Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 10
1.1 Функциональные продукты питания 10
1.1.1 Пробиотики - физиологически функциональные пищевые 12
ингредиенты. Механизмы полезного действия пробиотиков 12
1.1.2 Характеристика ацидофильных лактобактерий и их пробиотической активности 18
1.2 Экзополисахариды молочнокислых бактерий 21
1.2.1 Виды ЭПС и их функции 22
1.2.2 Структурно-функциональная характеристика ЭПС МКБ 24
1.2.3 Особенности биосинтеза ЭПС МКБ 27
1.2.4 Перспективы применения ЭПС-продуцирующих штаммов МКБ при производстве пищевых продуктов 31
1.3 Характеристика молочной сыворотки как сырья для производства напитков и
десертов функционального назначения 33
1.3.1 Пищевая и биологическая ценность молочной сыворотки 34
1.3.2 Классификация и краткая характеристика напитков
из молочной сыворотки 38
1.3.3 Использование молочной сыворотки как основ
для приготовления десертов 42
1.4 Заключение по обзору литературы 44
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования 46
2.1 Объекты исследования 46
2.2 Методы исследования
2.2.1 Микробиологические методы анализа 47
2.2.2 Определение протеолитической активности методом казеиновой преципитации 47
2.2.3 Физико-химические методы анализа 48
2.2.4 Метод выделения и очистки экзополисахаридов лактобацилл (осаждение спиртом, очистка диализом) 49
2.2.5 Метод выделения и очистки экзополисахаридов лактобацилл (осаждение ацетоном) 50
2.2.6 Фенол-серный метод определения общего содержания Сахаров 51
2.2.7 Определение вязкости образцов нативной и ферментированной
сыворотки, киселей 53
2.3 Статистическая обработка результатов 55
2.4 Схема проведения исследования 56
ГЛАВА 3. Оценка биотехнологического потенциала штаммов lactobacillus acidophilus 58
3.1 Исследование роста и метаболизма штаммов L. acidophilus в молоке и молочной сыворотке 59 3.2 Протеолитическая активность штаммов L. acidophilus при развитии в молоке и сыворотке 62
3.3 Исследование антагонистической активности штаммов лактобацилл по отношению к грамположительным и грамотрицательным тест-культурам 65
3.4 Обобщение результатов исследования метаболической активности штаммов L. acidophilus и заключение о возможности их использования при производстве пробиотических продуктов из молочной сыворотки 71
ГЛАВА 4. Исследование строения и свойств экзополисахаридов лактобацилл 72
4.1 Количественное определение ЭПС лактобацилл 73
4.2 Исследование химического состава ЭПС лактобацилл 74
4.3 Изучение реологических свойств ЭПС лактобацилл 76
ГЛАВА 5. Разработка технологии и рецептурфункциональных десертов из ферментированной сыворотки 78
5.1 Обоснование выбора наполнителей для приготовления десертов 78
5.2 Краткая характеристика выбранных наполнителей 80
5.3 Исследование состава десертов из ферментированной молочной сыворотки, установление сроков годности 89
5.4 Описание технологического процесса производства десертов 91
ГЛАВА 6. Разработка технологии и рецептур киселей из ферментированной молочной сыворотки 95
6.1 Строение и функциональные свойства семян льна 95
6.2 Обоснование использования семян льна для производства киселей 99
6.3 Разработка рецептур киселей из молочной сыворотки 101
6.4 Описание технологического процесса производства киселей из ферментированной сыворотки 106
Выводы 111
Перечень сокращений, принятых в работе: 113
Список использованной литературы
- Характеристика ацидофильных лактобактерий и их пробиотической активности
- Определение протеолитической активности методом казеиновой преципитации
- Обобщение результатов исследования метаболической активности штаммов L. acidophilus и заключение о возможности их использования при производстве пробиотических продуктов из молочной сыворотки
- Исследование состава десертов из ферментированной молочной сыворотки, установление сроков годности
Введение к работе
Актуальность темы.
Проблема рационального и полного использования молочной сыворотки существует во всех странах с развитыми молокоперерабатывающими предприятиями. В России ежегодно в качестве побочного продукта образуется более 2,2 млн.т. творожной сыворотки; однако промышленной переработке подвергается всего около 30%. Практикуемый на сегодня повсеместный слив ее в канализацию эквивалентен ежегодной потере 1,3 млн. т. молока. Один из способов экологизации молочной отрасли заключается в комплексном использовании всех компонентов молочной сыворотки.
Практически идея комплексного подхода к переработке молочной сыворотки реализуется посредством ферментации ее специально подобранными пробио-тическими штаммами молочнокислых бактерий (МКБ) Lactobacillus acidophilus.
В последние годы особое внимание уделяется скринингу заквасочных культур L.acidophilus, способных выделять в окружающую среду экзополисахариды (ЭПС), которые могут быть использованы как в качестве натуральных биозагустителей, улучшающих реологические характеристики кисломолочных продуктов, так и выступать в роли факторов адгезии полезных микроорганизмов на стенках кишечника.
