РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПРОБИОТИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ ИЗ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ, ФЕРМЕНТИРОВАННОЙ ЭКЗОПОЛИСАХАРИДПРОДУЦИРУЮЩИМИ ШТАММАМИ

На правах рукописи
МАРКЕЛОВА Вероника Витальевна
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПРОБИОТИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ ИЗ
МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ, ФЕРМЕНТИРОВАННОЙ
ЭКЗОПОЛИСАХАРИДПРОДУЦИРУЮЩИМИ ШТАММАМИ
L. ACIDOPHILUS
05.18.07 – Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург
2
2013 г.
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном
учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский
национальный исследовательский университет информационных технологий,
механики и оптики»
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор
Красникова Людмила Васильевна
Официальные оппоненты:
Новоселов Александр Геннадьевич
доктор технических наук, профессор
кафедры процессов и аппаратов пищевых производств
ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский национальный
исследовательский университет информационных
технологий, механики и оптики»
Степанова Лариса Ивановна
кандидат технических наук
АНО «Центральный научно-исследовательский
институт современных жировых технологий», директор
Ведущая организация:
ГНУ ВНИИ пищевых ароматизаторов кислот и
красителей Российской академии
сельскохозяйственных наук
(ГНУ ВНИИПАКК Россельхозакадемии)
Защита диссертации состоится «4» декабря 2013 года в 14 часов на заседании
диссертационного совета Д 212.227.09 при Санкт-Петербургском национальном
исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики
по адресу: 191002, г. Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д. 9, тел/факс: (812) 315-30-15
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «СПб НИУ ИТМО
«Институт холода и биотехнологий»
Автореферат разослан «31» октября 2013 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Колодязная Валентина Степановна
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы.
Проблема рационального и полного использования молочной сыворотки
существует во всех странах с развитыми молокоперерабатывающими предприятиями.
В России ежегодно в качестве побочного продукта образуется более 2,2 млн.т. творожной сыворотки; однако промышленной переработке подвергается всего около
30%. Практикуемый на сегодня повсеместный слив ее в канализацию эквивалентен
ежегодной потере 1,3 млн. т. молока. Один из способов экологизации молочной отрасли заключается в комплексном использовании всех компонентов молочной сыворотки.
Практически идея комплексного подхода к переработке молочной сыворотки
реализуется посредством ферментации ее специально подобранными пробиотическими штаммами молочнокислых бактерий (МКБ) Lactobacillus acidophilus.
В последние годы особое внимание уделяется скринингу заквасочных культур
L.acidophilus, способных выделять в окружающую среду экзополисахариды (ЭПС),
которые могут быть использованы как в качестве натуральных биозагустителей,
улучшающих реологические характеристики кисломолочных продуктов, так и выступать в роли факторов адгезии полезных микроорганизмов на стенках кишечника.
Преимущества использования штаммов МКБ, способных продуцировать ЭПС in
situ, состоят в увеличении продолжительности холодильного хранения, уменьшении
синерезиса, улучшении текстуры и консистенции продуктов. Для обоснования безопасности применения ЭПС МКБ при изготовлении различных пищевых продуктов
необходимы знания об их строении и свойствах. В связи с этим исследования, посвященные изучению структуры, физико-химических свойств ЭПС бактерий рода Lactobacillus, являются актуальными и имеют значительный научный интерес и прикладное значение. Большой вклад в исследование строения и свойств, методов выделения
и очистки таких биополимеров внесли зарубежные и отечественные ученые: L. De
Vuyst, B. Degeest, Sutherland, J.Cerning, I.C.Boels, F. Vaningelgem, R. Van Kranenburg,
J. Hugenholtz, M. Kleerebezem; Ботина С.Г., Ганина В.И., Рожкова Т.В., Семенихина
В.Ф., Артюхова С.И., Полукаров Е.В., Правдивцева М.И. и др.
В результате ферментации молочной сыворотки ЭПС-продуцирующими штамммами L. аcidophilus, повышается ее пищевая ценность, улучшаются органолептические и реологические характеристики. Изменение свойств сыворотки в результате ферментации позволяет использовать ее для разработки пробиотических десертов и напитков с целью расширения ассортимента продуктов из молочной сыворотки.
Цель работы: разработка технологии функциональных десертов и напитков из
молочной сыворотки с использованием пробиотических вязких и невязких штаммов
ацидофильной палочки.
Задачи исследования:
- изучить биотехнологический потенциал штаммов Lactobacillus аcidophilus
(скорость роста, степень сбраживания лактозы, протеолитическая активность, продукция молочной кислоты) при ферментации молочной сыворотки;
- исследовать широту и спектр антагонистической активности штаммов L. аcidophilus по отношению к оппортунистическим микроорганизмам;
4
- изучить реологические характеристики ферментированной сыворотки, подобрать методику выделения ЭПС вязких штаммов L. аcidophilus из ферментированной
сыворотки, установить их моносахаридный состав;
- разработать технологию и рецептуры функциональных пробиотических десертов и напитков из ферментированной молочной сыворотки;
- изучить органолептические, физико-химические и микробиологические показатели качества и безопасности разработанных продуктов, обосновать рекомендуемые сроки их годности;
- разработать проекты технической документации на десерты и кисели функционального назначения.
