CC BY
8
ПРОИЗВОДСТВО ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
УДК 664
DOI 10.24412/2311-6447-2022-3-46-51
Разработка технологии пробиотических эмульсионных пищевых систем на основе биоактивных растительных масел
Development of technology for probiotic emulsion food systems based on bioactive vegetable oils
Профессор H.C. Родионова, профессор E.C. Попов, ассистент H.A. Захарова, доцент Е.А. Пожидаева, студент Д.И. Лисянская, студент Н.С. Черкасова Воронежский государственный университет инженерных технологий, кафедра технологии продуктов животного происхождения, тел. 8(473)255-37-72, [email protected]
Professor N.S. Rodionova, Professor E.S. Popov, Assistant N.A. Zakharova, Associate professor E.A. Pozhidaeva, Student D.I. Lisyanskaya, student N.S. Cherkasova Voronezh State University of Engineering Technologies, chair of Technology of Animal Products, tel. 8 (473) 255-37-72, [email protected]
Аннотация. Приведены результаты исследований процесса формирования пробиотических эмульсий масла косточек винограда. В качестве эмульсионной среды исследовано обезжиренное молоко, ферментированное консорциумом пробиотических микроорганизмов, включающих L. ccisei, L. rhamnosus, L. acidophilus, L. plantarum, L. fermentum, B. bifidum, B. lortgum, B. Adolescentis. Титруемая кислотность эмульсионной среды составляла 100-1 ЮоТ, активная рН = 4,55-4,68, концентрация активных клеток лакто- и бифидобактерий - не менее 109 КОЕ/мл. Эмульгирование проводили с применением лабораторного гомогенизатора при частоте вращения рабочего органа 2500-2600 об/мин. Экспериментально установлено, что исходное обезжиренное молоко обладало эмульгирующей способностью в отношении масла косточек винограда в диапазоне 3,6-3,8 %. В результате ферментащш и накопления биомассы пробиотических микроорганизмов, эмульгирующая способность кисломолочной пробиотической основы возросла до значений 11-12 %. Выявлена возможность ее повышения до значений 44-47 % с помощью введения лецитина, яичного белка, гуаровой, ксантановой камедей в концентрации 2,5-3,0 %. Приведены результаты исследований реологических характеристик полученных эмульсий, установлена зависимость динамической вязкости от напряжения сдвига, рассчитаны коэффициент консистенции и индекс течения, характеризующие наличие псевдопластичных свойств. Установлено сохранение стабильных значений титруемой, активной кислотности, седпментационной устойчивости и микробиологических показателей в течение 24 суток хранения при температуре 4-6 °С. Пробпотические эмульсии масла косточек винограда с концентрацией масла 5,0-50,3 % успешно апробированы в технологиях напитков, десертов, кремов, соусов.
Abstract. The article presents the results of studies of the process of forming probiotic emulsions of grape seed oil. As an emulsion medium, skimmed milk fermented by a consortium of probiotic microorganisms including L. Casei, L. Rhamnosus, L. Acidophilus, L. Plantarum, L. Fermentum, B. Bifidum, B. Longum, B. Adolescentis was investigated. The titrated acidity of the emulsion medium was 100-110 ° T, the active pH = 4,55-4,68, the concentration of active cells of lacto- and bifidobacteria was not less than 109 cfu/ml. Emulsification was carried out using a laboratory homogenizer at a working member speed of 2500-2600 rpm. It was experimentally found that the initial skimmed milk had an emulsifying capacity with respect to grape seed oil in the range of 3,6-3,8 %. As a result of fermentation and accumulation of biomass of probiotic microorganisms, emulsifying capacity of cultured milk probiotic base increased to 11-12 %. It is possible to increase it to values 44-47 % by introducing lecithin, egg white, guar, xanthan gum in concentration 2,5-3,0 %. The results of studies of rheological characteristics of the obtained emulsions are given, the dependence of dynamic viscosity on shear stress is established, the consistency coefficient and flow index are calculated, characterizing the presence of pseudoplastic properties. Stable values of titratable, active acidity, sedimentation stability and microbiological parameters were maintained during 24 days of storage at a temperature of 4-6 °C. Probiotic emulsions of grape seed oil with an oil concentration of 5,0-50,3 % have been successfully tested in the technologies of drinks, desserts, creams, sauces.
