CC BY
17
УДК 637.13
Исследование процесса ферментации сливочно-цикориевой основы биопродукта
Юрк Наталия Анатольевна, кандидат технических наук, доцент кафедры товароведения, стандартизации и управления качеством e-mail: na.yurk@omgau.org
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина»
Аннотация. Настоящая работа посвящена изучению процесса ферментации сливочно-цикориевой основы биопродукта. Исследовано влияние продолжительности ферментации различными биообъектами и количество вносимого цикория на титруемую кислотность, изменение клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерии в процессе ферментации, а также на орга-нолептические показатели. На основании анализа комплекса результатов экспериментальных исследований процесса ферментации установлено, что наиболее оптимальной массовой долей цикория является 4 % в составе биопродукта. Кроме того, выбрана ассоциация микроорганизмов в составе биообъекта 2, обеспечивающая более высокую клеточную концентрацию молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий биопродукта.
Ключевые слова: сливки, цикорий, ферментация, молочнокислые микроорганизмы, бифидобактерии, биопродукт.
Актуальность исследований
В последние годы в пищевых технологиях отмечается тенденция разработки и внедрения продуктов специального назначения с направленными физиолого-био-
V/ V/ ^ V/ V/ I—
химическими свойствами, повышенной биологической и пищевой ценности. Важное значение в решении этого вопроса придается молочным продуктам, в частности кисломолочным, которые, являясь одним из основных составных элементов пищевого рациона человека, служат важным фактором не только профилактики и лечения различных желудочно-кишечных заболеваний, но и укрепления иммунитета [1, 2, 3].
Микрофлора традиционных кисломолочных продуктов существенно отличается от естественного микробиологического фона кишечника человека и не полностью отвечает биологическим особенностям его организма. В связи с этим для молочной промышленности разработка кисломолочных продуктов повышенной биологической ценности, достигаемой, в частности, обогащением их молочнокислыми и бифидобактериями, остается достаточно актуальной [4, 5].
Бифидофлоре принадлежит ведущая роль в нормализации микробиоценоза, улучшении процесса всасывания и гидролиза жиров, метаболизма протеинов и аминов, а также желчных кислот, поддержании неспецифической защиты организма. Бифидобактерии разрушают канцерогенные вещества, образуемые некоторыми представителями кишечной микрофлоры при азотном обмене, выполняя таким образом роль «второй печени» [6, 7, 8].
Положительное действие бифидобактерий на организм человека связывают также с их ферментативными, витаминообразующими и антагонистическими свойствами. Ферментируя сахара, эти микроорганизмы создают в кишечнике кислую среду, которая улучшает всасывание в кровь кальция, железа, а также витамина D, то есть обладают антирахитическим и антианемическим действием. Еще в 1935 г. впервые была обнаружена витаминообразующая функция бифидобактерий. Бифидобактерии синтезируют витамины группы В (В1, В2, В6, В12), фолиевую кислоту, витамин К и другие. Кроме этого, они являются поставщиками некоторых незаменимых аминокислот, при этом в качестве источника азота они используют аммиак [9, 10].
Перспективным сырьем для производства таких продуктов могут быть компоненты растительного происхождения, теоретическое обоснование которых базируется на изучении химического состава, биологической ценности, функциональных свойств, гигиенической безопасности, влияния на них различных технологических факторов и формирования сбалансированного аминокислотного, жирнокислотно-го, минерального и витаминного составов, что особенно важно при создании новых видов продуктов для персонализированного питания [11, 12, 13].
Целью проводимых научных исследований является изучение процесса ферментации сливочно-цикориевой основы (далее СЦО) биопродукта и выявление взаимосвязи активности и жизнеспособности пробиотических культур микроорганизмов от количества растительного ингредиента.
Объекты и методы исследования. В качестве объектов исследования использовались: сливки-сырье 10 % жирности (согласно ГОСТ Р 53435-2009); бактериальная закваска прямого внесения «ALBA BIO S-09»; бактериальный концентрат прямого внесения «ВМС-30»; цикорий растворимый по действующей нормативной документации, утвержденной в установленном порядке.
