Функциональные стартовые культуры для мяса: исследование технологической и пробиотической характеристики

МРНТИ (62.09.99)                          •

В настоящее время некоторые ферментированные продукты производятся в больших масштабах в результате применения современных технологий, автоматизации производства и биотехнологий в области генетического манипулирования функциональными микроорганизмами [1].

Использование стартовых культур – препаратов, развивающих в ферментируемом субстрате оптимальную метаболическую деятельность и обеспечивающих безопасность пищевых продуктов, увеличение сроков хранения, является также эффективным с точки зрения-технико-экономических показателей [2]. В качестве биологических катализаторов в производстве ферментированных мясных продуктов используют молочнокислые бактерии. (МКБ) Изучение влияния молочнокислых бактерий на гидролиз белковых веществ и жиров, на распад азотистых веществ и жиров, на органолептические показатели, на конечные показатели качества мясных продуктов – это задачи, которые решают ученые в области пищевых технологий. В технологии мясных продуктов молочнокислые бактерии используются для не только для улучшения сенсорных свойств, а также для увеличения продолжительности сроков хранения. И, очевидно, что сроки хранения увеличиваются за счет жизнедеятельности микроорганизмов, а точнее, за счет подавления ими в сырье гнилостных и санитарнопоказательных бактерий [3].

Ученые установили, что при применении МКБ улучшаются функционально-технологические показатели мясного сырья и качественные показатели готовых продуктов за счет консервирующей способности микроорганизмов оптимизировать физико-химические показатели [4]. Очевидно, что применение МКБ положительно влияет на повышение пищевой ценности, улучшение микробиологических и органолептических свойств. Установлено, что молочнокислые бактерии в составе мясных продуктов придают им функциональные свойства. Экономический эффект от применения молочнокислых бактерий показывает, что исследования, направленные на определение функциональности стартовых культур, актуальны и важны в производстве ферментированных мясных продуктов [5].

Перед исследователями стоит основная задача по выбору штаммов, которые способствовали бы сохранению традиционных орга- нолептических показателей колбасных изделий и дополнительно повышению безопасности пищевых продуктов [6]. Наиболее часто идентифицируемые виды МКБ в традиционных колбасах - Lactobacillus sakei, Lb. curvatus и Lb. plantarum [7].

Современные тенденции в питании выдвигают на первый план использование пробиотиков в ежедневном рационе человека. Лечебно-профилактическое действие пробиотиков используется во всем мире для оздоровления населения. В отчетах Всемирной организации здравоохранения имеются статистические данные о положительном экономическом эффекте от применения пробиотиков в лечении желудочно-кишечных инфекций, распространенных в развивающихся странах [8].

Использование в технологии пищевых продуктов отдельных штаммов лактобацилл ( Lactobacillus ), бифидобактерий ( Bifidobacterium ), пропионовокислых бактерий ( Propi-onibacterium) показало, что вышеназванные штаммы проявляют функциональные свойства и тем самым доказывают социальную значимость этого направления исследований [9].

По мнению исследователей, основными критериями выбора функциональных стартовых культур являются адгезионная способность штаммов (в слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта), устойчивость к кислой среде (кислота и желчь ЖКТ) и отсутствие патогенности [10, 11].

Использование функциональных стартовых культур с «дополнительной функцией» является новой целью для ферментирования мяса, однако, некоторые ученые в своих работах опубликовали результаты исследований по применению пробиотических штаммов в колбасных изделиях [12, 13].

Выделение и отбор стартовых культур проводятся последовательно и состоят из нескольких этапов. Вначале выделяют заинтересовавшие исследователей штаммы, идентифицируют и описывают их, далее в зависимости от цели и направления исследования отбирают. После исследования качественных показателей штаммы используют в микробиологической и пищевой промышленности. В настоящее время выбор функциональной стартовой культуры включает еще один этап, связанный с оценкой функциональных свойств [14].

