Перспективы ферментации дисперсии на основе красного риса с растительными экстрактами

Считается, что выбор продуктов питания существенно влияет на изменение климата, что связано с связано с высокими выбросами парниковых газов и значительным потреблением воды и земли. Одним из решений может быть сокращение потребления животного белка в пользу продуктов на растительной основе [5]. Прогнозируется, что в 2026 году объём мировой индустрии растительного «молока», достигнет 21 миллиарда долларов США, что приводит к тому, что данные продукты займут значительную долю рынка [22].

Красный рис является перспективной основой для таких напитков за счет содержания фенольных соединений и антиоксидантов [8, 10, 11, 13, 15, 21, 23]. В нешлифованном зерне значительная часть биологически активных веществ связана с оболочечными слоями [7]. Помимо гипоаллергенных свойств рис также отличается богатым минеральным составом [26].

Потребление ферментированных продуктов – это древняя традиция, существующая в каждой культуре мира. Ферментация естественным образом позволяет создать новые органолептические характеристики и повысить сохранность продуктов, а также улучшить оздоровительные и питательные свойства продуктов, в частности, продуктов на растительной основе. Ферментация улучшает усвояемость сложных компонентов пищи, таких как клетчатка, крахмалы и белки, преобразуя их в более легко усваиваемые олигосахариды, пептиды и аминокислоты [20].

В настоящее время разработка технологии безлактозных ферментированных растительных продуктов является актуальным, поскольку данные продукты могут быть использованы в качестве функциональных продуктов [25].

Адаптогены относятся к категории физиологически активных соединений, которые обладают разнообразной биологической активностью, в частности, нейропротекторной, иммуномодулирующей, противовоспалительной, антиоксидантной.

Механизм действия адаптогенов остается в значительной степени не изученным, несмотря на значительный прогресс в исследованиях мозга и эндокринной системы, особенно в области регуляции биоритмов, которые тесно связаны с процессами старения и возрастными изменениями. Растительные адаптогены эффективны в борьбе с нарушениями, вызванными эмоциональным перенапряжением для облегчения симптомов стресса, таких как усталость и истощение, помогая организму быстрее восстанавливаться. Предполагается, что противоутомляющая активность реализуется через механизмы регуляция оси гипоталамус-гипофиз-надпочечники и модуляции окислительного стресса, что способствует улучшению когнитивных функций, физической выносливости, спокойного сна, эмоциональной стабильности и поддержке обмена веществ.

Адаптогены всё чаще включают в состав функциональных продуктов питания, что делает их доступным инструментом для поддержания здорового образа жизни [17; 18].

Цель работы – изучение влияния растительных экстрактов, обладающих адаптоген-ными свойствами, на содержание полифенолов, антиоксидантную активность, микробиологические показатели, рН ферментированных напитков на основе красного риса, полученных с использованием Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus .

Материалы и методы

Объектами исследования являлись образцы ферментированного напитка на основе красного риса сорта “Рубин” (Агро-Альянс, Россия): контрольный образец без добавления экстракта и образцы с добавлением сухих экстрактов родиолы (0,3%), элеутерококка (0,5%), солодки (0,15%), розмарина (0,3%) и базилика (0,5%). Экстракты подбирались исходя из максимально возможной концентрации внесения согласно органолептической оценке методом Just about right c участием 36 респондентов в возрасте от 22 до 65 лет [16].

