Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1 Микробиологический состав кефирных грибков 10
1.2 Механизм биосинтеза полисахаридов молочнокислыми бактериями 19
1.3 Микроорганизмы продуценты кефирана 21
1.4 Биологическое действие полисахарида кефирных грибков - кефирана . 24
1.5 Структурная формула и физико-химические свойства кефирана 27
1.6 Методы выделения и количественного анализа кефирана 31
1.7 Оптимизация биосинтеза кефирана 33
1.8 Выводы по главе 1 39
ГЛАВА II Организация, объекты и методы исследований 41
2.1 Структура исследования 41
2.2 Объекты исследования и применяемое сырье 43
2.3 Методы исследования 44
Выводы по главе II 47
ГЛАВА III Исследование условий накопления полисахаридов при брожении кефирных грибков 48
3.1 Физико-химические свойства кефирана 48
3.2 Разработка метода количественного анализа полисахаридов, продуцируемых молочнокислыми бактериями 49
3.3 Количественный анализ полисахаридов в кефире 52
3.4 Определение наиболее значимых факторов, влияющих на биосинтез кефирана, и поиск оптимальных условий 55
Выводы по главе III 64
ГЛАВА IV Математическое моделирование биосинтеза кефирана при производстве кисломолочных продуктов 66
4.1 Обоснование и описание используемой математической модели 66
4.2 Моделирование сбраживания молока 68
4.3 Введение в модель влияния вырабатываемой молочной кислоты на значение рН 70
Выводы по главе IV 75
ГЛАВА V Практическое применение результатов исследования 76
5.1 Разработка технологической схемы производства кисломолочного напитка 76
5.2 Разработка технологической схемы производства полисахарида кефирных грибков - кефирана 81
Выводы по главе V 87
Основные результаты работы и выводы 89
Список используемых источников 91
Приложение 111
- Биологическое действие полисахарида кефирных грибков - кефирана
- Разработка метода количественного анализа полисахаридов, продуцируемых молочнокислыми бактериями
- Введение в модель влияния вырабатываемой молочной кислоты на значение рН
- Разработка технологической схемы производства полисахарида кефирных грибков - кефирана
Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема здорового питания никогда не перестанет быть актуальной на фоне увеличивающегося числа заболеваний, связанных с образом жизни. Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) определяет главные факторы риска повышенного кровяного давления, повышенного содержания сахара в крови, нарушения уровней липидов в крови, излишнего веса/ожирения и основных хронических болезней, таких как сердечно-сосудистые заболевания, рак и диабет - это физическая инертность и нездоровое питание. Осознавая исключительную возможность для разработки и проведения эффективной стратегии для значительного уменьшения числа случаев смерти и бремени болезней во всем мире путем улучшения питания и стимулирования физической активности, ВОЗ приняла в мае 2004 г. «Глобальную стратегию по питанию, физической активности и здоровью». Эта глобальная стратегия одной из 4 своих целей включает слежение за научными достижениями и содействие исследованиям в области питания и физической активности.
Большую популярность приобретают функциональные продукты
питания, т.е. сохраняющие и улучшающие здоровье за счет наличия в их
составе физиологически функциональных пищевых ингредиентов (ГОСТ Р
52349-2005). Полисахариды, производимые молочнокислыми бактериями, в
частности кефиран, могут выступать как физиологически функциональные
пищевые ингредиенты за счет их абсолютной безопасности и научно
доказанного полезного действия на организм, включая иммуномодулирующее,
противоопухолевое, противометастазное, противоастматическое,
противоаллергическое, гепатопротекторное, противомикробное,
ранозаживляющее действие.
Большой вклад в разработку перспективных технологий производства функциональных молочных продуктов питания и исследование их свойств сделали отечественные ученые: А.Г. Храмцов, В.Д. Харитонов, З.С. Зобкова, Л.А. Остроумов, Ю.Я. Свириденко, Н.И. Дунченко, Н.А. Тихомирова, В.И. Ганина, Н.Б. Гаврилова, А.А. Майоров, А.Ю. Просеков, Л.А. Забодалова, И.А. Смирнова, Л.М. Захарова и другие.
