Оценка физико-химических свойств и биохимических показателей лактоферментированного жмыха арахиса

Введение. В условиях постоянного роста населения и изменяющихся потребительских предпочтений традиционные методы производства молочных продуктов не всегда способны удовлетворить потребности рынка. Перспективным направлением, способным решить данную проблему, является разработка технологий получения растительных аналогов молочных продуктов.

Среди растительного сырья большим потенциалом обладает арахис (Araches hypogea), выполняющий важную роль в продовольственной безопасности многих стран. Основными производителями арахиса являются Китай (18,3 млн т/год), Индия (10,1 млн т/год) и Нигерия (4,3 млн т/год) [1]. Высокий интерес к данной культуре присутствует у населения Российской Федерации, однако в настоящее время в стране практически отсутствует его промышленное производство. Ежегодно более 150 тыс. т арахиса завозится к нам из-за рубежа [2]. Тем не менее российскими селекционерами создаются и исследуются районированные сорта арахиса (Отрадокубанский, Десертный и др.) для его потенциального промышленного производства [3, 4]. Следует отметить, что арахис улучшает качество почвы за счет обогащения ее азотом, что позволяет снизить использование химических удобрений.

Достоинствами арахиса являются высокое содержание белка (22-30 %), масла (44-56 %), в котором около 80 % составляют ненасыщенные жирные кислоты, наличие витаминов и микроэлементов, а также отсутствие лактозы [4, 5]. В составе арахиса присутствуют соединения с высокой биологической активностью: токоферолы, полифенолы, флавоноиды, паракумариновая кислота, стеролы, стерины, в связи с чем из данной культуры целесообразно получать продукты функциональной направленности [6-10]. Потребление арахиса снижает риск возникновения и развития рака, сердечнососудистых, диабетических и инфекционных заболеваний [11, 12].

Тем не менее, для 15 % населения мира арахис является сильным аллергеном. Снизить или устранить аллергенность позволяет термическая или ферментативная обработка сырья [13-15]. Из зерен арахиса получают аналоги молочных продуктов, основой которых служит арахисовое «молоко» или изолят арахисового белка [16, 17]. Арахисовое «молоко» получают путем предварительного проращивания или замачивания зерна в щелочном растворе, бланшированием, обжаркой, экстракцией с последующей нейтрализацией и фильтрацией [18].

Благодаря своему составу арахисовое «молоко» является полноценной питательной основой для культивирования молочнокислых бактерий. Исследования показывают, что лактобактерии на арахисовом «молоке» растут быстрее в сравнении с натуральным коровьим молоком [19]. Для ферментации растительного «молока», в том числе арахисового, применяют закваски из лактобактерий Lactobacillus helveticus, L. rhamnosus, Streptococcus thermophiles, L. bul-garicus, L. delbruecki , уксуснокислых бактерий и молочных дрожжей [19–21]. В процессе ферментации под воздействием микроорганизмов изменяется химический состав и структура рас-

Вестник КрасГАУ. 2025. № 5 (218) тительного сырья, ингибируются антипитатель-ные вещества и аллергены, увеличивается пищевая ценность, а также антиоксидантные и иммуномодулирующие свойства получаемого продукта [22–26]. Арахисовое «молоко» и йогурты на его основе отличаются высоким содержанием белка, незаменимых аминокислот, ненасыщенных жирных кислот и минеральных веществ. У йогуртов, полученных на основе бобов арахиса, возрастает водоудерживающая способность и снижается синерезис [27].

После отжима масла из бобов арахиса образуется жмых - побочный продукт, содержание белка в котором достигает до 50 %, что значительно превышает его количество в ядрах. Также в составе жмыха находятся некоторые биологически активные вещества, в том числе ресвератрол, обладающий противораковыми и антимикробными свойствами [28].

Ранее из-за грубой текстуры и бобового вкуса жмых использовался в основном в качестве кормовой добавки. В настоящее время из жмыха получают муку, которая применяется для производства пищевых продуктов, например халвы. Благоприятный химический состав и более низкая стоимость арахисового жмыха в сравнении с цельными зернами демонстрируют перспективность его использования для создания функциональных аналогов молочных продуктов. Биотехнологический потенциал жмыха арахиса на данный момент недооценен, количество исследований в этом направлении незначительно.

