Сухие овощные ферментированные продукты длительного хранения и их интеграция в рацион питания космонавтов

УДК: 635.1/.7-021.66:664.8.047

Сдавних времен ферментация являлась одним из основных способов обработки пищевых продуктов. Особую ценность ферментированным продуктам (кисломолочным, продуктам брожения, квашения и другим) придавало изменение их свойств, например, увеличение срока годности и повышение органолептических показателей. При этом широко известно,что ферментированная пища способствует лучшему пищеварению, ускоряет обмен веществ и химические реакции внутри клеток организма человека. Продукты, подвергшиеся ферментации, легче усваиваются и перерабатываются, поэтому ее иногда называют «внешним пищеварением». Ферментированные продукты (содержащих в себе комплекс полезных микроорганизмов) оказывают положительное влияние на здоровье человека, работу ЖКТ. При этом научно доказано, что около 80% иммунной системы человеческого организма связано с кишечником. Потребляемая человеком пища влияет на его микробиоту, а та, в свою очередь, выполняет защитную функцию, регулируя иммунную, эндокринную и нервную системы. Одной из важных категорий полезных продуктов являются ферментированные напитки [1-2] и продукты, имеющие дополнительные свойства,помимо традиционной пищевой ценности [3-5].

Необходимо отметить,что большинство полезных ферментированных продуктов имеют небольшой срок годности и зачастую привередливы к условиям хранения.Создание сухого ферментированного продукта длительного срока хранения позволит расширить его область применения и задействовать в рационе питания космонавтов [6-7].

Известно, что при нахождении в космосе организм человека подвергается высоким и зачастую нестандартным нагрузкам. Для того, чтобы успешно их переносить, космонавтов необходимо обеспечивать пищевыми продуктами с высокой энергетической и биологической ценностью, их рацион должен быть разнообразен и включать в себя максимальный набор полезных веществ и микроэлементов [8]. При этом, к питанию для космонавтов предъявляется ряд требований [9], которые касаются как продуктового состава рациона питания, так и характеристик определенных продуктов. К обязательным требованиям относятся: высокая питательная ценность, безопасность, длительный срок хранения при температуре воздушной среды +20…+25°C, а также в условиях нерегулируемых температур и влажности, минимальный вес и объем,разнообразие и высокие органолептические характеристики, а также продукты должны быть удобно упакованы и легки в использовании.

Актуальность данной работы заключается в необходимости создания сухого ферментированного продукта с длительным сроком хранения, соответствующего требованиям, предъявляемым к космическому питанию. Полученный сухой ферментированный продукт на основе овощного растительного сырья может быть основой ферментированных напитков [10-12] и интегрирован в рацион космонавтов с целью дополнительного обогащения его витаминами, микроэлементами и полезными соединениями [13-15].

Условия и методика исследований

Исследования проводили на базе ВНИИО - филиала ФГБНУ ФНЦО (Московская область, Раменский район) и в лаборатории замороженных и обезвоженных пищевых продуктов Всероссийского научно-исследовательского института холодильной промышленности (ВНИХИ) – филиала ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем имени В.М. Горбатова» РАН. Определение количества микроорганизмов в посевном материале и культуральной жидкости проводили методом предельных разведений согласно ГОСТ 9225 [16]. Титруемую кислотность определяли после культивирования в термостате разведения 1 г сухого продукта в 20 см3 жидкой питательной среды MRS 24 часа при 37°C. Питательная среда использовалась HimediaM 1396 Agar, микроскоп Nikon ECLIPSECi-S/Ci-L. Подсчет выросших колоний проводили на автоматическом счетчике колоний Scan 500 Sofware. Органолептические свойства исследовали в соответствии с ГОСТ 8756.1-2017 [17] «Продукты переработки фруктов, овощей и грибов. Методы определения органолептических показателей, массовой доли составных частей, массы нетто или объема».

В качестве объектов исследования использовали один гибрид отечественной селекции капусты белокочанной F 1 Северянка и один отечественный сорт моркови столовой Маргоша.

