CC BY
24МРНТИ: 62.09.39
М.А. АБДУЛЖАНОВА1*, А С. КИСТАУБАЕВА1, Л.В. ИГНАТОВА1, С.Д. ЖАНТЛЕСОВА1, А.А. КАБЫКЕНОВА1, СОБХИ-ЭЛЬ-СОХАЙМИ2 1Казахский Национальный Университет имени Аль-Фараби, Алматы, Казахстан 2Южно-Уральский Государственный Университет, Челябинск, Россия
*e-mail: [email protected]
ПОЛУЧЕНИЕ ЙОГУРТА НА ОСНОВЕ СУХОГО КОБЫЛЬЕГО МОЛОКА, ОБОГАЩЕННОГО ПРОБИОТИЧЕСКИМИ МИКРОКАПСУЛАМИ
doi:10.53729/MV-AS.2023.02.06
Аннотация
На сегодняшний день проблема разработки кисломолочных продуктов из кобыльего молока с повышенной пищевой и биологической ценностью, максимальной усвояемостью и максимально адаптированных по своему химическому составу недостаточно исследована. Остаются до конца неизученными вопросы влияния различных микроорганизмов на сбраживающую способность молока, оценка внесения различных пищевых добавок (загустителей, наполнителей, ароматизаторов) на степень образования сгустка, реологические и физико-химические показатели продукта. Изучение основных подходов к разработке новых функциональных продуктов на основе сухого кобыльего молока позволяет расширить и дополнить имеющиеся технологические приемы использования данных сырьевых источников для правильного питания. Актуальность проводимой работы связана также с отсутствием эффективных функциональных продуктов на основе сухого кобыльего молока. Впервые на основе изучения динамики биохимических, микробиологических и органолептических показателей обоснованы параметры технологических режимов переработки сухого кобыльего молока в кисломолочный продукт с высокой массовой долей сухого вещества - йогурт. Обогащение восстановленного сухого кобыльего молока 7,5% сухим обезжиренным коровьим молоком позволило получить молочную основу с массовой долей сухих веществ: 15,7%, белков - 3,9% и жира - 2,8% при кислотности 20°Т. Определен оптимальный режим ферментации молочной основы - 38-39оС в течение 6 часов. Для стабилизации и улучшения текстуры йогурта впервые использован пуллулан. Подобрана оптимальная концентрация стабилизатора равная 1% от массы сырья. Пробиотические микрокапсулы пуллулан-бактериальная целлюлоза, содержащие Lactobacillus rhamnosus GG, впервые использованы в технологии создания обогащенного пробиотиками ферментированного продукта на основе сухого кобыльего молока.
Ключевые слова: сухое кобылье молоко, пуллулан, йогурт, бактериальная целлюлоза, микрокапсулирование.
Функциональные продукты питания — это тренд будущего, поскольку современная биотехнология позволяет перерабатывать источники пищевого сырья в полезные для здоровья продукты, что отвечает требованиям потребителей. К функциональным продуктам питания можно отнести кисломолочные продукты, производство которых основано на использовании специально подобранных микроорганизмов, обеспечивающих в продуктах заданные свойства [1].
Производство и потребление кисломолочных продуктов неуклонно расширяется. Однако, их ассортимент представлен в основном ферментированными продуктами, произведенными из коровьего молока. Практически не используется такая пищевая матрица, как кобылье молоко, которое имеет массу полезных свойств. Оно обладает высокой пищевой и биологической ценностью, а также максимальной усвояемостью. Следует особо отметить, что по составу белка оно сходно с женским молоком, обладает гипоаллергенными свойствами, имеет богатый аминокислотный состав. Кобылье молоко обладает лечебно-профилактическими свойствами [2-5]. Представляется, что кобылье молоко, вследствие уникальности химического состава и свойств, является более предпочтительным сырьем для производства продуктов массового потребления. Традиционный и пока единственный
продукт, выпускаемый промышленностью из кобыльего молока в Казахстане — это кумыс. Однако он содержит спирт, что ограничивает круг его потребителей. Несмотря на то, что кобылье молоко по сути является казахским национальным «брендом», производству кисломолочных продуктов из него уделяется мало внимания.
Касательно полезных свойств кобылье молоко до сегодняшних дней не оценено по достоинству. Использование кобыльего молока для производства функциональных продуктов питания на его основе ограничивается слабой изученностью вопросов технологии переработки молочного сырья, стабилизации химического состава и технологических свойств молока [6]. Кроме того, это связано с сезонностью удоя и трудной доступностью. В связи с этим актуальным вопросом является использование сухого кобыльего молока в производстве кисломолочных функциональных продуктов питания.
В данной работе актуальной задачей для получения йогурта из сухого кобыльего и сухого коровьего молока в качестве основы является повышение эффективности процесса восстановления сухого молока. Этот процесс представляет собой гетерогенную химическую реакцию, протекающую между твердым веществом и жидкостью, и сопровождающуюся переходом вещества в раствор. Сущность процесса растворения заключается во взаимодействии сухих молочных продуктов с водой и включает несколько этапов: растворение лактозы и минеральных веществ, распределение белка и жира в растворе, гидратация дисперсной фазы, выделение из продукта избыточного воздуха. Интенсивность процесса и его эффективность определяются свойствами воды и сухого молочного продукта. [7]. В связи с этим были изучены методы восстановления сухого кобыльего молока (СКМ) для дальнейшего его использования в качестве молочной основы для функциональных кисломолочных продуктов.
На молочном рынке самым динамичным по росту потребления является йогурт -кисломолочный продукт с высокой массовой долей сухого вещества. Существующие технологии получения йогуртов из кобыльего молока предусматривают использование только заквасочных культур, осуществляющих ферментацию. Введение в рецептуру такого йогурта специально подобранных штаммов бактерий-пробиотиков позволит отнести его к функциональным продуктам, поскольку он будет обладать не только высокими питательными, но и лечебными свойствами.
Применение пробиотических бактерий в качестве нутрицевтиков — это область, которая быстро расширилась в последние годы. Большое значение имеет жизнеспособность клеток и их достаточное количество в кишечном тракте. Пероральное введение большинства бактерий приводит к большой потере жизнеспособности, связанной с их прохождением через желудок, что объясняется наличием высокой концентрации кислоты и желчных солей, это снижает эффективность введённой добавки. Жизнеспособность пробиотических микроорганизмов, то есть количество живых и активных клеток в определенном объеме в момент потребления является ключевой характеристикой качества этих продуктов, поскольку определяет их эффективность [8]. Поэтому важно обеспечить высокую выживаемость бактерий-пробиотиков как во время производства и хранения продукта, так и в процессе его потребления. Вшивание этих пробиотиков в матрицу, то есть иммобилизация, является новым методом, снижающим гибель клеток во время прохождения через желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) [9]. Предлагаемая технология основана на иммобилизации бактерий в полимерную матрицу, которая сохраняет свою структуру в желудке до разложения и растворяется в кишечнике, в отличие от высвобождения на основе диффузии.
Микроорганизмы, наиболее часто используемые в пробиотических продуктах, относятся к роду Lactobacillus и Bifidobacterium, поскольку являются постоянными компонентами микробиоты кишечника человека и имеют статус GRAS (Generally recognized as safe), данный статус также присвоен пуллулану, который будет применяться в качестве загустителя. Как правило, лактобациллы технологически более пригодны для применения в пищевых продуктах, нежели бифидобактерии. Они устойчивы к низким рН и другим стрессовым условиям производства, традиционно используются в ферментированных продуктах,
адаптированы к молоку и другим пищевым субстратам, не образуют уксусную кислоту в процессе ферментации, которая часто ухудшает сенсорные и органолептические свойства продуктов с бифидобактериями [10].
Успешный опыт микрокапсулирования в области пробиотической биотехнологии послужил основанием для проведения настоящего исследования, направленного на создание микрокапсулированных пробиотиков для повышения их устойчивости, жизнеспособности и эффективной доставки в кишечник. Разработанные на основе пуллулана полисахаридных матриц и покрытий из бактериальной целлюлозы (БЦ) в пробиотические микрокапсулы будут впервые использованы для создания обогащенных пробиотиками ферментированных продуктов на основе сухого кобыльего молока.
Полезность ферментированных продуктов из кобыльего молока, да еще и с пробиотиками в микрокапсулированном виде определяет актуальность данного исследования.
Материалы и методы исследования
Материалом для исследований служили сухое кобылье молоко (СКМ) «Saumal», ТОО «ЕвразияИнвестЫё», Республика Казахстан; сухое обезжиренное коровье молоко (СОМ) АО «Молоко», Россия, ГОСТ 33629-2015; пищевая добавка Пуллулан (П), Hayashibara Biochemical Laboratories, Окаяма, Япония; гибридные микрокапсулы, покрытые оболочкой из пуллулана и бактериальной целлюлозы; функциональный молочный продукт йогурт на основе восстановленного сухого кобыльего молока, обогащенный микрокапсулами пробиотика Lactobacillus rhamnosus GG (штамм ATCC® 53103TM был приобретен в Американской коллекции типовых культур).