Ключевые слова: пробиотики, биоактивные растительные масла, эмульгаторы, консорциум пробиотических микроорганизмов
Keywords: probiotics, bioactive vegetable oils, emulsifiers, a consortium of probiotic microorganisms
© Родионова H.C., Попов E.C., Захарова H.A.,
Пожидаева E.A., Лисянская Д.П., Черкасова Н.С., 2022
46
Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации (регистрационный номер — МД-5536.2021.5).
The work was carried out with the support of the grant of the President of the Russian Federation (registration number - MD-5536.2021.5).
Проектирование пищевых продуктов, содержащих биологические корректоры липидной природы, с одной стороны, и водорастворимую фракцию - биомассу про-биотических микроорганизмов с другой, основано на процессе эмульгирования -формировании устойчивых гетерогенных систем типа «масло в воде». При этом возможно обеспечение максимального транспорта кишечными ворсинками биокорректоров, содержащихся в маслах, и метабиотиков, синтезируемых пробиотиче-скими микроорганизмами водорастворимой природы [1, 2].
Масло из виноградных косточек характеризуется высокой биологической ценностью. Оно содержит комплекс биологически активных веществ, среди которых важнейшими являются биофлавоноиды и витамин Е. Кроме того, в состав данного ценного сырьевого источника входят цитокинины, ауксины и рутины, поэтому масло виноградных косточек получило заслуженное название «гормон молодости». Благодаря содержащимся в косточках винограда биологически активным веществам -проантоцианидам, можно констатировать ряд его полезных свойств: антиокси-дантных, противовоспалительных, иммуномодуляторных, противоастматических, антитромботических. Наличие проантоцианидов и эпигаллокатехинов обеспечивает противоопухолевое, антиангиогеническое, антиметастатическое и нейропротектив-ное действие.
Основным условием максимальной реализации природного потенциала биоактивных пищевых компонентов в организме человека является обеспечение высокой биодоступности и эффективности всасывания. Это может быть достигнуто при инкорпорировании микрочастиц масла в среду, содержащую пробиотические микроорганизмы в активном состоянии. Как известно, пробиотическая микрофлора реализует важнейшие уникальные функции в организме, обеспечивая синтез и транспорт необходимых веществ из кишечника в кровь. Метаболиты лакто- и бифидобак-терий ответственны за обширный ряд важных физиологических процессов в организме [2-5], усиливают адгезию пробиотических бактерий на поверхности ворсинок кишечника, формируют функциональную биопленку, которая обеспечивает противоопухолевое и противовирусное действие, стимулируют активность индигенной микрофлоры в кишечнике, активируют иммунитет, нормализуют липидный обмен [6-8]. Дифильные свойства метаболитов пробиотической микрофлоры обеспечивают их поверхностно-активные свойства, благодаря которым возможно формирование межфазных адсорбционных слоев, стабилизирующих микрочастицы масла в кисломолочной пробиотической среде [9, 10]. Таким образом, получение пробиотических кисломолочных продуктов эмульсионной структуры с введением в состав кедрового масла - актуальная задача, позволяющая получить эубиотический продукт расширенного функционального действия с повышенной биологической активностью и биодоступностью. В качестве эмульсионной среды исследовали обезжиренное молоко, ферментированное консорциумом пробиотических микроорганизмов, состоящим из L. casei, L. rhamnosus, L. acidophilus, L. plantarum, L. fermentum, B. bifidum, B. longum, B. Adolescentis. Титруемая кислотность эмульсионной среды составляла 100110 °Т, активная рН = 4,55-4,68, концентрация активных клеток лакто- и бифидо-бактерий - не менее 109 КОЕ/мл. Эмульгирование проводили с применением лабораторного гомогенизатора при частоте вращения рабочего органа 2500-2600 об1. Экспериментально установлено, что исходное обезжиренное молоко обладало эмульгирующей способностью (ЭС) в отношении масла косточек винограда в диапазоне 3,6-3,8 %. В результате ферментации и накопления биомассы пробиотических микроорганизмов, эмульгирующая способность кисломолочной пробиотической основы
возросла до 11-12 %. Было исследовано влияние яичного белка, ксантановой камеди, яичного порошка, лецитина, гуаровой камеди, сухого обезжиренного молока на повышение эмульгирующей способности пробиотической кисломолочной основы. Экспериментально показано, что наиболее эффективно на ЭС повлияли лецитин, яичный белок, гуаровая и ксантановая камеди (табл. 1).
