Исследование степени адаптации молочнокислых микроорганизмов в системе растительных напитков

В последние годы российские потребители уделяют большое внимание качеству продуктов питания и их полезности, что создает растущий спрос на продовольственные товары, отвечающие современным требованиям здорового питания. Такие тенденции спроса формируют возможности для прироста производства обогащенных, функциональных и специализированных продуктов питания. Развитие ассортимента таких продуктов является ответом науки и промышленности на повышение осведомленности потребителей о роли пищевых продуктов для улучшения здоровья человека [12, 13].

Давно известные своими полезными свойствами пробиотические продукты питания, представленные преимущественно кисломолочными продуктами, сегодня составляют значительную долю в общем объеме производимых функциональных пищевых продуктов [1, 2, 7, 9, 11, 13, 14].

Вместе с тем, к основным проблемам, сдерживающим развитие молочной отрасли, относятся нестабильность качества сырого молока, сезонность его производства, физический и моральный износ основных фондов молокоперерабатывающих заводов. В этих условиях активное развитие получили растительные напитки, производимые на основе злаковых культур, в частности овса, ячменя, ржи, пшеницы и других. Растительные напитки становятся популярным как часть здорового питания, и на рынке функциональных продуктов появляются все новые продукты из злаковых [3, 4–6, 8, 10, 12, 15–17].

Одной из новых технологических тенденций в области производства пробиотических продуктов стало использование для ферментации таких субстратов, как злаки и получение пробиотических растительных напитков.

Известно, что овес является основным источником бета-глюкана, признанного важным функциональным ингредиентом зерновых волокон и обладающего гипохолестеринемиче-ский эффектом, низким гликемическим индексом. Кроме того, имеются исследования о том, что бета-глюкан является пребиотиком, стимулирующий рост некоторых полезных микроорганизмов, в частности таких как бифидобактерии [12, 16].

Все это обусловливает повышенное внимание к использованию растительных напитков на основе овса в качестве сырья для разработки новых ферментированных функциональных пробиотических продуктов.

Целью настоящей работы является оценка возможности использования растительной основы из цельнозерновой овсяной муки в качестве субстрата для обеспечения жизнеспособности молочнокислых микроорганизмов.

Материалы и методы

В качестве основного материала исследований использовалась растительная основа из цельнозерновой овсяной муки. Для получения цельнозерновой муки использовали овес сорта «Эффектив» урожая 2018 г. Содержание сухих веществ в растительной основе доводили до 5 %, полученную растительную основу из цельнозерновой овсяной муки доводили до 95 °С, нагревали в течение 10 минут, затем охлаждали до 37 °С.

В качестве пробиотиков использовали коммерчески доступные заквасочные культуры микроорганизмов, реализуемые в розничной торговой сети:

Образец 1 – ацидофильная закваска, состав: Lactobacillus acidophilus, Streptococcus thermophilus .

Образец 2 – закваска с бифидобактериями, состав: Streptococcus thermophilus, Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium infantis .

Для активации заквасок и получения стартовых культур использовались рекомендации производителей, согласно которых 0,5 г сухой закваски каждого образца вносили в 100 мл предварительно стерилизованного обезжиренного молока. Инкубацию проводили при температуре 37 °С в течение 12–14 часов. Готовую культуру центрифугировали в течение 10 мин при 5000 об/мин. Полученный концентрат использовали для заквашивания напитков растительной овсяной основы.

В подготовленную растительную основу из цельнозерновой овсяной муки вносили 1, 5 и 9 % стартовой культуры. Ферментацию проводили при 37 °С в течение 16 часов.

Исследования включали два этапа. На первом этапе проводилась микроскопия активированных заквасок, на втором этапе изучался характер протекания процесса ферментации растительной основы из цельнозерновой овсяной муки, заквашенной с использованием активированных культур молочнокислых микроорганизмов. Оценка степени адаптации молочнокислых микроорганизмов проводилась путем определения косвенных показателей их активности – рН и титруемой кислотности через каждые 4 часа, а также посредством анализа состава микрофлоры путем микроскопии фиксированного препарата, окрашенного комбинированным фиксатором.

Для оптимизации процесса ферментации растительной основы из цельнозерновой овсяной муки заквасочными культурами молочнокислых микроорганизмов был проведен регрессионный анализ с использованием программы MatCad 14.0

Результаты и их обсуждение

На первом этапе исследований была проведена микроскопия концентрата стартовых культур исследуемых заквасок, результаты которой представлены на рис. 1.

Как видно из результатов микроскопических исследований, в составе заквасочных культур в основном визуализируются Streptococcus thermophilus в виде моно-, дипло- и стрептококковые формы , а также выявлено наличие палочковидных бактерий, которые, согласно информации производителя заквасок, идентифицируются в образце 1 как Lactobacillus acidophilus, а в образце 2 как Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium infantis.