На основании результатов, полученных нами ранее в исследовании [14], растительную дисперсию из красного риса получали согласно схеме на Рисунке 1. Промытое зерно замачивали в водопроводной воде при соотношении рис: вода 1:4 (масса/объем) в течение 12 ч. После замачивания воду сливали. После замачивания рис заливали фильтрованной водой при соотношении 1:8 (масса / объем) и подвергали тепловой обработке в течение 40 мин. Полученную рисовую массу измельчали методом влажного помола с использованием блендера SHINE BLW-N02 (SHINE, Китай) при скорости 2 в течение 3 мин. После измельчения получали пастообразную дисперсию. Для частичного гидролиза и разжижения крахмала в дисперсию вносили альфа-амилазу из Bacillus subtilis (порошок, не менее 400 ед./мг белка, Sigma-Aldrich, Германия) в количестве 0,3% (масса / объем). Ферментативную обработку проводили при 65 °C в течение 25 мин. После ферментативной обработки дисперсию фильтровали для удаления крупных частиц. Полученную рисовую основу пастеризовали при 85 °C в течение 5 мин, затем охлаждали до температуры ферментации чистой культурой Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19 (НИЦ «Курчатовский институт»)

в дозировке 150 мкл на 100 мл растительной дисперсии. Биомассу микроорганизмов получали путем пересева в жидкую питательную среду МРС. Культивирование проводили в течение 48–96 ч. Полученную биомассу концентрировали центрифугированием в течение 10 мин при 3354 • g, отделяли от питательной среды и вносили криопротектор – 12% раствор сахарозы в количестве 10% от исходного объема питательной среды. При необходимости центрифугирование повторяли с последующим удалением остаточного супернатанта.

Ферментацию образцов рисовой дисперсии проводили при температуре 45 ± 1 °C. Общее содержание полифенолов определяли фотометрическим методом с использованием реактива Фолина и галловой кислоты в качестве стандарта, оптическую плотность измеряли при длине волны 725 нм [19] Результаты выражали в пересчете на галловую кислоту.

Значения рН образцов измеряли с помощью рН-метра HANNA НI98127 (Hanna Instruments, Венгрия).

Максимальная скорость подкисления (Vmax) была рассчитана с использованием уравнения и выражено в абсолютных значениях (ед. рН/ч) [4].

Антиоксидантную активность оценивали по способности связывать свободный радикал DPPH [2, 3] Для подготовки экстракта 2,5 мл рисовой дисперсии или ферментированного образца смешивали с 10 мл этанола и центрифугировали при 5668×g в течение 20 мин при 4 °C. Жидкую фазу использовали для дальнейшего анализа. Для проведения реакции 250 мкл этанольного экстракта смешивали с 1 мл 0,1 мМ этанольного раствора DPPH (Sigma-Aldrich, Германия) и 2,25 мл этанола. Смесь инкубировали при комнатной температуре в темноте в течение 30 мин. Оптическую плотность измеряли при 517 нм [2].

Для определения жизнеспособности микроорганизмов 1 мл каждого ферментированного образца последовательно разводили в стерильном 0,9% растворе хлорида натрия от 10^-1 до 10^-10. Посев проводили глубинным методом в среду МРС и культивировали при 37 °C в течение 48 ч. Результаты выражали как lоg 10 КОЕ/мл.

Эксперименты выполняли в трех повторностях. Результаты представляли как среднее значение ± стандартное отклонение. Результаты проведённых экспериментов были обработаны с использованием программного обеспечения OriginPro 2024 при уровне значимости p < 0,05.

Рисунок 1. Схема приготовления рисовой дисперсии

Figure 1. Rice dispersion preparation scheme

Результаты

Данные по динамике кислотонакопления представлены на Рисунке 2. При внесении экстрактов оказывало влияние на первоначальные показатели рН. Динамика изменения активной кислотности свидетельствовала о стабильном подкислении среды на протяжении 4 часов ферментации. При этом все образцы достигли значения рН после ферментации от 4,47 до 4,62 вне зависимости от внесенного экстракта.

Таким образом, Lactobacillus bulgaricus обеспечивает стабильное снижение рН во всех исследуемых образцах. Это сопоставимо с данными M.A. Deziderio и соавт. [9] где при ферментации растительной дисперсии на основе риса рН снижался с 6,47 до 4,92.

