Влияние состава заквасочной микрофлоры на формирование и сохраняемость антиоксидантных свойств ферментированных растительных напитков

Высокой популярностью среди растительных напитков пользуются напитки на основе овса. Овес (Avena sativa L.) обладает хорошей питательной ценностью и содержит специфические неперевариваемые углеводы, включая устойчивые крахмалы, олигосахариды и растворимые волокна, которые стимулируют рост пробиотиков, а также полезных кишечных микроорганизмов [1]. Напитки на основе овса характеризуются хорошими сенсорными характеристиками, что определяет в свою очередь их высокие потребительские свойства. Ферментация овсяных напитков с помощью пробиотических бактерий способ- ствует повышению безопасности пищевых продуктов, улучшению пищевой ценности, снижению антипитательных факторов [3, 4, 10].

Молочнокислые бактерии являются разновидностью грамположительных бактерий, могут преобразовывать глюкозу питательного матрикса в конечный метаболит – молочную кислоту. Молочнокислые бактерии способны колонизировать ферментируемую нишу, создавая тем самым различные вкусовые профили, повышая безопасность вырабатываемых продуктов и сокращая период ферментации. Молочнокислые бактерии обладают механиз- мами улучшения качества пищевых продуктов в основном за счет углеводного обмена, протеолиза и метаболизма аминокислот, липолиза и метаболизма жирных кислот.

Из-за своих метаболических свойств молочнокислые бактерии считаются наиболее оптимальными для ферментации пищевых продуктов. Эндогенные молочнокислые бактерии, прикрепившиеся к поверхности пищевых матриц, могут эффективно превращать питательные субстраты в различные вкусовые соединения или пробиотические факторы во время процессов ферментации. В ходе центрального углеродного метаболизма различные штаммы молочнокислых бактерий могут производить АТФ посредством гомоферментации и гетеро-ферментации [5, 14].

Эффективность протекающих ферментационных процессов определяется не только составом питательной среды, но и видовой составляющей закваски молочнокислых бактерий. В связи с этим целью настоящего исследования стала оценка адаптации заквасок молочнокислых бактерий в растительной среде овсяного напитка с установлением специфики изменения антиоксидантных свойств и структурных характеристик готового пробиотического напитка при хранении.

Материалы и методы исследования

В качестве основы для растительного пробиотического напитка взят напиток овсяный классический «НЕМОЛОКО» (АО «Сады Придонья», Волгоградская область).

Для ферментации использовали коммерчески доступные заквасочные культуры с разным видовым составом:

– заквасочная композиция 1: Lactobacillus Acidophilus, Streptococcus thermophiles (закваска «Ацидофилин», ООО «БакЗдрав», г. Москва);

– заквасочная композиция 2: Streptococcus salivarius ssp. thermophilus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus fermentum, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum ssp. linfantis (закваска бактериальная «Бифидум», ООО «Зеленые линии», г. Красногорск).

Ферментация напитка на овсяной основе осуществлялась заквасками – 0,2 г/100 мл в течение суток при температуре 38 °С.

Для оценки способности к адаптации молочнокислых заквасок в растительной среде оценивали прирост биомассы микроорганиз- мов с использованием пробирочного биореактора BioSan. Программное обеспечение биореактора BioSan выстраивает графически ферментативную кинетику процесса, основанную на определении интенсивности светорассеяния. В каждой контролируемой точке прибор фиксирует значение прироста биомассы микроорганизмов.

В готовых напитках оценивали органолептические показатели и степень синерезиса. Органолептические показатели пробиотических напитков на растительной основе: внешний вид, консистенция, вкус и запах, цвет регламентируются ГОСТ Р 70650. Синерезис определяли фильтрационным методом путем замера количества сыворотки, выделившейся при фильтровании 100 см3 разрушенного сгустка через бумажный фильтр при комнатной температуре.

Для характеристики антиоксидантного профиля определяли общую антиоксидантную (антирадикальную) активность методом DPPH (%) по модификации. DPPH является стабильным свободно-радикальным соединением, которое широко используется в анализах для оценки способности антиоксидантов поглощать радикалы.

Результаты и их обсуждение

Протекающий процесс адаптации выбранных молочнокислых заквасок в растительной среде должен сопровождаться накоплением биомассы организмов. Результаты оценки данного показателя свидетельствуют об активном протекании биотехнологического процесса и о возможности развития выбранных заквасок в растительной среде овсяного напитка (рис. 1).

Установлено, что динамика протекания процесса накопления биомассы различается у выбранных заквасок, что может быть обусловлено формирующими закваску таксонами бактерий и их протеолитической активностью. Совместное развитие Lactobacillus Acidophilus, Streptococcus thermophilus заквасочной композиции 1 показывает активное накопление биомассы уже в первые часы развития в растительной среде овсяного напитка, однако именно в этой закваске фаза ускоренного роста бактерий более динамично сменяется фазой отмирания. Композиция 2: Streptococcus salivarius ssp. thermophilus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus fermentum, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve,

Bifidobacterium longum ssp. Linfantis – показывает более плавное развитие и больший процент накопления биомассы, что наглядно отражает рис. 1 (б), особенности после 6 часов ферментационного процесса.