В данной работе приводится пример использования поэтапного подхода для отбора перспективных стартовых культур с пробиотическими способностями. В качестве объек- тов исследования были использованы некоторые штаммы, выделенные из базовой закваски. Показатели исследуемых штаммов сравнивались с показателями некоторых коллекционных штаммов.

Материалы и методы исследований

В данном исследовании использовались разные штаммы:

• -    Пять штаммов молочнокислых бактерий (обозначенных от образец 1 до образец 2), выделенных из коммерческого препарата и идентифицированных как Lb. sakei с использованием подхода, предложенного Бевилаква и др. [15];

• -    Lb. plantarum , перспективный пробиотический штамм.

Штаммы хранили при низкой температуре, равной -20°C в питательной среде, специально созданной для выращивания молочнокислых бактерий, в которую также добавляли 33%-ный глицерин. Перед использованием штаммы выдерживали в питательной среде при температуре 35°C в течение 24 часов.

Штаммы из коммерческой стартовой культуры были охарактеризованы по следующим признакам:

• а)    Гидролиз аргинина для выделения аммиака и углекислого газа проводили на специальном субстрате, который состоял из 5 г/л триптона, 2 г/л дигидроортофосфата калия, 42,5 г/л дрожжевого экстракта, 0,5 г/л глюкозы, 3 г/л гидрохлорида аргинина. Эксперимент проводили в нейтральной среде с введением в раствор до 7 лог кое/мл, затем выдержали при температуре 30°C в течение 96 ч. Качественную пробу на аммиак проводили, добавив 1 каплю реактива Несслера.

• б)    Восстановление нитратов: исследование проводили в нитратном растворе, рН был отрегулирован от 7,0 до 7,5. Образцы вводили в количестве до 7 лог кое/мл и выдерживали в течение 72 часов при температуре 30˚C. Восстановление нитрата до нитрита определяли качественно.

• в)    Ферментативная активность: проводили в растворе MRS, дополненном глюкозой (2%) и вводили образцы в количестве до 7 лог кое/мл. Выделение газа из глюкозы определяли с помощью пробирки Дарема, после выдерживания при температуре 30°C в течение 7 дней.

• г)    Определение наличия слизи проводили на специальной питательной среде (агар с добавлением 5% сахарозы). Штаммы наносили на поверхность агара и выдерживали при температуре 30°C в течение 7 дней.

• д)    Протеолитическая активность: штаммы высевали на поверхность питательной среды, состящей из агара и 5% сухого обезжиренного молока, выдерживали при температуре 30˚C в течение 7 дней.

• ж)    Липолитическая активность: оценивали на питательной среде агара, дополненном 2% трибутирина. После введения штамма выдерживали при температуре 30˚C в течение 7 дней.

Результаты и их обсуждение

Фундаментальным и критическим шагом для определения профиля мясной стартовой культуры было изучение совокупности признаков и свойств микроорганизмов и технологических характеристик. Полученные результаты показали, что молочнокислые бактерии с гетероферментативной кислотообразующей способностью образуют большое количество отверстий и ухудшают вид на разрезе колбасных изделий, а также уксусная кислота, образованная в процессе ферментации, способствует ухудшению вкуса. Таким образом, использование молочнокислых бактерий с гомофер-ментативной кислотообразующей способно- стью в технологии колбасных изделий создает оптимальный метаболизм для стартовой культуры. К другим ферментативным свойствам выделенных штаммов относится гидролитическая способность по отношению к аминокислотам и это свойство является важным в производстве ферментированных мясных продуктов [6].

Штаммы, выделенные из базовой закваски, обладали способностью к точечному гидролизу аргинина с выделением аммония. Ферментативная активность штаммов в виде образования слизи была установлена в образцах 2, 3, 5. Протеолитическая способность штаммов не выявлена.

