CC BY
0А.Г. Хантургаев, канд. техн. наук, доц., e-mail: aavn@mail.ru Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г. Улан-Удэ
УДК 664.641.112
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КУЛЬТИВИРОВАНИЯ БИФИДОБАКТЕРИЙ В МОЛОКЕ ПРИ ДОБАВЛЕНИИ КЕДРОВОГО ШРОТА
Установлено, что добавление кедрового шрота повышает биохимическую активность би-фидобактерий и сокращает продолжительность сквашивания молока. Изменяя дозу кедрового шрота, можно получить сгустки с определенными структурно-механическими и синеретическими свойствами.
Ключевые слова: кедровый шрот, бифидобактерии, сквашивание молока, пробиотические кисломолочные продукты.
А^. Khanturgaev, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
BIFIDOBACTERIA CULTIVATION IN MILK WITH CEDAR OILCAKE
It is found out, that addition of cedar oilcake raises the bifidobacteria biochemical activity and reduces duration of the milk ripening. Changing a portion of the cedar oilcake, it is possible to receive clots with certain structure, mechanical and synergetic properties.
Key words: cedar oilcake, bifidobacteria, milk ripening, probiotic sour-milk products.
Современный период развития человечества характеризуется увеличением числа заболеваний, связанных с нарушением питания. Проблема усугубляется также наблюдающимся дефицитом в рационе питания россиян биологически активных компонентов, пищевых волокон, белка, ненасыщенных жирных кислот и минеральных веществ. В условиях все возрастающей интенсификации техногенного воздействия цивилизации происходят значительные микроэкологические нарушения в человеческом организме, имеющие серьезные последствия как для отдельных индивидуумов, так и в обществе в целом.
В связи с этим в последние годы во всем мире получило широкое признание развитие нового направления в пищевой промышленности, так называемое функциональное питание, под которым подразумевается использование таких продуктов естественного происхождения, которые при систематическом употреблении оказывают позитивное действие на организм человека [1].
В решении проблемы обеспечения населения функциональными продуктами питания ведущая роль принадлежит молочной промышленности. Сочетание молочного и растительного сырья обеспечивает возможность взаимного обогащения входящих в состав этих продуктов ингредиентов по одному или нескольким эссенциальным факторам и позволяет создавать продукты сбалансированного состава, повышенной пищевой и биологической ценности, расширять ассортимент молочных продуктов и придавать им функциональные свойства.
Одним из уникальных и безопасных видов сырья для получения пищевых продуктов и добавок функционального питания являются семена кедра сибирского, произрастающего в таежных зонах, отдаленных от влияния пылегазовых выбросов промышленных предприятий, на почвах, не обрабатываемых химическими удобрениями, пестицидами и гербицидами. Ядра кедровых орехов богаты содержанием эссенциальных жирных кислот, белков, легкоусвояемых сахаров, клетчатки, витаминов, минеральных веществ [2]. Продуктами переработки ядра традиционно являются растительное масло и жмых, содержащие необходимые организму биологически активные вещества [3].
Кроме того, при создании функциональных продуктов особая роль принадлежит би-фидобактериям, которые восстанавливают микроэкологию человека. Особенно эффективно применение бифидобактерий с пищевыми продуктами, содержащими так называемые би-
фидогенные факторы, стимулирующие рост и развитие биф идо бактерий в желудочно-кишечном тракте.
В связи с этим одним из перспективных направлений создания продуктов функционального питания является использование кедрового шрота при производстве бифидосо-держащих молочных продуктов, что позволит создать пробиотические продукты, содержащие пребиотические вещества, сочетающие полезные свойства шрота и бифидобактерий.
Учитывая высокое содержание полисахаридов и олигосахаридов в кедровом шроте, мы исследовали возможность использования кедрового шрота в качестве пребиотика при производстве бифидосодержащих молочных продуктов.
Известно, что пребиотики - это неусвояемые компоненты пищи, способные благоприятно влиять на здоровье человека путем селективной стимуляции роста и активности одного или нескольких родов полезных бактерий толстого кишечника. Использование природных пребиотиков позволит, согласно прогностической модели нового поколения продуктов питания, культивировать полезные бактерии за счет внесения стимуляторов их роста в различных продуктах питания [4]. Пребиотики можно назвать стимуляторами, или промоторами, пробиотиков, в частности бифидобактерий.
