Изучение особенностей влияния эритритола на бактерии семейств Lactobacillaceae и Bifidobacteriaceae

УДК 553.78;543.33

ББК 26.35

Д31

Демченко Ю.А., Морин К.О.

ФГБОУ ВО «Адыгейский государственный университет»

Лаборатория нутрициологии, экологии и биотехнологии НИИ комплексных проблем АГУ

Изучение особенностей влияния эритритола на бактерии семейств Lactobacillaceae и Bifidobacteriaceae

Аннотация: В статье представлены результаты исследования влияния разных концентраций эритритола и сахарозы в питательной среде на рост бифидо- и лактобактерий. Рассчитан показатель эффективности питательной среды.  Установлено, что для бактерий семейства Bifidobacteriaceae и Lactobacillaceae на средах, содержащих эритритол происходит прирост количества микроорганизмов.

Ключевые слова: эритритол, сахароза, микроорганизмы, бактерии семейства Bifidobacteriaceae, бактерии семейства Lactobacillaceae.

Demchenko Y.A., Morin X.O.

Adyghe State University

Nutritiology, Ecology and Biotechnology Laboratory of Scientific Research Institute of complex Problems, ASU

Investigation of the characteristic effects of erythritol on bacteria from the families Lactobacillaceae and Bifidobacteriaceae

Abstract: The article presents the results of a study on the influence of different concentrations of erythritol and sucrose in the culture medium on the growth of bifidobacteria and lactobacilli. The efficiency index of the culture medium was calculated. It was found that for bacteria of the families Bifidobacteriaceae and Lactobacillaceae, an increase in the number of microorganisms occurs in media containing erythritol.

Key words: erythritol, sucrose, microorganisms, bacteria of the Bifidobacteriaceae family, bacteria of the Lactobacillaceae family.

Чрезмерное потребление легкоусвояемых простых углеводов может способствовать быстрому увеличению случаев ожирения. Потребление сахарозы и продуктов, содержащих глюкозно-фруктозный сироп, в ежедневном рационе в количествах, превышающих норму может способствовать увеличению риска возникновения ожирения, метаболического синдрома, инсулинорезистентности, сердечно-сосудистых заболеваний и сахарного диабета 2 типа. Эксперты обсуждают возможность снижения доли легкоусвояемых углеводов в рационе до 5%. В связи с этим возрастает интерес к низкокалорийным и безкалорийным подсластителям, рассматриваемому в качестве альтернативы различным видам сахара. В последние годы появились исследования, указывающие на потенциально благоприятное воздействие натуральных сахарозаменителей, среди которых особенно выделяются многоатомные спирты (полиолы), такие как эритритол. Особенно отмечается их роль в улучшении контроля гликемии и массы тела у пациентов с ожирением и сахарным диабетом [1].

Эритритол (Erythritol) представляет собой четырёхатомный спирт, широко применяемый в пищевой промышленности в качестве низкокалорийного заменителя сахара. Он признан безопасным регулятором вкуса и аромата согласно классификации пищевых добавок Европейского Союза (EFSA) и Управлению по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA). Однако последние научные исследования ставят под сомнение абсолютную безвредность эритритола, поскольку, подсластители, будучи пищевыми компонентами, как и любые другие компоненты рациона, способны оказывать влияние на микрофлору кишечника [3]. Исследования касающиеся изучения эффекта воздействия эритрита на микроорганизмы, являются ограниченными, противоречивыми и зависят от условий проведения эксперимента.

Целью нашего исследования явилось установление характера влияния питательных сред с эритритолом на бактерии семейств Lactobacillaceae и Bifidobacteriaceae.

Материалы и методы исследования

Для установления характера влияния питательных сред с эритритолом на бактерии был использован «показатель эффективности питательной среды», который оценивается путем измерения концентрации микробных клеток на 1 мл питательной среды (в млрд/мл) по сравнению с исходным засеянным материалом.

Объектом исследования выступили коммерческие препараты бактериальные сахарозно-желатино-молочные лиофилизаты бифидумбактерин (Bifidobacterium bifidum) и лактобактерин (Lactobacillus plantarum 8P-A3), содержащие в одной дозе не менее 107 КОЕ микроорганизмов.

Плотные агар-агаровые питательные смеси содержали эритритол (ЭР) с концентрациями, соответствующими 0,5, 1,0 и 2,0 разрешенной суточной дозы РСД, либо сахарозу (Сх) с концентрациями аналогичными эритритолу. Согласно Регламенту № 178/2002 Европейского управления по безопасности пищевых продуктов рекомендуемой суточной нормой потребления эритритола считается до 0,75 г на 1 кг массы тела, что соответствует 35 г для взрослого человека среднего телосложения (70 кг) РСД — 35–70 г/сут. Посев производился в соответствии с ГОСТ 26670-91 [2].

Для плотной питательной среды эффективность определяли по методике, заключающейся в следующем: коммерческую взвесь разводили 0,9 %-м раствором хлорида натрия в 5 мл, что соответствует приблизительно 500 млн микробных клеток в 1 мл, и высевали по 1 мл на изучаемую среду, в которой содержатся различные концентрации эритрита и сахарозы. Через 48 ч инкубации при 37 °С культуру смывали с плотной среды 0,9 %-м раствором натрия хлорида, переносили в мерную колбу на 50 мл и доводили объем до метки. Измерение оптической плотности суспензии клеток осуществляли с помощью спектрофотометра UNICO 2100 (Юнико) в кювете с длиной оптического пути 10 мм при длине волны света 600 нм. Учитывая разведение, определяли выход микробных клеток (млрд) с 1 мл среды. Прирост числа микроорганизмов в накопительной среде в процессе инкубации посевов в течение соответствующего времени (t) определяют по формуле [5]:

Э - показатель эффективности (прирост);

nt - среднее число колоний на чашках после инкубации культуры в накопительной среде;

n0 - среднее число колоний при «нулевом посеве»;

К - степень разведения.

