Исследование биохимической активности заквасочных композиций, обогащенных пропионовокислыми бактериями, на различном сырье

Пробиотики – это «живые микроорганизмы», которые при введении в достаточных количествах приносят пользу здоровью хозяина [1]. Основные пробиотические организмы, используемые во всем мире, относятся к роду Lactobacillus и Bifidobacteria и обнаружены в микрофлоре желудочно-кишечного тракта [1, 2]. Пробиотики могут употребляться в виде ферментированной пищи, молочных продуктов [3].

Ферментированные молочные продукты, содержащие штаммы Lactobacillus оказывают положительное влияние на липидный обмен, снижают уровень холестерола в организме [4]. Молочнокислые бактерии в ферментированных молочных продуктах могут снизить риск развития рака толстой кишки. Это связано с тем, что они снижают активность гидролитических ферментов, которые продуцируют потенциальные проканцерогены [5].

Cбраживание углеводов и спиртов является важным диагностическим признаком молочнокислых микроорганизмов. Традиционно молочнокислые микроорганизмы культивируются и поддерживаются в стерильном молоке. Из многочисленных питательных сред, применяемых при культивировании молочнокислых микроорганизмов, пригодны сбалансированные по азотному, углеводному и витаминному составам среды, которые содержат все необходимые питательные и стимулирующие вещества, находящиеся в форме, которая легко усваивается микроорганизмами. Компоненты среды и их сочетания оказывают влияние на направленность биологической активности молочнокислых бактерий [6].

Бактерии рода Lactobacillus относятся к микроорганизмам, имеющим сложные питательные потребности. Для их активного развития требуется наличие веществ, необходимых для построения бактериальной клетки (нуклеиновых кислот, полисахаридов, аминосахаров и т. д.) [7].

Традиционно в нашей стране уделяется внимание технологии производства кисломолочных биопродуктов на основе коровьего молока. Основной задачей технологов является получение продукта с хорошими органолептическими свойствами, оптимальными физико-химическими, реологическими параметрами и необходимым содержанием молочнокислой микрофлоры.

Вместе с тем отдельная категория населения не переносит лактозу, являющуюся основным углеводным источником молока [8]. Непереносимость лактозы представляет собой состояние, при котором человек не может переваривать или усваивать лактозу, по причинам: генетически запрограммированного дефицита фермента лактазы, вызванного полиморфизмом в гене и повреждения эпителиальных клеток пищеварительного тракта [9–11].

В последние годы качество и разнообразие продукции в сегменте безлактозных молочных продуктов в мире значительно возросло. Мировой рынок безлактозных молочных продуктов является самым быстрорастущим сегментом в молочной промышленности [12]. Наиболее крупным и быстроразвивающимся рынком безлактозной продукции является Западная Европа, за ней следует Латинская Америка. В России сегмент безлактозных молочных продуктов представлен продукцией отечественных и зарубежных производителей [13]. В настоящее время имеется необходимость развития ассортимента низколактозных молочных продуктов.

В последние годы на отечественном рынке пищевых продуктов появились аналоги молока на основе растительного сырья. При этом различные виды растительного молока некоторые производители позиционируют как альтернативу коровьему. Преимущества коровьего молока перед растительными альтернативами очевидны. Белки молока превосходят белки растений в силу лучшей сбалансированности по аминокислотному составу. Биологическая ценность белков молока составляет 85%, тогда как этот показатель для растительных белков значительно ниже [8]. Лактозосодержащие продукты, в первую очередь лактоза молока, увеличивают всасывание кальция, а соответственно, служат профилактикой формирования остеопороза [14].

Помимо содержания высококачественного белка, молоко и другие молочные продукты обеспечивают 30–40% кальция, йода, витамина B 12 и рибофлавина в рационе, поэтому группы населения с низким потреблением молока часто имеют низкие показатели этих питательных веществ [15, 16].

Тем не менее, приобретает все большую популярность рынок альтернативных продуктов на растительной основе и безлактозное молоко. К немолочным альтернативам молока на отечественном рынке относят соевое, миндальное, рисовое, овсяное, кокосовое и др. [17].

Растительные заменители молока (РЗМ) представляют собой водные экстракты семейства бобовых, семян масличных растений или злаков, которые по виду напоминают коровье молоко. Наиболее используемые растительным заменителем молока является соевое молоко [18]. Соевые продукты все еще доминируют на рынке, но появление альтернативных продуктов из других растительных источников, таких как кокосовый орех, овес и миндаль, уменьшило их долю [19].

Растительное молоко каждого вида имеет свои особенности по органолептическим свойствам. Рекомендуется потреблять растительное молоко в разумных пределах и чередовать его виды. Это обеспечивает потребителю разнообразие по составу и свойствам и баланс незаменимых веществ [20].

В составе рисового молока присутствуют клетчатка, витамины B 3 , B 6 , железо, медь, магний. Рис. не содержит глютена, поэтому рисовое молоко подойдет для людей с непереносимостью этого белка. Овсяное молоко богато витаминами группы В, содержит кальций, фосфор, железо, антиоксиданты. Благодаря высокому содержанию клетчатки овсяное молоко укрепляет пищеварительную систему и дает чувство сытости. Входящий в его состав бета-глюкан помогает снизить уровень холестерина и желчных кислот в кишечнике [20].

