CC BY
0А.Г. Хантургаев, канд. техн. наук, доц., e-mail: aavn@mail.ru И.С. Хамагаева, д-р техн. наук, проф., e-mail: ikhamagaeva@mail.ru Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г. Улан-Удэ
УДК 637.146.32:582.475
ВЛИЯНИЕ ТАНИНА НА ФОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ФЕРМЕНТИРОВАННОГО СЫВОРОТОЧНОГО НАПИТКА
В работе изучена антиоксидантная активность танина, полученного из скорлупы кедрового ореха. С учетом антиоксидантной активности выбрана оптимальная доза танина для приготовления ферментированного сывороточного напитка. Внесение танина не оказывает влияния на рост пропи-оновокислых бактерий. Показано, что при утилизации лактата пропионовокислыми бактериями образуются пропионовая и уксусная кислоты в соотношении 2:1. Установлено, что внесение танина и ферментация сыворотки пропионовокислыми бактериями повышают стойкость напитка в процессе хранения. Дубильные вещества и органические кислоты влияют на формирование органолептических свойств и антиоксидантную активность ферментированного сывороточного напитка.
Ключевые слова: антиоксидантная активность, танин, пропионовокислые бактерии, сывороточный напиток.
А-G. Khanturgaev, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
I.S. Khamagaeva, Dr. Sc. Engineering, Prof.
INFLUENCE OF TANNIN ON QUALITY FORMATION OF FERMENTED WHEY DRINK
An antioxidant activity of tannin, obtained from the shell ofpine nuts, is studied in the paper. Taking into account the antioxidant activity, the optimal dose of tannin for the preparation of fermented whey drink is chosen. The introduction of tannin does not affect the growth of propionic acid bacteria. It is shown that during the utilization of lactate by propionic acid bacteria, propionic and acetic acid are formed in a ratio of 2:1. It is established that the addition of tannin and fermentation of whey with propionic acid bacteria increases the stability of the drink during storage. Tannins and organic acids affect the formation of organoleptic properties and antioxidant activity of a fermented whey drink.
Key words: antioxidant activity, tannin, propionic acid bacteria, whey drink.
В последние годы большое внимание уделяется оксидативному стрессу - окислительному повреждению биологических молекул, которое генерируется в основном свободными радикалами. Их избыток разрушает белки, липиды, ДНК и другие биологически активные соединения, что приводит к преждевременному старению и сокращению продолжительности жизни. Онкологические, сердечно-сосудистые и другие заболевания все чаще связывают с последствиями свободнорадикального окисления.
Ослабленные защитные функции организма не в полной мере противодействуют вредным окислительным реакциям, протекающим по радикальному механизму. Введение в окислительные процессы антиоксидантов подавляет или значительно замедляет скорость протекающих реакций. Укрепление естественных антиоксидантных механизмов обеспечивается за счет употребления в пищу продуктов, содержащих вещества, обладающие ингибирующими свойствами (флавоноиды, дубильные вещества, каратиноиды, аскорбиновая кислота и другие органические вещества) [1, 2, 3]. Особый интерес представляет использование местного сырья растительного происхождения, обладающего наиболее усвояемыми нутриентами и обеспечивающего укрепление неспецифического иммунитета и антиоксидантной защиты человеческого организма.
В последнее время уделяется большое внимание природным антиоксидантам и их применению в пищевой промышленности. В литературе имеются сведения о синтетических анти-оксидантах, однако их применение в диетическом питании нецелесообразно, так как они могут оказывать негативное влияние на организм человека [4, 5].
В пищевой промышленности танины известны как добавка Е181 - стабилизатор, эмульгатор, краситель. В качестве сырья для Е181 служат экстракты растений рода сумах и галлы. Дубильную кислоту в форме Е181 применяют в качестве осветлителя при производстве пива.
В виноделии танины не только используются для усовершенствования вкуса, но и играют роль природных антиоксидантов, которые способствуют длительному хранению виноградных вин. В состав вина дубильная кислота попадает из определенных сортов винограда и из древесины, так как виноградные вина выдерживают в дубовых бочках. Красные вина содержат значительное количество дубильных веществ и обладают высокой антиоксидантной активностью, которая характеризует полезность красного вина.
