Аннотация

Старейшей биотехнологической практикой можно считать ферментацию пищевого сырья с участием молочнокислых бактерий. Развитие молочной промышленности требует решения задач в области разработок заквасочных культур для получения продукции с определенными характеристиками и стабильными показателями качества. Целью обзора являлась систематизация литературных сведений по современным биотехнологическим решениям в области формирования баз данных и прогнозирования свойств молочнокислых микроорганизмов, выделения и подбора культур с производственно-ценными свойствами.
Обзорное исследование включало критерии отбора, методы поиска литературных источников, критерии включения и исключения материалов, обобщение полученных материалов и их представление. Источники для обзора подбирались по базам данных Scopus, Google Scholar, eLIBRARY.RU. Временные рамки анализируемых источников – с 1999 по 2024 гг.
При подборе литературы использовались поисковые запросы по ключевым словам на русском и английском языках. Ценность штаммов определяется способностью сохранять биохимическую активность, высокой скоростью ферментации, устойчивостью к солям и кислотам, способностью синтезировать широкий спектр биологически активных соединений. На основе новых штаммов молочнокислых бактерий во всем мире идет создание активных производственно-ценных консорциумов для молочной промышленности и разработки продуктов с пробиотическими свойствами. Современные принципы оценки биосовместимости при создании поликомпонентных микробных консорциумов включают подтверждение видовой подлинности отобранных производственных штаммов, их синергизма внутри ассоциации, безопасности взаимодействия с индигенной микрофлорой человека, сохранности при добавлении пребиотиков, микроэлементов, витаминов и антиоксидантов. Развиваются генно-инженерные методы, основанные на направленной модификации путей метаболизма организма-продуцента. Их высокая эффективность, по сравнению с традиционными способами, приводит к снижению стоимости продукта.
В целях обеспечения продовольственной безопасности и технологического суверенитета, а также поддержания здорового генофонда нации, необходимо развивать российское производство заквасочных культур для молочной промышленности, включая пробиотические, обеспечивающих стабильное качество и заданные характеристики продукции.

Ключевые слова

Молочная промышленность, биотехнологические решения, ферментация, молочнокислые микроорганизмы, закваска, пробиотические культуры, производственно-ценные свойства

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Зобкова З. С. Продовольственная безопасность России: один из главных путей - самообеспеченность цельно-молочными продуктами. Молочная промышленность. 2012. № 5. С. 40-44. https://elibrary.ru/OWUJUT
2. Жабанос Н., Фурик Н., Бирюк Е., Савельева Т. Прикладная биотехнология: от фундаментальных исследований к промышленным технологиям. Наука и инновации. 2024. № 10. С. 12-18. https://elibrary.ru/UUYECR
3. Коровацкая Е. М., Фурик Н. Н., Жабанос Н. К., Василенко С. Л. Исследование влияния культур-антагонистов на технически-вредные микроорганизмы в процессе сквашивания и последующего хранения сливок. Актуальные вопросы переработки мясного и молочного сырья. 2021. № 16. 46-54.
4. Юрова Е. А. Контроль качества и безопасности продуктов функциональной направленности на молочной основе. Молочная промышленность. 2020. № 6. С. 12-15. https://doi.org/10.31515/1019-8946-2020-06-12-15
5. Nikitina E, Petrova T, Vafina A, Ezhkova A, Yahia MN, et al. Textural and functional properties of skimmed and whole milk fermented by novel Lactiplantibacillus plantarum AG10 strain isolated from silage. Fermentation. 2022;8(6):290. https://doi.org/10.3390/fermentation8060290
6. Стоянова Л. Г., Дбар С. Д., Полянская И. С. Метабиотические свойства штаммов Lactobacillus acidophilus, входящих в комплексные закваски для производства пробиотических молочных продуктов. Биотехнология. 2022. Т. 38. № 1. С. 3-12. https://doi.org/10.56304/ S0234275822010070
7. Rajoka MSR, Wu Y, Mehwish HM, Bansal M, Zhao L. Lactobacillus exopolysaccharides: New perspectives on engineering strategies, physiochemical functions, and immunomodulatory effects on host health. Trends in Food Science & Technology. 2020;103:36-48. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2020.06.003