При выполнении экспериментальных исследований применяли комплекс обще-
принятых, стандартных методов: физико-химических, микробиологических и математических. Исследования проводились на базе аккредитованной испытательной лаборатории ООО «Сертификат». Результаты экспериментальных исследований подвергались статистической обработке путем корреляционного и регрессионного анализа, реализованного с помощью стандартных пакетов программ MathCAD-14 Professional, Ms. Excel. Повторность опытов установлена методами статистического анализа и являлась пятикратной. Математическое моделирование, определение трехфакторных зависимостей результатов исследований осуществляли с использованием прикладной программы TableCurve 3D.
Результаты и их обсуждение. На первом этапе исследований, на основании комплекса органолептических и физико-химических исследований были спроектированы оптимальные композиции СЦО, включающие сливки (массовая доля жира 10 %) и цикорий растворимый в количестве 2, 3 и 4 % от массы СЦО (опыт 1, 2, 3 соответственно). В качестве контроля использовали сливки 10%-ной жирности без добавления цикория.
На следующем этапе проводимых исследований был изучен процесс ферментации СЦО различными ассоциациями микроорганизмов в составе биообъектов.
Для процесса ферментации СЦО выбраны следующие биообъекты:
- биообъект 1 - бактериальная закваска прямого внесения «ALBA BIO S-09»: (B. longum, L. Lactis, L. Cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus);
- биообъект 2 - бактериальный концентрат прямого внесения «ВМС-30» GENESIS laboratories: (B. bifidum, B. infantis, B. longum, B. breve, B. Adolescentis, L. lactis, L. cremoris, L. diacetilactis, Leuc. ^emoris).
При выборе ассоциаций микроорганизмов учитывалось то, что содержание жизнеспособных клеток молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий должно быть не менее (7-8) !дКОЕ/см3. Внесение вышеперечисленных биообъектов осуществлялось согласно рекомендациям производителей в зависимости от активности культур.
Активность кислотообразования в процессе ферментации опытных вариантов различными биообъектами приведена на рисунке 1 (а, б).
Анализ результатов исследований, представленных на рисунке, демонстрирует, что в процессе ферментации СЦО различными биообъектами наблюдалось равномерное повышение титруемой кислотности при увеличении массовой доли цикория в опытных вариантах.
Анализ изменения клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов в процессе ферментации в зависимости от вида биообъектов представлен в таблице 1.
Построение поверхностей отклика влияния продолжительности ферментации и массовой доли цикория на клеточную концентрацию бифидобактерий в процессе ферментации СЦО изучаемыми биообъектами осуществляли с использованием современного программного продукта «TableCurve 3D», в котором реализованы методы анализа временных рядов, регрессионного, кластерного и факторного анализов, а также многомерного шкалирования.
Поверхности откликов зависимости клеточной концентрации бифидобактерий от исследуемых факторов (массовая доля цикория, продолжительность ферментации) в процессе ферментации изучаемыми биообъектами представлены на рисунках 2 и 3.
