Биотехнологическая оптимизация нутриентного состава ферментированного молочного напитка

РезюмеВ статье по результатам проведенных исследований обоснована рецептура и разработана технология нового ферментированного молочного напитка на основе цельного молока и молочной сыворотки с инулинсодержащим пищевым ингредиентом (экстракт топинамбура), оптимизирующим исходный минеральный состав сырья. Подобраны заквасочные культуры, определяющие оптимальные органолептические свойства напитка. Установлено, что топинамбур и его производные в виде сиропа и экстракта стимулируют ферментативные процессы технологической микрофлоры. При этом наибольшая активность отмечена у экстракта топинамбура. Определены физико-химические и микробиологические показатели напитка в процессе хранения. Показана возможность оптимизации нутриентного состава ферментированного молочного продукта путем введения в молочно-белковую основу экстракта топинамбура. Расчетным путем установлено, что потребление 100 г ферментированного напитка с экстрактом топинамбура способно удовлетворить суточную норму физиологической потребности для детей от 0 до 3 мес по витаминам В1 , В2 , В6 на 20-33%; по макроэлементам Mg, K, Ca и P - соответственно на 20, 68, 34 и 26%. Для взрослого населения прием 250 г ферментированного напитка удовлетворяет суточную норму физиологической потребности в витаминах В1 , В2 и В6 на 10-19%, в макроэлементах Р, K, Са - на 25-35%. Разработанный напиток с натуральными растительными компонентами рекомендуется для массового потребителя без каких-либо ограничений в качестве ферментированного продукта с повышенной антиоксидантной активностью.

Ключевые слова:молоко, молочная сыворотка, заквасочные культуры, инулинсодержащее сырье, экстракт топинамбура, состав ферментированного напитка

Для поддержания здоровья, работоспособности и активного долголетия человека требуется постоянное обеспечение организма микронутриентами, необходимыми для обменных процессов, роста и развития организма. Они должны регулярно поступать с пищей в количествах, соответствующих физиологической потребности человека во все возрастные периоды его жизни [11]. Вместе с тем различные категории населения испытывают дефицит в витаминах, минеральных веществах, а также относящихся к разряду пребиотиков пищевых волокнах (ПВ).

Большинство обогащенных молочных продуктов, представленных на рынке, содержат отдельные микронутриенты или комплексы микронутриентов синтетического происхождения. Включение пребиотиков в продукты питания не требует специальных режимов, но значительно повышает функциональные свойства продукта [5]. В то же время молочные продукты с пребиотиками на отечественном рынке пока не нашли широкого распространения.

Наиболее распространенной группой являются пробиотические кисломолочные продукты [10].

Комбинация про- и пребиотиков в одном продукте усиливает благоприятный эффект, улучшая состав микрофлоры кишечника [8].

Известно, что кисломолочные продукты являются наиболее востребованными объектами для обогащения пробиотиками и коррекции нормальной микрофлоры кишечника. Однако длительное использование высоких доз пробиотических бактерий может привести к истощению адаптационных резервов организма [2, 14, 16]. Комбинация пробиотика в сочетании с инулинсодержащим топинамбуром будет стимулировать рост собственной микрофлоры кишечника [1].

Клинические испытания разработанного нами напитка кисломолочного со свекловичными ПВ показали, что потребление 200 г напитка пациентами гастроэнтерологического профиля ежедневно в течение 21 сут приводит к нормализации микрофлоры кишечника, улучшению структуры микробиоценоза, снижению содержания потенциально опасных микроорганизмов на фоне положительной динамики клинических симптомов [13].

Направленное конструирование ферментированного напитка основано на функциональных свойствах составляющих компонентов. Введение в рецептуру напитка молочной сыворотки обусловлено богатым минеральным и аминокислотным составом, уникальностью сывороточных белков, наличием в ней витаминов группы В, лактозы [15].

Содержащаяся в сыворотке лактоза, подвергаясь сбраживанию, препятствует образованию нерастворимых фосфорно-кальциевых солей, поддерживает в кишечнике низкие значения рН, способствует абсорбции кальция. Замена части молока сывороткой способствует увеличению содержания легкоусвояемых белков и одновременно решает проблему рационального использования вторичного молочного сырья.

