Исследование процесса ферментации сливочно-цикориевой основы биопродукта

Актуальность исследований

В последние годы в пищевых технологиях отмечается тенденция разработки и внедрения продуктов специального назначения с направленными физиолого-биохимическими свойствами, повышенной биологической и пищевой ценности. Важное значение в решении этого вопроса придается молочным продуктам, в частности кисломолочным, которые, являясь одним из основных составных элементов пищевого рациона человека, служат важным фактором не только профилактики и лечения различных желудочно-кишечных заболеваний, но и укрепления иммунитета [1, 2, 3].

Микрофлора традиционных кисломолочных продуктов существенно отличается от естественного микробиологического фона кишечника человека и не полностью отвечает биологическим особенностям его организма. В связи с этим для молочной промышленности разработка кисломолочных продуктов повышенной биологической ценности, достигаемой, в частности, обогащением их молочнокислыми и бифидобактериями, остается достаточно актуальной [4, 5].

Бифидофлоре принадлежит ведущая роль в нормализации микробиоценоза, улучшении процесса всасывания и гидролиза жиров, метаболизма протеинов и аминов, а также желчных кислот, поддержании неспецифической защиты организма. Бифидобактерии разрушают канцерогенные вещества, образуемые некоторыми представителями кишечной микрофлоры при азотном обмене, выполняя таким образом роль «второй печени» [6, 7, 8].

Положительное действие бифидобактерий на организм человека связывают также с их ферментативными, витаминообразующими и антагонистическими свойствами. Ферментируя сахара, эти микроорганизмы создают в кишечнике кислую среду, которая улучшает всасывание в кровь кальция, железа, а также витамина D, то есть обладают антирахитическим и антианемическим действием. Еще в 1935 г. впервые была обнаружена витаминообразующая функция бифидобактерий. Бифидобактерии синтезируют витамины группы В (В1, В2, В6, В12), фолиевую кислоту, витамин К и другие. Кроме этого, они являются поставщиками некоторых незаменимых аминокислот, при этом в качестве источника азота они используют аммиак [9, 10].

Перспективным сырьем для производства таких продуктов могут быть компоненты растительного происхождения, теоретическое обоснование которых базируется на изучении химического состава, биологической ценности, функциональных свойств, гигиенической безопасности, влияния на них различных технологических факторов и формирования сбалансированного аминокислотного, жирнокислотного, минерального и витаминного составов, что особенно важно при создании новых видов продуктов для персонализированного питания [11, 12, 13].

Целью проводимых научных исследований является изучение процесса ферментации сливочно-цикориевой основы (далее СЦО) биопродукта и выявление взаимосвязи активности и жизнеспособности пробиотических культур микроорганизмов от количества растительного ингредиента.

Объекты и методы исследования. В качестве объектов исследования использовались: сливки-сырье 10 % жирности (согласно ГОСТ Р 53435-2009); бактериальная закваска прямого внесения «ALBA BIO S-09»; бактериальный концентрат прямого внесения «ВМС–30»; цикорий растворимый по действующей нормативной документации, утвержденной в установленном порядке.

При выполнении экспериментальных исследований применяли комплекс обще- принятых, стандартных методов: физико-химических, микробиологических и математических. Исследования проводились на базе аккредитованной испытательной лаборатории ООО «Сертификат». Результаты экспериментальных исследований подвергались статистической обработке путем корреляционного и регрессионного анализа, реализованного с помощью стандартных пакетов программ MathCAD-14 Professional, Ms. Excel. Повторность опытов установлена методами статистического анализа и являлась пятикратной. Математическое моделирование, определение трехфакторных зависимостей результатов исследований осуществляли с использованием прикладной программы TableCurve 3D.

Результаты и их обсуждение. На первом этапе исследований, на основании комплекса органолептических и физико-химических исследований были спроектированы оптимальные композиции СЦО, включающие сливки (массовая доля жира 10 %) и цикорий растворимый в количестве 2, 3 и 4 % от массы СЦО (опыт 1, 2, 3 соответственно). В качестве контроля использовали сливки 10%-ной жирности без добавления цикория.

