Биологическая модификация семян сои и получение целевых напитков

Использование сои в производстве целевых продуктов связано с её богатым составом, а присутствие в бобах помимо высококачественных белков, дополнительных бифи-догенных факторов - олигосахаридов, проявляющих по отношению к представителям рода Bifidobacterium селективные свойства, расширяют возможности её использования в молочной отрасли. [1, 2]. Вместе с тем известно, что бобы сои, обладая высокой пищевой и биологической ценностью, характеризуются наличием антиалиментарных компонентов: ингибиторов протеаз, лектинов, фитатов, сапонинов, алкалоидов, олигосахаридов. Среди методов, способствующих инактивации данной группы веществ, в литературе приводятся сведения о применении биотехнологии проращивания семян [4].

Цель работы заключалась в снижении содержания антиалиментарных факторов в белковом комплексе семян сои путём биомодификации при прорастании и в разработке технологии новых пробиотических продуктов.

В рамках поставленной цели решались следующи е задачи:

• -    определение условий проращивания in vitro и выявление физиологического состояния семян с эффективно сниженным антипита-тельным комплексом по белковому составу и динамике активности ингибиторов протеаз;

• -    определение технологических параметров обработки биоактивированных семян для получения соевой основы;

• -    изучение возможности культивирования B. Bifidum в полученном биосубстрате и смеси субстрат-молоко;

• -    разработка технологии сквашенных напитков целевого назначения, комплексная оценка качества и конкурентоспособности.

Основными объектами исследования являлись семена сои районированных сортов -Свапа и Ланцетная, предоставленные ГНУ ВНИИ ЗБК г. Орел, имеющие сниженную трипсинингибирующую активность (ТИА – до 14 мг/г, ХИА - до 5 мг/г) и высокое содержание протеина - до 40,5% с.в. Исследовали также полученные биопродукты: соевую основу, смесь – соевая основа : молоко коровье; напитки молокосодержащие сквашенные.

В качестве источника B. bifidum использовали коммерческие препараты «Бифидум-бактерина», содержащих сухие препараты живых клеток штамма В. bifidum -1, произведенных ЗАО «Экополис» (г. Ковров) и ФГУП «НПО Микроген» (г. Ставрополь).

Пробы семян сои для проращивания исследовались по физиологическим показателям: энергии прорастания, способности прорастания, результаты пересчитывались на всю массу зерна. Период проращивания в диапазоне от 0 до 60 ч с интервалом 12 ч. Дифференциацию физиологического состояния проводили методом отбора фракций из популяции по морфологическим признакам в указанном интервале от продолжительности инкубации. Тестирование физиологического состояния проводили по изменению биохимических показателей семян в состоянии покоя, набухания и прорастания, сопоставляя с результатами анализа пептидного состава по электрофорезу [3].

Изменения в полипептидном комплексе, в том числе в зонах расположения лектинов при прорастании сои, определяли высокочувствительным методом вертикального электрофореза в полиакриламидном геле по методике В. Г. Конарева (1998).

Выделение лектинов из семян сои проводили по методу Г. Я. Алексидзе и др. (1983), гемагглютинирующую активность определяли по реакции агглютинации эритроцитов человека групп крови по методу Э. И. Выскребенцевой (1997). Активность ингибиторов трипсина и химотрипсина (ТИА, ХИА) в семенах сои определяли казеинолитическим методом М. Л. Какейда в модификации И. И. Бенкен (1983).

Компьютерную обработку электрофореграмм проводили на денситометре по светимости белковых компонентов с помощью программы «Biotest –D».

Изменение морфологии, микроструктуры клеток эндосперма прорастающих семян сои изучали в режиме низкого вакуума (Р =60 Па/с) с помощью электронного сканирующего микроскопа YSM-6390 - Япония.