Преимущества использования штаммов МКБ, способных продуцировать ЭПС in situ, состоят в увеличении продолжительности холодильного хранения, уменьшении синерезиса, улучшении текстуры и консистенции продуктов. Для обоснования безопасности применения ЭПС МКБ при изготовлении различных пищевых продуктов необходимы знания об их строении и свойствах. В связи с этим исследования, посвященные изучению структуры, физико-химических свойств ЭПС бактерий рода Lactobacillus, являются актуальными и имеют значительный научный интерес и прикладное значение. Большой вклад в исследование строения и свойств, методов выделения и очистки таких биополимеров внесли зарубежные и отечественные ученые: L. De Vuyst, В. Degeest, Sutherland, J.Cerning, I.C.Boels, F. Vaningelgem, R. Van Kranenburg, J. Hugenholtz, M. Kleerebezem; Ботина С.Г., Ганина В.П., Рожкова Т.В., Семенихина В.Ф., Артюхова СИ., Полукаров Е.В., Правдивцева М.И. и др.
В результате ферментации молочной сыворотки ЭПС-продуцирующими штамм-мами L. acidophilus, повышается ее пищевая ценность, улучшаются органолептичес-кие и реологические характеристики. Изменение свойств сыворотки в результате ферментации позволяет использовать ее для разработки пробиотических десертов и напитков с целью расширения ассортимента продуктов из молочной сыворотки.
Цель работы: разработка технологии функциональных десертов и напитков из молочной сыворотки с использованием пробиотических вязких и невязких штаммов ацидофильной палочки.
Задачи исследования:
- изучить биотехнологический потенциал штаммов Lactobacillus acidophilus
(скорость роста, степень сбраживания лактозы, протеолитическая активность, продук
ция молочной кислоты) при ферментации молочной сыворотки;
- исследовать широту и спектр антагонистической активности штаммов L. aci
dophilus по отношению к оппортунистическим микроорганизмам;
изучить реологические характеристики ферментированной сыворотки, подобрать методику выделения ЭПС вязких штаммов L. acidophilus из ферментированной сыворотки, установить их моносахаридный состав;
разработать технологию и рецептуры функциональных пробиотических десертов и напитков из ферментированной молочной сыворотки;
изучить органолептические, физико-химические и микробиологические показатели качества и безопасности разработанных продуктов, обосновать рекомендуемые сроки их годности;
разработать проекты технической документации на десерты и кисели функционального назначения.
Научная новизна. Научно обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность и перспективность производства функциональных пробиотических напитков и десертов из молочной сыворотки, ферментированной штаммами L. acidophilus 5е, Н, 7гпіз, синтезирующими экзополисахариды.
Впервые выделены экзополисахариды, синтезируемые в молочной сыворотке штаммами-продуцентами L.acidophilus 5е, 7т 13, Н. Показано, что количества синтезируемых ЭПС и их моносахаридный состав зависят от штамма продуцента.
Разработаны новые технологии и рецептуры функциональных желированных десертов и киселей из ферментированной молочной сыворотки. Установлено, что благодаря накоплению в сыворотке экзополисахаридов, расход желирующего агента для приготовления десертов снижается в 2 раза. В технологии киселей для создания вязкой консистенции впервые использованы полисахариды семян льна.
Практическая значимость. Полученные научные результаты легли в основу технологий производства пробиотических желированных десертов и киселей из ферментированной молочной сыворотки. Разработаны проекты технической документации на десерты и кисели функционального назначения.
Основные положения, выносимые на защиту:
биотехнологический потенциал штаммов ацидофильной палочки и их скрининг для создания пробиотических продуктов из ферментированной молочной сыворотки;
перспективность использования отобранных штаммов в технологии функциональных продуктов;
особенности синтеза экзополисахаридов штаммами ацидофильной палочки, способы их выделения и свойства;
технология функциональных десертов и напитков из ферментированной молочной сыворотки.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на: 62-64-й студенческих научно-технических конференциях СПбГУНиПТ (Санкт-Петербург, 2009-2011); 65-й научно-технической конференции студентов и аспирантов ИХиБТ НИУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2012); IV Международной научно-технической конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (Санкт-Петербург, 25-27 ноября 2009 г.); V Международной научно-технической конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (Санкт-Петербург, 22-24 ноября 2011 г.); Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 24 апреля 2012 г.); XIV Всероссийском Конгрессе диетологов и нутрициологов с международным участием «Питание и здоровье» (Москва, 3-5 декабря 2012 г.); II Всероссийском конгрессе молодых ученых (Санкт-Петербург, 9-12 апреля 2013 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Пищевые ингредиенты и
инновационные технологии в производстве продукции здорового питания» (Санкт-Петербург 15-16 мая 2013 г.)