■Опыт1 Опыт 2
а) Биобъект 1
б) Биообъект 2
Рис. 1. Динамика изменения титруемой кислотности в процессе ферментации СЦО биообъектами
Таблица 1 - Изменение клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов в процессе ферментации СЦО
Продолжи- Контроль Сливочно -цикориевая основа
тельность Опыт 1 Опыт 2 Опыт 3
ферментации, ч Клеточная концентрация молочнокислых микроорганизмов, КОЕ/см3
Биообъект 1
КОЕ/см3 1д кол-ва клеток КОЕ/см3 1д кол-ва клеток КОЕ/см3 1д кол-ва клеток КОЕ/см3 1д кол-ва клеток
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 1,1-104 4,01 4,6-104 4,66 1,8-105 5,25 2,3-105 5,36
2 1,8-104 4,25 1,3-105 5,11 3,1-105 5,49 7,0-105 5,84
3 1,0-105 5,00 2,2-105 5,34 1,3-106 6,11 5,0-106 6,70
4 3,6-105 5,56 6,4-105 5,81 6,2-106 6,79 1,1-107 7,04
5 8,2-105 5,91 4,7-106 6,67 2,4-107 7,38 6,2-107 7,79
6 2,2-106 6,34 3,0-107 7,48 1,6-108 8,20 2,4-108 8,38
7 1,0-107 7,00 1,1-108 8,04 1,0-109 9,00 1,2-109 9,07
Биообъект 2
1 1,2-104 4,08 4,9-104 4,69 2,1-105 5,32 3,9-105 5,59
2 1,6-104 4,20 1,4-105 5,15 4,8-105 5,68 7,1-105 5,85
3 1,4-105 5,14 5,6-105 5,75 3,1-106 6,49 5,2-106 6,71
4 3,8-105 5,57 3,0-106 6,48 7,2-106 6,86 1,1-107 7,04
5 2,1-106 6,32 1,5-107 7,18 2,4-107 7,38 7,9-107 7,88
6 2,4-107 7,38 6,8-107 7,83 2,2-108 8,34 4,8-108 8,68
7 1,1-108 8,04 3,2-108 8,50 1,0-109 9,00 1,8-109 9,25
Рис. 2. Характеристика влияния цикория и продолжительности ферментации на клеточную концентрацию
бифидобактерий (биообъект 1)
Рис. 3. Характеристика влияния цикория и продолжительности ферментации на клеточную концентрацию
бифидобактерий (биообъект 2)
Анализ изменения клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий в процессе ферментации СЦО свидетельствует о том, что с увеличением массовой доли цикория в исследуемых опытных вариантах наблюдается незначительное увеличение количества жизнеспособных клеток микроорганизмов по сравнению с контрольным образцом, что обусловлено пребиотическим эффектом инулина, входящего в состав цикория.
Кроме того, использование в процессе ферментации СЦО биообъекта 2 обеспечивает наибольшую клеточную концентрацию молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий (9,25 и 8,20 1дКОЕ/см3 ) соответственно.
На последнем этапе провели органолептическую оценку исследуемых вариантов ферментированной СЦО изучаемыми биообъектами. Результаты органолепти-ческой оценки представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Органолептическая оценка ферментированной СЦО
Варианты ис- Органолептические показатели
следований Консистенция Вкус и запах Цвет
| Биообъект 1
Контроль Сгусток однородный, ненарушенный, без отделения сыворотки Чистый, кисломолочный Белый с кремовым оттенком, равномерный по всей массе
Опыт 1 Сгусток однородный, ненарушенный, без отделения сыворотки Чистый, кисломолочный с легким привкусом и ароматом цикория Кремовый,равномерный по всей массе
Опыт 2 Сгусток однородный, ненарушенный, без отделения сыворотки Чистый, кисломолочный, ярко выраженный, с заметным привкусом и ароматом цикория Кремовый с бежевым оттенком, равномерный по всей массе
Варианты ис- Органолептические показатели
следований Консистенция Вкус и запах Цвет
Опыт 3 Сгусток однородный, ненарушенный, с небольшим отделением сыворотки Чистый, кисломолочный, ярко выраженный, излишне кислый, с выраженным привкусом и ароматом цикория Коричневый, равномерный по всей массе
Биообъект 2
Контроль Сгусток однородный, ненарушенный, без отделения сыворотки Чистый, кисломолочный Белый с кремовым оттенком, равномерный по всей массе
Опыт 1 Сгусток однородный, ненарушенный, без отделения сыворотки Чистый, кисломолочный с легким привкусом и ароматом цикория Кремовый,равномерный по всей массе
Опыт 2 Сгусток однородный, ненарушенный, без отделения сыворотки Чистый, кисломолочный с заметным привкусом и ароматом цикория Кремовый с бежевым оттенком, равномерный по всей массе
Опыт 3 Сгусток однородный, ненарушенный, с небольшим отделением сыворотки Чистый, кисломолочный с выраженным привкусом и ароматом цикория Коричневый, равномерный по всей массе
Результаты органолептической оценки демонстрируют, что наиболее высокие органолептические показатели наблюдаются в опыте 3 (массовая доля цикория 4 %), обеспечивающей выраженный привкус и аромат растительного ингредиента.