Статистическую обработку полученных результатов проводили в Exel 2016.

Результаты

Сравнительный анализ влияния эритритола и сахарозы на рост бактерий семейств Bifidobacteriaceae и Lactobacillaceae показал следующие результаты (табл.1).

Таблица 1. Показатель эффективности питательных сред для Bifidobacteriaceae и Lactobacillaceae при разных концентрациях эритритола и сахарозы.

*достоверность различий с контролем при р<0,05

Наибольший прирост бифидобактерий отмечался на среде, содержащей эритритол в концентрации 1,5 г/кг. При этом была выявлена тесная прямопропорциональная корреляционная зависимость r=0,946 между показателем прироста бифидобактерий и концентрацией эритритола. Однако для среды, содержащей аналогичные концентрации сахарозы, эта зависимость носит обратно пропорциональный характер r=-0,923. Для лактобактерий показатель прироста на питательной среде оказался значительно ниже для обоих типов питательных сред. Наибольший прирост микробной массы отмечался при 0,75г/кг сахарозы, но при этом корреляционная зависимость характеризовалась как слабая положительная r=0,71.

Далее оценивали зависимость абсолютных значений числа прироста микробной массы (млн. микробных клеток) бифидобактерий на разных питательных средах (рис.1).

Рисунок 1. Абсолютные значения прироста микробной массы от концентрации эритритола и сахарозы в питательной среде а) бифидобактерии, б) лактобактерии

Как видно из диаграммы б, наибольшая степень близости линии регрессии к линии тренда отмечается для лактобактерий на среде из эритрита, что подтверждает значение коэффициента детерминации R2= 0,925, в то время как на среде, содержащей сахарозу линия имеет низкий коэффициент детерминации R2= 0,682, что связано с резким скачкообразным изменением количества микроорганизмов при увеличении концентрации сахарозы в среде. В то же время, аналогичная оценка графиков прироста абсолютной численности бифидобактерий на средах из эритритола и сахарозы имеет схожий между собой характер с низким коэффициентом детерминации равным R2= 0,71 и R2= 0,775 соответственно и свидетельствует о высокой изменчивости численности микроорганизмов в группе.

Полученные нами данные согласуются результатами ряда исследований, согласно которым увеличение концентрации сахарозы в среде обитания отрицательно сказывается на числе и активности представителей нормальной микрофлоры кишечника - лакто- и бифидобактерий [6]. Избыточные концентрации полиолов дают разную реакцию у исследуемых микроорганизмов, что заключается в фундаментальных физиологических, биохимических и генетических отличиях между этими двумя группами бактерий [4]. Поскольку лактобактерии по своей природе ацидофилы, они имеют высокую толерантность к низкому рН, а также среднюю чувствительность к осмотическому стрессу, что в конечном итоге приводит на первых этапах к активному росту числа микроорганизмов –˃резкому закислению среды–˃остановке роста из-за самоподавления, что подтверждается данными полученными в ходе нашего эксперимента (рис 1, б).

Таким образом, установлено, что для бактерий семейства Bifidobacteriaceae и Lactobacillaceae на средах, содержащих эритритол происходит прирост количества микроорганизмов в сравнении с контролем, что может быть связано с низким уровнем кислотного стресса, за счет слабой ферментации эритритола в сравнении с сахарозой. 

Литература

1. Эритрит – перспективный подсластитель в технологии изделий из растительного сырья / С. В. Борисова, Д. Р. Исмагилова, М. А. Молчанова, О. А. Решетник // Пищевые технологии и биотехнологии : материалы ХVII Всерос. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов с междунар. участием, г. Казань, 20–23 апреля 2021 г. / под ред. А. С. Сироткина ; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. Казань : КНИТУ, 2021. С. 63.
2. ГОСТ 26670-91 Продукты пищевые. Методы культивирования микроорганизмов. URL: https://internet-law.ru/gosts/gost/10247/ (дата обращения: 16.06.2025).
3. Канарская З. А., Демина Н. В. Тенденции в производстве сахарозаменителей // Вестник Казанского технологического университета. 2012. № 9. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tendentsii-v-proizvodstve-saharozameniteley (дата обращения: 11.04.2025).
4. Влияние сахарозаменителей на углеводный обмен, метаболические показатели и кишечную микробиоту / Н. В. Силина, Н. В. Мазурина, Е. В. Ершова, К. A. Комшилова // Ожирение и метаболизм. 2024. № 21 (1). С. 58–67. URL: https://doi.org/10.14341/omet13020 (дата обращения: 18.05.2025).
5. МУК 4.2.2316-08. Методы контроля бактериологических питательных сред. Москва : Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2008. URL:  https://www.rospotrebnadzor.ru/documents/details.php?ELEMENT_ID=5003&ysclid=mgou7xbrwt78987092 (дата обращения: 17.07.2025).
6. Impact of Dietary Sugars on Gut Microbiota and Metabolic Health / K. Garcia, G. Ferreira, F. Reis, S. Viana // Diabetology. 2022. No. 3 (4). Р. 549–560. URL: https://doi.org/10.3390/diabetology3040042/

________________________________________________________________________

Демченко Юлия Александровна, к.т.н, доцент кафедры химии факультета естествознания Адыгейского государственного университета, эксперт-биохимик лаборатории нутрициологии, экологии и биотехнологии НИИ комплексных проблем АГУ, тел.89284679097, e-mail: jesi-001@mail.ru

Морин Ксани Олеговна– студент 4 курса направленность «Химии-биология» факультета естествознания Адыгейского государственного университета, e-mail: xanimorin@gmail.com