Рисовое молоко по количеству кальция и витаминов не уступает коровьему. Имеет меньшую жирность и калорийность, легче усваивается и не вызывает аллергию. Рисовое молоко превосходит коровье по содержанию витаминов А, D, E и B 12 . Данный вид молока содержит большое количество веществ, которые способны снижать уровень холестерина в организме и нормализовать уровень сахара в крови [21].

Кокосовое молоко имеет низкую калорийность и способно быстро усваиваться организмом. Оно содержит аминокислоты, полине-насыщенные жирные кислоты, витамины групп A, B, C, PP, K, E, моно– и дисахариды, медь, натрий, селен, фосфор, железо, магний, цинк, марганец, эфирные масла. Благодаря такому богатому составу употребление кокосового молока благотворно влияет на сердечно-сосудистую и желудочно-кишечную системы, стабилизирует уровень гемоглобина, содержание глюкозы и холестерина в крови, улучшает работу мозга и ускоряет набор мышечной массы [20]. Данный вид растительного молока богат калием. Содержание калия в два раза больше, чем в коровьем молоке. Что касается кальция, то уровень его в кокосовом аналоге невысок [21].

Разработка технологии низколактозных (и/или безлактозных) и растительных пробиотических кисломолочных биопродуктов в настоящее время актуальна, поскольку используются в качестве профилактических или реабилитационных продуктов в отношении различных инфекций, в качестве функциональных продуктов, а дополнительное снижение массовой доли лактозы и использование растительного сырья повышает их применимость.

Цель работы – сравнительный анализ биохимической активности микробных консорциумов, обогащенных пропионовокислыми бактериями, на различных видах сырья животного и растительного происхождения.

Объектами исследований являлись: молоко отборное с массовой долей жира 3,3–4,3%, массовой долей белка 3,2%; молоко овсяное с массовой долей жира 3,2%, массовой долей углеводов 6,5%, массовой долей белка 1,0%; молоко кокосовое с массовой долей жира 1,5%, массовой долей белка 0,4%, массовой долей углеводов 5,0%; молоко рисовое с массовой долей жира 1,5%, массовой долей белка 0,2%, массовой долей углеводов 12,0%; безлактозное молоко с массовой долей жира 1,5%, массовой долей белка 3,0%, массовой долей углеводов 4,7%. В качестве заквасочных культур использовали производственные культуры компании ДАНИСКО, а также пропионовокислые бактерии Propionibacterium freundenreichii subsp. shermanii AC-2503 , активизированные биотехнологическим способом, разработанном в Восточносибирском государственном университете технологий и управления.

Все испытания проводили общепринятыми методами. Активную кислотность определяли с помощью рН-метра S80 Seleven Multi Mettler Toledo. Вязкость находили с помощью ротационного вискозиметра VISCO, Atago, японского производства. Микроскопирование проводили с использованием микроскопа Axio Lab. A1.

Результаты и обсуждение

В состав комплексных бактериальных заквасок микрофлора была подобрана с учетом требований к конечному продукту по органолептическим, физико-химическим и микробиологическим показателям. Опытным путем были составлены четыре композиции заквасочных культур из идентифицированных штаммов бактерий для приготовления новых кисломолочных биопродуктов. Состав заквасочных композиций представлен в таблице 1.

Таблица 1.

Состав заквасочных композиций

Table 1.

Composition of starter compositions

Образец Sample	Состав Composition
Контроль Control	Propionibacterium freundenreichii subsp. shermanii AC-2503
Образец культуры 1 Sample culture 1	Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Propionibacterium freundenreichii subsp. shermanii AC-2503
Образец культуры 2 Sample culture 2	Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactococcus lactis subsp. cremoris, Propionibacterium freundenreichii subsp. shermanii AC-2503
Образец культуры 3 Sample culture 3	Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium lactis, Propionibacterium freundenreichii subsp. shermanii AC-2503

В работе использовались различные виды           На первом этапе исследований изучены сырья растительного и животного происхождения:       основные технологические показатели такие, как молоко безлактозное, молоко рисовое, молоко       скорость сквашивания и предельная кислотооб- овсяное, молоко кокосовое, в качестве контроля       разующая способность (таблица 2, рисунок 1).

сырья – молоко отборное.

Таблица 2. Продолжительность культивирования комбинированных культур на различных питательных основах Table 2.