Таблица 1
Концентрации эмульгаторов для получения устойчивой пробиотической эмульсии масла косточек винограда
Эмульгатор Концентрация эмульгатора Концентрация масла в эмульсии
Лецитин 2,5 52,4
Яичный белок 3,0 52,0
Гуаровая камедь 3,0 49,6
Ксантановая камедь 3,0 48,0
Максимальная концентрация масла в эмульсии была достигнута в диапазоне 48-52 %, что позволяет отнести полученный продукт к майонезам и применять в широком перечне кулинарных технологий. Эмульсии имели чистый, кисломолочный запах с легким хвойным ароматом, кисломолочный вкус с растительным привкусом. Консистенция эмульсий - густая, однородная, с глянцевой поверхностью. Проведенные экспериментальные исследования доказали возможность получения устойчивых пробиотических эмульсий с содержанием масла косточек винограда до 52 % с применением эмульгаторов или влагосвязывающих компонентов различной природы.
Микробные метаболиты полисахаридной и протеиновой природы обладают высокой влагосвязывающей способностью, они ответственны за формирование густой, тянущейся, кремообразной консистенции пробиотической кисломолочной основы. Эмульгирование масла косточек винограда в пробиотической основе существенно повлияло на консистенцию и реологические показатели конечного продукта, которые исследовали с помощью ротационного вискозиметра «БУ2Т».
Опытные образцы и контроль прожили свойства неньютоновских систем, значения динамической вязкости эмульсий значительно превышали контроль. Оценка изменения динамической вязкости (г/) пробиотических эмульсий в зависимости от величины динамической нагрузки в рассматриваемом интервале температур показала, что максимальные значения вязкости (1,75-2,77-103 Пас), пробиотические эмульсии демонстрируют при невысоких значениях градиента скорости сдвига. Рост интенсивности нагрузки понижает значения динамической вязкости, которые были зафиксированы в диапазоне 0,45-10 3-1,50-Ю-3 Па-с, что может быть связано с разрушением гелевой структуры пробиотической основы при приложении напряжения сдвига. Понижение температуры опытных образцов пробиотической эмульсии с 313 до 277 К приводит к повышению значений динамической вязкости.
На основании анализа кривых течения эмульсии при различных температурах, представленных в логарифмических координатах, были рассчитаны индекс течения п и коэффициент консистенции ф (табл. 2).
Таблица 2
Значения коэффициента консистенции и индекса течения пробиотической эмульсии
Исследуемая система Температура, К Коэффициент консистенции, 770-103, Па-с Индекс течения, п
Пробиотическая эмульсия с маслом косточек винограда 313 1,89 0,450
304 2,12 0,477
295 2,31 0,488
286 2,48 0,497
277 2,81 0,521
Кисломолочная пробиотическая обезжиренная основа (контроль) 313 1,12 0,417
304 1,22 0,436
295 1,38 0,467
286 1,62 0,481
277 1,84 0,486
Значения индекса течения в исследуемом температурном диапазоне п < 1, что доказывает принадлежность опытных образцов пробиотических эмульсий к ненью-тоновскнм системам, обладающим псевдопластичностью.
Оценка потенциальных возможностей пробиотических эмульсий повышать адаптационные ресурсы организма предполагает наличие информации о качественном и количественном содержании в них микро- и макроэлементов, витаминов и иных уникальных эссенциальных биологически активных веществ, так как именно их комбинирование с метаболитами и активными клетками пробиотических микроорганизмов дает возможность получить пищевые системы, превосходящие по эффективности позитивного воздействия на организм исходные компоненты.
