Анализ биотехнологических процессов при созревании ржаных заквасок на основе пробиотических микроорганизмов

В основе технологий хлеба из ржаной муки лежит использование заквасок с направленным культивированием молочнокислых бактерий и дрожжей, связанное с особенностями структуры и свойств белков и углеводов ржаной муки, обуславливающих ее хлебопекарные свойства [1, 2]. Вид закваски и состав консорциума микроорганизмов оказывают значительное влияние на характер и интенсивность биотехнологических процессов при созревании закваски, а также на потребительские характеристики готового хлеба. Для производства ржаных и ржано-пшеничных сортов хлеба традиционно используют густые и жидкие закваски с заваркой или без заварки, выведенные на чистых культурах микроорганизмов по трёхфазной схеме разводочного цикла и непрерывно поддерживаемые путём периодического освежения [3, 4].

Современные технологии использования заквасок связаны с использованием новых видов сырьевых компонентов, варьированием параметров выведения и созревания закваски, исследованием биотехнологических свойств различных таксономических групп микроорганизмов [5–7].

Хлеб как один из главных продуктов пи- тания требует особого внимания при производстве, а применение новых технологий и ингредиентов становится все более актуальным [8, 9]. Применение пробиотических заквасок может изменить состав микрофлоры теста, активировать или ингибировать определенные ферменты, что способствует улучшению текстуры хлеба, повышению его питательной ценности и формированию уникальных органолептических свойств [10–12]. Пробиотические закваски для хлебопекарного производства могут существенно изменять биохимические процессы, происходящие при созревании полуфабрикатов, они обогащают хлеб ценными нутриентами, оказывают влияние на его вкус, аромат, текстуру и пористость, а также пролонгируют срок хранения [13, 14].

Использование пробиотических микроорганизмов в хлебопекарном производстве оправдано с точки зрения накопления физиологически ценных метаболитов в период брожения - органических кислот, короткоцепочечных жирных кислот, пептидов и аминокислот, экзполисахаридов, ферментов, бактериоцинов. Бактериальные лизаты и продукты метаболизма пробиотических микроорганизмов, относящиеся к постбиотикам, сохраняют полезные свойства даже после температурной обработки и способны проявлять широкий перечень положительных физиологических эффектов -стимулировать иммунную систему, нивелировать стрессовое состояние и воспалительные процессы, и прежде всего, нормализовать работу пищеварительного тракта [15, 16].

В традиционной технологии для выведения хлебных заквасок используют лиофилизированный лактобактерин, содержащий биомассу штаммов молочнокислых бактерий ( L. plantarum 30, L. casei 26, L. brevis 1, L. fer-mentum 34 ), которые составляют основную микрофлору закваски. В первую фазу разводочного цикла вводят регидратированный лактобактерин и водную суспензию дрожжей S. minor штамма Чернореченский [3, 17].

Рекомендуемые для хлебопечения закваски, содержащие пробиотические микроорганизмы, к которым относят ацидофильную, пропионовую, комплексную закваску, обладают повышенной антибиотической активностью, благодаря биосинтезу низиноподобных компонентов, органических кислот, бактерио-цинов, что способствует предупреждению развития бактериальной и плесневой порчи хлеба. Стоит отметить ряд преимуществ использования нетрадиционных для хлебопечения бифидобактерий в составе ржаной закваски. Применение симбиотической закваски, содержащей бактерии рода Bifidobacterium, представляет собой инновационный подход к созданию функционального хлеба, так как гетероферментативные молочнокислые бактерии способны синтезировать широкий перечень органических кислот (молочная, уксусная, муравьиная и янтарная), а также летучих ди-, трикарбоновых кислот, формирующих специфический вкус и аромат хлеба. Бифидобактерии участвуют в разрыхлении теста в результате интенсивного образования углекислого газа. Кроме того, бактерии рода Bifidobacterium обладают витаминообразующей функцией и антибиотической активностью [18-20].

Закваска БифидоПлюс (производитель БакЗдрав), разработанная на основе штаммов Streptococcus salivarius ssp. thermophilus, Bifidobacterium adolesсentis, Bifidobacterium bidum, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum ssp. longum, Bifidobacterium longum subsp. infantis, Bifidobacterium animalis ssp. lactis , представляет собой симбиотический консорциум микроорганизмов, обладающих доказанной физиологической полезностью [21] .

Цель данной работы заключалась в исследовании изменений биотехнологических свойств жидких ржаных заквасок с ведением пробиотических микроорганизмов рода Bifidobacterium в процессе брожения

Материалы и методы исследования

Объектами исследования служили образцы жидкой ржаной закваски с заваркой, приготовленной по Ленинградской схеме, и закваски из ржаной муки и заварки, приготовленной на основе концентрата бифидобактерий и дрожжей рода S. Minor [3] .

Микроскопию зрелых заквасок (состав микрофлоры заквасок и морфологические свойства), окрашенных по Грамму, проводили с применением светового микроскопа при увеличении х 400.