На снимках можно наблюдать преобладание палочковидных форм бактерий над кокковыми. Активное развитие палочковидных форм бактерий в образцах указывает на благоприятный состав питательной среды для развития молочнокислых микроорганизмов и потенциально благоприятное влияние на показатели функциональности продуктов на основе данных заквасок.

На следующем этапе было проведено исследование процесса ферментации растительной основы из цельнозерновой овсяной муки активированными заквасочными культурами

Образец 1                                     Образец 2

Рис. 1. Характерный вид микрофлоры в образцах заквасок (фиксированные препараты, окраска комбинированным фиксатором увеличение ×1500)

для изучения степени их адаптации в овсяном зерновом напитке. Одной из задач исследования было установление количества вносимой заквасочной культуры и времени ферментации для оптимального развития микроорганизмов заквасок.

Характер протекания процесса ферментации отслеживали по двум показателям – рН и титруемой кислотности. Кодировка исследуемых образцов представлена в таблице. По данным разных исследований, представленных в литературе, приемлемыми значениями рН и титруемой кислотности для растительных напитков на основе цельнозерновой овсяной муки являются 4,0–4,5 и 70–90 град соответственно [15–17].

Динамика изменения активной и титруемой кислотности в исследуемых образцах представлена на рис. 2 и 3.

Анализ полученных результатов показывает, что требуемых показателей рН и титруемой кислотности исследуемые образцы достигают в период ферментации примерно 8–12 часов.

Известно, что наиболее активными кисло-тообразователями являются молочнокислые бактерии палочковидной формы, в нашем случае Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium infantis [5, 13].

По истечении первых четырех часов было замечено незначительное изменение значений титруемой кислотности, на 5…15 град, в зависимости от количества вносимой стартовой культуры. Наиболее активное накопление кислотности и достижение требуемого диапазона значений наблюдается в период с 8 до 16 часов ферментации.

При этом процесс накопления титруемых кислот и изменения значений рН определяется как видом используемой стартовой культуры, так и ее количеством. Несколько более активно рост значений титруемой кислотности и снижение значений рН наблюдались при использовании стартовой культуры второго образца закваски при внесении ее в количестве 9 %, что может быть обусловлено присутствием в данной заквасочной культуре большего количества палочковидных форм бактерий.

Процесс изменения значений рН в целом по образцам протекал несколько медленнее и равномернее в сравнении с титруемой кислотностью. Заданного диапазона значений по данному показателю большинство исследуемых образцов достигали в период 12–16 часов (за исключением образцов 1.3 и 2.3).

Полученные результаты в целом свидетельствуют о том, что овсяная основа является благоприятной средой для развития молочнокислых микроорганизмов. Это подтверждают и результаты микроскопии, представленные на рис. 4.

С учетом того, что более короткий период ферментации является наиболее предпочтительным, был осуществлен поиск наиболее приемлемого соотношения количества вносимой стартовой культуры и периода ферментации с использованием регрессионного анализа.

Установленное соотношение составило 6 % стартовой культуры закваски при условии ферментации в течение 9,5 часов с учетом физического смысла величин.

Таблица

Код образца	Описание образца	Код образца	Описание образца
1.1	Закваска образец 1 в количестве 1 %	2.1	Закваска образец 2 в количестве 1 %
1.2	Закваска образец 1 в количестве 5 %	2.2	Закваска образец 2 в количестве 5 %
1.3	Закваска образец 1 в количестве 9 %	2.3	Закваска образец 2 в количестве 9 %

^^1.1 ^^1.2. ^^1.3. ^^2.1 ^1^2.2  • 2.3

* – кислотность овсяной основы на начало процесса ферментации составляла 19 град

Рис. 2. Динамика изменения титруемой кислотности в исследуемых образцах растительных основ в процессе ферментации, град

^^1.1 ^^1.2. ^^1.3. ^^2.1 ^1^2.2 ^^2.3

Рис. 3. Динамика изменения активной кислотности в исследуемых образцах растительных основ в процессе ферментации, рН

Образец 1.3

Рис. 4. Исследование микрофлоры в образцах овсяных основ через 16 часов ферментации (фиксированные препараты, окраска комбинированным фиксатором увеличение ×1500)

Образец 2.3

Заключение

Таким образом, проведенные исследования показали возможность применения растительной основы из цельзерновой овсяной муки для получения ферментированных растительных продуктов с применением заквасочных культур микроорганизмов. Установлено, что закваски, состоящие из Streptococcus thermophilus, Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium infantis показывают высокий уровень жизнеспособности и адаптации в системе овсяной суспензии. Данный подход можно рассматривать эффективным для получения растительных напитков с пробиотиками.

Статья выполнена при поддержке Правительства РФ (Постановление № 211 от 16.03.2013 г.), соглашение № 02.A03.21.0011, при финансовой поддержке гранта РФФИ 18-53 45015.