Личный вклад соискателя состоит в подготовке и проведении экспериментальных исследований на всех этапах диссертационной работы, интерпретации полученных результатов, участии в подготовке публикаций.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав: обзора литературы и собственных исследований, включающих объекты и методы исследований, результаты исследований и их обсуждение, а также заключения, выводов и списка используемых литературных источников и приложений. Основная часть работы изложена на 112 страницах, содержит 18 таблиц, 18 рисунков. Список использованных литературных источников включает 138 наименований, в том числе 55 зарубежных.
Характеристика ацидофильных лактобактерий и их пробиотической активности
В 1907 году И.И.Мечников высказал предположение, что в основе многих заболеваний лежит совокупный эффект на клетки и ткани человека разнообразных токсинов и других веществ, продуцируемых микроорганизмами, во множестве присутствующих в его пищеварительном тракте. Он полагал, что с возрастом в нижних отделах кишечника накапливаются большие количества гнилостных бактерий, продукты жизнедеятельности которых начинают оказывать на организм токсический эффект. Для снижения их количества И.И.Мечников предложил ежедневно употреблять большие количества живых молочнокислых бактерий. Практической реализацией этой идеи явилась рекомендация ученого потреблять кисломолочные продукты, ферментированные штаммом Lactobacillus bulgaricus, который он изолировал из болгарской простокваши [9].
Идею восприняли и развили специалисты многих стран — были разработаны разнообразные бактериальные препараты, проведены их клинические апробации, и вот уже на протяжении ста лет продолжается поиск наиболее терапевтически эффективных бактериальных штаммов, основ препаратов или продуктов, способных восстанавливать нарушенные микроэкологические равновесия [50].
Согласно современному уровню знаний, пробиотики - это живые микроорганизмы и вещества микробного и иного происхождения, оказывающие при естественном способе введения благоприятные эффекты на физиологические функции и биохимические реакции организма человека через оптимизацию его микроэкологического статуса (кишечную микрофлору) [13,39,42,51].
В зависимости от природы составляющих компонентов и формы использования, выделяют следующие основные группы препаратов, биологически активных добавок и продуктов функционального питания, содержащих жизнеспособные микроорганизмы и/или их метаболиты: - пробиотики, содержащие живые микроорганизмы (монокомпонентные - би-фидумбактерин, лактобактерин, колибактерин, споробактерин, бактисубтил; поликомпонентные - бификол, бифиформ, ацилакт, линекс); - безмикробные пробиотики, содержащие продукты жизнедеятельности про-биотических штаммов — метаболиты (хилак форте); - пробиотики, представляющие собой комплекс живых микроорганизмов, их структурных компонентов и метаболитов в различных сочетаниях и соединений, стимулирующих рост представителей нормальной микрофлоры; - пробиотики на основе генно-инженерных штаммов микроорганизмов, их структурных компонентов и метаболитов с заданными характеристиками; - продукты функционального питания на основе живых микроорганизмов, их метаболитов, других соединений микробного, растительного или животного происхождения, способные поддерживать и восстанавливать здоровье через коррекцию микробной экологии организма хозяина [5,42].
Большинство исследователей относят к бактериям-пробиотикам, главным образом, представителей нормальной микрофлоры кишечника и других полостей организма, т.е. микроорганизмов-эубиотиков. Классическими пробиотиками считают бифидобактерии {Bifidobacterium adolescentis, В. bifidum, В. breve, В. infantis, В. longum, В. animalis, В. thermophilum) и молочнокислые микроорганизмы рода Lactobacillus (Lactobacillus acidophilus, L. casei, L. delbrueckii subsp. bulgaricus, L. helveticus, L. fermentum, L. lactis, L. rhamnosus, L. salivarius, L. plantarum, L. reuteri, L. cellobiosus, L. curvatus) [22,42,75]. Это связано с тем, что наибольшее количество благотворно влияющих на здоровье людей бактерий выделено именно из кишечника человека и именно эти бактерии, колонизируя ЖКТ и постоянно присутствуя в нем, берут на себя основную защитную функцию, в то время как другие микроорганизмы являются транзиторными. Вместе с тем, имеется достаточно фактических данных, свидетельствующих о наличии пробиотических свойств у молочнокислых палочек и кокков, не встречающихся в кишечнике человека, а также других микроорганизмов - грамположительных (Propionibacterium acnes, Bacillus subtilis) и грамотрицательных (Escherichia coli, Citrobacter) бактерий, дрожжей (Saccharomyces boulardii, Candida pintolepesii) и грибов, в том числе высших (Aspergillus, Rizopus, Cordiceps) [75].