Отмечена довольно высокая концентрация танинов в чае. В зеленых сортах чая концентрация танина составляет более 30%. Химический состав дубильных веществ, полученных из различных растений, несколько различается. Чайные танины напоминают витамин Р и укрепляюще действуют на сосуды. Следует отметить, что танины в организме человека связывают и выводят бактериальные токсины и ядовитые соли тяжелых металлов, что свидетельствует о их благотворном воздействии [6].
В настоящее время свойства танинов, полученных из различных источников, недостаточно изучены, и особенно это касается его полезных свойств. Поэтому использование танина, полученного из скорлупы кедрового ореха при производстве продуктов питания, является перспективным. Пищевая добавка содержит 96% дубильных веществ, 4% сопутствующих.
Цель работы - изучить влияние танинов, полученных из скорлупы кедрового ореха, на качество ферментированного сывороточного напитка.
Материалы и методы исследований
Экспериментальные исследования проводились в лаборатории малого инновационного предприятия «Бифивит» и малого инновационного предприятия «Байкал-ЭкоПродукт» ФГБОУ ВО «Восточно-Сибирский государственный университет технологии и управления».
Объектом исследований служили танины из скорлупы кедрового ореха, полученные экстракцией из высушенного и измельченного до 0,5-1 мм3 сырья 60%-ной смесью этанола с водой. Для этого сначала проводят обработку измельченного сырья горячей водой с целью извлечения соответствующих фенольных соединений. В дальнейшем танины экстрагируют водно-спиртовым раствором в электромагнитном поле (ЭМП) сверхвысоких частот (СВЧ). Время СВЧ-обработки составляет не более 5 мин при мощности 800 Вт. После этого раствор танинов отделяют от сухого остатка методом фильтрования. На следующем этапе растворитель испаряют в роторно-вакуумном пленочном испарителе (РВПИ) до густого состояния. Обработка под вакуумом необходима для предотвращения окисления танинов. Концентрат танинов извлекают из аппарата и доводят до сухого состояния в вакуум-сушильном шкафу при температуре 40-50оС. Содержание основного вещества в экстракте составляет не менее 96% [7, 8].
Антиоксидантную активность танина определяли по накоплению малонового диальде-гида (МДА), который является одним из продуктов свободнорадикального окисления липи-дов. Известным методом оценки уровня МДА является его реакция с тиобарбитуровой кислотой. При высокой температуре в кислой среде МДА реагирует с 2-тио-барбитуровой кислотой с образованием окрашенного триметинового комплекса, имеющего максимум поглощения при 532 н.м. Основным показателем антиоксидантной активности является разница значений у проб с добавлением танина и контрольного образца без танина [9]. В качестве модельной системы использовали сливочное масло с массовой долей жира 82,5%.
Для приготовления напитка использовали творожную сыворотку ГОСТ Р 53438-2009. Для ферментации сыворотки применяли бактериальный концентрат «Пропионикс» ТУ 9229007-02069473-2005.
Количественный учет пропионовокислых бактерий определяли методом предельных разведений на среде ГМК или ГМС по ТУ 10-10-02-789-192-95.
Дубильные вещества определяли по ГОСТ 28508-90. Продукты брожения - пропионо-вую и уксусную кислоты - контролировали методом газожидкостной хроматографии.
Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью пакета программы Statistica 6. Использовали непараметрический критерий Манна-Уитни (для сравнения независимых выборок). Значимыми считали различия, если вероятность ошибки р<0,05.
Результаты исследований и их обсуждение
Учитывая, что антиоксидантная активность является одним из важных показателей на первом этапе исследований, изучали способность соединений фенольной группы эффективно взаимодействовать со свободными радикалами, образующимися при окислении липидов. Свободные радикалы индуцируют перекисное окисление липидов (ПОЛ) и приводят к образованию различных конечных продуктов: малонового диальдегида (МДА) и др., которые приводят к повреждению ДНК.
В работе исследовали влияние различных концентраций экстракта танина на скорость окисления липидов. В качестве модельной системы использовали сливочное масло с массовой долей жира 82,5%. На 100 г сливочного масла вносили 0,05, 0,1, 0,15% экстракта танина и изучали изменения МДА в процессе хранения. Результаты исследований представлены на рисунке 1.
