Биотехнология кефира с новыми свойствами

Кефир - это напиток с уникальным составом микробиоценоза, что выгодно отличает его от других кисломолочных продуктов. Порядка двух десятков видов микробных культур, в том числе: дрожжей, молочнокислых и уксуснокислых бактерий, благоприятно влияют на микрофлору желудочно-кишечного тракта, проявляя бактерицидные свойства по отношению к возбудителям ряда желудочнокишечных заболеваний.

Известен способ производства кефира, включающий пастеризацию и гомогенизацию молока, его охлаждение, заквашивание кефирными грибками, которые предварительно культивируют в молоке, последующее сквашивание при оптимальной температуре, созревание. Способ несовершенен, так как получаемый продукт имеет незначительный срок годности и характеризуется невысокими органолептическими и физико-химическими показателями [1]. Цель данной работы - разработка биотехнологии кефира (для исключения недостатков существующей технологии) и получение продукта с новыми биологическими свойствами. Для решения поставленной задачи на стадии внесения производственной закваски, одновременно с ней вносили фермент трансглютаминазу (Saprona TG 1L производитель -TFI, Германия), используемую для производства творога, йогуртов и свежего сыра в целях улучшения качества и структуры готового продукта.

Свойством трансглютаминазы является образование дополнительных связей в молекулах белка, приводящих к «сшиванию» белковых молекул. Фермент катализирует реакцию ацильного переноса между γ-карбоксиамидной группой глутаминового остатка белка или пептида (ацил-донор) и первичными аминогруппами разнообразных аминосоединений (ацил-акцептор), включая е-аминогруппу лизинового остатка пептида по схеме:

1 I

Gin— с—NH2+H2N— Lys—►Glu— С — NH —R + Ж3

В результате образуются высокомолекулярные соединения, содержащие е-(у-глутамил)-лизиновые внутри- и межмолекулярные изопептидные связи, оказывающие влияние на структуру и функциональные свойства белков. Ковалентные связи, образованные трансглютаминазой между свободными ами ногруппами (свободных, либо из боковых цепей лизина) и гамма-карбоксамидными группами глутамина. устойчивы к протеолизу. Специфические изопептидные связи возникают между белками. Трансглютаминаза воздействует исключительно на протеины. Связи образуются как внутри молекулы протеина, так и между отдельными его молекулами. Катализируется опосредованное через глутаматдегидрогеназу дезаминирование природных аминокислот и биосинтез аминокислот. Когда фермент взаимодействует с белком, то может иметь место образование поперечной связи е-

-Glu)-Lys и замещение Gln на Glu в результате дезамидирования [2,3].

Как показали исследования, внесение трансглютаминазы в молоко одновременно с производственной закваской, обеспечивает синтез микробного лактоферрина.

В эксперименте производство кефира проводили по схеме: нормализация, гомогенизация, пастеризация, охлаждение до температуры заквашивания, внесение производственной закваски. Количество вносимой закваски по отношению к нормализованной смеси варьировали в пределах от 1,5 % до 3,0 %.

Одновременно с закваской вносили фермент трансглютаминазу из расчета от (0,1 до 0,5) кг на 1000 кг нормализованной смеси. Большее количество вносимого фермента нецелесообразно, так как ухудшает качество готового продукта.

Как показал эксперимент, максимальный синтез лактоферрина достигался при внесении закваски с массовой долей 2,0 % (таблица 1). Увеличение количества вносимого фермента ухудшает структуру кефира: появляется неоднородность продукта, интенсивное отделение сыворотки (таблица 2)

Биохимические пути, по которым осуществляется синтез лактоферрина у микроорганизмов, схожи с таковыми у других организмов. Установлена способность кефирных грибков, представляющих собой симбиоз молочнокислых бактерий р.р . Lactococcus, Lactobacillus и дрожжей Saccharomyces lactis к синтезу собственного бактериального лактоферрина (БЛФ). Возможно, внесение в смесь фермента трансглютаминазы активизирует способность бактерий к синтезу собственного лактоферрина для их выживания.

Таблица 1

Содержание лактоферрина в кефире

Таблица 2

Органолептическая оценка кефира

Специфичность трансаминаз обеспечивается именно белковым компонентом. Фермент катализирует перенос NH2-группы не на а-кетокислоту, а сначала на кофермент пиридоксальфосфат. Образовавшееся промежуточное соединение (основание Шиффа) подвергается внутримолекулярным превращениям (ла-билизация а-водородного атома, перераспределение энергии связи), приводящим к освобождению а-кетокислоты и пиридоксамин-фосфата; последний на второй стадии реакции реагирует с любой другой а-кетокислотой, что через те же стадии образования промежуточных соединений (идущих в обратном направлении) приводит к синтезу новой аминокислоты и освобождению пиридоксальфосфата.

В связи с тем что во всех трансаминазах карбонильная группа кофермента (—СНО) связана с ε-aминогруппой лизина белковой части взаимодействие между субстратом, т.е. L-аминокислотой и пиридоксальфосфатом происходит не путем конденсации с выделением молекулы воды, а путем реакции замещения, при которой КИ2-группа субстрата вытесняет £-ЫН2-группу лизина в молекуле ферментного белка, что приводит к формированию пиридоксальфосфатного комплекса. Все или почти все природные аминокислоты (исключение составляет метионин) сначала реагируют с α-кетоглутаровой кислотой в реакции трансаминирования с образованием глутаминовой кислоты и соответствующей кетокислоты. Образовавшаяся глутаминовая кислота затем подвергается непосредственному окислительному дезаминированию под действием глутаматдегидрогеназы. Поскольку обе реакции (трансаминирование и дезаминирование глутаминовой кислоты) являются обратимыми, создаются условия для синтеза по существу любой аминокислоты, если в среде имеются соответствующие а-кетокислоты. Таким образом, трансглютаминаза катализирует опосредованное через глутаматдегидрогеназу дезаминирование природных аминокислот и биосинтез новых аминокислот. При активном действии фермента, которое выражается в повышенном образовании новых молекул аминокислот, происходит активация реакций анаболизма у микробной ассоциации, что и приводит к увеличению лактоферрина в готовом продукте [4,5,6].

Таким образом, модифицированный способ производства кефира позволяет получить:

• -    продукт с улучшенными реологическими свойствами и органолептическими показателями;

• -    исключить добавление сухого обезжиренного молока для улучшения консистенции путем увеличения белка в готовом продукте;

• -    увеличить срок хранения готового продукта до 14 суток, за счет снижения степени синерезиса в процессе хранения.

Предлагаемая технология производства кефира с внесением одновременно с закваской фермента трансглютаминазы обеспечивает генерацию собственного лактоферрина микроорганизмами в составе кефирных грибков в количестве от 500 до 1100 мг/л (по сравнению с контролем до 300 мг/л).