На следующем этапе проводимых исследований был изучен процесс ферментации СЦО различными ассоциациями микроорганизмов в составе биообъектов.

Для процесса ферментации СЦО выбраны следующие биообъекты:

• -    биообъект 1 – бактериальная закваска прямого внесения «ALBA BIO S-09»: (B. longum, L. Lactis, L. Cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus);

• -    биообъект 2 – бактериальный концентрат прямого внесения «ВМС–30» GENESIS laboratories: (B. bifidum, B. infantis, B. longum, B. breve, B. Adolescentis, L. lactis, L. cremoris, L. diacetilactis, Leuc. сremoris).

При выборе ассоциаций микроорганизмов учитывалось то, что содержание жизнеспособных клеток молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий должно быть не менее (7-8) lgКОЕ/см3. Внесение вышеперечисленных биообъектов осуществлялось согласно рекомендациям производителей в зависимости от активности культур.

Активность кислотообразования в процессе ферментации опытных вариантов различными биообъектами приведена на рисунке 1 (а, б).

Анализ результатов исследований, представленных на рисунке, демонстрирует, что в процессе ферментации СЦО различными биообъектами наблюдалось равномерное повышение титруемой кислотности при увеличении массовой доли цикория в опытных вариантах.

Анализ изменения клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов в процессе ферментации в зависимости от вида биообъектов представлен в т аблице 1 .

Построение поверхностей отклика влияния продолжительности ферментации и массовой доли цикория на клеточную концентрацию бифидобактерий в процессе ферментации СЦО изучаемыми биообъектами осуществляли с использованием современного программного продукта «TableCurve 3D», в котором реализованы методы анализа временных рядов, регрессионного, кластерного и факторного анализов, а также многомерного шкалирования.

Поверхности откликов зависимости клеточной концентрации бифидобактерий от исследуемых факторов (массовая доля цикория, продолжительность ферментации) в процессе ферментации изучаемыми биообъектами представлены на рисунках 2 и 3 .

а) Биобъект 1

б) Биообъект 2

Рис. 1. Динамика изменения титруемой кислотности в процессе ферментации СЦО биообъектами

Таблица 1 ‒ Изменение клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов в процессе ферментации СЦО

Продолжительность	Контроль		Сливочно-цикориевая основа
			Опыт 1		Опыт 2		Опыт 3
ферментации, ч	Клеточная концентрация молочнокислых микроорганизмов, КОЕ/см3
Биообъект 1
	КОЕ/см3	lg кол-ва клеток	КОЕ/см3	lg кол-ва клеток	КОЕ/см3	lg кол-ва клеток	КОЕ/см3	lg кол-ва клеток
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	1,1·104	4,01	4,6·104	4,66	1,8·105	5,25	2,3·105	5,36
2	1,8·104	4,25	1,3·105	5,11	3,1·105	5,49	7,0·105	5,84
3	1,0·105	5,00	2,2·105	5,34	1,3·106	6,11	5,0·106	6,70
4	3,6·105	5,56	6,4·105	5,81	6,2·106	6,79	1,1·107	7,04
5	8,2·105	5,91	4,7·106	6,67	2,4·107	7,38	6,2·107	7,79
6	2,2·106	6,34	3,0·107	7,48	1,6·108	8,20	2,4·108	8,38
7	1,0·107	7,00	1,1·108	8,04	1,0·109	9,00	1,2·109	9,07
Биообъект 2
1	1,2·104	4,08	4,9·104	4,69	2,1·105	5,32	3,9·105	5,59
2	1,6·104	4,20	1,4·105	5,15	4,8·105	5,68	7,1·105	5,85
3	1,4·105	5,14	5,6·105	5,75	3,1·106	6,49	5,2·106	6,71
4	3,8·105	5,57	3,0·106	6,48	7,2·106	6,86	1,1·107	7,04
5	2,1·106	6,32	1,5·107	7,18	2,4·107	7,38	7,9·107	7,88
6	2,4·107	7,38	6,8·107	7,83	2,2·108	8,34	4,8·108	8,68
7	1,1·108	8,04	3,2·108	8,50	1,0·109	9,00	1,8·109	9,25

