XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке. Летняя площадка 2022
Живые, кисломолочные бактерии в биойогуртах
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Здоровый образ жизни играет важную роль в жизни человека. Врачи, тренеры и диетологи советуют употреблять продукты с содержанием бифидо и лактобактерий для улучшения пищеварения.
Мы каждый день едим биойогурт, приготовленный у нас дома. Мне стало интересно выяснить, есть ли живые бактерии в составе домашнего биойогурта и биойогуртов, купленных в магазине? Есть ли смысл готовить дома биойогурт, кроме, разумеется, того, что в нем гарантированно отсутствуют консерванты, сахар, загустители и прочие добавки. На все эти вопросы, я постараюсь ответить в своем исследовании.
Цель исследования: выяснить, есть ли живые бактерии в составе домашнего биойогурта и биойогуртов приготовленных на производстве.
Задачи исследования:
Изучить литературу и интернет источники
Разработать анкету и провести опрос среди одноклассников
Провести эксперимент в домашних условиях
Проанализировать полученные результаты и сделать выводы
Гипотеза исследования: предположим, что в домашнем биойогурте, биойогурте Активиа и «Ацидофильный» есть живые бактерии, из которых возможно вырастить бактериальные колонии.
Актуальность исследования: я думаю, что для моих ровесников будет интересно узнать, есть ли живые микроорганизмы в известных и любимых многими биойогуртах. В чем польза бифидо и лактобактерий заявленных в составе этих продуктов. Могу ли я с уверенностью рекомендовать моим ровесникам готовить биойогурт в домашних условиях или это лишь пустая трата времени?
Объект исследования: биойогурт
Предмет исследования: живые бактерии
Методы исследования: опрос, анализ, фотографирование, эксперимент, описание, сравнение, обобщение.
1. Теоретическая часть
1.1. Что такое бактерии
Бактерии – это микроорганизмы, состоящие всего из одной клетки. Характерная особенность бактерий – отсутствие четко выраженного ядра. Именно поэтому их называют «прокариоты», что означает – безъядерные. Бактерии имеют очень маленькие размеры, и увидеть их можно только в микроскоп. Форма бактерий довольно разнообразна. Наиболее распространенные формы – в виде палочек, шариков и спиралек.
Жизнь бактерий сводится к основополагающим процессам: питание, размножение, передвижение в поисках пищи, переживание неблагоприятных условий. Как и все одноклеточные, иных целей существования они не имеют.
Для бактерий характерно два вида питания. Одна часть бактерий – это автотрофы, а другая – гетеротрофы. Автотрофы сами создают питательные вещества путем химических реакций, а гетеротрофы питаются органическими веществами, которые создали другие организмы.
А что же такое колонии бактерий? Это потомство одной клетки, видимые невооружённым глазом скопления клеток или мицелия, образуемые в процессе роста и размножения микроорганизмов на (или в) плотном питательном субстрате.
Для чего используют колонии? Обычно они используются для получения чистых культур. Чистая культура – это популяция микроорганизмов одного вида, выращенная с использованием благоприятной среды. Много видов микроорганизмов различают по какому-то специфическому признаку. Их объединяют по разным критериям на биовары (то есть биологические варианты): хемовары – это варианты, которые различаются по биохимическим особенностям, серовары – их отличают по генетическому признаку, фаговары отличаются по чувствительности к фагам.
Бактерии играют важнейшую роль в круговороте веществ в природе – они превращают органические остатки в неорганические вещества. Если бы не было бактерий, то вся земля покрылась бы поваленными деревьями, опавшими листьями и погибшими животными. Микробиология также использует понятие «штамм» для обозначения культуры микроорганизмов одного вида или же биовара, выделенного из такого же источника, но за различное время.
