Исследование динамики деструкции фруктозы в процессе направленного ферментирования огурцов

Ферментированные  пищевые продукты появились задолго до того, как люди узнали о существовании микроорганизмов [1], и вошли в традиционный рацион почти у всех культур. В настоящее время производство соле- ных, квашеных и моченых продуктов является важным сегментом пищевой промышленности [2].

На скорость размножения микроорга- низмов в пищевых продуктах влияют различные факторы, в том числе свойства продуктов (содержание нутриентов, значение рН, окислительно-восстановительный (редокс-) потенциал, активность воды и т.п.) и внешние факторы – в том числе условия хранения, например температура и относительная влажность. Консервирование пищевых продуктов обычно базируется на уничтожении микроорганизмов или контроле их размножения и общего состава микробиоты. Снижение темпов или предотвращение микробиологической порчи пищевых продуктов основано на четырех основных принципах: минимизация контаминации продукта микроорганизмами; подавление роста и размножения микроорганиз-мов-контаминантов; уничтожение мик-роорганизмов-контаминантов; удаление микроорганизмов-контаминантов.

Ферментация основана на сочетании первых трех принципов и достигается созданием условий для роста специфических микроорганизмов, которые могут придавать пищевым продуктам желаемый вкус, аромат, текстуру и внешний вид [3]. Большинство ферментирован- ных пищевых продуктов получают с использованием молочнокислых бактерий, дрожжей и, в меньшей степени, плесневых грибов [4]. Cреди ферментированных овощей промышленное значение имеют огурцы, капуста, томаты.

Ферментированные пищевые продукты можно получить благодаря активности сбраживающих микроорганизмов, естественным образом присутствующих в сырье или производственной среде. Тем не менее, для повышения надежности и обеспечения более стабильного процесса ферментации, зачастую применяют заквасочные культуры, которые должны обладать соответствующими свойствами и быть способными доминировать над нативными молочнокислыми бактериями. Заквасочные культуры позволяют направленно использовать биохимическую активность микроорганизмов для быстрого и максимального накопления обладающей консервирующим действием молочной кислоты, исключить развитие нежелательной микрофлоры, избежать появления отходов поверхностных слоев продукции, получить продукцию с хорошим вкусом, ароматом и структурой и уменьшить время «созревания» солено-квашеной продукции [5]. Заквасочные культуры могут быть чистыми или смешанными, применение смешанных заквасочных культур позволяет снизить риск инфицирования бактериофагами [6] и улучшить качество готовой продукции.

Цели и задачи

Целью наших исследований являлось изучение динамики деструкции фруктозы в процессе направленного ферментирования огурцов сорта Водолей с использованием штаммов лактокультур. Задачей наших исследований был подбор штаммов молочнокислых микроорганизмов, перспективных для производства качественной ферментированной овощной продукции в промышленных условиях.

Материалы и методы

В качестве исходного сырья использовали плоды огурца сорта Водолей. Активность ферментирования определяли по интенсивности деструкции фруктозы. Для получения сравнительных результатов все эксперименты проводили на модельных средах.

Модельные среды для исследований готовили следующим образом: свежие плоды огурцов тщательно мыли в проточной воде до удаления с их поверхности всех загрязнений. Влагу с поверхности удаляли фильтровальной бумагой. Сырьё подвергали гомогенизации. Далее в полученную массу вносили 40 % водного раствора NaCl концентрацией 7 %. Полученные образцы дозировали в предварительно подготовленные стеклянные банки, с последующим герметичным укупориванием и стерилизацией в течение 20 мин при 100°С для устранения посторонней микрофлоры. После охлаждения подготовленные образцы инокулировали штаммами Lactobacillus brevis ВКМ В-1309, Lactobacillus casei ВКМ 536 и Lactobacillus plantarum ВКМ В-578, по одному штамму в каждый образец. Титр штаммов микрофлоры в каждом из образцов на момент инокуляции составлял 1 · 104 на 1 г.

Активную фазу ферментирования проводили в течение 3 сут. при температуре 23...25°С. Дальнейшее ферментирование проводили при температуре от -1°С до +4°С. Отбор проб проводили в течение 1, 2, 3, 10, 20, 30, 60, 90 суток ферментации.