Также необходимо учитывать опыт зарубежных исследователей, и в первую очередь японских, поскольку именно Япония начала исследования по созданию функциональных продуктов и приблизительно в 80-х гг. появился сам термин. Большое количество работ по изучению условий биосинтеза и биологических свойств кефирана принадлежат японским авторам.
Учитывая данные аргументы, проведение исследований по изучению условий биосинтеза кефирана и применение полученных результатов для разработки функционального кисломолочного продукта и технологии биосинтеза кефирана можно считать актуальным.
Целью работы является изучение факторов, влияющих на биосинтез полисахаридов кефирными грибками; применение полученных результатов для
разработки технологии производства нового функционального напитка с повышенным содержанием кефирана, разработки технологии получения кефирана.
Для достижения поставленной цели был сформулирован ряд взаимосвязанных задач, в частности:
выделение полисахарида из кефирных грибков и его характеристика;
разработка метода количественного анализа полисахаридов в молоке и сыворотке, сброженных кефирными грибками; изучение основных технологических параметров, влияющих на выработку полисахарида кефирными грибками;
использование математической модели для оценки технологии производства кефирана;
разработка технологической схемы производства кисломолочного напитка - кефира с повышенным содержанием кефирана;
разработка технологии производства кефирана с применением молочной сыворотки в качестве основного сырья.
Научная новизна работы заключается в следующем:
определены факторы, влияющие на выработку кефирана кефирными грибками при культивировании на молочной сыворотке;
разработана методика количественного определения содержания полисахаридов при производстве кисломолочных продуктов;
предложена математическая модель описания биосинтеза кефирана при производстве кисломолочных продуктов.
Практическая значимость работы определяется полученными результатами:
предложен метод количественного анализа полисахаридов в кисломолочных продуктах;
разработана технологическая схема производства кефирана с использованием в качестве основного сырья побочного продукта переработки молока - молочной сыворотки;
разработана технологическая схема производства кисломолочного напитка - кефира с повышенным содержанием кефирана.
Проект производства функционального кисломолочного напитка с высоким содержанием кефирана рекомендован к участию в государственной программе поддержки малых инновационных предприятий «Старт». На основании предложенной схемы внесены изменения в технологическую инструкцию производства кефира на предприятии ООО «Красноярское молоко».
Исследование получило поддержку Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе «Участник
молодежного научно-инновационного конкурса 2011» за разработку способа биосинтеза полисахаридов молочнокислыми бактериями.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на Научно-практической конференции с международным участием «Безопасность и экология предприятий пищевой промышленности. Инновационные решения использования отходов пищевых производств» (Москва, 2009); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Инновационные технологии в пищевой промышленности», (Самара, 2009); Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Пищевые продукты и здоровье человека», (Кемерово, 2010); Международной научно-практической конференции «Инновационные пути в разработке ресурсосберегающих технологий производства и переработки сельскохозяйственной продукции», (Волгоград, 2010); Форуме. «Селигер» Зворыкинского проекта, (2010); Инновационном форуме пищевых технологий, посвященный юбилею МГУПП, (Москва, 2010); аккредитованных мероприятиях программы «У.М.Н.И.К.», (Самара 2010, 2011); Всероссийской конференции с международным участием «Пищевые продукты и здоровье человека», (Кемерово, 2011); Молодежном инновационном форуме ПФО (Ульяновск, 2011); Международной научно-практической конференции «Биологически активные вещества» (Новый Свет, АР Крым, Украина, 2011); Всероссийском молодежном образовательном форуме «Селигер» (2011).
Публикации. Основное содержание работы изложено в 17 публикациях, в том числе 4 статьи в журналах из Перечня ВАК, 1 патент на изобретение.
Объем и структура работы. Материал диссертации изложен на 110 страницах машинописного текста, содержащий 23 рисунка, 7 таблиц. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения в виде коротких выводов, списка литературы из 178 наименований, приложения.