В жизни человека бактерии играют двоякую роль. Одни бактерии приносят большую пользу, а другие наносят существенный вред. Многие бактерии являются болезнетворными и вызывают различные заболевания, например такие, как дифтерия, тиф, чума, туберкулез, холера и другие. Однако есть бактерии, приносящие пользу людям. Так в пищеварительной системе человека живут бактерии, которые способствуют нормальному пищеварению (Пищеварительная система человека (лат. systema digestorium) осуществляет переваривание пищи путём её физической и химической обработки, всасывание продуктов расщепления через слизистую оболочку в кровь и лимфу).
А молочнокислые бактерии издавна используются людьми для производства молочнокислых продуктов – сыров, йогурта, кефира и т.д. При квашении овощей и производстве уксуса бактерии также играют важную роль.
1.2. Что такое бифидобактерии и лактобактерии
Бифидобактерии и лактобактерии являются многочисленными представителями флоры пищеварительной системы и служат целям обеспечения ее эффективного функционирования. Основной их задачей выступает противодействие болезнетворным микроорганизмам.
Лактобактерии являются микроскопическими по размерам, но достаточно влиятельными жителями человеческого организма, а бифидобактерии – это слегка изогнутые грамположительные палочки, присутствующие в большом количестве в кишечнике малышей, которых кормят грудным молоком. У взрослых людей процент, который составляют бифидобактерии в кишечной микрофлоре, заметно снижается, изменяется их вид. На смену этим микроорганизмам приходят лактобактерии. Бифидобактерии активизируют всасывание питательных веществ в пределах ЖКТ. Это происходит за счет обеспечения ферментативного переваривания употребляемой человеком пищи.
Благодаря лактобактериям и бифидобактериям микрофлора кишечника постоянно очищается. В чем же различие между ними:
– лактобактерии способны разлагать остатки растений, превращая их в углеводы и молочную кислоту. Главным их отличием является широкое распространение по всей микрофлоре пищеварительной системы. Также они главенствуют во внутренней среде влагалища у женщин и вырабатывают микроэлементы, участвующие в обменных процессах;
– бифидобактерии населяют только толстую кишку, активно подавляют развитие болезнетворных микробов и расщепляют углеводы. Также отличительной чертой этих микроорганизмов является предотвращение развития аллергии и угнетение вредоносного влияния канцерогенов (вредных факторов окружающей среды).
Совместными усилиями бифидобактерии и лактобактерии надежно защищают человека от огромного количества негативных воздействий. Повышение количества лактобактерий и бифидобактерий в пищеварительной системе происходит за счет употребления в пищу продуктов с их высоким содержанием. Таковыми являются известные кисломолочные изделия: кефир и йогурт. Они предотвращают газообразование, диарею и поддерживают микрофлору кишечника в здоровом состоянии.
2. Практическая часть
2.1. Эксперимент
Изучая литературу и интернет источники по теме своего исследования, я выяснил, что бифидобактерии и лактобактерии надежно защищают человека от огромного количества негативных воздействий. Повышение количества лактобактерий и бифидобактерий в пищеварительной системе происходит за счет употребления в пищу продуктов с их высоким содержанием. На основании этих знаний, я предположил, что используя готовую закваску, возможно изготовить биойогурт насыщенный живыми бифи и лактобактериями, а с помощью микроскопа их возможно увидеть.
Для проверки своей гипотезы, я приготовил биойогурт. Для работы понадобились:
аппарат для приготовления биойогурта в домашних условиях;
1 литр молока;
сухая закваска «Биойогурт» для домашнего приготовления.
Вскипятил 1 литр молока, охладили его в течении 30 минут, внес один пакетик закваски, хорошо размешал.
Разлил по баночкам полученную смесь, закрыл баночки крышками и поставил их в аппарат для приготовления биойогурта в домашних условиях.
Включил аппарат для приготовления биойогурта и оставил на 12 часов.
Охладил баночки с биойогуртом в холодильнике.
В магазине приобрел биойогурт «Образец-1» и биойогурт «Образец-2».
