CC BY
26
УДК 637:1/.3(045) DOI 10.24411/0235-2486-2020-10122
влияние Lactobacillus plantarum AG10 на текстурные характеристики обезжиренного сквашенного молока
Е.В. Никитина*, канд. биол. наук; А.И. Вафина; Т.А. Петрова
Казанский национальный исследовательский технологический университет
Дата поступления в редакцию 10.06.2020 * [email protected]
Дата принятия в печать 28.10.2020 © Никитина Е.В., Вафина А.И., Петрова Т.А., 2020
Реферат
Текстура является одним из наиболее важных факторов, определяющих привлекательность кисломолочного напитка, особенно это относится к напиткам с пониженным содержанием жира или его отсутствием. Одним из подходов коррекции вязкости обезжиренных напитков может быть введение в состав заквасок штаммов, образующих более густой кисломолочный сгусток. Цель исследования - изучить реологические (вязкость, сопротивление), тиксотропные свойства (потеря вязкости, коэффициент механической стабильности) обезжиренного молочного напитка, образующегося при ферментации штаммом Lactobacillus plantarum AG10. Проведено исследование вязкости в условиях изменения скорости вращения ротора, рассчитаны показатели модели степенного закона Оствальда де Ваале. Проанализированы тиксотропные показатели обезжиренных кисломолочных напитков. Выявлено, что у продукта, ферментированного L. plantarum AG10, показатель сопротивления был выше, чем у образца, ферментированного Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, этот показатель в процессе хранения (14 сут) практически не изменялся. Коэффициент механической стабильности у образца с L. plantarum AG10 был более чем в 2 раза выше, чем у контрольного образца, на протяжении всего срока хранения. Выявлено, что в обезжиренном кисломолочном продукте, ферментированном L. plantarum AG10, образуется молочно-белковая гелевая структура с высокой вязкостью, проявляющая высокую механическую стабильность не только непосредственно после изготовления, но и в процессе 14 дней хранения. Комплексный анализ текстурных характеристик обезжиренного кисломолочного напитка показал, что применение штамма L. plantarum AG10 в технологии кисломолочных напитков с низким содержанием жира может позволить получать густой обезжиренный продукт. Стабильность продукта делает его привлекательным для производителей, позволяя увеличить сроки хранения. Потребитель может получить обезжиренный кисломолочный напиток с высокими текстурными характеристиками.
Ключевые слова
Lactobacillus plantarum AG10, обезжиренный кисломолочный продукт, вязкость, хранение Для цитирования
Никитина Е.В., Вафина А.И., Петрова Т.А. (2020) Влияние Lactobacillus plantarum AG10 на текстурные характеристики обезжиренного сквашенного молока // Пищевая промышленность. 2020. № 11. С. 24-27.
The effect of Lactobacillus plantarum AG10 on the textural characteristics of fermented skim milk
E.V. Nikitina*, Candidate of Biological Sciences; A.I. Vafina; T.A. Petrova
Kazan' National Research Technological University
Received: June 10, 2020 * [email protected]
Accepted: October28, 2020 © Nikitina E.V., Vafina A.I., Petrova T.A., 2020
Abstract
Texture is one of the most important factors determining the attractiveness of a fermented milk drink, especially for drinks with a reduced fat content or with its absence. One of the approaches for correcting the viscosity of skimmed beverages can be the introduction of starter strains forming a thicker sour-milk gel. The purpose of the study was to study the rheological (viscosity, resistance), thixopotropic properties (loss of viscosity, coefficient of mechanical stability) of fat-free dairy products fermented by the strain Lactobacillus plantarum AG10. A viscosity study was carried out under conditions of a change in the rotor speed, and the indicators of the Ostwald-de-Waale power law model were calculated. The thixotropic indicators of skimmed milk drinks are analyzed. It was revealed that the resistance of the product fermented by L. plantarum AG10 was higher than that of the sample fermented by Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus; practically the parameter did not change during storage (14 days). The mechanical stability coefficient of the L. plantarum AG10 sample was more than 2 times higher during the storage period than of the control sample. The skim milk product fermented by L. plantharum AG10 was formed high-viscosity milk-protein gel structure. That structure exhibits high mechanical stability not only immediately after manufacture, but also during 14 days of storage. A comprehensive analysis of the textural characteristics of a skimmed fermented milk showed that the strain L. plantharum AG10 can use in the technology of a low fat dairy products for manufacture of a thick skimmed product. The stability of the product makes it attractive to manufacturers, allowing to increase shelf life of product. The consumer can get a non-fat dairy product with high texture characteristics.
