Получение функционального йогурта, обогащенного йодом в биодоступной форме

Важное значение для поддержания и сохранения здоровья человека имеют качество продуктов питания и состояние окружающей среды. Жизненные силы, работоспособность и психоэмоциональное состояние зависят от безопасности пищи, ее состава и физиологических характеристик. Взаимосвязанные проблемы, касающиеся питания, экологии и здоровья человека, должны решаться комплексно на основе новейших научных достижений и совместно с учеными разных направлений, в том числе специалистами в области биотехнологий и технологий пищевых производств [1].

Бóльшая часть населения России испытывает дефицит важнейшего микроэлемента йода. По данным Эндокринологического научного центра, до 70 % населения имеют дефицит йода различной степени, который часто сопровождается развитием гипотиреоза и снижением когнитивных функций. Биогеохимические местности с недостаточностью йода в биосфере, равно как и других микроэлементов, влияющих на проявление йодной недостаточности (Se, Fe, Zn), занимают более 50 % населенной территории России [2, 3].

Основными источниками йода служат пищевые продукты, посредством которых в организм поступает около 90 % общего его количества [4].

Несмотря на то, что в среднем потребность в йоде составляет всего лишь 150 мкг в сутки, длительный недостаток его в рационе приводит к развитию целого ряда патологических состояний, объединенных общим термином «йододефицитные заболевания» [5].

Недостаточное поступление йода в организм человека приводит к развитию эндемического зоба с гипотиреозом, характеризующимся нарушением синтеза тиреоидных гормонов и угнетением функции щитовидной железы, замедлению обмена веществ, артериальной гипотензии. Это заболевание имеет типично эндемический характер и возникает преимущественно в тех местностях, где наблюдается значительное снижение содержания йода в почве, воде и пищевых продуктах. Следует отметить, что еще задолго до начала увеличения щитовидной железы йододефицит проявляет себя в снижении интеллектуальных способностей и возможностей, хронической усталости, задержке умственного и физического развития детей [6, 7].

Преодоление йододефицита продолжает оставаться одной из серьезнейших проблем здравоохранения. Эндемический зоб, обусловленный недостаточностью йода, является наиболее распространенным среди неинфекционных заболеваний населения [8].

Повсеместно распространенным методом, используемым для массовой йодной профилактики, является йодирование поваренной соли. Однако, чтобы устранить йододефицит с помощью йодированной соли, ею должны постоянно пользоваться 90–98 % населения. В нашей стране йодированную соль в питании используют не более 35 % населения [9, 10].

Также имеются данные анализа образцов имеющейся в продаже соли, которые показали, что в 30 % образцов содержание йода было значительно ниже уровня, заявленного производителем. Это может быть связано с некачественным йодированием в процессе производства соли, отсутствием адекватных упаковочных материалов, большими потерями йода при транспортировке и хранении соли и прочими факторами [11].

Избыток йода в организме также опасен. Когда человек получает йод в количествах, превышающих предельно-допустимые, возможно возникновение тиреотоксикоза, особенно если это происходит на фоне исходно низкого потребления йода и, в частности, при наличии узловых изменений в щитовидной железе [12].

В целом регулирование йодного обмена в организме является сложным биохимическим процессом. В организм йод может поступать в двух видах – минеральном (неорганическом) и органическом. Минеральный йод не связан с какой-либо органической молекулой (спиртовой раствор йода, йодиды калия и натрия и т. п.), а органический находится в химической связи с каким-либо органическим веществом (полисахариды, аминокислоты) [13].

Минеральный йод, являясь чрезвычайно активным веществом, легко проникает в кровь и вступает в химические реакции с органическими веществами организма, изменяя их свойства или разрушая их. Органический йод, в отличие от минерального, находится в связанном химически инертном состоянии, и по большей части не вступает в реакции с органическими веществами организма. При этом йод, поступая через пищеварительный тракт в печень, под действием ферментов отщепляется от аминокислоты (тирозин, гистидин) и используется для синтеза гормонов щитовидной железы. Механизм регулирования органического йода контролируется посредством системы гомеостаза, и расщепление органического йода идет строго индивидуально. Не востребованный щитовидной железой органический йод естественным образом выводится из организма, поэтому не наблюдается накопления йода и соответствующих негативных последствий [14, 15].