Приготовил питательную среду для выращивания колоний бактерий из биойогурта (отличается от йогурта добавлением в закваску пробиотических микроорганизмов: бифидобактерий или ацидофильной палочки или термофильного стрептококка). Для работы понадобились:
|
1. дистиллированная вода 250 мл; 2. колба на 0,5 л., термостойкая; 3. сухая агазированная среда LB; 4. сахар 2,5 г.; 5. штатив; 6. спиртовка; 7. Чашки Петри; 8. перманентный маркер |
Налил 250 мл дистиллированной воды в колбу, добавил пакетик с агаризированной средой LB в воду. Затем растворил 2,5 г сахарозы. Вращательными движениями перемешал все содержимое колбы, агар не должен раствориться.
Закрепил колбу на штатив, зажег спиртовку и довел раствор до кипения. Используя салфетку (так как колба горячая), снял колбу со штатива и осторожно перемешал содержимое. Снова закрепил колбу на штатив. Проделал процесс кипячения и перемешивания несколько раз. Я добивался прозрачности раствора.
Раствор стал гомогенным (однородным) и прозрачным. Поставил его на горизонтальную поверхность и дал остыть. Измерил температуру среды, она примерно 50°.
Взял три стерильные (чтобы не вырастить посторонние бактерии) чашки Петри и подписал их. Я написал дату проведения опыта и название среды LB.
Я оставил три чашки Петри с питательной средой на нашем рабочем столе, на два дня, для подсушивания . Температура в комнате + 24° С.
Я исследовал три наших образца биойогуртов под микроскопом на наличие в них живых бактерий. Взял стакан, налил в него воды, заполнил по высоте на 1/3. Добавил три ложки биойогурта домашнего приготовления, десять капель чернил (окрасил бактерии, чтобы их лучше было видно в микроскоп). Через десять минут образец уже был готов для исследования. Проделал то же самое с биойогуртом «Образец-1», затем с биойогуртом «Образец-2».
Итак, я подготовил три образца биойогурта для исследования. Взял предметное стекло, капнул пипеткой первый образец домашнего биойогурта, равномерно распределил его на предметном стекле, накрыл покровным стеклом, и – под микроскоп. В домашнем биойогурте я увидел живые бактерии, они двигались. Бактерии имели округлую и мицелевидную (удлиненную) форму. Я наблюдал интенсивное движение одиночных бактерий и группами по две-три бактерии. Положил предметное стекло с отработанным материалом в ту же емкость, что и пипетку (емкость с 10% раствором хлорамина для сброса отработанного материала).
Взял второе предметное стекло, капнул пипеткой образец биойогурта «Образец-1», равномерно распределил его по предметному стеклу, накрыл покровным и – на предметный столик, под микроскоп. В биойогурте «Образец-1» я наблюдал живые бактерии, они тоже двигались. Бактерии имели мицелевидную форму. Здесь я наблюдал движение одиночных бактерий. Положил предметное стекло со вторым образцом в емкость с отработанным материалом.
Рассмотрел третий образец. В биойогурте «Образец-2» я наблюдал интенсивное движение живых бактерий. Они имели круглую форму, одиночные и соединены друг с другом по 2-3 штуки. Поместили предметное стекло с третьим образцом в емкость с отработанным материалом.
Вывод: в связи с тем, что для приготовления биойогурта используются различные пробиотические микроорганизмы – бифидобактерии, ацидофильная палочка, термофильный стрептококк – живые бактерии в трех исследуемых образцах различные (имеют разную форму, очертания).
