микроорганизмов, используемых при изготовлении кисломолочных продуктов и хлебопечении.

В специальных научно-производственных лабораториях выделяют штаммы молочнокислых микроорганизмов, изучают их свойства, селекционируют, составляют и получают закваски, которые направляют на предприятия пищевой промышленности, где вырабатывают производственные закваски.

В цехах по производству заквасок готовят сухой и жидкий бактериальные концентраты, маточные закваски в виде сухих и жидких заквасок, а также получают натуральные и сухие кефирные грибки (зерна).

Сухой бактериальный концентратв нашей стране чаще вырабатывают трех видов: мезофильных молочнокислых стрептококков, термофильных молочнокислых стрептококков и ацидофильных молочнокислых палочек. Жидкий бактериальный концентрат готовят из мезофильных молочнокислых стрептококков.

Процесс приготовления сухого бактериального концентрата включает следующие основные этапы: выращивание заквасочных микроорганизмов, бактофугирование полученной культуры, высушивание суспензии клеток, фасование бакконцентрата.

Питательной средой для выращивания молочнокислых бактерий является молочная сыворотка с добавлением кукурузного экстракта (или аминокислотно-микроэлементно-витаминного комплекса), буферных солей и стимуляторов роста. В качестве буферных солей используют цитрат натрия или ацетат натрия. Стимуляторами роста молочнокислых бактерий являются сульфат марганца, аскорбиновая кислота и др.

При приготовлении среды в сыворотке устанавливают рН 4,5-4,6 (оптимальную для выделения белков), нагревают ее до 95^оС и выдерживают 60 мин для более полного выделения белков. После этого сыворотку осветляют путем сепарирования.

В осветленную сыворотку добавляют компоненты среды согласно рецептуре, устанавливают оптимальную рН, стерилизуют при 0,05 МПа (112^оС) в течение 60 мин и охлаждают до температуры, оптимальной для роста микроорганизмов.

Стерилизация и охлаждение питательной среды, а также наращивание клеток молочнокислых бактерий осуществляются в ферментере, имеющем мешалку, в котором автоматически регулируются температура и рН на заданном уровне.

В подготовленную стерильную среду, охлажденную до оптимальной температуры развития того или иного вида молочнокислых бактерий, подают закваску в количестве 5-8% (на сывороточной среде) или 3-5% (на обезжиренном молоке).

Наращивание клеток мезофильных молочнокислых стрептококков ведут в ферментере при температуре 30^оС в течение 10-12 ч, термофильных молочнокислых стрептококков и ацидофильных палочек - при 40°С на протяжении 8-9 ч при автоматическом поддерживании рН. При этом рН культуральной жидкости достигает для стрептококков 6,5-6,8, для ацидофильных палочек 5,7-6,0.

После окончания выращивания культуру охлаждают до 3-8°С и направляют на бактофугирование для получения бактериальной массы.

Отделение клеток от среды осуществляют в конце логарифмической фазы роста, когда в культуральной жидкости (в 1 см³) содержатся сотни миллионов - единицы миллиардов активных клеток. Бактериальную массу из культуральной жидкости выделяют на бактофуге. Для этой цели можно использовать центрифугу и молокоочиститель.

Бактериальная масса после бактофугирования содержит сотни миллиардов клеток в 1 см³; выход бакмассы составляет 0,5-0,8 %. Полученную бактериальную массу смешивают с защитной средой в соотношении 1:2 - 1:4. В состав защитной среды для мезофильных молочнокислых стрептококков входят: обезжиренное молоко с содержанием 16 % сухих веществ - 30% и 70 % водного раствора, содержащего сахарозу (5%), желатозу (5%), цитрата натрия (5%), глутамата натрия (2%). В состав защитной среды для ацидофильной палочки вместо цитрата натрия вносят 5 % уксуснокислого натрия. Защитная среда для термофильного стрептококка включает 20 % обезжиренного молока и 80 % водного раствора, содержащего по 2,2 % сахарозы, желатозы, лимоннокислого натрия и 1,2 % глутамата натрия.

Желатоза представляет собой желатин после стерилизации под давлением 0,15 МПа в течение 2,5-3,0 ч. После стерилизации желатин теряет способность образовывать гель.

