CC BY
20
УДК 637.13
Исследование влияния пребиотического ингредиента на качественные и биотехнологические показатели
биопродукта
Динер Юлия Александровна, кандидат технических наук, доцент кафедры товароведения, стандартизации и управления качеством e-mail: [email protected]
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина»
Юрк Наталия Анатольевна, кандидат технических наук, доцент кафедры товароведения, стандартизации и управления качеством e-mail: [email protected]
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина»
Аннотация. В настоящей работе исследовано влияние различной массовой доли пребиотического ингредиента на органолептические показатели и биотехнологические свойства кисломолочного биопродукта, полученного путем ферменти-рования молока консорциумом микроорганизмов с выраженными пробиотическими свойствами, с целью расширения ассортиментного ряда инновационных биопродуктов для персонализированного питания. Установлено, что наилучшими показателями обладает биопродукт, в котором массовая доля лактитола составила 7,5%.
Ключевые слова: персонализированное питание, рынок FoodNet, лактитол, молочнокислые микроорганизмы, пропионовокислые микроорганизмы, органолептические показатели, витамин В12.
Актуальность исследований. FoodNet является одним из ключевых рынков Национальной технологической инициативы и имеет первостепенное значение в формировании глобальных трендов на мировых рынках за счет лучших технологических решений продовольственной безопасности человека [1].
Основной вектор развития дорожной карты рынка FoodNet связан с инновационными решениями в области производства и реализации питательных веществ и конечных видов пищевых продуктов (персонализированных и общих, на основе традиционного сырья и его заменителей), а также сопутствующих 1Т-решений (например, обеспечивающих сервисы по логистике и подбору индивидуального питания).
Персонализированное питание является научным подходом к индивидуальному здоровью каждого человека. В рамках этого подхода особое внимание уделяют категории функциональных продуктов, в первую очередь молочным, как важнейшему из аспектов комплексного подхода к здоровью и долголетию [2].
В условиях повышенной информационной нагрузки, неблагоприятной экологической обстановки и ухудшения общего качества рациона современного человека перспективным направлением пищевой технологии остается разработка и организация промышленного производства новых биопродуктов, полученных ферментацией молока уникальными консорциумами микроорганизмов - пробиотиков, обогащённых дополнительно пребиотическими ингредиентами [3, 4, 5].
Среди многообразия пищевых веществ с выраженными пребиотическими свойствами лактоза занимает особое место. Это достаточно распространенный пребио-тик, избирательно стимулирующий рост и активность кисломолочной микрофлоры кишечника [3].
Производные лактозы, также обладают пребиотическим потенциалом и широко используются в пищевых технологиях. Особое внимание из этой группы веществ заслуживает лактитол (лактит), достаточно ограничено используемый отечественной молочной промышленностью, не смотря на свои уникальные свойства.
Лактитол - синтетический структурообразующий сахарозаменитель с низким гликемическим индексом, полученный из лактозы путем уменьшения части глюкозы данного дисахарида; представляет из себя белую кристаллическую пудру, без запаха, на вкус - сладкую (слаще сахарозы в 0,4 раза); гигроскопичен, хорошо растворим, имеет вязкость раствора меньше по сравнению с сахарозой, устойчив к нагреванию.
Использование лактитола в качестве пребиотика связано с тем, что, попадая в толстый кишечник без изменений, он используется его микрофлорой как источник энергии. По типу метаболизма лактитол похож на пищевые волокна - не гидролизуется, не всасывается в желудке и тонком кишечнике, в толстом кишечнике ферментируется сахаролитической микрофлорой, преобразовываясь в низшие жирные кислоты, углекислый газ, водород и биомассу. При сравнительном изучении влияния лактитола и лактулозы на условно-патогенные и патогенные микроорганизмы установлено, что действие лактитола более избирательно. Образующиеся при ферментации лактитола жирные кислоты активно всасываются и метаболизируются в организме, не влияя на уровень глюкозы и инсулина в крови. Поэтому лактитол служит неинтенсивным сахарозаменителем в продуктах питания для больных сахарным диабетом [6].