Определение химического состава восстановленного сухого молока.
Для определения содержания массовой доли сухого вещества, измерения массовой доли жира, белка и плотности восстановленного СКМ, использовался анализатор молока ЛАКТАН 1-4 МИНИ (ООО ВПК «Сибагроприбор», районный пункт Краснообск, Новосибирская область, Российская Федерация).
Определение химического состава молочной основы.
Для определения содержания массовой доли сухого вещества молочной основы использовался метод, основанный на высушивании анализируемой пробы при постоянной температуре (102±2) °С в соответствии с требованиями ГОСТ Р 54668 [11] и вычислении массовой доли сухого вещества (Хс.в., %) по потере массы анализируемой пробы в процентах с помощью формулы:
Хс. B.= (mi-m°)100, (1)
т-т0
где m1 - масса бюксы с анализируемой пробой после высушивания, г; mo - масса бюксы, г; m - масса бюксы с анализируемой пробой до высушивания, г.
Определение белка производилось колориметрическим методом согласно ГОСТ 2517990 [12]. Метод осуществлялся при помощи спектрофотометра с выделяемой длиной волны 590 нм. Массовую долю белка Хб, %, вычисляли по формуле:
Хб = 7.78D - 1.34, (2)
где D - измеренная оптическая плотность, ед. опт. плотности; 7.78 - эмпирический коэффициент, % /ед. опт. плотности; 1.34 - эмпирический коэффициент, %.
Содержание жира в молочной основе определяли при помощи кислотного метода согласно ГОСТ 5867-90 [13] под действием концентрированной серной кислоты и изоамилового спирта с последующим центрифугированием в течение 5 минут и измерением объема выделившегося жира в градуированной части жиромера.
Определение плотности молочной основы проводилось ареометрическим методом по ГОСТ 3625-84 [14] при температуре 20±2 оС.
Титруемая кислотность определялась по методу, который основывался на нейтрализации кислот, содержащихся в продукте, раствором гидроокиси натрия. Суточные культуры лактобактерий центрифугировали и по стандарту мутности готовили суспензию, содержащую 1010 клеток в 1 мл. По 1 мл такой взвеси вносили в пробирки с 9 мл среды MRS и культивировали при 37оС в анаэробных условиях. Затем отбирали по 10 мл культуральной жидкости и добавляли 20 мл дистилированной воды, 1-2 капли фенолфталеина. Пробы титровали 0,1н NaOH при постоянном взбалтывании до появления устойчивой слабо-розовой окраски. Количество щелочи, пошедшей на титрование, соответствует количеству образуемой кислоты в 10 мл культуральной жидкости.
Из полученных значений вычисляли среднюю величину. Окончательный результат выражали в градусах Тернера (оТ):
оТ=АК20 (3)
где А - величина, выражающая количество 0,1н NaOH, пошедшее на титрование 10 мл исследуемого образца; К - поправка к титру, определяемая при титровании 0,1н NaOH 0,1н янтарной кислотой (0,009 г); оТ - величина, выражающая количество 0,1н щелочи, пошедшее на титрование 100 мл исследуемого образца.
Восстановление сухого молока.
Для восстановления сухого кобыльего молока брали навеску от 5 до 30 г (с шагом 5 г) и растворяли в 100 мл воды, с постепенным нагревом до температуры 65-75°С при постоянном перемешивании с помощью магнитной мешалки c подогревом С-MAG HS 7 IKA, Германия. После этого молоко выдерживали в течение 30-90 минут, с охлаждением за счет естественного теплообмена с окружающей средой до комнатной температуры 20-24°С. Сухое коровье молоко растворяли согласно инструкции производителя.
Приготовление йогурта.
Готовили несколько вариантов состава молочной основы (таблица 1).
Таблица 1 - Варианты состава молочной основы
Вариант Восстановленное СКМ, % СОМ, %
1 96,5 3,5
2 94,5 5,5
3 92,5 7,5
4 90 10
Примечание: СКМ - сухое кобылье молоко, СОМ - сухое обезжиренное коровье молоко
Ферментацию всех вариантов молочной основы производили при разных температурных режимах: 38-39оС; 42-43оС. При ферментации молочной основы молоко пастеризовали при 63 оС на водяной бане, гомогенизировали для повышения прочности и улучшения консистенции белковых сгустков и исключения образования жировой пробки на поверхности готового продукта, охлаждали до температуры заквашивания (38-39оС), затем вносили закваску, сквашивали, перемешивали и охлаждали образовавшийся сгусток. Стабилизацию йогурта проводили посредством внесения пищевой добавки ПУЛ в вариантах внесения - 0,5; 1; 1,5% при температуре 45оС, смесь подвергали интенсивному перемешиванию и оставляли для набухания в течение 30 минут. В готовый йогурт вносили ПУЛ-БЦ пробиотические микрокапсулы с Ь. rhamnosus ОО в соотношении 10:1.
Определение органолептических показателей кисломолочного продукта.
Органолептическую оценку готового продукта проводили методом закрытой дегустации, который был разработан в соответствии со СТ РК 1732-2007 [15]. Контроль осуществлялся по следующим показателям: запах, вкус, консистенция, внешний, вид и цвет.
Статистический анализ.
Все анализы проведены в трех повторностях, и результаты были представлены как среднее значение ± стандартное отклонение, если не указано иное. Данные анализировали с использованием однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA) с тестом Тьюки. Статистический анализ проводили с использованием программного обеспечения SPSS (версия 28.0, IBM Corp., Армонк, штат Нью-Йорк, США). Значимость определяли как p <0,05. Выполнение статистических расчетов, построение графиков и схем производилось в полуавтоматическом режиме средствами Microsoft Office Excel.
Результаты и обсуждение
Существуют различные методы восстановления сухого коровьего молока, однако данные по восстановлению СКМ отсутствуют. В молочной промышленности широко используется способ, предусматривающий растворение сухого молока при температуре 38-42°С, с последующим мгновенным охлаждением до 6-8°С, выдержкой не менее 3-4 часов с целью наибольшего набухания белков, устранения водянистого вкуса, а также для достижения нормальной плотности и вязкости [16]. Недостатком этого способа являются большие затраты времени и энергии на охлаждение.
На потребительском уровне для получения молока существует способ, при котором берут 8-9 столовых ложек (125 г) сухого молока и размешивают в небольшом количестве воды с температурой 35-40°С, затем постепенно доливают воду, доводя до 1 л, при этом идет непрерывное перемешивание и нагрев до кипения [17]. Недостатком данного метода заключается то, что при кипении молоко теряет нативные свойства сывороточных белков, снижается содержание витаминов (например, потери витамина С достигают до 70%), что ведет к снижению питательной ценности полученного молока.
Для восстановления сухого кобыльего и коровьего молока был выбран способ, при котором растворение сухого молока в воде, включает постоянное перемешивание с помощью магнитной мешалки, с постепенным нагревом до температуры 65-75°С. После этого молоко выдерживают в течение 30-90 минут с охлаждением за счет естественного теплообмена с окружающей средой или путем принудительного охлаждения до комнатной температуры 20-24°С. За это время белковая фракция набухает и молоко приобретает такие свойства как вкус и запах наиболее близкие к натуральному [18].
Согласно инструкции производителя, СКМ «Saumal», для употребления в максимально приближенном к цельному кобыльему молоку рекомендуется разбавить порошок в количестве 3 столовые ложки (20-22г) с 200 мл теплой воды (36-400С). Однако при сквашивании такого молока образуется достаточно жидкий молочный продукт. Поэтому была проведена серия экспериментов по подбору оптимальной массы СКМ для ее дальнейшего восстановления и использования в качестве молочной основы.
Для этого в 100 мл воды растворяли СКМ в диапазоне масс 5-30 г (с шагом 5 г), смесь постепенно нагревали до температуры 65-75°С и охлаждали в течение 30-60 минут при комнатной температуре. Затем добавляли закваску Y0-MIX-601 компании «Danisco» в количестве 1 г/100 мл и оставляли сквашиваться в течение 6-8 часов. Результаты эксперимента приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Органолептические показатели восстановленного кобыльего молока
Вариант Масса сухого кобыльего молока г на 100мл воды Внешний вид и консистенция Цвет Запах Вкус
1 5 Однородная, жидкая Белый с голубоватым оттенком Неприятный, свойственный сырому молоку Сладковатый, с привкусом кобыльего молока
2 10 Неоднородная, с осадком Белый с кремовым оттенком Неприятный, свойственный сырому молоку Сладковатый, с привкусом кобыльего молока
3 15 Неоднородная, с осадком Белый с кремовым оттенком Свойственный сырому молоку Кислый, с привкусом кобыльего молока
4 20 Неоднородная, с наличием единичных хлопьев Кремовый Кисломолочный Кислый, с привкусом кобыльего молока
5 25 Неоднородная, с наличием единичных хлопьев Кремовый Кисломолочный Кислый, с привкусом кобыльего молока
6 30 Неоднородная, с наличием единичных хлопьев Кремовый Кисломолочный Кислый, с привкусом кобыльего молока
По результатам исследования, при восстановлении и дальнейшем сквашивании СКМ в большинстве случаев получаются образцы жидкой консистенции. В вариантах 2, 3 выпадает осадок белого цвета, идет разделение фаз и образование сыворотки. При увеличении массы СКМ до 15 г консистенция приобретает неоднородный характер с наличием единичных хлопьев. Варианты 4-6 оказались наиболее подходящими по органолептическим показателям. В связи с этим для восстановления СКМ был выбран вариант 4, данный вариант наиболее выгоден с экономической точки зрения (20 г на 100 мл воды).
