Сквашивание обезжиренного молока в присутствии арабиногалактана
Автор: Хайдукова Е.В., Абабкова А.А., Новокшанова А.Л., Арсеньева Т.П.
Журнал: Молочнохозяйственный вестник @vestnik-molochnoe
Рубрика: Сельскохозяйственные и ветеринарные науки
Статья в выпуске: 3 (55), 2024 года.
Бесплатный доступ
Объектом исследования служили образцы кисломолочного продукта, выработанного из обезжиренного молока. В опытные образцы вносили арабиногалактан в виде сухого порошка. Контрольные образцы готовили без арабиногалактана. И контрольные, и опытные образцы в лабораторных условиях сквашивали закваской из Streptococcus salivarius thermophilus (StST) в количестве 3% от общего объема образца. Сквашивание проходило при температуре 35 °С в течение 12 часов. В образцах определяли активную кислотность, титруемую кислотность, эффективную вязкость, синеретическую способность, органолептические показатели, численность молочнокислых микроорганизмов. Арабиногалактан придавал обезжиренному молоку кремовый оттенок и растительный привкус, не ухудшавшие общее органолептическое восприятие. После сквашивания прослеживалась тенденция повышения значения рН и снижение титруемой кислотности, коррелирующие с массовой долей арабиногалактана в молочно-растительных системах. Численность жизнеспособных клеток StST, и в контрольных, и в опытных образцах по окончании сквашивания составляла 1*108 КОЕ/см3. Следовательно, угнетения развития StST в опытных образцах не происходило, и микроорганизмы закваски адаптировались в молочно-растительной смеси. Анализ экспериментальных данных по вязкости и синерезису обнаружил взаимосвязь этих показателей с массовой долей арабиногалактана. Наиболее устойчивую пищевую систему представляли образцы при внесении в молочную основу 5,0% пищевого волокна по массе.
Арабиногалактан, обезжиренное молоко, термофильный стрептококк, сквашивание, активная кислотность, титруемая кислотность, эффективная вязкость, органолептические показатели
Короткий адрес: https://sciup.org/149146368
IDR: 149146368 | DOI: 10.52231/2225-4269_2024_3_194
Текст научной статьи Сквашивание обезжиренного молока в присутствии арабиногалактана
Синбиотические молочные продукты пользуются большим спросом у потребителей, поскольку способны значительно улучшать состояние кишечноймикробиотычеловека[1]. Международнаянаучнаяассоциация пробиотиков и пребиотиков (ISAPP) классифицировала значение синбиотиков как «смесь, состоящую из живых микроорганизмов и субстрата(ов), избирательно используемых микроорганизмами-хозяевами, которая приносит пользу для здоровья хозяина» [2].
Эффекты синбиотических продуктов на уровне желудочнокишечного тракта (ЖКТ) обусловлены тем, что благодаря наличию пребиотических компонентов в толстой кишке в ходе бактериального метаболизма образуются такие низкомолекулярные соединения, как метан, сероводород, сульфиды и другие метаболиты, которые являются пищевыми субстратами для других микроорганизмов [3]. Также при ферментации пребиотиков бактериальными клетками образуются короткоцепочечные жирные кислоты, которые снижают рН среды в толстой кишке и влияют на состав и функцию кишечной микробиоты. Таким образом, снижается количество Bacteroides и стимулируется образование бутирата представителями Firmicutes [4]. В результате повышается колонизация полезной микрофлоры кишечника и угнетается развитие условно-патогенных и патогенных микроорганизмов [5, 6].
Синбиотические комбинации заквасочных микроорганизмов и пребиотических пищевых ингредиентов представляют научный и практическийинтереснетольковдиетотерапииприлечениизаболеваний разного профиля, но и для практики молочной промышленности. Польза синбиотических комбинаций заквасочных микроорганизмов и пребиотических ингредиентов в производстве кисломолочных продуктов может проявляться в улучшении их органолептических показателей, сокращении длительности технологического процесса и др. [7]. При этом молочная промышленность располагает широким спектром заквасочных культур и большим разнообразием пребиотических ингредиентов.
Цель данной работы – исследовать технологические показатели кисломолочного продукта, выработанного из обезжиренного молока при сквашивании Streptococcus salivarius thermophilus ( StST ) в присутствии арабиногалактана.
Материалы и методы
Обезжиренное молоко выбрано с целью комплексной переработки побочного молочного сырья. Обезжиренное молоко, полученное путем сепарирования молока-сырья, соответствовало требованиям стандарта [8].