Учитывая позитивное воздействие лактитола на рост пробиотической микрофлоры, его целесообразно использовать при производстве биопродуктов для пер-
сонализированного и функционального питания. Тем более доказано, что внесение лактитола увеличивает жизнеспособность микроорганизмов закваски в течение всего срока годности [6, 7].
Целью проводимых научных исследований является изучение влияния различной массовой доли пребиотического ингредиента на качественные и биотехнологические показатели биопродукта для персонализированного питания.
Объекты и методы исследования. Объектами исследования явились: биопродукт, полученный путем ферментации молока 2,5% жирности консорциумом микроорганизмов-пробиотиков, состоящим из концентрата пропионовокислых бактерий на основе селектированных штаммов Propionibacterium freudereichii (подвиды shermanii и globosum) и бактериального концентрата лиофильно высушенной протосимбиотической смеси чистых культур термофильного стрептококка Streptococcus salvarius subsp. thermophilus и болгарской палочки Lactobacillus delbruесkii subsp. Bulgaricus; пребиотический ингредиент - лактитол по действующей нормативной документации, утвержденной в установленном порядке.
В ходе исследования использовались: общепринятые математические методы планирования эксперимента; методы математического моделирования и статистики; микробиологические, биохимические и физико-химические методы.
Результаты и их обсуждение. С целью исследования влияния пребиотика на качественные показатели биопродукта для персонализированного питания и выбора оптимальной массовой доли лактитола были изучены органолептические, биотехнологические и микробиологические показатели опытных образцов.
Массовую долю лактитола выбирали согласно результатам исследований Стэндфордского Университета (Великобритания): пребиотический эффект достигается при введении в рацион питания до 20 г чистого лактитола [6].
В качестве контрольного образца использовали биопродукт, полученный ферментацией молока 2,5% жирности консорциумом микроорганизмов с выраженной пробиотической активностью (без добавления лактитола). Опытные образцы биопродукта отличались массовой долей вносимого пребиотического ингредиента: опыт 1 - 2,5%, опыт 2 - 5,0%, опыт 3 - 7,5%, опыт 4 - 10,0%.
При изучении процесса сквашивания опытных образцов консорциумом микроорганизмов-пробиотиков разработаны математические модели, описывающие влияние лактитола и продолжительности сквашивания на изменение клеточной концентрации пропионовокислых и молочнокислых микроорганизмов.
Разработку математических моделей и построение поверхностей отклика осуществляли с использованием современного программного продукта «TableCurve 3D», в котором реализованы методы анализа временных рядов, регрессионного, кластерного и факторного анализов, а также многомерного шкалирования.
Поверхность отклика зависимости клеточной концентрации пропионовокислых микроорганизмов Propionibacterium freudereichii (подвиды shermanii и globosum) от массовой доли лактитола и продолжительности сквашивания представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Зависимость клеточной концентрации пропионовокислых микроорганизмов от массовой доли лактитола и продолжительности сквашивания
Разработанная математическая модель, описывающая изменение клеточной концентрации пропионовокислых микроорганизмов от массовой доли лактитола и продолжительности сквашивания, представлена следующим уравнением регрессии:
z = a + b ■ x + n ■ y (1)
где:
х - массовая доля лактитола, %; у - продолжительность сквашивания, ч;
z - клеточная концентрация пропионовокислых микроорганизмов, lgKOE/смЗ. Коэффициенты уравнения регрессии (1) представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Расчетные коэффициенты уравнения регрессии
Коэффициенты Значение Коэффициент
а 3,88 0,97
b 0 07
c Ö,62
Поверхность отклика зависимости клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов протосимбиотической смеси чистых культур термофильного стрептококка Streptococcus salvarius subsp. thermophilus и болгарской палочки Lactobacillus delbruесkii subsp. Bulgaricus от исследуемых факторов в процессе сквашивания от массовой доли лактитола и продолжительности сквашивания представлена на рисунке 2.