Продолжительность ферментации, ч | Fermentation duration, h

Рисунок 2. Динамика изменения рН в процессе ферментации напитков на основе красного риса культурой

Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19

Figure 2. Dynamics of рН changes during fermentation of red rice-based beverages by Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19

Как видно из таблицы 1, максимальная скорость снижения рН зависела от вида внесённой растительной добавки. Наибольшее значение V mах среди исследованных вариантов было отмечено для образца с элеутерококком – 0,275 ед. рН/ч, что превышало показатель контрольного образца (0,250 ед. рН/ч). Незначительно более высокая скорость снижения рН по сравнению с контролем также наблюдалась в образце с солодкой (0,255 ед. рН/ч). Образцы с родиолой и базиликом характеризовались одинаковым значением Vmax – 0,235 ед. рН/ч, а минимальная скорость подкисления была установлена для варианта с розмарином – 0,210 ед. рН/ч.

Содержание полифенолов в контрольном образце составило 0,057 мг GAE/мл (Рисунок 3). Внесение родиолы позволило повысить показатель до 0,153 мг GAE/мл, а элеутерококка – до 0,138 мг GAE/мл. Эти два образца заметно отличались от остальных. Розмарин продемонстрировал промежуточное значение – 0,107 мг GAE/мл. Образцы с солодкой и базиликом были ближе к контрольному образцу, а именно, 0,066 и 0,067 мг GAE/мл, соответственно. Таким образом, несмотря на то, что сухие экстракты розмарина и базилика были добавлены в таком же количестве, что и родиола (0,3%) и элеутерококк (0,5%), по содержанию полифенолов наиболее выраженный эффект при ферментации Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus показали родиола и элеутерококк.

Таблица 1.

Максимальная скорость снижения рН в образцах ферментированного рисового напитка с растительными добавками

Table 1.

Maximum рН decrease rate in samples of fermented rice beverage with plant additives

Показатель | Index	Vmax, рН/ч
Контроль | Control	0,250
Родиола | Rhodiola	0,235
Элеутерококк | Eleutherococcus	0,275
Солодка | Licorice	0,255
Розмарин | Rosemary	0,210
Базилик | Basil	0,235

Рисунок 3. Содержание полифенолов в ферментированных напитках на основе красного риса при использовании Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus Figure 3. Polyphenol content in fermented red rice-based beverages using Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus

Рисунок 4. Антиоксидантная активность ферментированных напитков на основе красного риса с растительными экстрактами

Figure 4. Antioxidant activity of fermented red rice-based beverages with plant extracts

Результаты по антиоксидантной активности, представленные на рисунке 4 показывают, что антиоксидантная активность контрольного образца составляла 14,66%. Максимальный показатель отмечен в образце с родиолой – 87,93%. Внесение элеутерококка также обеспечивало высокий уровень АОА – 81,90%. Розмарин занимал третью позицию с результатом 68,97%. Образцы с солодкой и базиликом продемонстрировали более умеренные значения – 35,78 и 43,97% соответственно. В отличие от полифенолов, где образец с розмарином заметно уступал образцам с родиолой и элеутерококком, по значениям АОА он приближался к лидирующим вариантам. Это показывает, что антиоксидантная активность зависит не только от общего количества полифенолов, но и от состава антиоксидантных соединений.

Внесение любого из выбранных растительных экстрактов оказало положительное влияние на прирост биомассы Lactobacillus del-brueckii subsp. bulgaricus 19 в процессе ферментации (рис. 5). В образце с родиолой количество микроорганизмов увеличивалось с 6,15 до 7,85 lg(КОЕ/мл), с элеутерококком – с 5,72 до 7,41 lg(КОЕ/мл), с солодкой – с 7,38 до 9,08 lg(КОЕ/мл), с розмарином – с 7,55 до 9,25 lg(КОЕ/мл), с базиликом – с 7,56 до 9,26 lg(КОЕ/мл). Таким образом, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19 сохраняла способность к развитию в рисовой дисперсии независимо от вида растительных экстрактов. Сходные значения были получены при ферментации рисового порошка бактериями Lactobacillus spp. and Pediococcus spp, которые показали численность жизнеспособных клеток после ферментации составила до 9.6 log КОЕ/мл [12].