Капуста белокочанная— это широко распространенный и высокоурожайный овощ. К достоинствам капусты относятся: большой срок хранения, ее пригодность для переработки (квашения и консервирования), а также наличие множества сортов разных сроков созревания. Кочаны капусты белокочанной могут иметь округлую форму, округло-плоскую, конусовидную. Имеют плотную структуру, массу не менее 0,4 кг для ранних сортов и не менее 0,7 кг – для средних и поздних.

Северянка F 1 – среднепоздний высокопродуктивный гибрид капусты белокочанной селекции ФГБНУ «Федеральный научный центр овощеводства». Кочаны округлые, плотные, сочные, хрустящие, на разрезе белые, массой до 3 кг. Имеют короткую внутреннюю кочерыгу. Сорт устойчив к перепадам температуры, растрескиванию кочана, болезням.

Маргоша – среднеспелый сорт моркови столовой селекции ФГБНУ «Федеральный научный центр овощеводства». Корнеплод длинный, цилиндрический со слабым сбегом и тупым основанием (сортотип Берликум/Нантская). Масса корнеплода – 170-190 г. Пригоден не только для употребления в свежем виде, но и для длительного хранения.

Морковь столовая, используемая в опытах, соответствовала ГОСТ 32284-2013 «Морковь столовая свежая, реализуемая в розничной торговой сети. Технические условия». Плоды моркови были отобраны целые, чистые, без признаков поражения насекомыми или болезнями, без механических повреждений.

В первой серии экспериментов проводили оценку по биохимическим показателям сырья капусты белокочанной гибрида F 1 Северянка и моркови столовой сорта Маргоша и полученной из них ферментированной продукции, а также сухих ферментированных продуктов, выработанных методом низкотемпературной вакуумной сушки (НВС) и вакуумной сублимационной сушки (ВСС).

Следующим этапом были обезвожены базовые ферментированные напитки из капусты белокочанной (капустный рассол) и моркови столовой (морковный квас). Обезвоживание проводили в вакуумной камере при температуре не выше 40°C методом НВС. Высушенный ферментированный продукт измельчали до порошкообразного состояния и хранили в герметичной стеклянной таре. Для восстановления сухой продукт заливали водой комнатной температуры 22…24°C в определенном количестве, через 3-5 минут порошок полностью растворялся, а через 25-30 минут настаивания напитка проводили оценку его органолептических свойств.

Экспериментальные исследования по вакуумной сушке осуществляли на установке фирмы Hetosicc (Дания). Сырье подогревали контактным способом от нагревательных полок установки до температуры, не превышающей 40°C. Теплоносителем внутри полок являлась вода, а измерение температуры осуществляли термометрами ТРМ-200 ОВЕН (допустимая погрешность: ±0,5%). Значение вакуума фиксировали электронным вакуумметром.

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты исследований многих ученых [18-20] позволяют заключить, что при переработке капусты белокочанной путем квашения следует учитывать ее индивидуальные сортовые биохимические особенности.

Предварительно были проведены биохимические анализы качества сырья и ферментированной продукции с целью оценки выбранных сортообразцов на пригодность к переработке (ферментации) (рис.1-5).

Сухое вещество включает клетчатку, пектиновые вещества, гемицеллюлозу, углеводы, минеральные вещества и азотистые соединения [21]. В кочанах капусты белокочанной F1 Северянка (сырьё) содержание сухого вещества составило 10,2%, что является хорошим показателем качества (рис. 1). При ферментации было отмечено небольшое снижение,при этом использование заквасок не повлияло на этот процесс. Для производства сухих овощных ферментированных продуктов квашеная капуста подвергалась сушке двумя способами (НВС и ВСС) до примерно одинакового уровня влажности, поэтому содержание сухого вещества в готовом продукте значимо не отличалось по вариантам (85,6-86,2%).

