CC BY
71
ВестникВГУИТ, №1, 2016[
УДК 637.146
DOI: http://dx.doi.org/10.20914/2310-1202-2016-1-122-127
Профессор Л.Э. Глаголева, старший преподаватель Л.О. Ряскина, аспирант А.А. Родионов, студент Н.А. Пастухова
(Воронеж. гос. ун. инж. техн.) кафедра сервиса и ресторанного бизнеса E-mail: [email protected]
Professor L.E. Glagoleva, senior teacher L.O. Ryaskina, graduate A.A. Rodionov, student N.A. Pastukhova
(Voronezh state university of engineering technologies) Department of service and restaurant business E-mail: [email protected]
Перспективы инновационных продуктов здорового питания на основе БАД «ВИТАЗАР»
Prospects of innovative functional foods based on biologically active dietary supplement (BADS) "VITAZAR"
Реферат. Одним из актуальных технологических направлений в производстве продуктов функциональной направленности является разработка син- и метабиотиков. Положительное действие этих продуктов достигается за счет обогащения рецептур добавками, оказывающими селективную стимуляцию роста или активизирующими метаболическую активность нормофлоры кишечника. В этой связи научный и практический интерес представляет изучение возможности расширения ассортимента синбио-тических продуктов с содержанием не менее 107 КОЕ/мл пробиотических микроорганизмов на молочной, растительно-молочной, не содержащей белков молока, или только растительной основе без молочных компонентов. В работе исследованы условия накопления биомассы консорциума пробиотических микроорганизмов, состоящего из L. Сasei subsp. Rhamnosus, L. acidophilus, L. plantarum, L. fermentum, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium longum, Bifidobacterium adolescentis на питательных средах с содержанием муки зародышей пшеницы «Витазар» 1-20 %. Проведена количественная оценка процесса накопления биомассы про-биотической микрофлоры и ее метаболитов в молочно-витазарной, сыворточно-витазарной, водно-витазарной питательных средах. Установлена возможность накопления биомассы исследуемого консорциума лакто- и бифидобактерий в безлактозной водно-витазарной среде. Достигнута концентрация лакто- и бифидобактерий в активной форме 109 КОЕ/мл. Установлено, что являясь источником пищевых волокон и широкого спектра углеводов «Витазар» способен поддерживать развитие лакто- и бифидобактерий, формируя благоприятную среду. Накопление пробиотической микрофлоры фиксировали по возрастанию титруемой килотности вследствие ферментации лактозы Р-галактозидазой, продуцируемой микроорганизмами консорциума. При исследовании кинетики процесса ферментации были идентифицированы основные стадии процесса накопления микробной массы. Полученные ферментированные пасты с содержанием «Витазара» 20 и 30 % рекомендуются как компонент рецептур функциональных продуктов.
Summary. The development of syn- and metabiotics is one of the most important technological lines of reserch in the production of functional foods. The positive effect of these products is achieved by the addition of enrichment components into the formulations that provide selective stimulation of the of intestinal normal flora's growth or activates it's metabolic activity. In this regard, scientific and practical interest seem to study the possibility of expanding the range of synbiotic products containing not less than107 CFU / ml of the probiotic microorganisms on the dairy, vegetable-dairy (protein-free milk), or only on the plant-based medium without dairy ingredients. In the research work we have studied the conditions for the accumulation of biomass of probiotic microorganisms consortium, consisting of L. casei subsp. Rhamnosus, L. acidophilus, L. plantarum, L. fermentum, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium longum, Bifidobacterium adolescentis on nutrient mediums containing 1-20 % wheat germ flour "Vitazar". The quantitative assessment of the accumulation of probiotic microflora biomass and its metabolites in milk-vitazar based, whey- vitazar based, water-vitazar based nutrient mediums has been carried out . The concentration of Lactobacterium and Bifidobacterium in active form in quantity of 109 CFU / ml has been reached. It was found out that "Vitazar", being a source of dietary fibers and a wide range of carbohydrates, is capable to support the growth of Lactobacterium and Bifidobacterium, forming the favorable environment. The accumulation of probiotic microflora has been observed by the increasing of titrat-able acidity due to lactose fermentation by P-galactosidase, produced by microorganisms of the consortium. The main stages of the process of the accumulation microbiomass have been identified in the study of the kinetics of the fermentation process. The derived fermented pastes, containing 20 % and 30 % "Vitazar" are recommended as a component of formulations of functional products.