Далее, я сделал посев бактерий из образцов биойогуртов на твердую питательную среду, которую я подготовил ранее, методом штриха. Именно в результате такой техники посева происходит разбавление бактериальной суспензии (биойогурта) вплоть до единичных клеток, каждая из которой в дальнейшем сможет дать колонию. Для работы понадобились:
|
1. пробирки с 1,5 мл заранее подготовленных опытных образцов биойогуртов; 2. Чашки Петри с агаризованной средой LB; 3. стерильные микробиологические петли; 4. перманентный маркер. |
Перманентным маркером подписал чашки Петри: домашний биойогурт, биойогурт «Образец-1», биойогурт «Образец-2» и дату проведения опыта. Извлек из упаковки стерильную бактериальную петлю. Правой рукой опустил петлю в емкость с биойогуртом домашнего приготовления под углом 90° и захватил его каплю. Левой рукой приоткрыл питательную среду с надписью «Домашний биойогурт» и нанес материал с бактериальной петли, слегка растирая в одной точке верхней части (для того, чтобы оставить наибольшую часть материала на среде), затем аккуратно, зигзагообразными движениями провел по поверхности агара, слегка касаясь поверхности агара. Закрыл чашку и положил петлю в емкость с 10% раствором хлорамина для сброса отработанного материала. То же самое проделал для биойогурта «Образец-1» и биойогурта «Образец-2».
Перевернул чашки Петри вверх дном и поставил их в теплое место с температурой +35° +37° на 48 часов (поставил на подоконник, над батареей). По прошествии 48 часов осмотрел чашки Петри с засеянными образцами. Оставил их еще на 72 часа в тех же условиях.
Прошло пять дней с момента, когда опытными образцами были засеяны чашки Петри. Осмотрел засеянные чашки Петри и определил, есть ли индивидуальные колонии в каждой чашке.
Я открыл чашку Петри с надписью «Домашний биойогурт» По всему следу, проведенному стерильной бактериальной петлей, видны колонии бактерий, едва различимые невооруженным глазом. Решил рассмотреть колонии под лупой с увеличением х10.
По следу, проведенному стерильной бактериальной петлей, наблюдаются одиночные колонии перламутрово-белого цвета. Я взял образец, на котором, вместе с вышеописанными колониями, имеются и эти колонии. Они имеют правильную, ровную, круглую форму. Выпуклые. Под увеличением х10 размер их примерно 0,25 мм.
Взял чашку Петри с надписью «Образец-1», открыл и рассмотрел ее содержимое. Вся чашка, в том числе и не по следу, проведенному стерильной бактериальной петлей, усеяна колониями бактерий одного типа. Я взял лупу с увеличением х3 и рассмотрел их. Они имеют розовато-оранжевый окрас. Круглые, правильной формы. Края ровные, поверхность выпуклая. Взял линейку, измерил- диаметр от примерно 0,5 мм до 1,5 мм.
Взял чашку Петри с надписью «Образец-2», открыл и рассмотрел ее содержимое. По следу, проведенному стерильной бактериальной петлей, видны очень маленькие, едва заметные невооруженным глазом, колонии бактерий. Я решил рассмотреть их под лупой с увеличением х10.
И так, по результатам опыта можно сделать следующий вывод: в каждом из выращенных образцов бактерий разных биойогуртов, есть свои индивидуальные колонии бактерий. Потому что в составе биойогуртов используются различные пробиотические микроорганизмы: бифидобактерии (Bifidobacterium), лактобациллы (Lactobacillus), термофильный стрептоккок (Streptococcus thermophiles), пропионовокислые бактерии (Propionibacterium).
П осле проведенного опыта, в заранее приготовленную, большую емкость с 10% раствором хлорамина я поместил три чашки Петри, которые использовал для проведения своего опыта на 30 минут. Затем слил раствор в канализацию. Чашки Петри собрал в пакет, туда же отправил свои перчатки, плотно завязал пакет и выбросил его в мусорный контейнер. Я остановил дальнейший рост бактерий на питательной среде в чашках Петри.
2.2. Анализ анкетирования учащихся 7 «ХБ» класса
Я разработал анкету с помощью, которой провел опрос среди одноклассников. В опросе приняло участие 25 человек [Приложение].
Результаты анкетирования:
1)Вопрос: Сколько раз в неделю вы употребляете биойогурт?
10% учеников употребляют йогурт – несколько раз в день, 46 % – употребляют йогурт один раз в неделю, а 44% – не употребляют.
2)Вопрос: Биоогурт – это (вкусно, полезно, быстрая еда, не знаю)?
59% учеников считают, что йогурт – это вкусно, 27% – полезно, 14 % –быстрая еда.