Известно, что к пребиотикам относятся пищевые компоненты, обеспечивающие при систематическом употреблении в составе пищевых продуктов благоприятное воздействие на организм человека в результате избирательной стимуляции роста или повышения биологической активности нормальной микрофлоры кишечника (ГОСТ Р52349-2005). Пребиотики, содержащие неусваиваемые в верхних отделах желудочнокишечного тракта полисахариды, служат субстратом для облигатных представителей защитной микрофлоры кишечника человека и способствуют их росту. Топинамбур в полной мере соответствует этому термину [3]. Основой полезных свойств топинамбура является его уникальный углеводный комплекс на основе фруктозы и ее полимеров. Инулин, входящий в состав топинамбура, - единственный природный полисахарид, на 95% состоящий из мономеров фруктозы. Показано, что инулин способствует размножению в пищеварительном тракте полезных микроорганизмов, снижает всасывание глюкозы из пищи, стимулирует синтез витаминов и активизирует иммунные механизмы защиты [6, 9]. По активности фермента пероксидазы топинамбур многократно превосходит многие овощи [4].

Целью работы являлась разработка рецептуры и технологии производства ферментированного продукта на основе молока и молочной сыворотки с включением инулинсодержащего пребиотика.

Материал и методы

Объектами исследования являлись топинамбур и его производные; стартовые культуры (закваски): мезофильный лактококк (Kd), термофильный молочнокислый стрептококк (TBп), ацидофильная закваска, вырабатываемые в ФГБНУ ВНИМИ, йогуртная закваска прямого внесения импортного происхождения ("Danisko", Дания); ферментированные молочно-растительные композиции на основе молока и молочной сыворотки с инулинсодержащими добавками - пребиотиками [порошок и сироп топинамбура производства "Терра" (РФ) по ТУ 9185-003-56857055-05].

Экстракцию порошка топинамбура в молоко проводили при температуре 852 о С. Пульпу удаляли путем фильтрации через лавсановый фильтр с целью дальнейшего использования при выработке пастообразных продуктов либо для реализации на корм сельскохозяйственным животным.

Молоко с экстрактом топинамбура (ЭТ) и сыворотку молочную пастеризовали раздельно, охлаждали до температуры заквашивания. В охлажденную смесь вносили закваски. Сквашивание проводили в условиях термостата при температуре 42±2 °С.

Содержание сухих веществ в порошке топинамбура определяли на влагомере AND (Япония), содержание растворимых и нерастворимых веществ - методом горячей водной диффузии (гидромодуль 1:5; Т 85 °С). Инулин определяли методом жидкостной хроматографии. Суммарное содержание водорастворимых антиоксидантов - антиоксидантную активность (АОА) - амперометрическим методом с использованием прибора "Цвет-Яуза-01-АА" (НПО "Химавтоматика", РФ); окислительно-восстановительный потенциал (Eh) - вольтамперометрическим методом на иономере "Эксперт 01-100" ("Эконикс-эксперт", РФ) путем прямого измерения э.д.с. электродной системы.

Физико-химические показатели ферментированного напитка определяли стандартизованными методами в лаборатории технохимического контроля под руководством к.т.н. Е.А. Юровой.

Массовую долю жира определяли по ГОСТ 586790, белка - по ГОСТ 30648.2-99, лактозы - поляриметрическим методом. Содержание витаминов С - по ГОСТ 30627.2, В1 - по ГОСТ 30627.5-98, В2 - по ГОСТ 30627.6-98, В6 - по МР 01-19/137-17-95. Содержание магния (Mg) определяли по МВИОР 2-03-009-90, кальция (Ca) - титриметрическим методом, железа (Fe) - по ГОСТ 26928, фосфора (Р) - по ГОСТ Р51473, калия (K), марганца (Mn), цинка (Zn) и меди (Cu) - методом атомноадсорбционной спектроскопии.

Органические кислоты определяли методом потенциометрического титрования; активную кислотность - на иономере "Эксперт 01-100". Микробиологические исследования проведены Т.Е. Блиновой и А.Н. Здоровцовой.

Результаты и обсуждение

В процессе подбора заквасочных культур в белково-углеводную основу (молоко + сыворотка) вводили инулинсодержащие пребиотики в виде порошка, сиропа или ЭТ. В работе использовали топинамбур, районированный в Молдавии. Исследования показали, что в порошке топинамбура содержится 92,15% сухих веществ, 2,53% нерастворимых веществ, 17,25% растворимых веществ, в том числе углеводов - 15,53%, инулина - 11,25%.