Ключевые слова: пробиотическая микрофлора, пребиотики, мука зародышей пшеницы «Витазар», сыворотка, ферментация, титруемая кислотность, синбиотические свойства.
Keywords: probiotic microflora, prebiotics, wheat germ flour "Vitazar", whey, fermentation, titratable acidity, sinbiotic properties.
© Глаголева Л.Э., Ряскина Л.О., Родионов А.А., Пастухова Н.А., 2016
Для цитирования Глаголева Л.Э., Ряскина Л.О., Родионов А.А., Пастухова Н.А. Перспективы инновационных продуктов здорового питания на основе БАД «ВИТАЗАР» // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2016. №1. C. 122-127. doi: 10.20914/2310-1202-2016-1-122-127.
For cite
Glagoleva L.E., Ryaskina L.O., Rodionov A.A., Pastukhova N.A. Prospects of innovative functional foods based on biologically active dietary supplement (BADS) "VITAZAR". Vestnik voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernyh tekhnologij [Proceedings of the Voronezh state university of engineering technologies]. 2016, no. 1, pp. 122-127. (In Russ.). doi: 10.20914/ 2310-1202-2016-1-122-127.
ВестникВГУИТ, №1, 206
Транспорт питательных веществ, поступающих из желудочно-кишечного тракта в кровь, во многом определяется составом и свойствами биопленки на стенке кишечника, которые в свою очередь зависят от сбалансированности биоценоза, насчитывающего более 1500 видов микроорганизмов. Наиболее значимыми являются бифидо- и лактобактерии [1]. Современный рацион питания, антибиотикоте-рапия, стрессы, возрастные изменения приводят к снижению численности популяций пробиоти-ческих микроорганизмов и истончению биопленки. В результате потребляемая пища обеспечивает организм необходимым количеством макро- и микронутриентов, потребность в которых у современного человека существенно возросла вследствие роста стрессовых и экологически неблагоприятных факторов. Одно из актуальных технологических направлений в производстве продуктов функциональной направленности - разработка син- и метабиотиков. Положительное действие этих продуктов достигается за счет обогащения рецептур добавками, оказывающими селективную стимуляцию роста или активизирующими метаболическую активность нормофлоры кишечника. В настоящее время широкий спектр подобных продуктов разработан на основе молока и широко представлен на рынке. Однако часть населения страдает аллергией по отношению к молочным белкам или непереносимостью лактозы. В связи с этим научный и практический интерес представляет изучение возможности расширения ассортимента синбиотических продуктов с содержанием не менее 107 КОЕ/мл пробиотиче-ских микроорганизмов на молочной, растительно-молочной, не содержащей белков молока, или только растительной основе без молочных компонентов. В качестве основного пре-биотического субстрата была выбрана мука зародышей пшеницы «Витазар», образуемая после холодного отжима масла. Следует отметить ценный состав «Витазара», в который входят 25-37 % белка, 19-25% сахаров, из которых 8-11 % - пентозаны, 1,8-4,2 % клетчатки, 6,0-8,1 % жира, 4,0-7,7 % золы. По химической природе, составу и биологической ценности белки «Ви-тазара» сравнимы с белками животного происхождения [2]. В 100 г «Витазара» содержится 21 минерал, в том числе такие важные для нормального функционирования организма, как фосфор (230 мг), кальций (1000 мг), магний (250 мг), калий (900 мг), а также железо, марганец и цинк. Благодаря наличию в составе жировой фракции поликозанола, «Витазар» оказывает не только пребиотическое, но и гипохолесте-ринемическое действие на организм, он облада-
ет ценными технологическими свойствами, на его основе разработан широкий ассортимент пищевых продуктов [3].
Известна технология кисломолочного продукта с содержанием «Витазара» до 2 % с применением кефирных грибков или закваски для йогурта, состоящей из термофильного стрептококка и болгарской палочки [4]. Однако актуально не только расширение видового многообразия биомассы культивируемых пре-биотических микроорганизмов на основе «Ви-тазара», но и дополнительное обогащение продуктов с его использованием более широким спектром метаболитов микробиоты, обладающих выраженными иммуномодулирую-щими свойствами [5, 6].