Поскольку при скашивании СКМ получается довольно жидкий и неоднородный молочный продукт со специфическим вкусом и запахом, было решено дополнительное внесение определенных количеств сухого обезжиренного коровьего молока. Данная процедура проводится для повышения массовой доли сухого вещества в продукте, улучшения консистенции, а также вкусовых качеств получаемой продукции [19]. Более того, данная процедура позволяет оптимизировать жирность СКМ.
Применение в определенных концентрациях СОМ при производстве йогурта предусмотрено нормативной документацией и широко используется в промышленных условиях [20]. Поэтому было проведено изучение возможности обогащения восстановленного кобыльего молока СОМ с химическим составом: массовая доля белка - 34,0; жира - 1,5; сухого вещества - 95,0 и углеводов - 50%.
Результаты исследования степени влияния количества СОМ на химический состав и интенсивность сквашивания (время достижения кислотности 30°Т) молочной основы для йогурта приведены в таблице 3. Все опытные и контрольные образцы молочной основы, подвергали ферментации (сквашиванию) при стандартных для традиционной технологии йогурта условиях: температура 42-43°С, закваска прямого внесения со стандартной микрофлорой для йогурта УО-М1Х-601.
Таблица 3 - Влияние количества СОМ на химический состав и показатели молочной основ
Доза внесенного СОМ, % Массовая доля, % Плотность, кг/м3 Кислотность, оТ
сухого вещества жира белка
3,5 14,11±1,23 2,13±0,15 2,9±0,18 1040,1±11,3 11±1,23
5,5 14,87±1,31 2,12±0,16 3,2±0,3 1045,2±10,5 19±0,2
7,5 16,25±1,77 2,11±0,2 4,15±0,39 1054,2±11,2 20±0,21
10 18,12±1,59 2±0,19 4,99±0,47 1066,9±11,3 31,29±0,2
Примечание: СОМ - сухое обезжиренное молоко
Обогащение восстановленного кобыльего молока СОМ позволяет значительно повысить массовые доли сухого вещества и белка. Максимальные значения этих параметров наблюдаются при внесении 10% СОМ, однако это сопровождается нарастанием титруемой кислотности до 30°Т и выше. Поэтому наиболее подходящими можно считать варианты с добавлением 5,5% и 7,5% СОМ, обеспечивающие обогащение смеси сухим веществом соответственно на 35,4 и 48,7% и белком - на 89,7 и 122,0 % при кислотности смеси не более 20°Т.
На следующем этапе был произведен подбор заквасок, обладающих наилучшей сбраживающей активностью. Типы заквасок, используемые для сквашивания:
1) YO-MIX 601 10 DCU, DANISCO (Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbruckii подвид bulgaricus)
2) YOGURT IMMUNITY, YOLACTIS (Сахароза; Streptococcus thermophilus; Lactobacillus (delbrueckii ssp. bulgaricus, acidophilus, casei, rhamnosus, paracasei, plantarum); Bifidobacterium (lactis, longum)
3) Закваска YOGURT, VIVO (Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium lactis)
Все вышеперечисленные закваски - прямого внесения, оптимальная температура сквашивания 38-42°С. Данные закваски являются общедоступными и широко известными. В них содержатся пробиотические штаммы молочнокислых бактерий, сбраживающих углеводы с образованием молочной кислоты. Благодаря этому, они широко используется в пищевой промышленности при приготовлении различных молочных продуктов, включая ряженку, йогурты и другие. Streptococcus thermophilus поглощает и перерабатывает лактозу (молочный сахар) и поэтому применяется при лактазной недостаточности, оказывает подкисляющее действие, обеспечивая бактерицидный эффект в отношении патогенных микроорганизмов, а также способен синтезировать и выделять полисахариды. Lactobacillus delbrueckii обладают набором протеаз, например, специфическая пептидаза Lactobacillus delbrueckii - пролидаза гидролизует белки с высоким содержанием пролина и имеет уникальные пути регуляции биосинтеза [21, 22]. В состав всех трех заквасок входят эти пробиотики, кроме того, выбор этих заквасок обосновывается их низкой стоимостью.
На рисунке 1 представлены данные по сквашиванию комбинированной молочной основы с использованием трех видов заквасок.
YO-MIX 601 10 DCU
45
YOGURT IMMUNITY Типы заквасок
Закваска YOGURT
1% 3% 5%
Рисунок 1 - Влияние различных заквасок и их концентраций на повышение кислотности при
сквашивании молока в течение 6 часов
Как видно из данных, представленных на рисунке 1, при внесении закваски в количестве 3% и выше кислотность продукта повышается. Максимальная кислотность установлена при сквашивании закваской YOGURT компании VIVO и внесении 5% заквасочного материала. При использовании закваски YOGURT IMMUNITY наблюдается более медленный набор титруемой кислотности, сквашиваемое молоко не образует нужной консистенции и полученный продукт характеризуется кислым вкусом.
Таким образом, в процессе отработки технологии приготовления йогурта были опробованы 3 вида заквасок. Закваска для йогуртов включали разные комбинации пробиотических микроорганизмов. Наиболее приемлемо внесение закваски YO-MIX 601 10 DCU, содержащей S. thermophilus и L. delbruckii в концентрации 1%. Использование данной комбинации штаммов позволяет получить йогурт с достаточно густой консистенцией, плотным сгустком и стойким ароматом, а также с гомогенной однородной структурой и мягким вкусом.
При разработке технологии получения йогурта из СКМ следовало учесть то обстоятельство, что помимо повышенной биологической и питательной ценности, обусловленной уникальными качествами сырья, он должен обладать привычной для потребителя консистенцией. Дело в том, что существенным недостатком, ухудшающим качество готового продукта из СКМ, является жидкая, неоднородная, хлопьевидная консистенция с отстоем сыворотки при хранении. Современные требования к увеличению срока годности продукта выдвигают проблему сохранения товарного вида в процессе длительного хранения [23].
Одним из возможных способов достижения устойчивой однородной, не расслаивающейся, вязкой консистенции кисломолочных напитков, наряду с обогащением белкового состава исходного сырья, подбором заквасок, обладающих загущающими свойствами, является использование стабилизирующих пищевых добавок на основе натуральных компонентов [24].
Определение особенностей применения стабилизирующих добавок, их влияния на формирование консистенции йогурта из СКМ, подбор дозы внесения, уточнение параметров технологического процесса - актуальные задачи следующего этапа исследования.
В качестве стабилизатора консистенции йогурта из восстановленного кобыльего молока была выбрана пищевая добавка Пуллулан (Pullulan). Внешне пуллулан представляет собой безвкусный порошок белого цвета, который хорошо растворим в воде. ПУЛ широко используется в пищевой промышленности, в том числе в качестве связующего компонента и стабилизатора [25]. Недавно было обнаружено, что пуллулан оказывает стимулирующее
действие на пробиотики [26]. Предполагается, что пуллулан, за счет перечисленных свойств, может придать йогурту гладкий вид и улучшить его вязкость.
Для предварительной активации, стабилизатор вносили в 1/5 часть молочной основы при температуре 45°С, смесь подвергали интенсивному перемешиванию и оставляли для набухания в течение 30 минут. Затем полученную смесь вносили в основную массу нормализованного обогащенного 7,5% СОМ восстановленного кобыльего молока, заквашивали закваской прямого внесения YO-MIX 601 10 DCU, перемешивали 15 минут и оставляли для сквашивания. Испытаны варианты внесения стабилизатора - 0,5; 1; 1,5%.
По окончании сквашивания продукт охлаждали до 25 °С, перемешивали и разливали в полистироловые стаканчики, закрытые металлизированной фольгой, направляли на охлаждение и хранение в холодильную камеру до температуры в продукте 4±2 °С. Оптимальной оказалась концентрация стабилизатора 1% от массы сырья. Полученный йогурт обладал удовлетворяющими потребителя органолептическими показателями: кисломолочным запахом, привкусом кобыльего молока; однородной, в меру вязкой консистенцией с кремовым оттенком.