Кроме того, биологическая обработка шрота позволит повысить усвояемость белков, подвергнутых воздействию денатурирующих факторов, и минеральных веществ.
В данной работе использовали кедровый шрот - белково-углеводный остаток, полученный в результате извлечения кедрового масла из очищенных от скорлупы ядер кедровых орехов СВЧ-экстракцией этиловым спиртом по разработанному авторами способу [5]. Остатки растворителя удалялись из шрота также с помощью СВЧ-нагрева. Химический состав кедрового шрота представлен в таблице 1.
Таблица 1 Химический состав кедрового шрота
Наименование показателя Массовая доля, в % на сухое вещество
Жиры 0,6
Белки 47,1
Углеводы, в том числе 45,4
крахмал 14,5
клетчатка 5,1
декстрины 4,1
пентозаны 2,3
сахароза 11,3
рафиноза 7,6
глюкоза 0,2
фруктоза 0,3
Зола 5,2
Прочие вещества 1,7
Применение СВЧ-нагрева, обладающего стерилизующим эффектом, в процессе получения кедрового шрота позволяет избежать дополнительных операций по его стерилизации или пастеризации, необходимых для культивирования бифидобактерий. Результаты исследований [6, 7] показали, что под воздействием электромагнитного поля СВЧ происходит полное освобождение объектов от вредной микрофлоры. Стерилизующий эффект СВЧ-электромагнитных колебаний заключается в избирательном нагреве патогенных микроорганизмов, являющихся влажными диэлектриками. Возбудители болезней при СВЧ-воздействии погибают вследствие высокой скорости нарастания их температуры. В результате воздействия микроволн значительно улучшаются микробиологические показатели. Результаты микробиологического анализа исследуемого кедрового шрота представлены в таблице 2. Полученные данные не превышают допустимых норм, установленных санитарными правилами и нормами и подтверждают стерилизующий эффект применяемой технологии.
Таблица 2
Микробиологические показатели кедрового шрота
Наименование показателя Значение показателей по СанПиН 2.3.2.1078-01 Кедровый шрот
КМАФАнМ, КОЕ/г, не более 5-104 1,7-102
БГКП (колиформы) не допускаются в 0,1 г. не обнаружены
Патогенные, в том числе сальмонеллы не допускаются в 25 г. не обнаружены
S. aureus не допускаются в 0,1 г. не обнаружены
Сульфитредуцирующие клостридии не допускаются в 0,1 г. не обнаружены
Дрожжи, КОЕ/г, не более 5-102 < 1,0
Плесени, КОЕ/г, не более 1-102 < 1,0
Ранее было установлено [8], что увлажненный кедровый шрот является хорошей питательной средой для бифидобактерий. В связи с этим была изучена возможность использования кедрового шрота, полученного по разработанной технологии, при производстве бифидосодержащего кисломолочного продукта.
Для приготовления кисломолочного продукта молоко нормализовали до массовой доли жира 2,5%, пастеризовали при температуре 90-92 °С с выдержкой 2-3 мин, охлаждали до температуры заквашивания 37 °С. Затем вносили различные дозы кедрового шрота, предварительно растворенного в пастеризованном и охлажденном до 60-65 °С молоке, вносили 5 % закваски бифидобактерий и оставляли для сквашивания. Контролем служил образец, приготовленный без внесения шрота.
Результаты исследований, представленные в таблице 3, показывают что с увеличением дозы кедрового шрота кислотообразующая способность бифидобактерий повышается.
При количественном учете бифидобактерий обнаружено, что при всех дозах шрота в конце ферментации количество жизнеспособных клеток бифидобактерий составляет 1010 КОЕ в 1 см3.
Таблица 3
Влияние дозы вносимого шрота на биохимическую активность бифидобактерий
Доза шрота, % Титруемая кислотность, О Т Количество клеток бифидобактерий, КОЕ в 1 см3
Продолжительность сквашивания, ч
2 4 5 2 4
2 40 51 56 3*109 2*1010
3 43 55 59 4*109 5*1010
4 47 66 - 8*109 5*1010
5 48 69 - 10*109 8*1010
Для уточнения технологических параметров получения кисломолочного продукта изучали влияние кедрового шрота на продолжительность сквашивания молока.
Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что внесение кедрового шрота сокращает продолжительность сквашивания на 4 ч. Титруемая кислотность сгустка опытного образца через 4 ч культивирования составляет 57 °Т (рис. 1). Активная кислотность (рН) изменялась в соответствии с титруемой и в конце сквашивания составила 4,8-4,95.
Необходимо отметить более интенсивный рост бифидобактерий в молоке с внесением шрота. Количество жизнеспособных клеток бифидобактерий в опытном образце через 4 ч культивирования составляет 1010 в 1 см3, тогда как в контрольном через 8 ч достигает 109 в 1 см3 (рис. 2.)
о о
X I-
о ц
о
к го
си
60
40
20
ч £ • 1
/
Г 21 > ' 1
о о
X I-
о ц
о
к го
X ей
<
8
Время, ч
Рис. 1. Влияние кедрового шрота на процесс сквашивания молока бифидобактериями
1 : 11- контроль, без шрота; 2 : 21- 3 % шрота
10
са Ш
О
е
р
го
О
2 1
8
Время, ч
Рис. 2. Влияние кедрового шрота на рост бифидобактерий: 1 - контроль (без шрота); 2 - 3 % шрота
7
6
5
0
4
2
4
6
8
6
4
2
0
2
4
6
Это свидетельствует о том, что кедровый шрот обладает бифидогенными свойствами и является высокоэффективным стимулятором роста бифидобактерий.
Важным показателем качества кисломолочного продукта является его консистенция. Основная цель технологического процесса производства кисломолочного продукта - получение прочного, эластичного сгустка, способного удерживать влагу.
Многочисленными исследованиями, основанными на изучении изменения вязкости, оптической плотности молока и других показателей, было доказано, что при постепенном понижении рН молока и приближении его к изоэлектрической точке происходит формирование единой пространственной сетки молочного сгустка, в петли которой захватывается дисперсионная среда с шариками жира и другими составными частями молока. Согласно теории Я.И. Френкеля, причина увеличения вязкости раствора заключается в уменьшении подвижности молекул воды вследствие их взаимодействия с растворенными веществами и образования агрегатов, имеющих низкую подвижность. С этой точки зрения, причиной повышения вязкости молока с повышением титруемой кислотности является образование прочных белковых структур. Молочная кислота, накапливающаяся в результате деятельности бифидобактерий, способствует повышению стойкости продуктов и влияет на физические свойства образовавшегося сгустка.
Характер сгустков кисломолочных продуктов различный и зависит от многих факторов. В связи с этим представляет интерес исследование влияния кедрового шрота на процесс формирования структуры сгустка.
Согласно данным П.А. Ребиндера, при структурообразовании дисперсных систем могут образоваться два типа пространственных структур - коагуляционные (тиксотропно-обратимые) и конденсационные (необратимо разрушающиеся).
Структурированные системы, возникающие в молоке при выработке кисломолочных продуктов как структуры смешанного типа, должны содержать необратимо-разрушающиеся и тиксотропно-обратимые связи. Данные по изменению эффективной вязкости кисломолочного продукта в зависимости от дозы кедрового шрота представлены в таблице 4.
Анализ данных свидетельствует о тесной взаимосвязи между дозой шрота и вязкостью кисломолочного продукта. Решающее влияние на формирование структуры оказывают высокомолекулярные полисахариды и олигосахариды шрота, которые обладают высокой влагосвязывающей способностью и повышают вязкость сгустков.
Таблица 4
Влияние дозы шрота на эффективную вязкость кисломолочного продукта
Доза шрота, % Эффективная вязкость, Па*с*10
Ьн Ьр Ьв
0 78,4 7,5 10,1
2 93,5 41,3 63,1
3 115,9 65,5 84,3
4 129,8 95,7 111,9
5 137,6 99,3 121,2
1н - эффективная вязкость неразрушенной структуры; Ьр - эффективная вязкость разрушенной структуры; Ьв - эффективная вязкость восстановленной структуры.
Данные, представленные в таблице 4, показывают, что во время формирования сгустка при выработке кисломолочного продукта без добавления шрота образуются в основном необратимо-разрушающиеся связи. Тиксотропно-обратимых связей в ней мало. С повышением дозы шрота в кисломолочном продукте наблюдается меньшая потеря вязкости при разрушении структуры и увеличение тиксотропно-обратимых связей по сравнению с контролем.