Полученную суспензию клеток молочнокислых бактерий высушивают. Для этого ее разливают на лотки слоем 6-8 мм или фасуют по 2 см³ во флаконы. Суспензию высушивают в установке для сублимационной сушки сначала при низкой отрицательной температуре —35-(-45)°С, досушивание — при положительной температуре (40-45 °С). Продолжительность сушки суспензии на лотках 6-12 ч, во флаконах 24-42 ч. Сухой бактериальный концентрат, высушенный на лотках, размельчают и фасуют во флаконы порциями по 1-1,5 г.

Концентрат содержит от 150 до 300 млрд клеток в 1 г. Массовая доля влаги в нем не должна превышать 3,5 %. Допускается наличие посторонней непатогенной микрофлоры не более 10 клеток в 1 г.

Приготовление и применение заквасок в производственных условиях.Производственные закваски на предприятии получают в отделениях чистых культур или в специальном боксе при микробиологической лаборатории предприятия. Приготовление производственной закваски из чистых культур проводят в отдельных изолированных помещениях заквасочного отделения.

Закваски и бактериальные концентраты нужно использовать вскоре после получения из специальных цехов или лабораторий. До употребленя их хранят в холодильнике при температуре не выше 8 °С. Нельзя применять закваски и бактериальные концентраты с истекшим сроком хранения, Флаконы с заквасками вскрывают непосредственно перед употреблением и используют все содержимое флакона сразу.

Поступающие на предприятие закваски ослаблены в результате транспортирования и воздействия температуры, поэтому их необходимо восстановить с помощью предварительного культивирования. Эффективная закваска должна проявлять наибольшую активность не позднее чем после второй пересадки. При этом культивирование заквасок необходимо остановить в конце логарифмической фазы, что достигается у большинства заквасок при рН 5,5-5,3 или кислотности 78-80 °Т.

Приготовление производственной закваски из чистых культур на стерильном молоке проводят в молочных бутылках, колбах, в специальных ушатах или бидонах с крышками вместимостью от 3 до 20л.

Режимы приготовления производственных заквасок зависят от вида закваски и конкретных условий производства.

Из жидкой и сухой заквасок или отдельных штаммов на предприятиях готовят материнскую (первичную) закваску, которую используют для получения вторичной или производственной закваски. Для приготовления материнской закваски используют только стерилизованное молоко, для производственной закваски используют стерилизованное и пастеризованное молоко. Активизацию бактериального концентрата проводят на стерилизованном молоке, допускают использование пастеризованного молока.

Производственную закваску получают посевом в подготовленное молоко 20 % (5-7 % для закваски кумыса нежирного) вторичной закваски. Посевы термостатируют при 30°С 4-6 ч, закваску для кумыса нежирного культивируют 14-15 ч.

После каждого культивирования производится дополнительная выдержка заквасок при 16-18°С 3-6 ч (при получении производственно закваски 8-24 ч) для накопления дрожжей.

Бактериальный концентратиспользуют для приготовления производственной закваски или непосредственно продукта после активизации или без активизации (культуры прямого заквашивания).

Для активизации сухой бактериальный концентрат (как сухую закваску) растворяют во флаконе, добавляя в него 6-7 см³ стерилизованного молока или физиологического раствора, полученную смесь переносят в подготовленное молоко. Жидкий бактериальный концентрат перед вскрытием флакона выдерживают при комнатной температуре в течение 20-25 мин. Содержимое флакона переносят в подготовленное молоко из расчета одна порция концентрата на 6-8 л молока.

Активизированный бактериальный концентрат, используемый в качестве производственной закваски, вносят в пастеризованное молоко в соотношении одна порция концентрата (6-8 л) на 2-3 тыс. л молока (мезофильные стрептококки) или одна порция на 500 л (для термофильных бактерий).

В производстве целесообразно использовать свежеприготовленную закваску, так как она обладает наибольшей активностью. В случае необходимости закваску охлаждают до 3-10°С и направляют на хранение. Продолжительность хранения материнской и производственной закваски на стерилизованном молоке до 72 ч, на пастеризованном - 24 ч.

В процессе приготовления продукта производственную закваску на стерилизованном молоке вносят в молоко или сливки в количестве 1-3 %, а закваску на пастеризованном молоке — 3-5 %.