Для сквашивания молочно-растительных композиций (МРК) использовали одноштаммовые биокультуры (Kd, TBп), их композиции, йогуртную закваску прямого внесения в сочетании с ацидофильной палочкой.

Выбор оптимальных композиций пробиотических культур при моделировании ферментированного напитка проводили по градиентам титруемой кислотности, окислительно-восстановительного потенциала (Eh), массовой доли АОА и органолептическим показателям.

Результаты исследований показали, что все инулинсодержащие добавки - порошок, экстракт и сироп топинамбура - стимулируют процессы сквашивания молочной смеси. Однако более интенсивные процессы ферментации относительно контроля происходят в МРК с ЭТ. Через 3,5 ч сквашивания титруемая кислотность в контроле составляла 45 °Т, в МРК с порошком топинамбура - 58 °Т, с сиропом топинамбура - 50 °Т, с ЭТ - 73 °Т.

Наибольшей кислотообразующей способностью обладает термофильный молочнокислый стрептококк (ТВп) и композиция из йогуртной закваски и ацидофильной палочки. По органолептическим показателям лучшими свойствами обладают напитки, сквашенные заквасками (Кd + ТВп) или йогуртной закваской с ацидофильной палочкой. Значения окислительно-восстановительного потенциала этих напитков были несколько ниже контроля и находились на уровне свежего молока, обладающего слабовосстановительными свойствами (табл. 1).

Известно, что при снижении Eh идет более интенсивное развитие анаэробных микроорганизмов, сопровождающееся уменьшением содержания кислорода и образованием ферментов, катализирующих восстановительные реакции.

Суммарное содержание АОА в композициях с ЭТ превышало контрольные значения практически в 2 раза.

В дальнейшей работе для ферментации молочной основы с ЭТ применяли йогуртную закваску в сочетании с ацидофильной палочкой. Некоторые физико-химические показатели ферментированного напитка с ЭТ представлены в табл. 2.



На рисунке показаны изменения макро- и микроэлементного состава в ферментированном напитке при внесении ЭТ. Очевидно, что внесение инулинсодержащей пребиотической добавки в виде ЭТ не только стимулирует процессы ферментации, но и обогащает молочную основу минеральными веществами, в том числе K, Mg, Fe, Cu соответственно на 18, 25, 68, 56%.

Доля витаминов и минеральных веществ от суточной нормы физиологической потребности в 100 г ферментированного напитка с ЭТ, найденная расчетным путем [7], показана в табл. 3.

Из данных табл. 3 следует, что потребление 100 г ферментированного напитка с ЭТ удовлетворяет суточную норму физиологической потребности для новорожденных в витаминах группы В на 20-33%, в макроэлементах K, Ca, Mg и P - на 20-68%.

Для взрослого населения прием 250 г ферментированного напитка с ЭТ удовлетворяет суточную норму физиологической потребности в витаминах В1, В2 и В6 на 10-19%, в макроэлементах Р, К, Са - на 25-35% соответственно.







Для обоснования сроков годности определяли санитарно-микробиологические показатели ферментированного напитка в процессе хранения.

Результаты исследований представлены в табл. 4.



Установлено, что бактерии группы кишечной палочки, листерии, стафилококки, патогенные микроорганизмы, дрожжи и плесени на протяжении всего периода хранения отсутствовали.

Параллельно с микробиологическими исследованиями велось наблюдение за органолептическими свойствами и сохранностью товарного вида продуктов. Органолептические характеристики представленных на хранение образцов напитков не претерпевали заметных изменений в течение всего срока наблюдения и характеризовались как свойственные доброкачественному продукту данного вида: вкус и запах чистый, консистенция и цвет, характерные для йогурта, выработанного термостатным способом. Члены дегустационной комиссии при определении органолептических показателей с использованием 5-балльной шкалы оценили ферментированный напиток с ЭТ в 4,9 балла.

Проведенные микробиологические исследования и наблюдения за состоянием органолептических характеристик ферментированного напитка позволили установить срок годности продукта при температуре 4±2 °С - 30 сут от момента окончания технологического процесса.