Суть эффектов, на знании которых основывается успех применения пробиоти-ков, заключается в следующем:
1) колонизация ЖКТ пробиотическими микроорганизмами, проявляющими антагонизм в отношении патогенных и условно-патогенных бактерий, вирусов, грибов и дрожжей. Постоянное присутствие в кишечнике достаточного количества прикрепленных к его стенке резидентных микроорганизмов предотвращает размножение патогенных агентов, их инвазию в эритроциты и прохождение через кишечную стенку путем создания в своем биотопе неблагоприятной для посто 15 ронней микрофлоры рН среды, выработки бактериоцинов, а также лишения конкурирующих недружественных микроорганизмов их нутриентов и мест адгезии;
2) полезная и адекватная метаболическая активность — стимуляция синтеза биологически активных веществ и обновления слоя поверхностных клеток слизи стой оболочки кишечника, происходящего каждые 48 ч, поддержание высоких уровней комплемента (набора иммунных белков), лизоцима (фермента, разру шающего оболочки бактериальных клеток), секреторных иммуноглобулинов, ин терферона, различного типа цитокинов (сигнальных молекул), важных для прояв ления естественного иммунитета; продукция витаминов К, тиамина (В(), рибоф лавина (В2), биотина, ниацина, пиридоксина (Вб), цианкобаламина (В 12) и фолие вой кислоты; гидролиз желчных солей и холестерина и регуляция его уровня; участие в рециркуляции женских половых гормонов и др. [5,75].
Нормально функционирующая резидентная микрофлора контролирует продукцию токсинов в кишечнике, предупреждая их избыточную выработку и попадание в кровоток. В результате метаболизма пробиотиков, обладающих детоксицирую-щими и протеолитическими свойствами, в кишечнике обеспечивается протеолиз эндотоксинов, аллергенов и антигенов.
3) оптимизация пищеварения и нормализация моторной функции кишечника путем выработки субстанций, оказывающих морфокинетическое действие; регуляция времени прохождения пищи по ЖКТ за счет участия в метаболизме желчных кислот, ингибирования синтеза серотонина;
4) детоксицирующая и защитная роль: предотвращение негативного влияния радиации, химических загрязнителей пищи, канцерогенных факторов, токсичных эндогенных субстратов, непривычной и экзотической пищи [5,42,50,51,75,106].
Экспериментально доказано, что микроорганизмы пищеварительного тракта способны активно метаболизировать сложные субстраты, поступающие извне (пищевые продукты) или имеющие эндогенное происхождение (компоненты слюны, пищеварительных соков, слущенный эпителий, мертвые микроорганизмы и т.д.). Микробная трансформация различных субстратов приводит к образованию низкомолекулярных биологически активных функциональных веществ. Эти вещества по размерам близки к бактериальным клеткам, способны проникать в биологические жидкости и модифицировать практически любые метаболические реакции в организме [94]. С одной стороны, они являются стимуляторами роста представителей нормального микробиоценоза (происходит повышение относительной концентрации компонентов резидентной микрофлоры, которые вытесняют патогенную и условно-патогенную микрофлору). С другой стороны, низкомолекулярные метаболиты пробиотика выступают как иммуномодуляторы, нормализуя иммунный статус слизистой [49].
В последнее время появляются сообщения об обнаружении у некоторых МКБ антиоксидантных свойств, которые сохраняются и даже усиливаются в составе пищевых продуктов, ферментированных или обогащенных ими. В одном из первых проведенных исследований было обнаружено, что 19 из 570 штаммов МКБ подавляют in vitro перекисное окисление липидов (ПОЛ) микросом, выделенных из печени крыс, более чем на 90%. В число этих «антиоксидантных» штаммов входят 16 штаммов (из них 11 - L. casei), 2 штамма Streptococcus thermophilus и 1 штамм Lactococcus lactis. Позже в ряде исследований была показана способность бесклеточных экстрактов различных штаммов МКБ подавлять ПОЛ, захватывать свободные радикалы, обезвреживать Н2Ог. Высокую антирадикальную и восстанавливающую активность в модельных системах in vitro проявляли и пробиотиче-ские продукты - содержащие МКБ пробиотики [63].
Учитывая все вышеизложенное, можно признать, что в современных условиях жизни пробиотики служат важным и необходимым инструментом защиты человека от дисбактериозов ЖКТ, возникающих как следствие нерациональной анти-биотикотерапии, перенесенных кишечных заболеваний, длительного применения нестероидных противовоспалительных препаратов, цитостатической терапии, неправильного питания, стрессов. Пробиотическое воздействие, реализовываясь в кишечнике, может быть охарактеризовано как значительно более широкое, направленное не только на коррекцию сдвигов в микробиоценозе ЖКТ, но и в определенном смысле как способствующее поддержанию гомеостаза организма в целом [75]. В связи с вышесказанным, по-прежнему актуальным остается вопрос разработки технологии получения новых, более эффективных, функциональных пробио-тических продуктов. Качество таких продуктов закладывается на этапе подбора штаммовой формулы закваски: важно, чтобы в просвете кишечника популяция бактериальных клеток пробиотика начала интенсивно развиваться, так как продукты жизнедеятельности бактериальных клеток ответственны за профилактическое и лечебное действие функционального продукта. Низкомолекулярные метаболиты выступают в роли активаторов роста компонентов резидентной микрофлоры и эффективного иммуномодулятора, а высокомолекулярные продукты метаболизма ответственны за проявление антагонистической активности по отношению к патогенной и условно-патогенной транзиторной микрофлоре [49].
