Формирование пищевой системы молочного продукта смешанного брожения, обогащенного дигидрокверцетином

В последние годы особое внимание потребителями уделяется пищевым продуктам для здорового питания, в составе которых присутствуют пробиотические микроорганизмы и функциональные органические вещества. В этом контексте возрастает интерес к кисломолочным напиткам, обогащенным функциональными пищевыми ингредиентами, в том числе антиоксидантного действия.

Глобальный рынок кисломолочных напитков является растущим сектором пищевой промышленности, так как современные потребители проявляют активное стремление приобретать продукты, способные улучшить самочувствие и снизить риск возникновения заболеваний. Примечательно, что мировой рынок функциональных продуктов питания и напитков увеличился в 1,5 раза в период с 2012 по 2018 год и, как ожидается, вырастет еще на 22,8 % в период между 2018 и 2025 годами, прогнозируемая емкость рынка оценивается в 21,7 млрд евро. Продукты на молочной основе составляют примерно 43 % функционального рынка и в основном состоят из кисломолочных напитков [1, 2, 3–8, 9, 12, 15–20].

Среди кисломолочных напитков смешенного брожения абсолютное лидерство сохраняет кефир, который традиционно потребля- ется в России и некоторых странах Центральной Азии [3]. Согласно данным Федеральной службы статистики, в последнее время популярность кефира растет в странах Европы, Японии и США, что может быть обусловлено доказанными пробиотическими свойствами и положительным эффектом, который может оказывать кефир в отношении некоторых заболеваний желудочно-кишечного тракта. Статистические данные указывают на то, что с 2016 по 2019 год продажи кефира в России выросли с 1605 млн руб. до 2229 млн руб. (по данным Федеральной службы статистики) [15].

Среди биологически активных компонентов вторичных метаболитов, имеющих отношение к увеличению общей выживаемости и способности защиты клеток, при взаимодействии с негативными факторами внешней среды особое место занимают фенольные соединения, обладающие разнообразной биологической активностью. В первую очередь, эти соединения получили признание за способность минимизировать риски клеточных повреждений, вызванных окислительным стрессом [18–20, 22, 23].

Среди веществ антиоксидантного ряда дигидрокверцитин (флаванонол) значительно превосходит многие соединения флавоноидного ряда. ДГК относится к 6 классу безопасности, что означает его абсолютную неток-сичность. Благодаря своей уникальной антиоксидантной активности дигидрокверцитин играет значительную роль в поддержании нормальных функций системы кровообращения, эффективно устраняет избыточные свободные радикалы в организме человека, способен улучшать иммунную функцию и предотвращать сердечно-сосудистые заболевания [22, 23].

Целью настоящего исследования стало изучение влияния пищевого ингредиента антиоксидантной направленности – дигидрокверцетина на биотехнологические процессы формирования пищевой системы кисломолочного напитка смешанного брожения.

Материалы и методы

Для достижения цели исследования в работе изучались два подхода к технологии обогащения, которые визуально отображены на рис. 1:

• 1)    внесение дигидрокверцетина осуществлялось перед началом процесса сквашивания;

• 2)    внесение дигидрокверцетина осуществлялось по окончании процесса сквашивания перед этапом созревания.

В качестве контрольного образца использовался кисломолочный напиток, произведенный по классической технологии кефира без внесения дигидрокверцетина.

Для производства напитков использовалось молоко нормализованное пастеризованное 2,5 % жирности «Подовиновское».

В качестве заквасочной микрофлоры использовалась коммерческая закваска «Vivo Кефир», в составе которой согласно маркировочных данных: кефирные дрожжи, Lactococcus lactis, Streptococcus thermophilus, Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium lactis, Lactobacillus delbrueckii ssp. Bulgaricus, Lactococcus lactis ssp. lactis ,

Технологии сквашивания проводились согласно рекомендации производителя.

Таким образом, в качестве объектов исследования было определено 3 образца:

• КК    (контроль) – кефирный напиток, произведенный по установленной технологии без обогащения дигидрокверцетином;

• КД -1 – кефирный напиток, полученный при использовании первого технологического подхода (дигидрокверцетин вносили перед началом процесса сквашивания);

• КД -2 – кефирный напиток, полученный при использовании второго технологического подхода (дигидрокверцетин вносили после процесса сквашивания, перед созреванием).

