CC BY
108
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕИННОВАЦИИ в ОТРАСЛИ"^^^^^^^
УДК 663.479.1
Использование физиологически адаптированных культур молочнокислых бактерий в приготовлении кваса брожения
Г. С. Качмазов, канд. вет. наук; Э. А. Драпп;
Е. Ф. Цагараева, канд. биол. наук; А. А. Каджаев, Р. Х. Бетеева
Северо-Осетинский государственный университет им. К. Л. Хетагурова, г. Владикавказ
Ключевые слова: дрожжи; закваски; квас брожения; молочнокислые бактерии; разводочный цикл.
Keywords: complex composition; lactic-acid bacteriums; propagating cycle; quass fermentation;yeast.
Микроэкологическая система организма — очень сложный филогенетически сложившийся, динамичный комплекс, включающий разнообразные по количественному и качественному составу ассоциации микроорганизмов и продукты их метаболизма в определенных условиях среды обитания. Состояние динамического равновесия между организмом хозяина, микроорганизмами, его заселяющими, и окружающей средой принято называть «эубиоз», при котором здоровье человека находится на оптимальном уровне. Дисбиоз (дис-бактериоз) же представляет собой состояние экосистемы, при котором нарушается функционирование всех ее составных частей — организма человека, его микрофлоры и окружающей среды, а также механизмов их взаимодействия, что ведет к возникновению заболевания, влекущего за собой выраженные клинические реакции макроорганизма или являющегося следствием каких-либо патологических процессов в организме.
Общеизвестно, что бифидобак-терии и лактобактерии составляют до 90% микрофлоры желудочно-кишечного тракта и, способствуя полноценному пищеварению, необходимы: для создания «эффекта экранирования» слизистой желудочно-кишечного тракта, т. е. препятствуют проникновению болезнетворных бактерий; выведения из организма различных токсинов, канцерогенов, аллергенов, солей тяжелых метал-
лов (недаром их считают «второй печенью»); синтеза иммуноглобулинов и интерферона, повышающих иммунитет организма; утилизации белков-аллергенов, которые не успели перевариться в верхних отделах желудочно-кишечного тракта; синтеза и всасывания витаминов, в первую очередь витаминов группы В, Э, важных аминокислот и микроэлементов.
Квас — продукт, богатый полезной микрофлорой, обладает отличными вкусовыми качествами, утоляет жажду благодаря содержащимся в нем кислотам — молочной и отчасти уксусной; обладает высокой энергетической ценностью; благодаря углекислоте способствует более легкому перевариванию и всасыванию пищи; повышает аппетит. Он содержит витамины, свободные аминокислоты, сахара и микроэлементы. Именно благодаря содержанию полезной микрофлоры и продуктов их метаболизма квас, безусловно, можно отнести не только к числу наиболее полезных тонизирующих напитков, но и к средствам функционального питания, оказывающим положительное воздействие на микрофлору желудочно-кишечного тракта человека.
Беря во внимание качество кваса, предлагаемого сегодня потребителю, как разливного, так и бутилирован-ного, можно с большой долей вероятности утверждать, что лишь незначительная часть всего ассортимента на рынке является квасом брожения, все прочие аналогичные напитки мо-
гут называться не иначе как «квасной напиток».
Для небольших предприятий изготовление кваса брожения сопряжено со значительными трудностями, поскольку требует определенного понимания и достаточных навыков для работы с участвующими в процессе брожения микроорганизмами, которые собственно и формируют квас как таковой. Кроме того, это требует значительных материальных затрат на соответствующее оборудование, дополнительный расход энергии, специалистов.
Нами предпринята попытка создания комплексной закваски, которая бы содержала необходимый набор специфической микрофлоры про-биотического назначения и позволяла предприятиям малой мощности быстро и эффективно сбраживать квасное сусло и получать здоровый, богатый полезной микрофлорой и продуктами их метаболизма квас брожения.
Первостепенные задачи, которые предстояло решить:
определение возможности использования медицинских коммерческих препаратов лиофильно высушенных МКБ («Лактобактерин», «Бифидум-бактерин», «Линекс») в приготовлении кваса брожения по рациональной схеме и с использованием ККС;
разработка схемы разводочного цикла МКБ, включающей определение оптимального состава питательного субстрата, дозы засева, сроков и режимов инкубации;
определение возможности использования прессованных хлебопекарных дрожжей без предварительного разводочного цикла и их оптимальных засевных доз, обеспечивающих нужную степень сбраживания квасного сусла в течение 20-24 ч;
разработка оптимального состава закваски, содержащего весь комплекс специфических микроорганизмов и обеспечивающего необходимую синхронность сбраживания сахаров сусла, кислото- и газообразования.