Бактерии рода Lactobacillus относятся к микроорганизмам, имеющим сложные питательные потребности. Для их активного развития требуется наличие веществ для построения бактериальной клетки (нуклеиновых кислот, полисахаридов, аминосахаров и т. д.). Кроме того, для роста большинства молочнокислых палочек необходимы органические формы азота, которые они сами не синтезируют. Протеолитические ферменты лактобактерий играют важную роль в снабжении клеток соединениями азота, в первую очередь аминокислотами. Доступное количество таких соединений в естественной пищевой среде обычно невелико, поэтому основной функцией этих ферментов является гидролиз белков до компонентов, поглощаемых бактериальной клеткой [14]. Трансформация белков пищевых систем при участии молочнокислых бактерий на начальных стадиях протеолиза происходит под влиянием внеклеточных и связанных с кле-

а (1) – заквасочная композиция 1

а (2) – заквасочная композиция 1

Рис. 1. Динамика накопления биомассы молочнокислых бактерий в овсяном напитке: а (1, 2) – заквасочная композиция 1; б (1, 2) – заквасочная композиция 2

б (1) – заквасочная композиция 2

б (2) – заквасочная композиция 2

Рис. 1. Окончание

точной стенкой протеиназ, которые являются мономерными сериновыми протеиназами. Дальнейшее расщепление пептидов протекает под воздействием пептидаз, лактобактерий, представляющих собой метало-, серин- и цис-теинпептидазы. Активность протеаз и пептидаз способствует гомеостазу клеток за счет поддержания адекватных внутриклеточных концентраций аминокислот, ди- и трипептидов, которые действуют как осмопротекторы [12].

Необходимость подготовки компонентов питательной среды до требуемого для разных штаммов молочнокислых бактерий состояния и обуславливает установленную динамику развития.

Lactobacillus acidophilus и Bifidobacterium animalis subsp. lactis чаще всего используются в качестве пробиотиков, однако эти бактерии медленно растут в пищевой среде, поскольку им не хватает существенной протеолитической активности, и по этой причине их обычно и комбинируют с Streptococcus thermophilus [7].

Также необходимо отметить, что растительный напиток на основе овса является хо- рошей питательной основой для развития пробиотических заквасок вследствие содержания большой количества пребиотических соединений, к которым относятся: β-глюкан, арабиноксилан, устойчивый крахмал и фенольные соединения [2]. Биоактивные соединения в матрицах растительного происхождения действуют как носители для молочнокислых бактерий, повышая их жизнеспособность, и являются хорошим субстратом для роста пробиотиков.

Продуцируемые молочнокислыми бактериями протеолитические ферменты способствуют также формированию органолептических и структурно-механических характеристик ферментированных пищевых продуктов, а также оказывают влияние на их биологическую ценность.

Органолептическая оценка выработанных пробиотических напитков показала, что в результате брожения образовался однородный сгусток вязкой консистенции, без посторонних включений. Цвет кремовый, равномерный. Запах продуктов приятный растительный со слегка кисловатым оттенком, вкус приятный, овсяный, слабо кислый. Причем у образца, произведенного с заквасочной композицией 1, вкус и запах более выраженные, интенсивные, что также может свидетельствовать о более активном протекании процесса сквашивания.

На сенсорный профиль ферментированного продукта напрямую влияет метаболическая активность бактерий, которые активно взаимодействуют с компонентами среды, изменяя определенные продукты метаболизма в процессе роста [13].

Для оценки реологических свойств произведенных пробиотических напитков нами оценивалась степень синерезиса в качестве фактора прочности сгустков и, как следствие, потребительских свойств продуктов, и способности сохранять однородную структуру при хранении. Результаты оценки степени синерезиса приведены на рис. 2.

У обоих напитков отмечена низкая степень синерезиса как у готового продукта в начале хранения, так и в конце его хранения – не более 12 %.

На начальном этапе хранения продукт, полученный на заквасочной композиции 1, имел меньшую степень синерезиса – на 2– 4,5 % относительно продукта на заквасочной композиции 2, однако на конец хранения более высокими влагоудерживающими свойствами характеризовался продукт на заквасочной композиции 2 – на 1–1,5 %. Однако разница в результатах по степени синерезиса продуктов, полученных на разных заквасках, небольшая, и в целом позволяет отметить высокие влагоудерживающие свойства белковых веществ пробиотических напитков на расти-

—•—Заквасочная композиция 1

—•—Заквасочная композиция 2

—•—Заквасочная композиция 1 (7 суток хранения)

—•—Заквасочная композиция 2 (7 суток хранения)

Рис. 2. Результаты оценки степени синерезиса пробиотических продуктов, полученных с использованием заквасочных композиций 1 и 2, на начало и через 7 суток хранения тельной основе. Данный факт свидетельствует о полноценно протекающем процессе сквашивания растительной среды и формировании хороших реологических характеристик пробиотического продукта, устойчивых при хранении. Это позволяет отметить высокую стабильность структуры ферментированных напитков и стойкость их в хранении.