Химический состав пробиотических эмульсий определяется составом входящих в рецептуру ингредиентов. Белки представлены белками молока и метаболитами пробиотической микрофлоры протеиновой природы; жиры представлены вводимыми растительными маслами с биокорректирующими свойствами; углеводы представлены лактозой; минеральные вещества и витамины являются совокупностью минералов и витаминов масел и пробиотического йогурта.
Комбинирование молочной основы с маслом косточек винограда позволило получить соус - майонез с содержанием лакто- и бифидобактерий не менее 108 КОЕ/г, обеспечивающий 35-60 % суточной потребности в витаминах А, О, Е, источник макро- и микроэлементов, а также витаминов группы В.
Исследование титруемой, активной кислотности, седиментационной устойчивости и микробиологических показателей опытных образцов в процессе хранения при температурах 2-4 °С показало высокую степень их стабильности на протяжении не менее 24 сут.
На основе эмульсий с концентрацией масла косточек винограда от 5 до 50 % разработана линейка эубиотических продуктов функционального назначения -напитков с фруктовыми наполнителями и пряными травами, десертных желе, соусов для профилактического, специализированного, диетического питания.
На основании результатов экспериментальных исследований разработана технология получения пробиотических эмульсионных напитков, которая на примере напитка с куркумой и лимоном включает следующие технологические операции: приемку пробиотической эмульсии, дополнительного сырья и материалов согласно рецептуре, подготовку сырья; соединение куркумы и лимонного конфитюра, перемешивание; получение пробиотического эмульсионного напитка посредством соединения пробиотической эмульсии (85 %масс.) с предварительно подготовленной массой лимонного конфитюра (14 % масс.) и куркумы (1 % масс.), взбивания в течение
2-3 мин; порционирование; охлаждение до температуры 4-6 °С; отпуск.
Проведена органолептическая оценка разработанных пробиотических напитков: вкус - кисломолочный, сложный, лимонно-терпкий; запах - лимонный, слегка сладкий, с легкой остротой; цвет, консистенция - ярко-лимонный, с включениями кусочков лимона.
Оценка в итаминно-минерального состава разработанных пробиотических напитков показала их высокую пищевую ценность, что позволяет отнести данные напитки к категории продуктов с улучшенными потребительскими свойствами, обогатить рацион витаминами Вз, А, Д, Е.
Таким образом, доказано, что исследуемые пробиотические напитки имеют высокие органолептические показатели, являются источниками витаминов, минералов и сохраняют микробиологическую безопасность и однородную структуру в течение всего периода хранения. Благодаря наличию биоактивного растительного масла в сочетании с пробиотическими микроорганизмами могут быть рекомендованы для питания людей, работающих при высоких умственных нагрузках, в экстремальных условиях, в зоне вредных производств, а также для пожилых людей и больных с заболеваниями сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта.
ЛИТЕРАТУРА
1. Mwangi, W.W. Food-grade Pickering emulsions for encapsulation and delivery of bioactives //Trends in Food Science & Technology.-2020.-Vol. 100.-pp. 320-332.
2. Cai, Z. Recent progress in the thermal treatment of oil seeds and oil oxidative stability: a review / / Fundamental Research.-2021.-Vol. l.-pp. 767-784.
3. Bai, G., Ma, C., Chen, X. Phytosterols in edible oil: Distribution, analysis and variation during processing // Grain & Oil Science and Technology.-2021.-Vol. 4.-pp. 33 -44.
4. Родионова H.C., Попов E.C., Захарова H.A., Пожидаева Е.А., Губарев Д.В. Изучение влияния биоактивных пробиотических эмульсий на показатели энергетического обмена организма / / Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства: Материалы Междунар. науч.-практ. конф. - Йошкар-Ола: Марийский государственный университет, 2022. - С. 143-146.