В качестве обогащающей добавки использовалась модифицированная форма дигидрокверцетина, произведенная по ранее разработанной технологии [22, 23].

Количество вносимой добавки рассчитывалось, исходя из рекомендуемых норм потребления дигидрокверцетина с учетом уровня потребления кефира [10, 11].

Оценка эффективности используемых подходов обогащения кисломолочного продукта смешенного брожения антиоксидантом дигидрокверцетином проводилась путем определения номенклатуры показателей для готовых продуктов [13]:

• •    титруемая кислотность, град Тернера;

• •    активная кислотность, ед. рН;

• •    морфология микрофлоры (микроскопические исследования);

• •    антиоксидантная активность (DPPH метод).

Биохимический и пищевой инжиниринг

Подход 1

Внесение дигидрокверцетина. (0,03 %)

Перемешивание.

I           Подход 2

Внесение дигидрокверцетина.

(0,03 %) Перемешивание.

Рис. 1. Обобщенная схема технологических подходов обогащения кисломолочного напитка смешенного брожения антиоксидантом дигидрокверцетином

Титруемую кислотность определяли титрометрическим методом с применением индикатора фенолфталеина (ГОСТ 3624). Активную кислотность определяли потенциометрически с помощью рН-метра (рН-150). Морфологию микрофлоры изучали путем приготовления фиксированных препаратов, окрашенных метиленовым синим с последующим микрокопированием в иммерсионной среде (увеличение ×1500 ). Общую антиоксидантную активность определялась методом DPPH (%). Использовали метанольный раствор DPPH 60 мкМ, 1 мл которого смешивали с 1 мл исследуемого раствора, инкубировали в темноте в течение 30 мин. Поглощение измеряли спектрофотометрически при 515 нм.

Результаты и их обсуждение

Изучение влияния дигидрокверцетина на свойства кефирного напитка проводили в несколько этапов. На первом этапе исследований были оценены показатели титруемой и активной кислотности образцов напитков, результаты представлены на рис. 2.

Исследования показали, что процесс сквашивания и созревания образцов кефирно- го напитка протекал с достаточной интенсивностью, и рекомендуемый уровень титруемой кислотности (85–130 °Т) и рН (4,0–4,5) по окончании процесса созревания был достигнут для всех исследуемых образцов. Вместе с тем, включение в систему кисломолочного продукта флавоноида дигидрокверцетина оказало некоторое влияние на значения данных показателей. В частности, при использовании первого подхода внесения дигидрокверцетина значение титруемой кислотности готового продукта (КД-1) было на 15 % выше, чем у контрольного образца. Для образца КД-2 – выше на 6 %.

Известно, что при производстве кефира основная роль в формировании титруемой кислотности принадлежит термофильным молочнокислым микроорганизмам, количество которых достигает 107…108 в 1 мл готового продукта. Дрожжи развиваются значительно медленнее, чем молочнокислые бактерии, визуально заметного количества они достигают лишь во время созревания продукта и значительного влияния на титруемую кислотность не оказывают [2, 4, 6, 8, 18].

■ титруемая кислотность, град. Тернера • рН, ед.

Рис. 2. Результаты оценки титруемой и активной кислотности исследуемых образцов кефирного напитка

Исследования, представленные в научных публикациях свидетельствуют о том, что растительные полифенолы могут оказывать различное влияние на развитие молочнокислых бактерий. Так, исследования [5, 14] показали, что экстракт липы и эхинацеи оказывает негативное воздействие на развитие Lactobacillus delbrueckii ssp. Bulgaricus , замедляя процесс накопления титруемой кислотности йогуртов, тогда как экстракт шиповника, рябины и облепихи позволяет интенсифицировать процессы сквашивания продуктов, содержащих культуры Lactobacillus acidophilus [14].

Наши исследования показывают, что дигидрокверцетин не оказывает негативного влияния на развитие исследуемого образца заквасочной культуры, способствуя незначительному росту показателя титруемой кислотности.