Выбор культур МКБ объясняется следующими убедительными причинами: микроорганизмы, входящие в состав названных препаратов, наиболее физиологически адаптированы к организму человека; полностью гарантируется чистота культуры; доступность в аптечной сети (стоимость одной дозы препаратов «Лактобакте-рин» и «Бифидумбактерин» не превы-
Е34
ПИВО и НАПИТКИ
5 • 2011
ТТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕИННОВАЦИИ в ОТРАСЛИ
шает 2 руб., одной капсулы препарата «Линекс» — 14 руб.); исключается необходимость сложных и кропотливых работ по поддержанию жизнеспособности микробной культуры.
«Лактобактерин» — препарат, представляющий собой микробную массу живых, антагонистически активных лактобактерий штаммов Lactobacillus plantarum 8P-A3, или L. plantarum 38, или L. fermentum 90T-C4, или L. fermentum 39. В одной дозе препарата содержится не менее 2х109 или не менее 4х109 живых лиофилизи-рованных лактобактерий.
«Бифидумбактерин» — препарат, представляющий собой микробную массу живых, антагонистически активных бифидобактерий штаммов Bifidobacterium bifidum № 1 или 791. Одна доза препарата содержит живых лиофилизированных бифидобактерий не менее 107.
«Линекс» — препарат, представляющий собой комплекс микроорганизмов Lactobacillus acidophilus — 300 мг, Bifidobacterium infantis — 300 мг, Enteroccocus faecium — 300 мг в 1 г порошка. Одна капсула препарата содержит не менее 1,2х 107 живых лиофилизированных бактерий.
Дрожжи — Saccharomyces cere-visiae, прессованные хлебопекарные «Рекорд» (Украина, г. Кривой Рог, ЗАО «Надежда») влажностью (в день выработки) 68-72%, в 1 г содержится 10-12 млрд дрожжевых клеток (собственные результаты).
Так как в технологии кваса применяют специальные культуры МКБ, следовало выяснить способность выбранных нами культур расти и размножаться на осахаренном субстрате вообще и на ККС в частности.
Для этого было приготовлено стерильное солодовое сусло экстрак-тивностью 8,0% СВ, в 100 см3 кото-
рого вносили одну дозу (2х109, 107 и 1,2х107) микроорганизмов одного из выбранных нами препаратов. Такой же посев производили на стерильное сусло из ККС экстрактивностью 2,5-3,0% СВ. Питательные среды перед инокуляцией автоклавировали 30 мин при 0,15 МПа.
Инокулированную МКБ среду помещали в термостат при 35 °С и инкубировали в течение 24 ч. Для подтверждения прироста биомассы на выбранной питательной среде использовали микроскопию фиксированных окрашенных препаратов и посев на 2,5%-ный сусло-агар с мелом в чашках Петри. Пробы отбирали сразу после посева и после суточного инкубирования.
При микроскопии регистрировали количество клеток в одном поле зрения, а при посеве на сусло-агар — ЧКОЕ (число колониеобра-зующих единиц) в единице объема инокулята.
Поскольку биохимические процессы, протекающие в клетке, определяются не только физиологией микроорганизмов, но и в значительной степени составом питательной среды, необходимо было выяснить, способны ли взятые в эксперимент микроорганизмы на предложенных средах сформировать нужные органолептические характеристики, определяемые главным образом выраженностью специфического аромата и достаточной степенью кислотообразования.
Исследования проводили на 8,0%-ном солодовом сусле, 2,5-3,0%-ном солодовом сусле, а также 2,5-3,0%-ном сусле, приготовленном из ККС. В 100 см3 сусла вносили две дозы микроорганизмов испытуемых культур МКБ. Инокулированные среды помещали в термостат при 35 °С и инкубировали в течение 24-48 ч. По
Фаза I
Осахаренная заварка 100 г
J
МКБ 1 доза
J
Инкубировать 35°С 24ч
J
Фаза II
Рис. 1. Разводочный цикл молочнокислой закваски
истечении срока инкубации регистрировали степень выраженности и чистоту аромата, а также определяли титруемую кислотность в каждой питательной среде. Кислотность определяли по методике, принятой для безалкогольных газированных и негазированных напитков и квасов (ГОСТ 6687.4-86), количеством см31,0 М раствора №ОН на 100,0 см3 среды после полного освобождения пробы от диоксида углерода.
