Метод применения биоактивных двойных эмульсий для молочных пищевых систем

На сегодняшний день проблема поддержания отличного уровня здоровья и благополучия с целью обеспечения устойчивого развития является актуальной задачей и реализуется в рамках Повестки дня в области устойчивого развития на период до 2030 года (Повестка-2030), которая сформировала единое понимание 17 целей устойчивого развития (ЦУР), а именно относящейся к цели № 3, которая направлена на обеспечение здорового образа жизни и содействие благополучию для всех в любом возрасте. Данная цель сосредоточена на различных аспектах здорового образа жизни.

Для достижения цели осуществляются разработки инновационных способов решения проблем поддержания отличного уровня здоровья и благополучия, что согласуется с основными задачами Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации. Данная стратегия предусматривает: развитие высокопродуктивного и экологически чистого агро- и аквахозяйства, разработка и внедрение систем рационального применения средств химической и биологической защиты сельскохозяйственных растений и животных, хранение и эффективная переработка сельскохозяйственной продукции, создание безопасных и качественных, в том числе функциональных, продуктов питания.

Разработка функциональных продуктов питания является актуальным направлением по следующим причинам: рост числа хронических заболеваний, снижение физической активности, недостаточная обеспеченность населения жизненно важными нутриентами, негативное влияние традиционных продуктов питания. Стоит отметить, что под термином «функциональные продукты питания» понимаются пищевые продукты, которые имеют дополнительные свойства помимо традиционной пищевой ценности в связи с добавлением (обогащением) дополнительных компонентов, новых или уже существующих. Для получения функциональных продуктов питания хорошим объектом являются кисломолочные продукты. Это связано с тем, что кисломолочные продукты обладают повышенной питательной ценностью и профилактическими свойствами благодаря наличию в составе витаминов, микроэлементов, биологически активных волокон и других ингредиентов. Наиболее популярной кисломолочной продукцией является йогурт. Йогурт – это кисломолочный продукт с повышенным содержанием сухих веществ. Его производят с использованием заквасочных микроорганизмов – термофильных стрептококков и болгарской молочнокислой палочки. Для обогащения пищевых систем применяют разные подходы, одним из возможных способов обогащения являются эмульсии (прямые, обратные, двойные и т. д.). Для получения функциональных кисломолочных продуктов (например, йогуртов) предлагается встраивать БАВ в двойную эмульсию и далее вносить в рецептуру продукта с целью повышения биоактивности и биодоступности.

Двойные эмульсии – это коллоидная система, в которой первичная эмульсия «вода в масле» диспергируется в водной фазе. Стоит отметить, что наиболее часто используется двойная эмульсия «вода в масле в воде» для пищевых продуктов с пониженным содержанием жира. Капли водной фазы эмульгируются внутри масляной фазы, которая в последующем встраивается в виде капель внутри внешней водной фазы. В качестве БАВ используют различные ингредиенты, обладающие высокой антиоксидантной активностью, высокой физиологической активностью. К таким БАВ можно отнести сульфатированный гетерополисахарид фукоидан. Фукоидан содержится в клеточных стенках растения мор- ских водорослей и служит для защиты его от внешних стрессов. Фукоидан обладает высокой физиологической активностью, включат в себя такие эффекты, как антикоагулянтные, противовирусные, антиоксидантные, гиполи-пидемические, противовоспалительные и противоопухолевые. Химическая структура фукоидана представлена на рисунке [2, 4–6].

Химическая структура фукоидана

Целью данного исследования является определение влияния встраивания двойной эмульсии в пищевую матрицу йогурта с целью получения уникального функционального кисломолочного продукта с улучшенными физиологическими свойствами.

Объекты и методы исследования

Для изучения влияния встраивания двойной эмульсии, полученной с помощью сонохимического подхода при встраивании БАВ фукоидана и без него в пищевую матрицу кисломолочной продукции, для достижения поставленной цели в качестве объекта исследования была выбрана йогуртовая продукция [3, 8].

Двойные эмульсии были получены с применением в технологии ультразвукового воздействия с учетом соблюдения следующих стадий: приготовление внутренней водной фазы, комбинирование внутренней водной фазы с масляной фазой, регулирование эмульсии типа «вода-в-масле» (PE – 40:40) с наружной водной фазой (W) с образованием двойной эмульсии (DE). Описание основных характеристик качества двойных эмульсий, используемых для получения образцов йогурта с целью получения уникального функционального кисломолочного продукта с улучшенными физиологическими свойствами, представлено в табл. 1.

Для ультразвуковой обработки в качестве генератора ультразвука использовали аппарат 13

Таблица 1

Основные характеристики образцов двойных эмульсий (без внесения и с внесением фукоидана)

Показатели качества Фактические значения Образец 1 DE: 50(PE):50(W) Образец 2 DE: 50(PE):50(W) + фукоидан Вязкость, мПа^с 1,88 ± 0,4 3,59 ± 0,2 Стойкость эмульсии, процент неразрушенной эмульсии, % 99,0 ± 0,1 99,3 ± 0,1 Перекисное число, ммоль активного кислорода/кг 4,0 ± 0,2 3,75 ± 0,1 АОА, % (DPPH) 73,4 ± 0,1 85,1 ± 0,2 гомогенизатор ультразвуковой Q700 Sonicator (мощность 700 Вт) с зондом 1/2 от Qsonica, длительность воздействия составила 20 минут с перерывами при амплитуде 75 % (мощность 525 Вт) [12, 13].