Кисломолочные продукты с пробиотиками составляют от 60 до 70% от общего рынка функциональных продуктов питания. В связи с этим их производство можно выделить в самостоятельную отрасль пищевой биотехнологии [10]. Однако, многочисленные исследования показывают, что значительная часть пробиотических клеток теряет свою активность вследствие повреждения и гибели микроорганизмов при производстве заквасок прямого внесения, в пищевой матрице, при хранении продуктов, а также в процессе прохождения через желудочно-кишечный тракт [8]. Микрокапсуляция микробных клеток обеспечивает защиту от неблагоприятных условий, что было показано не только в целом ряде работ [27-29], но и экспериментально установлено в ходе выполнения исследования. Поскольку целью данной работы является создание технологии получения продуктов из СКМ, обогащенных микрокапсулированными пробиотическими микроорганизмами, то для получения пробиотического йогурта были использованы микрокапсулы ПУЛ-БЦ, полученные методом экструзии по технологии layer-by-layer, содержащие штамм Lactobacillus rhamnosus GG. Этот штамм по совокупности исследованных свойств: активности кислотообразования, спектру и уровню антагонистической активности и резистентности к стрессовым факторам был выбран для включения в микрокапсулы [30]. В готовый йогурт вносили ПУЛ-БЦ пробиотические микрокапсулы в соотношении 1:10. Полученный продукт получил название «Микролакт».
Заключение
Продукты из кобыльего молока с микрокапсулами сохраняют высокую жизнеспособность пробиотических микроорганизмов в процессе производства, и обеспечивают повышенную терапевтическую и профилактическую эффективность, что способствует оздоровлению населения.
В результате исследовательской работы подобран оптимальный состав молочной смеси для производства йогурта на основе сухого восстановленного кобыльего молока с повышенной массовой долей сухих веществ. Обогащение восстановленного кобыльего молока 7,5% СОМ позволило получить молочную основу с массовой долей сухих веществ: 15,7%, белков - 3,9% и жира - 2,8% при кислотности 20°Т. Определен оптимальный режим ферментации молочной основы - 38-39оС в течение 6 часов. Сквашивание при данном температурном режиме и внесение стабилизатора П в концентрации 1% приводит к образованию равномерного сгустка, а полученный продукт имеет удовлетворительные органолептические характеристики. Результаты экспериментальных исследований использованы при разработке технологии нового йогурта «Микролакт» с микрокапсулированным пробиотиком.
Финансирование
Работа выполнена в рамках проекта AP09259491 "Биотехнологии использования полисахаридной матрицы с пробиотическими биопленками для создания комбинированных молочных продуктов".
Литература:
1 Bogue J., Collins O., Troy A. J. Market analysis and concept development of functional foods In: Developing New Functional Food andNutraceutical Products, 2017: 29-45 (doi:10.1016/B978-0-12-802780-6.00002-X).
2 Pieszka M., Luszczynski J., Szeptalin A. Comparison of mare's milk composition of different breeds In: NaukaPrzyroda Technologie, 2011, 6 (5): 1-5.
3 Markiewicz-K^szycka M. Chemical composition and whey protein fraction of late lactation mares' milk In: Int. Dairy J, 2013, 2: 62-64 (doi:10.1016/j.idairyj.2013.02.006)
4 Orlandi M., Goracci J., Curadi M. C. Essential fatty acids (EFA) in Haflinger and Thoroughbreed mare's milk In: Annali della Facolta diMedicina veterinaria, 2007, 55: 319-325
5 Kanareykina S.G., Chernyshenko Yu.N., Kanareykin V.I., Researching of fatty acids and amino acid structure of yogurts with use of mare's milk: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2019, 315 (7): 1-6 (doi: 10.1088/1755-1315/315/7/072036)
6 Канарейкин В.И., Канарейкина С.Г. Кисломолочный продукт из кобыльего молока функциональной направленности. Известия Оренбургского государственного аграрного университета, 2016, 57 (1): 189-192.
7 Попова Н. В. Инновации в технологии восстановления сухого молока как фактор управления качеством восстановленных продуктов переработки молока: Вестник ЮУРГУ. Серия «Экономика и менеджмент», 2013, 7 (4): 181-186.
8 Mortazavian A. M., Mohammadi R., Sohrabvandi S., Delivery of probiotic microorganisms into gastrointestinal tract by food products In: New Advances in the Basic and Clinical Gastroenterology, 2012, 61: 121-146 (doi :10.5772/47946)
9 Abdulzhanova M. A., Savitskaya I. S., Kistaubayeva A. S., Shokatayeva D. H., Pogrebnjak A., Ignatova L. V., Delivery of probiotic to microbiome by layer-by-layer encapsulation In: Springer Proceedings in Physic. A.D. Pogrebnjak, M. Pogorielov, Viter, R. Eds.; Springer: Singapore, 2019: 9-18 (doi: 10.1109/NAP47236.2019.216929)
10 Khani S., Hosseini H. M., Taheri M., Nourani M. R., Imani Fooladi A. A. Probiotics as an alternative strategy for prevention and treatment of human diseases: a review In: Inflamm. Allergy Drugs Targets, 2012, 11: 79-89.
11 ГОСТ 54668-2011. Молоко и продукты переработки молока. Методы определения массовой доли влаги и сухого вещества. - М.: Стандартинформ, 2013: 25.
12 ГОСТ 25179-90. Молоко. Методы определения белка. - М.: Стандартинформ, 2009: 15.
13 ГОСТ 5867-90. Молоко и молочные продукты. Методы определения жира. - М.: Стандартинформ, 2011: 33.
14 ГОСТ 3625-84. Молоко и молочные продукты. Методы определения плотности. - М.: Стандартинформ, 2009: 21.
15 СТ РК 1732-2007. Молоко и молочные продукты. Органолептический метод определения показателей качества.
16 Лепилкина О. В., Шутов В. Е., Чубенко А. В. и др. Способ производства мягкого сырного продукта. Патент 2403792 (РФ) МПК A23C19/076. RU2009126128/10A. Заявл. 07.07.2009. Опубл. 20.12.2010.
17 ГОСТ Р 54074-2010. Молоко сухое обезжиренное. - М.: Стандартинформ, 2012: 33
18 Трубецков Д. В. Способ восстановления сухого молока. Патент 2452186 (РФ) МПК А23С9/00. RU2011108235/10. Заявл. 04.03.2011. Опубл. 10.06.2012: 5
19 Тамим А.И. Йогурты и другие кисломолочные продукты - СПб: Профессия, 2003: 664.
20 Ахатова И. А. Молочное коневодство: племенная работа, технологии производства и переработки кобыльего молока, Уфа: Тилем, 2007: 324.
21 Heller K. J., Probiotic bacteria in fermented foods: product characteristics reid and starter organisms: Am. J. of Clin. Nutrition, 2001, 73 (2): 374-379 (doi: 10.1093/ajcn/73.2.374s)
22 Shakerian M., Razavi S. H., Ziai S. A., Khodaiyan F., Yarmand M. S., Moayedi A. Proteolytic and ACE-inhibitory activities of probiotic yogurt containing non-viable bacteria as affected by different levels of fat, inulin and starter culture: J. Food Sci. Techno, 2015, 52: 2428-2433 (doi:10.1007/s13197-013-1202-9)
23 Betoret E., Betoret N., Vidal D., Fito P., Functional foods development: trends and technologies: Trends Food Sci Technol, 2011, 22: 498-508 (doi:10.1016/j .tifs.2011.05.004)
24 Мунро П. А., Новые технологии создания молочных продуктов будущего: Молочная промышленность, 2013, 3: 39-40.
25 Oguzhan P., Yangilar F., Pullulan: production and usage in food industry In: Afr. J. Food Sci. Technol, 2013, 3(4), 57-63.
26 Nithya Bala Sundaria S., Niveditab V., Chakravarthyb M., Srisowmeyab G., Usha Antonyc, Nandhini Devb G., Characterization of microbial polysaccharides and prebiotic enrichment of wheat bread with pullulan In: LWT - Food Sci. Technol, 2020, 122: 1-7 (doi:10.1016/j.lwt.2019.109002)
27 Carvalho A.S., Microcapsulation as a method of new technologies In: J. food sci, 2013, 68: 25382541.
28 Rashidinejad, A.; Bahrami, A.; Rehman, A.; Rezaei, A.; Babazadeh, A.; Singh, H.; Jafari, S.M. Co-encapsulation of probiotics with prebiotics and their application in functional/synbiotic dairy products In: Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2020, 62: 2470-2494 (doi:10.1080/10408398.2020.1854169).