Как один из возможных вариантов приготовления молочнокислой закваски применили методику приготовления заквасок и разводочного цикла, используемую в хлебопечении для ржаных и ржано-пшеничных хлебов. Готовили осахаренные заварки различного состава: из смеси муки пшеничной первого сорта, муки ржаной обдирной и отрубей в соотношении 1:1:1 (вариант 1); из муки пшеничной первого сорта (вариант 2); из муки кукурузной, муки пшеничной первого сорта и отрубей в соотношении 1:1:1 (вариант 3); из муки пшеничной первого сорта и отрубей в соотношении 1:1 (вариант 4). Приготовленные варианты зерносмеси заваривали водой температурой 90 °С, выдерживали 1 ч, остужали до температуры 60 °С, после чего осахаривали ячменным солодом в количестве 10% к массе зерносмеси 1 ч. Заварки после осаха-ривания автоклавировали дважды по 30 мин при 0,15 МПа с интервалом 24 ч. Коммерческие препараты лио-фильно высушенных лактобактерий, бифидобактерий и комплексный препарат «Линекс» растворяли в 10 см3 стерильного физраствора каждый и переносили в осахаренные автокла-вированные заварки из расчета одна доза (2х109, 107 и 1,2х107 соответственно) на 100 г. Инокулированные таким образом заварки инкубировали 24-48 ч при 35 °С. По окончании инкубации определяли выраженность аромата и титруемую кислотность по методике, принятой для полуфабрикатов в хлебопечении.
Вторую и третью фазу разводоч-ного цикла осуществляли путем разбавления закваски предыдущей фазы (рис. 1) в пятикратном количестве стерильной заварки. Контроль зрелости производили по тем же параметрам.
Для определения оптимальной дозы прессованных дрожжей готовили стерильное квасное сусло с использованием ККС экстрактивностью
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕИННОВАЦИИ в ОТРАСЛИ
2,5-3,0% СВ, в котором серийно (1:2) разводили прессованные дрожжи, начальная доза которых составляла 20,0 г на 100,0 дм3. Такую же процедуру повторили на стерильном солодовом сусле экстрактивностью 8,0% СВ и 2,5-3,0% СВ. После инкубации при 30 °С в течение 20 ч ареометром измеряли степень сбраживания субстрата за контрольное время.
Оптимальный состав закваски, обеспечивающей в течение не более 24 ч необходимую синхронность сбраживания сахаров сусла, кислото- и газообразования определяли в серии двукратных разведений инкубированной 24 ч заключительной фазы закваски в солодовом сусле, приготовленном по рациональной схеме, экстрактивно-стью 2,5-3,0% СВ и квасном сусле, приготовленном из ККС, экстрактив-ностью 2,5-3,0% СВ. В то же сусло отдельно вносили предварительно разведенную в воде навеску прессованных дрожжей. Учитывая различия в физиологически оптимальных температурных режимах для МКБ и дрожжей брожение проводили при 30 и 35°С.
Было установлено, что микроорганизмы из коммерческих препаратов МКБ медицинского назначения способны расти и размножаться на питательном субстрате, приготовленном из зернового сырья, в том числе на ККС. Если на чашках Петри, засеянных инокулированными пробами сразу после посева, вырастало от двух до пяти колоний, то после 24-й инкубации тех же проб на чашках Петри вырастало от 10 до 20 колоний МКБ при той же дозе засева. Полученный результат был подтвержден и микроскопией фиксированных окрашенных препаратов. На мазке, приготовленном сразу после посева, в одном поле зрения обнаруживалось от 5 до 10 клеток МКБ. После суточной инкубации тех же проб в одном поле зрения обнаруживали до 30 клеток.
Кроме того, было отмечено, что при выбранной дозе засева и времени инкубации не успевают сформироваться достаточно выраженные органолепти-ческие показатели. По этой причине была вдвое увеличена засевная доза МКБ, а время инкубации доведено до 48 ч. При этих условиях уже через 24 ч появились специфический аромат молочнокислого брожения и ощутимая на вкус кислотность. Через 48 ч эти органолептические показатели стали ярко выраженными. Титруемая
36 ПИВО и НАПИТКИ 5 • 2011
1 2,0-
1,5-
1,0"
0,5-
0
Сусло 8,0% СВ Сусло 2,5% СВ ККС 2,5% СВ П «Лактобактерин» П «Бифидумбактерин» П «Линекс»
Рис. 2. Интенсивность
кислотообразования(35 °С) на жидких средах (48 ч)
кислотность через 24 ч составляла не более 1,0 см31,0 М раствора ЫаОИ на 100,0 см3 среды. Через 48 ч (рис. 2) этот показатель в некоторых пробах достигал величины 1,5-2,0 см31,0 М раствора ЫаОИ на 100,0 см3 среды.
