Оптимизация процесса ферментации растительного напитка заквасками молочнокислых бактерий

Потребители всех возрастов ценят пользу для здоровья растительных заменителей молока, и, как следствие, потребление их в последнее время увеличилось на 60–70 % [3]. Напитки на растительной основе могут способствовать обеспечению легкодоступной здоровой и сбалансированной пищей растущего населения [9].

В 2017–2021 гг. потребление напитков на растительной основе в России демонстрировало положительную динамику и в 2021 г. достигло 57,0 тыс. тонн. Однако в 2022 г. объемы снизились до 50,9 тыс. тонн. Основными причинами снижения объемов потребления растительного молока в России в 2022 г. было стремление российских потребителей к экономии и сокращение ассортимента продукции за счет уменьшения импорта на 56,5 % (до 8,3 тыс. тонн). Так, начиная с апреля 2022 г. компания Danone остановила импортные поставки растительных напитков Alpro из Бельгии.

Среди различных видов напитки на соевой основе по-прежнему остаются одними из самых популярных. Отличительными свойствами соевых напитков является низкий уровень холестерина, высокое содержанием бел- ка и клетчатки, а также важных биологически активных соединений, среди которых незаменимые жирные кислоты, витамины, минералы, свободные сахара, пептиды и фенольные соединения, такие как флавоноиды [12].

Ферментация пищевых продуктов определяется как преобразование сложных углеводов, таких как крахмал и сахара, в простые соединения, такие как спирты, кислоты и CO 2 с использованием бактерий в анаэробных условиях [8]. Напитки на растительной основе в основном ферментируются естественным или контролируемым образом, что увеличивает выработку биологически активных веществ. Кроме того, переваривание полезных белков сои улучшается более чем на 40 % благодаря увеличению количества незаменимых аминокислот. Ферментированные напитки на соевой основе эффективны для профилактики здоровья человека [1, 2, 4].

Наиболее распространёнными пробиотическими бактериями, используемыми при ферментации, являются Lactobacillus spp. и Bifidobacterium spp. [10, 11] и в основном применяются в производстве молочных и немолочных продуктов. Молочнокислые бактерии, такие как L. rhamnosus , L. acidophilus , L. plantarum , and L. casei являются одним из самых популярных пробиотиков.

Напитки на растительной основе могут служить природными антиоксидантами, защищая организм от окислительного стресса и связанных с ним заболеваний. Кроме того, антиоксидантная активность растительного молока обусловлена фенольными соединениями, флавоноидами и витаминами А, Е и С. Многочисленные исследования показали важность антиоксидантных соединений в нейтрализации свободных радикалов в организме человека и предотвращении заболеваний [5–7].

Целью настоящего исследования стала оценка адаптации моновидовой и комплексной заквасок молочнокислых бактерий в растительной среде и возможностей оптимизации данного процесса, а также установление влияния процесса ферментации на антиоксидантные свойства пробиотического напитка.

Материалы и методы исследования

В качестве основы для растительного пробиотического напитка взят напиток безалкогольный из растительного сырья «Молоко соевое», «Здоровое меню» (ООО «Объединение Союзпищепром»).

Используемые для ферментации закваски: моновидовой концентрат бактерий вида Lactobacillus acidophilus , БК-Углич-АВ (ФГУП «Экспериментальная биофабрика», г. Углич) и закваска бактериальная «Ацидофилин», включающая в себя штаммы: Lactococcus Lactis ssp. lactis, Lactococcus Lactis ssp. cremoris, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus helveticus (ООО «Зеленые линии» г. Красногорск).

Ферментация напитка на соевой основе осуществлялась закваской по рекомендации изготовителя 0,1 г/100 мл в течение суток при температурах 32, 37 и 42 °С.