Рядом исследователей установлено, что добавление микробиологического препарата позволяет сократить продолжительность процесса квашения капусты, ускорить формирование органолептических свойств и сохранить в максимальной степени витаминную активность исходного сырья [22]. По результатам биохимических анализов в кочанах капусты белокочанной гибрида F 1 Северянка установлено высокое содержание витамина С – 20,8 мг%. При ферментации количество витамина С возрастает на 2,32,6 мг%. Современные технологии НВС и ВСС щадяще воздействуют на овощную продукцию и позволяют сохранить в продукте высокое содержание витамина С (95,3-98,9 мг%). При этом оба вида сушки не показали значимой разницы между собой по данному показа-телю,а использование микробиологических заквасок оказывало положительное влияние на содержание витамина С в конечном продукте длительного хранения (рис.2.).

При ферментации сумма сахаров снизилась вследствие протекающих биохимических процессов ферментации в 1,42-1,46 раза по сравнению с содержанием в сырье, что является естественным процессом. Современные технологии НВС и ВСС сохранили в сушеном продукте высокое содержание суммы сахаров. При этом оба вида сушки, как и в предыдущих анализах, не показали значимой разницы между вариантами по данному показателю (рис. 3).

Рис. 1.Содержание сухого вещества в кочанах капусты белокочанной гибрида F 1 F 1 Северянка (сырьё) и продуктах её переработки

Fig. 1. The contentofdry substances in the headsofwhite cabbage F 1 Severyanka (raw materials)and productsofits processing

Рис.2.Содержание витамина С в кочанах капусты белокочанной гибрида F 1 Северянка (сырьё)и продуктах её переработки

Fig.2. The contentofvitamin C in white cabbage headsofthe F 1 Severyanka (raw materials) and its processed products

Для производства овощного ферментированного напитка из моркови столовой (морковный квас) использовали отечественный сорт Маргоша (рис. 4-6).

Был проведён биохимический анализ качества корнеплодов моркови, используемых для производства сухих ферментированных напитков: высушенных методом НВС и непосредственно перед переработкой (сырьё). В сырье содержание сухого вещества состави- ло 12,8%, а в готовом продукте – 91,1% (рис. 4).

При сушке методом НВС в готовом продукте содержалось β-каротина в 3,12 раза больше, чем в сырье, что безусловно связано с естественной концентрацией веществ в процессе сушки (рис. 5). В структуре сахаров, как в сырье, так и в переработанном продукте, преобладали моносахара (фруктоза) (рис.6).

Рис.3.Содержание сахаров в кочанах капусты белокочанной гибрида F 1 Северянка (сырьё)и продуктах её переработки

Fig.3. The sugar contentin the headsofwhite cabbage F 1 Severyanka (raw materials)and products ofitsprocessing

Сухое вещество, %

Морковь столовая Маргоша (сырье)

Морковь столовая Маргоша сушенная НВ(

Рис.4. Содержание сухого вещества в корнеплодах моркови столовой (сырьё)и продуктах её переработки

Fig.4. The contentofdry substancesin the heads ofwhite cabbage hybrid Severyanka (raw materials) and productsofitsprocessing

Обезвоживание ферментированного продукта с сохранением максимального количества полезных микроорганизмов можно получить двумя способами,а именно вакуумной сублимационной сушкой (ВСС) и низкотемпературной вакуумной сушкой (НВС). Одним из показателей эффективности данных видов сушки является выживаемость микроорганизмов. Содержание полезных бактерий в ферментированной капусте, обезвоженной способом НВС выше, чем при обезвоживании ВСС.

В результате проведенных исследований, составлены таблицы содержания микроорганизмов в сушеной методами НВС и ВСС ферментированной капусте. Графическая интерпретация выживаемости микроорганизмов капусты гибрида F 1 Северянка при сушке разными способами приведена на диаграмме (рис. 7 а, б).