Научная новизна. Научно обоснована и экспериментально подтверждена
целесообразность и перспективность производства функциональных пробиотических
напитков и десертов из молочной сыворотки, ферментированной штаммами
L. acidophilus 5e, Н, 7m13, синтезирующими экзополисахариды.
Впервые выделены экзополисахариды, синтезируемые в молочной сыворотке
штаммами-продуцентами L.acidophilus 5e, 7m13, H. Показано, что количества
синтезируемых ЭПС и их моносахаридный состав зависят от штамма продуцента.
Разработаны новые технологии и рецептуры функциональных желированных
десертов и киселей из ферментированной молочной сыворотки. Установлено, что
благодаря накоплению в сыворотке экзополисахаридов, расход желирующего агента
для приготовления десертов снижается в 2 раза. В технологии киселей для создания
вязкой консистенции впервые использованы полисахариды семян льна.
Практическая значимость. Полученные научные результаты легли в основу
технологий производства пробиотических желированных десертов и киселей из ферментированной молочной сыворотки. Разработаны проекты технической документации на десерты и кисели функционального назначения.
Основные положения, выносимые на защиту:
- биотехнологический потенциал штаммов ацидофильной палочки и их скрининг
для создания пробиотических продуктов из ферментированной молочной сыворотки;
- перспективность использования отобранных штаммов в технологии функциональных продуктов;
- особенности синтеза экзополисахаридов штаммами ацидофильной палочки,
способы их выделения и свойства;
- технология функциональных десертов и напитков из ферментированной молочной сыворотки.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на: 62-64-й
студенческих научно-технических конференциях СПбГУНиПТ (Санкт-Петербург,
2009-2011); 65-й научно-технической конференции студентов и аспирантов ИХиБТ
НИУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2012); IV Международной научно-технической
конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (СанктПетербург, 25-27 ноября 2009 г.); V Международной научно-технической
конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в ХХI веке» (СанктПетербург, 22-24 ноября 2011 г.); Международной конференции студентов,
аспирантов и молодых ученых «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово,
24 апреля 2012 г.); XIV Всероссийском Конгрессе диетологов и нутрициологов с
международным участием «Питание и здоровье» (Москва, 3-5 декабря 2012 г.); II
Всероссийском конгрессе молодых ученых (Санкт-Петербург, 9-12 апреля 2013
г.); Всероссийской научно-практической конференции «Пищевые ингредиенты и
5
инновационные технологии в производстве продукции здорового питания»
(Санкт-Петербург 15-16 мая 2013 г.)
Личный вклад соискателя состоит в подготовке и проведении экспериментальных исследований на всех этапах диссертационной работы, интерпретации
полученных результатов, участии в подготовке публикаций.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 3 статьи в
журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6
глав: обзора литературы и собственных исследований, включающих объекты и
методы исследований, результаты исследований и их обсуждение, а также
заключения, выводов и списка используемых литературных источников и
приложений. Основная часть работы изложена на 112 страницах, содержит 18 таблиц,
18 рисунков. Список использованных литературных источников включает 138
наименований, в том числе 55 зарубежных.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении содержится обоснование актуальности темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, отражена научная новизна, практическая значимость и достоверность научных результатов, изложены основные положения, выносимые на защиту.
В аналитическом обзоре литературы рассмотрены современные тенденции в производстве функциональных продуктов питания. Приведены данные о механизме
полезного действия пробиотиков и критериях их скрининга. Рассмотрены особенности биосинтеза ЭПС молочнокислыми бактериями. Представлен состав и биологическая ценность молочной сыворотки. Систематизирована информация об ассортименте пробиотических напитков и десертов из молочной сыворотки. На основе
анализа литературных данных определены цель и задачи исследования.
Схема проведения исследования и определяемые показатели приведены на на
рис. 1., где: 1 – титруемая кислотность, ºТ; 2 – активная кислотность (рН); 3 –
скорость роста в молоке; 4 – время свертывания молока, ч; 5 – предельная
кислотность в молоке, ºТ ; 6 – содержание лактозы; 7 – количество молочной
кислоты; 8 – содержание белка; 9 – протеолитическая активность; 10 –
антагонистическая активность; 11 – микроскопический препарат; 12 – количество
клеток лактобактерий; 13 – органолептические свойства; 14 – количество ЭПС; 15 –
вязкость; 16 – гидромодуль; 17 – общее содержание углеводов; 18 – содержание
сухих веществ; 19 – БГКП; 20 – дрожжи; 21 – плесени; 22 – энергетическая ценность.