Цель исследования - изучение безлактозных растительных ферментированных продуктов, полученных с использованием вторичного продукта производства арахисового масла -жмыха.

Задачи: определить штамм лактобактерий, способный наиболее эффективно сбраживать экстракт жмыха арахиса за меньшую продолжительность ферментации; исследовать физикохимические свойства, химический состав и органолептические показатели полученного лак-тоферментированного продукта на основе жмыха арахиса; исходя из полученных данных, по характеристике, свойствам и составу лактофер-ментированного продукта определить направления его применения в пищевой промышленности.

Объекты и методы. Объектом исследования являлся жмых ядер арахиса, полученный в лабораторных условиях на шнековом масло-прессе L'equip Oil Presso LOP-G3 (КНР) из образцов ядер арахиса (ООО «Ашан») урожая 2023 г.

В работе использовали штаммы лактобактерий Lacticaseibacillus casei КМS-1 , L. сasei КМS-2 , L. casei КМS-3 и L. rhamnosus КМS-5 из коллекции Института микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН, выделенные из кумыса на территории Республики Башкортостан (Россия). Штаммы депонированы в ЦКП «Коллекция уникальных и экстремофильных микроорганизмов различных физиологических групп биотехнологического назначения (UNIQEM)» ФИЦ биотехнологии РАН под регистрационными номерами соответственно UQM 41618, UQM 41619, UQM 41620 и UQM 41622.

Растительной основой для получения лак-тоферментированного продукта (ЛФП) служил щелочной экстракт жмыха арахиса, полученный по методу, описанному в работе [29]. После термической обработки ((115 ± 1) °С в течение 30 мин) и охлаждения до (37 ± 1) °С экстракт инокулировали штаммами лактобактерий, выращенными на стерильном коровьем молоке (ОАО «Северное молоко») при (37 ± 1) °С в течение 24 ч. Ферментацию проводили в статических условиях при температуре (37 ± 1) °С при различной продолжительности. Количество жизнеспособных клеток лактобактерий в ЛФП устанавливали проведением серийных разведений в стерильном растворе хлористого натрия (0,9 г/дм3), с последующим высевом на чашки с агаром MRS, затем подсчитывали выросшие колонии и рассчитывали значение жизнеспособности (КОЕ/см3).

Определение степени синерезиса арахисового ЛФП проводили после хранения в течение 24 ч при (4 ± 1) °С согласно методике [30]. Степень синерезиса устанавливали путем измерения количества сыворотки, выделившейся за 2 ч свободного фильтрования 100 см3 продукта. Вязкость консистенции ЛФП определяли на вискозиметре Brookfield DV-II + Pro (США) со шпинделем 06 при вращении 100 об/мин и температуре (20 ± 1) °C. Измерения активной кислотности образцов проводили с помощью pH-метра 150 МИ (ООО «Измерительная техника»). Органолептическую оценку образцов ЛФП проводили по ГОСТ Р 70650-2023.

Для дальнейших исследований образцы ЛФП высушивали на лиофильной установке FreeZo-ne Labconco (США) в вакууме при –80 °С.

Массовую долю влаги в образцах определяли по ГОСТ Р 54705-2011; белка (Nx6,25) – по ГОСТ 10846-91; зольности – по ГОСТ 13979.6-69; жира – по ГОСТ 13496.15-2016; углеводов – по разнице между 100 % и суммой остальных компонентов.

Аминокислотный состав определяли по ГОСТ 32195-2013 с использованием жидкостного хроматографа фирмы «Hitachi» (Япония) в стандартном режиме анализа белковых гидролизатов с сульфированным сополимером стирола с дивинилбензолом и ступенчатым градиентом натрий-цитратного буферного раствора с возрастающим значением рН и молярности. В процессе пробоподготовки при кислотном гидролизе образцов триптофан разрушался и не учитывался в расчете. Аминокислотный скор образцов рассчитывали с учетом шкалы «эталонного белка» ФАО/ВОЗ 2011 г. [31].

