CC BY
113
УДК 637.146.34
Влияние Гемобина-60 на развитие бифидобактерий в молоке
Кузина Дарья Андреевна, аспирант кафедры технологии молока и молочных продуктов
e-mail: DashaDeva@mail.ru
ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Грунская Вера Анатольевна, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии молока и молочных продуктов e-mail: grunskaya.vera@yandex.ru
ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Кузин Андрей Алексеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры технологического оборудования
e-mail: pronich@molochnoe.ru
ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Иглина Мария Сергеевна, студентка 5 курса технологического факультета e-mail: marya.iglina@yandex.ru
ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Аннотация: в статье рассматривается целесообразность обогащения молока Гемобином-60 и его влияние на активность развития бифидобактерий в молоке.
Ключевые слова: микроэлементы, бифидобактерии, Гемобин-60, молоко, сквашивание.
Здоровое и рациональное питание является одним из необходимых условий поддержания устойчивости организма человека к действию неблагоприятных экологических факторов и профилактики различных заболеваний. Однако в рационе питания у большинства населения России выявлен дефицит витаминов и микроэлементов. Активизировать защитные силы организма, нормализовать его функции и обмен веществ позволяют продукты, содержащие пробиотики или вырабатываемые с их помощью, например, некоторые кисломолочные продукты [1,2].
К заквасочным пробиотическим культурам, используемым в молочной промышленности относят штаммы бифидобактерий (Bifidobacterium adolescentis, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium longum), лактобактерий (Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus plantarum), пропионово-кислых бактерий (Propionibacterium shermanii и др.). Заквасочная микрофлора преобразует компоненты молока в соединения, обуславливающие присущие кисломолочным продуктам органолептические, физико-механические и др. свойства [2, 3, 4].
Из литературных источников известно, что бифидобактерии в молоке обладают низкой биохимической активностью. Это увеличивает вероятность возникновения микробиологических рисков, возникающих при их производстве. Поэтому одной из проблем, требующей решения при производстве бифидосодержащих продуктов, является повышение активности бифидобактерий в процессе сквашивания молока. Ускорение развития этих микроорганизмов возможно с помощью стимуляторов роста [2, 3, 4, 5]. Известно несколько таких соединений органической и неорганической природы [6, 7, 8, 9], однако большая часть из них не может использоваться в пищевой промышленности из-за недостаточной изученности влияния на человеческий организм и др. факторов.
Известно, что рост бифидобактерий в молоке могут стимулировать микроэлементы, в частности, ионы железа [2, 10, 11]. Они принимают участие в ферментативных и окислительных процессах (железопорфириновые ферменты). Ионы железа также снижают окислительно-восстановительный потенциал среды, что особенно актуально для бифидобактерий, так как они являются строгими анаэробами. Кроме того двухвалентное железо обладает каталазной активностью и способно разрушать токсичные для микробной клетки перекиси и гидроксильные радикалы [2, 11].
Молоко как питательная среда для развития бифидобактерий содержит незначительное количество железа (на наш взгляд недостаточное для нормального развития этих бактерий), содержание которого значительно варьируется в течение года [2, 12]. Поэтому дополнительное внесение железа в усвояемой, в том числе для человека форме, должно стимулировать рост бифидобактерий в молоке и восполнять дефицит железа в организме человека.
Целью работы является исследование влияние Гемобина-60 (органическая форма железа, разрешенная к использованию в пищевой промышленности) на развитие бифидобактерий в молоке.
Объектами исследований служили бифидобактерии (Bifidobacterium longum, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium adolescentis), взятые из коллекции ВГМХА имени Н.В. Верещагина, «Гемобин-60». Опыты проводили в трехкратной повторности на восстановленном с использованием бидистиллированной воды обезжиренном молоке одного состава. Выбранные виды бифидобактерий, широко применяются при производстве бифидосодержащих молочных продуктов.