Таким образом, было сформировано 6 образцов, которым были присвоены условные обозначения:

• •    образцы растительного напитка на соевой основе, ферментированные моновидовым концентратом бактерий вида Lactobacillus acidophilus , БК-Углич-АВ (ФГУП «Экспериментальная биофабрика», г. Углич) при температурах 32, 37 и 42 °С – М/32, М/37 и М/42 соответственно;

• •    образцы растительного напитка на соевой основе, ферментированные комплексной закваской «Ацидофилин», включающей в себя штаммы: Lactococcus Lactis ssp. lactis, Lactococcus Lactis ssp. cremoris, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus helveticus (ООО «Зеленые линии» г. Красногорск) при температурах 32, 37 и 42 °С – К/32, К/37 и К/42 соответственно.

Оценку активности процесса ферментации проводили посредством определения титруемой кислотности через каждые 3 часа и накопления молочной кислоты, дополнительно оценивали изменение антиоксидантной активности растительного напитка при сквашивании его молочнокислыми бактериями.

Определение кислотности заключается в нейтрализации кислых солей, белков, свободных кислот и других кислых соединений раствором щелочи в присутствии индикатора фенолфталеина.

Количество молочной кислоты определяли спектрофотометрическим методом, который включает добавление исследуемого раствора к раствору хлорида железа (III), взятого в концентрации 0,1–0,3 %, измерение оптической плотности полученного раствора при длине волны 380–405 нм и количественное определение концентрации лактата в исход- ном растворе – с использованием калибровочного графика.

Общая антиоксидантная (антирадикаль-ная) активность определялась методом DPPH (%) по модификации. DPPH является стабильным свободно-радикальным соединением, которое широко используется в анализах для оценки способности антиоксидантов поглощать радикалы.

Результаты и их обсуждение

На первом этапе оценивали показатель титруемой кислотности в ферментируемых напитках как фактор активности адаптации молочнокислых бактерий в растительной среде (рис. 1).

В результате оценки была установлена зависимость между температурой осуществления процесса ферментации и динамикой увеличения титруемой кислотности.

В образце с моновидовым концентратом закваски Lactobacillus acidophilus кислотность за первые 14 часов ферментации при температуре 32 °С достигла значения 13,9 град, что в сравнении с комплексной закваской при этом же температурном режиме ниже на 9,9 град.

Наличие в комплексной закваске штаммов микроорганизмов с различными температурными оптимумами позволяет закваске быть более устойчивой к температурным стрессам и способствует активизации процесса ферментации.

Последующие результаты оценки количества молочной кислоты в соевых напитках при ферментации моновидовой и комплексной заквасками также показывают разную активность. Более активно происходит накопление молочной кислоты в образцах с комплексной закваской, при температуре 37 °С уже через 14 часов ферментации содержание молочной кислоты составило 6,7 мг/ 100 мл (рис. 2).

Известно, что оптимальной температурой развития Lactobacillus acidophilus является диапазон 37–38 °С, это подтверждает низкую степень накопления молочной кислоты в исследуемых образцах при 32 °С.

Более активная адаптация комплексной закваски определяется составом штаммов микроорганизмов с разными температурными оп-тимумами: Lactococcus Lactis ssp. lactis – 28–32 °С, Lactococcus Lactis ssp. cremoris – 25–30 °С, Lactobacillus acidophilus – 37–38 °С, Lactobacillus helveticus – 42–45 °С, что делает такую закваску более жизнеспособной и ус- тойчивой к тепловым стрессам по сравнению с моновидовой. Изменения температурного фактора при использовании комплексной закваски не замедляют процесс сквашивания растительной среды, а способствуют даже некоторому ускорению в связи с активизацией того или иного штамма молочнокислых бактерий.

С помощью математического моделирования были установлены оптимумы процесса ферментации по температуре и длительности для моновидовой и комплексной закваски (рис. 3), и они составили 35,9 °С в течение 19,4 часов и 36,4 °С в течение 19,3 часов соответственно.