Рис. 2. Зависимость клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов от массовой доли лактитола и продолжительности сквашивания
Разработанная математическая модель, описывающая изменение клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов от массовой доли лактитола и продолжительности сквашивания, представлена следующим уравнением регрессии:
2 = а + Ь ■ х + п ■ у
(2)
где:
х - массовая доля лактитола, %; у - продолжительность сквашивания, ч;
z - клеточная концентрация молочнокислых микроорганизмов, 1дКОЕ/см3. Коэффициенты уравнения регрессии (2) представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Расчетные коэффициенты уравнения регрессии
Коэффициенты Значение Коэффициент
а 3,73 0,96
Ь 013
с б,69
В ходе научных исследований была изучена зависимость содержания витамина В12, продуцируемого пропионовокислыми микроорганизмами. Результаты проведенных исследований представлены на рисунке 3.
о о
U
и
(N
S
CÖ
К
К S
cö H S m
(U S X
eö
*
Л
(U «
О
О
60
50
40
30
20
10
50,97-
51,75
52,89
54,60
38,80
0%
2.5%
5.0%
7.5%
10.0%
□ контроль □ опыт 1 □ опыт 2 □ опыт 3 □ опыт 4
Рис. 3. Содержание витамина В12 в зависимости в зависимости от массовой доли лактитола
Уравнение регрессии и коэффициент детерминации проведенных исследований содержания витамина В12 представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Регрессионный анализ изменения содержания витамина В12 в зависимости от массовой доли лактитола в исследуемых опытных образцах
Показатель
I Содержание витамина В,
Уравнение регрессии
I y = -2,33x2 + 11,82x + 39,95
I R2= 0,7688
J
Анализ экспериментальных данных и последующая их статистическая обработка, представленные на рис. 1-3 и табл. 1-3, позволили установить, что рост клеток пропионовокислых и молочнокислых микроорганизмов зафиксированы в опытном образце № 3, в связи с чем синтез витамина В12 в данном образце соответственно протекает более интенсивно.
При проведении исследований установлено, что лактитол придает биопродукту приятный сладкий вкус, не искажает запах и цвет. В таблице 4 представлены результаты органолептической оценки опытных образцов с разными концентрациями лактитола.
Таблица 4 - Результаты органолептической оценки опытных образцов
оказатель
оказатели оиопродуктов
онтрол
Вкус и запах Чистый, кисломолочный Чистый кисло-молочный Чистый, кисломолочный, слабосладкий Чистый, кисломолочный, в меру сладкий Чистый, кисломолочный, сладкий
Консистенция Слабовязкая, однородная, сгусток - плотный
Цвет Молочно-белый, равномерный по всей массе
При анализе представленных данных установлено, что образец биопродукта (опыт 3) имеет максимально приятные вкусовые характеристики по сравнению с
0
пыт
контрольным образцом и образцами биопродуктов (опыт 1, 2, 4).
Таким образом, на основании комплекса полученных экспериментальных данных и их последующего анализа, установлена оптимальная массовая доля лактитола - 7,5%, которая позволила получить биопродукт с повышенными биотехнологическими качествами и новыми вкусовыми свойства.
Список литературы:
1. Юрк, Н.А. Изучение реологических характеристик молочных продуктов для персонализированного питания / Н.А. Юрк, Ю.А. Динер // Молочнохозяй-ственный вестник. - 2019. - № 4(36). - С. 192-200.
2. Юрк, Н.А. Конструирование сливочно-цикориевой основы биопродукта для персонализированного питания в рамках рынка FoodNet / Н.А. Юрк // Мо-лочнохозяйственный вестник. - 2020. - № 1(37). - С. 139-147.
3. Смирнова, Н.А. Ферментированный сливочный биокорректор / Н.А. Смирнова // Молочная промышленность. - 2012. - № 1. - С. 69-70.