Исследуя динамику развития выбранных микроорганизмов на жидких питательных средах, были выявлены крайне низкие генеративная активность и скорость кислотообра-зования, которые не увеличивались в последующих генерациях. Считаем возможным предположить, что происходит это в результате отсутствия подвижности у бактерий соответствующих таксономических групп, оседания их на дно и, как следствие, низкой скорости массообменных процессов между клеткой и питательным субстратом.
Приготовление заквасок на осаха-ренных заварках показало значительно более выгодные с технологической точки зрения результаты. Объясня-
Фаза III Фаза II Фаза I Фаза III Фаза II Фаза I Фаза III Фаза II Фаза I Фаза III Фаза II Фаза I
ется это присутствием и составом взвешенных частиц, привносимых с компонентами среды. Подтвердив это микроскопией, можем утверждать, что клетки МКБ обладают выраженной адгезивной активностью к частицам клетчатки, закрепившись на которых они равномерно распределяются в массе субстрата, не оседают на дно бродильного сосуда и получают неограниченный доступ к питательным веществам.
Вместе с тем следует отметить, что и состав зерносмеси оказывал существенное влияние на контролируемые нами показатели (рис. 3). Худшие результаты были отмечены при использовании зерносмеси, включающей пшеничную муку первого сорта, ржаную обдирную муку и отруби, кислотность которой при засеве одной дозы лактобактерий на 100,0 г заварки через 24 ч не превышала 5-6 см3 1,0 М раствора №ОИ на 100,0 см3 среды. Наиболее выраженные орга-нолептические свойства и высокий уровень титруемой кислотности во всех фазах разводочного цикла были зарегистрированы при использовании смеси пшеничной муки первого сорта и отрубей (1:1). Бифидобакте-рии, давшие прирост кислотности в первой фазе заметно ниже, во второй и третьей фазах показывали прирост кислотности на уровне, а в некоторых пробах и выше, чем лактобактерии. Вероятнее всего, это происходило по причине большей требовательности бифидобактерий к составу питательной среды и, как следствие, увеличению времени адаптации (лаг-фаза).
«Лактобактерин»
10 15
] «Бифидумбактерин» □ «Линекс»
Рис. 3. Интенсивность кислотообразования (35 °С)
на осахаренных заварках с различным составом зерносмеси
0
5
ТТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕИННОВАЦИИ в ОТРАСЛИ
В результате определения оптимальной засевной дозы дрожжей было установлено, что при 30 °С на сусле из ККС с экстрактивностью 2,5-3,0% СВ необходимая величина сбраживания (1,0-1,5% СВ) достигается при за-севной дозе 5,0 г прессованных дрожжей на 100,0 дм3 сусла. При этой же засевной дозе сусло с экстрактивно-стью 2,5-3,0% СВ в тех же условиях и за тот же период, сбраживается на 1,5-2,0% СВ по сахаромеру, а солодовое сусло с экстрактивностью 8,0% СВ — на 2,5-3,0% СВ. Более интенсивное сбраживание солодовых сусел, чем сусла из ККС, за контрольный период вероятнее всего объясняется более благоприятным составом питательной среды. Различия в скорости сбраживания солодовых сусел можно объяснить разницей в начальном содержании сухих веществ — низкие концентрации сахаров подавляют бродильную активность, индуцируя активность дыхательную.
В ходе определения оптимального состава закваски и необходимой степени ее зрелости установлено, что наиболее эффективно процесс сбраживания и кислотообразова-ния в квасном сусле протекает при использовании закваски, достигшей титруемой кислотности не менее 16 см31,0 М раствора ЫаОН на 100,0 см3 среды. Оптимальной при этом считаем закваску, достигшую кислотности 18 см31,0 М раствора ЫаОН на 100,0 см3 среды.
Определение дозы, вносимой в сусло закваски разной степени зрелости, позволило установить, что синхронность происходящих в сусле процессов достигается при внесении 2 г закваски кислотностью не менее 16-18 см3 1,0 М раствора ЫаОН на 100,0 см3 среды на 1 дм3 квасного сусла при указанной выше (5 г/100,0 дм3) дозе внесения дрожжей.