Родиола | Э леут ерококк | Солоди» | Розмарин | Базилик

Рисунок 5. Изменение микробиологических показателей до и после ферментации напитков на основе красного риса культурой Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus

Figure 5. Changes in microbiological parameters before and after fermentation of red rice-based beverages by Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus

Обсуждение

Полученные результаты следует рассматривать в контексте двух связанных направлений исследований: разработки ферментированных растительных напитков и использования красного риса как источника фенольных соединений. В работе F. Cardinali и соавт. [6] красный рис использовали как один из субстратов для получения ферментированных злаковых напитков; авторы предварительно проверяли 23 штамма молочнокислых бактерий и отбирали культуры по способности быстро снижать рН. Такой подход важен для интерпретации настоящих данных: технологическая пригодность культуры определяется не только фактом роста, но и тем, насколько стабильно она подкисляет конкретную растительную матрицу.

В настоящем исследовании Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19 обеспечивал прирост микробиологических показателей во всех образцах с растительными добавками, а рН ко 4-му часу находился в диапазоне 4,47–4,62.

Аналогичная динамика снижения рН при ферментации рисового молока описана в работе Поповой Н.В. [24] где показано, что активность пробиотических культур сопровождается постепенным нарастанием кислотности и ускорением ферментации при повышении температуры до 37 °C. Это подтверждает, что рисовая основа может эффективно поддерживать развитие молочнокислой микрофлоры.

В той же работе большинство ферментированных растительных дисперсий сохраняло численность молочнокислых бактерий выше 106 КОЕ/мл при хранении. Наши конечные значения микробиологических показателей (7,41–9,26 lg(КОЕ/мл)) находятся выше этого технологически значимого уровня. Сходные результаты представлены и в исследовании Бо-яриневой И.В. и соавт., где при ферментации растительных субстратов достигалась численность микроорганизмов на уровне 10⁷-10⁸ КОЕ/см³ [25].

Полученные результаты показывают, что Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19 хорошо адаптируется к рисовой основе с различными растительными экстрактами. Во всех вариантах наблюдался прирост микробиологических показателей после ферментации, а рН снижался до значений, характерных для активно протекающего процесса. Это позволяет рассматривать данную культуру как технологически пригодную для получения ферментированного напитка на основе красного риса.

Следует учитывать, что особенности ферментации растительных напитков связаны со специфическими свойствами самой матрицы. Как отмечает Егорова Е.Ю. [1], растительное молоко представляет собой менее стабильную коллоидную систему по сравнению с коровьим молоком и характеризуется более низким содержанием белка, что может влиять на интенсивность метаболических процессов микроорганизмов. Несмотря на это, современные исследования подтверждают перспективность использования растительных основ для создания функциональных ферментированных продуктов [1].

Наиболее важным результатом является различие между полифенольным профилем и антиоксидантной активностью. Родиола и элеутерококк были лидерами по обоим показателям, однако розмарин показал сравнительно высокую АОА при более умеренном содержании полифенолов. Это означает, что оценка качества напитка не должна ограничиваться только суммарными полифенолами. Антиоксидантная активность может зависеть от конкретного состава соединений.

Родиола выглядит наиболее перспективным компонентом, если основной задачей является повышение содержания полифенолов

Элеутерококк проявил себя иначе. Он занимал второе место по полифенолам и АОА, но обеспечивал наиболее интенсивное кислото-накопление: к 4-му часу рН составил 4,50. Это делает вариант с элеутерококком технологически значимым для более активной ферментации. Однако такой образец требует дальнейшей органолептической оценки, поскольку интенсивное подкисление может влиять на вкус и приемлемость напитка.