29 Rodrigues F., Cedran M., Bicas J., Sato H., Encapsulated probiotic cells: Relevant techniques, natural sources as encapsulating materials and food applications—A narrative review In: Food Res. Int, 2020, 137: 109682 (doi: 10.1016/j.foodres.2020.109682)
30 Kistaubayeva A., Abdulzhanova M., Zhantlessova S., Savitskaya I., Karpenyuk T., Goncharova A., Sinyavskiy Y., The Effect of Encapsulating a Prebiotic-Based Biopolymer Delivery System for Enhanced Probiotic Survival In: Polymers, 2023, 15(7): 1752 (doi:10.3390/polym15071752)
М.А. АБДУЛЖАНОВА1*, АС. КИСТАУБАЕВА1, Л.В. ИГНАТОВА1, С.Д. ЖАНТЛЕСОВА1,
А. А. КАБЫКЕНОВА1, СОБХИ-ЭЛЬ-СОХАЙМИ 2 1эл-Фараби атындагы ^азак; Ултты; университет^ Алматы, ^аза;стан 2Ощустш Орал Мемлекетпк университетi, Челябинск, Ресей *e-mail: [email protected]
ПРОБИОТИКАЛЬЩ МИКРОКАПСУЛАЛАРМЕН БАЙЫТЫЛГАН ;¥РГА;
БИЕ СYТI НЕГ1З1НДЕГ1 ЙОГУРТ АЛУ
TY^H
БYгiнгi танда тагамды; жэне биологиялы; к^ндылыгы, ищмдшп жогары жэне химиялы; к^рамы бойынша барынша бешмделген бие CYтiнен ;ышыл CYт ешмдерш эзiрлеу мэселесi жеткiлiктi зерттелмеген. Эр тYрлi микроорганизмдердщ сугтщ ашыту кабшетше эсерi, эр тYрлi тагамды; коспалардьщ (коюландыргыштар, толтыргыштар, хош иiстендiргiштер) cyi*^ ^юына эсер ету дэрежесiне, ешмнщ реологиялы; жэне физика-химиялы; керсеткiштерiне эсерш багалау мэселелерi толы; зерттелмеген ^йшде калып отыр. ¥нта;талган бие CY^re негiзделген жаца функционалды енiмдердi эзiрлеудiн негiзгi тэсiлдерiн зерттеу негiзiнен д^рыс тама;тану Ymrn осы шикiзат кездерш пайдаланудын ;олда бар технологиялы; эдютерш кецейтуге жэне толы;тыруга мYмкiндiк береди ЖYргiзiлiп жат;ан ж^мыстыц езектiлiгi биенщ к¥PFак CYтiне негiзделген тиiмдi функционалды ешмдердщ болмауымен де байланысты. AлFаш рет биохимиялы;, микробиологиялы; жэне органолептикалы; керсетюштердщ динамикасын зерттеу жэне технологиялы; режимдершщ параметрлерiн ендеу ар;ылы к¥рамындаFы к¥PFак заттардын жоFары массалы; Yлесiне ие бие CYтiнен дайындалFан ашытылFан CYт енiмi ретiнде йогурт;а непзделдь Калпына келтiрiлген ¥нта;таетан бие cy^ 7,5% к¥PFак майсыз сиыр CYтiмен байыту ар;ылы к¥PFак заттардын массалы; Yлесi бар CYт негiзiн алуFа мYмкiндiк бердi: 15,7%, а;уыздар - 3,9% жэне май - 2,8% ^т^лды^ы 20°Т. СYт негiзiн ашытудын онтайлы режимi - 6 саFат жэне температуралы; керсеткiш 38-39°С. Йогурт ;^рылымын т^ра;тандыру жэне жа;сарту Yшiн алFаш рет пуллулан ;олданылды. Т¥рактандырFыштын онтайлы концентрациясы шикiзат массасынын 1% - на тен. Кдоамында Lactobacillus rhamnosus gg бактериясы бар бактериялы; целлюлоза-пуллулан пробиотикалы; микрокапсулалары алFаш рет бие CYтiнiн ¥нтаFы негiзiнде пробиотиктермен байытылFан ашытылFан енiмдi жасау технологиясында колданылFан.
ТYЙiндi сездер: бие cy^ ¥нтаFы, пуллулан, йогурт, бактериялы; целлюлоза, микрокапсуляция.
МРНТИ: 62.09.39
M.A. ABDULZHANOVA1*, A.S. KISTAUBAYEVA1, L.V. IGNATOVA1, S.D. ZHANTLESOVA1, A.A. KABYKENOVA1, SOBHY EL-SOHAIMY2 1 Al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan 2 South Ural State University, Chelyabinsk, Russia *e-mail: [email protected]
OBTAINING YOGURT BASED ON MARE'S MILK POWDER ENRICHED WITH
PROBIOTIC MICROCAPSULES
doi:10.53729/MV-AS.2023.02.06
Abstract
Currently, there is a lack of sufficient research on developing fermented milk products from mare's milk with increased nutritional and biological value, maximum digestibility, and optimal chemical composition. Important aspects such as the influence of microorganisms on milk fermentation, the effect of food additives (such as thickeners, fillers, and flavorings) on clot formation and the rheological and physico-chemical properties of the product are still unexplored. Studying new approaches to the development of functional products based on mare's milk powder can expand and complement existing technological methods for using this raw material in proper nutrition.
This work is also relevant due to the absence of effective functional products based on dry mare's milk. For the first time, in this study, the parameters of technological regimes for processing dried mare's milk into a fermented milk product - yogurt with a high mass fraction of dry matter, were substantiated. Enrichment of reconstituted dry mare's milk with 7.5% dry skimmed cow's milk allowed us to obtain a milk base with a mass fraction of solids: 15.7%, proteins - 3.9%, and fat - 2.8%, with an acidity of 20°T. The optimal fermentation mode of the milk base was determined - 38-39 °C for 6 hours.
Pullulan was used for the first time to stabilize and improve the texture of yogurt. The optimal concentration of the stabilizer was found to be 1% by weight of the raw material. Pullulan-bacterial cellulose probiotic microcapsules containing Lactobacillus rhamnosus GG were used for the first time in the technology of creating a fermented product enriched with probiotics based on dry mare's milk.
Keywords: mare's milk powder, pullulan, yogurt, bacterial cellulose, microencapsulation.
Functional foods are the trend of the future, as modern biotechnology makes it possible to process raw food sources into healthy products that meet the requirements of consumers. The functional foods include fermented milk products, the production of which is based on the use of specially selected microorganisms that provide the desired properties in the products [1].
The production and consumption of fermented milk products are steadily expanding. However, their range is mainly represented by fermented products made from cow's milk. Such a food matrix as mare's milk, which has a lot of useful properties, is practically not used. It has a high nutritional and biological value, as well as maximum digestibility. It should be specially noted that in terms of protein composition, it is similar to human milk, has hypoallergenic properties, and has a rich amino acid composition. Mare's milk has therapeutic and prophylactic properties [2-5]. It seems that mare's milk, due to the uniqueness of its chemical composition and properties, is the preferred raw material for the production of consumer products. Traditional and yet the only product produced by the industry from mare's milk in Kazakhstan is koumiss. However, it contains alcohol, which limits the range of its consumers. Even though mare's milk is essentially the Kazakh national "brand", little attention is paid to the production of fermented milk products from it.
Regarding the beneficial properties, mare's milk has not been appreciated to this day. The use of mare's milk for the production of functional food products based on it is limited by the poor knowledge of the technology of processing raw milk, stabilization of the chemical composition, and technological properties of milk [6]. In addition, this is due to the seasonality of milk yield
and difficult accessibility. In this regard, the topical issue is the use of mare's milk powder in the production of sour-milk functional food products.
In this paper, an urgent task for obtaining yogurt from dried mare's and cow's milk as a base is to increase the efficiency of the process of restoring milk powder. This process is a heterogeneous chemical reaction that occurs between a solid and a liquid and is accompanied by the transition of the substance into a solution. The essence of the dissolution process is the interaction of dry dairy products with water and includes several stages: the dissolution of lactose and minerals, the distribution of protein and fat in the solution, the hydration of the dispersed phase, and the release of excess air from the product. The intensity of the process and its efficiency is determined by the properties of water and dry milk product. [7]. In this regard, methods of MMP restoration were studied for its further use as a dairy base for functional fermented milk products.
In the dairy market, the most dynamic in terms of consumption growth is yogurt - a fermented milk product with a high mass fraction of dry matter. Existing technologies for producing yogurts from mare's milk provide for the use of only starter cultures that carry out fermentation. The introduction of specially selected strains of probiotic bacteria into the recipe of such yogurt will make it possible to classify it as a functional product since it will have not only high nutritional but also medicinal properties.