8. Sakoui S, Derdak R, Addoum B, et al. The first study of probiotic properties and biological activities of lactic acid bacteria isolated from Bat guano from Er-rachidia, Morocco. LWT. 2022;159:113224. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2022.113224
9. Зобкова З. С. Зависимость относительной биологической ценности кисломолочных напитков от вида заквасочных микроорганизмов. Молочная промышленность. 2020. № 8. С. 36-37. https://elibrary.ru/XZVCXA
10. Tang H, Huang W, Yao YF. The metabolites of lactic acid bacteria: Classification, biosynthesis and modulation of gut microbiota. Microbial Cell. 2023;10(3):49-62. https://doi.org/10.15698/mic2023.03.792
11. Lee SJ, Jeon HS, Yoo JY, Kim JH. Some important metabolites produced by lactic acid bacteria originated from kimchi. Foods. 2021;10(9):2148. https://doi.org/10.3390/foods10092148
12. Anumudu CK, Miri T, Onyeaka H. Multifunctional applications of lactic acid bacteria: Enhancing safety, quality, and nutritional value in foods and fermented beverages. Foods. 2024;13(23):3714. https://doi.org/10.3390/foods13233714
13. Servin AL. Antagonistic activities of lactobacilli and bifidobacteria against microbial pathogens. FEMS microbiology reviews. 2004;28(4):405-440. https://doi.org/10.1016/j.femsre.2004.01.003
14. Benkerroum N, Oubel H, Mimoun BL. Behavior of Listeria monocytogenes and Staphylococcus aureus in yogurt fermented with a bacteriocin-producing thermophilic starter. Journal of Food Protection. 2002;65(5):799-805. https://doi.org/ 10.4315/0362-028X-65.5.799
15. Сидоренко О. Д., Жукова Е. В., Пастух О. Н. Особенности взаимодействия микроорганизмов в ферментированном молоке. Все о мясе. 2020. № 5S. С. 329-332. https://doi.org/10.21323/2071-2499-2020-5S-329-332
16. Зобкова З. С., Зенина Д. В., Фурсова Т. П., Гаврилина А. Д., Шелагинова И. Р. Разработка технологий молочных продуктов здорового питания: современные методологии. Молочная промышленность. 2015. № 8. С. 38-39. https://elibrary.ru/UBRQLT
17. Сидоренко О. Д., Жукова Е. В., Пастух О. Н. Биологическая активность лактобактерий природных заквасок. Успехи современной науки. 2017. Т. 2. № 10. С. 34-37.
18. Сидоренко О. Д., Жукова Е. В., Пастух О. Н. Лактобактерии природных заквасок молока. Международная научная конференция, посвященной 130-летию Н. И. Вавилова. М., 2018. С. 122-124. https://elibrary.ru/XMCQYP
19. Ботина С. Г. Генетическое многообразие штаммов молочнокислых термофильных бактерий на территории стран СНГ. Биотехнология. 2004. № 2. С. 3-12.
20. Yu J, Sun Z, Liu W, Xi X, Song Y, et al. Multilocus sequence typing of Streptococcus thermophilus from naturally fermented dairy foods in China and Mongolia. BMC Microbiology. 2015;15:1-13. https://doi.org/10.1186/s12866-015-0551-0
21. Шукшина М. А., Бирюк Е. Н., Радиончик М. О. Сиквенс-типирование Lactobacillus helveticus и Lactobacillus acidophillus на основании 3 генов домашнего хозяйства. Биотехнология. 2023. № 17. С. 107-114.
22. Просеков А. Ю., Остроумов Л. А. Инновационный менеджмент биотехнологий заквасочных культур. Техника и технология пищевых производств. 2016. Т. 43. № 4. С. 64-69.
23. Щетко В. А., Фещенко В. Ю. Выделение молочнокислых бактерий, перспективных для пищевой промышленности, с целью последующей их идентификации. Вестник Полесского государственного университета. Серия природоведческих наук. 2015. № 2. С. 42-48.
24. Gaspar P, Carvalho AL, Vinga S, et al. From physiology to systems metabolic engineering for the production of biochemicals by lactic acid bacteria. Biotechnology Advances. 2013;31(6):764-788. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2013.03.011
25. Icer MA, Ozbay S, Agagunduz D, Kelle B, Bartkiene E, et al. The impacts of acidophilic lactic acid bacteria on food and human health: A review of the current knowledge. Foods. 2023;12(15):2965. https://doi.org/10.3390/foods12152965
26. Семенихина В. Ф., Рожкова И. В., Раскошная Т. А. и др. Разработка заквасок для кисломолочных продуктов. Молочная промышленность. 2013. № 11. С. 30-31. https://elibrary.ru/RHIUYX
27. Блинкова Л. П. Бактериоцины: критерии, классификация, свойства, методы выявления. Журнал микробиология, эпидемиологии и иммунологии. 2003. № 3. С. 109-113.