Объекты, материалы и методы исследования Объектами служили:
- штаммы молочнокислых палочек Lactobacillus acidophilus 3e, 5e; 7 m13; H; H3;
22 n2; 20 Т; 422 (из коллекции ИХиБТ);
- сыворотка творожная пастеризованная (ОАО «Тихвинский молочный завод»);
- наполнители: мед гречишный, каштановый; сироп «Брусника», «Клюква»,
«Черника», «Зеленый чай с шиповником», «Боярышник и черноплодная рябина»,
лимонная эссенция, клубничный ароматизатор; концентрат виноградного сока;
семена льна;
- гелеобразователь: желатин пищевой;
- образцы готовых продуктов (ГП).
6
Чистые культуры хранили в сублимированном виде. Активирование сублимированных культур проводили при температуре 37±1 °C в течение 10-12 ч. Первичную
закваску готовили на стерилизованном обезжиренном молоке; вносили в раскисленную (рН 6,1-6,3; 22–25°Т) пастеризованную (86±2 °C, 30 с) творожную сыворотку в
количестве
5%. Ферментацию проводили при оптимальной для лактобацилл
температуре 37±1 °C в течение 6-7 ч.
Количество молочнокислых бактерий определяли по ГОСТ 10444.11-89 и методом
прямого подсчёта под микроскопом Виноградского-Брида (Инихов, Брио, 1971).
Удельную скорость роста определяли расчётным методом (Шлегель, 1987).
Рисунок 1 – Схема проведения исследования
7
Антагонистическую активность (АА) лактобацилл определяли стадартным методом перпендикулярных штрихов на среде МРС-5. Учет результатов производили по
величине зоны задержки антагонистом роста тест-культур (мм).
Титруемую кислотность сыворотки определяли по ГОСТ 3624-92, рН сыворотки,
ферментированной соответствующим штаммом – при помощи рН-метра рН-410.
Содержание лактозы в молочной сыворотке определяли иодометрическим
методом по МВИ № 04-2006; количество молочной кислоты – колориметрическим
методом Шмелевой, Новотельнова, Деревянко (1963); протеолитическую активность
– методом казеиновой преципитации (Sandvik, 1967).
Динамическую вязкость образцов нативной и ферментированной сыворотки
определяли на ротационном вискозиметре модели LVDV – II+ Pro; Фирма «Brookfield
engineering, inc» (США).
Для выделения и очистки экзополисахаридов (ЭПС) лактобацилл использовали
осаждение ацетоном (De Vuyst, 1998) и спиртом (Gancel, Novel, 1994; Cerning, 1992).
Общее количество углеводов в ЭПС и образцах ГП определяли фенол-серным
методом (Dubois, 1956; Cui et al., 2005). Содержание белка в образцах ферментированной сыворотки и остаточное содержание белка в выделенных ЭПС определяли
по методу Лоури (Lowry et al., 1951).
Содержание влаги и сухих веществ (СВ) в образцах готовых продуктов
определяли высушиванием согласно ГОСТ 3626-73. Гигиеническую оценку сроков
годности проводили в соответствии с требованиями МУК 4.2.1847-04 и СанПиН
2.3.2.1324-03.
Статистический анализ результатов проводили по стандартным методикам
(Воробьев, Елсуков, 1989).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Оценка биотехнологического потенциала штаммов Lactobacillus acidophilus
Исследование биотехнологического потенциала штаммов Lactobacillus acidophilus
3e, 5e, 7m13, H, H3, 22n2, 20 Т, 422 с целью дальнейшего практического использования
проводили в следующей последовательности. Первоначально изучали основные
технологические свойства штаммов (табл. 1)
Таблица 1 - Характеристика штаммов L. acidophilus
Штаммы
L.
acidophilus
422
Н
7m13
20Т
22n2
3е
5е
Н3
Данные,
приведенные
в
μmax
таблице, свидетельствуют о
Время
Предельная
при культитом, что наименьшим времесвертывания кислотность
вировании
нем свертывания молока и
молока, ч в молоке, ºТ
в сыворотке
наибольшей удельной скоростью роста в молочной сыво5,9±0,3
269±5
0,40±0,05
ротке
обладают
штаммы
4,2±0,2
285±5
0,52±0,05
L.aci-dophilus
7m
,
H
и 5e.
13
4,2±0,4
330±5
0,55±0,05
Исходя
из
требований,
5,8±0,4
294±5
0,43±0,05
предъявляе-мых
к
5,9±0,4
279±5
0,38±0,05
заквасочным
микроор5,8±0,5
290±5
0,38±0,05
ганизмам
в
промышленности,
4,0±0,4
315±5
0,60±0,05
данные штаммы являются
6,2±0,5
263±5
0,43±0,05
перспективными, т.к. способ-
8
ны свертывать молоко в течение 4-5 часов с образованием ровного, плотного, вязкого
сгустка.
На следующем этапе изучали интенсивность кислотонакопления при ферментации
молочной сыворотки по изменению титруемой (°Т) и активной (рН) кислотности (рис.
2 (а, б)).
