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, %;

V_{c 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.