Исследование динамики изменения содержания фруктозы проводили методом ВЭЖХ на жидкостном хроматографе с рефрактометрическим детектором Perkin Elmer Series 200, колонка – Agilent Zorbax Carbohydrate 4,6x250 мм, подвижная фаза – «ацетонитрил : вода» 75:25, скорость потока 1 см3/мин в изократиче-ском режиме. Идентификацию фруктозы

Рис. Зависимость степени деструкции фруктозы исследуемыми штаммами молочнокислых микроорганизмов от продолжительности ферментирования

проводили по абсолютному времени удерживания в образцах, сравнением со временем удерживания в градуировочных растворах. Расчёт концентрации – методом внешнего стандарта.

Результаты

Анализ результатов после математической обработки экспериментальных данных показал, что процесс деструкции фруктозы при ферментировании образцов сырья исследуемыми штаммами молочнокислых микроорганизмов во всех трёх случаях протекает по схожему механизму, отличаясь лишь интенсивностью (рис.).

При этом каждая из зависимостей характеризуется чётким зонированием на период активной деструкции и период малой активности.

Математически все три зависимости могут быть выражены в следующей форме:

^ю =а + т

где ю - степень деструкции фруктозы, %; т - продолжительность ферментирования, сутки; a и b – коэффициенты.

Показатели, адекватность и характеристики моделей для всех исследуемых штаммов микроорганизмов представлены в таблице. Обобщая, можно утверждать, что все разработанные модели адекватны по критерию Фишера при a < 0,00005 и имеют высокую сходимость с экспериментальными данными (R² > 0.98).

Анализ результатов моделирования показал, что все зависимости с увеличе-

THE STUDY OF FRUCTOSE DESTRUCTION

DYNAMICS IN THE PROCESS OF CUCUMBERS DIRECTED FERMENTATION

Kondratenko V.V.,1 Lyalina O.Yu.,

• ¹    Posokina N.E., Tyrina 1 E.S.,

1 Tereshono kV.I.2

• ¹    Federal State Budgetary Scientific

Research Institution

«All-Russian Research Institute of Сanning Technology»

142703, Russia, Moscow region, Vidnoe,

Shkolnaya Street, 78

, e-mail:

• ²    Federal State Budgetary

Scientific Research Institution

“All-Russian Scientific Research Institute of vegetable breeding and seed production”

143080, Russia, Moscow region, Odintsovo dis trict, p. VNIISSOK, Selectionnaya street, 14

нием продолжительности ферментирования стремятся к некоторому предельному – асимптотическому – значению, которое может быть определено по формуле:

to-^ = lim a • т . '    ^т^“ b + т

Естественно, что при масштабировании исследуемых процессов до промышленного производства достижение асимптотических значений степени деструкции фруктозы лишено смысла. Значительно более целесообразным является определение максимально – приемлемой продолжительности процесса ферментирования, при котором дальнейшее продолжительности увеличение на заданную

величину Δ τ приводит к приросту ω на некоторую величину d , определяемую по формуле [7]:

_{d =} to (т + L(т ) - to (т ) .           (3)

“          to (т)           1000%

В данной работе максимально приемлемую продолжительность процесса определяли при d =1%.

Показатели и характеристики разработанных математических моделей

Вид микроорганизмов

	L. casei	L. plantarum	L. brevis
Коэффициенты:	18,9294	46,5089	39,2059
a b	14,3856	6,6888	1,1468
Адекватность модели:	0,00004	0,00001	0,00002
α , < R 2	0,9897	0,9999	0,9986
Характеристики модели:	18,93	46,51	39,21
ω τ→∞ , %	46,50	32,94	14,11
	14,46	38,66	36,26
to d < 1 , % q, %	76,37	82,12	92,48

Сравнительный анализ экспериментальных данных показывает, что по критерию интенсивности деструкции фруктозы при ферментировании огурцов наиболее эффективным является использование исследованного штамма L. brevis ,

обеспечивающего

максимальную

эффективность процесса (максимально приемлемая продолжительность 14,11 суток при достижении степени деструкции фруктозы более 92% от асимптотического значения).

Выводы

Исследованная динамика деструкции фруктозы огурца различными штаммами молочнокислых организмов показывает различные временные периоды до достижения максимально приемлемых значений. Так, для штамма L. casei этот период составил 46,50 суток, для L. plantarum – 32,94 суток, для L. brevis – 14,11 суток. Таким образом, использование штамма L. brevis позволяет достичь максимально приемлемой степени деструкции фруктозы в огурцах за наименьший временной период и показывает целесообразность использования этого вида молочнокислых микроорганизмов при направленной ферментации огурцов.