Биологическое действие полисахарида кефирных грибков - кефирана
Актуальность изучения строения и свойств кефирана, а также необходимость решения проблем промышленного производства, определяются уникальным действием этого полисахарида на организм.
Показано, что кефиран обладает противоопухолевой и иммуномодулирующей активностью. В опытах на мышах, которым подкожно вводили клетки карциномы Эрлиха и саркомы 180, рост солидной опухоли был задержан на 40-59% и 21-81% соответственно в группе животных, которым вводили в пищу или интраперитонеально кефиран, по сравнению с контрольной группой. Причем, непосредственно на опухолевые клетки in vitro этот полисахарид никакого действия не оказывает [145]. Кефиран усиливает реакцию на гиперчувствительность замедленного типа у здоровых мышей и мышей с введенными опухолевыми клетками, причем наблюдалась значительная корреляция между реакцией на гиперчувствительность и противоопухолевой активностью [126]. Дальнейшее исследование показало, что повышение иммунитета, вызванное приемом кефирана, скорее всего, осуществляется участием Т-клеток, а не В-клеток. Оптимальная доза кефирана в данном исследовании составила 100 мг/кг массы тела [125]. Помимо того, что кефиран препятствует росту опухоли, он способен подавлять метастазы за счет активации макрофагов [78].
Противоастматическое действие кефирана было исследовано на мышах, сенсибилизированных путем интраперитонеального введения альбумина и ингаляцией раствора 1% альбумина в фосфатном буферном растворе в течение 20 мин на протяжении 3 дней. Кефиран вводили с кормом за 1 час до ингаляции в количестве 50 мг/кг массы тела. Потребление кефирана значительно (р 0,05) снижает количество эозинофильных лейкоцитов и других воспалительных клеток в легочной ткани, понижает содержание интерлейкинов до нормального уровня, сокращает количество вырабатываемой слизи [106].
Для исследования уровня влияния кефирана на содержание глюкозы в крови была использована животная модель инсулиннезависимого диабета -ККАу мыши с генетически обусловленной резистентностью к инсулину. Постпрандиальный уровень глюкозы после 30 дней введения в корм мышам кефирана в количестве 100 мг/кг и 300 мг/кг был значительно ниже (р 0,05 и р 0,01 соответственно) по сравнению с контрольной группой и ниже начального уровня [114].
Исследование влияния очищенного кефирана и высушенной биомассы культуры L. kefiranofaciens, содержащей 33,3% кефирана, на животных моделях гиперхолестеринемии, вызванной добавлением к корму крыс холестерина, и ожирения печени и гиперлипедимии, вызванные добавлением к корму оротовой кислоты, показало, что кефиран обладает профилактической активностью по отношению к заболеваниям печени. При введении кефирана наблюдается понижение уровня холестерина в крови, причем интересным является то, что это происходит не из-за снижения абсорбции холестерина, а за счет связывания гепатоэнтерально циркулирующего холестерина в кишечнике. Также была обнаружена четкая негативная корреляция уровня гистамина в фекальных массах с количеством потребления кефирана. Гистамин является сильным биоактивным веществом, в значительной мере влияющим на образование аллергических реакций. Оно может производиться из свободного гистидина кишечной микрофлорой. Кефиран ингибирует синтез гистамина в слепой кишке, что является еще не изученной функцией пищевых волокон [113]. Следует также добавить, что молочнокислые бактерии, входящие в состав кефирных грибков, способны к ферментативному расщеплению холестерина, естественным образом содержащегося в молоке [160]. Поэтому здесь уже можно говорить о комплексном действии кефирных грибков на уровень холестерина как в самом продукте, так и в организме.