Напитки на растительной основе могут служить природными антиоксидантами, защищая организм от окислительного стресса и связанных с ним заболеваний. Антиоксидантная активность напитков на растительной основе обусловлена фенольными соединениями, флавоноидами и витаминами А, Е и С [14]. Ферментированные напитки на соевой основе могут являться источником природных антиоксидантов благодаря фенольным соединениям.

Растительные напитки характеризуются наличием в составе флавоноидов, которые представляют собой фенольные соединения, играющие защитную роль в отношении болезней человека.

Для соевых напитков характерно наличие изофлавонов, которые, однако, обычно появляются в природе в нерастворимой гликозилированной форме (в основном даидзин и генистин) и для улучшения их всасывания в кишечнике необходимо превращение их в агликоны (даидзеин и генистеин), характеризующиеся большей биодоступностью и эстрогенной и антиоксидантной активностью [ 13, 15 ] .

В связи с этим нами проведена оценка антиоксидантных свойств ферментированных разными заквасками и при различных температурных режимах напитков на соевой основе.

Результаты оценки антиоксидантной активности (рис. 4) показывают положительное влияние на нее процесса ферментации. По сравнению с контрольным образцом – напитком на соевой основе до внесения в него заквасок молочнокислых бактерий – увеличение АОА при ферментации составило от 11,7 до 83,6 %.

Это можно объяснить способностью лактобактерий продуцировать β-гликозидазу, которая трансформирует гликозиды в соответ-

14                  17                  20                  23

длительность процесса ферментации, час.

—•—М/32 —•—М/37 —е— М/42 —•— К/32 —•—К/37 —•— К/42

Рис. 1. Динамика изменения титруемой кислотности в исследуемых образцах соевого молока в процессе ферментации при разных температурных режимах, град

■ К/42 ■ М/42 ■ К/37 ■ М/37 ■ К/32 ■ М/32

Рис. 2. Результаты определения количества молочной кислоты в исследуемых образцах ферментированных растительных напитков ствующие им агликоны, улучшая функциональные свойства продукта [6, 7].

Причем результаты свидетельствуют об активном росте АОА в образцах, ферментированных комплексной закваской.

Заключение

Таким образом, проведенные исследования показали возможность использования растительного напитка на основе сои для фер- ментации молочнокислыми бактериями как в моновидовой, так и в комплексной форме. Наличие в комплексной закваске штаммов микроорганизмов с различными температурными оптимумами активизирует процессы ее адаптации в растительной среде, делает такую закваску более жизнеспособной и устойчивой к тепловым стрессам по сравнению с моновидовой. Изменения температурного фактора

Y1 = –9,067∙10^–5∙Х 1² – 1,13∙10^–4∙Х 2² – 2,333∙10⁵∙Х 1 ∙Х 2 + + 6,979∙Х 1 ∙10^–3+ 5,221∙10^–3∙Х 2 – 0,111

Y1 = –5,778∙10^–4∙Х 1 ² –2,06∙10⁴∙Х 2 ²+ 1,333∙10⁵∙Х 1 ∙Х 2 + + 0,022∙Х 1 + 0,015∙Х 2 – 0,398

0.082

19J3

36.42

yfR^Rj = 0.066

R- Maxtmize(y.xl0.x20) R =

<35.994

R := Maximize(y.xl0.x20) R =

""                                i 19.391

а)

б)

Рис. 3. Оптимизация условий ферментации молока соевого моновидовой (а) и комплексной (б) заквасками для максимального накопления молочной кислоты

Рис. 4. Результаты оценки антиоксидантной активности исследуемых образцов ферментированных напитков на растительной основе, % (DPPH)

при использовании комплексной закваски не замедляют процесс сквашивания растительной среды, а способствуют даже некоторому ускорению в связи с активизацией того или иного штамма молочнокислых бактерий.

Кроме того, отмечается положительное влияние процесса ферментации на антиоксидантные свойства пробиотического напитка в связи с способностью лактобактерий продуцировать β-гликозидазу, трансформирующую гликозиды сои.