о
0 -1-1-1-1-1-1-
7 14 24 28 35
Продолжительность хранения, ч. доза танина,% —*— 0,005 —— 0,01 —— 0,015 контроль Рисунок 1 - Исследование антиоксидантной активности танина
Как видно из данных, представленных на рисунке 1, экстракт танина значительно замедляет скорость накопления МДА в модельной системе по сравнению с контрольным образцом без танина, что свидетельствует о высокой антиоксидантной активности экстрактов. Наиболее высокую антиоксидантную активность экстракт проявил при концентрации 0,1%, дальнейшее увеличение дозы приводит к незначительному повышению антиоксидантной активности.
Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что концентрат танина из скорлупы кедрового ореха обладает высокой антиоксидантной активностью. Необходимо отметить, что антиоксиданты не только тормозят окисление пищевых продуктов в процессе хранения, но и оказывают лечебно-профилактическое действие, что делает актуальным их применение в рецептурах широкого спектра продуктов.
В дальнейших исследованиях изучали влияние танина на качество ферментированного сывороточного напитка. Доза вносимого танина была выбрана с учетом антиоксидантной активности 0,1%. В осветленную сыворотку вносили 0,1% танина, сахарный сироп, все тщательно перемешивали и проводили пастеризацию при температуре 72-75оС с выдержкой 15 с. Затем сыворотку охлаждали до температуры 20оС, вносили бактериальный концентрат пропи-оновокислых бактерий из расчета 2 единицы активности на 200 л сыворотки, после чего проводили ферментацию в течение 6 ч. Результаты исследований представлены в таблице 1.
Таблица 1
Количество клеток пропионовокислых бактерий
Молочная Продолжительность культивирования, ч, при t=20oС
сыворотка 2 4 6
С танином 8Ф106 9©108 5©109
Контроль 5©106 7©108 2©109
Исследования показали, что внесение танина не повлияло на рост и биохимическую активность пропионовокислых бактерий.
У пропионовокислых бактерий витамин В12 участвует в реакции полимеризации сукци-нил КоА в метилмалонил КоА, называемой ключевой реакцией пропионовокислого брожения. Она определяет завершенность брожения и образование пропионата как конечного продукта. При анализе продуктов пропионовокислого брожения было обнаружено, что соотношение пропионовая кислота : уксусная кислота в конце ферментации составляет примерно 2:1. Результаты представлены на рисунке 2.
т
о
л
с
ик
х и л м
ч о
ут о
е
л а
о н
в
т М
с м
е
ло
оК
Продолжительность ферментации, ч
-■—Уксусная кислота 4 Пропионовая кислота Рисунок 2 - Динамика накопления летучих кислот при ферментации сыворотки
Такое соотношение объясняется достаточно высоким синтезом витамина В12, который является регулятором образования пропионовой кислоты. Образование пропионата сопряжено с окислением пирувата до ацетата и СО2. Пропионовая, уксусная кислоты и СО2 являются главными, но не единственными продуктами брожения пропионовокислых бактерий. Известно, что они образуют янтарную кислоту, диацетил, ацетоин. Комплекс летучих соединений, образующихся при брожении, будет способствовать формированию высоких потребительских свойств ферментированных напитков.
В дальнейших исследованиях изучали изменение содержания дубильных веществ и качественные показатели продукта в процессе хранения. Опытные образцы хранили в течение 3 недель при температуре 6оС. Полученные результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2
Изменение качественных показателей сывороточного напитка в процессе хранения
Продолжительность хранения, сут Титруемая кислотность, ОТ Количество клеток пропионовокислых бактерий, КОЕ/см3 Содержание дубильных веществ, % Органолептические показатели
0 70 6©109 0,1 Цвет коричневый, вкус приятный, слегка терпкий со слабым привкусом сыворотки
1 70 5©109 0,1
3 69 4©109 0,09
5 69 2©109 0,01
7 71 2©109 0,089
9 74 8©108 0,088
10 75 6©108 0,085
12 73 2©108 0,081
14 70 7©107 0,079
16 71 5©107 0,076
18 70 2©107 0,073
20 72 4©106 0,07
Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать вывод о том, что при длительном хранении ферментированной сыворотки содержание дубильных веществ сохраняется на достаточно высоком уровне и составляет 0,07%, что свидетельствует о достаточно высокой антиоксидатной активности напитка. Снижается содержание клеток пропионо-вокислых бактерий на 2 порядка. Титруемая кислотность практически не изменяется, наблюдается некоторое повышение кислотности на 9-е сутки хранения. Возможно, это можно объяснить тем, что утилизация лактата не приводит к значительному повышению кислотности.