Известно, что кефир обладает ингибирующим действием в отношении целого ряда патогенных микроорганизмов: Salmonella, Helicobacter, Shigella, Staphylococcus, Escherichia coli, Enterobacter aerogenes, Proteus vulgaris, Bacillus subtilis, Micrococcus luteus, Listeria monocytogenes, Streptococcus pyogenes и Candida albicans [88, 105, 140]. Возможно, что главной составляющей этого эффекта является противомикробное действие полисахарида. Из 58 штаммов Lactobacillus spp., выделенных из кефира, наилучшими пробиотическими свойствами обладал штамм L. kefiranofaciens CYC 10058, была проявлена лучшая противомикробная активность в отношении энтеропатогенных бактерий: Е. coli, L. monocytogenes, S. typhimurium, S. enteritidis, S. flexneri, Y. enterocolitica. ВЭЖХ, ИК-спектр и ПМР-спектр показали, что полисахарид, выделяемый L. kefiranofaciens CYC 10058, идентичен выделенному из кефирных грибков - кефирану [143].
Кефиран обладает ингибирующей активностью по отношению к некоторым грамположительным и грамотрицательным микроорганизмам, которая убывает в ряду: Streptococcus pyogenes, Staphylococcus aureus, Streptococcus salivarius, Salmonella typhimurium, Candida albicans, Listeria monocytogenes, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli. Использован раствор концентрации 50 мкг/мл. Ранозаживляющее действие кефиранового геля было исследовано на крысах, которым были сделано повреждение кожного покрова диаметром 6 мм в области спины. В раны ввели 0,1 мл суспензии клеток S. aureus (3x10 КОЕ/мл). Диаметр ран тестируемой группы крыс был значительно меньше (р 0,001), чем диметр ран положительной контрольной группы, для которой применялась эмульсия неомицина и клостебола 5 мг/кг. Гистологическое исследование ткани тестируемой группы показало хорошую грануляцию и образование областей реваскуляризации [140].Кефиран оказывает антагонистическое влияние по отношению к внеклеточным факторам, продуцируемым Bacillus cereus, грамположительной спорообразующей бактерией, вызывающей пищевые токсикоинфекции у человека. Были исследованы активность митохондриальной дегидрогеназы и время лизиса эритроцитов при внесении стерилизованной среды после выращивания В. cereus. При внесении кефирана концентрации 800 мг/л наблюдалось (р 0,05) протекторное действие. Механизм биологической активности остается неизученным, но авторы полагают, что кефиран может блокировать рецепторы на поверхности клетки или ингибировать цитолитические факторы [121].
Разработка метода количественного анализа полисахаридов, продуцируемых молочнокислыми бактериями
Для изучения условий, влияющих на биосинтез кефирана, наиболее важной и критичной частью исследования является используемый метод количественного анализа полисахаридов. Анализ литературы выявил ряд проблем, связанных с различными применяемыми методиками выделения и непосредственно анализа полисахарида.
Непосредственно для количественного определения полисахаридов в растворе обычно используют реакцию с антроновым реактивом [151] или с фенолом в кислоте [73]. Обе эти реакции неспецифичны и протекают через образование фурфурол производных соединений с любыми углеводами. По этой причине полисахарид должен быть предварительно очищен от мешающих анализу Сахаров. Для этого обычно применяют диализ, наиболее эффективно через мембраны, пропускающие вещества с молекулярной массой ниже 6000-8000, или несколько переосаждений с центрифугированием осадка после каждой операции. Использование диализа дает очень хорошие результаты [137], однако анализ получается очень длительным - только процедура диализа длится двое суток, требуется специальное оборудование, также затруднена работа с множеством образцов одновременно, что крайне критично при выполнении исследовательских работ.
При переосаждении, когда анализируются кисломолочные продукты или сброженная молочная сыворотка, а не синтетическая питательная среда, возникает проблема большого количества белкового осадка, который препятствует удалению простых углеводов, и также трудноотделим от полисахарида. Предварительное осаждение белков трихлоруксусной кислотой дает заниженные результаты количества полисахарида, что может объясняться совместным осаждением и полисахаридов [137].