The use of probiotic bacteria as nutraceuticals is an area that has expanded rapidly in recent years. Of great importance is the fact that the cells are viable and whether there are enough of them in the intestinal tract. Oral administration of most bacteria leads to a large loss of viability associated with their passage through the stomach, due to the presence of a high concentration of acid and bile salts, this reduces the effectiveness of the introduced supplement. The viability of probiotic microorganisms, that is, the number of living and active cells in a certain volume at the time of consumption, is a key characteristic of the quality of these products, since it determines their effectiveness [8]. Therefore, it is important to ensure the high survival of probiotic bacteria both during the production and storage of the product and during its consumption. Sewing these probiotics into a matrix, i.e., immobilization, is a new method to reduce cell death during passage through the gastrointestinal tract. The proposed technology is based on the immobilization of the bacterium in a polymeric matrix, which retains its structure in the stomach until degraded and dissolves in the intestine, as opposed to diffusion-based release.
The microorganisms most commonly used in probiotic products belong to the genus Lactobacillus and Bifidobacterium, since they are permanent components of the human gut microbiota and have the status of GRAS (Generally recognized as safe), this status is also assigned to pullulan, which will be used as a thickener. As a rule, lactobacilli are technologically more suitable for use in food products than bifidobacteria. They are resistant to low pH and other stressful production conditions, are traditionally used in fermented products, adapted to milk and other food substrates, do not form acetic acid during fermentation, which often worsens the sensory and organoleptic properties of products with bifidobacteria [10].
Successful experience with microencapsulation in the field of probiotic biotechnology served as the basis for conducting this study aimed at creating microencapsulated probiotics to increase their stability, viability, and efficient delivery to the intestine. Polysaccharide matrices developed based on pullulan (PUL) and bacterial cellulose (BC) coatings into probiotic microcapsules will be used for the first time to create probiotic-enriched fermented products based on dry mare's milk.
The usefulness of fermented products made from mare's milk, and even more so with probiotics in microencapsulated form, determines the relevance of this research.
Materials and methods
The material for the research was mare's milk powder (MMP) "Saumal", EurasiaInvest Ltd, the Republic of Kazakhstan; skimmed milk powder (SMP) JSC "Moloko", Russia, GOST 336292015; food additive Pullulan (P), Hayashibara Biochemical Laboratories, Okayama, Japan; hybrid microcapsules coated with P and BC; functional dairy product yogurt based on reconstituted dry
mare's milk, enriched with microcapsules of the probiotic Lactobacillus rhamnosus GG (strain ATCC® 53103TM was purchased from the American Type Culture Collection).
Determination of the chemical composition of reconstituted milk powder
To determine the content of the mass fraction of dry matter, measurements of the mass fraction of fat, protein, and density restored MMP, we used a milk analyzer LACTAN 1-4 MINI (VPK "Sibagropribor" LLC, Krasnoobsk district settlement, Novosibirsk region, Russian Federation).
Determination of the chemical composition of the milk base
To determine the content of the mass fraction of dry matter of the milk base, a method was used based on drying the analyzed sample at a constant temperature (102 ± 2) °С following the requirements of GOST R 54668 [11] and calculation of the mass fraction of dry matter (X d.m., %) by the mass loss of the analyzed sample in percent using the formula:
Xd. m. = (™1-m°>100 , (1)
m-m0
where m1 is the weight of the bottle with the analyzed sample after drying, g; m0 is the weight of the bottle, g; m is the weight of the weighing bottle with the analyzed sample before drying, g.
Protein determination was carried out by colorimetric method according to GOST 2517990 [12]. The method was carried out using a spectrophotometer with a wavelength of 590 nm. The mass fraction of protein Xb, %, was calculated by the formula:
Xb = 7.78D - 1.34, (2)
where D is the measured optical density, units. opt. density; 7.78 - empirical coefficient, %/unit. opt. density; 1.34 - empirical coefficient, %.
The fat content in the milk base was determined using the acid method according to GOST 5867-90 [13] under the action of concentrated sulfuric acid and isoamyl alcohol, followed by centrifugation for 5 minutes and measurement of the volume of released fat in the graduated part of the butyrometer.
Density determination of milk base was carried out by the hydrometric method according to GOST 3625-84 [14] at a temperature of 20±2оС.
Titratable acidity was determined by a method that was based on the neutralization of the acids contained in the product with a solution of sodium hydroxide. Daily cultures of lactobacilli were centrifuged, and a suspension containing 1010 cells per 1 ml was prepared according to the turbidity standard. 1 ml of this suspension was added to test tubes with 9 ml of MRS medium and cultivated at 37°C under anaerobic conditions. Then, 10 mL of culture liquid was taken, and 20 mL of distilled water was added. 1-2 drops of phenolphthalein were then added. The samples were titrated with 0.1n NaOH with constant shaking until a stable slightly pink color appeared. The amount of alkali used for titration corresponds to the amount of acid formed in 10 ml of culture liquid.
The average value was calculated from the obtained values. The final result was expressed in Turner degrees (оТ):
°Т=А-К-20 (3)
where A is a value expressing the amount of 0.1n NaOH used for titration of 10 ml of the test sample; K - correction to the titer, determined by titration of 0.1n NaOH with 0.1n succinic acid (0.009 g); oT is a value expressing the amount of 0.1 n alkali used for titration of 100 ml of the test sample.
Powdered milk recovery
To reconstitute dry mare's milk, a sample of 5 to 30 g was taken (in 5 g increments) and dissolved in 100 ml of water, with gradual heating to a temperature of 65-75°C with constant stirring using a heated magnetic stirrer C-MAG HS 7 IKA, Germany. After that, the milk was kept for 30-90 minutes, with cooling due to natural heat exchange with the environment to room temperature 20-24°C. The powdered cow's milk was dissolved according to the manufacturer's instructions.
Producing yogurt
Prepared several variants for the composition of the milk base, which are shown in Table 1.
Table 1- Variants for the composition of the milk base
Variant Recovered MMP, % SMP, %
1 96,5 3,5
2 94,5 5,5
3 92,5 7,5
4 90 10
Note: MMP- mare's milk powder, SMP- skimmed milk powder
Fermentation of all variants of the milk base was carried out at different temperature conditions: 38-390C; 42-430C. During the fermentation of the milk base, milk was pasteurized at 63°C in a water bath, homogenized to increase strength and improve the consistency of protein clots and prevent the formation of a fatty plug on the surface of the finished product, cooled to the fermentation temperature (38-39°C), then the starter was added, fermented, mixed and cooled clot formed. Stabilization of yogurt was carried out by adding the food additive PUL in the variants of adding 0.5; 1; 1.5% at 45°C, the mixture was vigorously agitated and allowed to swell for 30 minutes. PUL-BC probiotic microcapsules with L. rhamnosus GG in a ratio of 10:1.
Determination of organoleptic indicators of a fermented milk product
The organoleptic evaluation of the finished product was carried out by the closed-tasting method, which was developed following ST RK 1732-2007 [15]. The control was carried out according to the following indicators: smell, taste, consistency, appearance, and color.
Statistical analysis
All analyzes were performed in triplicate and results were presented as mean ± standard deviation unless otherwise indicated. Data were analyzed using one-way analysis of variance (ANOVA) with Tukey's test. Statistical analysis was performed using SPSS software (version 28.0, IBM Corp., Armonk, NY, USA). Significance was defined as p < 0.05. Statistical calculations and plotting of graphs and diagrams were performed in a semi-automatic mode using Microsoft Office Excel.
Results and discussion
There are various methods of reconstitution of cow's milk powder, however, data on the reconstitution of MMP are not available. In the dairy industry, a method is widely used that involves dissolving milk powder at a temperature of 38-42°C, followed by instant cooling to 6-8 ° C, with an exposure of at least 3-4 hours in order to maximize the swelling of proteins, eliminate watery taste, and also to achieve normal density and viscosity [16]. The disadvantage of this method is the large expenditure of time and energy for cooling.
At the consumer level, there is a method for obtaining milk, in which 8-9 tablespoons (125 g) of powdered milk are taken and stirred in a small amount of water with a temperature of 35-40°C, then water is gradually added, bringing to 1 liter, while continuous stirring and heating to boiling [17]. The disadvantage of this method is that when boiling milk loses the native properties of whey proteins, the content of vitamins decreases (for example, vitamin C losses reach up to 70%), which leads to a decrease in the nutritional value of the resulting milk.
To restore dry mare's and cow's milk, a method was chosen in which the dissolution of milk powder in water includes constant stirring with a magnetic stirrer, with gradual heating to a temperature of 65-75°C. After that, the milk is kept for 30-90 minutes, with cooling due to natural heat exchange with the environment or by forced cooling to a room temperature of 20-24°C. During this time, the protein fraction swells and milk acquires such properties as taste and smell closest to natural [18].
According to the manufacturer's instructions, MMP "Saumal" for use in as close as possible to whole mare's milk is recommended to dilute the powder, in the amount of 3 tablespoons (20-22 g) with 200 ml of warm water (36-40°C). However, when fermenting such milk, a rather liquid dairy product is formed. Therefore, a series of experiments was carried out to select the optimal mass of MMP for its further recovery and use as a milk base.