Рис. 2. Характеристика влияния цикория и продолжительности ферментации на клеточную концентрацию бифидобактерий (биообъект 1)

Рис. 3. Характеристика влияния цикория и продолжительности ферментации на клеточную концентрацию бифидобактерий (биообъект 2)

Анализ изменения клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий в процессе ферментации СЦО свидетельствует о том, что с увеличением массовой доли цикория в исследуемых опытных вариантах наблюдается незначительное увеличение количества жизнеспособных клеток микроорганизмов по сравнению с контрольным образцом, что обусловлено пребиотическим эффектом инулина, входящего в состав цикория.

Кроме того, использование в процессе ферментации СЦО биообъекта 2 обеспечивает наибольшую клеточную концентрацию молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий (9,25 и 8,20 lgKOE/см3 ) соответственно.

На последнем этапе провели органолептическую оценку исследуемых вариантов ферментированной СЦО изучаемыми биообъектами. Результаты органолептической оценки представлены в таблице 2 .

Таблица 2 ‒ Органолептическая оценка ферментированной СЦО

Варианты исследований	Органолептические показатели
	Консистенция         Вкус и запах		Цвет
Биообъект 1
Контроль	Сгусток однородный, ненарушенный, без отделения сыворотки	Чистый, кисломолочный	Белый с кремовым оттенком, равномерный по всей массе
Опыт 1	Сгусток однородный, ненарушенный, без отделения сыворотки	Чистый, кисломолочный с легким привкусом и ароматом цикория	Кремовый, равномерный по всей массе
Опыт 2	Сгусток однородный, ненарушенный, без отделения сыворотки	Чистый, кисломолочный, ярко выраженный, с заметным привкусом и ароматом цикория	Кремовый с бежевым оттенком, равномерный по всей массе

Варианты ис-	Органолептические показатели
следований	Консистенция	Вкус и запах	Цвет
Опыт 3	Сгусток однородный, ненарушенный, с небольшим отделением сыворотки	Чистый, кисломолочный, ярко выраженный, излишне кислый, с выраженным привкусом и ароматом цикория	Коричневый, равномерный по всей массе
Биообъект 2
Контроль	Сгусток однородный, ненарушенный, без отделения сыворотки	Чистый, кисломолочный	Белый с кремовым оттенком, равномерный по всей массе
Опыт 1	Сгусток однородный, ненарушенный, без отделения сыворотки	Чистый, кисломолочный с легким привкусом и ароматом цикория	Кремовый, равномерный по всей массе
Опыт 2	Сгусток однородный, ненарушенный, без отделения сыворотки	Чистый, кисломолочный с заметным привкусом и ароматом цикория	Кремовый с бежевым оттенком, равномерный по всей массе
Опыт 3	Сгусток однородный, ненарушенный, с небольшим отделением сыворотки	Чистый, кисломолочный с выраженным привкусом и ароматом цикория	Коричневый, равномерный по всей массе

Результаты органолептической оценки демонстрируют, что наиболее высокие органолептические показатели наблюдаются в опыте 3 (массовая доля цикория 4 %), обеспечивающей выраженный привкус и аромат растительного ингредиента.

На основании анализа комплекса результатов экспериментальных исследований процесса ферментации СЦО различными биообъектами установлено, что наиболее оптимальной массовой долей цикория является 4 % в составе биопродукта. При ферментации опытных вариантов СЦО изучаемые биообъекты позволили обеспечить требуемую клеточную концентрацию молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий, а также высокие органолептические показатели.

При этом для дальнейших исследований выбрана ассоциация микроорганизмов в составе биообъекта 2, обеспечивающая более высокую клеточную концентрацию молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий.