СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КВАСА
METHOD FOR KVASS PREPARATION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к пищевой промышленности и биотехнологии и может быть использовано при производстве напитков лечебно-профилактического назначения.
В частности, изобретение предназначено для производства напитков, сочетающих в себе пищевкусовые свойства русского национального напитка - кваса, и лечебно-профилактические свойства пробиотиков - препаратов на основе живых микроорганизмов родов Bifidobacterium и Lactobacillus. При этом квасная основа выполняет роль «вектора», обеспечивающего комфортность приема подобного напитка, а пробиотическая составляющая обеспечивает формирование позитивных эффектов в отношении микробиоценоза желудочно-кишечного тракта потребителя.
Таким образом, заявляемый способ предназначен для использования на предприятиях пищевой и биотехнологической промышленности, решающих вопросы производства продуктов функционального питания.
Уровень техники
Исторически известно большое количество народных способов и рецептов приготовления квасов, преимущественно основанных на дрожжевом сбраживании различных пищевых основ с добавлением сахаров [1]. В результате этого формируются специфический вкус, кислотность и другие достоинства русского кваса. Однако недостатком использования подобных слабо контролируемых технологий является нестандартность получаемого готового продукта, а также возможность накопления в нем посторонней микрофлоры, потенциально способной оказать неблагоприятное воздействие на микробиоценоз желудочно-кишечного тракта потребителя.
С целью устранения подобных недостатков при промышленном производстве кваса предложено использование заквасок из чистых культур дрожжей, что позволяет получать стандартный напиток высокого качества при небольшом количестве посторонней микрофлоры [2]. В случае же производства бутилированных напитков может предусматриваться и дополнительное внесение в квас разрешенных к применению химических консервантов (молочная кислота, бензоат натрия), что исключает возможность микробиологической порчи продукта при его длительном хранении [3]. В то же время подобный квас не обладает специфическими профилактическими или лечебными свойствами, что не позволяет использовать его в качестве продукта функционального питания.
Для решения этой задачи предложено введение в состав заквасок чистых культур молочно-кислых бактерий [4, 5], что позволяет придать производимому напитку дополнительные лечебно-профилактические свойства. При этом последние преимущественно обеспечиваются за счет присутствия в квасе экзопродуктов молочно-кислых бактерий, оказывающих позитивное действие на организм человека через антагонистический эффект в отношении возбудителей кишечных и гнойно-воспалительных инфекций, снижение уровня холестерина в сыворотке крови, противоопухолевое и антиаллергическое действие и др. [6].
8
В частности, известен способ производства кваса [4], предусматривающий внесение в квасное сусло смеси чистых культур дрожжей и бактерий Streptococcus faecium 770 и Lactobacillus plantanum АН 11/16, после чего производится его сбраживание до получения готового напитка. Другой известный способ приготовления кваса [5] наряду с чистой культурой дрожжей предусматривает использование бактерий Bifidobacterium longum ЦМПМ В-2000 и/или Bifidobacterium bifidum ЦМПМ В-3300, и/или Bifidobacterium bifidum ЦМПМ В 3190 (в смеси или монокультуре). При этом оговаривается не одновременное, но последовательное сбраживание квасного сусла двумя группами микроорганизмов (дрожжами и бифидобактериями), последние из которых вносят в предварительно приготовленный квас в виде закваски в количестве 3-5% по объему с количеством жизнеспособных клеток не менее 10 в 1 мл, после чего проводят дополнительное культивирование.
Причины, препятствующие получению требуемого результата, в этом случае могут быть сведены к двум основным моментам: 1) при совместном сбраживании квасного сусла дрожжами и каким-либо из представителей молочно-кислых микроорганизмов между ними возможно установление конкурентных или антагонистических взаимодействий, неблагоприятно сказывающихся на органолептических и иных свойствах готового напитка; 2) эти же причины могут препятствовать размножению и накоплению молочно-кислых бактерий, в том числе, при последовательном сбраживании квасного сусла дрожжами и молочно-кислыми микроорганизмами.
10
Частичное решение этой проблемы предложено в уже упоминавшемся способе приготовления кваса [5], в соответствии с одним из вариантов осуществления которого предлагается внесение концентрата бифидобактерий в уже готовый и пастеризованный после завершения дрожжевого брожения квас, полученный по обычной технологии (способ-прототип). При этом предполагается, что концентрат бифидобактерий будет получен при их культивировании не на квасном сусле растительного происхождения, а на среде на основе животного белка (например, молока и его производных), наиболее адекватной для размножения данной группы микроорганизмов. Однако получаемый при этом промежуточный продукт по своим органолептическим свойствам весьма далек от кваса, что перед купажированием требует его превращения в «концентрат» бифидобактерий с содержанием клеток не менее 10 в 1 мл, например, путем центрифугирования с разделением бактериальной биомассы и экзопродуктов, последние из которых удаляются и в готовый продукт не попадают. В то же время именно экзопродуктам молочно-кислых бактерий приписывается значительная доля лечебно-профилактического эффекта напитков, изготавливаемых с их использованием (см. выше).
Таким образом, основной причиной, препятствующей получению требуемого результата, является принципиальное различие в исходных субстратах для производства кваса (на растительной основе с преобладанием сахаров) и культивирования молочно-кислых бактерий (на основе молока с преобладанием аминокислот), что делает производство «гибридных» напитков, сочетающих в себе пищевкусовые свойства кваса и лечебно-профилактические свойства пробиотиков - препаратов на основе живых микроорганизмов родов Bifidobacterium и Lactobacillus, трудновыполнимой задачей.
Альтернативные подходы, ведущие к устранению данного недостатка, в доступных источниках научной и научно-технической информации не описаны. Из сказанного следует, что заявляемый способ не известен из уровня техники, т.е. является новым.
Сущность изобретения
Основной задачей, на решение которой направлен заявляемый способ, является упрощение технологии производства напитков, сочетающих в себе пищевкусовые свойства кваса и лечебно-профилактические свойства пробиотиков - препаратов на основе живых микроорганизмов родов Bifidobacterium и Lactobacillus. Дополнительной задачей, решаемой при осуществлении заявляемого способа, является исключение необходимости внесения в готовый напиток химических консервантов.
Сущностью заявляемого способа, сформулированной на уровне функционального обобщения и лежащей в его основе, является следующее:
- в качестве трофической основы для производства концентрата бифидо- или лактобактерий, в дальнейшем вносимого в приготовленный по традиционной технологии путем дрожжевого брожения квас, используется гидролизат растительного, а именно соевого сырья, что позволяет получить промежуточный продукт для последующего купажирования с органолептическими свойствами, близкими к квасу.
Таким образом, поставленная цель достигается тем, что при замене животного белка на растительный (соевый) белок возникает возможность внесения выращенных на нем живых бактериальных клеток (например, Bifidobacterium bifidum или Lactobacillus acidophilus) вместе с их экзопродуктами в количестве 10-15% от конечного объема напитка без существенного изменения его органолептических, но с приданием лечебно-профилактических свойств. Дополнительным результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого способа, является эффективное консервирование получаемого напитка, также являющееся следствием внесения в него экзопродуктов Bifidobacterium и Lactobacillus с антибактериальными свойствами.
Соответственно, при реализации заявляемого способа приготовления кваса характеристика действий, порядок их выполнения и условия осуществления в сравнении со способом-прототипом представляются следующим образом (таблица).
На первом этапе готовят пищевкусовую квасную основу.
6
Для этого в предварительно очищенной воде разводят концентрат квасного сусла до содержания сухих веществ 1,4 г в 100 г сусла. Приготовленное таким образом сусло пастеризуют при 78-80°С в течение 30-35 мин, охлаждают до 28±2°С, после чего вносят в него предварительно приготовленный сахарный сироп с концентрацией 60-65% до количества, предусмотренного рецептурой. Размноженную чистую культуру дрожжей с содержанием 5*10 клеток в 1 мл дрожжевой разводки задают в квасное сусло в количестве 3% от его объема. Сбраживание ведут при 30-35°С в течение 10-12 часов до понижения истинного содержания сухих веществ в сусле на 1 г в 100 мл сбраженного сусла. После окончания брожения квас отделяется от дрожжей путем отстаивания в бродильном чане при 5-7°С и перекачивается в купажный чан.
Параллельно этому на пептическом гидролизате соевого сырья ведут культивирование одного из производственных штаммов Bifidobacterium bifidum и/или Lactobacillus acidophilus.
Для этого первоначально готовят гидролизат соевого белка путем разведения сухого соевого белкового субстрата в дистиллированной воде из расчета 75 г порошка на 1 л воды. Полученную жидкость кипятят в течение 5-10 мин, охлаждают до 38-40°С, доводят рН до 3,0 путем добавления 10,0% раствора HCl (соляной кислоты) и вносят пепсин из расчета 10 г/л, после чего проводят ферментацию (гидролиз) при 37-38°С в течение 4 часов. После завершения ферментации осуществляют обратную коррекцию рН до 4,5 путем добавления 20% раствора NaOH (гидроксид натрия). Полученный гидролизат кипятят в течение15 мин, фильтруют и разводят дистиллированной водой в соотношении 1:1. После нагревания до 80°С субстрат соединяют с расплавленным агаром пищевым до конечной концентрации последнего 0,075% и кипятят в течение 15 минут. После отстаивания в течение 20 мин проводят слив осадка, доводят объем субстрата до первоначального дистиллированной водой и фильтруют механическим способом для освобождения от нерастворенных частиц. Приготовленная гидролизатно-соевая среда стерилизуется при давлении 0,5 МПа (t=+112-115°C) в течение 30 минут с предварительным прогревом текучим паром 30 минут. Значение рН готовой среды устанавливают в диапазоне 7,2-7,4.
В приготовленную описанным методом гидролизатно-соевую среду вносят один из разрешенных к использованию в пищевой промышленности штаммов бифидо- или лактобактерий с доказанными лечебно-профилактическими свойствами (например, Bifidobacterium bifidum и/или Lactobacillus acidophilus) из расчета 5-10% или 1-3% жидкой культуры к объему засеваемой среды соответственно. Проводят культивирование при 37-38°С в течение 24-48 часов (в случае использования бифидобактерий) или 24 часов (в случае использования лактобактерий).
9
10
Данный этап определяет основное отличие предлагаемого технического решения от способа-прототипа, так как получаемый в его результате промежуточный продукт, содержащий живые клетки бифидо- или лактобактерий в титре 10-10 КОЕ/мл, а также продукты их метаболизма, по своим органолептическим свойствам оказывается чрезвычайно близок к квасу, что позволяет вносить его в квасную основу без какой-либо дополнительной переработки или концентрирования и, таким образом, непосредственно перейти к этапу изготовления готового напитка.
8
Соответственно, на завершающем этапе производится изготовление готового напитка путем купажирования квасной основы и выращенной на гидролизатно-соевой среде биомассы пробиотика, последняя из которых добавляется в расчете 10-15% от конечного объема, так чтобы конечное содержание живых клеток бифидо- или лактобактерий составило не менее 10 КОЕ/мл. Квас охлаждают до 4°С и употребляют без последующего брожения.
Полученный по этому варианту принципиально новый продукт не только не утрачивает присущие квасу пищевкусовые особенности, но и обладает всеми лечебно-профилактическими свойствами препаратов пробиотиков, так как содержит не только живые бифидо- или лактобактерии, но и полный спектр продуктов их метаболизма, на долю которых приходится значительная доля их лечебно-профилактического эффекта (в отличие от способа-прототипа).
Кроме того, дополнительным результатом, достигаемым при осуществлении способа, является исключение необходимости химических консервантов, функцию которых выполняют антибактериальные субстанции, продуцированные в среду культивирования бифидо- или лактобактериями.
Возможность получения технического результата при выполнении указанных действий в указанных интервалах значений определяется следующим комплексом причинно-следственных связей:
1. Впервые установлено, что продукт, получаемый при культивировании бифидо- или лактобактерий на гидролизатно-соевой среде (ГСС), имеет органолептические свойства, близкие к квасу, что позволяет вносить его в пищевкусовую основу без дополнительной очистки и концентрирования.