Key words
Lactobacillus plantarum AG10, non-fat dairy product, viscosity, storage For citation
Nikitina E.V., Vafina A.I., Petrova T.A. (2020) The effect of Lactobacillus plantarum AG10 on the textural characteristics of fermented skim milk // Food processing industry = Pischevaya promyshlennost'. 2020. No. 11. P. 24-27.
24 11/2020 пищевая ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ISSN 0235-2486
FOOD BiOTECHNOLOGY iS A PLEDGE QUALITY AND SHELF LiFE OF FOOD
Введение. Кисломолочные продукты -йогурт, катык, варенец, айран и другие -являются популярными продуктами, входящими в рацион питания многих людей разных стран. Кисломолочный напиток состоит из коагулированных белков молока, в основном казеина. Его традиционно получают путем молочнокислого брожения молока, что приводит к снижению рН обычно до значения 4,6 или ниже и вызывает образование геля мицелл казеина.
На современных потребительских рынках, помимо питательных преимуществ кисломолочных напитков, наблюдается рост потребления йогуртов с определенной текстурой. Покупатель отдает предпочтение продукту, который создает более густое ощущение во рту [1]. Текстура является одним из наиболее важных факторов в отношении ожиданий потребителей при определении качества йогурта [2]. Однако для йогуртов с низким содержанием жира или его отсутствием обнаруживаются дефекты текстуры, что отталкивает потребителя.
Цель исследования. Для устранения дефектов текстуры, вкуса и физических свойств, которые обычно встречаются в таких йогуртах, применяются разные приемы: увеличивают долю белка [3], изменяют условия обработки, инкубации и хранения продукта [4]. Многие ингредиенты молока (например, обезжиренное сухое молоко, концентрат молочного белка и концентрат сывороточного белка) используют в попытке улучшить текстуру путем увеличения общего содержания сухих веществ [5]. Гидроколлоидные стабилизаторы, такие как желатин [6, 7], крахмал [8], часто добавляют к молочной основе для поддержания или улучшения свойств йогурта, включая текстуру, ощущение во рту, внешний вид, вязкость и консистенцию, а также для предотвращения отделения сыворотки. Кроме выше указанных может быть осуществлен другой подход: применение в составе традиционных заквасок штаммов бактерий, способных улучшить текстуру кисломолочного сгустка. Штамм Lactobacillus plantarum RS20D способен значительно улучшить текстуру йогурта: он был выделен из традиционных ферментированных растительных продуктов
[9]. Положительное влияние на сенсорные и текстурные характеристики были выявлены при введении в йогуртовую культуру штаммов Lactobacillus plantarum
[10]. Ранее были выделены штаммы молочнокислых бактерий [11] из силоса с высокой антибактериальной активностью и пробиотическими свойствами. В связи с перспективой их использования в
молочной отрасли была поставлена цель исследования - изучить реологические, тиксотропные свойства обезжиренного молочного сгустка, образующегося при ферментации штаммом Lactobacillus plantarum AG10.
Объекты и методы исследований.
В работе использовали экспериментальный штамм Lactobacillus plantarum AG10, описанный ранее [11], и коммерческий бактериальный штамм Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus (ООО «Лактосинтез», Россия). Штаммы культивировали на MRS агаре при 37-40 °C. Для получения стартовых культур штаммы стерильно переносили в обезжиренное молоко (м.д.ж. 0.05 %, Valio, УВТ-обработки, Россия), ферментировали при 40 °C в течение 16 ч, после чего добавляли стартовую культуру в обезжиренное молоко из расчета 5 % к массе сырья. Инкубировали молоко для получения кисломолочного продукта при 40 °C в течение 8 ч, потом охлаждали готовый продукт при 4...5 °C в течение 16 ч. После стабилизации каждый образец подвергали анализу (1 сут), оставляли партию сквашенного молока на хранение при 4 °C в течение 14 сут, анализировали через 7 и 14 сут.
Показатель вязкости измеряли ротационным вискозиметром, измерения кисломолочных продуктов проводили в охлажденном состоянии при 8 °С. Измеряли коэффициент сопротивления сгустка при скорости ротора 6, 12, 30 и 60 мин-1. Полученные данные соответствовали модели степенного закона Оствальда де Ваале, для описания поведения коэффициента сдвига использовали модель поведения образцов:
о = A •у",
где:
Y - вязкость, мПа^сек-1;
А - коэффициент густоты потока;
n - показатель поведения жидкости.
Рассчитывали показатели А, n и R2 (величина достоверной аппроксимации).
Расчеты проводили с помощью программного пакета Microsoft Excel.