Результаты исследования и обсуждение

Для исследований было приготовлено 4 образца ржаной закваски, два образца, – на сухих заквасочных культурах пробиотических бактерий; два образца, – традиционная Ленинградская закваска, брожение закваски осуществляли при двух температурных режимах. В таблице представлены рецептура и режимы приготовления ржаной закваски на заварке.

Через 4 ч брожения в заквасках наблюдались признаки бродильной активности. Биомасса заквасок имела губчатую структуру с вязкой и пористой консистенцией, запах был выраженный кислотный, слегка спиртовой – для Ленинградской закваски, выраженный кисломолочный – для закваски БифидоПлюс.

Анализ полученных результатов показал, что изменяя температурные параметры брожения закваски, можно интенсифицировать процессы накопления кислот и углекислого газа, сократить продолжительность созревания закваски (рис. 1). Закваска на основе концентрата бифидобактерий наиболее активно накапливает кислотность при 42 °С, достигает через 4 часа титруемой кислотности 10,8 °Н, аккумулирует до 85 мг/мл молочной кислоты, тогда как Ленинградская закваска наиболее активно выбраживается при 27 °С (кислотность – 11,5 °Н, концентрация молочной кислоты – 60 мг/мл) (рис. 1a и 1с).

Результаты аккумулирования молочной кислоты коррелируют со значениями подъемной силы и характеризуют интенсивность накопления CO2. Закономерно, наиболее активно газообразование происходило в образцах с пробиотическими заквасками при температуре брожения 42 °С; а для заквасок на основе лактобактерий – при 37 °С, образцы Б-42 и Б-37 характеризовались лучшими значениями подъемной силы полуфабриката через 4 часа брожения (рис. 1b).

Более высокая скорость кислотонакопле-ния и лучшая подъемная сила в закваске, приготовленной на основе бифидобактерий при температуре 42 °С, связана с более активным накоплением биомассы бродильной микрофлоры в присутствии бифидогенных факторов (олигосахаридов, гликоолигосахаридов), содержащихся в питательной смеси закваски на основе ржаной муки при оптимальных условиях роста [21].

В процессе жизнедеятельности микроорганизмы синтезируют метаболиты – пептиды, экзополисахариды, которые влияют на структуру пищевой системы закваски. Изменяя состав микрофлоры закваски и температуру ферментации, можно изменить реологические свойства полуфабриката, такие как вязкость заквасочной культуры. На рис. 2 представлена динамика вязкости заквасок Ленинградской и

Рецептура и режим приготовления ржаных заквасок

Ингредиенты	Образец Б-37	Образец Б-42	Образец Л-37	Образец Л-42
Активированная закваска, г	100 БифидоПлюс	100 БифидоПлюс	100 Ленинградская закваска	100 Ленинградская закваска
Активированные дрожжи (1:3), г	5	5	5	5
Мука ржаная обдирная, г	50	50	50	50
Мука осахаренная, г	50	50	50	50
Вода, мл	100	100	100	100
Температура брожения, °С	37	42	37	42
Конечная кислотность, град	10–12
Продолжительность брожения, ч	4–5

Продолжительность брожения, мин

Продолжительность брожения, мин

a)

b)

c)

Рис. 1. Динамика биотехнологических показателей созревания ржаной закваски a) титруемая кислотность; b) подъемная сила; c) концентрация молочной кислоты

БифидоПлюс в зависимости от температуры ферментации.

Установлено, что при значениях температуры 42 °С вязкость заквасок была наиболее высокой и достигла значений 165–170 Па·с через 4 часа брожения. При температуре 37 °С вязкость составила 132–135 Па·с через 240 минут ферментации. Максимального значения вязкость полуфабрикатов достигала у Ленинградской закваски через 240 минут брожения при температуре 42 °С.

Микроскопию зрелых заквасок, окрашенных по Грамму, проводили с применением светового микроскопа при увеличении х 400. В заквасках на основе БифидоПлюс были обнаружены грамположительные стрептококки и скопления палочковидных изогнутых бактерий, различных по форме. В ленинградских заквасочных культурах наблюдались как палочковидные лактококки, так и стрептококки, обнаружены кластеры дрожжевых клеток (рис. 3).

Продолжительность брожения, мин

Рис. 2. Изменение вязкости заквасок в процессе брожения

и Б-37

в Б-42

в Л-37

8 Л-42

a)                                                             b)

Рис. 3. Микроскопия зрелых ржаных заквасок a) закваска на основе бифидобактерий; b) закваска «Ленинградская»

Заключение

Таким образом, результаты исследований доказали, что изменяя состав микроорганизмов в закваске и температуру ферментации, можно эффективно управлять скоростью созревания закваски, интенсифицировать накопление органических кислот и углекислого газа. Установлено, что качество ржаной закваски на основе бифидобактерий по технологическим показателям сопоставимо с качеством традиционной закваски на основе культур молочнокислых бактерий. Введение пробиотической микроорганизмов в состав микрофлоры закваски способствует изменению биотехнологических процессов созревания полуфабрикатов, а также влияет на формирование вкусовых качеств и структуры хлеба.