Доказательства этого получены при проведении дегустации с привлечением 60 волонтеров из числа потенциальных потребителей разрабатываемого напитка, которым были предложены его варианты с содержанием бифидо- или лактобактерий на ГСС 1%, 2,5%, 5%, 10% и 25% от конечного объема. При этом по мере увеличения присутствия бактериальной добавки оценка напитка как «сладкого» прогрессивно снижалась, так что переход из зоны «средних» в зону «слабых» значений происходил на расчетном уровне 17,0±2,0% относительного содержания бифидо- или лактобактерий на ГСС. В противоположность этому оценка напитка как «кислого» возрастала с превышением порога «сильнокислый» на расчетном уровне 19±2,2% относительного содержания бифидо- или лактобактерий. На этом фоне оценка по критерию «специфический квасной вкус» хотя и имела некоторую тенденцию к снижению, по сравнению с приведенными выше органолептическими показателями оказывалась более стабильной и не выходила за допустимые границы ни в одной из предложенных купажных рецептур.
На основании полученных данных в качестве верхней границы относительного содержания бифидо- или лактобактерий на ГСС в составе предлагаемого напитка был установлен уровень 15% от окончательного объема, что позволяет сохранить его потребительскую оценку как «кисло-сладкого напитка со специфическим квасным вкусом», соответствующую устоявшемуся представлению о русском квасе.
2. Впервые показано, что добавление в квасную основу добавки бифидо- или лактобактерий на ГСС, содержащей продукты метаболизма данных микроорганизмов, позволяет обеспечить консервацию продукта, эквивалентную уровню, достигаемому с использованием химических консервантов.
Доказательства этого получены при изучении уровня бактерицидности предлагаемых напитков в отношении Escherichia coli K12, используемой в качестве примера санитарно-показательного микроорганизма бактерий кишечной группы. При этом в качестве необходимого и достаточного уровня содержания консервантов в напитке рассматривался таковой в соответствии с ТУ и ТИ ОАО «Живая вода» на квас «Старый русский», достигаемый присутствием в нем 0,0177% бензоата натрия. В частности, консервированный подобным образом квас при 30-минутной экспозиции обеспечивает развитие бактерицидного эффекта в отношении не менее 99% клеток Escherichia coli К 12 и не менее 95% при 16-кратном разведении. На этом фоне анализ бифидо- и лактосодержащих квасных напитков различных купажных рецептур позволил продемонстрировать прямую пропорциональность их бактерицидного потенциала от относительного содержания внесенной добавки. Так, напитки с относительным содержанием бактериальной добавки 1% и 2,5% от конечного объема обеспечивали формирование 95%, а с содержанием 5%, 10% и 25% - более чем 99% бактерицидного эффекта в отношении Escherichia coli К 12. При их же последовательном 2-, 4-, 8-и 16-кратном разведении бактерицидный потенциал прогрессивно утрачивался, сохраняясь на уровне 95% и выше только в напитках с содержанием бифидо- или лактобактерий на ГСС от 10% и более.
Из приведенных соображений в качестве нижней границы относительного содержания бактериальной добавки в составе предлагаемого напитка установлен уровень не менее 10% от окончательного объема, что позволяет при полной замене химических консервантов на антагонистические вещества, накапливающиеся в гидролизатно-соевой среде при культивировании на ней бифидо- или лактобактерий, обеспечить необходимую и достаточную консервацию готового напитка.
9
8
3. Показано также, что при культивировании на гидролизатно-соевой среде достигаемая концентрация бифидо- или лактобактерий составляет не менее 10 КОЕ/мл, что при внесении данного промежуточного продукта в квасной напиток в количестве 10% и более от конечного объема обеспечивает присутствие в нем названных микроорганизмов на уровне не менее 10 КОЕ/мл, регламентируемого в качестве достаточного присутствия пробиотических микроорганизмов в составе продуктов функционального питания [7].
В целом же, резюмируя приведенные выше материалы о сущности заявляемого способа, характеристике действий, порядке их выполнения и условия осуществления, можно констатировать, что заявляемый способ не следует из уровня техники и по этому показателю должен быть оценен как соответствующий критерию «изобретательский уровень». При этом применение технологии культивирования бифидо- и лактобактерий на гидролизатно-соевой среде с их последующим купажированием с полученной по традиционной технологии пищевкусовой квасной основой позволяет получать принципиально новый продукт, обладающий лечебно-профилактическим эффектом и сохраняющий все достоинства русских квасов.