Для характеристики тиксотропных свойств проводили измерение вязкости в течение 180 сек, использовали ротор 3, скорость 30 об/мин. Рассчитывали параметры:
- потеря вязкости через 180 сек, Д(мПа^сек), как разница между вязкостью неразрушенного сгустка и вязкостью сгустка через 180 сек;
- коэффициент потери вязкости, % по формуле:
К= (Ï0 - ïj/ Ï0 -100 %
- коэффициент механической стабильности (КМС) как отношение конечной вязкости к начальной:
КМС = Т,80 / V
Результаты и их обсуждение. Вязкость вещества - это сопротивление жидкости к деформации, а в ферментационных молочных продуктах когезия. Поскольку йогурт является неньютоновской жидкостью, измерение его вязкости затруднительно. Вязкость йогурта является показателем сети агрегации казеиновых частиц, приводящей к геле-образованию.
Реологические свойства кисломолочного продукта играют большую роль в его привлекательности перед потребителем. Измерение сопротивления молочного сгустка при различной скорости вращения ротора выявило убывание сопротивления (рис. 1) при повышении скорости вращения, об этом же свидетельствовали и расчеты зависимости степенной функции: степень n является отрицательным числом (табл. 1). У образца AG10 через сутки хранения показатель сопротивления был выше, чем у образца, ферментированного болгарской палочкой, и в процессе хранения (7, 14 сут) он практически не изменялся, что свидетельствует о стабильности молочно-белкового сгустка, кото-
1-е сутки
L.b. bulgaricus -AG10
о о,2 ai аб о,8 1
sec-1
7-е сутки
L.b. bulgaricus _AG10
о о,2 ои Иб на 1
sec 1
14-е сутки
L.b. bulgaricus AG10
О 012 0,4 0,6 0,8
Рис. 1. Коэффициент сопротивления молочных сгустков в процессе хранения
Таблица 1
Характеристика зависимости вязкости при изменении градиента скорости
Штамм Срок хранения А n *R2
1 сут 754,36 -0,742 0,9873
L. bulgaricus 7 сут 635,81 -0,997 0,9801
14 сут 694,27 -0,828 0,9918
1 сут 1565,7 -0,672 0,9833
AG10 7 сут 1601,6 -0,647 0,9995
14 сут 1591,9 -0,704 0,9993
* Величина достоверной аппроксимации.
14-е сутки
О 3D GO 90 120 ISO ISO
t, sec
L.b. bulgaricus-AG10
30 60 90 120 150 180
t, sec
_L.b. Ыдапси_AG10
Рис. 2. Изменения эффективной вязкости молочного сгустка в процессе хранения
I 30 60 90 120 150 ISO
t, sec
L.b. bulgaricus_AG10
Таблица 2
Влияние штамма МКБ на реологические свойства сквашенного молочного сгустка
в процессе хранения
Штаммы Эффективная вязкость неразрушенного сгустка, мПа^сек Потеря вязкости через 180 сек, А(мПа^сек)
1-е сут 7-е сут 14-е сут 1-е сут 7-е сут 14-е сут
L. bulgaricus 1340±255 1640±198 1000±226 812±187 850±42 500±141
AG10 2680±226 2280±99 3140±820 1190±156 870±127 1580±28
Коэффициент потери вязкости, % Коэффициент механической стабильности
1-е сут 7-е сут 14-е сут 1-е сут 7-е сут 14-е сут
L. bulgaricus 60,6±15,2 51,8±6,2 50±11,3 0,392±0,152 0,480±0,062 0,503±0,113
AG10 44,4±3,9 38,2±4,6 50,3±4,1 0,557±0,039 0,619±0,046 0,496±0,041
рый образуется под действием штамма I. р1а^агит АвТО.
Расчеты показателя А (табл. 2) свидетельствуют о проявлении большего сопротивления молочного геля, образованного под действием штамма Ав10, чем у образца I. Ьи1дапсиэ. У образца Ав10 показатель А выше в два раза, чем у образца болгарской палочки, на всем протяжении периода хранения.
В рамках настоящего исследования было проведено изучение тиксотропных свойств полученных сгустков. Вязкость кисломолочных сгустков уменьшалась с течением времени при постоянном напряжении сдвига (рис. 2), однако характер уменьшения различался. У образца Ав10 в процессе хранения наблюдали нарастание вязкости через 14 дней с небольшим спадом через 7 дней хранения. Несмотря на разную вязкость неразрушенного
сгустка (0 сек) образца Ав10, через 180 сек тестирования вязкость была на уровне 1500 мПа*сек. Это свидетельствует о том, что, несмотря на большую потерю вязкости при разрушении структуры, чем в случае болгарской палочки (расчеты приведены в табл. 2), вязкость разрушенного сгустка выше, соответственно, такой сгусток характеризуется большим количеством тиксотропных связей по сравнению с образцом, сквашенным болгарской палочкой.