В работе использовали StST как важнейшую составляющую заквасочных микроорганизмов. Оптимальный режим сквашивания заквасочных культур 35 оС обоснован производителем (компания Chr. Hansen).
В качестве пребиотического субстрата исследовали арабиногалактан, вырабатываемый из древесины лиственницы. Арабиногалактан представляет собой целлюлозоподобный полисахарид, β-гликозидные связи которого не расщепляются пищеварительными ферментами человека. В отличие от целлюлозы арабиногалактан имеет сильно разветвленное строение. Мономерные звенья основной цепи арабиногалактана образованы галактозой, в боковых ответвлениях есть галактоза, арабиноза и глюкуроновая кислота. Благодаря большому числу гидроксильных групп арабиногалактан хорошо растворим в полярных растворителях. Свободные гидроксильные и карбоксильные группы арабиногалактана способны образовывать комплексы, например, с белками [9].
Арабиногалактан торговой марки «Лавитол» был предоставлен ЗАО «Аметис» (Россия, г. Благовещенск). Препарат представлял собой сухое мелкодисперсное вещество бледно-кремового цвета со слабо-уловимым растительно-хвойным запахом. По информации производителя ингредиенту присущи бактерицидные и пребиотические свойства [10].
Арабиногалактанвколичествеот3до10%вносиливпредварительно нагретое до 50 °С обезжиренное молоко, достигали растворения волокна путем перемешивания. Затем смесь пастеризовали при температуре (92±2) °С и выдержке 2 мин. После пастеризации пробы охлаждали до температуры заквашивания.
Контрольные образцы готовили без арабиногалактана.
Закваску в контрольные и опытные образцы вносили в количестве 3% от общего объема образца. Сквашивание проходило при температуре 35 °С в течение 12 часов. После сквашивания образцы оставляли на хранение в течение 10 суток при температуре (4±2) °С.
Массовые доли белка, жира и лактозы в молоке-сырье и в обезжиренном молоке определяли инструментальным экспресс-методом [11]. Активную кислотность сквашенных образцов определяли потенциометрическим методом с использованием рН-метра (ГК «Теплоприбор», Россия) [12], титруемую кислотность – с индикатором фенолфталеином [13]. Органолептическую оценку проб проводили стандартным методом [14] группой квалифицированных экспертов-дегустаторов в количестве пяти человек.
Образцы после сквашивания и после холодильного хранения в течение 10 суток при (4±2) °С анализировали методом ротационной вискозиметрии с использованием «Реотест-2.1». Касательное напряжение сдвига вычисляли по формуле:
т = Z • a , v 7
где τ – касательное напряжение, напряжение сдвига, 10-1 Па;
Z – постоянная измерительного устройства, 10-1 Па/деления шкалы;
α – показания прибора.
Эффективную вязкость рассчитывали по формуле: ηэф= T/y, где ηэф – эффективная вязкость, Па∙с;
τ – напряжение сдвига, 10-1 Па;
γ– скорость сдвига, с-1.
Синеретическую способность молочных сгустков определяли по объему выделившейся сыворотки при центрифугировании сгустков в течении 10 минут с частотой оборотов 1000 оборотов в минуту при 20 оС [15]. Степень синерезиса рассчитывали по формуле:
v -
v0-vc
-^*100
Пэ
где V – объем отделившейся сыворотки, %;
Vc г – объем отделившегося сгустка, см3;
Vo – начальный объем образца, см3.
Численность молочнокислых микроорганизмов определяли методом посева в стерильное молоко и подсчета наиболее вероятного числа (НВЧ) [16].
Результаты и обсуждение
Массовая доля белка в обезжиренном молоке составляла (3,45±0,06)%, жира – (0,05±0,01)%, лактозы – (4,89±0,05)%. Качественный состав и количественное содержание белков обезжиренного молока не хуже, чем в цельном молоке, а благодаря снижению содержания жира в обезжиренном молоке его энергетическая ценность почти вдвое ниже, чем в исходном молоке-сырье. Следовательно, обезжиренное молоко целесообразно направлять на производство диетической продукции с пониженной калорийностью.
В таблице 1 представлены результаты кислотности сырья и образцов сразу после сквашивания.