При проведении экспериментов применялись общепринятые методы микробиологических и физико-химических исследований. Определение температуры осуществляли по ГОСТ 26754-85. Титруемую кислотность определяли по ГОСТ 3624-92, активную кислотность - при помощи рН-метра. Определение бифидобактерий осуществляют по МУК 4.2.999-00.
Математическую обработку экспериментальных данных проводили с применением программы Microsoft Excel и Statistica.
Для обогащения молока ионами железа использовали пищевую добавку «Ге-мобин-60», разрешенную к применению в молочной промышленности. Известно, что микроэлементы в органической форме более легко и полно усваиваются организмом человека. Характеристика пищевой добавки «Гемобин-60» приведена в таблице 1.
Таблица 1. Характеристика пищевой добавки «Гемобин-б0»
Показатель Данные
Внешний вид и цвет Коричнево-бурый порошок
Вкус и запах Свойственный свежей крови
Массовая доля влаги, %, не более б
Массовая доля золы, %, не более 7
Массовая доля белка, %, не менее 90
Содержание гемоглобина, %, не менее б0
Содержание железа, мг/кг, не менее 1б00
Растворимость, 1 г в 50 мл дистиллированной воды, мин., не более 20
Пищевую добавку вносили в обезжиренное молоко в виде водного раствора перед пастеризацией молока. С учетом литературных данных, были выбраны концентрации железа от 1 до 10 мг/дм3. Молоко пастеризовали при температуре (87±2) °С с выдержкой 10 мин., охлаждали до температуры 37 оС, оптимальной для развития бифидобактерий, вносили 5 % закваски и сквашивали при оптимальной температуре до образования сгустка. В качестве контроля использовали обезжиренное молоко без внесения добавки.
Активность развития бифидобактерий контролировали по изменению титруемой и активной кислотности и количеству жизнеспособных клеток через 24 часа культивирования.
Результаты исследований по влиянию пищевой добавки «Гемобин-60» на кислотообразующую активность бифидобактерий, количество жизнеспособных клеток в молоке и продолжительность сквашивания показаны в таблице 2 и на рисунках
1, 2.
Таблица 2. Влияние «Гемобин-б0» на кислотообразующую активность бифидобактерий
Вид микроорга- Доза внесения Гемобина-60 , мг/дм3
низмов контроль 1,0 2,5 4,0 5,5 7,0 8,5 10,0
Титруемая кислотность в конце сквашивания, °Т
Титруемая кислотность
Bifidobacterium longum 75±1,0 87±1,1 83±1,0 81±0,б 79±0,б 78±1,0 7б±1,1 75±0,б
Bifidobacterium adolescentis 7б±1,0 8б±1,0 84±0,б 82±1,1 80±1,0 79±0,б 77±1,1 7б±1,0
Вид микроорга- Доза внесения Гемобина-61 ), мг/дм3
низмов контроль 1,0 2,5 4,0 5,5 7,0 8,5 10,0
Bifidobacterium bifidum 74±0,6 85±1,0 82±1,0 78±1,0 77±1,0 75±0,6 74±1,0 73±1,0
Активная кислотность в конце сквашивания
Bifidobacterium longum 4,73± 0,006 4,62± 0,01 4,бб± 0,011 4,68± 0,006 4,69± 0,006 4,7± 0,011 4,71± 0,01 4,72 ±0,006
Bifidobacterium adolescentis 4,75± 0,011 4,59± 0,011 4,63± 0,01 4,68± 0,011 4,69± 0,01 4,72± 0,01 4,74± 0,011 4,74± 0,01
Bifidobacterium bifidum 4,76±0, 006 4,62± 0,011 4,бб± 0,01 4,69± 0,01 4,7 ±0,006 4,73± 0,01 4,74± 0,006 4,74± 0,006
Рисунок 1. Влияние Гемобина-60 на количество жизнеспособных клеток бифидобактерий в молоке.
Рисунок 2. Влияние Гемобина-60 на продолжительность сквашивания бифидобактерий в молоке.