Для достижения цели в качестве объектов были получены опытные образцы йогурта при разной дозировке внесения двойной эмульсии 3, 5 % без и с внесением фукоидана:

образец 1 - йогурт с внесением 3 % DE: 50(PE):50(W);

образец 2 - йогурт с внесением 5 % DE: 50(PE):50(W);

образец 3 - йогурт с внесением 3 % DE: 50(PE):50(W) + фукоидан;

образец 4 - йогурт с внесением 5 % DE: 50(PE):50(W) + фукоидан.

Технология приготовления образцов йогурта: к 100 мл молока жирностью 3,2 % добавляли двойные эмульсии, представленные выше в количестве 3, 5 мл и закваску в количестве 0,5 мг, сбраживали (сквашивали) при комнатной температуре в течение 20 часов.

В качестве нормативного документа для регулирования качества опытных образцов йогурта использовался ГОСТ 31981-2013 «Йогурты. Общие технические условия». Для определения влияния встраивания двойной эмульсии в пищевую матрицу йогурта с целью получения уникального функционального кисломолочного продукта с улучшенными физиологическими свойствами были определены следующие показатели качества: органолептические (внешний вид и консистенция, вкус и запах, цвет (ГОСТ 31981-2013)), массовая доля белка (ГОСТ 23327), кислотность и pH (ГОСТ 3624, ГОСТ 31976), антиоксидантная активность (метод DPPH), потенциальная биоактивность, оценка безопасности и токсичности (по ГОСТ 31674-2012). Все ис- следования проводились в трех измерениях.

Антиоксидантная активность оценивалась спектрофотометрически при 515 нм путем определения поглощающей способности свободного радикала 1,1-дифенил-2-пикрил- гидразила.

Индекс биоактивности (И БА , %) рассчитывается по формуле

И БА =

АОАконц _×100 АОАисх

где АОАконц - АОА (DPPH, %) БАВ после процесса переваривания in vitro; АОАисх -АОА (DPPH, %) БАВ в исследуемом растворе до процесса переваривания.

Оценку безопасности и токсичности проводили с помощью автоматизированного аппаратно-программного комплекса «БиоЛат» на тест-организмах - инфузориях вида Paramecium caudatum путем подсчета количества выживших простейших в лунках с помощью программы Auto Ciliata сразу после подсаживания их в исследуемые растворы и через

• 2 ч после начала исследования. Оценка токсичности производилась автоматически.

Результаты и их обсуждение

На первом этапе исследования проводилась оценка полученных образцов йогурта при разной дозировке внесения двойной эмульсии (без внесения и с внесением фукоидана) по органолептическим показателям качества по ГОСТ 31981-2013 «Йогурты. Общие технические условия». Полученные результаты исследования представлены в табл. 2.

Полученные результаты исследования подтвердили, что все полученные образцы йогурта по органолептическим показателям (внешний вид и консистенция, вкус и запах, цвет) соответствуют требованиям, представленным по ГОСТ 31981-2013. Внесение двой- ной эмульсии (DE: 50(PE):50(W) + фукоидан) в количестве 3 и 5 % в состав йогурта оказало незначительный эффект на вкус и запах [1].

На втором этапе исследования была проведена физико-химическая оценка качества опытных образцов йогурта с целью выявления влияния вносимой добавки на характеристики готового продукта. Результаты исследования представлены в табл. 3.

Полученные результаты исследований позволяют говорить от том, что внесение двойных эмульсий в йогурт в количестве 3 и 5 % существенно не оказало влияние на массовую долю белка, которая соответствует норме не менее 3,2 %. В то время как кислотность соответствует заявленной норме только у йогурта (образец 3) при внесении двойной

Таблица 2

Результаты органолептической оценки качества опытных образцов йогурта при разной дозировки внесения двойной эмульсии (без внесения и с внесением фукоидана)

Показатели качества	Исследуемые образцы йогурта
	образец 1	образец 2	образец 3	образец 4
Внешний вид и консистенция	Однородная, с нарушенным сгустком жидкость	Однородная, с нарушенным сгустком жидкость	Однородная, с нарушенным сгустком жидкость	Однородная, с нарушенным сгустком жидкость
Вкус и запах	Чистые, кисломолочный, без посторонних привкусов и запахов.	Чистые, кисломолочный, без посторонних привкусов и запахов.	Чистые, кисломолочный, слегка прослеживается привкус добавленного ингредиента. Без посторонних привкусов и запахов.	Чистые, кисломолочный, слегка прослеживается привкус добавленного ингредиента. Без посторонних привкусов и запахов.
Цвет	Молочно-белый, равномерный	Молочно-белый, равномерный	Молочно-белый, равномерный	Молочно-белый, равномерный

Таблица 3

Результаты физико-химической оценки качества опытных образцов йогурта при разной дозировки внесения двойной эмульсии (без внесения и с внесением фукоидана)

Показатели качества	Норма по ГОСТ 31981-2013	Исследуемые образцы йогурта
		образец 1	образец 2	образец 3	образец 4
Массовая доля белка, %	не менее 3,2	3,1 ± 0,2	3,3 ± 0,1	3,2 ± 0,1	3,3 ± 0,2
Кислотность, °Т	от 75 до 140 включ.	73,3 ± 0,1	74,3 ± 0,2	76,0 ± 0,2	75,6 ± 0,2
pH	–	4,6 ± 0,1	4,9 ± 0,1	4,9 ± 0,2	4,8 ± 0,1
АОА, % (DPPH)	–	22,6 ± 0,2	33,9 ± 0,4	49,8 ± 0,2	60,3 ± 0,6

* Данный показатель не нормируется по ГОСТ.

эмульсии (DE:50(PE):50(W) + фукоидан) в количестве 3 % и составляет (76,0 ± 0,2)°Т и у йогурта (образца 4) при внесении двойной эмульсии (DE:50(PE):50(W) + фукоидан) в количестве 5 % и составляет (75,6 ± 0,2) °Т. Показатель pH у всех образцов йогурта существенно не изменился. Уровень pH может варьироваться в зависимости от процесса ферментации. Наибольшая антиоксидантная активность наблюдается у йогурта (образца 4) при встраивании двойной эмульсии (DE:50(PE):50(W) + фукоидан) в количестве 5 % и составляет (60,3 ± 0,6) %. Таким образом, высокая антиоксидантная активность позволит у меньшить интенсивность свободнорадикального окисления и нейтрализовать свободные радикалы .

На следующем этапе исследований проводилась оценка потенциальной биоактивности опытных образцов йогурта. Для решения этих задач широко применяются модели пищеварения in vitro, которые удобно использовать для прогнозирования биоактивности БАВ, встроенных в двойную эмульсию, поскольку они отличаются простотой исполнения, экономической доступностью и этической составляющей в сравнении с методами in vivo.

Переваривание представляет собой сложный процесс, при котором двойная эмульсия одновременно подвергается воздействию нескольких факторов: физических (механических, температурных), химических (рН) и биохимических (ферментных). Под индексом биоактивности (ИБА) понимается показатель, который характеризует сохраненную антиоксидантную активность (АОА) биологически активных веществ (БАВ) после смоделированного процесса пищеварения. Результаты проведенного исследования представлены в табл. 4.

В тонкой кишке осуществляются завер- шающие стадии гидролиза двойных эмульсий, начатого с помощью ферментов слюны, желудочного и поджелудочного соков. Наиболее высокий индекс биоактивности (ИБА) на 3-й фазе тонкого кишечника наблюдается у йогурта (образца 4) при встраивании двойной эмульсии (DE:50(PE):50(W) + фукоидан) в количестве 5 % и составляет (67,5 ± 0,3) %. Высокий ИБА у йогурта (образец 4) прослеживается на всех 3-х фазах пищеварения.

На заключительном этапе исследования проводилась оценка безопасности опытных образцов йогуртов с учетом показателя степени токсичности, которую определяли по выживаемости инфузорий Paramecium caudatum через 2 часа экспозиции в вытяжке исследуемого продукта. Полученные результаты исследования представлены в табл. 5.

Результаты оценки степени токсичности опытных образцов йогурта при разной дозировке внесения двойной эмульсии (без внесения и с внесением фукоидана) продемонстрировали прирост инфузорий, таким образом, была доказана нетоксичность образцов [3, 7, 9–11].

Выводы по результатам работы

Таким образом, результаты исследования доказывают, что встраивание двойной эмульсии (DE:50(PE):50(W) + фукоидан) в количестве 5 % в состав йогурта позволит получить уникальный функциональный кисломолочный продукт с улучшенными физиологическими свойствами. При встраивании двойной эмульсии (DE:50(PE):50(W) + фукоидан) в состав йогурта в количестве 5 % удалось достигнуть АОА (метод DPPH) до (60,3 ± 0,6) %, в то время как ИБА (3-я фаза – тонкого кишечника) продемонстрировал наибольший эффект, который составил (67,5 ± 0,3) %. Применение двойных эмульсий в составе йогуртовой продукции позволит сформировать новые физиологические свойства.

Таблица 4

Результаты оценки потенциальной биоактивности опытных образцов йогурта при разной дозировки внесения двойной эмульсии (без внесения и с внесением фукоидана)

Таблица 5

Результаты установление степени токсичности опытных образцов йогурта на основе выживаемости инфузорий Paramecium caudatum

Исследуемые образцы йогурта	Среднее количество инфузорий в начале опыта, шт.	Среднее количество инфузорий через 2 часа, шт.	Средняя выживаемость, %	Степень токсичности
Образец 1	118 ± 10	141 ± 10	119,4	Нетоксичный
Образец 2	125 ± 10	139 ± 10	111,2	Нетоксичный
Образец 3	128 ± 10	165 ± 10	128,9	Нетоксичный
Образец 4	119 ± 10	160 ± 10	134,4	Нетоксичный