4. Смирнова, Н.А. Влияние пектина на свойства ферментированного сливочного биокорректора / Н.А. Смирнова // Молочная промышленность. - 2012. - № 2. - С. 67-68.
5. Чернопольская, Н.Л. Использование антиоксидантов в ферментированных (кисломолочных) продуктах / Н.Л. Чернопольская, Н.Б. Гаврилова // Молочная промышленность. - 2019. - № 10. - С. 66-67.
6. Гаврилова, Ю.А. Разработка технологии кисломолочного биопродукта для функционального питания: специальность 05.18.04 «Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств»: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Гаврилова Юлия Александровна / Северо-Кавказский государственный технический университет. - Омск, 2010. - 164 с.
7. Артюхова, С.И. Биопродукт «Омский-1» с пробиотическими свойствами / С.И. Артюхова, Ю.А. Гаврилова // Пищевая промышленность. - 2010. - № 10. - С. 68-69.
References:
1. Yurk, N.A. Study of rheological characteristics of dairy products for personalized nutrition. Molochnohozyajstvennyj vestnik. [Dairy Bulletin], 2019, no. 4 (36), pp. 192200. (in Russian)
2. Yurk, N.A. Designing a creamy chicory base of a bioproduct for personalized nutrition within the FoodNet market. Molochnohozyajstvennyj vestnik. [Dairy Bulletin], 2020, no. 1 (37), pp. 139-147. (in Russian)
3. Smirnova, N.A. Fermented creamy biocorrector. Molochnaya promyshlennost'. [Dairy industry], 2012, no. 1, pp. 69-70. (in Russian)
4. Smirnova, N.A. Influence of pectin on the properties of fermented creamy biocorrector / N.A. Smirnov. Molochnaya promyshlennost'. [Dairy industry], 2012, no. 2, pp. 67-68. (in Russian)
5. Chernopolskaya, N.L. The use of antioxidants in fermented (sour milk) products. Molochnaya promyshlennost'. [Dairy industry], 2019, no. 10, pp. 66-67. (in Russian)
6. Gavrilova, Yu.A. Razrabotka tekhnologii kislomolochnogo bioprodukta dlya funkcional'nogo pitaniya: special'nost' 05.18.04 «Tekhnologiya myasnyh, molochnyh i rybnyh produktov i holodil'nyh proizvodstv»: dissertaciya na soiskanie uchenoj stepeni kandidata tekhnicheskih nauk. Diss. kand. tehn. nauk [Development of technology for fermented milk biological products for functional nutrition. Ph.D. Tesis], Omsk, North Caucasus State Technical University, 2010, 164 p. (in Russian)
7. Artyukhova, S.I. Bioproduct «Omsk-1» with probiotic properties. Pishchevaya promyshlennost'. [Food industry], 2010, no. 10, pp. 68-69. (in Russian)
Investigation of the influence of a prebiotic ingredient on the quality and biotechnological indicators of a biological
product
Diner Yulia Aleksandrovna, Candidate of Science (Technology), Associate Professor of the Department of Commodity Science, Standardization and Quality Management e-mail: [email protected]
Federal State Educational Institution of Higher Education «Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin»
Yurk Nataliya Anatolievna, Candidate of Science (Technology), Associate Professor of the Department of Commodity Science, Standardization and Quality Management e-mail: [email protected]
Federal State Educational Institution of Higher Education «Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin»
Abstract. In this work, we investigated the effect of different mass fraction of a prebiotic ingredient on the organoleptic parameters and biotechnological properties of a fermented milk biological product obtained by fermenting milk by a consortium of microorganisms with pronounced probiotic properties in order to expand the range of innovative biological products for personalized nutrition. It was found that the best performance is possessed by a biological product, in which the mass fraction of lactitol was 7,5%.
Keywords: personalized nutrition, FoodNet market, lactitol, lactic acid microorganisms, propionic acid microorganisms, organoleptic characteristics, vitamin B12.