В результате проведенных исследований разработаны рецептура и технология производства ферментированного напитка с ЭТ. Показано, что введение в молочную основу экстракта инулинсодержащего топинамбура позволяет оптимизировать нутриентный состав продукта, повышая в нем содержание магния, калия и железа без внесения синтетических компонентов.

Потребление разработанного напитка с прои пребиотиками будет способствовать нормализации микрофлоры кишечника, защите клеток от окислительного стресса. Относительно невысокая энергетическая ценность напитка (50-75 ккал в 100 мл в зависимости от жирности молока) позволяет рекомендовать его для массового потребления без каких-либо ограничений.

Литература

1. Богачев В.Н., Голубкина Н.А., Донская Г.А. Перспективы развития функциональных молочных продуктов, обогащенных порошком топинамбура // Материалы IV Российской НПК "Актуальные проблемы инноваций с нетрадиционными природными ресурсами и создания функциональных продуктов". - М.: РАЕН, 2007. - С. 72.

2. Доронин А.Ф., Шендеров Б.А. Функциональное питание. - М.: Грант, 2002. - С. 74 .

3. Калиничева М.В. Топинамбур и функциональное питание // Материалы VI МНПК "Топинамбур и другие инулинсодержащие растения - проблемы возделывания и использования". - Тверь: ТГСХА, 2006. - С. 83.

4. Кожухова М.А., Хрипко И.А., Лысенко С.Е., Меркулова Е.П. Биохимические особенности клубней топинамбура как объекта холодильного консервирования // Материалы VI МНПК "Топинамбур и другие инулинсодержащие растения - проблемы возделывания и использования". - Тверь: ТГСХА, 2006. - С. 86.

5. Леонидов Д.С. Пребиотики: "Стратегия развития продуктов для здоровья". Ингредиенты/производство. - М., 2011. - С. 66-67.

6. Магомедов И.М. О перспективе производства продуктов функционального питания на базе комплекса из амаранта и топинамбура // Материалы IV НПК "Актуальные проблемы инноваций с нетрадиционными природными ресурсами и создания функциональных продуктов". - М.: РАЕН, 2007. - С. 76.

7. МР 2.3.1.2432-08. Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения РФ.

8. Понамарев А.Н., Мельникова Е.И., Богданова Е.В., Самойлова М.А. Инулинсодержащая композиция для молокосодержащих продуктов // Мол. пром-сть. - 2012. - № 8. - С. 80-81.

9. Решетник Л.А., Кочнев Н.К., Спасич Т.А., Гончарова Н.Н. Пищевая ценность топинамбура, произрастающего в Прибайкалье // Материалы МНПК "Топинамбур - многофункциональная биотехнологическая культура XXI века". - М.: СГУ, 2011. - С. 86-93.

10. Смирнова Е.А., Кочеткова А.А. Рынок функциональных продуктов. // Мол. пром-сть. - 2011. - № 2. - С. 63-66.

11. Спиричев В.Б., Шатнюк Л.Н. Обогащение пищевых продуктов микронутриентами: современные медико-биологические аспекты // Пищ. пром-сть. - 2000. - № 7. - С. 98-101.

12. Тутельян В.А. О нормах физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации // Вопр. питания. - 2009. - Т. 78, № 1. - С. 4-15.

13. Флуер Ф.С., Кузнецова Г.Г., Батищева С.Ю. и др. Влияние обогащенных пектином пищевых продуктов на свойства потенциально патогенных представителей микрофлоры толстой кишки // Вопр. питания. - 2006. - № 4. - С. 46-49.

14. Хавкин А.И., Жихарева Н.С. Использование пребиотиков в терапии синдрома раздраженного кишечника // Рус. мед. журн. - 2006. - Т. 14, № 19. - С. 2-3.

15. Храмцов А.Г., Нестеренко П.Г. Технология продуктов из молочной сыворотки. - М.: ДеЛи принт, 2004. - С. 13.

16. Шендеров Б.А. Современное состояние и перспективы развития концепции функциональное питание // Пищ. пром-сть. - 2003. - № 5. - С. 4.

Материалы данного сайта распространяются на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License («Атрибуция - Всемирная»)

SCImago Journal & Country Rank
Scopus CiteScore
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
Тутельян Виктор Александрович
Академик РАН, доктор медицинских наук, профессор, научный руководитель ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии»

Журналы «ГЭОТАР-Медиа»