Функционально-технологические свойства и фракционный состав белков арахисового жмыха и ЛФП исследовали по методикам, указанным в работах [32–34]. Перевариваемость белков in vitro определяли по методу А.А. Покровского и И.Д. Ертанова [35], используя модель пищеварения в желудочно-кишечном тракте человека с пепсином (АО «ЛенРеактив») в кислой среде (рН 1,8 ± 0,1) и трипсином (ООО «Самсон-Мед») – в щелочной (рН 8,2 ± 0,1), общая продолжительность процесса 360 мин.

Липиды из лиофилизированных образцов экстрагировали смесью хлороформ : солянокислый метанол (SupelcoMethanolic-HCl 0,5 N) (2 : 1), по методу Фолча. Жирнокислотный состав липидов исследовали на хроматографе c масс ‐ детектором «Simadzu GCMS ‐ QP 2010 Ultra» (Япония) при 120 °С, с гелевым носителем при скорости потока 35,6 см/с.

Исследования аминокислотного состава и профиля жирных кислот осуществляли на базе ЦКП «Промышленные биотехнологии» ФИЦ биотехнологии РАН и НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ.

Все эксперименты проводили в трехкратной повторности, данные обрабатывали с помощью программы Microsoft Excel-2007 и дополнительных надстроек. При расчетах определяли среднее арифметическое и стандартное отклонение для р < 0,05.

Результаты и их обсуждение. Основой для получения экспериментальных продуктов служил стерильный экстракт, полученный щелочной экстракцией жмыха арахиса, который, в свою очередь, имел следующий химический состав: влага – (4,69 ± 0,12) %, белок – (41,73 ± 0,07) % на сухие вещества (СВ), зола – (2,84 ± 0,04) % на СВ, липиды – (39,41 ± 0,09) % на СВ, углеводы – (16,02 ± 0,20) % на СВ. Отбор лактобактерий, способных активно сбраживать новый субстрат, проводили среди штаммов рода

Lacticaseibacillus . Все изученные штаммы лактобактерий сквашивали экстрактом с образованием сгустка различной консистенции, рН суспензии снижался с 8,5 до 5,0–6,3 за 4–7 ч ферментации. Скорость формирования плотного сгустка и снижения рН была наиболее высокой у штамма L. rhamnosus КМS-5 – показатель рН 5,0 достигался за 4 часа ферментации (рис. 1). Дальнейшие исследования проводились с закваской, в состав которой входил штамм L. rhamnosus КМS-5.

Продолжительность, ч

Рис. 1. Изменение рН арахисовых ЛФП в зависимости от продолжительности ферментации с использованием различных штаммов лактобактерий

Change in pH of peanut LFP depending on the duration of fermentation using different strains of lactobacilli

Анализ химического состава полученного ЛФП выявил содержание (г/100 г продукта): сухих веществ – (13,75 ± 0,03), белка – (6,06 ± 0,04), зольных элементов – (0,65 ± 0,01) г, липидов – (4,71 ± 0,03), углеводов – (2,33 ± 0,11). Энергетическая ценность ЛФП на 100 г продукта составила 318 кДж, или 76 ккал. Количество жизнеспособных клеток молочнокислых бактерий – 1·109 КОЕ/см3, плесени и дрожжи не обнаружены. Таким образом, по консистенции, вязкости, степени синерезиса, количеству лактобактерий, химическому составу, энергетической ценности, а также отсутствию лактозы арахисовый ЛФП можно отнести к функциональным продуктам типа «растительный йогурт».

a

b

Рис. 2. Внешний вид арахисового жмыха (a) и ЛФП (b) Appearance of peanut oilcake (a) and LFP (b)

В ЛФП содержалось 17 аминокислот (без учета триптофана), среди которых преобладали глутаминовая и аспарагиновая кислоты, арги- нин, лейцин, глицин и пролин (рис. 3). Сумма незаменимых аминокислот в 100 г продукта – 2,01 г.