Учитывая описанные преимущества органических соединений йода перед его неорганическими формами, в последние годы, наряду с традиционным способом профилактики йододефицита – йодированием соли, в целях предотвращения йододефицитных состояний все чаще используются пищевые добавки для обогащения хлебобулочных изделий, молока и других продуктов первой необходимости, а также биологически активные добавки (БАД), содержащие органический йод [16].

На рынке представлены препараты, содержащие в своем составе органическую форму йода, самым знаменитым из которых является «Йодказеин», представляющий собой йодированный молочный белок, изготовленный на основе белка молока – казеина, произведен ООО «Медбиофарм»». «Йодказе- ин» используется в таблетированной форме в качестве БАД к пище для групповой и индивидуальной профилактики йодной недостаточности и в форме порошка в пищевой промышленности при производстве хлебобулочных, молочных, колбасных и других изделий для массовой профилактики недостаточности йода. Разработаны методические рекомендации по применению «Йодказеина» MP 2.3.7.1916-04 [16].

«Биойод» – йодированный молочный белок нового поколения, который получают путем ферментативного йодирования аминокислотных остатков сывороточных белков коровьего молока, с последующей дополнительной очисткой от неорганического йода с помощью ультрафильтрации, а также сублимационной или распылительной сушки, изготовлен ООО «НПФ Техновита» по заказу ООО «Инновационные биохимические технологии». «Биойод» используется в качестве БАД к пище, а также в производстве продуктов питания в качестве натурального источника легкодоступного органически связанного йода для повышения биологической и пищевой ценности с целью уменьшения риска возникновения йододефицитных состояний человека [17].

Установлено, что употребление «Биойода» в дозировке 100 мкг способствует нормализации значений йодурии, не вызывает передозировки йода (по данным йодурии) даже при исходно нормальном йодном обеспечении, оказывает положительное влияние на состояние гипофизарно-тиреоидной системы [9, 18].

Благодаря ковалентной связи йода с белками, «Биойод» обладает высокой стабильностью при нагреве, устойчивостью к свету и нагреванию, способностью к длительному хранению, что исключает возможность отрицательного воздействия свободного йода на органолептические характеристики и физикохимические показатели готовой продукции и позволяет получать продукты с фиксированным содержанием связанного йода [17].

В отчете о научно-исследовательской работе, проведенной в Центре Высоких Технологий «ХимРар» (под руководством С.Г. Алексеева) представлены результаты качественного и количественного анализа БАД «Йодказеин» и «Биойод». Установлено, что «Биойод» по сравнению с «Йодказеином» об- ладает рядом преимуществ. Наиболее важным из которых является то, что более функциональной и биодоступной, а, следовательно, лучше усвояемой и перевариваемой является белковая матрица на основе сывороточных молочных белков, которая в отличие от казеиновой основы хорошо растворима в водных растворах (критерий растворимость) и отвечает более высокой усвояемости (критерий перевариваемость). Данные сравнительного анализа, описанные в отчете, обобщены и представлены в табл. 1.

Исходя из вышесказанного, эффективным способом восстановления и поддержания общественного здоровья, в том числе в качестве восполнения недостатка йода в организме, может стать создание и введение в повседневное потребление функциональных продуктов, которые способны оказывать регулирующее и нормализующее воздействие на организм в целом и на определенные его органы, в частности, на работу щитовидной железы.

Кисломолочные продукты являются традиционными и популярными продуктами питания, входят в категорию продуктов повседневного спроса, поэтому они являются источником питательных веществ, поступающих в организм человека [19].

Таким образом, целью исследования являлось получение функционального йогурта, обогащенного йодом в биологически доступной форме.