Следовательно, на стадии подбора бактериальных штаммов-основы пробиотика, последние должны удовлетворять следующим требованиям:
1) они должны быть изолированы из организма тех видов животных и человека, для которых они и будут предназначены;
2) они должны обладать полезным воздействием на организм хозяина, подтвержденным лабораторными исследованиями и клиническими наблюдениями;
3) при длительном использовании не должны вызывать побочных эффектов;
4) микроорганизмы должны быть идентифицированы до вида по фено- и гено-типическим признакам; должна быть исследована генетическая характеристика штамма, в том числе внехромосомные факторы наследственности;
5) штаммы должны относиться к виду, не вызывающему заболеваний человека, т.е. должны быть авирулентными, апатогенными, безопасными для людей;
6) свойства штаммов должны быть стабильными при культивировании, в процессе производства;
7) штаммы должны проявлять антагонистическую активность (АА) к патогенным и условно-патогенным микроорганизмам, при этом не должны угнетать представителей нормальной микрофлоры; желательна хромосомная устойчивость к терапевтическим дозам антибиотиков; 8) штаммы должны быть стабильны по биологическим свойствам на всех стадиях процесса получения препаратов и при хранении их в регламентированные сроки;
9) штаммы должны обладать колонизационным потенциалом, т.е. сохраняться в пищеварительном тракте до достижения максимального положительного действия (быть устойчивыми к низким значениям рН, фенолу, индолу и желчи; обладать хорошей адгезией к эпителию соответствующих слизистых оболочек) [42,50,75,79].
Определение протеолитической активности методом казеиновой преципитации
В данной работе в качестве объектов исследования было использовано следующее сырье и материалы: сыворотка творожная пастеризованная ТУ 9229-110-04610209 ОАО «Тихвинский молочный завод»; стартовые культуры - штаммы молочнокислых палочек Lactobacillus acidophilus Зе, 5е; 7 т ; Н; Нз; 22 щ; 20 Т; 422 (из коллекции ИХиБТ); мед цветочный, гречишный, каштановый ГОСТ 19792-01 ООО «Пчеловод»; сироп брусничный ГОСТ 28499-90, ТИ 10-00334596-6-08 ООО «ТЕХПЛАСТСЕРВИС»; сироп «Клюква» ГОСТ 28499-90 ООО «Рос-Прод»; сироп «Черника» ГОСТ 28499-90 ООО «РосПрод»; сироп «Зеленый чай с шиповником» ТУ 9185-005-18684507-05 ООО «Астромар»; сироп «Боярышник и черноплодная рябина» ТУ 9185-023-18684507-05 ООО «Астромар»; абрикосовая эссенция, лимонная эссенция, клубничный ароматизатор; концентрат виноградного сока; семена льна (Semini Lini); желатин пищевой ГОСТ 11293-89 ООО «Топ Продукт»; образцы готовых продуктов.
Чистые культуры хранили в сублимированном виде. Активирование сублимированных культур проводили при температуре (37±1 С) в течение 10-12 ч. Первичную закваску готовили на обезжиренном (0,05 %) молоке, стерилизованном автоклавированием в течение 30 мин при избыточном давлении 0,5 атм.
Первичную закваску в количестве 5% вносили в раскисленную творожную сыворотку (рН 6,1-6,3; 22-25 Т), пастеризованную при при 86 С с выдержкой 30 с. Ферментацию проводили при оптимальной для лактобацилл температуре (37±1 С) в течение 6-7 ч.
Для исследования морфологических характеристик изучаемых культур готовили препараты, окрашенные метиленовым синим, микроскопировали с иммерсией при увеличении 90x15.
Антагонистическую активность лактобацилл определяли стандартным методом перпендикулярных штрихов на среде МРС-5. Учет результатов производили по величине зоны задержки антагонистом роста тест-культур (мм).
Количество молочнокислых бактерий определяли по ГОСТ 10444.11-89 «Продукты пищевые. Методы определения молочнокислых микроорганизмов» [26] и методом прямого подсчёта под микроскопом Виноградского-Брида [2,21].
Скорость роста вычисляли, исходя из начальной и конечной плотности бактерий Хо и Xt, в моменты времени t и to по формуле (In Xt- In Хо)/( t - to) [25,80].
Сущность метода заключается в измерении белых зон, появляющихся на казеиновом агаре в результате расщепления казеината натрия протеолитическими ферментами микроорганизмов до нерастворимых пара-казеинатов. Характер и диаметр преципитатных зон зависят от активности ферментов, концентрации ионов Mg2+, рН среды и температуры инкубации.