Коэффициент механической стабильности у опытного образца был на протяжении 7 дней хранения выше, чем у контрольного образца, и только через 14 дней стабильность у обоих образцов сравнялась (табл. 2).
Заключение. В результате исследований установлена зависимость сопротивления, вязкости молочного сгуст-
ка, полученного при сквашивании его промышленным штаммом Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus и нетрадиционным штаммом L. plantarum AG10, который характеризуется наличием про-биотических свойств [11]. Выявлено, что в кисломолочном продукте, ферментированном L. plantarum AG10, образуется молочная гелевая структура с высокой вязкостью, проявляющая высокую механическую стабильность не только непосредственно после изготовления, но и в процессе 14 дней хранения. Таким образом, потенциально пробиотиче-ский штамм молочнокислых бактерий L. plantarum AG10, обладающий цен-н ы м и п р о м ы ш л е н н ы м и с в о й с тв а м и (повышенной вязкостью молочного сгустка), может быть использован в качестве дополнительной заквасочной культуры в составе промышленных заквасок, в качестве полезного агента, корректирующего текстуру. Перспективным являются исследования влияния L. plantarum AG10 на качество йогурта, в том числе на его текстурные характеристики.
Финансирование
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-016-00025.
ЛИТЕРАТУРА
1. Morell, P. Yogurts with an increased protein content and physicaUy modified starch: rheological., structural, oral digestion and sensory properties related to enhanced satiating capacity / P. Morell, I. Hernando, E. Llorca, S. Fiszman // Food Research International. -2015. - No. 70. - P. 64-73.
2. Nguyen, PT. Effect of different hydrocoUoids on texture, rheology, tribology and sensory perception of texture and mouthfeel of low-fat pot-set yoghurt / P.T. Nguyen, 0. Kravchuk, B. Bhandari, S. Prakash // Food HydrocoUoids. -2017. - No. 72. - P. 90-104.
3. Peng, Y. Effect of Fortification with Various Types of Milk Proteins on the Rheological Properties and Permeability of Nonfat Set Yogurt / Y. Peng, M. Serra, D.S. Horne, J.A. Lucey // Journal of Food Science. - 2009. -Vol. 74 (9). - P. 666-673.
4. Keogh, MK. Rheology of stirred yogurt as affected by added milk fat, protein and hydro-colloids / M.K. Keogh, B.T. 0'Kennedy // Journal of Food Science. - 1998. - Vol. 63 (1). -P. 108-112.
26 11/2020 ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ISSN 0235-2486
FOOD BIOTECHNOLOGY IS A PLEDGE QUALITY AND SHELF LIFE OF FOOD
5. Andig, S. Effects of carboxyl methyl cellulose and edible cow gelatin on physico-chemical, textural and sensory properties of yoghurt // S. Andig, G. Boran, Y. Tungtürk // International journal of agriculture and biology. - 2013. - Vol. 15 (2). - P. 245-251.
6. Lee, WJ. Rheological properties, whey separation, and microstructure in set-style yogurt: Effects of heating temperature and incubation temperature / W.J. Lee, J.A. Lucey // Journal of Texture Studies. - 2003. - Vol. 34 (5-6). - P. 515-536.
7. Fiszman, SM. Effect of gelatine on the texture of yoghurt and of acid-heat-induced milk gels / S.M. Fiszman, A. Salvador // Zeitschrift für Lebensmitteluntersuchung und Forschung. - 1999. - Vol. 208 (2). -P. 100-105.
8. Никитина, Е.В. Химические свойства и органолептические характеристики обезжиренного йогурта с добавлением ферментно-модифицированных крахмалов / Е.В. Никитина, Т.А. Юртаева, О.О. Гамула // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. - 2019. - Том. 8 (4). - С. 147152.
9. Zhua, Y. Exopolysaccharides produced by yogurt-texture improving Lactobacillus plantarum RS20D and the immunoregulatory activity / Y. Zhua, X. Wanga, W. Pana, X. Shenb [et al.] // International Journal of Biological Macromo[ecu[es. - 2019. - No. 121. -P. 342-349. DOI: https://doi.org/10.1016/]. ijbiomac.2018.09.201.