Рис.6.Содержание сахаров в корнеплодах моркови столовой (сырьё) и продуктах её переработки

Fig.6. Sugar contentin carrotrootcrops(raw materials) and processed products

Рис.7а. Содержание микроорганизмов в квашеной капусте F 1 Северянка при естественной и направленной (с помощью закваски)ферментации

Fig.7а. The contentofmicroorganismsin sauerkrautofthe F 1 Severyankawith naturaland directed (with the help ofstarter culture) fermentation

Содержание микроорганизмов, КОЕ/см3

Рис.7б. Содержание микроорганизмов в сухом ферментированном продукте, приготовленном из капусты белокочанной F 1 Северянка,при разных видах сушки

Fig.7b. The contentofmicroorganismsin adry fermented productmade from white cabbage F1 Severyankawith differenttypesofdrying

Рис.8.Диаграмма изменения пропионовокислых бактерий

Fig.8. Diagram ofchangesin propionic acid bacteria

Содержание микроорганизмов в ферментированной с использованием закваски молочнокислых бактерий капусте гибрида Северянка при сушке методом НВС оказалось в 1,62 раза выше. Это согласуется с данными других исследователей. Так некоторые исследователи [23] связывают это явление с тем, что при ВСС продукт перед обезвоживанием проходит стадию замораживания, уменьшающую количество микроорганизмов. Низкотемпературная вакуумная сушка (НВС) по сравнению с сублимационной, исключает замораживание, что позволяет обеспечить большую выживаемость полезных микроорганизмов. Влияние замораживания наглядно отражено на рисунке 8 (взят из описания изобретения к патенту РФ №2309982) [23]. На нем показано изменение количества клеток пропионовокислых бактерий в закваске жидкой, замороженной и после сублимационной сушки. Показатель колониеобразующих бактерий КОЕ/см3 упал с 12 до 11 и 10 порядков соответственно.

Рис.9.Подготовка моркови столовой перед и после НВС

Fig.9.Preparation ofcarrots before and after LTVD

Сублимационная сушка является достаточно дорогостоящим способом обезвоживания и может существенно влиять на стоимость конечного продукта. В отличие от сублимации НВС является более экономичной и позволяет избежать замораживания, что увеличивает выживаемость полезных микроорганизмов в конечном продукте. Дальнейшие эксперименты в работе проводили с использованием метода НВС, как наиболее предпочтительного согласно результатам проведенных экспериментов.

Заключительная серия экспериментов заключалась в смешении высушенной методом НВС капусты и моркови с высушенной методом НВС закваски на основе предварительно ферментированной капусты и моркови соответственно. На рисунке 9 показана морковь столовая, подготовленная к процессу сушки и после НВС.

Сухие порошкообразные компоненты, полученные в результате НВС (основной продукт и закваска на его основе), смешивали в определенных пропорциях и заливали водой комнатной температуры 22…24°C в соответствующем количестве. Через 3-5 минут закваска растворялась полностью, а сухой продукт только частично. Далее напитки ферментировали в течение 10-12 часов. После этого времени получали готовый ферментированный напиток с мякотью, содержащий пробиотики, каротиноиды, сахара и полезные бактерии в количестве, превышающем 105 КОЕ/см3. Полученные ферментированные напитки с мякотью на основе высушенного методом НВС продукта из капусты и моркови обладали более ярким вкусом и насыщенным ароматом по сравнению с базовыми. Но при этом они уступали по цвету и прозрачности из-за присутствия мякоти. Органолептические свойства ферментированного напитка на основе капусты отражены в диаграмме на рис.12.

В следующей части экспериментов было проведено сравнение процесса ферментация моркови столовой при различных стартовых условиях и получение из нее ферментированного напитка.

Существует два основных способа пищевой ферментации:

В эксперименте участвовали 3 образца. Подготовленная морковь,в одинаковом количестве была помещена в идентичные емкости под гнет (рис. 10).

В ходе эксперимента каждые сутки фиксировали значение pH ферментированного морковного напитка, а также содержание сахара в нем. В образце 1 процесс ферментации протекал естественным образом. В образец 2 было внесено дополнительное количество сахара, которое должно было повысить скорость ферментации. В образец 3 была внесена заранее подготовленная ферментированная морковь, высушенная способом НВС. Процесс ферментации образца 1 составил 12 суток и был остановлен, когда значение pH на протяжении двух дней подряд оказалось ниже 4,6 и не имело значительного перепада. Аналогичным образом (при достижении pH ниже 4,6) останавливался эксперимент в образцах 2 и 3. Образец 1 по органолептическим свойствам получился пригодным к употреблению, прозрачным на свет и с довольно ярким вкусом и арома-