Через 6 часов ферментации штаммами L. acidophilus 7m13, H, 5e и 422 титруемая
кислотность сыворотки составляла 70-80 °Т, что является благоприятным для
дальнейшего использования культур в качестве стартерных при производстве
ферментированных сывороточных продуктов.
а)
б)
Рисунок 2 – Изменение титруемой (а) и активной (б) кислотности при ферментации
молочной сыворотки различными штаммами L. acidophilus
Результаты исследования лактозосбраживающей способности штаммов ацидофильной палочки и сопоставление полученных результатов с интенсивностью кислотообразования приведены на рис. 3.
9
Как видно из рис. 3, штаммы существенно различались по потреблению лактозы, которое составляло от 0,17 до 0,75 г
на 100 г сыворотки. В целом, наиболее
выраженной β-галактозидазной активностью обладали штаммы L. acidophilus H,
7m13 и 5e. Также отмечено, что потребление лактозы вязкими штаммами L.
acidophilus H, 7m13, и 5e превосходит
количество
образующейся
в
ходе
ферментации молочной кислоты, что обусРисунок 3 – Оценка эффективности сбра-
ловлено конверсией части производных
живания
лактозы
и
продукции
молочной
лактозы в ЭПС. В ходе проведения данного
кислоты штаммами L. acidophilus после 6 ч
исследования было сделано интересное
ферментации
наблюдение: при ферментации молочной
сыворотки некоторыми штаммами ацидофильной палочки, а именно L. acidophilus 7m13, H, 3е и 5e, хлопьевидный осадок
сывороточного белка становился однородным и приобретал слизеобразный характер.
Причем именно эти штаммы придавали молочному сгустку «вязкий» характер за счет
образования ЭПС. При ферментации сыворотки другими штаммами осадок белка
оставался хлопьевидным. На основании этих наблюдений было сделано
предположение о том, что в ходе ферментации сыворотки вязкими штаммами
ацидофильной палочки происходит образование комплексов ЭПС с сывороточными
белками, причем количество последних, по-видимому, существенно снижалось.
Результаты исследований ПА штамммов ацидофильной палочки представлены на
рис. 4.
Анализ данных рис. 4, показывает, что ПА вязких штаммов L. acidophilus 3е, 5 и Н
более выражена при развитии в сыворотке, чем в молоке. Отмечено, что для штамма
L. acidophilus 7m13 среда культиви-рования не оказывает существенного влия-ния на
величину ПА, разброс значений нахо-дится в пределах ошибки. При этом рассматриваемые штаммы можно расположить в порядке убывания их ПА следующим
образом Н > 5е > 7m13> 3е.
Поскольку исследование ПА штаммов методом казеиновой преципитации не дает
представления о том, какое количество белка
Рисунок 4 – Протеолитическая
активность расходуется в процессе ферментации, дополштаммов L. acidophilus при культивиронительно определяли снижение содержания
вании в молоке и молочной сыворотке
белка в сыворотке методом Лоури (рис.5).
10
Рисунок 5 – Содержание белка в образцах сыворотки на
момент начала и через 6 часов ферментации
Исходя из данных, представленных на рис.5., наибольшее количество белка для
роста требуется штамммам
L.acidophilus 7m13 и 5е – за 6
ч они расщепляет до 28%
исходного количества белка,
что составляет 0,16±0,03 г;
наименьшее – для роста
L.acidophilus 3е – 0,07±0,03 г
(13% от исходного). Результаты исследования потребности невязких штаммов в
белке не приведены, поскольку полученные значения малы и не имеют практи-
ческой ценности.
Таким образом, показано, что наиболее приспособленными к росту в сыворотке
являются штаммы L. acidophilus 7m13, 3е, 5е, Н и ее использование в качестве культуральной среды является целесообразным с точки зрения обеспечения потребности
штаммов в белке и аминокислотах.
Антагонизм некоторых штаммов L. acidophilus к патогенным и опортунистическим микроорганизмам обусловлен как продукцией молочной кислоты и других
неспецифических антимикробных метаболитов (перекиси водорода, лизоцима), так и
синтезом специфических антимикробных веществ (бактериоцинов). Степень антагонизма ацидофильной палочки зависит от состава питательной среды и значительно
различается у отдельных ее штаммов.
Для исследуемых культур были получены следующие результаты:
1. Штамм 20Т отличался максимальным спектром и уровнем АА как по отношению к Гр(-), так и к Гр(+) бактериям. Допустимо полагать, что штамм 20Т обладает
не только неспецифическим антагонизмом (молочная кислота), но и продуцирует специфические антимикробные агенты (бактериоцины);
2. Вязкий штамм 7m13 проявляет высокий спектр и уровень АА по отношению к
Гр(-) бактериям, однако является одним из последних по данным показателям по
отношению к Гр(+) бактериям. Интересным представляется факт, что у вязкого штамма Н антагонизм более выражен по отношению к Гр(+) бактериям и менее выражен к
Гр(-);
3. В целом все штаммы проявляют высокую АА к изученным Гр(-) бактериям;
устойчивы к контрантагонизму E. coli и K. рneumonia (зона подавления роста лактобацилл не превышает 10 мм), но не к P. аeruginosa; проявляют выраженную АА к
изученным изолятам S. аureus, однако чувствительны к контрантагонизму данных
изолятов.