Помимо белых зон возможно образование вблизи источника протеолитических ферментов прозрачных зон, обусловленных более глубоким расщеплением пара-казеинатов до мелких пептидов и аминокислот.
Техника определения Готовят среду следующего состава: казеинат натрия - 1%, MgCb - 0,1%, агар -1,4%, мертиолат - 0,01%; рН среды 6,2-6,5. Среда не нуждается в стерилизации, т.к. содержит сильный антисептик (мертиолат). Расплавленную среду разливают в чашки Петри слоем толщиной 2 см. В агаровом слое вырезают отверстия диаметром 6 мм и вносят в них микропипеткой 0,025 см3 исследуемого материала. Чашки инкубируют при 37 С в течение 6-8 ч, после чего измеряют диаметр образовавшихся белых зон [131]. Расчет Протеолитическую активность (ПА) характеризуют величиной, равной квадрату диаметра зоны. 2.2.3 Физико-химические методы анализа Титруемую кислотность определяли по ГОСТ 3624-92 «Молоко и молочные продукты. Титриметрические методы определения кислотности» [11]. Кислотообразующую активность штаммов оценивали по снижению рН сыворотки, ферментированной соответствующим бактериальным штаммом. Измерение рН проводилось при помощи электронного рН-метра рН-410.
Содержание лактозы в молочной сыворотке определяли иодометрическим методом согласно МВИ [26,40]; количество молочной кислоты - согласно методике [21,81].
Содержание белка определяли по методу Лоури [117]. Содержание влаги и сухого вещества в образцах готовых продуктов определяли высушиванием согласно ГОСТ 3626-73 «Молоко и молочные продукты. Методы определения влаги и сухого вещества» [10].
Гигиеническую оценку сроков годности проводили в соответствии с требованиями, изложенными в МУК 4.2.1847-04 «Санитарно-эпидемиологическая оценка обоснования сроков годности и условий хранения пищевых продуктов» [41] и СанПиН 2.3.2.1324-03 «Гигиенические требования к срокам годности и условиям хранения пищевых продуктов» [61]. 10,00 г культуральной среды аккуратно помещали в центрифужную пробирку на 50 мл. Содержимое пробирок нагревали на кипящей водяной бане в течение 10 мин для инактивации ферментов, ответственных за разрушение образованных ЭПС. Образцы охлаждали до комнатной температуры, добавляли по 250 ul 80%-го раствора ТХУ, тщательно перемешивали и оставляли на 12 ч при 4 С для осаждения белков. Осадок белка отделяли центрифугированием при 6000g в течение 20 мин, к надосадочной жидкости добавляли двойной объем охлажденного 96 %-го этилового спирта (3-5 С) для осаждения ЭПС. Осадок ЭПС собирали после центрифугирования при 6000g в течение 20 мин, растворяли в небольшом количестве бидистиллированной воды и очищали от низкомолекулярных соединений путем проведения диализа. Использовали диализные мембраны фирмы Orange Scientific (Membrane Filtration Products, Inc., USA; Cellu Sep HI) с пределом исключения 12-14 кДа. Выделенные фракции высушивали. Диализ проводили против дистиллированной воды в течение 48 ч, со сменой воды 2-4 раза в сутки. Количество дистиллированной воды для диализа брали, исходя из соотношения Vp.pa эпс/УВ0ДЫ= 1:20 [91,103]. 2.2.5 Метод выделения и очистки экзополисахаридов лактобацилл (осаждение ацетоном)
После окончания ферментации к культуральной жидкости добавляли равный объем 20% трихлоруксусной кислоты (ТХУ). Смесь оставляли на 4 ч при 12 С для осаждения белков, после чего центрифугировали при 25 000g в течение 20 мин. К надосадочной жидкости добавляли равный объем ацетона и оставляли на 12 ч при 4 С для осаждения ЭПС. ЭПС собирали после центрифугирования при 25 000g в течение 20 мин, высушивали при 40-45 С и взвешивали. Для получения более точных результатов осадок белка, полученный на первой стадии дополнительно промывали ТХУ и повторно центрифугировали как было описано выше [97].
Обобщение результатов исследования метаболической активности штаммов L. acidophilus и заключение о возможности их использования при производстве пробиотических продуктов из молочной сыворотки
Таким образом, использование для ферментации молочной сыворотки штаммов L. acidophilus, обладающих способностью синтезировать ЭПС, позволяет получить синбиотический продукт, содержащий как жизнеспособные клетки про 91 биотической культуры, так и пребиотики в виде микробных полисахаридов. Присутствие в ферментированной сыворотке ЭПС, образуемых штаммами ацидофильной палочки, позволяет сократить расход желирующих агентов при изготовлении десертов.
Энергетическая ценность разработанных десертов невысока, что позволяет рекомендовать их в качестве продуктов диетического питания, особенно для людей с излишним весом. Также разработанные десерты могут быть рекомендованы для ежедневного употребления в составе пищевых рационов школьников, студентов и людей, ведущих активный образ жизни.