Рис. 10.Ферментированный напиток из моркови столовой под гнетом Fig. 10.Fermented carrotdrink from acanteen under oppression

Рис. 11.Динамика изменения уровня кислотности при ферментации морковного напитка Fig. 11.Dynamicsofchangesin the acidity levelduring fermentation ofcarrotdrink

том. Образец 2 достиг нужных значений pH на 8 сутки, но при этом не имел яркого вкуса и насыщенности, был более «пустым». Образец 3 дошел до нужного состояния на 9 сутки, при этом имел такой же вкус и аромат, как базовый образец 1. Результаты процессов ферментации образцов были сведены в график (рис. 11).

На основании проведенного эксперимента за базовый был взят образец 1, как полученный в результате естественной ферментации моркови. Образец 2 достиг нужного уровня pH в 1,5 раза быстрее за счет добавления сахара. Однако это оказало влияние на органолептические свойства конечного напитка, ослабив его вкус и аромат. Подобный способ влияния на процесс фер- ментации не является оптимальным. Образец 3 ферментировался и достиг нужного уровня pH в 1,33 раза быстрее базового. При этом вкус и аромат были идентичны образцу 1. Использование высушенной методом НВС закваски (из ферментированной моркови), ускоряет процесс ферментации моркови и не оказывает влияния на конечные органолептические характеристики.

Результаты оценки органолептических свойств полученных восстановленных ферментированных напитков из капусты представлены на рисунке 12.

Органолептические свойства «восстановленного» из сухого продукта ферментированного напитка на

аромат

♦ базовый —«—восстановленный —sir—ферментированный 10-12ч

Рис. 12.Профилограмма результатов органолептической оценки ферментированных напитков из капусты белокочанной гибрида F1 Северянка

Fig. 12.Profilogram ofthe resultsoforganoleptic evaluation offermented beveragesfrom cabbage ofthe F 1 Severyanka

основе капусты белокочанной были практически идентичны базовому, незначительно уступив во вкусе и аромате. При этом сухие ферментированные продукты (основа для приготовления ферментированного напитка из капусты белокочанной, моркови столовой) имеют более длительный срок хранения по сравнению с базовыми, а также обладают минимальным весом и объемом, что является огромным преимуществом и делает возможным использование их в рационе питания космонавтов.

Выводы

• 1 .По биохимическим и органолептическим показателям качества отечественный гибрид капусты белокочанной F 1 Северянка и отечественный сорт моркови столовой Маргоша пригодны к различным видам переработки,в том числе к ферментации и изготовления сушеных ферментированных продуктов.

• 2 . Использование сухих заквасок, созданных на основе ферментируемых продуктов (морковь столовая) методом НВС, является целесообразным и позволяет влиять на сроки получения и микробиологический состав конечного ферментированного продукта, не снижая его органолептические свойства.

• 3 . Способ НВС, на основании сравнительных данных о содержании микроорганизмов в сушеной ферментированной капусте, является приоритетным по сравнению с сублимационной сушкой.

• 4 .Сохранение полезных микроорганизмов,в том числе ароматообразующих бактерий,в сухих ферментированных продуктах делает их пригодными для включения в рацион питания.В том числе они могут быть интегрированы в космическое меню для обогащения его вкусового разнообразия, а также микробиологического состава.

EDN NEIJWD. (In Russ.)

Об авторах:

Aboutthe Authors:

Elena V. Yanchenko – Cand. Sci. (Agriculture),

Leading Researcher, , SPIN-code: 6301-7782,

Nikolay E.Kaukhcheshvili – Cand. Sci. (Engineering),

Head of the Laboratory of Frozen and Dehydrated Food Products, , SPIN-code: 7195-0990

Alexey A.Gryzunov – Researcher at the Laboratory of Frozen and Dehydrated Foods, , SPIN-code: 2783-5980

ISSN 2618-7132 (Online) Овощи России №2 2024      [ 36 ] Vegetable crops of Russia №2 2024 ISSN 2072-9146 (Print)