Таблица 1 – Кислотность образцов с разным содержанием арабиногалактана
Массовая доля арабиногалактана, % |
Активная кислотность, единицы рН До После сквашивания сквашивания |
Титруемая кислотность, ºТ До После сквашивания сквашивания |
||
0,0 |
6,61±0,04 |
4,46±0,04 |
18±1,9 |
89±1,9 |
3,0 |
6,59±0,04 |
4,67±0,04 |
21±1,9 |
82±1,9 |
5,0 |
6,58±0,04 |
4,77±0,04 |
23±1,9 |
78±1,9 |
7,0 |
6,56±0,04 |
4,83±0,04 |
23±1,9 |
73±1,9 |
10,0 |
6,53±0,04 |
4,93±0,04 |
25±1,9 |
71±1,9 |
Ранее при исследовании физико-химических характеристик арабиногалактана, в результате снижения активной кислотности его водных растворов был сделан вывод о кислых свойствах этого ингредиента [17]. В образцах обезжиренного молока до сквашивания эта тенденция сохранилась, но была выражена в меньшей степени, что можно объяснить буферными свойствами молочного субстрата – обезжиренного молока.
Несмотря на то, что арабиногалактан по физико-химическим свойствам относится к кислым полисахаридам, а StST является сильным кислотообразователем, в процессе сквашивания опытных образцов нарастания кислотности не происходило. Наоборот, в опытных образцах реакция среды была менее кислой, чем в контрольных образцах.
После сквашивания прослеживалась тенденция повышения значения рН и снижение титруемой кислотности в молочно-растительных системах, коррелирующие с массовой долей в них арабиногалактана. Так, в контрольном образце активная кислотность имела значение 4,46 единиц рН, а в опытном с максимальным содержанием арабиногалактана – 4,93.
По данным таблицы 1, в контрольных образцах первоначальное значение активной кислотности составляло 6,61 единиц рН, а после сквашивания – 4,46. Титруемая кислотность контрольных образцов в начале ферментации была 18 ºТ, после сквашивания достигла 89 ºТ. В образцах с максимальным содержанием арабиногалактана 10,0 % эти же показатели имели значения: соответственно активная кислотность до сквашивания 6,53, после сквашивания – 4,93 единиц рН; титруемая кислотность до сквашивания – 25 ºТ, после сквашивания – 71 ºТ.
Таким образом, снижение активной кислотности в контрольных образцах составило 2,15 единиц рН, а в опытных, содержащих 10,0% арабиногалактана – 1,6. Титруемая кислотность в контрольных образцах возросла к концу сквашивания на 71 ºТ, в опытных образцах с максимальным содержанием арабиногалактана – на 46 ºТ. Полученные данные свидетельствуют об уменьшении интенсивности кислотообразования в сквашенных продуктах с арабиногалактаном по показателю активной кислотности в 1,3 раза, а по титруемой кислотности – в 1,5 раза.
Можно предположить, что это стало следствием влияния двух факторов. Во-первых, в результате внесения пищевого волокна в образцах произошло уменьшение содержания основного питательного субстрата для StST – молочного сахара. Во-вторых, напрашивается вывод о том, что гликозидные связи арабиногалактана не были доступны для расщепления ферментными системами StST. В результате общее количество лактата, продуцируемого молочнокислыми бактериями было меньше в образцах с более высокой концентрацией арабиногалактана.
Однако при подсчете количества молочнокислых микроорганизмов во всех свежих образцах взаимосвязи с массовой долей арабиногалактана не обнаружено. Численность жизнеспособных клеток StST и в контрольных, и в опытных образцах по окончании сквашивания составляла 1*108 КОЕ/см3. Следовательно, угнетения развития StST в опытных образцах не происходило и микроорганизмы закваски адаптировались в молочно-растительной смеси.
Органолептическая характеристика контрольных и опытных образцов сразу после сквашивания представлена в таблице 2.
Таблица 2 – Органолептическая характеристика образцов с разным содержанием арабиногалактана после сквашивания
Массовая доля арабиногалактана, % |
Описание органолептических показателей |
|
Свежие образцы |
Образцы после хранения |
|
0,0 |
Вкус и аромат выраженный кисломолочный, консистенция вязкая, однородная, цвет белый |
Вкус и аромат выраженный кисломолочный, наблюдается расслоение, цвет белый |
3,0 |
Вкус и аромат выраженный кисломолочный, консистенция вязкая, однородная, цвет слегка кремоватый |
Вкус и аромат выраженный кисломолочный, наблюдается расслоение, цвет слегка кремоватый |
5,0 |
Вкус и запах выраженный кисломолочный, с привкусом арабиногалактана, консистенция вязкая, однородная, цвет светлокремовый |
Вкус и запах выраженный кисломолочный, с привкусом арабиногалактана, наблюдается расслоение, цвет светло-кремовый |
7,0 |
Вкус и запах выраженный кисломолочный, с привкусом арабиногалактана, консистенция вязкая, однородная, цвет кремовый |
Вкус и запах выраженный кисломолочный, с привкусом арабиногалактана, наблюдается расслоение, цвет кремовый |
10,0 |
Вкус и запах выраженный кисломолочный, с выраженным привкусом арабиногалактана, консистенция вязкая, однородная, цвет насыщенный кремовый |
Вкус и запах выраженный кисломолочный, с выраженным привкусом арабиногалактана, наблюдается расслоение, цвет насыщенный кремовый |
По полученным данным, с увеличением содержания арабиногалактана в образцах от 3,0 и до 7,0% появился светло-кремовый оттенок, который стал более интенсивным при концентрации арабиногалактана 10%.