Рис. 3. Аминокислотный состав арахисового ЛФП Amino acid composition of peanut LFP

Значения аминокислотного скора ЛФП выше 100 % наблюдались у гистидина, лейцина, лизина и суммы фенилаланина с тирозином (табл. 1). Скор лимитирующей незаменимой аминокислоты (изолейцин) составляет 88 %, что является высоким показателем качества белка и сравним со скором лимитирующей аминокислоты (86 % у валина) нутового белкового концентрата с содержанием белка более 80 % [37].

Таблица 1

Содержание незаменимых аминокислот и аминокислотного скора арахисового ЛФП Content of essential amino acids and amino acid score of peanut LFP

Вещество	Содержание
1	2
Незаменимые аминокислоты, мг/г белка ЛФП:
Val	37,47
His	25,50
Ile	26,35
Leu	62,40
Lys	49,29

Окончание табл. 1

1	2
Met + Cys	21,04
Trh	22,31
Phe + Tyr	89,77
Незаменимые аминокислоты, мг/г «эталонного белка» (ФАО/ВОЗ, 2011 г):
Val	40
His	16
Ile	30
Leu	61
Lys	48
Met + Cys	23
Trh	25
Phe + Tyr	41
Аминокислотный скор ЛФП, % от значений «эталонного белка»:
Val	94
His	159
Ile	88
Leu	102
Lys	103
Met + Cys	92
Trh	89
Phe + Tyr	219

Анализ фракционного состава белков арахисового ЛФП в сравнении с исходным жмыхом выявил увеличение соле-, спирто- и кислоторастворимой фракций в 4,3; 4,1 и 2,0 раза соответственно (рис. 4). При этом установлено снижение водорастворимой фракции в 6,8 раза. Од- нако содержание труднорастворимой (растворимой в растворе щелочи при рН 12,5 ± 0,1) и нерастворимой фракций также снизилось в 2,5– 2,6 раза, что говорит об увеличении биодоступности белков ЛФП в сравнении с белками исходного жмыха.

Рис. 4. Фракционный состав белков арахисового жмыха и ЛФП Fractional composition of proteins in peanut cake and LFP

Увеличение биодоступности белков ЛФП подтверждается исследованием их перевариваемости в модели in vitro (табл. 2). В сравнении с исходным жмыхом белки арахисового ЛФП переваривались интенсивнее на 9,90 % после 6 часов гидролиза. При этом в кислой среде с пепсином усваивались быстрее на 14,33 % белки ЛФП, а в щелочной с трипсином на 15,62 % – белки исходного жмыха. С поправкой на увеличенную усвояемость (83,61 %) биологическая ценность белка (PDCAAS) ЛФП по лимитирующей незаменимой аминокислоте (изолейцин) составляет 73,58 %, в то время как, по литературным данным, биологическая ценность белков арахиса равна 52 % [38].

Таблица 2

Образец	Среда
	С пепсином (рН 1,8±0,1) 3 ч	С трипсином (рН 8,2±0,1) 3 ч	Итого 6 ч
Жмых	64,81±0,12	11,27±0,20	76,08±0,32
ЛФП	74,10±0,17	9,51±0,14	83,61±0,31

Перевариваемость белков арахисового жмыха и ЛФП, % Digestibility of peanut oilcake and LFP proteins, %

Жирнокислотный состав ЛФП представлен 10 компонентами, основную часть из которых составили омега-6 (линолевая) и омега-9 (олеиновая) ненасыщенные жирные кислоты (табл. 3). Линолевая кислота относится к незаменимым и поступает в организм исключительно с пищей. В целом среди липидов ЛФП на долю ненасыщенных жирных кислот приходится

74,38 %. Среди насыщенных жирных кислот преобладала пальмитиновая кислота, являющаяся основной жирной кислотой грудного молока и входящая в состав большинства детских смесей [39, 40]. Таким образом, арахисовый ЛФП представлял собой продукт типа йогурта с высоким содержанием биологически ценного белка и ненасыщенных жирных кислот.