5. Попов Е.С., Пожидаева Е.А., Шолин В.А., Черкасова Н.А. Оценка активности синтеза метаболитов корнсорциумом пробиотических микроорганизмов / / Новое в технологии и технике функциональных продуктов питания на основе медико-биологических воззрений: Сб. статей IX Междунар. науч.-техн. конф. - Воронеж: Воронежский государственный университет инженерных технологий, 2021. - С. 259 -262.
6. Lammari N. Plant oils: From chemical composition to encapsulated form use / / International Journal of Pharmaceutics.-2021.-Vol. 601.-pp. 1-34.
7. Berton-Carabin C., Schoroen K. Towards new food emulsions: designing the interface and beyond / / Current Opinion in Food Science.-2019.-Vol. 27.-pp. 74-81.
8. Li J. Hen egg yolk in food industry-A review of emerging functional modifications and applications // Trends in Food Science & Technology.-2021.-Vol. 115.-pp. 12-21.
9. Koo C.K.W. Impact of sodium caseinate, soy lecithin and carrageenan on functionality of oil-in-water emulsions // Food Reseach International.-2019.-Vol.123.-pp. 779-789.
10. Wang L. Lactobacillus acidophilus loaded pickering double emulsion with enhanced viability and colon-adhesion efficiency // LWT-Food Science and Technology.-2020.-Vol. 12 l.-pp. 1-8.
REFERENCES
1. Mwangi W.W. Food-grade Pickering emulsions for encapsulation and delivery of bioactives //Trends in Food Science & Technology.-2020.-Vol. 100.-pp. 320-332.
2. Cai Z. Recent progress in the thermal treatment of oil seeds and oil oxidative stability: a review // Fundamental Research.-2021.-Vol. 1.-pp. 767-784.
3. Bai, G., Ma, C., Chen, X. Phytosterols in edible oil: Distribution, analysis and variation during processing // Grain & Oil Science and Technology.-2021.-Vol. 4.-pp. 33 -44.
4. Rodionova N.S., Popov E.S., Zaharova N.A., Pozhidaeva E.A., Gubarev D.V. Izuchenie vliyaniya bioaktivnyh probioticheskill emul'sij na pokazateli energeticheskogo obmena organizma [Study of the effect of bioactive probiotic emulsions on the parameters of the body's energy metabolism] Aktual'nye voprosy sovershenstvovaniya tekhnologii proizvodstva i pererabotki produkcii sel'skogo hozyajstva: Materialy Mezhdu-nar. nauch.-prakt. konf. - Joshkar-Ola: Marijskij gosudarstvennyj universitet, 2022. -pp. 143-146 (Russian).
5. Popov E.S., Pozhidaeva E.A., SHolin V.A., CHerkasova N.A. Ocenka aktivnosti sinteza metabolitov kornsorciumom probiotiche skih mikroorganizmov [Evaluation of the activity of the synthesis of metabolites by the corsortium of probiotic microorganisms] Novoe v tekhnologii i tekhnike funkcional'nyh produktov pitaniya na osnove mediko-biologicheskih vozzrenij : Sbornik statej IX Mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. - Voronezh: Voronezhskij gosudarstvennyj universitet inzhenernyh tekhnologij, 2021. - pp. 259-262 (Russian).
6. Lammari N. Plant oils: From chemical composition to encapsulated form use / / International Journal of Pharmaceutics.-2021.-Vol. 601.-pp. 1-34.
7. Berton-Carabin C., Schoroen K. Towards new food emulsions: designing the interface and beyond // Current Opinion in Food Science.-2019.-Vol. 27.-pp. 74-81.
8. Li J. Hen egg yolk in food industry-A review of emerging functional modifications and applications // Trends in Food Science & Technology.-2021.-Vol. 115.-pp. 12-21.
9. Koo C.K.W. Impact of sodium caseinate, soy lecithin and carrageenan on functionality of oil-in-water emulsions // Food Reseach International.-2019.-Vol. 123.-pp. 779-789.
10. Wang L. Lactobacillus acidophilus loaded pickering double emulsion with enhanced viability and colon-adhesion efficiency // LWT-Food Science and Technology.-2020.-Vol. 121.-pp. 1-8.