По совокупности характеристик перспективными для дальнейшего исследо-вания
и использования в технологии пробиотических продуктов из молочной сыво-ротки
были признаны вязкие штаммы L. acidophilus 5е, 7m13 и H: они свертывали молоко в
течение 4-5 ч с образованием ровного, плотного, вязкого сгустка; обладали высокой
скоростью роста в сыворотке μmax= 0,5÷0,6; характеризовались высоким спектром и
уровнем АА по отношению к Гр(+)- и Гр(-) бактериям; кислотность сыворотки через
11
6 ч ферментации составляла 70-80 ºТ; в ходе ферментации могли расщеплять до 28 %
белка.
Выделение экзополисахаридов штаммов ацидофильной палочки,
изучение их реологических свойств
Для выделения и очистки ЭПС лактобацилл используется большое количество
различных методик, среди которых до сих пор не выявлены наиболее эффективные.
На основании анализа литературных данных были выбраны 2 методики, наиболее
часто используемые при работе с культуральными средами сложного состава – методы L. De Vuyst (1998) (№1) и Gancel, Novel (1994) (№2).
Отсутствие белков в надосадочной жидкости на стадии их осаждения устанавливали с использованием биуретового реактива. Результаты количественного
определения содержания ЭПС в ферментированной сыворотке по окончании
ферментации приведены в табл. 4.
Как видно из данных, представленных в табл. 4, наибольшей способностью к
синтезу ЭПС, вне зависимости от способа их выделения, обладают штаммы 7m13 и 5е,
продуцирующие 312,6±24,7 и 305,8±26,2 мг ЭПС/л сыворотки соответственно. При
сопоставлении данных видно, что выход ЭПС, определенный методом №1, выше, чем
при выделении методом № 2. Данное обстоятельство, скорее всего, связано с
явлением частичного соосаждения белков и пептидов с ЭПС, что было подтверждено
при определении содержания белка в выделенных ЭПС (оно составляло до 4-5%).
Таблица 4 – Содержание ЭПС в сыворотке,
ферментированной штаммами L. acidophilus
Предусмотренная вторым способом
операция диализа, предназначенная для
Штамм Количество ЭПС, мг/дм3 сыворотки,
согласно методу
L. acidophilus
№1
№2
3е
188,5±16,3
177,4±15,9
5е
316,0±25,3
305,8±26,2
Н
259,2±18,7
245,3±17,8
7m13
328,7±29,4
312,6±24,7
очистки ЭПС от низкомолекулярных соединений, позволила снизить содер-жание
белковых примесей до 0,3-0,5%. Таким образом, предпочтительным при выделении
ЭПС является метод №2, включающий дополнительную операцию – диализ.
С помощью фенол-серного метода Dubois (1956) было установлено, что выделенные ЭПС состоят из остатков глюкозы и галактозы.
Поскольку количества полученных ЭПС
лактобацилл малы, определить непосредственно вязкость их водных растворов не
представлялось возможным, поэтому определяли вязкость ферментированной сыворотки. Результаты исследований отражает
график зависимости вязкости от скорости
сдвига lgη=f(lgγ), представленный на рис.6.
12
Отмечено, что вязкость образцов молочной сыворотки после ферментации ее
штамммами L. acidophilus H, 5e и 7m13 возросла в 1,3; 1,4 и 1,5 раз соответственно. Из
Рисунок 6 – Реологические характеристики данных, представленных на рис. 6 видно,
сыворотки, ферментированной штаммами
что между собой вязкость ферментированL. acidophilus
ных образцов отличается незначительно.
Однако в ходе ранее проведенных исследований было установлено, что для штаммов L. acidophilus 5e и 7m13 характерна более
высокая скорость роста в молочной сыворотке, и поэтому они были отобраны для
проведения последующих этапов работ.
Технология пробиотических десертов из ферментированной
молочной сыворотки
Желе из молочной сыворотки вырабатывается с использованием желатина,
закваски ацидофильной палочки и различных наполнителей (мед, плодово-ягодные
сиропы, фитоэкстракты, ароматизаторы).
Технологический процесс производства включает в себя следующие операции:
приемка, подготовка сырья и вспомогательных материалов; раскисление сыворотки
до кислотности 20÷22 °Т, пастеризация сыворотки (86±2 °C, 30 с), охлаждение до
температуры заквашивания (38±1 °C), сквашивание (5-6 ч, 37±1 °C); составление смеси
- внесение наполнителей и желирующего раствора; фасовка и упаковка продукта,
охлаждение и желирование; хранение готового продукта.