Таблица 3

Кислота	Состав
Насыщенные жирные кислоты:
Миристиновая C 14:0	0,24
Пальмитиновая C 16:0	15,72
Стеариновая C 18:0	3,92
Арахиновая C 20:0	1,37
Бегеновая C 22:0	3,37
Лигноцериновая C 24:0	1,00
Ненасыщенные жирные кислоты:
Линолевая C 18:2(9,12)	37,36
Олеиновая C 18:1(9)	33,75
Петрозелиновая C 18:1(6)	1,50
Гондоевая C 20:1(11)	1,77

Жирнокислотный состав арахисового ЛФП, % от суммы всех кислот

Fatty acid composition of peanut LFP, % of the total of all acids

За счет высокого содержания ценного белка ((42,83 ± 0,10) % на СВ) другим направлением применения полученного ЛФП после его сушки является использование в качестве белковой добавки, улучшающей структуру и функциональные свойства пищевых продуктов. С этой целью были определены функционально- технологические свойства ЛФП и проведено сравнение с аналогичными свойствами исходного арахисового жмыха, у которого содержание белка также было высоким ((41,73 ± 0,07) % на СВ). Как видно из таблицы 4, высушенный ЛФП обладал большей по сравнению со жмыхом водосвязывающей способностью (ВСС) в

2,2 раза, пенообразующей способностью (ПОС) в 1,8 раза, стабильностью пены (СП) в 2,1 раза, жиросвязывающей способностью (ЖСС) в 3,7 раза и стабильностью эмульсии (СЭ) на 13,46 %. Снижение зафиксировано только у жироэмульгирующей способности (ЖЭС) ЛФП на 20,34 %. Установленные свойства ЛФП схожи со свойствами коммерческого горохового белкового концентрата [41], а значения СП и ЖСС выше в 3,9–4,3 раза, что позволяет рекомендовать высушенный ЛФП в качестве белковой добавки в технологии получения растительного «мяса» и пищевых изделий с пенной системой (зефир, пастила, муссы и др.).

Таблица 4

Функционально-технологические свойства арахисового жмыха и высушенного ЛФП Functional and technological properties of peanut oilcake and dried LFP

Показатель	Жмых	ЛФП
ВСС, г/г	0,97±0,07	2,15±0,02
ПОС, %	9±1	16±1
СП, %	33±1	70±1
ЖСС, г/г	1,01±0,03	3,74±0,26
ЖЭС, %	59±1	47±1
СЭ, %	52±1	59±2

Заключение. Арахисовый жмых является благоприятным сырьем для молочнокислых бактерий при разработке функциональных лакто-ферментированных продуктов. Штамм лактобактерий L. rhamnosus КМS-5 демонстрировал лучшее сродство к субстрату, активно снижая рН среды и образуя плотный сгусток через 4 ч ферментации. Полученный ЛФП обладал высоким содержанием ценного белка (6,06 г/100 г) и липидов (4,71 г/100 г). Сумма незаменимых аминокислот в ЛФП – 2,01 г/100 г, аминокислотный скор – 88–219 %, биологическая ценность белка – 73,58 %. Увеличение биодоступности белка ЛФП в сравнении с белками жмыха подтверждается снижением труднорастворимых и нерастворимых фракций белков, а также увеличением его перевариваемости. Массовая доля ненасыщенных жирных кислот в липидах ЛФП –

74,38 %, на омега-6 (линолевую) кислоту приходилось 37,36 %. ЛФП имел плотную, однородную консистенцию с вязкостью 2200 мПа·с и степенью синерезиса 45 %, белый цвет, кисломолочный вкус со слабым привкусом арахиса, с необходимым количеством жизнеспособных клеток молочнокислых бактерий. Отсутствие лактозы позволяет отнести продукт к «растительному йогурту» функционального назначения и рекомендовать его для питания людям, страдающим непереносимостью лактозы. Высушенный ЛФП обладал высокими функционально-технологическими свойствами, особенно жиросвязывающей способностью и стабильностью пены, поэтому его целесообразно рекомендовать для использования в качестве белковой добавки в технологиях изготовления растительного «мяса» и пищевых изделий с пенной системой.