Солодка и базилик не обеспечивали высокого содержания полифенолов, но поддерживали развитие культуры и участвовали в формировании кислотности. Розмарин, напротив, показал высокий антиоксидантный отклик при умеренном содержании полифенолов. Поэтому эти добавки не следует исключать из дальнейшей работы.

С органолептической точки зрения с использованием гедонической шкалы [27] наиболее благоприятные характеристики среди образцов с растительными добавками были отмечены у вариантов с базиликом и розмарином. После ферментации данные образцы характеризовались более гармоничным сочетанием вкуса и аромата по сравнению с другими исследуемыми добавками, что может быть связано с особенностями состава эфиромасличных компонентов данных растений.

В целом результаты позволяют выделить два основных направления дальнейшей разработки. Первое – вариант с родиолой, ориентированный на максимальное содержание полифенолов и высокую антиоксидантную активность. Второе – использование базилика и розмарина с более низким содержанием полифенольных веществ, но более приятными органолептическими характеристиками.

При использовании Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19 наиболее высокое содержание полифенолов отмечено в вариантах с родиолой (0,153 мг GAE/мл) и элеутерококком (0,138 мг GAE/мл).

Максимальная антиоксидантная активность также получена для образцов с родиолой (87,93%) и элеутерококком (81,90%); розмарин занимал промежуточное положение и обеспечивал 68,97%.

Во всех вариантах с растительными добавками Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19 демонстрировал положительный микробиологический прирост после ферментации составил 1,69–1,70 условных логарифмических единицы.

Наиболее интенсивное кислотонакопление наблюдалось в образцах с элеутерококком и с солодкой: к четвертому часу кислотность достигала значений рН 4,50 и 4,47 соответственно.

Для дальнейшей технологической отработки наиболее перспективны два варианта: Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19 с родиолой как образец с максимальным поли-фенольным и антиоксидантным профилем и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus с розмарином и базиликом как образцы, показавшие удовлетворительные результаты при органолептической оценке.

Заключение

Проведённое исследование показало, что Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19 является технологически пригодной культурой для ферментации растительной дисперсии на основе красного риса сорта «Рубин». Во всех исследуемых вариантах с растительными экстрактами наблюдалось стабильное снижение рН до значений 4,47–4,62 за 4 часа ферментации и положительный микробиологический прирост на 1,69–1,70 lg (КОЕ/мл), что подтверждает способность культуры адаптироваться к данной растительной матрице.

Внесение экстрактов оказало выраженное влияние на функциональные характеристики готового напитка. Наиболее высокое содержание полифенолов зафиксировано в образцах

с родиолой (0,153 мг GAE/мл) и элеутерококком (0,138 мг GAE/мл), тогда как антиоксидантная активность была максимальной в тех же вариантах – 87,93 и 81,90% соответственно. Розмарин продемонстрировал промежуточную антиоксидантную активность (68,97%) при относительно умеренном содержании полифенолов, что свидетельствует о качественных различиях в составе антиоксидантных соединений разных экстрактов.

По совокупности полученных данных определены два перспективных направления для дальнейшей технологической отработки. Вариант с родиолой обеспечивает максимальный полифенольный и антиоксидантный профиль при умеренном подкислении и может быть рекомендован для разработки функциональных ферментированных напитков с адаптогенными свойствами. Варианты с базиликом и розмарином, несмотря на более низкие значения полифенолов, характеризовались наиболее приемлемыми органолептическими показателями, что открывает перспективы их использования при разработке ферментированных напитков массового потребления. Практическая значимость работы состоит в обосновании возможности создания безлактозного ферментированного напитка на растительной основе с адаптогенными свойствами. Дальнейшие исследования целесообразно направить на оптимизацию концентраций экстрактов, изучение стабильности функциональных характеристик в процессе хранения и расширение спектра применяемых заквасочных культур.

Работа выполнена в рамках проекта НИРМА No 625108, Университет ИТМО.