Внесение различных доз шрота также способствует снижению степени и скорости отделения сыворотки (рис. 3).
Продолжительность центрифугирования, мин
Рис. 3. Изменение степени и скорости отделения сыворотки с различными дозами кедрового шрота: 1 - без шрота; 2 - 2%; 3 - 3%;
4 - 4%; 5 - 5% шрота
Снижение степени синерезиса можно объяснить высокой влагоудерживающей способностью составных частей шрота: белков, крахмала, олигосахаридов.
Таким образом, установлено, что кедровый шрот обладает бифидогенными свойствами и является высокоэффективным стимулятором роста бифидобактерий. Добавление кедрового шрота повышает биохимическую активность бифидобактерий и сокращает продолжительность сквашивания молока. Изменяя дозу кедрового шрота, можно получить сгустки с определенными структурно-механическими и синеретическими свойствами. Полученные данные будут полезны при разработке технологии получения кисломолочного продукта, обогащенного кедровым шротом.
Библиография
1. Кочеткова А.А., Колеснов А.Ю., Тужилкин В.И. и др. Современная теория позитивного питания и функциональные продукты // Пищевая промышленность. - 1999. - № 4. - С. 7-10.
2. Субботина М.А. Биохимический состав и технологические свойства семян сосны сибирской. - Кемерово, 2005. - 140 с.
3. Егорова Е.Ю. Баташова Н.В., Бочкарёв М.С. Биологическая ценность и функционально-технологические свойства жмыха ядра кедрового ореха // Масложировая промышленность. - 2007. -№ 6. - С. 41-44.
4. Шевелева С.А. Пробиотики, пребиотики и пробиотические продукты. Современное состояние вопроса // Вопросы питания. - 1999. - № 2. - С. 32-35.
5. Хантургаев А.Г., Бадмацыренов Б.В., Ширеторова В.Г. и др. Кинетика извлечения кедрового масла спиртом этиловым в электромагнитном поле СВЧ // Известия вузов. Пищевая технология. - 2007. - № 1. - С. 67-69.
6. Толмачева Т.А. Влияние СВЧ-поля на микрофлору и качественные показатели сухофруктов: дис. ... канд. биол. наук. - Красноярск, 2004.
7. Рогов И.А., Некрутман С.В., Папкова В.Б. и др. Влияние режимов СВЧ-термообработки на микроорганизмы // Мясная индустрия. - 1982. - № 4. - С. 35-36.
8. Хантургаев А.Г., Хамагаева И.С., Ширеторова В.Г. Исследование процесса ферментации кедрового шрота бифидобактериями // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2011. - № 10. -С. 60-63.
Bibliography
1. Kochetkova А.А., Kolesnov А.Yu., Tuzhilkin V.I. et al. Modern theory of positive nutrition and functional food. // Pishchevaya promyshlennost'. - 1999. - N 4. - P. 7-10.
2. Subbotina M.A. Biochemical composition and technological properties of Siberian pine seeds -Kemerovo, 2005. - 140 p.
3. Egorova E.Yu., Batashova N.V., Bochkarev M.S. Biological value and functional-technological properties of cake from cedar nut kernel // Maslozhirovaya promyshlennost. - 2007. - N 6. - P. 41-44.
4. Sheveleva S.A. Probiotics, prebiotics and probiotic food. Modern status of the question // Vo-prosy pitaniya. - 1999. - N 2. - P. 32-35.
5. Khanturgaev A.G, Badmatsyrenov B.V., Shiretorova V.G. et al. Kinetics of cedar oil extraction by ethanol in the microwave area // News of Institutes of higher education. Food technology. - 2007. - N 1. - P. 67-69.
6. Tolmachova T.A. Influence of microwave on the microflora and quality parameters of dried fruits: Diss. ... Cand. Sc. Biol. - Krasnoyarsk, 2004. - 150 p.
7. Rogov I.A., Nekrutman S.V., Papkova V.B. et al. Influence of microwave heat treatment conditions on microorganism // Myasnaya industriya. - 1982. - N 4. - P. 35-36.
8. Khanturgaev A.G., Khamagaeva I.S., Shiretorova V.G. Investigation of fermentation process of the cedar protein residue by bifidobacteria // Storage and processing of farm products. - 2011. - N 10. -P. 60-63.
