Влияние пищевых волокон на формирование функциональных свойств биопродукта

В последние годы во всем мире получило широкое признание развитие нового направления в пищевой промышленности – так называемого функционального питания, под которым подразумевается использование таких продуктов естественного происхождения, которые при систематическом употреблении оказывают регулирующее действие на организм в целом или на его определенные системы и органы. В мировом масштабе идет постоянная работа по созданию новых продуктов функционального питания, обладающих как широким спектром применения, так и точечной направленностью на конкретный орган, систему, заболевание [1, 2, 3, 4].

Полезным природным источником целебных биологически активных веществ является орех кедра сибирского. Одним из продуктов его переработки является жмых, который в настоящее время практически не используется. Особенностью химического состава жмыха является значительное содержание незаменимых аминокислот в составе белков, полиненасыщенных 26

жирных кислот в составе липидной фракции, витаминов группы В, токоферолов, пищевых волокон, белковых фракций, микроэлементов, что свидетельствует о перспективности его использования в качестве высокоценной добавки в продукты питания.

Цель работы - изучить влияние кедрового жмыха на функциональные свойства кисломолочного биопродукта.

Материалы и методы исследований

Экспериментальные исследования проводились в лаборатории кафедры «Технология молока и молочных продуктов. Товароведение и экспертиза товаров» и в лаборатории Малого инновационного предприятия (МИП) «Бифивит» ФГБОУ ВО «Восточно-Сибирский государственный университет технологии и управления».

Объектом исследований служил Bifidobacterium longum DK-100 , полученный из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов ФГУП ГосНИИ «Генетика», активизированный биотехническим методом, разработанным в ВСГУТУ. В исследовании использовалась растительная добавка - жмых ядра кедрового ореха (ТУ 9146-001-5313736-06).

Основные физико-химические и микробиологические показатели сырья, заквасок и кисломолочного продукта определяли стандартными и общепринятыми в исследовательской практике методами. Активную кислотность определяли по ГОСТ Р 53359-2009, количественный учет бифидобактерий – по МУК 4.2.999-00.

Адгезивные свойства изучали на формалинизированных эритроцитах по развернутому методу В.И. Брилис. Морфологию бактерий изучали путем приготовления препаратов по Граму с последующим микроскопированием в иммерсионной системе с объективом 90. Фотографии микрокартин клеток бактерий сделаны с помощью цифрового микроскопа USB «БИОР». Процесс структурообразования образцов изучали на ротационном вискозиметре Brookfield RVDV-II+PRO в Центре коллективного пользования «Прогресс» ВСГУТУ [5].

Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью пакета программы Statistica 6. Использовали непараметрический критерий Манна-Уитни (для сравнения независимых выборок). Значимыми считали различия, если вероятность ошибки р≤0,05.

Результаты исследований и их обсуждение

На первом этапе исследований изучали влияние кедрового жмыха на биохимическую активность бифидобактерий. О биохимической активности судили по кислотообразующей способности и количеству жизнеспособных клеток бифидобактерий. Полученные результаты представлены на рисунке 1.

Из данных рисунка 1 видно, что с увеличением дозы кедрового жмыха повышается кислотообразующая способность бифидобактерий и интенсифицируется процесс ферментации. В опытном образце процесс ферментации заканчивается через 6 ч, тогда как в контрольном образце сгусток образуется через 8 ч. При этом изменяется вязкость белкового сгустка и при дозе жмыха 3%, консистенция продукта становится излишне вязкой.

При количественном учете бифидобактерий обнаружено, что внесение кедрового жмыха активизирует рост бифидобактерий (рис. 2).

Как следует из рисунка 2, количество жизнеспособных клеток бифидобактерий через 6 часов культивирования в опытных образцах с кедровым жмыхом составляет 1010 КОЕ в 1 см3, а в контрольном образце – 108 КОЕ в 1 см3. Это свидетельствует о том, что кедровый жмых обладает пребиотическими свойствами, стимулирует рост бифидобактерий, повышает количество жизнеспособных клеток в готовом продукте и сокращает продолжительность ферментации.

Рисунок 1 – Влияние кедрового жмыха на кислотообразующую способность бифидобактерий

Рисунок 2 – Влияние различных доз кедрового жмыха на динамику роста бифидобактерий

Консистенция – это один из важнейших показателей при управлении качеством биотехнической продукции, представляющей собой совокупность реологических свойств вязкой жидкости. Наряду с внешним видом, цветом, запахом и ароматом консистенция кисломолочных продуктов определяет потребительские свойства готового продукта. Заквасочная культура играет важную роль при формировании структурно-механических свойств биопродукта. Бифидобактерии образуют легкотекучие сгустки с нежной консистенцией.

Следует отметить, что на практике широко применяется сенсорная оценка консистенции, результаты которой получают эмпирически, оценивая поведение продукта при деформации. Однако результаты сенсорной оценки субъективны. Поэтому для обеспечения контроля и управления качеством выпускаемой продукции необходимо применять инструментальные методы. В связи с этим в дальнейших исследованиях изучали реологические характеристики белкового сгустка на ротационном вискозиметре.

Исследовали изменение динамической вязкости объекта от скорости вращения шпинделя под действием механического воздействия (рис. 3). Зависимость «вязкость - скорость»

отражает на сколько разрушается система и может ли она восстанавливать свои свойства после механического воздействия шпинделя.