Уникальность свойств кефирного грибка обусловлена его сложной микробной системой, включающей комплекс из мезофильных молочнокислых палочек, мезофильных молочнокислых стрептококков, уксуснокислых бактерий и дрожжей. Изучение морфологии микрофлоры исследуемых образцов кефирного напитка проводили с использованием световой микроскопии по методу светлого поля. Характерный вид микрофлоры образцов визуализирован на рис. 3. При микрокопировании экспериментальных образцов наблюда- лась типичная для данного вида закваски микрофлора, посторонних микроорганизмов не обнаружено.

Микрофлора исследуемых образцов кефирного напитка в основном представлена Streptococcus thermophilus в виде моно-, дип-ло- и стрептококковых форм . Было отмечено ограниченное присутствие палочковидных форм микроорганизмов, которые визуализировались лишь в некоторых полях зрения.

Одним из важных представителей микрофлоры кефира являются дрожжи, продуцируемые симбиотической закваской. Именно они смягчают ощущение кислоты, делая вкус продукта более нежным. Накопление в процессе спиртового брожения СО2 увеличивает полноту вкусовых ощущений за счет газирования и своеобразного оттенка аромата [2, 7, 18].

Дрожжи были идентифицированы в двух образцах кефирного напиктка КК и КД-2 и не обнаружены при микроскопии сгустка образца КД-1. Это дает основание предположить, что дигидрокверцетин способен подавлять развитие дрожжей на начальных этапах их развития.

В литературе содержится мало информации о влиянии полифенолов на биотехнологические свойства дрожжей. Валуйко Г.Г. [5] показано, что при содержании танинов 2,21 г/дм³ происходит замедление развития дрожжей [5], а Шандерль Г. [14] установил,

Образец КК

Образец КД-1

Образец КД-2

Рис. 3. Характерный вид микрофлоры в образцах заквасок кефирных напитков ( фиксированные препараты, окраска комбинированным фиксатором увеличение ×1500 )

что концентрация данных компонентов свыше 5 г/дм3 может являться причиной задержки брожения соков. В исследованиях ряда авторов отмечено, что полифенолы могут оказывать как стимулирующее действие и повышать стабильность винных дрожжей, так и ингибировать их размножение. Исследование, проведенное [14], показало, что содержание в средах 2,5 г/дм3 полифенолов не оказало влияния на рост восемнадцати из двадцати исследуемых культур дрожжей, тогда как у двух культур отмечено снижение скоростей роста на 15 % по сравнению с контрольными.

Учитывая весомую роль дрожжей в формировании традиционных потребительских свойств кефира и полученные результаты микроскопических исследований, следует признать более целесообразным подход внесения дигидрокверцетина перед процессом созревания продукта (см. рис. 1, подход 2).

На заключительном этапе исследований была проведена оценка антиоксидантной активности полученных образцов кефирного напитка, для чего использовался DPPH метод. Результаты исследования данного показателя представлены на рис. 4 и свидетельствуют о том, что включение дигидрокверцетина в пищевую систему ферментированного молочного продукта приводит к значительному росту его антиоксидантных свойств.

Антиоксидантная активность образцов КД-1 и КД-2 характеризовалась близкими значениями (различия были статистически незначимы). Прирост же значений антиоксидантной активности модифицированных образцов в сопоставлении с контрольным образцом кефирного напитка составил более 60 %, что указывает на проявление антиоксидантных свойств дигидрокверцетина в системе продукта.

Заключение

Таким образом, проведенные исследования показали возможность применения растительного антиоксиданта дигидрокверцетина для получения ферментированных молочных продуктов с выраженными антиоксидантными свойствами. Установлено, что наиболее целесообразно внесение дигидрокверцетина в пищевую систему кефирного напитка на этапе завершения процесса сквашивания, перед началом созревания продукта. Именно данный подход обеспечивает полноценное формирование требуемых свойств готового кефирного напитка в совокупности с высокими значениями антиоксидантной активности.

Статья выполнена при поддержке Правительства РФ (Постановление № 211 от 16.03.2013 г.), соглашение № 02.A03.21.0011, при финансовой поддержке гранта РФФИ 18-53 45015.

• ■ Антиоксидантная активность, % (DPPH)

Рис. 4. Результаты оценки антиоксидантной активности исследуемых образцов кефирного напитка, % (DPPH)