Как видно из представленных данных, обогащение молока добавкой «Гемо-бин-60» из расчета содержания железа (1-10) мг/дм3 оказало положительное влияние на развитие всех исследуемых видов бифидобактерий. Наибольший стимулирующий эффект проявлялся при минимальных концентрациях железа в молоке, равных (1-2,5) мг/дм3 при этом продолжительность сквашивания сокращалась в среднем на 20 %, а количество жизнеспособных клеток увеличивалось на 10 %, в зависимости от исследуемого вида. Так как оптимальная для ускорения развития концентрация органического железа (Гемобин-60) находилась в крайней точке факторного пространства, для уточнения эффективной дозы внесения добавки был смещен диапазон исследуемых концентраций (0,1-1,5) мг/дм3 и уменьшен шаг фактора (табл. 3, рис. 3 ).
Таблица 3. Влияние «Гемобин-60» на активность развития бифидобактерий
Вид микроорга- Доза внесения Гемобина-6( м д м і
низмов контроль 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5
Титруемая кислотность в конце сквашивания, °Т |
Bifidobacterium longum 75±1,0 76±1,0 78±1,0 80±1,0 83±0,6 85±1,0 87±1,0 88±1,1 89±0,6
Bifidobacterium adolescentis 76±1,0 76±1,0 78±1,0 81±1,0 83±1,0 85±0,б 86±1,1 87±1,0 89±1,0
Bifidobacterium bifidum 74±0,6 75±1,0 77±1,0 80±0,6 83±1,0 84±1,0 85±0,б 87±1,1 88±0,б
Активная кислотность в конце сквашивания (через 24 часа)
Bifidobacterium longum 4,73± 0,006 4,72± 0,011 4,69± 0,01 4,68± 0,01 4,бб± 0,011 4,63± 0,01 4,62± 0,006 4,б± 0,006 4,б± 0,006
Bifidobacterium adolescentis 4,75± 0,011 4,73± 0,01 4,69± 0,006 4,бб± 0,01 4,63± 0,01 4,б± 0,01 4,59± 0,01 4,6± 0,01 4,59± 0,01
Bifidobacterium bifidum 4,76± 0,006 4,74± 0,01 4,69± 0,006 4,бб± 0,011 4,64± 0,01 4,63± 0,011 4,62± 0,006 4,63± 0,011 4,61± 0,01
Количество жизнеспособных клеток в конце сквашивания, 1п КОЕ/г (через 24 часа)
Bifidobacterium longum 17,8±0,2 17,9± 0,13 17,95± 0,11 18± 0,16 18,5± 0,11 18,8± 0,15 19,0± 0,14 19,2± 0,13 19,3± 0,1
Bifidobacterium adolescentis 18,05± 0,12 18±0,15 18,1± 0,2 18,5± 0,16 19± 0,18 19,2± 0,14 19,25 0,18 19,37 0,11 19,4± 0,14
Bifidobacterium bifidum 18,3± 0,18 18,2± 0,15 18,4± 0,12 18,8± 0,17 18,9± 0,13 19,1± 0,2 19,22± 0,14 19,34± 0,16 19,5± 0,12
Установлено, что наибольшая активность кислотообразования и максимальный выход жизнеспособных клеток бифидобактерий наблюдались при концентрации ионов железа, равной (0,9-1,5) мг/дм3.
Математическая обработка результатов эксперимента в данном факторном пространстве позволила вывести следующие регрессионные уравнения, адекватно отражающие зависимости изменения кислотности и количества жизнеспособных клеток при развитии бифидобактерий в молоке от концентрации ионов железа (так как существенных различий в показателях процесса сквашивания молока между разными видами бифидобактерий не выявлено математические модели построены по средним значениям всех культур бифидобактерий):
У1 =1,8533х+72,8 Я21 =0,9818;
У2 = 4,7647х-0,016 Я22= 0,9685;
У3 = 0,1977х + 17,714 Я23 = 0,9591.
