Влияние бионаноселена на качество и безопасность пробиотического кисломолочного продукта

Селен является одним из важнейших микроэлементов для жизнедеятельности человека, который должен поступать в наш организм ежедневно.

Наночастицы селена обладают иммуностимулирующими, антиоксидантными, противовирусными и антибактериальными свойствами. Наночастицы селена отличаются высокой биологической активностью, низкой токсичностью и могут непосредственно усваиваться организмом человека и преобразовываться в органический селен. Они являются новой формой биологически активных добавок и постепенно вытесняют традиционные добавки с селеном. Наночастицы селена из-за своего размера обладают особыми физическими и химическими свойствами, хорошей усвояемостью и повышенной безопасностью. Благодаря своим уникальным свойствам наночастицы селена играют важную роль в различных областях, включая биомедицину, экологию, сельское хозяйство и производство продуктов питания [1].

Существует множество методов, с помощью которых могут быть синтезированы наночастицы селена: химические, физические и биологические («зеленый» синтез) методы. Традиционные физико-химические методы производства наночастиц являются затратными и сопряжены с применением токсичных веществ [2 - 5]. В связи с этим возникает необходимость разработки экологически безопасных и эффективных технологий получения наночастиц, в том числе с использованием микробных биотехнологий.

Наночастицы селена используются в пищевой промышленности как бактерицидное средство для производства упаковочных материалов, а также представляют интерес для разработки инновационных продуктов питания [6, 7].

Следует отметить, что в литературных источниках нет сведений об использовании наночастиц селена для обогащения пищевых продуктов. Ранее нами был разработан кисломолочный продукт «Целебный, обогащенный селеном» [8]. И.А. Евдокимовым с соавторами предложен кисломолочный напиток, обогащенный наноселеном, полученным химическим способом [9].

В связи с этим представляют научный и практический интерес исследования по применению бионаночастиц селена, полученного методом биогенного синтеза, для обогащения пробиотической сметаны.

Цель работы – изучение влияния бионаноселена на структурно-механические свойства и хранимоспособность пробиотической сметаны.

Материалы и методы исследования

В исследованиях использовали бионаночастицы селена, полученные «зеленым» методом путем культивирования пробиотических бактерий в питательной среде, содержащей селенит натрия. Пробиотические микроорганизмы превращают токсичные селенатные и селенитовые оксоанионы в нетоксичный элементный селен в стабильной коллоидной форме. Следует отметить, что биогенный синтез бионаноселена отличается простотой и не выделяет в окружающую среду опасных токсичных веществ [10].

В качестве закваски применяли концентрированную закваску прямого внесения, состоящую из консорциума штаммов микроорганизмов Bifidobacterium Bifidum 8 3 , Lactococcus lactis subspecies Cremoris 24 4 и Propionibacterium Shermanii АС-2503 [11, 12, 13].

При проведении экспериментальных исследований использовали стандартные и современные методы исследования.

Для проведения микробиологических исследований применяли следующие методы:

• -    подсчет количества бифидобактерий и пропионовокислых бактерий осуществляли согласно методическим указаниям МУК 4.2.999-00;

• -    при совместном выращивании культур идентификацию пропионовокислых бактерий проводили с помощью тетрациклина;

• -    определение концентрации клеток Lactococcus lactis производили на твердой среде MRS.

Контаминацию посторонними бактериями определяли по ГОСТ 32901-2014.

Измерение эффективной вязкости сметаны выполняли с использованием ротационного вискозиметра Brookfield RVDV-II+Pro.

С целью установления срока годности опытные и контрольные образцы сметаны хранили при температуре (4±2) °С в течение 20 сут.

Перекисное число устанавливали в соответствии с ГОСТ Р 51487-99.

Статистическую обработку результатов исследований проводили c помощью программы Microsoft Excel.

Результаты исследований и их обсуждение

В первой серии опытов изучали влияние бионаноселена на реологические свойства сметаны. Сметана представляет собой сложную структурированную дисперсную систему, реологические характеристики которой демонстрируют неньютоновское поведение. Ключевыми факторами, влияющими на вязкостные свойства сметаны, являются температурный режим, механическое воздействие, скорость деформации во время розлива и хранения продукта. К особенностям структурированной системы относятся наличие внутренней структурной сетки, способность к самовосстановлению и память предыдущих деформаций. Важнейшим показателем сложных реологических систем является эффективная вязкость.

Для изучения реологических свойств сметаны было проведено исследование ее эффективной вязкости после разрушения структуры. В качестве объекта изучения выступал опытный образец продукта. Чтобы сравнить результаты, был подготовлен контрольный образец - сметана, приготовленная с использованием бактериального концентрата, но без добавления селенита натрия.

В ходе эксперимента поддерживалась постоянная температура (20±1) °С, при этом изменялась скорость деформации в диапазоне от 3 до 138 обратных секунд.

Полученные в ходе исследования данные визуализированы на рисунке 1.

—■— с наноселеном —*— контроль

Рисунок 1 – Исследование эффективной вязкости сметаны

Анализ полученных данных показал существенные различия в реологических свойствах образцов сметаны. Опытный образец продемонстрировал на 17,2 % более высокую вязкость по сравнению с контрольным вариантом. При усилении механического воздействия и увеличении скорости вращения шпинделя наблюдалось снижение эффективной вязкости в обоих образцах. Однако темпы этого снижения различались: в контрольном образце потеря вязкости составила 39,1 %, тогда как в опытном образце этот показатель был менее значительным - 26,4 %. Такое различие объясняется влиянием бионаноселена, который усиливает выработку экзополисахаридов заквасочными культурами. Экзополисахариды, являясь биополимерами, обладают специфической неньютоновской вязкостью благодаря:

• -    силам сцепления между гидрофильными молекулами и водой;

• -    особенной анизодиаметрической форме частиц (различная длина и поперечное сечение).

