Исследование процесса культивирования бифидобактерий в молоке при добавлении кедрового шрота

Современный период развития человечества характеризуется увеличением числа заболеваний, связанных с нарушением питания. Проблема усугубляется также наблюдающимся дефицитом в рационе питания россиян биологически активных компонентов, пищевых волокон, белка, ненасыщенных жирных кислот и минеральных веществ. В условиях все возрастающей интенсификации техногенного воздействия цивилизации происходят значительные микроэкологические нарушения в человеческом организме, имеющие серьезные последствия как для отдельных индивидуумов, так и в обществе в целом.

В связи с этим в последние годы во всем мире получило широкое признание развитие нового направления в пищевой промышленности, так называемое функциональное питание, под которым подразумевается использование таких продуктов естественного происхождения, которые при систематическом употреблении оказывают позитивное действие на организм человека [1].

В решении проблемы обеспечения населения функциональными продуктами питания ведущая роль принадлежит молочной промышленности. Сочетание молочного и растительного сырья обеспечивает возможность взаимного обогащения входящих в состав этих продуктов ингредиентов по одному или нескольким эссенциальным факторам и позволяет создавать продукты сбалансированного состава, повышенной пищевой и биологической ценности, расширять ассортимент молочных продуктов и придавать им функциональные свойства.

Одним из уникальных и безопасных видов сырья для получения пищевых продуктов и добавок функционального питания являются семена кедра сибирского, произрастающего в таежных зонах, отдаленных от влияния пылегазовых выбросов промышленных предприятий, на почвах, не обрабатываемых химическими удобрениями, пестицидами и гербицидами. Ядра кедровых орехов богаты содержанием эссенциальных жирных кислот, белков, легкоусвояемых сахаров, клетчатки, витаминов, минеральных веществ [2]. Продуктами переработки ядра традиционно являются растительное масло и жмых, содержащие необходимые организму биологически активные вещества [3].

Кроме того, при создании функциональных продуктов особая роль принадлежит бифидобактериям, которые восстанавливают микроэкологию человека. Особенно эффективно применение бифидобактерий с пищевыми продуктами, содержащими так называемые бифи-догенные факторы, стимулирующие рост и развитие бифидобактерий в желудочнокишечном тракте.

В связи с этим одним из перспективных направлений создания продуктов функционального питания является использование кедрового шрота при производстве бифидосодер-жащих молочных продуктов, что позволит создать пробиотические продукты, содержащие пребиотические вещества, сочетающие полезные свойства шрота и бифидобактерий.

Учитывая высокое содержание полисахаридов и олигосахаридов в кедровом шроте, мы исследовали возможность использования кедрового шрота в качестве пребиотика при производстве бифидосодержащих молочных продуктов.

Известно, что пребиотики – это неусвояемые компоненты пищи, способные благоприятно влиять на здоровье человека путем селективной стимуляции роста и активности одного или нескольких родов полезных бактерий толстого кишечника. Использование природных пребиотиков позволит, согласно прогностической модели нового поколения продуктов питания, культивировать полезные бактерии за счет внесения стимуляторов их роста в различных продуктах питания [4]. Пребиотики можно назвать стимуляторами, или промоторами, пробиотиков, в частности бифидобактерий.

Кроме того, биологическая обработка шрота позволит повысить усвояемость белков, подвергнутых воздействию денатурирующих факторов, и минеральных веществ.

В данной работе использовали кедровый шрот – белково-углеводный остаток, полученный в результате извлечения кедрового масла из очищенных от скорлупы ядер кедровых орехов СВЧ-экстракцией этиловым спиртом по разработанному авторами способу [5]. Остатки растворителя удалялись из шрота также с помощью СВЧ-нагрева. Химический состав кедрового шрота представлен в таблице 1.