При разработке технологии соевой основы проводили статистический анализ влияния степени измельчения (0,5-1) и дозы облучения (ультрафиолетовый диапазон волн 253,7-265,2 нм, в режиме от 0 до 14') семян сои на содержание ингибиторов и посторонней микрофлоры в трёх физиологических состояниях – сухие, набухшие и прорастающие. Облучение применялось для ликвидации вегетативной микрофлоры, способствующей усилению бобового запаха и горечи.

Количественный учет бифидобактерий проводили методом предельных разведений на стандартной среде ГМК -1. Посевы делали сразу после внесения штамма в исследуемых образец и после 48 ч культивирования. Изучение морфологии микроорганизмов проводилось методом микроскопирования окрашенных фуксином фиксированных препаратов на микроскопах «БиоЛам» при увеличении 15x90, Axioscop 2 МАТ с увеличением ×500, получение фотографий, опреде- ление размеров клеток выполняли с помощью программы Axio Vision Graphite.

Анализ данных физиологической активности прорастающих семян позволил сделать выбор в пользу сорта Свапа. Технологические параметры запуска процессов прорастания следующие: оптимальное время замачивания 6-8 ч в сменной воде, орошение, температура 20±2°С, соотношение семена - вода 1:4 – 1:6.

При сопоставлении результатов изменения биохимических показателей (активность ионов водорода, буферная ёмкость) с проявлением морфологических признаков смены физиологических фаз были выделены граничные состояния, по которым проводились дальнейшие исследования. Установлено, что показатель рН клеточной протоплазмы набухающих и прорастающих семян находится в диапазоне 6,5-6,8, что соответствует культуральным характеристикам В. bifidum -1. Факт наличия у растительных вытяжек из прорастающих семян буферных свойств, принят во внимание при разработке технологии растительной основы и комбинированных пр одуктов.

Методом гель-электрофореза белкового комплекса выявлены структурные изменения в пептидном составе сухих, набухающих и прорастающих семян по всему спектру в диапазоне от 0 до 48 ч, существенные различия заметно выявляются к 48 ч от достижения критической влажности.

Установлено также, что выделенные лектины сои представляют собой гетерогенный белковый комплекс с 11 пептидными зонами различной электрофоретической подвижности. Набухание и запуск прорастания последовательно приводят к размыванию, распаду пептидных зон и синтезу новых.

Динамика изменения гемагглютиниру-ющей активности имеет следующий характер: резкое снижение к 12 ч инкубирования (на 95% по сравнению с сухими семенами) сменяется постепенным ростом в последую -щих физиологических фазах, не достигая первоначального значения.

Динамика активности белков-ингибиторов трипсина и химотрипсина (ТИА; ХИА) также изменяется в сторону снижения, соответственно на 88 % и 56 % (рисунок 1).

Время проращивания, ч

Рисунок 1 - Содержание ингибиторов трипсина и химотрипсина в семенах сои сорта Свапа в разных фазах прорастания, мг/г.

Таким образом, было установлено, что наиболее благоприятными фазами являются 24-36 ч инкубирования семян. По морфологическим признакам это появление ростков до 1 мм у более 50% семян в популяции.

В эти же сроки прорастания выявлено увеличение содержания водорастворимых витаминов: В 1 на 135-242%, В₂ - 230-290%, В з -119-152%, С - 116-315 %.

Статистическая обработка результатов серийных испытаний влияния технологиче ских параметров (дозы облучения и степени измельчения) и физиологического состояния семян сои на активность ингибиторов и микробную обсеменённость позволила разработать технологию соевой основы со сниженными антипитательными свойствами [4].

Полученная основа представляет собой устойчивую полидисперсную систему, по пищевой ценности полноценный продукт, сопоставимый с коровьим молоком (таблица 1).

Таблица 1

Характеристика основы из прорастающих семян сои в сравнении с молоком коровьи

Наименование показателя	Соевая основа	Молоко коровье
Массовая доля сухих веществ, %	8,0±0,5	11,0
Массовая доля белка, %	1,9±0,5	3,2
Массовая доля жира, %	1,4±0,3	2,5
Массовая доля углеводов, %	4,8±0,8	4,7
Аскорбиновая кислота (С), мг%	2,90	0,3-2,8
Никотинамид (РР), мг%	1,95	0,1
Пантотеновая кислота (В3), мг%	5,81	0,38
Тиамин (В 1 ), мг%	1,24	0,2-0,7
рН	6,6-7,2	6,6-6,7
Плотность, при 20°С, г/см3	1,012	1,027
Стабильность дисперсии при 20°С, %	100	100
Кислотность, °Т	9	18-20

Таким образом, в соевой основе присутствуют необходимые для B. bifidum питательные вещества, которые являются внешними бифидогенными факторами для их выращивания в питательных средах. В соевой основе также присутствуют вещества, которые способствуют приживаемости пробиотиков в кишечнике (внутренние бифидогенные факторы, пребиотики-олигосахариды).

Было проведено исследование биопродукта в качестве питательной среды для культивирования B. bifidum .

При культивировании бифидобактерий на соевой основе наблюдался рост колоний в разведении 106- 108.

Сравнение активности роста бифидобактерий на биопродукте и смеси основа - молоко коровье (1:1) показало, что на смеси рост колоний происходит активнее (таблица 2).

Т а б л и ц а 2

Сравнение активности роста B. bifidum на соевой основе и смеси основы и молока (1:1)

	Количество колоний в разведении			Тип колоний
	х106	х107	х108
Соевая основа
При внесении активированного бакпрепарата	3	-	-	гвоздики
После 48ч культивирования	10	6	6	кометы, пучки
Соевая основа: молоко коровье (1:1)
При внесении активированного бакпрепарата	ДК	16	-	гвоздики
После 48 ч культивирования	СР	ДК	10	кометы

Установлено, что соевая основа из прорастающих семян и смесь основа - молоко (1:1) обладают стимулирующим действием на рост B. bifidum , что связано с присутствием в биопродукте продуктов неполного расщепления клеточных полимеров – пептидов, дии моноглицеридов, олиго- и моносахаридов, обогащённого витаминного состава, биологически активных веществ, накопленных при запуске прорастания [3] .

Сквашивание молокосодержащей смеси (50:50), проводили 3 опытными образцами заквасочных культур (1- Lactococcus lactic, Acetobacter aceti ; 2 - Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus ; 3- кефирные грибки), с добавлением в каждый образец B. bifidum -1. Полученные образцы оценивались по органолептическим показателям и по кислотности на конец сквашивания смеси.

На основе полученных данных была составлена смесь чистых культур: термофильного молочнокислого стрептококка ( Streptococcus thermophilus ) и молочнокислой болгарской палочки ( Lactobacillus bul-garicus ) с добавлением B. bifidum -1 в соотношении 1:1:2. Титруемая кислотность готовых продуктов - 65 ºТ, что ниже на 5-10 ^оТ по сравнению с традиционными кисломолочным, как установлено при дегустации, это положительно сказывается на качестве продукта, т.к. потребители обычно предпочитают слабокислый вкус.

Полученные результаты положены в основу разработки сквашенных напитков целевого назначения.

По результатам исследования изменений в белковом комплексе и динамике активности ингибиторов протеаз выявлено физиологическое состояние прорастающих семян с эффективно сниженным антипитательным комплексом - оптимальная фаза проращивания составляет 36 ч.

Методом математической статистики определены параметры получения биопродукта – соевой основы со сниженными антипита-тельными свойствами, разработана и апробирована технология основы.

Доказана возможность использования соевой основы в качеств е питательной среды для культивирования B. bifidum -1 и выявлена динамика роста на субстрате из соевой основы и смеси основа - коровье молоко.

Получены напитки молокосодержащие сквашенные целевого назначения [5]. Общий экономический эффект, полученный при производстве по сравнению с производством традиционных продуктов составляет 15-20%.