В процессе взаимодействия макромолекул экзополисахаридов с молочными белками формируются устойчивые агрегаты, скрепленные различными типами связей.

Учитывая, что сметана характеризуется коагуляционно-конденсационной пространственной структурой с преобладанием тиксотропно-обратимых связей, можно сделать вывод о повышенной устойчивости сметаны с бионаноселеном к внешним воздействиям. В связи с этим технологические факторы не будут оказывать значительного влияния на структурно-механические свойства продукта.

Показатели качества не должны изменяться в процессе длительного хранения. Если органолептические свойства, биологическая и пищевая ценность сохраняются на протяжении определенного времени, это свидетельствует о функциональной эффективности пробиотического продукта и его конкурентоспособности. Поэтому было изучено изменение качества сметаны при хранении. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1

Показатели качества сметаны во время хранения

Наименование показателя	Контрольный образец		Опытный образец
Срок хранения, сут	10	20	10	20
Внешний вид и консистенция	однородная в меру густая; поверхность гладкая	однородная в меру густая; незначительное отделение сыворотки	однородная плотная, в меру вязкая с гладкой, глянцевой поверхностью
Цвет	белый, равномерный по всей массе		белый, равномерный по всей массе
Вкус и запах	чистый кисломолочный без посторонних привкусов и запахов		чистый кисломолочный без посторонних привкусов и запахов
Массовая доля жира, %	15,0±0,1
Кислотность, ° T	88,3±1,2	107,2±1,5	78,1±1,2	91,2±1,3
Содержание бионаночастиц селена, мгк / 200 г	—	—	16	16
Количество жизнеспособных клеток пробиотических микроорганизмов, КОЕ/см3	109	108	109	109
БГКП (колиформы) в 0,001 см3 продукта	не обнаружены
S. aureus в 1 см3 продукта	не обнаружены
Патогенные микроорганизмы (в том числе сальмонеллы) в 25 см3 продукта	не обнаружены
Дрожжи, КОЕ/см3	не обнаружены
Плесени, КОЕ/см3	не обнаружены

Из данных таблицы 1 видно, что показатели качества сметаны соответствовали требованиям ГОСТ 31452-2012. Следует отметить низкий прирост кислотности в опытном образце, что свидетельствовало о сохранности органолептических показателей. В результате проведенных исследований было установлено, что сметана, обогащенная бионаноселеном, отличалась более высокой стабильностью, отсутствовал синерезис, а консистенция оставалась в меру вязкой при длительном хранении.

Окислительные процессы в молочном жире являются одной из основных причин химической порчи биопродуктов. Порча молочного жира в сметане запускается через окисление полиненасыщенных жирных кислот, расположенных как в оболочках жировых шариков, так и в свободном жире. Начальным продуктом этого процесса являются гидроперекиси жирных кислот, что определяет название явления – перекисное окисление жирных кислот. В связи с этим изучали изменение перекисного числа в процессе длительного хранения сметаны. Результаты исследования представлены на рисунке 2.

Хранение, сут

□ – контроль без бионаноселена , □ – образец с бионаноселеном

Рисунок 2 – Влияние сроков хранения на изменение перекисного числа

Анализ данных рисунка 2 позволяет сделать вывод, что образец с включением бионаноселена демонстрировал замедленный ход окислительных процессов, что подтверждалось более низкими показателями перекисных чисел по сравнению с контролем. Это, вероятно, было связано с высокой антиоксидантной активностью бионаноселена, способностью нейтрализовать свободные радикалы, образующиеся в молочном жире. Необходимо отметить, что в образце без добавления бионаноселена наблюдалась повышенная скорость образования перекисей, что свидетельствовало о появлении вторичных продуктов окисления альдегидов, кетонов, оксикокислот, которые могли повлиять на изменение вкуса и запаха.

В результате проведенных исследований было установлено, что бионаноселен способствовал сохранению пробиотических микроорганизмов в процессе хранения и повышению функциональных свойств биопродукта. Характеристика сметаны, обогащенной бионаноселе-ном приведена в таблице 2.

Таблица 2

Показатели качества сметаны, обогащенной бионаноселеном

Показатель	Характеристика
1	2
Внешний вид и консистенция	однородная плотная, в меру вязкая с гладкой, глянцевой поверхностью
Вкус и запах	чистый кисломолочный, без посторонних привкусов и запахов
Цвет	белый, равномерный по всей массе

Продолжение таблицы 2

1	2
Массовая доля жира, %	15,0±0,1
Титруемая кислотность, °Т	74,2±1,2
Содержание бионаноселена, мкг/200 г	16
Количество пробиотических микроорганизмов, КОЕ/см3	8,0±1,5×109
БГКП (колиформы) в 0,001 г продукта S. aureus 1 см3 продукта Патогенные микроорганизмы (в том числе сальмонеллы) 25 см3 продукта Дрожжи, КОЕ/см3 Плесени, КОЕ/см3	не обнаружены

Данные таблицы 2 свидетельствуют о том, что сметана характеризовалась повышенными функциональными свойствами и содержала 16 мкг бионаноселена в 200 г продукта, что составляет 30 % от суточной потребности.

Заключение

Полученные результаты демонстрируют, что внесение бионаночастиц селена не только обогащает продукт функциональным ингредиентом, но и обеспечивает высокие структурномеханические свойства, увеличивает стойкость продукта при хранении, повышает качество и безопасность готового продукта.