Желе из молочной сыворотки вырабатывается с использованием желатина, закваски ацидофильной палочки и различных наполнителей (мед, плодово-ягодные сиропы, фитоэкстракты, ароматизаторы).
Технологический процесс производства десертов состоит из следующих последовательно осуществляемых операций: - приемка сыворотки, охлаждение (при необходимости), промежуточное хранение; - раскисление молочной сыворотки; - приемка и подготовка вспомогательных материалов; - пастеризация сыворотки, охлаждение до температуры заквашивания, - заквашивание и сквашивание сыворотки; - приготовление желирующего раствора; - составление смеси - внесение наполнителей и желирующего раствора; - фасовка и упаковка продукта; - охлаждение и желирование; - хранение готового продукта. Исходя из особенностей получаемого продукта - гелеобразная система, содержащая пробиотические культуры микроорганизмов - была предложена операционная схема производства со следующими режимами (рис. 16).
Творожная сыворотка поступает на предприятие в автомолцистерне 1. Производится оценка качества сыворотки (органолептические показатели; t, С; К, Т; р, кг/м3) и ее приемка, в ходе которой количество поступившей сыворотки определяют с помощью счетчика объемного действия 2. В случае необходимости поступившую сыворотку охлаждают до температуры t = (4±2) С в пластинчатой охладительной установке 3 и подают в резервуары для промежуточного хранения 4,5. Сыворотка в резервуаре может храниться при t 4С до 12 часов, при t = 5,6 С до 6 часов.
Наполнители и вкусоароматические добавки принимают в соответствии с требованиями качества, установленными лабораторией предприятия. В начале технологического процесса сиропы, мед и концентрат виноградного сока (в зависимости от вида вырабатываемого продукта) темперируют при комнатной температуре для обеспечения хорошего перемешивания с ферментированной сывороткой.
Затем сыворотку раскисляют до 20+22 Т в емкости 9. Для этого к определенному количеству сыворотки, взятой из резервуара 4, при тщательном перемешивании добавляют необходимое количество соды.
Далее нейтрализованная творожная сыворотка поступает в уравнительный бак 11 пластинчатой пастеризационно-охладительной установки 13. Из уравнительного бака 11 сыворотка насосом 12 перекачивается в первую секцию (регенерации) ОПУ 13, где нагревается до t = 40 — 45С. Подогретая сыворотка поступает в сепаратор для очистки от казеиновой пыли и жира 14. Очищенная сыворотка поступает во вторую секцию ОПУ 13 (здесь она подогревается до t = 60 - 65С), далее в секцию пастеризации (пастеризация при t = 86±2 С с выдержкой 30 с). Из вы-держивателя сыворотка подается в секции рекуперации Р2 и Р1, и в секцию нагрева-охлаждения, где охлаждается до температуры заквашивания t = (38±1) С. При нарушении режима пастеризации недопастеризованная сыворотка через возвратный клапан направляется на повторную пастеризацию в уравнительный бак 11.
Пастеризованную и подогретую до температуры заквашивания сыворотку перекачивают в резервуары с рубашкой и мешалкой рамного типа 17,18. В эти же резервуары 17,18 вносится закваска ацидофильной палочки, приготовленная на стерилизованном обезжиренном молоке в заквасочниках 15,16. Закваску вносят вручную в количестве 5% от массы сыворотки после заполнения резервуара сывороткой при включенной мешалке. Полученную смесь перемешивают в течение 15-20 мин. Допускается внесение закваски в потоке при заполнении резервуара.
Часть пастеризованной сыворотки с помощью трехходового крана направляют в ВДП 7. Здесь сыворотку охлаждают, а затем готовят раствор желатина. Для этого желатин растворяют в сыворотке в соотношении 1 : 9 и оставляют для набухания в покое на 30 минут. После этого набухший желатин при постоянном спокойном перемешивании подогревают до 60-65 С, затем охлаждают до температуры, не выше 40-45 С, но не ниже 35 С.
Заквашенную сыворотку перемешивают в течение 15-20 мин и оставляют в покое на 5-6 часов для нарастания кислотности до К=75-85 Т.
После окончания сквашивания ферментированную сыворотку перемешивают в течение 10-15 мин, вносят мед и другие наполнители в соответствии с рецептурой и перемешивают до полного растворения меда.
Затем с помощью мембранного насоса 8 в одну из емкостей 17,18 с подготовленной смесью сыворотки и наполнителей подают раствор желатина, перемешивают и фасуют с помощью фасовочного автомата 22 в пластиковые стаканчики весом 150 г с запечатыванием их алюминиевой фольгой или валкилидом. Во вторую емкость 18 с подготовленной смесью раствор желатина вносят только после окончания фасовки из первой 17 во избежание преждевременного желирования. После фасовки стаканчики с десертом помещают в холодильную камеру с t = 6-8 С для гелеобразования, продолжительность которого должна составлять не более 4-5 часов.