Консистенция всех свежесквашенных образцов, независимо от наличия арабиногалактана, представляла собой вязкую однородную жидкость. Ни коагуляции, ни расслоения систем как в контрольных, так и в опытных образцах не наблюдали, несмотря на то что их активная кислотность была близка к значению изоэлектрической точки казеина 4,6 единиц рН, как следует из данных таблицы 1.
После 10 суток хранения при температуре (4±2) °С органолептические показатели изменились. В контрольных и опытных образцах наблюдали расслоение и видимый синерезис. Такие изменения характерны для гелей коагулятного типа, которые образуются вблизи изоэлектрической точки, не обладают прочностью и подвержены синерезису.
Внесение арабиногалактана заметно влияло на вязкость кисломолочных сгустков, как показано на рисунке 1. Вязкость свежесква-шенных образцов продукта без пищевого волокна имела значение 5,6 мПа∙с, а в продукте с максимальным содержанием арабиногалактана достигала 28,0 мПа∙с. После хранения эффективная вязкость всех образцов повысилась, что может быть вызвано увеличением площади коагуляционных контактов в сетевой структуре геля.
Максимальное изменение вязкости после изготовления и после хранения на 11,2 мПа∙с установлено в образце с содержанием арабиногалактана 5,0 %, так как в свежесквашенном продукте этот показатель имел значение 11,2 мПа∙с, а после хранения – 22,4 мПа∙с. Таким образом, меньшее количество пищевого волокна позволило получить более вязкую структуру готового продукта при хранении. Эти данные могут быть использованы при разработке рецептуры сквашенного продукта с внесением арабиногалактана.
-
□ После изготовления □ После хранения

Рисунок 1 – Зависимость эффективной вязкости образцов от содержания в них арабиногалактана
К такому эффекту загущения обычно стремятся в производстве кисломолочных продуктов, вводя различные гидроколлоиды в молочные смеси, поскольку более вязкие и густые кисломолочные продукты дольше сохраняют однородность системы. Однако в условиях эксперимента, несмотря на увеличение вязкости в образцах с арабиногалактаном, системы расслаивались даже после непродолжительного холодильного хранения в течение 10 суток, но после перемешивания образцы вновь приобретали однородную и вязкую консистенцию.
Отделение сыворотки после центрифугирования свежесквашенных образцов было значительным и достигало 60,0% при максимальной концентрации арабиногалактана. После холодильного хранения не наблюдали снижения синерезиса ни в одном из образцов, но в контрольных образцах уровень синерезиса увеличился на 10,9%, а в опытных образцах находился в интервале от 0,0 до 3,6%, то есть был меньше до трех раз (рис. 2).
□ После сквашивания □ После хранения

Рисунок 2 – Синерезис в образцах с разным содержанием в них арабиногалактана
Повышение структурной стабильности образцов с арабиногалактаном обусловлено хорошей влагоудерживающей способностью данной пищевой добавки [18]. Среди исследованных систем определена наиболее устойчивая к синерезису система, в которой процент выделившейся сыворотки после хранения оставался постоянным и составил 54,5%. Доза внесенного пищевого волокна в этом образце составляла 5,0%.
Заключение
Наличие кремового оттенка и растительного привкуса арабиногалактана было приятным и не ухудшало общее органолептическое восприятие.
Анализ экспериментальных данных по вязкости и синерезису обнаружил коррелирующую зависимость этих показателей от массовой доли арабиногалактана. Наиболее устойчивую пищевую систему представляли образцы при внесении в молочную основу 5,0% пищевого волокна по массе.
В совокупности результаты исследования кислотности и микробиологических показателей образцов указывают на отсутствие отрицательного влияния арабиногалактана на метаболическую активность заквасочных бактерий. Однако данных, подтверждающих синбиотическую совместимость StST и арабиногалактана, в условиях эксперимента не получено. Следовательно, дальнейшие исследования предпочтительно направить на подбор видового состава заквасок для сквашенного молочного продукта с арабиногалактаном. При этом целесообразно рассмотреть возможность формирования и пребиотических, и пробиотических качеств, а также корректировку физико-химических свойств продукта с целью повышения его стабильности при хранении.