28. Бояринева И. В. Научные и практические концепции создания поликомпонентных синбиотических продуктов. Евразийский Союз Ученых. 2019. № 9-1. С. 37-40. https://doi.org/10.31618/ESU.2413-9335.2019.1.66.295
29. Ruiz L, Sanchez B, de los Reyes-Gavilan CG, Gueimonde M, Margolles A. Coculture of Bifidobacterium longum and Bifidobacterium breve alters their protein expression profiles and enzymatic activities. International Journal of Food Microbiology. 2009;133(1-2):148-153. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2009.05.014
30. Tamime AY. Fermented milks. In: Tamime AY, editors. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2008. 288 p.
31. Двоежёнова Е.А. Биохимическая активность культур молочнокислых бактерий, перспективных для использования при изготовлении сыров с пониженным содержанием жира. Актуальные вопросы переработки мясного и молочного сырья. 2022. № 17. С. 129-139.
32. Baugher JL, Klaenhammer TR. Invited review: Application of omics tools to understanding probiotic functionality. Journal of Dairy Science. 2011;94(10):4753-4765. https://doi.org/10.3168/jds.2011-4384
33. Бондаренко В. М., Рыбальченко О. В. Анализ профилактического и лечебного действия пробиотических препаратов с позиций новых научных технологий. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2015. № 2. С. 90-104.
34. Braat H, Rottiers P, Hommes DW, Huyghebaert N, Remaut E, et al. A phase I trial with transgenic bacteria expressing interleukin-10 in Crohn’s disease. Clinical Gastroenterology and Hepatology. 2006;4(6):754-759. https://doi.org/10.1016/j.cgh.2006.03.028
35. Liu S, Leathers TD, Copeland A, Chertkov O, Goodwin L, et al. Complete genome sequence of Lactobacillus buchneri NRRL B-30929, a novel strain from a commercial ethanol plant. Journal of Bacteriology. 2011;193(5):4019-4020. https://doi.org/10.1128/jb.05180-11
36. Ye L, Zhao H, Li Z, Wu JC. Improved acid tolerance of Lactobacillus pentosus by error-prone whole genome amplification. Bioresource Technology. 2013;135:459-463. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.10.042
37. Nadal I, Rico J, Perez-Martmez G, Yebra MJ, Monedero V. Diacetyl and acetoin production from whey permeate using engineered Lactobacillus casei. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology. 2009;36(9):1233-1237. https://doi.org/10.1007/s10295-009-0617-9
38. LeBlanc JG, Milani C, Savoy de Giori G, Sesma F, et al. Bacteria as vitamin suppliers to their host: A gut microbiota perspective. Current Opinion in Biotechnology. 2013;24(2):160-168. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2012.08.005
39. Serrazanetti DI, Guerzoni ME, Corsetti A, Vogel R, et al. Metabolic impact and potential exploitation of the stress reactions in lactobacilli. Food Microbiology. 2009;26(7):700-711. https://doi.org/10.1016/j.fm.2009.07.007
40. Zhang J, Wu C, Du G, Chen J. Enhanced acid tolerance in Lactobacillus casei by adaptive evolution and compared stress response during acid stress. Biotechnology and Bioprocess Engineering. 2012;17:283-289. https://doi.org/10.1007/ s12257-011-0346-6
41. Романович Н. С., Бирюк Е. Н., Савельева Т. А., Жабанос Н. К., Фурик Н. Н. Характеристика ферментации углеводов и их производных лактобациллами, выделенными из организма пчел и пчелопродуктов. Актуальные вопросы переработки мясного и молочного сырья. 2024. № 17. С. 115-121.