Исследование состава десертов из ферментированной молочной сыворотки, установление сроков годности
Кисель из молочной сыворотки вырабатывается с использованием семян льна, закваски ацидофильной палочки и различных наполнителей (мед, фруктово-ягодные наполнители, фитоэкстракты, ароматизаторы).
Технологический процесс производства киселей состоит из следующих последовательно осуществляемых операций: - приемка сыворотки, охлаждение (при необходимости), промежуточное хранение; - раскисление молочной сыворотки; - приемка и подготовка вспомогательных материалов; 107 - пастеризация сыворотки, охлаждение до температуры заквашивания, - заквашивание и сквашивание сыворотки; - приготовление сывороточно-льняной основы (заваривание, фильтрование, охлаждение); - составление смеси ферментированной сыворотки и сывороточно-льняной основы; - внесение наполнителей - фасовка и упаковка напитков; - охлаждение и хранение готового продукта. Исходя из особенностей получаемого продукта - кисель из ферментированной молочной сыворотки, обладающий функциональными свойствами и содержащий жизнеспособные клетки пробиотических микроорганизмов - была предложена операционная схема производства со следующими режимами (рис. 18).
Творожная сыворотка поступает на предприятие в автомолцистерне 1. Производится оценка качества сыворотки (органолептические показатели; t, С; К, Т; р, кг/м3) и ее приемка, в ходе которой количество поступившей сыворотки определяют с помощью счетчика объемного действия 2. В случае необходимости поступившую сыворотку охлаждают до температуры t = (4±2) С в пластинчатой охладительной установке 3 и подают в резервуары для промежуточного хранения 4,5. Сыворотка в резервуаре может храниться при t 4С до 12 часов, при t = 5,6 С до 6 часов.
Наполнители и вкусоароматические добавки принимают в соответствии с требованиями качества, установленными лабораторией предприятия. В начале технологического процесса сиропы, мед и концентрат виноградного сока (в зависимости от вида вырабатываемого продукта) темперируют при комнатной температуре для обеспечения хорошего перемешивания с ферментированной сывороткой
Сыворотку раскисляют до 20+22 Т в емкости 9. Для этого к определенному количеству сыворотки, взятой из резервуара 4, при тщательном перемешивании добавляют необходимое количество соды.
Далее нейтрализованная творожная сыворотка поступает в уравнительный бак 11 пластинчатой пастеризационно-охладительной установки 13. Из уравнительного бака 11 сыворотка насосом 12 перекачивается в первую секцию (регенерации) ОПУ 13, где нагревается до t = 40 - 45 С. Подогретая сыворотка поступает в сепаратор для очистки от казеиновой пыли и жира 14. Очищенная сыворотка поступает во вторую секцию ОПУ 13 (здесь она подогревается до t = 60 - 65С), далее в секцию пастеризации (пастеризация при t = 86±2 С, с выдержкой 30 с). Из вы-держивателя сыворотка подается в секции рекуперации Р2 и Р1, и в секцию нагрева-охлаждения, где охлаждается до температуры заквашивания t = (38±1) С.
При нарушении режима пастеризации недопастеризованная сыворотка через возвратный клапан направляется на повторную пастеризацию в уравнительный бак 11.
Часть пастеризованной и подогретой до температуры заквашивания сыворотки перекачивают в резервуары с рубашкой и мешалкой рамного типа 17,18. В эти же резервуары 17,18 вносится закваска ацидофильной палочки, приготовленная на стерилизованном обезжиренном молоке в заквасочниках 15,16. Закваску вносят вручную в количестве 5% от массы сыворотки сразу же после заполнения резервуара сывороткой при включенной мешалке.
Заквашенную сыворотку перемешивают в течение 15-20 мин и оставляют в покое на 5-6 часов для нарастания кислотности до К=75-85 Т.
Вторую часть пастеризованной сыворотки с помощью трехходового крана направляют в ВДП 7. Здесь сыворотку подогревают до температуры 90-100 С, вносят семена льна согласно рецептуре, кипятят в течение 10-15 мин до загустения, проводят горячее фильтрование смеси для отделения семян. Полученную вязкую основу охлаждают до (37±1)С в емкости с рубашкой и мешалкой 10.
После окончания сквашивания ферментированную сыворотку перемешивают в течение 10-15 мин, смешивают с вязкой основой в соотношении 1:1 и получают кисель, в который для улучшения органолептических свойств вносят наполнители (мед, сироп зеленого чая, сироп черноплодной рябины и боярышника, фруктово-ягодный наполнитель персик-маракуйя) и ароматические добавки (ароматизатор «клубника», настойка элеутерококка). Полученный кисель разливают с помощью разливочного автомата 22 в пластиковые бутыли объемом 150-200 дм3 с завинчивающимися крышками. После фасовки бутыли с киселем помещают в холодильную камеру с t = 6-8 С для охлаждения; на предприятии напитки хранят не более 36 часов при t = (4±2) С.