где У1 - титруемая кислотность, °Т;
У2 - активная кислотность, ед. рН;
У3 - количество жизнеспособных клеток, 1п КОЕ/г;
Х - концентрация ионов железа, мг/дм3;
Я2 - коэффициент детерминации.
Высокие значения коэффициентов детерминации подтверждают достоверность полученных зависимостей.
Время сквашивания, ч
d
о
_0
О
о
X
н
о
■=;
о
о:
со
х
СП
S
£
<
Время сквашивания, ч
Рисунок 3. Изменение кислотности в процессе сквашивания B. longum.
О повышении активности развития бифидобактерий при обогащении молока ионами железа свидетельствует расчет удельных скоростей роста и кислотообра-зования при их развитии в молоке, определяемых по формуле:
2,31g(x-xJ
—t—
где р - удельная скорость роста в процессе сквашивания, ч-1;
х - биомасса в начальный момент времени (биомасса в начале логарифмической фазы);
хо - биомасса в конечный момент времени (биомасса в конце логарифмической фазы);
t - время (продолжительность логарифмической фазы), ч.
Средняя скорость кислотообразования, °Т ч-1:
средняя скорость кислотообразования — —-—1
где Т - титруемая кислотность в конце сквашивания, °Т;
ТО - титруемая кислотность в начале сквашивания, °Т.
Средняя скорость изменения pH, pH ч-1:
R pH - рН0
средняя скорость кисло то оо раз о ван ия =---
где рН - активная кислотность в конце сквашивания, ед. рН; рНО - активная кислотность в начале сквашивания, ед. рН.
В таблице 4 показано изменение этих параметров для Bifidobacterium longum при концентрации ионов железа - 1 мг/дм3.
Таблица 4. Параметры роста Bifidobacterium longum
Показатель Варианты
контроль опыт
Средняя удельная скорость роста в процессе сквашивания, ч-1 0,0193±0,0060 0,032±0,0062
Средняя удельная скорость роста в логарифмической фазе, ч-1 0,0482±0,0073 0,0959±0,0084
Средняя скорость кислотообразования, °Т ч-1 2,32±0,26 3,86±0,34
Средняя скорость изменения рН, рН ч-1 1,35±0,21 1,91±0,27
Определение продолжительность лаг-фазы (начальной) и лог-фазы (логарифмической) осуществляли графическим методом Лоджа и Хиншельвуда.
Длительность лаг-фазы (фазы в течение которой бактерии адаптируются к питательной среде), при культивировании бифидобактерий с добавлением железа сокращается на 8-10 %, что снижает риск развития посторонней микрофлоры на начальном этапе сквашивания, когда скорость кислотообразования не значительна.
Поскольку существенных различий в выходе жизнеспособных клеток бифидобактерий между концентрациями ионов железа (0,9-1,5) мг/дм3, в зависимости от вида бифидобактерий, выявлено не было, то для активизации развития бифидобактерий может быть рекомендована более низкая доза внесения «Гемобина-60» - (0,9-1,1) мг/дм3.
Таким образом, результаты выполненных исследований показали, что при использовании Гемобина-60 увеличивается количество жизнеспособных клеток в конечном продукте на 10 %, сокращается продолжительности сквашивания на 20 %, что позволяет получать продукт гарантированно высокого качества. Также установлено, что Гемобин-60 одинаково положительно действует на все исследуемые виды бифидобактерий.
список литературных источников:
1. Кочеткова, А. Д. Функциональное питание: концепция и реалии / А. Д. Кочеткова, В. И. Тужилкин, И. Н. Нестерова и др. // Ваше питание. - 2000. -№4. - С. 20-23.
2. Кузина, Д. А. Влияние микроэлементов на активность развития пробиотической микрофлоры при производстве обогащенных кисломолочных продуктов / Д. А. Кузина // Научно-техническое и инновационное развитие АПК России: Труды Всероссийского совета молодых ученых и специалистов аграрных образовательных и научных учреждений. - Москва, 2013. - С. 78-81.