Проведенные исследования показали, что ферментация сыворотки и добавление танина повышают хранимоспособность готового продукта.
На основании проведенных исследований разработана технология танильного сывороточного напитка. Качественные показатели продукта представлены в таблице 3.
Таблица 3
Качественная характеристика напитка
Показатели Характеристики
Органолептические
Цвет коричневый
Вкус вкус приятный, слегка терпкий со слабым привкусом сыворотки
Консистенция жидкая
Физико -химические
Титруемая кислотность, оТ 70
Содержание сахара, %, не менее 6
Содержание танина, % 0,079
Микробиологические
Количество клеток пропионовокислых бактерий, КОЕ в 1 см3 на конец срока годности, не менее 107
КМАФАн, в 1 см3, не более 1©105
БГКП (колиформы), не допускаются в 1 см3 продукции 0,1
Патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы, не допускаются в 1 см3 продукции 25
Стафилококки S. aureus, не допускаются в 1 см3 продукции 1,0
Листерии L. monocytogenes, не допускаются в 1 см3 продукции 25
Из данных, представленных в таблице 3, видно, что дубильные вещества в напитке составляют лишь 0,07-0,09%, но именно они совместно с метаболитами пропионовокислых бактерий способствуют формированию цвета и вкуса ферментированного сывороточного напитка. Следует отметить, что на цвет значительно влияет рН среды. В кислой среде цвет напитка стабилизируется, и он приобретает коричневую окраску. Танины представляют собой сложную смесь дубильных веществ, состоящую из простых катехинов, а также продуктов ее превращений. Катехины в чистом виде имеют горький, слегка вяжущий вкус, но в сывороточном напитке они участвуют в формировании вкуса сывороточного напитка, придавая ему полноту и терпкость. На полноту вкуса также влияют продукты брожения пропионовокислых бактерий. Короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК) - пропионовая и уксусная, являются конечными продуктами ферментации лактата пропионовокислыми бактериями. К настоящему времени в научной литературе имеется достаточное количество данных, убедительно свидетельствующих о том, что уксусная и пропионовая кислоты оказывают разностороннее действие на разнообразные физиолого-биохимические и регуляторные функции как в пищеварительном тракте, так и вне его. КЦЖК имеют достаточно выраженный лечебный потенциал при метаболическом синдроме и связанном с ним заболеваниях: ожирение, сахарный диабет, атеросклероз и др. [10, 11].
Таким образом, метабиотики пропионовокислых бактерий и танины повышают лечебно-профилактические свойства ферментированного напитка.
Заключение
В результате проведенных исследований установлено, что внесение танина при производстве ферментированного сывороточного напитка способствуют повышению качества и функциональных свойств готового продукта. Дубильные вещества придают продукту коричневый цвет и приятный терпкий вкус. Высокая антиоксидантная активность танина способствует сохранению качества напитка в процессе длительного хранения.
Библиография
1. Полянский К.К., Рудакова Л.В. Актуальная проблема - антиоксидантная активность пищевых продуктов // Молочная пром-сть. - 2004. - № 11.
2. Чеснокова Н.П., Понукалина Е.В., БизенковаМ.Н. Общая характеристика источников образования свободных радикалов и антиоксидатных систем // Успехи современного естествознания. - 2006.
- № 7. - С. 37-41.
3. Хрипушин В.В., Комарова Е.В., Савин П.Н. и др. Исследование динамики изменения антиок-сидантной активности и цветности кефира с добавкой фруктозно-глюкозного сиропа // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2009. - № 9.