10. Li, C. Influence of Lactobacillus plantarum on yogurt fermentation properties and subsequent changes during postfermentation storage / C. Li, J. Song, L. Kwok, J. Wang [et al.] // Journal of Dairy Science. - 2017. - No. 100. -P. 2512-2525. DOI: https://doi.org/10.3168/ jds.2016-11864.
11. Gavrilova, E. Newly isolated lactic acid bacteria from silage targeting biofilms of food-borne pathogens during milk fermentation / E. Gavrilova, E. Anisimova, A. Gabdelkhadieva, E. Nikitina [et al.] // BMC Microbiology. -2019. - No. 19. - P. 248. DOI: https://doi. org/10.1186/s12866-019-1618-0.
REFERENCES
1. MoreU P, Hernando I, Llorca E, Fiszman S. Yogurts with an increased protein content and physically modified starch: rheological, structural, oral digestion and sensory properties related to enhanced satiating capacity. Food Research International. 2015. No. 70. P. 64-73.
2. Nguyen PT, Kravchuk O, Bhandari B, Prakash S. Effect of different hydrocoUoids on texture, rheology, tribology and sensory perception of texture and mouthfeel of low-fat pot-set yoghurt. Food Hydrocolloids. 2017. No. 72. P. 90-104.
3. Peng Y, Serra M, Horne DS, Lucey JA. Effect of Fortification with Various Types of Milk Proteins on the Rheological Properties and Permeability of Nonfat Set Yogurt. Journal of Food Science. 2009. Vol. 74 (9). P. 666-673.
4. Keogh MK, O'Kennedy BT. Rheology of stirred yogurt as affected by added milk fat, protein and hydrocolloids. Journal of Food Science. 1998. Vol. 63 (1). P. 108112.
5. Andiç S, Boran G, Tunçturk Y. Effects of carboxyl methyl cellulose and edible cow gelatin on physico-chemical, textural and sensory properties of yoghurt. International journal of agriculture and biology. 2013. Vol. 15 (2). P. 245-251.
6. Lee WJ, Lucey JA. Rheological properties, whey separation, and microstructure in setstyle yogurt: Effects of heating temperature
and incubation temperature. Journal of Texture Studies. 2003. Vol. 34 (5-6). P. 515-536.
7. Fiszman SM, Salvador A. Effect of gelatine on the texture of yoghurt and of acid-heat-induced milk gels. Zeitschrift für Lebensmitteluntersuchung und Forschung. 1999. Vol. 208 (2). P. 100-105.
8. Nikitina EV, Yurtaeva TA, Gamula OO. Himicheskie svojstva i organolepticheskie harakteristiki obezzhirennogo jogurta s dobavleniem fermentno modificirovannyh krahmalov [Chemical, textural and sensory properties of non-fat yogurt with addition of enzymatic modified starch]. XXI vek: itogi proshlogo i problemy nastoyashchego plyus [XI century: Resumes of the Past and Challenges of the Present plus]. 2019. Vol. 8 (4). P. 147152 (In Russ.).
9. Zhua Y, Wanga X, Pana W, Shenb X, Hec Y, Yina H et al. Exopolysaccharides produced by yogurt-texture improving Lactobacillus plantarum RS20D and the immunoregulatory activity. International Journal of Biological Macromolecules. 2019. No. 121. P. 342349. DOI: https://doi.org/10.1016/j. ijbiomac.2018.09.201.
10. Li C, Song J, Kwok L, Wang J, Dong Y, Yu H et al. Influence of Lactobacillus plantarum on yogurt fermentation properties and subsequent changes during postfermentation storage. Journal of Dairy Science. 2017. No. 100. P. 2512-2525. DOI: https://doi.org/10.3168/ jds.2016-11864.
11. Gavrilova E, Anisimova E, Gabdelkha-dieva A, Nikitina E, Vafina A, Yarullina D et al. Newly isolated lactic acid bacteria from silage targeting biofilms of foodborne pathogens during milk fermentation. BMC Microbiology. 2019. No. 19. P. 248. DOI: https://doi. org/10.1186/s12866-019-1618-0.
Авторы
Никитина Елена Владимировна, канд. биол. наук, Вафина Адель Ильсуровна, Петрова Татьяна Александровна
Казанский национальный исследовательский технологический университет, 420015, Россия, г. Казань, ул. Толстого, д. 8/31, [email protected], [email protected], [email protected]
Authors
Elena V. Nikitina, Candidate of Biological Sciences, Adel I. Vafina, Tat'yana A. Petrova
Kazan' National Research Technological University, 8/31, Tolstoy str., Kazan', Russia, 420015, [email protected], [email protected], [email protected]