В предложенном методе используется температурная обработка в кислой среде. Поскольку кефиран за счет (3-связей и высокой молекулярной массы устойчив к кислотному гидролизу, короткая обработка при заданных условиях не разрушает его и не влияет на количественный анализ. В то же время денатурировавшие белки выпадают в осадок и легко могут быть удалены. Помимо этого, продукты гидролиза, особенно если присутствуют дисахариды, имеют гораздо более высокую растворимость при тех же условиях, что также способствует лучшей очистке полисахарида.
При использовании для количественного определения кефирана достоверные результаты могут быть получены при использовании в качестве стандарта раствора кефирана или лактозы, поскольку имеет такой же состав -отношение глюкозы к галактозе 1:1, что использовалось в ряде исследований [115, 122, 130]. В случае, если составы полисахарида и используемого стандарта не совпадают (например, для количественного пересчета содержания кефирана используется глюкоза в качестве стандарта), результат анализа получается некорректным - рис. 8. Для количественного определения полисахаридов, производимых молочнокислыми бактериями, предложено использовать реакцию на редуцирующие вещества после полного гидролиза полисахарида - рис. 9. В этом случае можно достоверно анализировать количество полисахаридов в различных продуктах, независимо от применяемой закваски или состава полисахарида, поскольку полисахариды молочнокислых бактерий, как правило, состоят из остатков глюкозы, фруктозы, галактозы, рамнозы, ксилозы, маннозы [57, 65], проявляющих редуцирующие свойства.
Для дальнейшей работы в направлении создания кисломолочного напитка с увеличенным содержанием бактериальных полисахаридов (кефирана) необходимо определить содержание полисахаридов в кефире. Актуальность данного исследования также объясняется отсутствием каких-либо данных по этому вопросу. Есть сведения о содержании кефирана в молоке и молочной сыворотке, сброженными кефирными грибками [138], но данный способ не соответствует традиционной технологии приготовления кефира.
В качестве объектов исследования выбран кефир марок: «Доктор Бранд» 0,5% жирности, производитель ОАО Самаралакто, г. Самара; «Активия кефирная» 1% жирности, производитель ОАО Данон Индустрия, Московская обл., п. Любучены; «Био Баланс» кефир обогащенный 1% жирности, производитель ОАО Самаралакто, г. Самара; «Danone кефирный» 3,2% жирности, производитель ЗАО Данон Волга, г. Тольятти; «Простоквашино» 2,5% жирности, производитель ОАО Самаралакто, г. Самара; «Веселый молочник» 3,2% жирности, производитель ОАО Уфамолагропром, г. Уфа; «Домик в деревне» 1% жирности, производитель ОАО Лианозовский молочный комбинат, г. Москва. Данные марки молочных продуктов были выбраны, поскольку занимают основной сегмент рынка молочных продуктов и пользуются популярностью у населения, согласно маркетинговым исследованиям [4, 5,6]. Для каждой торговой марки кефира для анализа брали не менее 5 образцов разных партий (различный срок изготовления).
Данные по содержанию полисахаридов в различных торговых марках кефира представлены на рис. 10. Выделено среднее значение по всем образцам. Буквами выделены статистически однородные группы для уровня значимости р 0,05 по критерию Тьюки.
Введение в модель влияния вырабатываемой молочной кислоты на значение рН
Анализируя полученные данные и на основании предварительного эксперимента, можно прийти к выводу, что невозможно добиться существенного повышения содержания полисахаридов в конечном продукте при традиционном способе приготовления производственной кефирной закваски.
Решением может быть приготовление особой селективной закваски с высоким содержанием полисахаридов и соответствующей микрофлорой. В качестве питательной среды необходимо использование молочной сыворотки: творожной или подсырной. Принципиальная технологическая схема приготовления кефира представлена на рис. 21.
Особенностью в данной схеме является производство закваски. Синтез полисахаридов происходит при использовании молочной сыворотки в качестве питательной среды при поддержании температуры около 30С. Использование обезжиренного молока нежелательно по причине образования плотного сгустка при такой высокой температуре.