Предложены 4 рецептуры десертов, включающие, помимо ферментированной
сыворотки, следующие компоненты: №1 – сироп черноплодной рябины и боярышника, экстракт мяты; №2 – концентрат виноградного сока, мед, экстракт родиолы; №3
– мед, экстракт мелиссы, лимонная эссенция; №4 – мед, мюсли, ароматизатор «клубника». Показатели готовых продуктов приведены в табл. 5.
Рекомендуемые сроки годности, установленные на основании гигиенической
оценки, составили 21 день при t = (4±2) °C для десертов № 1-3; 14 суток при t = (4±2)
°C для № 4. Количество жизнеспособных клеток лактобацилл на момент окончания
срока годности составляло не менее 2*108 КОЕ∕г.
Таблица 5 - Качественные показатели десертов
Показатель
Вкусоароматические характеристики
Цвет и
консистенция
рН
Содержание
СВ, %
Рецептура
№1
№2
№3
№4
Вкус приятный, сладковатый, с легким кисломолочным
оттенком, соответствующий внесенным наполнителям
виноградный,
медовый,
привкус
освежающий
с медовым
освежающий
злаков
оттенком
Цвет соответствует внесенному наполнителю
Консистенция характерная для желе: однородная, плотная, на
изломе без растекания
С кусочками
Без посторонних включений
мюсли
3,95±0,25
3,80±0,20
3,85±0,25
4,05±0,25
14,8±0,5
15,5±0,5
12,5±0,5
14,9±0,5
13
Содержание
белка, %
Содержание
углеводов, %
Энергет.ценность
(ЭЦ), ккал/100 г
1,91±0,3
1,95±0,3
1,80±0,3
2,10±0,3
12,7±0,3
13,4±0,3
10,2±0,3
12,7±0,3
60
63
50
62
Использование для ферментации молочной сыворотки штаммов L. аcidophilus,
обладающих способностью синтезировать ЭПС, позволяет получить синбиотический
продукт, содержащий как жизнеспособные клетки пробиотической культуры, так и
пребиотики в виде микробных полисахаридов. Благодаря присутствию в ферментированной сыворотке ЭПС, образуемых штаммами ацидофильной палочки, в 2 раза
сокращается расход желирующих агентов при изготовлении десертов.
Энергетическая ценность десертов невысока, что позволяет рекомендовать их в
качестве продуктов диетического питания, особенно для людей с излишним весом.
Разработанные десерты могут быть также рекомендованы для ежедневного
употребления в составе пищевых рационов школьников, студентов и людей, ведущих
активный образ жизни.
Технология киселей из ферментированной молочной сыворотки
При разработке рецептур киселей из ферментированной сыворотки учитывали
следующие основные факторы, оказывавшие влияние на вкус и консистенцию готового продукта: 1) количество семян льна, взятое для заваривания сывороточнольняной основы (СЛО): после смешения СЛО с ферментированной сывороткой
необходимо было получить нерасслаивающуюся вязкую гомогенную систему; 2) вид
наполнителей: напиток должен был иметь легкий кисломолочный вкус и аромат
сквашенной сыворотки и привкус льна; кроме того, наполнители должны были
придавать готовому продукту приятную окраску.
На начальном этапе проведения исследования установили, что вкус, аромат,
вязкость и выход СЛО существенно зависят от количества семян льна, которое брали
для заваривания, и от кислотности используемой сыворотки. При заваривании СЛО с
использованием нативной сыворотки (К = 52-55ºT), затруднялся процесс фильтрования; вкус СЛО был кислым, неприятным. С учётом того факта, что значение рН,
при котором достигается максимальная вязкость и набухание слизей семян льна
составляет 6-8 (Tarpila, 2005), для приготовления СЛО было решено использовать сыворотку после раскисления с активной кислотностью рН 6,1-6,3.
Состав опытных образцов СЛО и их физико-химические характеристики приведены в табл. 6.
Таблица 6 – Основные физико-химические характеристики
сывороточно-льняной основы
14
№ Гидро- Масса
п/п модуль семян, г
1
1:5
20,00
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1:7
1:9
1:11
1:11,8
1:13
1:13,3
1:15
1:17
К
14,29
11,11
9,09
8,50
7,69
7,50
6,67
5,88
-
Содержание
Выход,
СВ, %
%
Фильтрование и отделение семян
льна для получения СЛО в
выбранных условиях невозможно
4,91±0,3
7,31±0,5
26,2±7
4,85±0,3
7,25±0,5
40,5±5
4,82±0,3
7,14±0,5
44,9±5
4,78±0,3
7,05±0,5
57,1±5
4,69±0,3
7,01±0,5
60,3±3
4,72±0,3
6,85±0,5
60,5±3
4,61±0,3
6,49±0,3
68,4±2
4,53±0,3
6,21±0,3
70,8±2
4,51±0,3
5,76±0,3
рН
Полученные образцы СЛО
далее смешивали с фермен
тированной сывороткой в
соотношении 1:1 и получа-ли кисели с органолепти-ческими характеристиками,
приведенными в табл. 7.