Список литературы Сквашивание обезжиренного молока в присутствии арабиногалактана
- Fazilah N F, Ariff A B, Khayat M E, Rios-Solis L and Halim M (2018) Influence of probiotics, prebiotics, synbiotics and bioactive phytochemicals on the formulation of functional yogurt. Journal of Functional Foods 48 387–399.
- Swanson K S, Gibson G R, Hutkins R et al. (2020) The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on the definition and scope of synbiotics. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology 17 687–701.
- Ze X., Duncan S.H., Louis P., Flint H.J. Ruminococcus bromii is a keystone species for the degradation of resistant starch in the human colon. ISME J. 2012;6:1535–43. DOI: 10.1038/ismej.2012.4
- Davani-Davari D., Negahdaripour M., Karimzadeh M., Seifan M., Mohkam M., Masoumi S. J., et al. Prebiotics: Definition, Types, Sources, Mechanisms, and Clinical Applications. Foods. 2019;8(3):92. DOI: 10.3390/foods8030092
- Plaza-Diaz J., Ruiz-Ojeda F.J., Gil-Campos M., Gil A. Mechanisms of Action of Probiotics. Adv Nutr. 2019;10(Suppl 1):S49–66. DOI: 10.1093/advances/nmy063
- Scott K.P., Gratz S.W., Sheridan P.O., Flint H.J., Duncan S.H. The influence of diet on the gut microbiota. Pharmacol. Res. 2013;69:52–60. DOI: 10.1016/j. phrs.2012.10.020
- Захарова, Л. М. Технологические особенности производства синбиотического кисломолочного продукта / Л. М. Захарова, М. С. Горбунчикова // Техника и технология пищевых производств. – 2021. – Т. 51, № 1. – С. 17–28. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2021-1-17-28.
- ГОСТ 31658-2012 Молоко обезжиренное-сырье. Технические условия. – М.: Стандартинформ, 2013. – 7 с.
- Yonggan Sun, Jielun Hu, Shanshan Zhang, Huijun He, Qixing Ni, Yanli Zhang, Chunhua Chen, Fang Geng Shaoping Nie. Prebiotic characteristics of arabinogalactans during in vitro fermtntation through multi-omics analysis. Food and Chemical Toxicology, Volume 156, 2021, 112522, ISSN 0278-6915
- Лиственничный арабиногалактан ТМ Лавитол. – URL: https://www.ametis.ru/?yclid=5647053645651116031 (дата обращения: 15.06.2024).
- ГОСТ 32255-2013 Молоко и молочные продукты. Инструментальный экспресс-метод определения физико-химических показателей идентификации с применением инфракрасного анализатора. – М.: Стандартинформ, 2014. – 8 с.
- ГОСТ 32892-2014 Молоко и молочная продукция. Метод измерения активной кислотности. – М.: Стандартинформ, 2013. – 9 с.
- ГОСТ Р 54669-2011 Молоко и продукты переработки молока. Методы определения кислотности. – М.: Стандартинформ, 2013. – 9 с.
- ГОСТ Р ИСО 22935-3-2011. Молоко и молочные продукты. Органолептический анализ. Часть 3. Руководство по оценке соответствия техническим условиям на продукцию для определения органолептических свойств путем подсчета баллов. – М.: Стандартинформ, 2012. – 8 с.
- Новокшанова, А.Л. Биохимия для технологов в 2 ч.: учебник и практикум для академического бакалавриата. Часть 1 / А.Л. Новокшанова. – 2-е изд., испр. – М.: Юрайт, 2019. – 211 с. – (Серия: Бакалавр. Академический курс).
- ГОСТ 33951-2016 Молоко и молочная продукция. Методы определения молочнокислых микроорганизмов. – М.: Стандартинформ, 2016. – 9 с.
- Хайдукова, Е.В. Исследование физико-химических характеристик водного раствора арабиногалактана / Е.В. Хайдукова, А.Л. Новокшанова // Молочнохозяйственный вестник. – 2024. – № 1. – С. 219–229.
- Медведева Е.Н. Арабиногалактан лиственницы – свойства и перспективы использования (обзор) / Е.Н. Медведева, В.А. Бабкина, Л.А. Остроухова // Химия растительного сырья. – 2003. – № 1. – С. 27–37.