Влияние температуры замораживания на выживаемость культур лактококков при лиофилизации

Важной составляющей в деятельности коллекции заквасочных микроорганизмов является сохранение фонда производственно-ценных культур. Широко распространённым методом длительного хранения коллекционных культур является лиофилизация. Критическим параметром процесса лиофилизации является температура предварительного замораживания. В данной статье представлены результаты исследований выживаемости культур лактококков в процессе лиофилизации с предварительным замораживанием при температурах: минус 20 °C, минус 30 °C и минус 55 °C. Средой культивирования и лиофилизации являлось 10%-ное восстановленное обезжиренное молоко. Выявлена различная реакция микроорганизмов видов Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactococcus cremoris и Lactococcus lactis subsp. lactis biovar. diacetylactis на замораживание и лиофильную сушку при испытанных режимах. Наиболее высокая выживаемость лактококков наблюдалась при температуре замораживания минус 20 °C. Самыми устойчивыми были культуры Lactococcus lactis subsp. lactis biovar. diacetylactis — выживаемость после сушки с замораживанием при температуре минус 20 °C составила 42,6-57,9%. Самая низкая выживаемость характерна для Lactococcus cremoris при всех режимах замораживания (от 3,1 до 15,7%). Лиофилизация коллекционных культур лактококков позволяет обеспечить высокую выживаемость клеток.

1. Gherna, R. L. (2010). Culture preservation. Chapter in a book: Encyclopedia of Industrial Biotechnology: Bioprocess, Bioseparation, and Cell Technology. John Wiley and Sons: Hoboken, NJ, USA. 2010. https://doi.org/10.1002/9780470054581.eib249

2. Похиленко, В. Д., Баранов, А. М., Детушев, К. В. (2009). Методы длительного хранения коллекционных культур микроорганизмов и тенденции развития. Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки, 4(12), 99-121.

3. Утепешева, А. А., Сопрунова, О. Б. (2019). Влияние условий хранения на выживаемость коллекционных бактериальных штаммов. Естественные и технические науки, 10 (136), 95-98.

4. Кучеренко, И.В., Масежная, Е.С., Дуганова, А.Ю. (2023). Сохранение жизнеспособности и свойств коллекционных культур молочнокислых бактерий при длительном хранении. Сыроделие и маслоделие, 4, 92-97. https://doi.org/10.21603/2073-4018-2023-4-13

5. Кириленко, М. А., Кузнецов, О. Ю., Дмитриева, Ж. М. (2019). Влияние криоконсервации на выживаемость комплекса аутоштаммов лактобактерий при хранении и процессах биотехнологического масштабирования. Вестник биотехнологии и физико-химической биологии им. Ю. А. Овчинникова, 15(2), 5-11.

6. Santivarangkna, C., Kulozik, U., Foerst, P. (2008). (Inactivation mechanisms of lactic acid starter cultures preserved by drying processes. Journal of Applied Microbiology, 105, 1-13. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2008.03744.x

7. Малик, Н.И., Гулейчик, И. А., Малик, Е. В., Чупахина, Н.А., Русанов, И.А., Самохвалова, Н.С. и др. (2021). Оценка жизнеспособности культур молочнокислых микроорганизмов при их замораживании и низкотемпературном хранении. Аграрная наука, 6, 6-11. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2021-350-6-6-11

8. Rockinger, U., Funk, M., Winter, G. (2021). Current approaches of preservation of cells during (freeze-) drying. Journal of Pharmaceutical Sciences, 110(8), 2873-2893. https://doi.org/10.1016/j.xphs.2021.04.018

9. Пучков, О. Е. (2017). Биогенное управление образованием льда. Природа, 2 (1218), 27-37.

10. Wang, G.-Q., Pu, J., Yu, X.-Q., Xia, Y.-J., Ai, L.-Z. (2020). (Influence of freezing temperature before freeze-drying on the viability of various Lactobacillus plantarum strains. Journal Dairy Sciences, 103(4), 3066-3075. https://doi.org/10.3168/jds.2019-17685

11. Tsutsaeva, A. A., Anan'ina, A. E., Balyberdina, L. M., Stepanyuk, L. V., Pavlenko, N. V. (2008). Long-term storage of industrial microbial strains. Microbiology, 77(5), 621-624. https://doi.org/10.1134/S0026261708050172

12. Степанова, А. П., Ловцова, Л. Б., Григорьева, Ж. А. (2022). К вопросу о возможности длительного хранения молочнокислых штаммов без утраты их основных свойств. Вестник Всероссийского научно-исследовательского института жиров, 1-2, 52-55. https://doi.org/10.25812/VNIIG.2022.70.27.003

13. Абзалов, А. А., Асеева, М. А., Атабаев, М. М., Белов, П. С., Беляева, С. В., Бердзенишвили, И. Г. и др. (2018). Результаты исследований естественных и точных наук: междисциплинарный подход и сверхаддитивный эффект. Самара: ООО НИЦ «Поволжская научная корпорация», 2018.

14. Грачева, И. В., Осин, А. В. (2016). Механизмы повреждений бактерий при лиофилизации и протективное действие защитных сред. Проблемы особо опасных инфекций, 3, 5-12.

15. Wang, J., Chen, L. (2021). Impact of a novel nano-protectant on the viability of probiotic bacterium Lactobacillus casei K17. Foods, 10(3), Article 529. https://doi.org/10.3390/foods10030529

16. Archacka, M., Bialas, W., Dembczynski, R., Olejnik, A., Sip, A., Szymanowska, D. et al. (2019). Method of preservation and type of protective agent strongly influence probiotic properties of Lactococcus lactis: A complete process of probiotic preparation manufacture and use. Food Chemistry, 274, 733-742. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.09.033

17. Савкина, О. А., Терновской, Г. В., Локачук, М. Н., Павловская, Е. Н., Сафронова, В. И. (2014). Криоконсервация — перспективный метод хранения промышленно ценных штаммов молочнокислых бактерий и дрожжей. Сельскохозяйственная биология, 49(4), 112-119. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2014.4.112rus

18. Гудков А. В. (2004). Сыроделие: технологически, биологические и физико-химические аспекты. М.: ДеЛи принт, 2004

19. Li, L., Mendis, N., Trigui, H., Oliver, J.D., Faucher, S.P. (2014) The importance of the viable but non-culturable state in human bacterial pathogens. Frontiers in Microbiology, 5, Article 258. https://doi.org/10.3389/fmicb.2014.00258

20. Пахомов, Ю.Д., Блинкова, Л.П. (2019). Биоопасность жизнеспособных некультивируемых микроорганизмов. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии, 96(3), 83-91. https://doi.org/10.36233/0372-9311-2019-3-83-91

21. Blinkova, L., Martirosyan, D.M., Pakhomov, Y., Dmitrieva, O., Vaugman, R., Altshuler, M. (2014). Nonculturableforms of bacteria in lyophilized probiotic preparations. Functional Foods in Health and Disease, 4(2), 66-76. https://doi.org/10.31989/ffhd.v4i2.29

22. Ganesan, M., Stuart, M. R., Weimer, B. C. (2007). Carbohydrate starvation causes a metabolically active but nonculturable state in Lactococcus lactis. /pplied and Environmental Microbiology, 73(8), 2498-2512. https://doi.org/10.1128/AEM.01832-06