На основании анализа комплекса результатов экспериментальных исследований процесса ферментации СЦО различными биообъектами установлено, что наиболее оптимальной массовой долей цикория является 4 % в составе биопродукта. При ферментации опытных вариантов СЦО изучаемые биообъекты позволили обеспечить требуемую клеточную концентрацию молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий, а также высокие органолептические показатели.
При этом для дальнейших исследований выбрана ассоциация микроорганизмов в составе биообъекта 2, обеспечивающая более высокую клеточную концентрацию молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий.
Список литературы:
1. Чернопольская, Н.Л. Использование антиоксидантов в ферментированных (кисломолочных) продуктах [Текст] / Н.Л. Чернопольская, Н.Б. Гаврилова // Молочная промышленность. - 2019. - № 10. - С. 66-67.
2. Аникина, Е.Н. Конструирование молочно-растительной основы для производства биопродукта с овсяным молоком [Текст] / Е.Н. Аникина, О.В. Пасько // Индустрия питания. - 2018. - Т.3. - № 1. - С. 33-38.
3. Смирнова, Н.А. Ферментированный сливочный биокорректор [Текст] / Н.А. Смирнова // Молочная промышленность. - 2012. - № 1. - С. 69-70.
4. Пасько, О.В. Научное и практическое обоснование технологии ферментированных молочных и молокосодержащих продуктов на основе биотехнологических систем: монография [Текст] / О. В. Пасько, Н. Б. Гаврилова. - Омск: Изд-во ОмЭИ; ОмГАУ, 2009. - 256 с.
5. Кащеева, Н.Л. Ферментированный продукт для функционального питания [Текст] / Н.Л. Чернопольская, Н.Б. Гаврилова // Молочная промышленность. -2010. - № 11. - С. 67-68.
6. Гаврилова, Н.Б. Биотехнология комбинированных молочных продуктов: монография [Текст] / Н.Б. Гаврилова. - Омск: Вариант-Сибирь, 2004. - 224 с.
7. Научные и практические аспекты технологии производства молочно-расти-тельных продуктов: монография [Текст] / Н.Б. Гаврилова, О.В. Пасько, И.П. Каня, С.С. Иванов, М.А. Шадрин. - Омск: Вариант-Омск, 2006. - 333 с.
8. Антагонизм бифидобактерий к микобактериям и родококкам [Текст] / З.Г. Воробьева, М.А. Кульчицкая, К.Н. Слинина, А.Л. Лазовская // Российский ветеринарный журнал: сельскохозяйственные животные. - 2008. - № 2. - С. 20.
9. Методы изучения антагонистической активности бифидобактрий по отношению к микобактериям и нокардилформным актиномицетам [Текст] / З.Г. Воробьева, М.А. Кульчицкая, К.Н. Слинина, А.Л. Лазовская // Биопрепараты: профилактика, диагностика, лечение. - 2008. - № 1. - С. 6-9.
10. Каменская, Е.П. Особенности получения синбиотического кисломолочного продукта на основе консорциума бифидобактерий [Текст] / Е.П. Каменская, М.В. Обрезкова, Е.Е. Базеева // Ползуновский вестник. - 2018. - № 3. - С. 35-40.
11. Использование растительных ингредиентов для обогащения молочных продуктов [Текст] / Г.А. Донская, В.А. Асафов, Н.Л. Танькова, Е.Л. Искакова // Вестник Алматинского технологического университета. - 2015. - № 1. - С. 83-86.
12. Малыгина, В.Д. Использование натуральных растительных ингредиентов для корректировки минерального состава кисломолочных продуктов [Текст] / В.Д. Малыгина, К.А. Антошина // Индустрия питания. - 2017. - № 2. - С. 19-24.
13. Синбиотики в технологиях продуктов питания: монография [Текст] / И.А. Рогов, Е.И. Титов, В.И. Ганина, Н.В. Нефедова, Г.В. Семенов. - М.: МГУПБ, 2006. -217 с.