Цель работы - исследование процесса культивирования биомассы лакто- и бифидо-бактерий в молочных, растительных и комбинированных пищевых системах, содержащих «Витазар».
В качестве пробиотической микрофлоры был изучен консорциум, предназначенный для производства продукта «BioMatrix», содержащий пробиотические лакто- и бифидокультуры L. Casei subsp. Rhamnosus, L. acidophilus, L. plantarum, L. ^ fermentum, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium longum, Bifidobacterium adoles-centis (производства ООО «Биопродукт» ТУ-9222-01-77879221-2014). Данный консорциум обладает выраженной лактазной активностью и при культивировании в молочной среде концентрация микроорганизмов может достигать 109 КОЕ/г. Для ферментации использовали закваску прямого внесения, которая характеризовалась следующими показателями: массовая доля влаги, %, не более 5,0; количество молочнокислых палочек, в 1 г, млрд КОЕ, не менее 5,0; количество термофильного стрептококка в 1 г, млн. НВЧ, не менее 1,0; цитратсбраживаю-щих лактококков в 1 г, млрд. КОЕ, не менее 3,0; бифидобактерий, в 1 г, млрд, КОЕ не менее 3,0; дрожжи плесени в 1 г, КОЕ - не более 5,0; бактерии группы кишечных палочек, патогенные микроорганизмы, в т.ч. сальмонеллы - отсутствовали. Для активации закваски в 100 мл стерилизованного при температуре (121±2) °С в течение (13±2) мин и охлажденного до температуры (37±1) °С молока (массовая доля жира 0,5-1,0 %, титруемая кислотность 19 оТ) вносили 0,7 г сухой закваски «BioMatrix-LB1», тщательно перемешивали и выдерживали в течение 4,0 ч при температуре (37±1) °С. Полученный активизированный концентрат (без образования сгустка) сразу после активизации вносили при
ВестпикВВТУИТ, №1, 206
перемешивании в пастеризованную (92±2 °С, выдержка от 30 сек до 8 мин) и охлажденную (37-40 оС) питательную среду. В качестве питательных сред были исследованы молочно-витазарные системы с содержанием «Витазара» 1-5 %, сывороточно-витазарные системы на основе подсырной сыворотки, с содержанием «Витазара» 3-20 %, водно-витазарные системы с содержанием «Витазара» 5-30 %.
Ферментацию проводили при температуре (39-40) °С, в ходе термостатирования контролировали титруемую кислотность среды по ГОСТ 6687.4-86. Процесс осуществляли до замедления роста значений титруемой кислотности. В конечных продуктах определяли микробиологические показатели (КОЕ/г): количество бифидо-бактерий - по ГОСТ Р 52687-06, лактобактерий -по ГОСТ Р 51331-99, дрожжей - по ГОСТ 10444.12-13, плесени - по ГОСТ 10444.12-13.
Введение муки из жмыха зародышей пшеницы «Витазар» в молоко, подсырную сыворотку или в воду в диапазоне исследуемых концентраций позволяет получить системы различной консистенции, от ньютоновской жидкости до пасты, цвета от кремового до насыщенного коричневого, а также с запахом от молочного до выраженного пшеничного. Установлено, что «Витазар» частично растворим в воде, молоке и сыворотке и образует гетерогенные системы, которые при 20 % концентрации «Витазара» в сыворотке имеют пастообразную однородную консистенцию, аналогичная консистенция характерна для водно-витазарных систем с содержанием сухих веществ 30 %.
Результаты развития исследуемого консорциума пробиотических микроорганизмов в молоке представлены на рисунке 1.
Рисунок 1. Изменение титруемой килотности в молочно-витазарных системах с содержанием «Витазара» (%):
1- 0 (контроль); 2 - 1; 3 - 2; 4 - 3; 5 - 4; 6 - 5.