Объекты и методы исследования

При выборе рационального количества йодированного молочного белка «Биойод» для внесения в йогурт необходимо учитывать рекомендуемые нормы среднесуточного потребления йода. Физиологическая потребность в йоде для взрослых составляет 150 мкг/сут (согласно МР 2.3.1.0253-21). Чтобы йогурт можно было назвать функциональным, он должен содержать на одну порцию массой 100 г от 15 до 50 % функционального ингредиента, т. е. йода (ГОСТ Р 52349-2005). Известно, что 1 мг «Биойода» содержит 25 мкг йода. Так, для выбора рациональной дозы внесения были получены и проанализированы образцы йогурта с содержанием добавки «Биойод» 9, 10, 12, 15, 18, 21, 24, 27 и 30 мг/кг (15, 17, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 % йода от суточной потребности для взрослого человека, соответственно).

Таблица 1

Сравнительная оценка препаратов молочного йодированного белка

Йогурт изготавливали термостатным способом с использованием коровьего молока жирностью 1 % и лиофилизированной йогуртовой закваски «Свой йогурт» (ФГУП «Экспериментальная биофабрика»). Бактериальный состав закваски был классическим и состоял из культур Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus .

Заквашивание проводили в стерильных условиях ламинарного шкафа БМБ-II-«Лами-нар-С»-1,2, в подготовленное молоко температурой 40 °С добавляли закваску (0,033 г на 100 мл молока) и определенное количество «Биойода». Образцы сквашивали в термостате-инкубаторе ТС 1/80 СПУ при 40 °С в течение 8–9 ч до значения титруемой кислотности (75 ± 5) °Т. После этого образцы отправляли в холодильную камеру для созревания при 4 °С в течение 6 ч.

Контрольный и опытные образцы были исследованы по органолептическим показателям (отдельно отмечали степень отделения сыворотки) и значениям титруемой и активной кислотности. При анализе кислотности измеряли изменение кислотности в процессе ферментации и кислотность конечного продукта. Органолептические показатели качества (внешний вид, консистенцию, вкус, запах, цвет) йогурта определяли в соответствии с требованиями ГОСТ 31981-2013. Титруемую кислотность определяли согласно требованиям ГОСТ 3624-92 с применением индикатора фенолфталеина. Активную кислотность определяли с помощью рН-метра FiveEasy Plus FP20-Meter.

Для изучения и сравнения показателей контрольного образца и выбранного опытного образца с рациональным содержанием «Биойода» в процессе хранения устанавливали контрольные точки. Предполагаемый срок годности – 7 суток, точки контроля 0, 3, 5, 7, 10 суток.

Определение молочнокислых микроорганизмов проводили в соответствии с требованиями ГОСТ 33951-2016 с помощью метода разведения с дальнейшим посевом на твердые питательные среды и подсчетом колоний. Чашки Петри с посевами для подсчета L. bulgaricus и S. thermophilus термостатировали в анаэробных условиях при температуре (37 ± 1) °С в течение 72 и 48 ч, соответственно. По окончании инкубации подсчитывали количество характерных колоний с помощью счетчика колоний Colony Count. Подтверждение вида микроорганизмов проводили на биологическом микроскопе BMB-300M. Общее количество молочнокислых бактерий в йогурте определяли путем суммирования количества L. bulgaricus и S. thermophilus .

Определение содержания йода проводили методом атомно-эмиссионной спектрометрии Optima 4300DV с индуктивно связанной плазмой (ES-ICP) с применением метода стандартных добавок.

Полученные результаты исследований обработаны статистически при помощи программы Microsoft Excel. Данные представляют собой средние арифметические значения трех повторностей эксперимента и их среднеквадратичное отклонение. Достоверность различий между группами данных определяли с помощью t-критерия Стьюдента (р ≤ 0,05).

Результаты и их обсуждение

На начальном этапе исследования было важно установить способность йодированного молочного белка «Биойод» растворяться в молоке. Установлено, что «Биойод» хорошо растворяется в молоке при комнатной температуре 20–24 °С, без образования осадка. Так, при производстве обогащенного йогурта добавка «Биойод» может вноситься непосредственно в молоко при получении нормализованной смеси или на стадии заквашивания, что почти не меняет классическую технологию производства.