Таблица 1

Химический состав кедрового шрота

Наименование показателя	Массовая доля, в % на сухое вещество
Жиры	0,6
Белки	47,1
Углеводы, в том числе	45,4
крахмал	14,5
клетчатка	5,1
декстрины	4,1
пентозаны	2,3
сахароза	11,3
рафиноза	7,6
глюкоза	0,2
фруктоза	0,3
Зола	5,2
Прочие вещества	1,7

Применение СВЧ-нагрева, обладающего стерилизующим эффектом, в процессе получения кедрового шрота позволяет избежать дополнительных операций по его стерилизации или пастеризации, необходимых для культивирования бифидобактерий. Результаты исследований [6, 7] показали, что под воздействием электромагнитного поля СВЧ происходит полное освобождение объектов от вредной микрофлоры. Стерилизующий эффект СВЧ-электромагнитных колебаний заключается в избирательном нагреве патогенных микроорганизмов, являющихся влажными диэлектриками. Возбудители болезней при СВЧ-воздействии погибают вследствие высокой скорости нарастания их температуры. В результате воздействия микроволн значительно улучшаются микробиологические показатели. Ре- зультаты микробиологического анализа исследуемого кедрового шрота представлены в таблице 2. Полученные данные не превышают допустимых норм, установленных санитарными правилами и нормами и подтверждают стерилизующий эффект применяемой технологии.

Таблица 2

Микробиологические показатели кедрового шрота

Наименование показателя	Значение показателей по СанПиН 2.3.2.1078-01	Кедровый шрот
КМАФАнМ, КОЕ/г, не более	5∙104	1,7∙102
БГКП (колиформы)	не допускаются в 0,1 г.	не обнаружены
Патогенные, в том числе сальмонеллы	не допускаются в 25 г.	не обнаружены
S. aureus	не допускаются в 0,1 г.	не обнаружены
Сульфитредуцирующие клостридии	не допускаются в 0,1 г.	не обнаружены
Дрожжи, КОЕ/г, не более	5∙102	< 1,0
Плесени, КОЕ/г, не более	1∙102	< 1,0

Ранее было установлено [8], что увлажненный кедровый шрот является хорошей питательной средой для бифидобактерий. В связи с этим была изучена возможность использования кедрового шрота, полученного по разработанной технологии, при производстве бифидо-содержащего кисломолочного продукта.

Для приготовления кисломолочного продукта молоко нормализовали до массовой доли жира 2,5%, пастеризовали при температуре 90-92 ° С с выдержкой 2-3 мин, охлаждали до температуры заквашивания 37 ° С. Затем вносили различные дозы кедрового шрота, предварительно растворенного в пастеризованном и охлажденном до 60-65 ° С молоке, вносили 5 % закваски бифидобактерий и оставляли для сквашивания. Контролем служил образец, приготовленный без внесения шрота.

Результаты исследований, представленные в таблице 3, показывают что с увеличением дозы кедрового шрота кислотообразующая способность бифидобактерий повышается.

При количественном учете бифидобактерий обнаружено, что при всех дозах шрота в конце ферментации количество жизнеспособных клеток бифидобактерий составляет 1010 КОЕ в 1 см3.

Таблица 3

Влияние дозы вносимого шрота на биохимическую активность бифидобактерий

Доза шрота, %	Титруемая кислотность, ° Т			Количество клеток бифидобактерий, КОЕ в 1 см3
	Продолжительность сквашивания, ч
	2	4	5	2	4
2	40	51	56	3*109	2*1010
3	43	55	59	4*109	5*1010
4	47	66	-	8*109	5*1010
5	48	69	-	10*109	8*1010

Для уточнения технологических параметров получения кисломолочного продукта изучали влияние кедрового шрота на продолжительность сквашивания молока.

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что внесение кедрового шрота сокращает продолжительность сквашивания на 4 ч. Титруемая кислотность сгустка опытного образца через 4 ч культивирования составляет 57 ° Т (рис. 1). Активная кислотность (рН) изменялась в соответствии с титруемой и в конце сквашивания составила 4,84,95.

Необходимо отметить более интенсивный рост бифидобактерий в молоке с внесением шрота. Количество жизнеспособных клеток бифидобактерий в опытном образце через 4 ч культивирования составляет 1010 в 1 см3, тогда как в контрольном через 8 ч достигает 109 в 1 см3 (рис. 2.)