Из полученных данных видно, что накопление кислотности начинает меняться интенсивно через 2-3 часа от начала процесса, что свидетельствует о переходе системы из лаг-фазы в экспоненциальную. Через 10-12 часов происходит гелеобразование в системе, свидетельствующее о достижении изоэлектри-ческой точки казеинов молока (рН - 4,6). Образовавшийся сгусток имел однородную, тя-
нущуюся густую консистенцию. Введение «Витазара» в молоко в концентрациях до 3 % интенсифицировало кислотообразование в системе. При повышении концентрации до 4-5 % отмечается появление легкого «злакового» привкуса и запаха, интенсивность нарастания кислотности несколько понижается, что может быть обусловлено повышением осмотического давления в системе, негативно влияющим на
ВестникВТУИТ, №1, 2016_
развитие исследуемого консорциума микроорганизмов. При дальнейшем термостатировании (16-24 часа) рост кислотности менее интенсивен, после 24 часов ферментации наблюдается уплотнение сгустка, синерезис, что снижает внешнюю привлекательность кисломолочного продукта. Следует отметить, что синерезис в контрольном образце происходит после 14 часов термостатирования, что свидетельствует о положительном влиянии «Витазара» на влаго-связывающую способность казеинового геля и дает возможность увеличения продолжительности культивирования пробиотической микрофлоры с накоплением ее метаболитов. Концентрация пробиотических микроорганизмов
через 10-12 часов процесса достигла 108-109 КОЕ/мл и затем на протяжении 24 часов культивирования оставалась на данном уровне.
Для получения бесказеиновых систем, учитывая выраженную лактазную активность штаммов исследуемого консорциума микроорганизмов, на втором этапе исследований, гидратацию «Витазара» проводили молочной сывороткой, получаемой при производстве сыра «Адыгейский». При ферментации сывороточно-витазарных систем (рисунок 2) установлено, что продолжительность лаг-фазы составляет 10-12 часов. В течение этого времени титруемая кислотность возросла во всех образцах на 5-7 оТ.
240 230 220 210 200 190 ISO 170 160 150 140 IÎ0 120 I 10 100
н
■-5 h"
f И -
/ "V
х-
' У
л
О 12 24 36 48 60 12 84 96 г, час
Рисунок 2. Изменение титруемой кислотности при ферментации сывороточно-витазарных систем с содержанием «Витазара», (%):1 - 0 (контроль); 2 - 3; 3- 5; 4- 10; 5- 15; 6- 20.
Нарастание титруемой кислотности в образцах, содержащих «Витазар» происходило более интенсивно сравнительно с контрольным образцом (сывороткой). Активное накопление молочной кислоты находится в положительной зависимости от концентрации «Витазара» в системе.
Нормативная продолжительность получения кисломолочного продукта с использованием исследуемого консорциума микроорганизмов, рекомендуемая производителем 12-14 часов. При этом длительность ферментации молока ограничивается синерезисом сгустка после достижения изоэлектрического состояния казеина, что снижа-
ет органолептические показатели кисломолочного продукта. При ферментации сывороточно-витазарной среды сгусток не образуется и продолжительность ферментации можно увеличивать для достижения более высоких концентраций микробных метаболитов. Снижение интенсивности накопления кислоты было отмечено по истечении 48 часов процесса ферментации, что свидетельствовало о приближении системы к состоянию максимального накопления биомассы в объеме. При этом количество пробиотической микрофлоры в активной форме не снизилось ниже значений 109 КОЕ/мл продукта, достигнутых
Вестпик<ВТУИТ, №1, 206_
за 24 часа ферментации. Дрожжи и плесени в образцах не превышали 50 КОЕ/мл продукта.
Ферментированный образец с массовой долей «Витазара» 20 % имел однородную, густую, вязкую, слегка тянущуюся консистенцию, что свидетельствует о накоплении в продукте муцинов. При концентрациях 3-5 % - это жидкий продукт, с небольшим осадком. При промежуточных концентрациях продукт представлял собой двухфазную систему.
На третьем этапе исследований для получения безмолочных систем гидратацию «Витазара» проводили питьевой водой и подвергали ферментации водно-витазарные системы с содержанием «Витазара» 5-30 % (рисунок 3). Исследовали два режима пастеризации - 1 - 90 оС 30 сек; 2 - 90 оС 8 мин. В результате длительного термического воздействия среда имела более однородную и густую консистенцию.
Рисунок 3. Изменение титруемой кислотности в водно-витазарных системах с содержанием «Витазара» (%):
1 - 5; 2 - 10; 3 - 15; 4 - 20, 5 - 25 %.