42. Mistry J, Chuguransky S, Williams L, Qureshi M, Salazar GA, et al. Pfam: The protein families database in 2021. Nucleic Acids Research. 2021;49(D1):D412-D419. https://doi.org/10.1093/nar/gkaa913
43. Haft DH, Selengut JD, Richter RA, Harkins D, Basu MK, et al. TIGRFAMs and genome properties in 2013. Nucleic Acids Research. 2013;41(D1):D387-D395. https://doi.org/10.1093/nar/gks1234
44. Almagro Armenteros JJ, Tsirigos KD, S0nderby CK, Petersen TN, et al. SignalP 5.0 improves signal peptide predictions using deep neural networks. Nature Biotechnology. 2019;37(4):420-423. https://doi.org/10.1038/s41587-019-0036-z
45. Cantarel BL, Coutinho PM, Rancurel C, Bernard T, et al. The carbohydrate-active EnZymes database (CAZy): An expert resource for glycogenomics. Nucleic Acids Research. 2009;37(suppl_1):D233-D238. https://doi.org/10.1093/nar/gkn663
46. Yin Y, Mao X, Yang J, Chen X, Mao F, et al. dbCAN: A web resource for automated carbohydrate-active enzyme annotation. Nucleic Acids Research. 2012;40(W1):W445-W451. https://doi.org/10.1093/nar/gks479
47. Ogata H, Goto S, Sato K, Fujibuchi W, Bono H, et al. KEGG: Kyoto encyclopedia of genes and genomes. Nucleic Acids Research. 1999;27(1):29-34. https://doi.org/10.1093/nar/27.1.29
48. Kanehisa M, Furumichi M, Tanabe M, Sato Y, Morishima K, et al. KEGG: New perspectives on genomes, pathways, diseases and drugs. Nucleic Acids Research. 2017;45(D1):D353-D361. https://doi.org/10.1093/nar/gkw1092
49. Mendoza RM, Kim SH, Vasquez R, Hwang IC, Park YS, et al. Bioinformatics and its role in the study of the evo¬lution and probiotic potential of lactic acid bacteria. Food Science and Biotechnology. 2023;32(4):389-412. https://doi.org/10.1007/s10068-022-01142-8
50. Чаевская Т. В., Белясова Н. А., Богданова Л. Л., Дудко Н. В., Сафроненко Л. В. Конструирование заквасочных штаммов лактококков с улучшенными свойствами. Пищевая промышленность: наука и технология. 2009. № 1. С. 24-29.
51. Белясова Н. А., Чаевская Т. В., Караева О. А., Гриц Н. В. Разработка метода слияния протопластов и селекция гибридных бактерий у лактококков. Вестник НАН Беларуси. Серия биологических наук. 2002. № 2. С. 84-87.
52. Рожкова И. В., Раскошная Т. А., Ботина С. Г., Бегунова А. В. Новый пробиотический штамм Lactobacillus reuteri. Молочная промышленность. 2015. № 12. С. 38-39. https://elibrary.ru/SVPPUZ
53. Рожкова И. В., Бегунова А. В. Пробиотические микроорганизмы как фактор повышения здоровья. Молочная промышленность. 2020. № 7. С. 38-39. https://elibrary.ru/CSIWXK
54. Донская Г. А. Антиоксидантные свойства молока и молочных продуктов: обзор. Пищевая промышленность. 2020. № 12. С. 86-91. https://elibrary.ru/XNCFER
55. Кручинин А. Г., Агаркова Е. Ю. Биологически активные пептиды молока: обзор. Пищевая промышленность. 2020. № 12. С. 92-96. https://elibrary.ru/PIIQSA
56. Araya M, Morelli L, Reid G, Sanders M, Stanton C, et al. Guidelines for the evaluation of probiotics in food. World Health Organization, Food and Agriculture Organization of the United Nations. 2002:35-45.
57. Zhang W, Lai S, Zhou Z, Yang J, Liu H, et al. Screening and evaluation of lactic acid bacteria with probiotic potential from local Holstein raw milk. Frontiers in Microbiology. 2022;13. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.918774
58. Coeuret V, Gueguen M, Vernoux JP. In vitro screening of potential probiotic activities of selected lactobacilli isolated from unpasteurized milk products for incorporation into soft cheese. Journal of Dairy Research. 2004;71(4):451-460. https://doi.org/10.1017/S0022029904000469
59. Fontana C, Cocconcelli PS, Vignolo G, Saavedra L. Occurrence of antilisterial structural bacteriocins genes in meat borne lactic acid bacteria. Food Control. 2015;47:53-59. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2014.06.021
60. Семенихина В. Ф., Рожкова И. В., Бегунова А. В., Ширшова Т. И., Поспелова В. В. Биотехнология кисломолочных продуктов и препаратов с пробиотическими свойствами. Молочная промышленность. 2016. № 7. С. 57-58. https://elibrary.ru/WAYUZN