При выборе рационального количества «Биойода» для внесения в процессе производства йогурта, установлено, что образец с концентрацией «Биойода» 10 мг/кг имеет наилучшие органолептические показатели качества и значения кислотности. Данный опытный образец имел немного более кислый вкус и бóльшее отделение сыворотки (степень синерезиса 21 %) по сравнению с контрольным. Титруемая кислотность готового йогурта с добавлением 10 мг/кг «Биойода» имела более высокие значения (85 ± 0,85 °Т) по сравнению с йогуртом без добавления «Биойода» (75 ± 0,79 °Т), но данные значения находятся в пределе установленной нормы согласно требованиям ГОСТ 31981-2013.

Исходя из полученных результатов была выбрана рациональная концентрация йодиро- ванного молочного белка «Биойод» для получения функционального йогурта – 10 мг на 1 кг молока. Порция йогурта массой 100 г, обогащенная данным количеством «Биойода», содержит 25 мкг йода – 17 % от суточной потребности. Кроме того, внесение именно такого количества «Биойода» удобно при расчетах и добавлении на производстве (1 г на 100 кг нормализованного молока).

В дальнейших исследованиях использовали опытные образцы с рациональным содержанием йодсодержащей добавки «Биойод» (1 мг на 100 г молока).

При физико-химическом анализе особое внимание было уделено таким показателям, как титруемая кислотность и значение pH, которые изменяются при хранении йогурта и по которым косвенно можно судить о качестве продукта (табл. 2).

Динамика изменения титруемой кислотности в процессе хранения йогурта представлены на рис. 1. Динамика изменения активной кислотности представлены – на рис. 2.

Так, в опытных образцах были найдены более высокие значения титруемой кислотности по сравнению с контрольными, но данные значения находятся в пределе установленной нормы. В процессе хранения происходило нарастание титруемой и снижение активной кислотности во всех образцах. Закономерности изменения кислотности в контрольных и опытных образцах йогурта идентичны.

Микробиологическому анализу придавалось особое значение. Было интересно, как добавление йодированного молочного белка «Биойод» влияет на количество жизнеспособных молочнокислых микроорганизмов. Результаты представлены в табл. 3 и рис. 3.

Значения кислотности до и после сквашивания

Таблица 2

№ п/п	1, cd cd у О св и а 3 О s " К К	5 g о s	Содержание йода		Титруемая кислотность, °Т		Активная кислотность, ед. рН
			мкг/ 100 г	от сут. потребности, %	после за-квашива-ния	готовый продукт	после за-квашива-ния	готовый продукт
1	Контрольный	–	–	–	24,00 ± 0,41	75,00 ± 0,79	6,57 ± 0,10	4,42 ± 0,10
2	Опытный	1	25	17	24,00 ± 0,47	85,00 ± 0,85	6,57 ± 0,10	4,40 ± 0,10

Рис. 1. Изменение титруемой кислотности в процессе хранения

Рис. 2. Изменение активной кислотности в процессе хранения

Таблица 3

Результаты микробиологического анализа йогурта на конец срока годности (7 суток)

№ п/п	Наименование образца	Количество молочнокислых бактерий, КОЕ/см³, 107
1	Контрольный	1,85
2	Опытный	2,18

Рис. 3. Изменение количества молочнокислых микроорганизмов в процессе хранения

В результате микробиологического анализа было установлено, что добавка «Биойод» не только не оказывает негативного воздействия на молочнокислые микроорганизмы за счет высокой стабильности, а более того, стимулирует их рост, обеспечивая бóльшую кислотность опытного образца по сравнению с контрольным. Благодаря ковалентной связи йода с белками, «Биойод» обладает высокой стабильностью, что исключает отрицательное воздействие свободного йода на заквасочные культуры йогурта.

Для подтверждения функциональности было проведено определение содержания микроколичеств йода в йогурте на конец срока годности (7 суток) методом ES-ICP. Содержания йода составило (0,24 ± 0,01) мг/л.

Таким образом, был получен функциональный йогурт, обогащенный йодом в органической биологически доступной форме, обеспечивающий содержание йода 17 % от суточной потребности. Такой йогурт способен при систематическом потреблении поддерживать нормальное функционирование щитовидной железы, здоровье и работоспособность человека.