To do this, MMP was dissolved in 100 ml of water in the mass range of 5-30 g (in increments of 5 g), the mixture was gradually heated to a temperature of 65-75°C and cooled for 30-60 minutes at room temperature. Then Y0-MIX-601 starter from Danisco was added in the amount of 1 g/100 ml and left to ferment for 6-8 hours (Table 2).
Table 2- Organoleptic characteristics of reconstituted mare's milk
Variant Mass of dry mare's milk g per 100 ml of water Appearance and texture Color Smell Taste
1 5 Homogeneous, liquid White with a bluish tint Unpleasant, peculiar to raw milk Sweetish, with a taste of mare's milk
2 10 Heterogeneous, with sediment Creamy white Unpleasant, peculiar to raw milk Sweetish, with a taste of mare's milk
3 15 Heterogeneous, with sediment Creamy white Peculiar to raw milk Sour, with a taste of mare's milk
4 20 Heterogeneous, with single flakes Cream Sour milk Sour, with a taste of mare's milk
5 25 Heterogeneous, with single flakes Cream Sour milk Sour, with a taste of mare's milk
6 30 Heterogeneous, with single flakes Cream Sour milk Sour, with a taste of mare's milk
According to the results of the study, during the restoration and further fermentation of MMP, in most cases, samples of a liquid consistency are obtained. In 2 and 3 variants, a white precipitate is formed, phases are separated and whey is formed. With an increase in the mass of MMP up to 15 g, the consistency becomes heterogeneous with the presence of single flakes. Variants 4-6 turned out to be the most optimal in terms of organoleptic parameters. In this regard, option 4 was chosen for the restoration of MMP; this option is the most profitable from an economic point of view (20 g per 100 ml of water).
Since mowing MMP produces a rather liquid and heterogeneous dairy product with a specific taste and smell, it was decided to additionally add certain amounts of skimmed cow's milk powder. This procedure is carried out to increase the mass fraction of dry matter in the product, and improve the consistency, as well as the taste of the resulting product [19]. Moreover, this procedure allows you to optimize the fat content of the MMP.
The use of SMP in certain concentrations in the production of yogurt is provided for by regulatory documentation and is widely used in industrial conditions [20]. Therefore, a study was
made on the possibility of enriching reconstituted mare's milk with the chemical composition: mass fraction of protein - 34.0; fat - 1.5; dry matter - 95.0, and carbohydrates - 50%.
The results of the study of the degree of influence of the amount of SMP on the chemical composition and intensity of fermentation (time to reach an acidity of 30°T) of the milk base for yogurt are shown in Table 3. All experimental and control samples of the milk base were fermented (fermented) under standard conditions for traditional yogurt technology: temperature 42-43°C, direct introduction starter with standard microflora for yogurt Y0-MIX-601.
Table 3- Influence of the amount of SMP on the chemical composition and indicators of the milk base
Dose of applied SMP, % Mass fraction, % Density, kg/m3 Acidity, °Т
dry matter fat squirrel
3.5 14.11±1.23 2.13±0.15 2.9±0.18 1040.1±11.3 11±1.23
5.5 14.87±1.31 2.12±0.16 3.2±0.3 1045.2±10.5 19±0.2
7.5 16.25±1.77 2.11±0.2 4.15±0.39 1054.2±11.2 20±0.21
10 18.12±1.59 2±0.19 4.99±0.47 1066.9±11.3 31.29±0.2
Note: SMP- skimmed milk powder
Enrichment of reconstituted mare's milk with SMP can significantly increase the mass fractions of dry matter and protein. The maximum values of these parameters are observed when adding 10% SMP, however, this is accompanied by an increase in titratable acidity up to 30°T and above. Therefore, options with the addition of 5.5% and 7.5% SMP can be considered the most suitable, ensuring the enrichment of the mixture with the dry matter by 35.4 and 48.7%, respectively, and with protein by 89.7 and 122.0% with the acidity of the mixture not more than 20°T.
At the next stage, the selection of starter cultures with the best fermenting activity was carried out. Types of starter cultures used for fermentation:
1) YO-MIX 601 10 DCU, DANISCO (Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbruckii подвид bulgaricus)
2) YOGURT IMMUNITY, YOLACTIS (Sucrose; Streptococcus thermophilus; Lactobacillus (delbrueckii ssp. bulgaricus, acidophilus, casei, rhamnosus, paracasei, plantarum); Bifidobacterium (lactis, longum)
3) Sourdough YOGURT, VIVO (Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium lactis)
All of the above starter cultures are directly introduced, and the optimum fermentation temperature is 38-42°C. These starter cultures are publicly available and widely known. They contain probiotic strains of lactic acid bacteria that ferment carbohydrates with the formation of lactic acid. Due to this, they are widely used in the food industry in the preparation of various dairy products, including fermented baked milk, yogurts, and others. Streptococcus thermophilus absorbs and processes lactose (milk sugar) and is therefore used for lactase deficiency, has an acidifying effect, providing a bactericidal effect against pathogenic microorganisms, and is also able to synthesize and release polysaccharides. Lactobacillus delbrueckii has a set of proteases, for example, a specific peptidase Lactobacillus delbrueckii - prolidase hydrolyzes proteins with a high content of proline and has unique ways of regulation of biosynthesis [21; 22]. All three starter cultures include these probiotics, in addition, the choice of these starter cultures is justified by their low cost.
Figure 1 shows data on the fermentation of a combined milk base using three types of starter cultures.
s0
45
40
3s
È" 30
£ 25 тз
'a 20
ls l0 s 0
l0 30
s0
YO-MIX 601 10 DCU
YOGURT IMMUNITY Types of sourdoughs
Sourdough YOGURT
Figure 1- Influence of various starter cultures and their concentrations on the acidity raising when
fermenting milk for 6 hours.
As can be seen from the data presented in Figure 1, when the starter is introduced in an amount of 3% or more, the acidity of the product increases. The maximum acidity was established when fermenting with YOGURT starter, VIVO company, and adding 5% starter material. When using a YOGURT IMMUNITY starter, a slower increase in titratable acidity is observed, the fermented milk does not form the desired consistency, and the resulting product is characterized by a sour taste.
Thus, in the process of developing the technology for preparing yogurt, 3 types of starter cultures were tested. Yogurt starter cultures included different combinations of probiotic microorganisms. The most optimal introduction of YO-MIX 601 10 DCU starter culture containing Streptococcus thermophilus and Lactobacillus delbruckii at a concentration of 1%. The use of this combination of strains makes it possible to obtain a yogurt with a sufficiently thick consistency, a dense clot, and a persistent aroma, as well as a homogeneous, uniform structure and a mild taste.
When developing a technology for obtaining yogurt from MMP, it was necessary to take into account the fact that in addition to the increased biological and nutritional value due to the unique qualities of raw materials, it should have a consistency familiar to the consumer. The fact is that a significant drawback that worsens the quality of the finished product from MMP is a liquid, heterogeneous, flaky consistency with whey sludge during storage. Modern requirements for increasing the shelf life of the product put forward the problem of preserving the presentation during long-term storage [23].
One of the possible ways to achieve a stable homogeneous, non-separating, viscous consistency of fermented milk drinks, along with the enrichment of the protein composition of the feedstock, the selection of starter cultures with thickening properties, is the use of stabilizing food additives based on natural components [24].
Determination of the features of the use of stabilizing additives, their influence on the formation of the consistency of yogurt from MMP, the selection of the dose of application, the refinement of the parameters of the technological process are the urgent tasks of the next stage of the study.
PUL was chosen as a consistency stabilizer for reconstituted mare's milk yogurt. Externally, PUL is a tasteless white powder, which is highly soluble in water. PUL is widely used in the food industry, including as a binder and stabilizer [25]. Recently, PUL has been found to have a stimulating effect on probiotics [26]. It was hypothesized that PUL, due to these properties, can give yogurt a smooth appearance and improve its viscosity.
For pre-activation, the stabilizer was added to 1/5 of the milk base at a temperature of 45°C, and the mixture was subjected to vigorous stirring and left to swell for 30 minutes. Then the resulting mixture was added to the main mass of normalized reconstituted mare's milk enriched with 7.5% SMP, fermented with direct ferment YO-MIX 601 10 DCU, mixed for 15 minutes and left for fermentation. Options for adding a stabilizer 0.5 were tested; 1; 1.5%.
Upon completion of fermentation, the product was cooled to 25°C, mixed and poured into polystyrene cups covered with metalized foil, and sent for cooling and storage in a refrigerator to a temperature of 4 ± 2°C in the product. The optimal concentration of the stabilizer was 1% by weight of the raw material. The resulting yogurt had organoleptic characteristics satisfying the consumer: a sour-milk smell, with a taste of mare's milk; homogeneous, moderately viscous consistency with a creamy tint.