3. Гудков, А. В. Бифидобактерии: биотехнология, роль в жизнедеятельности человека и животных. Производства бифидосодержащих продуктов / А. В. Гудков, С. А. Гудков, М. Я. Козловская, Г. Д. Перфильев. - Углич : ВНИИМС. - 1999. - 67 с.
4. Степаненко, П. П. Микробиология молока и молочных продуктов : учебник для вузов. - М. : Лира, 2002. - 415 с.
5. Кузин, А. А. Микроэлементы - фактор эффективного культивирования молочнокислых бактерий в молоке / А. А. Кузин, В. Г. Куленко // Продукт.ВУ - 2010. - №11. - С. 58.
6. Пат. 92009316 Российская Федерация, МПК 6 А23С9/12. Способ получения диетического кисломолочного продукта / Крашенинин П. Ф., Шацкая Н. Г. и др., заявитель и патентообладатель научно-производственная фирма «Нутритек». - Заявл. 01.12.92, опубл. 27.03.95.
7. Пат. 2375442 Российская Федерация, МПК C12N1/20 (2006.01). Способ культивирования бифидобактерий в молоке / Бурлакова Е. В., Бархатова Т. В., заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кубанский государственный технологический университет» (ГОУВПО «КубГТУ»). - Заявл. 20.07.07, опубл. 10.12.09.
8. Пат. 2205217 Российская Федерация, МПК 7 ^N1/20, ^N1/38, А23С9/12. Способ культивирования бифидобактерий в молоке / Данилов Е. Д., Молчанова М. Б., заявитель и патентообладатель Восточно-Сибирский государственный технологический университет. - Заявл. 05.11.01, опубл. 27.05.03.
9. Заявка. 2005129997 Российская Федерация, МПК C12N1/20 (2006.01) С12Р19/14 (2006.01). Новая композиция, содержащая галактоолигосахари-ды и ее получение / Уини Энтони Грехем, Гибсон Гленн и др., заявитель и патентообладатель КЛАСАДО ИНК. (РА). - Заявл. 30.06.04, опубл. 10.06.06.
10. Заявка. 2012139575 Российская Федерация, МПК C12N1/20 (2006.01). Способ культивирования бифидобактерий в молоке / Кузин А. А., Кузина Д. А., заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина» (Яи). - Заявл. 14.09.12, опубл. 20.03.14.
11. Эрвольдер, Т. М. Влияние ионов металлов на рост бифидобактерий в ги-дролизатно-молочной среде / Т. М. Эрвольдер, А. В. Гудков, Г. Д. Перфильев // Молочная промышленность. - 1981. - №2. - С. 28-30.
12. Кузина, Д. А. Микроэлементный состав молока: влияние на рост лактококков в молоке / Д. А. Кузина, А. А. Кузин, В. А. Грунская // Молочная промышленность. - 2014. - №4. - С. 22-23.
Influence of Hemobin-60 on the Bifidobacteria Development in Milk
Kuzina Dar'ya Andreevna, a post-graduate student, the Milk and Dairy Products Technology Chair
e-mail: DashaDeva@mail.ru
FSBEI HPE the Vereshchagin State Dairy Farming Academy
Grunskaya Vera Anatolyevna, Can. of Science (Technics), Associate Professor of the Milk and Dairy Products Technology Chair e-mail: grunskaya.vera@yandex.ru
FSBEI HPE the Vereshchagin State Dairy Farming Academy
Kuzin Andrey Alekseevich, Can. of Science (Technics), Associate Professor of the Technological Equipment Chair
e-mail: pronich@molochnoe.ru
FSBEI HPE the Vereshchagin State Dairy Farming Academy
Iglina Mariya Sergeevna, a 5-th year student, the Technological Faculty e-mail: marya.iglina@yandex.ru
FSBEI HPE the Vereshchagin State Dairy Farming Academy
Abstract: the article deals with the expediency of enriching milk with Hemobin-60 and its influence on the bifidobacteria growth activity in milk.
Keywords: microelements, bifidobacteria, Hemobin-60, growth promoting factor, milk, souring.