молоко отборное / молоко безлактозное / молоко рисовое / rice молоко овсяное / oat молоко кокосовое / selected milk        lactose-free milk            milk                  milk              coconut milk

■ контроль / control и образец культуры 2 / sample culture 2

□ образец культуры 1 / sample culture 1

в образец культуры 3 / sample culture 3

Duration of cultivation of combined crops on various nutritional bases

Питательная основа Nutrient Base	Образец заквасочной композиции | Starter Composition Sample	Температура культивирования, °С | Cultivation temperature, °C	Продолжительность сквашивания, час | Fermentation duration, hour
Молоко отборное (МО) | Selected milk	Контроль	30	7,0
	Образец культур 1	36	6,0
	Образец культур 2	30	7,5
	Образец культур 3	37	6,5
Молоко безлактозное (МБ) | Milk, lactose free	Контроль	30	8,5
	Образец культур 1	36	8,0
	Образец культур 2	30	9,0
	Образец культур 3	37	8,0
Молоко рисовое (МР) | Rice milk	Контроль	30	9,0
	Образец культур 1	36	9,5
	Образец культур 2	30	10,0
	Образец культур 3	37	9,0
Молоко овсяное (МОВ) | Oat milk	Контроль	30	8,0
	Образец культур 1	36	8,5
	Образец культур 2	30	9,0
	Образец культур 3	37	8,5
Молоко кокосовое (МК) | Coconut milk	Контроль	30	8,5
	Образец культур 1	36	8,0
	Образец культур 2	30	8,5
	Образец культур 3	37	8,5

Рисунок 1. Предельная активная кислотность образцов ферментированных биопродуктов

• Figure 1.    Maximum active acidity of samples of fermented biological products

Полученные результаты свидетельствуют, что все разработанные консорциумы, обогащенные пропионовокислыми бактериями, обладают высокой биохимической активностью. Максимальное время ферментации наблюдается при температуре 30 °С для немолочной рисовой среды. Для образцов с немолочной овсяной и кокосовой основой максимальная продолжительность ферментации составила 8,5–9,0 часов при культивирования всех заквасочных композиций.

Важно отметить, что динамика изменения активной кислотности безлактозного молока проходила на уровне изменения кислотности в отборном молоке. Это можно объяснить тем, что углеводный фракционный состав безлактозного молока, а именно, глюкоза и галактоза, является субстратом для развития молочнокислой микрофлоры и пропионовокислых бактерий, и в целом, позволяет активно осуществлять процесс ферментации.

Наиболее выраженная тенденция снижения активной кислотности наблюдается в овсяном молоке, особенно при использовании комбинации культур Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium lactis, Propionibacterium freundenreichii subsp. shermanii AC-2503 . Возможно, это связано с проявлением большей биохимической активности культур в богатой моносахарами овсяной основе. Подобная тенденция прослеживается в образце на основе кокосового сырья.

Было установлено, что все продукты обладают хорошими органолептическими свойствами. Во всех образцах отмечен выраженный рост молочнокислых и пропионовокислых бактерий 107-108 к.о.е./см3. В дальнейшем проводили микроскопирование образцов ферментированных биопродуктов с использованием образца комбинированной культуры 3, как наиболее биохимически активного (рисунок 2).

1.   МО/3 / selected milk/3

2. МБ /3 / lactose-free milk/3

3. МР/3 / rice milk/3

4. МОВ/3 / oat milk/3

5. МК/3 / coconut milk/3

Рисунок 2. Микроскопическая картина образцов кисломолочных биопродуктов с использованием различного сырья и образца комбинированных культур 3 (1. Молоко отборное; 2. Молоко безлактозное; 3. Молоко рисовое; 4. Молоко овсяное; 5. Молоко кокосовое)

• Figure 2.    Microscopic picture of samples of fermented dairy bioproducts using various raw materials and a sample of combined cultures 3 (1. Selected milk; 2. Lactose-free milk; 3. Rice milk; 4. Oat milk; 5. Coconut milk)

В процессе экспериментальных исследований установлено, что все комбинированные заквасочные культуры обладают выраженной биохимической активностью при ферментации на сырье животного и растительного происхождения. Более продолжительное образование сгустка наблюдали в образце на рисовой основе. Полученные данные наглядно показывают, что процесс нарастания кислотности в образцах на растительной основе проходит медленнее, чем в образцах на основе молока отборного и безлактозного. При сравнении эффектов нарастания кислотности в растительных продуктах и безлактозном молоке наблюдается активная работа всех заквасочных композиций, в состав которых входят пропионовокислые бактерии. С технологическом точки зрения факт непродолжительного образования сгустка и плавного снижения рН важен, поскольку данная технология может быть легко воспроизведена в производственных условиях.

Изучены органолептические показатели полученных биопродуктов. Безлактозный кисломолочный продукт обладает плотной консистенцией, чистым кисломолочным вкусом. Отмечено, что консистенция растительных биопродуктов является жидкой расслаивающейся. Вкус и запах растительных биопродуктов соответствует растительному компоненту сырья со слабовы-раженным кисломолочным привкусом

Заключение

В заключении необходимо отметить, что разработанные заквасочные культуры, обогащенные пропионовокислыми бактериями, активно ферментируют различное сырье растительного и животного происхождения. Очевидно, что культивирование комбинированных культур на растительном сырье происходит несколько медленнее относительно белактозного продукта и сопровождается продолжительным кислотооб-разованием, что подтверждается результатами активной кислотности. Разработанные продукты содержат достаточное количество жизнеспособных клеток молочнокислых и пропионовокислых бактерий.