Fermented milk products with probiotics account for 60 to 70% of the total functional food market. For this reason, their production can be identified as an independent branch of food biotechnology [10]. However, numerous studies show that a significant part of probiotic cells lose their activity due to damage and death of microorganisms during the production of direct starter cultures, in the food matrix, during storage of products, and also during the passage through the gastrointestinal tract [8]. Microencapsulation of microbial cells protects from unfavorable conditions, which was shown not only in SMP works [27-29], but also experimentally established in the course of the study. Since the purpose of this work was to create a technology for obtaining products from MMP enriched with microencapsulated probiotic microorganisms, then to obtain probiotic yogurt, P-BC microcapsules were used, obtained by extrusion according to the technology layer-by-layer containing strain Lactobacillus rhamnosus GG. This strain, according to the totality of the studied properties: the activity of acid formation, the spectrum and level of antagonistic activity, and resistance to stress factors was chosen for inclusion in microcapsules [30]. PUL-BC probiotic microcapsules were added to the finished yogurt in a ratio of 1:10. The resulting product was named "Microlact"
Conclusion
Products made from mare's milk with microcapsules retain the high viability of probiotic microorganisms during the production process and provide increased therapeutic and prophylactic efficacy, which contributes to the improvement of the population.
As a result of the research work, the optimal composition of the milk mixture for the production of yogurt based on dried reconstituted mare's milk with an increased mass fraction of solids was selected. Enrichment of reconstituted mare's milk with 7.5% SMP made it possible to obtain a milk base with a mass fraction of solids: 15.7%, proteins - 3.9%, and fat - 2.8% at an acidity of 20°T. The optimal mode of fermentation of the milk base was determined - 38-39°C for 6 hours. Fermentation at a given temperature regime and the introduction of a stabilizer PUL at a concentration of 1% leads to the formation of a uniform clot, and the resulting product has satisfactory organoleptic characteristics. The results of experimental studies were used in the development of technology for a new yoghurt "Microlact" with microencapsulated probiotics.
Funding
The work was carried out within the framework of the AP09259491 project "Biotechnology of using a polysaccharide matrix with probiotic biofilms to create combined dairy products
References:
1 Bogue J., Collins O., Troy A. J. Market analysis and concept development of functional foods In:
Developing New Functional Food and Nutraceutical Products, 2017: 29-45 (doi:10.1016/B978-0-12-802780-6.00002-X).
2 Pieszka M., Luszczynski J., Szeptalin A. Comparison of mare's milk composition of different breeds: NaukaPrzyroda Technologie, 2011, 6 (5): 1-5.
3 Markiewicz-K^szycka M.Chemical composition and whey protein fraction of late lactation mares' milk: Int. Dairy J, 2013, 2: 62-64 (doi:10.1016/j.idairyj.2013.02.006)
4 Orlandi M., Goracci J., Curadi M. C. Essential fatty acids (EFA) in Haflinger and Thoroughbreed mare's milk: Annali della Facolta diMedicina veterinaria, 2007, 55: 319-325
5 Kanareykina S.G., Chernyshenko Yu.N., Kanareykin V.I., Researching of fatty acids and amino acid structure of yogurts with use of mare's milk: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2019, 315 (7): 1-6 (doi:10.1088/1755-1315/315/7/072036)
6 Kanarejkin V.I., Kanarejkina S.G. Kislomolochnyj produkt iz kobyl'ego moloka funkcional'noj napravlennosti. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2016, 57 (1): 189— 192.
7 Popova N. V. Innovacii v tekhnologii vosstanovleniya suhogo moloka kak faktor upravleniya kachestvom vosstanovlennyh produktov pererabotki moloka In: Vestnik YUURGU. Seriya «Ekonomika i menedzhment», 2013, 7(4): 181-186.
8 Mortazavian A. M., Mohammadi R., Sohrabvandi S. Delivery of probiotic microorganisms into gastrointestinal tract by food products In: New Advances in the Basic and Clinical Gastroenterology, 2012, 61: 121-146 (doi: 10.5772/47946)
9 Abdulzhanova M. A., Savitskaya I. S., Kistaubayeva A. S., Shokatayeva D. H., Pogrebnjak A., Ignatova L. V. Delivery of probiotic to microbiome by layer-by-layer encapsulation In: Springer Proceedings in Physic. A.D. Pogrebnjak, M. Pogorielov, Viter, R. Eds.; Springer: Singapore, 2019: 9-18 (doi: 10.1109/NAP47236.2019.216929)
10 Khani S., Hosseini H. M., Taheri M., Nourani M. R., Imani Fooladi A. A. Probiotics as an alternative strategy for prevention and treatment of human diseases: a review In : Inflamm. Allergy Drugs Targets, 2012, 11: 79-89.
11 GOST 54668-2011. Moloko i produkty pererabotki moloka. Metody opredeleniya massovoj doli vlagi i suhogo veshchestva. - M.: Standartinform, 2013: 25
12 GOST 25179-90. Moloko. Metody opredeleniya belka. - M.: Standartinform, 2009:15
13 GOST 5867-90. Moloko i molochnye produkty. Metody opredeleniya zhira. - M.: Standartinform, 2011: 33
14 GOST 3625-84. Moloko i molochnye produkty. Metody opredeleniya plotnosti. - M.: Standartinform, 2009:21
15 ST RK 1732-2007. Moloko i molochnye produkty. Organolepticheskij metod opredeleniya pokazatelej kachestva.
16 Lepilkina O. V., Shutov V. E., Chubenko A. V. etc. Sposob proizvodstva myagkogo syrnogo produkta. Patent 2403792 (RF) MPK A23C19/076. RU2009126128/10A. Zayavl. 07.07.2009. Opubl. 20.12.2010.
17 GOST R 54074-2010. Moloko suhoe obezzhirennoe. - M.: Standartinform, 2012:33
18 Trubeckov D. V. Sposob vosstanovleniya suhogo moloka. Patent 2452186 (RF) MPK A23C9/00. RU2011108235/10. Zayavl. 04.03.2011. Opubl. 10.06.2012:5
19 Tamim A.I. Jogurty i drugie kislomolochnyeprodukty. SPb: Professiya, 2003: 664.
20 Ahatova I. A. Molochnoe konevodstvo: plemennaya rabota, tekhnologii proizvodstva i pererabotki kobyl'ego moloka. Ufa: Tilem, 2007: 324.
21 Heller K. J., Probiotic bacteria in fermented foods: product characteristics reid and starter organisms: Am. J. of Clin. Nutrition, 2001, 73 (2): 374-379 (doi: 10.1093/ajcn/73.2.374s)
22 Shakerian M., Razavi S. H., Ziai S. A., Khodaiyan F., Yarmand M. S., Moayedi A. Proteolytic and ACE-inhibitory activities of probiotic yogurt containing non-viable bacteria as affected by different levels of fat, inulin and starter culture: J. FoodSci. Techno, 2015, 52: 2428-2433 (doi:10.1007/s13197-013-1202-9)
23 Betoret E., Betoret N., Vidal D., Fito P. Functional foods development: trends and technologies: Trends Food Sci Technol, 2011, 22: 498-508 (doi: 10.1016/j .tifs.2011.05.004)
24 Munro P. A. Novye tehnologii sozdanija molochnyh produktov budushhego In: Molochnaja promyshlennost', 2013, 3: 39-40.
25 Oguzhan P., Yangilar F. Pullulan: production and usage in food industry: Afr. J. Food Sci. Technol, 2013, 3(4): 57-63.
26 Nithya Bala Sundaria S., Niveditab V., Chakravarthyb M., Srisowmeyab G., Usha Antonyc, Nandhini Devb G. Characterization of microbial polysaccharides and prebiotic enrichment of wheat bread with pullulan: LWT - Food Sci. Technol, 2020, 122: 1-7 (doi:10.1016/j.lwt.2019.109002)
27 Carvalho A.S. Microcapsulation as a method of new technologies: J. food sci, 2013, 68: 25382541.
28 Rashidinejad, A.; Bahrami, A.; Rehman, A.; Rezaei, A.; Babazadeh, A.; Singh, H.; Jafari, S.M. Co-encapsulation of probiotics with prebiotics and their application in functional/synbiotic dairy products. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2020, 62: 2470-2494 (doi:10.1080/10408398.2020.1854169).
29 Rodrigues F., Cedran M., Bicas J., Sato H. Encapsulated probiotic cells: Relevant techniques, natural sources as encapsulating materials and food applications—A narrative review: Food Res. Int, 2020, 137: 109682 (doi: 10.1016/j.foodres.2020.109682)
30 Kistaubayeva A., Abdulzhanova M., Zhantlessova S., Savitskaya I., Karpenyuk T., Goncharova A., Sinyavskiy Y. The Effect of Encapsulating a Prebiotic-Based Biopolymer Delivery System for Enhanced Probiotic Survival In: Polymers, 2023, 15(7): 1752 (doi:10.3390/polym15071752)