Бифидобактерии (контроль) обратная связь

Бифидобактерии с кедровым жмыхом

Бифидобактерии с кедровым жмыхом обратная связь

Рисунок 3 – Зависимость динамической вязкости от скорости вращения шпинделя

Результаты исследований, представленные на рисунке 3, показывают, что динамическая вязкость как контрольного, так и опытного образца с увеличением скорости вращения шпинделя снижается и составляет 550 и 670 сПз соответственно. Однако после механического воздействия исследуемые кисломолочные системы способны восстанавливать структурно-механические свойства, о чем свидетельствует повышение вязкости как контрольного, так и опытного образца.

Полученные кривые не накладываются друг на друга, что демонстрирует тиксотропное поведение системы как в контрольном, так и в опытном образце (рис. 3). Следует отметить, что с повышением скорости разрушения белковой системы способность к восстановлению структуры уменьшается. Вязкость образца после приложения механического воздействия во всех случаях повышается, о чем свидетельствуют значения динамической вязкости: бифидобактерии (контроль – обратная связь) - 1550 сПз, а в опытном образце бифидобактерии с кедровым жмыхом она достигает 2200 сПз. Наибольшей восстанавливаемостью после механического воздействия характеризуется белковая система с кедровым жмыхом. Значения динамической вязкости для белкового сгустка с кедровым жмыхом для неразрушенной структуры и структуры, подвергшейся механическому воздействию отличаются в меньшей степени, чем в контрольном образце.

Высокомолекулярные полисахариды кедрового жмыха регулируют процесс структуро-образования, что позволяет получить сгусток со стабильными структурно-механическими свойствами.

В дальнейших исследованиях изучали «тиксотропный индекс», или коэффициент эффективной вязкости при нагрузке и разгрузке (табл. 1).

Тиксотропный индекс

Таблица 1

Образцы	Эффективная вязкость, мПа*с		Тиксотропный индекс		Степень восстановления структуры
	максимальная скорость деформации	минимальная скорость деформации	при нагрузке	при разгрузке
Бифидобактерии   (кон троль)	20,28	16,32	3,55	2,99	1,18
Бифидобактерии с кедровым жмыхом	24,70	16,57	3,69	2,47	1,49

Из анализа данных таблицы видно, что для всех образцов тиксотропный индекс больше единицы и они характеризуются тиксотропно-обратимыми связями. При этом установлено, что степень восстановления структуры в белковой системе с кедровым жмыхом имеет более высокое значение.

Таким образом, анализ структурно-механических свойств образцов показал, что внесение кедрового жмыха при ферментации способствует образованию тиксотропно-обратимых связей, что обеспечивает наибольшую способность разрушенного сгустка к восстановлению структуры и формирует вязкую и стабильную консистенцию.

Необходимо отметить, что рост клеток бифидобактерий в питательной среде с кедровым жмыхом сопровождается изменением морфологии (рис. 4).

а - контроль

■■■ б - 1%

в - 2%

г -

3%

Рисунок 4 – Микрокартина бифидобактерий В. longum DК-100 (увеличение 1х1000)

Из представленных данных видно, что при внесении кедрового жмыха в питательную среду изменяется топография взаиморасположения коккоидных, палочковидных и мультисеп-тированных особей и происходят структурно-функциональные перестройки бифидобактерий к изменившейся среде культивирования (см. рис. 4).

Морфологическая трансформация коррелирует с физиологической неоднородностью клеток в популяции. Внесение кедрового жмыха способствует когезии клеток, интенсификации межклеточных контактов и образованию многоклеточных систем, обеспечивает адаптационную устойчивость клеток в питательной среде.

Из литературных источников известно, что к механизмам, гарантирующим стабильность микробного консорциума, относятся межклеточные взаимодействия – когезия и прочное прикрепление клеток к субстрату (адгезия) [6, 7].

Данные по исследованию адгезивных свойств бифидобактерий представлены в таблице 2.

Адгезивные свойства В. longum DK-100

Таблица 2

Наименование показателя	СПА	КУЭ, %	ИАМ	Адгезивность
Штамм B. longum DK-100	4,2	84	4,76	высокоадгезивный
Биопродукт с 2%-ным кедровым жмыхом	4,4	86	5,11

Из данных таблицы 2 видно, что с увеличением дозы кедрового жмыха в питательной среде повышаются адгезивные свойства бифидобактерий. Вероятно, это связано со способностью бифидобактерий колонизировать поверхность пищевых волокон и прикрепляться к ним с образованием слизистых биопленок. Результаты наших наблюдений совпадают с мнениями других авторов об адгезивности пробиотических микроорганизмов [8].

Повышение адгезивных свойств бифидобактерий подтверждает целесообразность применения кедрового жмыха при создании биопродуктов. Это свидетельствует о хорошей приживаемости и высокой адаптации бифидобактерий в желудочно-кишечном тракте человека.

Выводы

• 1.    В результате проведенных исследований установлено, что использование кедрового жмыха при производстве кисломолочного продукта повышает его функциональные свойства.

• 2.    Интенсифицируется процесс ферментации и повышается количество жизнеспособных клеток бифидобактерий, что положительно отражается на полезности продукта.

• 3.    Высокомолекулярные полисахариды кедрового жмыха регулируют процесс структу-рообразования и реологические свойства продукта.

• 4.    Меняется морфологическая картина клеток бифидобактерий, которая проявляется в агрегации и адгезии клеток на пищевых волокнах кедрового жмыха.