Установлена возможность накопления биомассы исследуемого консорциума лакто- и бифидобактерий в безлактозной водно-витазарной среде. Продолжительность лаг-фазы процесса составила 15-16 часов. Экспоненциальная фаза продолжалась до 40 часов от начала процесса. Концентрация лакто- и би-фидобактерий за 40 часов культивирования достигла 109 КОЕ/мл и в последующие 12 часов сохранилась на данном уровне, при этом нарастание титруемой кислотности замедлилось. Системы, подвергнутые длительному термическому воздействию, характеризовались более интенсивным накоплением кислотности, при этом консистенция их по окончании процесса была более густая и тянущаяся.
На основе проведенных экспериментальных исследований установлена возможность культивирования биомассы консорциума про-биотических микроорганизмов, содержащего Ь
Casei subsp. Rhamnosus, L. acidophilus, L. planta-rum, L. fermentum, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium longum, Bifidobacterium adoles-centis на питательных средах, содержащих «Ви-тазар» на основе молока, сыворотки, воды. Доказана возможность получения биомассы данного консорциума с содержанием лакто- и бифидо-бактерий в активной форме 109 КОЕ/мл. Концентрация «Витазара» в кисломолочных напитках может достигать 4 %; в ферментированных продуктах на основе молочной сыворотки -20 %, в безлактозных пастах - 30 %. Полученные пищевые системы обладали высокими показателями по содержанию пробиотичских микроорганизмов в активной форме и их метаболитов, а также пребиотических компонентов хорошими органолептическими показателями, что делает их перспективным компонентом для применения в рецептурах широкого спектра продуктов для здорового питания.
Вестпик<ВТУИТ, №1, 206
ЛИТЕРАТУРА
REFERENCES
1 Bigliardi B, Galati F. Innovation trends in the food industry: the case of functional foods // Trends Food Sci. Technol. 2013. V. 31. P. 118-29.
2 Алексеева Т.В. Биотехнологический потенциал фракций глубокой переработки низкомасличного сырья: балансирование ПНЖК-состава, прогнозирование качества, новые технологии. Воронеж: ВГУИТ, 2014. 24 c.
3 Родионова Н.С., Алексеева Т.В, Коры-стин М.И. Формирование функциональной направленности рационов для организованного питания // Сервис в России и за рубежом. 2013. № 5. С. 38-47.
4 Пат. № 2292146 А23С9/13. Способ производства кисломолочного продукта с мукой из зародышей пшеницы "Витазар"/ Тихомирова Н.А., Васильев В.; Опубл. 27.01.2007. Бюлл. № 11.
5 Saad N., Delattre C., Urdaci M., Schmitter J.M. et al. An overview of the last advances in probiotic and prebiotic field. LWT // Food Sci. Technol. 2013. V. 50. P. 1-16.
6 Родионова Н.С., Алексеева Т.В., Попова Н.Н. Разработка растительной комплексной пищевой системы на основе продуктов переработки зародышей пшеницы сбалансированного жирнокис-лотного состава // Фундаментальные исследования. 2013. № 11. С. 1594-1597
1 Bigliardi B, Galati F. Innovation trends in the food industry: the case of functional foods. Trends Food Sci. Technol. 2013, vol.31, pp.118-29.
2 Alekseeva T.V. Biotekhnologicheskii potent-sial fraktsii glubokoipererabotki nizkomaslichnogo syr'ya [Biotechnological potential fractions of deep processing of low oilseeds: balancing-PUFA composition, forecasting quality, new technologies]. Voronezh, VGUIT, 2014. 24 p. (in Russ.).
3 Rodionova N.S., Alekseeva T.V, Korys-tin M.I. Formation of a functional orientation of diets for organized food. Servis v Rossi i za rubezhom. [Service in Russia and abroad], 2013. vol. 5, pp. 38-47. (In Russ.).
4 Tikhomirova N. A., Vasilyev V. V. Sposob proizvodstva kislomolochnogo produkta [The method of production of fermented milk product with wheat germ flour "Vitazar"]. Patent RF, no.2292146, 2013.
5 Saad N., Delattre C., Urdaci M., Schmitter J.M. et al. An overview of the last advances in probiotic and prebiotic field. LWT. Food Sci. Technol., 2013, vol. 50, pp. 1-16.
6 Rodionova N.S., Alekseeva T.V., Popova N.N. The development of plant food complex systems with balanced fatty acid composition based on wheat germ products. Fundamental'nye issledovaniya. [Fundamental Research], 2013, no. 11, pp. 1594-1597. (In Russ.).