Поскольку кефирные грибки состоят из большего количества видов микроорганизмов, при данных условиях микрофлора кефирных грибков меняется с увеличением содержания полисахарид-продуцирующих микроорганизмов. Внешний вид и консистенция также претерпевают изменения: цвет становится желтоватым, поверхность покрыта большим количеством слизи (полисахариды), структура более однородная, бугристость не выражена.
Добавление карбоната кальция необходимо для образования однородного по консистенции казеинового сгустка в том случае, если вносится большое количество закваски - 10% и более. Поскольку закваска приготовляется на основе сыворотки, при внесении ее в больших количествах необходим контроль массовой доли белка для соответствия ГОСТу.
Кисломолочной продукт, приготовленный по данной схеме, при всем отличии от традиционной технологии, будет называться «кефир», в соответствии с определениями, установленными законодательством (при условии соблюдения всех регламентных норм) [50].
Настоящий подход к совершенствованию технологии производства кефира может считаться инновационным, поскольку традиционные пути создания функциональных кисломолочных продуктов, как правило, заключаются в развитии двух направлений: пробиотическое, заключающееся во внесении пробиотических культур микроорганизмов, обеспечивающий при систематическом употреблении в пишу благоприятное воздействие на организм человека в результате нормализации состава и повышения биологической активности нормальной микрофлоры кишечника, и в создании симбиотических ассоциаций заквасочной микрофлоры; и пребиотическое, заключающееся во введении пищевой ингредиент в виде вещества или комплекса веществ, обеспечивающий при систематическом употреблении в пищу человеком в составе пищевых продуктов благоприятное воздействие на организм человека в результате избирательной стимуляции роста и повышения биологической активности нормальной микрофлоры кишечника, такие как полисахариды со свойствами пищевых волокон, олигосахариды, жирные кислоты ю-3 и со-6, лизоцим, лактулоза, антиоксиданты и различные экстракты. Продукты, включающие оба типа добавок, называются синбиотики [28, 49].
Анализ патентов на изобретения последних трех бюллетеней показывает, что для повышения биологических свойств кефира применяют совместное с кефирной закваской внесение пробиотических культур, как правило, бифидобактерий [35, 36, 37, 38, 42, 44], лактулозы [40, 45], пищевых волокон и различных экстрактов [39, 43, 44, 45], усиление активности дрожжевой микрофлоры за счет аэрации закваски [41].
Новым направлением может считаться повышение биологической ценности ферментированного пищевого продукта за счет биосинтеза биологически активного вещества в процессе приготовлении этого продукта. Для кефира, помимо предложенного в данной работе обогащения кефираном, возможно повышение содержания гипотензивных трипептидов, производимых Lactobacillus helveticus [46], и витамина В12 и фолиевой кислоты при дополнительном введении Propionibacterium freudenreichii [168].
Приготовление лабораторного образца продукции и анализ По предложенной технологической схеме в лабораторных условиях был произведен опытный продукт. Применяемая дозировка закваски на творожной сыворотке - 10%, карбонат кальция не вносили.
Количество полисахаридов, определенное по описанному методу, составило 326 мкл/мл (среднее значение, п=3).
Разработка технологической схемы производства полисахарида кефирных грибков - кефирана
Полученный осадок полисахарида отделяют центрифугированием или фильтрацией и растворяют в горячей воде. Не растворившийся в воде остаток удаляют центрифугированием или фильтрацией. Возможна очистка раствора полисахарида диализом и/или повторным осаждением этиловым спиртом. Конечный продукт - очищенный полисахарид кефиран может быть в виде раствора или сухого вещества (после лиофильной или обычной сушки).
В предлагаемой технологической схеме в качестве культуральной среды для сбраживания кефирными грибками предложено использовать молочную сыворотку. Являясь побочным продуктом переработки молока, это очень дешевое сырье, но вместе с тем очень ценное. В сыворотке содержится около 50% питательных веществ молока и большое количество молочного сахара - лактозы [17, 20, 48]. Проблема переработки сыворотки заключается высокой стоимости специального оборудования и энергозатратности самого производства [19, 54].