3) Вопрос: Приобретая йогурт, вы смотрите в первую очередь (на внешнее оформление, на название и фирму, на состав, на длительность хранения, на срок годности)
На внешнее оформление – 1%, на название и фирму – 4%, на состав – 54%, на длительность хранения – 31%, на срок годности – 10%.
4) Вопрос: Готовят ли у вас в семье домашний биойогурт (Да, Нет)?
97 % – ответили: «Нет» и лишь 3% – готовят домашний биойогурт.
Общий вывод:
Проанализировав ответы ребят, я пришел к выводу, что большинство опрошенных (46%) употребляют йогурт один раз в неделю, 10% несколько раз в день, но есть часть ребят (44%), которые ответили, что в их рационе нет такого продукта. Это, на мой взгляд, очень плохо. Большинство ребят (59%), которые любят йогурты и кушают их регулярно, считают, что это вкусно.
Большинство опрошенных (54%) при выборе йогурта в магазине обращают внимание на состав продукта. Считаю, что это правильный подход. Так как наше здоровье во многом зависит от того, что мы едим.
И последний вопрос моей анкеты показал, что только 3% опрошенных изготовляют йогурт в домашних условиях. Считаю, что опрос подтвердил актуальность моего проекта.
Заключение
Занимаясь этим исследованием, я узнал много новой и интересной информации. Выяснил, какую важную роль играют бактерии в круговороте веществ в природе и как они важны для здоровья человека. Узнал в чем разница между бифидо и лактобактериями, как они влияют на наш организм. Проведенный опыт в домашних условиях, позволил мне убедиться в том, что самый полезный биойогурт – это биойогурт, который приготовлен в домашних условиях. В закваске, которую используют у нас дома, содержатся молочнокислые бактерии нескольких видов. В двух образцах, купленных в магазине, содержаться молочнокислые бактерии одного вида, в каждой – свои. Об этом говорит и исследование «живых» микроорганизмов с помощью микроскопа, и выросшие колонии бактерий на питательной среде. Я не взял во внимание то, что написано на упаковках, а опирался лишь на результаты собственных исследований.
В своей следующей проектной работе я планирую их идентифицировать. А пока, я с уверенностью могу рекомендовать своим ровесникам готовить и есть домашний биойогурт. Обе мои гипотезы подтвердились.
Список литературы и интернет источников
Бифидобактерии – целый мир внутри тебя [Электронный ресурс]. – Режим доступа : https://www.kp.ru/best/nsk/bifidobakterii-biovestin-i-bifilin/
Для чего нужны бифидобактерии и лактобактерии [Электронный ресурс]. – Режим доступа : https://worknet-info.ru/read-blog/4887_
Йонг, Эд. Как микробы управляют нами. Тайные властители жизни на Земле / Э.Йонг. – Москва : Издательство АСТ, 2018. – 352 с. – (Научная сенсация).
Колонии микроорганизмов [Электронный ресурс]. – Режим доступа : https://dic.academic.ru/dic.nsf/dic_biology/2478/%D0%9A%D0%9E%D0%9B%D0%9E%D0%9D%D0%98%D0%98
Коссобудзка, М. Человек на бактериях: как получать силу и энергию из своего кишечника / Маргит Коссобудзка : пер.с пол. А.Бурмистрова. – Минск : Попурри,2019. – 240 с.
Полезные и вредные бактерии. Какие бактерии самые опасные для человека [Электронный ресурс]. – Режим доступа : https://polzavsvred.ru/pitanie/poleznye-bakterii.html
Работают бифидобактерии [Электронный ресурс]. – Режим доступа : https://www.nkj.ru/archive/articles/9437/
Словарь микробиологии бифидобактерии [Электронный ресурс].
Режим доступа : https://dic.academic.ru/dic.nsf/dic_microbiology/232
Шинья Хероми. Омоложение на клеточном уровне : Революционная программа здоровья / Перев. с англ. – М.: ООО Книжное издательство «София», 2018. – 224 с.