4. Arnao M.B. 2000. Some methodological problems in the determination of antioxidant activity using chromogen radicals: A practical case. Trends Food Sci. Technol. 11:419-421.
5. Sadat L., Cakif-Kiefer C., N'Negue M.A. et al. 2011. Isolation and identification of antioxidative peptides from bovine a-lactatbumin. Int. Dairy J. 21:214-221.
6. Танин и танизация [Электронный ресурс]. - URL: http://longus.ru/vino/tehnolog/obrabotka/193-tanin-i-tanizacija. html
7. Ширеторова В.Г., Хантургаев А.Г., Залуцкий А.В. Получение экстрактивных веществ скорлупы семян сосны сибирской в электромагнитном поле СВЧ // Материалы IV Междунар. конф. «Экстракция органических соединений». - Воронеж: Изд-во ВГТА, 2010. - С. 98-101.
8. Патент № 2351641 Способ получения экстрактивных веществ из скорлупы семян сосны сибирской // Залуцкий А.В., Котова Т.И., Хантургаев А.Г. - Заявл. 31.07.2007; опубл. 10.04.2009.
9. Стальная И.Д., Гаришвили Т.Г. Метод определения малонового диальдегида с помощью тио-барбитуровой кислоты // Сб. науч. тр. «Современные методы в биохимии» / под ред. В.Н. Ореховича.
- М.: Медицина, 1977. - С. 66-68.
10. Ерофеев Н.П., Радченко В.Г., Селиверстов П.В. Клиническая физиология толстой кишки. Механизмы действия короткоцепочечных жирных кислот в норме и при патологии. - СПб.: Форте Принт, 2012. - 56 с.
11. Шендеров Б.А. Мишени и эффекты короткоцепочечных жирных кислот // Современная медицинская наука. - 2013. - № 1-2. - 50 с.
Bibliography
1. Polyansky K.K., Rudakova L.V. The current problem is the antioxidant activity of food products // Dairy industry. - 2004. - N 11.
2. ChesnokovaN.P., PonukalinaE.V., BizenkovaM.N. General characteristics of sources of free radicals and antioxidant systems formation // Progress in Modern Natural Science. - 2006. - N 7. - P. 37-41.
3. Khripushin V.V., Komarova E.V., Savin P.N. et al. Investigation of the dynamics of changes in antioxidant activity and color of kefir with the addition of fructose-glucose syrup // Storage and processing of agricultural raw materials. - 2009. - N 9.
4. Arnao M.B. 2000. Some methodological problems in the determination of antioxidant activity using chromogen radicals: A practical case. Trends Food Sci. Technol. 11:419-421.
5. Sadat L., Cakif-Kiefer C., N'Negue M.A. et al. 2011. Isolation and identification of antioxidative peptides from bovine (-lactatbumin. Int. Dairy J. 21:214-221.
6. Tannin and tanization. - URL: http://longus.ru/vino/tehnolog/obrabotka/193-tanin-i-tanizacija.html.
7. Shiretorova V.G., Khanturgaev A.G., Zalutsky A.V. Preparation of extractive substances of a shell of Siberian pine seeds in an electromagnetic microwave field // Mater. IV Int. Conf. «Extraction of organic compounds». - Voronezh: VGTA, 2010. - Р. 98-101.
8. Patent N 2351641 Method of obtaining extractives from the shell of Siberian pine seeds // Zalutsky A.V., Kotova T.I., KhanturgaevA.G. - dated 31.07.2007.
9. Stalnaya I.D., Garishvili T.G. Method for the determination of malonic dialdehyde with thiobarbituric acid // Sb. sci. tr. Modern methods in biochemistry / Ed. V.N. Orekhovich. - M.: Medicine, 1977. - Р. 66-68.
10. Erofeev N.P., Radchenko V.G., Seliverstov P.V. Clinical physiology of the colon. Mechanisms of action of short-chain fatty acids in norm and in pathology. - SPb.: Forte Print, 2012. - 56 p.
11. Shenderov B.A. Targets and effects of short-chain fatty acids // Modern medical science. - 2013. -N 1-2. - 50 р.