Рис. 1. Влияние кедрового шрота на процесс сквашивания молока бифидобактериями 1 : 11- контроль, без шрота; 2 : 21- 3 % шрота

Время, ч

Рис. 2. Влияние кедрового шрота на рост бифидобактерий:

1 - контроль (без шрота); 2 - 3 % шрота

Это свидетельствует о том, что кедровый шрот обладает бифидогенными свойствами и является высокоэффективным стимулятором роста бифидобактерий.

Важным показателем качества кисломолочного продукта является его консистенция. Основная цель технологического процесса производства кисломолочного продукта - получение прочного, эластичного сгустка, способного удерживать влагу.

Многочисленными исследованиями, основанными на изучении изменения вязкости, оптической плотности молока и других показателей, было доказано, что при постепенном понижении рН молока и приближении его к изоэлектрической точке происходит формирование единой пространственной сетки молочного сгустка, в петли которой захватывается дисперсионная среда с шариками жира и другими составными частями молока. Согласно теории Я.И. Френкеля, причина увеличения вязкости раствора заключается в уменьшении подвижности молекул воды вследствие их взаимодействия с растворенными веществами и образования агрегатов, имеющих низкую подвижность. С этой точки зрения, причиной повышения вязкости молока с повышением титруемой кислотности является образование прочных белковых структур. Молочная кислота, накапливающаяся в результате деятельно- сти бифидобактерий, способствует повышению стойкости продуктов и влияет на физические свойства образовавшегося сгустка.

Характер сгустков кисломолочных продуктов различный и зависит от многих факторов. В связи с этим представляет интерес исследование влияния кедрового шрота на процесс формирования структуры сгустка.

Согласно данным П.А. Ребиндера, при структурообразовании дисперсных систем могут образоваться два типа пространственных структур – коагуляционные (тиксотропнообратимые) и конденсационные (необратимо разрушающиеся).

Структурированные системы, возникающие в молоке при выработке кисломолочных продуктов как структуры смешанного типа, должны содержать необратимо-разрушающиеся и тиксотропно-обратимые связи. Данные по изменению эффективной вязкости кисломолочного продукта в зависимости от дозы кедрового шрота представлены в таблице 4.

Анализ данных свидетельствует о тесной взаимосвязи между дозой шрота и вязкостью кисломолочного продукта. Решающее влияние на формирование структуры оказывают высокомолекулярные полисахариды и олигосахариды шрота, которые обладают высокой влагосвязывающей способностью и повышают вязкость сгустков.

Таблица 4

Влияние дозы шрота на эффективную вязкость кисломолочного продукта

Доза шрота, % Эффективная вязкость, Па*с*103 hн hp hв 0 78,4 7,5 10,1 2 93,5 41,3 63,1 3 115,9 65,5 84,3 4 129,8 95,7 111,9 5 137,6 99,3 121,2 hн – эффективная вязкость неразрушенной структуры;

h p - эффективная вязкость разрушенной структуры;

h в - эффективная вязкость восстановленной структуры.

Данные, представленные в таблице 4, показывают, что во время формирования сгустка при выработке кисломолочного продукта без добавления шрота образуются в основном не-обратимо-разрушающиеся связи. Тиксотропно-обратимых связей в ней мало. С повышением дозы шрота в кисломолочном продукте наблюдается меньшая потеря вязкости при разрушении структуры и увеличение тиксотропно-обратимых связей по сравнению с контролем.

Внесение различных доз шрота также способствует снижению степени и скорости отделения сыворотки (рис. 3).

Продолжительность центрифугирования, мин

Рис. 3. Изменение степени и скорости отделения сыворотки с различными дозами кедрового шрота: 1 - без шрота; 2 – 2%; 3 – 3%;

4 – 4%; 5 – 5% шрота

Снижение степени синерезиса можно объяснить высокой влагоудерживающей способностью составных частей шрота: белков, крахмала, олигосахаридов.

Таким образом, установлено, что кедровый шрот обладает бифидогенными свойствами и является высокоэффективным стимулятором роста бифидобактерий. Добавление кедрового шрота повышает биохимическую активность бифидобактерий и сокращает продолжительность сквашивания молока. Изменяя дозу кедрового шрота, можно получить сгустки с определенными структурно-механическими и синеретическими свойствами. Полученные данные будут полезны при разработке технологии получения кисломолочного продукта, обогащенного кедровым шротом.