Арабиногалактан в технологии метаболизма пробиотической культуры в среде растительного напитка

N.V. Popova®, , ,K.S. Kameneva, , South Ural State University, Chelyabinsk, Russia

Растительные напитки на овсяной основе – это современное и популярное направление в питании, которое активно набирает свою аудиторию. Являясь источником полезной клетчатки, незаменимых аминокислот, жиров и углеводов, а также витаминов и минеральных веществ, напитки на овсяной основе представляют собой альтернативу традиционным молочным продуктам. Овсяные напитки также являются отличным источником растительного белка, который способствует быстрому насыщению.

Однако растительные напитки характеризуются наличием в составе биоактивных компонентов, которые препятствуют усвоению питательных веществ. Например, фитиновая кислота, присутствующая в растительном напитке из овса, связывается с необходимыми минералами и микроэлементами, образуя нерастворимые комплексы, сапонины препятствуют усвоению белка путем образования нерастворимых комплексов сапонин-белок, которые устойчивы к перевариванию. Ферментация растительного напитка разрушает не- желательные компоненты состава и способст- вует получению продукта с высокой питательной ценностью, улучшает вкус и аромат, текстуру и стабильность продукта.

При разработке пробиотических напитков на растительной основе используются молочнокислые бактерии в основном из родов Lactobacillus, Bifidobacterium, Streptococcus, Enterococcus, однако активность их развития в растительной среде зависит от многих факторов. На активность протекания молочнокислого брожения влияет состав напитка, специфические свойства вырабатываемого продук- та, температурные режимы производства, взаимоотношения между микроорганизмами. Способность объединения отдельных культур закваски в микробиоценозы зависит от сочетаемости видов и штаммов [3].

На активность протекания процесса могут повлиять пребиотики, представляющие собой физиологически функциональные пищевые ингредиенты и способные оказать стимулирующее действие на рост и/или биологическую активность лактобактерий. Нами в качестве пребиотика для интенсификации разви- тия закваски молочнокислых организмов в растительной среде выбран арабиногалактан (рис. 1).

Рис. 1. Структура арабиногалактана

Арабиногалактан представляет собой полисахарид растительного происхождения, получаемый из древесины лиственницы. Он является источником растворимых пищевых волокон, что определяется его способностью поддерживать в здоровом состоянии желудочно-кишечный тракт, ферментировать полезную микрофлору в кишечнике. Обладая свойствами пребиотика, а также противовос- палительной, гастропротекторной, мембранотропной активностью, арабиногалактан можно широко использовать при производстве функциональных продуктов питания [1, 2].

В качестве технологической добавки полисахарид арабиногалактан проявляет следующие свойства: низкая вязкость концентрированных водных растворов, высокая растворимость в воде, устойчивость к кислой среде, термическая и гидролитическая стабильность, хорошая диспергирующая способность [7, 11].

Целью нашего исследования явилась оценка возможности интенсификации процесса ферментации растительной среды, в частности введением пребиотика арабиногалактана, и влияния процесса на показатели качества и антиоксидантные свойства готового пробиотического напитка.

Объекты и методы исследования

В качестве основы для растительного пробиотического напитка взято растительное молоко «Nemoloko овсяное классическое» (ОАО «Сады Придонья»). Для заквашивания использовали комплексную закваску пробиотических культур, в составе которой: Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulga-ricus, Lactobacillus casei (ООО «Бакздрав», г. Москва).

Ферментация овсяного напитка осуществлялась закваской (по рекомендации изготовителя 0,1 г/100 мл) в течение суток при температуре (37 ± 1) °С. В качестве пребиотика взяли арабиногалактан производителя - ЗАО «Научно-производственная фирма «ФЛАВИТ» (Московская область, г. Пущино).

Вносили арабиногалактан в количестве от 0,5 до 3 % от массы напитка. Предварительные исследования показали, что наиболее благоприятно внесение арабиногалактана на этапе заквашивания совместно с закваской.

Исследуемые образцы обозначены с указанием доли внесения полисахарида арабиногалактана в растительную среду следующим образом:

• 0 (контроль) - ферментированный растительный напиток на овсяной основе без добавления арабиногалактана;

• 0,5 - ферментированный растительный напиток на овсяной основе с добавлением арабиногалактана в количестве 0,5 %;

• 1,5 - ферментированный растительный напиток на овсяной основе с добавлением арабиногалактана в количестве 1,5 %;

• 3 – ферментированный растительный напиток на овсяной основе с добавлением арабиногалактана в количестве 3 %.

Эффективность процесса ферментации оценивали по изменению титруемой кислотности, накоплению молочной кислоты, экзо-полисахаридов, а также оценивали показатель антиоксидантной активности вырабатываемых пробиотических напитков.

Сущность метода определения кислотности титрованием заключается в нейтрализации кислоты, содержащейся в навеске исследуемого продукта, гидроокисью натрия в присутствии индикатора фенолфталеина. Спектрофотометрический метод определения содержания молочной кислоты основан на добавлении исследуемого раствора к раствору хлорида железа трехвалентного, и последующего измерения оптической плотности полученного раствора при длине волны 390 нм. Концентрацию молочной кислоты вычисляют по калибровочному графику с учетом 10-кратного разведения исследуемого образца.

Сущность метода определения экзополи-сахаридов заключается в цветной реакции моносахаридов с фенолом в присутствии серной кислоты. Общий экзополисахарид оценивают в каждой пробе фенол-сернокислотным методом, используя глюкозу в качестве стандарта (5–100 мг/л).

Методика определения антиоксидантной активности флавоноидов основана на способности антиоксидантов исходного сырья свя- зывать стабильный хромоген-радикал 2,2-дифенил-1-пикрилгидрозил (DPPH), обесцвечивая его. Происходящие изменения регистрируются спектрофотометрически.

Результаты и их обсуждение

Способность закваски адаптироваться в растительной среде оценивали по изменению титруемой кислотности и накоплению молочной кислоты. Полученные результаты подтверждают способность комбинированной закваски Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus casei адаптироваться в растительной среде овсяного напитка (рис. 2). Накопление молочной кислоты с введением арабиногалактана увеличилось в среднем на 9–22,7 %, что позволяет отметить активизацию процесса молочнокислого брожения.

Арабиногалактан является источником клетчатки и растворимых пищевых волокон, которые способствуют созданию благоприятных условий для развития полезных лактобактерий.

Также при оценке влияния арабиногалактана на активность молочнокислого брожения был установлен выраженный дозозависимый эффект, а именно более активное накопление молочной кислоты и повышение титруемой кислотности наблюдалось в образцах с введением пребиотика до 0,5 %. Возможно в большем количестве арабиногалактан активнее проявляет свойства эмульгатора и влагоудерживающего агента, и несколько замедляет й 60

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0 (контроль)

0,5

1,5

% внесения арабиногалактана

^™ кислотность, град. ^^^^^■l содержание молочной кислоты, г/л

Рис. 2. Результаты определения кислотности и содержания молочной кислоты в образцах пробиотического напитка процесс развития закваски в растительной среде. Кроме того, известно, что арабиногалактан способен существенно изменять значения рН системы, незначительно влияя на титруемую кислотность. С учетом того, что отдельные виды микроорганизмов характеризуются собственным диапазоном оптимальных условий активного роста, можно предположить, что увеличение дозировки арабиногалактана формирует менее благоприятные условия для кислотонакопления культурами молочнокислых бактерий используемой закваски.

На следующем этапе проведена оценка накопления экзополисахаридов.

Многими авторами доказывается способность закваски молочнокислых бактерий синтезировать экзополисахариды (ЭПС) – гликозидные полимеры, связанные с поверхностью продуцирующих клеток и способные выделяться во внешнюю среду. Продуцентами эк-зополисахаридов являются представители молочнокислых бактерий, принадлежащие к родам Lactobacillus, Lactococcus, Enterococcus, Leuconostoc, Pediococcus, Streptococcus [5, 6, 10, 12].

Ферментация молочнокислыми бактериями растительной среды овсяного напитка при добавлении арабиногалактана также показала увеличение в составе доли экзополиса-харидов (рис. 3).

В исследуемой растительной среде овся- культуры в среде растительного напитка ного напитка комбинированная закваска Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulga-ricus, Lactobacillus casei активно образует ЭПС, причем добавка арабиногалактана активизирует данный процесс в среднем на 15,8– 54 % в зависимости от доли внесения.

Во взаимосвязи с отмеченными показателями находятся и результаты органолептической оценки образцов пробиотических напитков на растительной основе. Установлено, что активная ферментация среды овсяного напитка в присутствии арабиногалактана способствует получению однородной равномерной структуры более вязкой консистенции, не расслаивающейся с течением времени. Кроме того, происходит осветление ферментированного продукта за счет образования органической кислоты и снижения рН по сравнению с неферментированным овсяным напитком, улучшается ароматический и вкусовой профиль пробиотического напитка.

На заключительном этапе исследований нами проведена оценка формирующихся при ферментационных процессах функциональных свойств разрабатываемых пробиотических напитков на растительной основе (рис. 4).

Наиболее распространенными фенольными алкалоидами, которые содержатся исключительно в овсе, являются авенантрамиды. Их антиоксидантная активность в основном обусловлена способностью улавливать активные формы кислорода, обе гидроксильные группы

содержание экзополисахаридов, %

Рис. 3. Результаты определения массовой доли экзополисахаридов в образцах пробиотического напитка и α, β-ненасыщенные карбонильные группы, которые действуют прямо или косвенно, имеют решающее значение для его антиоксидантных свойств [4].

О(контроль)

1,5

Рис. 4. Результаты определения АОА в исследуемых образцах пробиотического напитка, % DPPH

Результаты определения антиоксидантной активности образцов с арабиногалактаном показали увеличение относительно контрольного образца в среднем на 37,7–93,4 %, причем также отмечается, что меньшая доля арабиногалактана в большей степени проявляет пребиотические свойства, активизируя развитие закваски молочнокислых бактерий.

Усиление антиоксидантной активности в процессе ферментации связано с тем, что молочнокислые бактерии могут выделять большое количество метаболитов. Доказано, что некоторые из высвобождаемых метаболитов, такие как органические кислоты, спирты, фенолы, экзополисахариды, ограничивают образование свободных радикалов, снижают количество активных форм кислорода и, следовательно, способствуют повышению антиоксидантной активности в ферментированных пищевых продуктах [8, 9].

Заключение

Таким образом, в результате проведенных исследований доказывается способность комплексной закваски пробиотических культур: Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus casei развиваться в растительной среде овсяного напитка. При оптимальных для развития указанных штаммов микроорганизмов условиях образуется ферментированный продукт с высокими органолептическими свойствами. Введение полисахарида арабиногалактана на этапе заквашивания растительной среды активизирует процесс ферментации, что отражается в интенсификации изменения титруемой кислотности и накопления молочной кислоты – в среднем на 9–22,7 %, увеличении количества экзополиса-харидов на 15,8–54 %, способствует улучшению функциональных свойств пробиотического растительного напитка, в частности повышению его антиоксидантной активности на 37,7–93,4 %. Указанные изменения также отражаются на консистенции и однородности структуры напитка, а также на его ароматическом и вкусовом профиле.

Также в результате исследований установлен дозозависимый эффект внесения полисахарида арабиногалактана в систему растительного ферментируемого напитка, что позволяет отметить необходимость и обоснованность дальнейших исследований в данном направлении.