Таблица 7 – Органолептические характеристики киселей
1
Гидромодуль
1:5
2
1:7
3
1:9
№ п/п
4
1:11
5
6
1:11,8
1:13
7
8
9
1:13,3
1:15
1:17
10
Консистенция
Слизь не смешивается
с ферментированной
сывороткой
Неоднородная система:
сгустки слизи, не смешивающиеся с ферментированной сывороткой
Гомогенная, нерасслаивающаяся система, вязкая
и тягучая, характерная
для киселей
Неоднородная,
расслаивающаяся система
Сыворотка Жидкая
Вкус и запах
Цвет
Интенсивный льняной, специфичный
Темно-желтый,
с коричневатым
оттенком
Льняной
Темно-желтый,
неприятный
Желтый с
Легкий сывороточный,
коричневатым
с привкусом льна
оттенком, приятный
Пустой, невыраженный, кислый
Характерный
кисломолочный
Светло-желтый,
невыраженный
От светло желтого
до зеленоватого
Реологические характеристики образцов полученных киселей были изучены с
помощью вискозиметра Rheotest LV-DV II+Pro («Brookfield engineering, inc», США),
адаптер UL-A. Результаты исследования приведены на рис. 7.
Из рис. 7 видно, что вязкость киселей возрастает с увеличением количества семян
льна, взятых для приготовления СЛО. При этом образцы № 2 и 3 (1:7 и 1:9 соответственно) отличались наибольшей вязкостью среди исследованных, однако их кон-
15
систенция не соответствовала требованиям, изложенным в ГОСТ 18488-2000 «Концентраты пищевые сладких блюд. Общие технические условия»: она была неоднородной, с комочками слизи.
В
максимальной
степени
требованиям ГОСТ к консистенции киселей соответствовали образцы №5-7: для них была характерна однородная, вязкая консистенция, без комочков, при
этом в ходе хранения не происходило расслоения системы. Образцы №4,8,9 не обладали необходимой для киселей консистенцией, происходило расслоения системы в ходе хранения.
Таким
образом,
было
установлено, что для приготовления СЛО необходимо брать
Рисунок 7 – Реологические характеристики киселей с
семена льна в количестве от
различной дозировкой семян льна
1:13,3 до 1:11,8. Такое количество семян обеспечивает получение киселя с однородной, вязкой консистенцией, без комочков.
Предложены 3 варианта рецептур пробиотических киселей из ферментированной
молочной сыворотки; их основные характеристики приведены в табл. 8. В таблице
рецептуре № 1 соответствует напиток с внесением сиропа зеленого чая и фруктовоягодного наполнителя «персик-маракуйя»; №2 содержит мед, настойку элеутерококка
и экстракт мяты; №3 – сироп черноплодной рябины и боярышника, экстракт мелиссы.
Технологический процесс производства включает в себя следующие операции:
приемка, подготовка сырья и вспомогательных материалов; раскисление сыворотки
до кислотности 20÷22 °Т, пастеризация сыворотки (86±2 °C, 30 с), охлаждение до
температуры заквашивания (38±1 °C), сквашивание (5-6 ч, 37±1 °C); приготовление
сывороточно-льняной основы (заваривание семян льна с сывороткой при 90-100 °C,
10-15 мин до загустения; фильтрование, охлаждение до (37±1)°C); составление смеси
ферментированной сыворотки и СЛО; внесение наполнителей; фасовка и упаковка
продукта, охлаждение и хранение готового продукта.
Готовые кисели имели приятный, сладковатый вкус, с легким кисломолочным
оттенком, соответствующий внесенным наполнителям; консистенция была однородной, вязкой, характерной для киселей.
Рекомендуемый установленный срок годности составил 7 дней при t = (4±2) °C;
количество жизнеспособных клеток лактобацилл на момент окончания срока
годности составляло не менее 2*108 КОЕ∕г.
Таблица 8 – Качественные показатели киселей из ферментированной
молочной сыворотки
Показатель
рН
Значение показателя для образца:
№1
№2
№3
5,5±0,25
5,2±0,2
5,2±0,2
16
Содержание
СВ, %
Содержание
белка, %
Содержание
углеводов, %
Энергетическая
ценность,
ккал/100 г
15,2±0,5
12,2±0,5
12,7±0,5
0,54±0,2
0,56±0,2
0,56±0,2
14,5±0,3
11,5±0,3
12,1±0,3
62
50
53
Выводы
1. Изучен биотехнологический потенциал штаммов Lactobacillus acidophilus 3e, 5e,
7m13, H, H3, 22n2, 20 Т, 422 при ферментации молочной сыворотки. На основании
полученных результатов, перспективными для использования в технологии пробиотических продуктов из молочной сыворотки были признаны вязкие штаммы L. acidophilus 5е и 7m13: они свертывали молоко в течение 4-5 ч с образованием ровного,
плотного, вязкого сгустка; обладали высокой скоростью роста в сыворотке μ max=
0,5÷0,6; в ходе ферментации расходовали 0,66÷0,75 г лактозы, синтезировали до 0,55
г молочной кислоты на 100 дм3 сыворотки, расщепляли до 28 % белка.