References:
1. Chernopolskaya, N.L. The use of antioxidants in fermented (dairy) products. Molochnaya promyshlennost'. [Dairy industry], 2019, no. 10, pp. 66 - 67. (in Russian)
2. Anikina, E.N. Designing a dairy and vegetable base for the production of a biological product with oat milk. Industriya pitaniya. [Food Industry], 2018, T.3, no. 1, pp. 33-38. (in Russian)
3. Smirnova, N.A. Fermented creamy biocorrector. Molochnaya promyshlennost'. [Dairy industry], 2012, no. 1, pp. 69 - 70. (in Russian)
4. Pasko, O.V. Nauchnoe i prakticheskoe obosnovanie tekhnologii fermentirovannyh molochnyh i molokosoderzhashchih produktov na osnove biotekhnologicheskih sistem: monografiya. [Scientific and practical justification of the technology of fermented dairy and milk-containing products based on biotechnological systems: monograph]. Omsk, OmSAU Publ., 2009, 256 p. (in Russian)
5. Kashcheeva, N.L. Fermented product for functional nutrition. Molochnaya promyshlennost'. [Dairy industry], 2010, no. 11, pp. 67 - 68. (in Russian)
6. Gavrilova, N.B. Biotekhnologiya kombinirovannyh molochnyh produktov: Monografiya. [Biotechnology of Combined Dairy Products: Monograph]. Omsk, 2004, 224 p. (in Russian)
7. Gavrilova, N.B. Nauchnye i prakticheskie aspekty tekhnologii proizvodstva molochno-rastitel'nyh produktov: Monografiya. [Scientific and practical aspects of the technology for the production of dairy and vegetable products: Monograph]. Omsk, 2006, 333 p. (in Russian)
8. Vorobyev, Z.G. Antagonism of bifidobacteria to mycobacteria and rhodococci.
Rossijskij veterinarnyj zhurnal: sel'skohozyajstvennye zhivotnye.[Russian Veterinary Journal: farm animals], 2008, no. 2, pp. 20. (in Russian)
9. Vorobyev, Z.G. Methods for studying the antagonistic activity of bifidobacteria in relation to mycobacteria and nocardylformal actinomycetes. Biopreparaty: profilaktika, diagnostika, lechenie. [Biological products: prevention, diagnosis, treatment], 2008, no. 1, pp. 6-9. (in Russian)
10. Kamenskaya E.P. Features of obtaining a synbiotic fermented milk product based on a consortium of bifidobacteria. Polzunovskij vestnik. [Polzunovsky Bulletin], 2018, no. 3, pp. 35 - 40. (in Russian)
11. Donskaya G.A. The use of plant ingredients for the enrichment of dairy products. Vestnik Almatinskogo tekhnologicheskogo universiteta. [Bulletin of the Almaty Technological University], 2015, no. 1, pp. 83 - 86. (in Russian)
12. Malygina V.D. The use of natural plant ingredients to adjust the mineral composition of dairy products. Industriya pitaniya. [Food Industry], 2017, no. 2, pp. 19-24. (in Russian)
13. Rogov I.A. Sinbiotiki v tekhnologiyah produktov pitaniya: monografiya. [Synbiotic in food technology: monograph]. M., 2006, 217 p. (in Russian)
Investigation of the fermentation process of a creamy
chicory bio-product base
Yurk Nataliya Anatolievna, Candidate of Sciences (Technology), Associate Professor of the Department of Commodity Science, Standardization and Quality Management e-mail: na.yurk@omgau.org
Federal State Educational Institution of Higher Education «Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin»
Abstract. The article describes the study of the fermentation process of a creamy chicory bio-product base. The authors studied the effect of fermentation time by various biological objects and the amount of chicory on titratable acidity, the change in the cellular concentration of lactic acid microorganisms and bifidobacteria in the fermentation process, as well as on organoleptic characteristics. Based on the results analysis of experimental studies in the fermentation process, it was found that the most optimal mass fraction of chicory is 4% in the bio-product. In addition, the association of microorganisms in the bio-object 2 was selected, which provides a higher cell concentration of lactic acid microorganisms and bifidobacteria of the bio-product.
Keywords: cream, chicory, fermentation, lactic acid microorganisms, bifidobacteria, bio-product