На следующем этапе исследований оценивали антиоксидантный профиль пробиотических напитков.

Овсяные напитки обладают полезными свойствами за счет содержания фенольных соединений, таких как фенольные кислоты, флавоноиды и предшественники фитоэстрогенов – лигнаны. Только овсяные напитки содержат авенантрамиды, которые представляют собой низкомолекулярные фенольные соединения [11]. Они обладают различными биологическими свойствами, в частности антираздражающим, противовоспалительным и антиоксидантным. Важная группа фитохимикатов представлена β-глюканами в виде волокон. Другими полезными для здоровья соединениями в овсе являются каротиноиды и витамины, в частности витамин Е [6, 8, 9].

Пищевое волокно β-глюкан является основным пребиотическим соединением в овсе и может полностью ферментироваться пробиотическими бактериями.

Это позволяет предположить возможные изменения в пробиотических продуктах при ферментации овсяного напитка молочнокислыми бактериями. Результаты оценки антиок- сидантной активности пробиотических напитков приведены на рис. 3.

Для оценки влияния процесса ферментации на антиоксидантный профиль вырабатываемых пробиотических напитков оценили АОА у овсяного напитка до внесения в него заквасок, она составила 42,5 % (DPPH). Результаты оценки антиоксидантной активности (см. рис. 3) показывают увеличение данного показателя при использовании обеих заквасок. Относительно контрольного образца – напитка овсяного до внесения заквасок, ферментация заквасочной композицией 2 увеличивала АОА на 55,5 %, заквасочной композицией 1 – на 162 %. Это можно объяснить способностью лактобактерий продуцировать β-гликозидазу, которая транформирует гликозиды в соответствующие им агликоны, улучшая функциональные свойства продукта.

Отмечается разница в значениях данного показателя при хранении. Установлено, что при хранении образец на заквасочной композиции 2 показывает тенденцию к увеличению антиоксидантной активности – на 3 день – на 81,9, на 7 день – на 90,3 % относительно не ферментированного овсяного напитка. При хранении образца на заквасочной композиции 1 антиоксидантная активность снижается, на 3 сутки уменьшение составило 11,8 %, на 7 сутки – 24,3 % относительно только что произведенного ферментированного продукта на этой закваске.

Таким образом, отмечается разница в антиоксидантном профиле напитков на разных

• ■    Напиток на заквасочной композиции 1

• ■    Напиток на заквасочной композиции 2

Рис. 3. Результаты оценки антиоксидантной активности исследуемых образцов ферментированных напитков на растительной основе, % (DPPH)

заквасках и его изменении при хранении. Комбинация штаммов молочнокислых и бифидобактерий в заквасочной композиции 2: Streptococcus salivarius ssp. thermophilus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus fermentum, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum ssp. Linfantis – показывает увеличение АОА и при хранении, что может объясняться продолжающимся процессом ферментации. Заквасочная композиция 1 : Lactobacillus Acidophilus, Streptococcus thermophilus – уже при ферментации показывала большую динамику развития, и к моменту закладки продукта на хранение процесс уже закончен . Многие антиоксидантные компоненты при хранении разрушаются, чем и может объясняться снижение антиоксидантной активности при хранении.

Таким образом, возможные взаимодействия между штаммами, выбранными для производства пробиотического продукта, должны учитываться для выбора наилучшей комбинации и оптимизации их технологических характеристик.

Заключение

Проведенные исследования показали возможность использования растительного напитка на овсяной основе для ферментации выбранными заквасочными композициями. Установлено, что динамика протекания процесса накопления биомассы различается у выбранных заквасок, что может быть обусловлено формирующими закваску таксонами бактерий и их протеолитической активностью.

Результаты свидетельствуют, что комбинация бактерий в закваске влияет и на формирующиеся органолептические свойства продукта, его реологические характеристики и антиоксидантный профиль, а также определяют их изменение при хранении пробиотического продукта.

Композиция штаммов: Streptococcus salivarius ssp. thermophilus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus fermentum, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum ssp. Linfantis – показала лучшие характеристики при адаптации в неспецифической для них пищевой системе – растительной среде овсяного напитка, что определяет необходимость учитывать возможные взаимодействия между видами и штаммами бактерий для получения продукта с высокими потребительскими свойствами.