К сожалению, в нашей стране сложилась ситуация, при которой выгодным решением является слив этого продукта в канализацию при уплате экологических пошлин: например, сыродельный завод средней мощности, сбрасывающий 140 тыс. м3 в городской коллектор оплачивает услуги по очистке в размере 1,1 млн. руб. Совокупный же вред экологии от сброса только 1 т молочной сыворотки оценивается в более чем в 1 млн. руб. [20, 26]. Утилизация как корма для сельскохозяйственных животных или как удобрения не всегда оправдано и вызывает ряд трудностей с транспортом и микробиологическими показателями, и является расточительством ценного сырья.
Решение проблемы хорошо известно - это, прежде всего, сушка молочной сыворотки, а также фракционирование для получения лактозы и ее производных, белковых концентратов, лактоферрина, а-лактоальбумина, (3-лактоглобулина и т.п. [1, 20, 22, 30]. Для получения конкурентоспособных продуктов, отвечающих требованиям современного состояния пищевой промышлености, здесь необходимо задействование современных мембранных методов обработки молочной сыворотки, что само по себе требует огромных капиталовложений [15, 17, 18, 19]. Также существуют способы биотехнологической утилизации молочной сыворотки, к которым можно отнести получение биогаза, этилового спирта, молочной кислоты, функциональных кисломолочных напитков на основе сыворотки [2, 16, 31], сюда можно отнести и получение кефирана.
Реализация предлагаемой схемы, возможно, наиболее вероятна на базе крупного предприятия, перерабатывающего молочную сыворотку, как ответвление от основного технологического процесса, поскольку может быть задействовано имеющееся оборудование.
Необходимость извлечения кефирана из сброженной сыворотки также объясняется перспективой его использования как материала для изготовления пищевых биодеградируемых пленок для пищевой промышленности [85, 86, 129].
Лабораторные испытания и оценка эффективности Для оценки эффективности предлагаемой технологии, был поставлен эксперимент. Объем молочной сыворотки, концентрированной с помощью вакуумного испарителя при температуре не выше 60С, - 1 л, дозировка кефирных грибков - 5% к массе сыворотки. Определяемые параметры: концентрация кефирана и субстрата в пересчете на редуцирующие вещества. Полученные результаты представлены на рис. 23.
Контроль окончания сбраживания сыворотки можно контролировать по содержанию субстрата. По окончании 60 часов эксперимент можно считать завершенным из-за расходования субстрата, это значение можно принять оптимальным временем сбраживания. После 40 часов культивирования заметно повышение содержания редуцирующих веществ, что объясняется ферментативным гидролизом лактозы, продукты которого: глюкоза и галактоза - также восстанавливающие сахара. Причем наиболее активное повышение содержания галактозы происходит после 30-40 часов культивирования [69].
Исследование полученного продукта методом эксклюзиционной ВЭЖХ (Приложение Д) подтверждает высокий уровень содержания полисахаридов и, немаловажно, олигосахаридов, однако применяемый способ пробоподготовки не позволяет точно определить их количество. Содержание кефирана после сбраживания сыворотки по используемому в исследовании методу составило 860 мкг/мл, что составляет приблизительно 61% от теоретического результата для применяемой модели. Однако учитывался только кефиран, перешедший в раствор. Часть полисахарида входит в состав кефирных грибков, оценить содержание которого не представляется возможным, как и прирост биомассы. Под действием применяемых в эксперименте условий, кефирные грибки приобретают вязкую консистенцию, становятся покрыты липким тянущимся полисахаридным слоем. Таким образом, общий выход полисахарида, с учетом связанного с кефирными грибками, будет выше указанного значения. Избыток биомассы кефирных грибков может также идти на экстракцию кефирана.
Похожие диссертации на Разработка технологии производства кефира с повышенным содержанием полисахарида кефирана