На рисунке 1 показано влияние штаммов на кислотность ферментированного объекта в течение 24 часов. Выделенные штаммы снизили pH на 0,5 при температуре 15˚C, а при повышении температуры на 10 ˚C (т.е. при 25˚C) вызвали изменение pH на 1,5±0,07. Применение в эксперименте коллекционных штаммов при температуре 15˚C не изменило pH среды.

Рисунок 1. Влияние штаммов на кислотность образцов, выдержанных 24 часа при разных температурах.

На рисунке 2 показано влияние температуры на рост штаммов. Показано, что через 24 часа значительный рост исследованных штаммов не установлен при температурах 10˚C и

15˚C, тогда как при 45˚C рост штаммов зависел от вида.

Итак, увеличение роста штаммов в 2 раза было обнаружено в образцах 3, 4, 5 и во всех коллекционных штаммах при температу- ре 15˚C, а в образцах 1 и 2 – практически не наблюдалось. Однако, через 48 часов (рис. 2Б) установлено значительное увеличение роста штаммов при температуре 15˚C для всех выделенных штаммов и некоторых коллекционных штаммов (Lb. plantarum и Lb. sakei). Кроме того, образцы 1, 4 и 5 показали рост штаммов на более чем 25% при 10˚C, что доказывает большое влияние температуры на рост штаммов.

Рисунок 2. Влияние температуры на рост штаммов: А - через 24 ч, Б - через 48 ч.

Нами исследовано влияние концентрации соли на рост штаммов. На рисунке 3 показано, что в образцах 1 и 5 установлен рост штаммов на (55±15,0) % при концентрации соли 5%. На рисунке также показано, что при концентрации соли 8,5% через 48 часов наблюдался рост штаммов до (55±5,0) %.

Рисунок 3. Влияние концентрации соли на рост штаммов.

Влияние температуры на рост и жизнедеятельность выделенных штаммов коррелируют с результатами многих авторов. Что касается влияния соли, то выделенные нами штаммы показали значительное отклонение от ожидаемого результата, так как они оказались более чувствительными и способными расти при концентрации соли (8,5±1,5) %.

На следующем этапе были установлены функциональные свойства штаммов, основанные на изучении антимикробной активности, адгезионной способности, гидрофобности, устойчивости в кислой среде, устойчивости к антибиотикам.

Результаты по определению степени взаимодействия штаммов с водой, показали, что штаммы можно разделить 4 группы:

• 1    группа - Lactobacillus sakei показал промежуточную тенденцию между изолятами

из коммерческого препарата и коллекционными штаммами.

• 2    группа – штаммы со средней степенью взаимодействия с водой (16±0,8) % (образцы 1, 3, 4, 5);

• 3    группа - штаммы с низкой степенью взаимодействия с водой (гидрофобные), образец 2;

• 4    группа - коллекционные штаммы с высокой степенью взаимодействия с водой (гидрофильные), 2 штамма Lactobacillus plantarum .

  

  Степень гидрофобности

  Рисунок 4. Степень взаимодействия штаммов с водой (%):

  
  

Заключение, выводы

В данной статье приводится пример возможной технологической схемы для обоснования выбора перспективных стартовых культур с пробиотическими свойствами, предназначенных для мясного сырья. Выбор стартовых культур основан на определении следующих показателей: антимикробная активность, адгезионная способность, устойчивость к кислой среде, устойчивость к антибиотикам. Кроме того, выбор штаммов обосновывается исследованиями влияния штаммов на кислотность ферментированного объекта, влияния температуры на рост штаммов, влияния концентрации соли на рост штаммов.

Сравнительная характеристика выделенных и коллекционных штаммов показала, что последние обладают классическими свойствами стартовой культуры, предназначенной для мяса, и могут осуществлять ферментацию при низких температурах.

Данная статья профинансирована Министерством науки и высшего образования Республики Казахстан по гранту №AP23488862 в рамках «Конкурса на грантовое финансирование научных и (или) научно-технических проектов на 2024-2026 годы». Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.