2. Установлено, что в целом все штаммы проявляли высокую антагонистическую
активность к изученным Гр(-) бактериям; были устойчивы к контрантагонизму E. coli
и K. рneumonia (зона подавления роста лактобацилл не превышала 10 мм), но не к P.
аeruginosa; проявляли выраженную АА к изученным изолятам S. аureus, однако были
чувствительными к контрантагонизму данных изолятов. Максимальным спект-ром и
уровнем АА как по отношению к Гр(-), так и к Гр(+) бактериям, обладал штамм L.
acidophilus 20Т.
3. Показано, что вязкость сыворотки при ферментации вязкими штаммами
возрастает в 1,3-1,5 раз в зависимости от штамма продуцента ЭПС. Выбрана методика
выделения и очистки ЭПС (Gancel, Novel, 1994), продуцируемых лактобациллами в
молочной сыворотке, предусматривающая осаждение ЭПС спиртом с последующей
очисткой от низкомолекулярных примесей с помощью диализа. Установлено, что
штаммы L. acidophilus 5е и 7m13 характеризуются повышенной способностью к синтезу ЭПС - они продуцируют 305,8±26,2 и 312,6±24,7 мг ЭПС/дм 3 сыворотки соответственно. ЭПС исследуемых штаммов состоят из остатков глюкозы и галактозы.
4. Разработаны рецептуры и технология приготовления десертов и киселей
функционального назначения из сыворотки, ферментированной штаммами L. acidophilus 5е и 7m13. Установлено, что благодаря накоплению в сыворотке ЭПС, расход
желатина при изготовлении десертов снижается в 2 раза. В технологии киселей для
создания вязкой консистенции необходимо использование семян льна в количестве от
1:13,3 до 1:11,8 к массе сыворотки.
5. Изучены органолептические, физико-химические и микробиологические
показатели качества разработанных киселей и десертов. Установлены сроки их годности, составившие 7 суток для киселей, 21 сутки для десертов (14 суток – с добавлением мюсли) при t = (4±2) °C.
6. Разработаны проекты технической документации на производство пробиотических киселей и десертов из молочной сыворотки.
17
Основные работы, опубликованные по теме диссертации:
1. Маркелова В. В., Красникова Л. В. Использование штаммов Lactobacillus
acidophilus, продуцирующих экзополисахариды, для приготовления функциональных
десертов из молочной сыворотки // Сборник материалов IV Международной научнотехнической конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке».
– СПб.: СПбГУНиПТ, 2009. – С. 420-422
2. Маркелова В. В., Красникова Л. В., Красникова Е. В. Реологические характеристики функциональных десертов из молочной сыворотки с добавлением меда //
Сборник материалов V Международной научно-технической конференции
«Низкотемпературные и пищевые технологии в ХХI веке». – СПб.: СПбГУНиПТ,
2011. – С. 265-267
3. Маркелова В. В., Красникова Л. В., Вербицкая Н. Б., Добролеж О.В. Функциональные продукты из молочной сыворотки с использованием антагонистически
активных штаммов ацидофильных лактобактерий // Известия вузов. Пищевая
технология. – 2012. – № 1. – С. 41-43
4. Маркелова В. В. Десерты функционального назначения из ферментированной
молочной сыворотки // Пищевые продукты и здоровье человека: материалы Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых / отв. ред. А.Ю.
Просеков; ред. кол.: М.А. Осинцева, А.И. Лосева, А.П. Сырцева. – Кемерово, 2012. –
С. 33-35
5. Маркелова В. В., Красникова Л. В. Биоконверсия составных частей молочной
сыворотки // Молочная промышленность. – 2012. – № 12. – С. 18-21
6. Маркелова В. В., Красникова Л. В. Десерты из молочной сыворотки – продукты
функционального назначения // Сборник материалов XIV Всероссийского конгресса
диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье». – Москва, 2012. – С. 45
7. Маркелова В. В., Красникова Л. В. Функциональные десерты из ферментированной молочной сыворотки // Материалы Международной научно-практической
конференции «VII Дулатовские чтения». – Тараз: Тараз университетi, 2012. – Т. 3. –
Технические науки. Сельскохозяйственные науки. – С. 121-123
8. Маркелова В. В., Красникова Л. В., Красникова Е. В. Продукты «здорового
питания» из молочной сыворотки, ферментированной пробиотиками // Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции «Пищевые ингредиенты и
инновационные технологии в производстве продукции здорового питания». – СПб.:
ГНУ ВНИИПАКК Россельхозакадемии, 2013. – С. 101-103
9. Маркелова В. В., Красникова Л. В. Синтез экзополисахаридов штаммами L. acidophilus в молочной сыворотке // Известия вузов. Пищевая технология. – 2013. – № 4.
– С. 26-29