Если рассматривать скорость кислотообразования как косвенный показатель прироста биомассы, то недостаточную зрелость закваски заключительной фазы предлагаем компенсировать увеличением ее дозы, вносимой в подготовленное квасное сусло. Расчет необходимого количества такой закваски можно произвести по формуле
18 • 2 т/ m = -—-7,
где т — необходимое количество закваски, г; К — фактическая кислот-
ность закваски (см31,0 М раствора ЫаОН на 100,0 см3 среды); V — объем квасного сусла (дм3); 2 — количество (г) зрелой (18 см31,0 М раствора №ОН на 100,0 см3) закваски, необходимое для сбраживания 1 дм3 квасного сусла.
Определение оптимальной температуры брожения с учетом особенностей физиологии участвующих в процессе микроорганизмов позволило установить, что для технологически достаточного кислотообра-зования (2,0-2,5 см31,0 М раствора ЫаОН на 100,0 см3 среды) за контрольное время предпочтительнее температура на уровне 35 °С. Кис-лотообразование при 30°С замедляется, однако вполне выявляется органолептически.
Результаты спиртового брожения при относительно высокой для дрожжей температуре (35 °С) не выявили каких-либо значимых пороков в орга-нолептических свойствах. Степень сбраживания незначительно превышала технологические параметры. Сбраживание квасного сусла при 30 °С протекало умеренно с оптимальным результатом снижения начальной концентрации сухих веществ за контрольное время.
Анализ результатов проведенных исследований позволяет сделать следующие выводы:
физиологически адаптированные культуры лиофильно высушенных молочнокислых бактерий медицинских коммерческих препаратов («Лак-тобактерин», «Бифидумбактерин», «Линекс») способны расти и размножаться на питательных средах, приготовленных из зернового сырья, в том числе ККС;
размножаясь на суслах, приготовленных из зернового сырья, в том числе ККС, физиологически адаптированные культуры лиофильно высушенных молочнокислых бактерий медицинских коммерческих препаратов («Лактобактерин», «Бифи-думбактерин», «Линекс») способны сформировать комплекс органолеп-тических и титрометрических показателей, характерных для кваса брожения;
в разводочном цикле МКБ наилучшие результаты прироста биомассы и кислотообразования можно получить при использовании в качестве субстрата осахаренной заварки из муки первого сорта и отрубей в соотношении 1:1;
зрелой и готовой к внесению в квасное сусло можно считать закваску с титруемой кислотностью 16-18 см31,0 М раствора №ОН на 100,0 см3 среды;
использование прессованных хлебопекарных дрожжей без предварительного разводочного цикла вполне обеспечивает нужную степень сбраживания квасного сусла в течение 20-24 ч при засевной дозе 5 г на 100 дм3 квасного сусла (500-600 тыс. клеток / см3);
обеспечить необходимую синхронность сбраживания сахаров сусла, кислото- и газообразования можно при внесении зрелой (16-18 см3 1,0 М раствора №ОН на 100,0 см3 среды) закваски в дозе 200 г на 100,0 дм3 квасного сусла совместно с дрожжевой суспензией в указанной выше дозе;
различия в скорости формирования необходимых технологических параметров позволяют сбраживать квасное сусло как при 30°С, так и при 35 °С. Выбор оптимальной температуры брожения в зависимости от обозначенных приоритетов оставляем за производителем;
особенности ферментативной активности молочнокислых бактерий медицинских препаратов «Лак-тобактерин», «Бифидумбактерин», «Линекс» позволяют использовать их в любых комбинациях по усмотрению производителя, что придаст готовому напитку наиболее выгодные пробиотические, пребиотические и органолептические свойства.
ЛИТЕРАТУРА
1. Елисеева, С. И. Контроль качества сырья, полуфабрикатов и готовой продукции на хлебозаводах/С. И. Елисеева. — М.: Агро-промиздат, 1987. — 192 с.
2. Качмазов, Г. С. Дрожжи бродильных производств. Методы. Практическое руководство/Г. С. Качмазов. — Владикавказ: Авторское издание, 2010. —172 с.
3. Помозова, В. А. Производство кваса и безалкогольных напитков: учебное пособие/В. А. Помозова. — СПб.: ГИОРД, 2006. — 192 с.
4. Тихомиров, В. Г. Технология пивоваренного и безалкогольного производств/В. Г. Тихомиров. — М.: Колос, 1998. — 448 с.
5. Экспертиза напитков. Качество и безопасность: учеб.-справ. пособие/В. М. Позня-ковский [и др.]; под общ. ред. В. М. По-зняковского. — 6-е изд., испр. и доп. — Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2005. — 407 с. ®