Пример 1. Приготовление кваса с бифидобактериями
В соответствии с Технологической инструкцией ОАО «Живая вода» (Оренбург, Россия) по производству хлебного кваса по ГОСТ 28188-89 путем брожения (ТИ 10-11925600-0007-99) в предварительно очищенной воде разводят концентрат квасного сусла до содержания сухих веществ 1,4 г в 100 г сусла. Приготовленное таким образом сусло пастеризуют при 78-80°С в течение 30-35 мин, охлаждают до 28±2°С, после чего вносят в него предварительно приготовленный сахарный сироп до количества, предусмотренного рецептурой кваса.
Размножают чистую культуру дрожжей до накопления дрожжей 50 млн клеток в 1 мл дрожжевой разводки, которую задают в квасное сусло в количестве 3% от его объема. Сбраживание ведут при 25-30°С в течение 12-16 часов до понижения истинного содержания сухих веществ в сусле на 1 г в 100 мл сбраженного сусла.
После окончания брожения квас отделяют от дрожжей путем отстаивания в бродильном чане при 5-7°С и осторожно, не задевая дрожжевого осадка, перекачивают в купажный чан.
Параллельно этому готовят гидролизат соевого белка путем разведения сухого соевого белкового субстрата в дистиллированной воде из расчета 75 г порошка на 1 л воды. Полученную жидкость кипятят в течение 5-10 мин, охлаждают до 38-40°С, доводят рН до 3,0 путем добавления 10,0% раствора HCl (соляной кислоты) и вносят пепсин из расчета 10 г/л, после чего проводят ферментацию (гидролиз) при 37-38°С в течение 4 часов. После завершения ферментации осуществляют обратную коррекцию рН до 4,5 путем добавления 20% раствора NaOH (гидроксид натрия). Полученный гидролизат кипятят в течение 15 мин, фильтруют и разводят дистиллированной водой в соотношении 1:1. После нагревания до 80°С субстрат соединяют с расплавленным агаром пищевым до конечной концентрации последнего 0,075% и кипятят в течение 15 минут. После отстаивания в течение 20 мин проводят слив осадка, доводят объем субстрата до первоначального дистиллированной водой и фильтруют механическим способом для освобождения от нерастворенных частиц. Приготовленная гидролизатно-соевая среда стерилизуется при давлении 0,5 МПа (t=+112-115°С) в течение 30 минут с предварительным прогревом текучим паром 30 минут. Значение рН готовой среды устанавливают в диапазоне 7,2-7,4.
9
10
В приготовленную описанным методом гидролизатно-соевую среду вносят Bifidobacterium bifidum №1 (источник приобретения - НИИЭМ им. Г.Н.Габричевского) из расчета 5-10% жидкой культуры к объему засеваемой среды и проводят культивирование при 37-38°С в течение 24-48 часов до накопления бактериальных клеток до титра 10-10 КОЕ/мл.
8
На завершающем этапе производится изготовление готового напитка путем смешивания поступившей в купажный чан квасной основы и выращенной на соевой среде биомассы бифидобактерий, последняя из которых добавляется в расчете 10-15% от конечного объема, так чтобы конечное содержание живых клеток бифидобактерий составило не менее 10 КОЕ/мл.
Готовый напиток тщательно перемешивают и охлаждают до 4°С, после чего разливают в емкости, упаковывают и маркируют согласно ГОСТ 28188-89 «Напитки безалкогольные. Общие технические условия». Транспортировка и хранение готового напитка производится при 4±2°С в течение до 30 суток.
Пример 2. Приготовление кваса с лактобактериями
9
10
В приготовленную по примеру 1 гидролизатно-соевую среду вносят Lactobacillus acidophilus № NK-1 (источник приобретения - НИИЭМ им. Г.Н.Габричевского) из расчета 1-3% жидкой культуры к объему засеваемой среды и проводят культивирование при 37-38°С в течение 24 часов до накопления бактериальных клеток до титра 10-10 КОЕ/мл.
8
Полученную биомассу лактобактерий вносят в купажный чан с приготовленной по примеру 1 квасной основой в количестве 10-15% от конечного объема, так чтобы содержание живых клеток лактобактерий в готовом напитке составило не менее 10 КОЕ/мл.
Готовый напиток перемешивают, охлаждают до 4±2°С и употребляют без последующего брожения.
Источники информации
1. Квас на любой вкус. Н-Новгород, 1991, 13 с.
2. Кощеев А.К. Русский квас и другие напитки. Пермь, 1983, 190 с.
3. Технологическая инструкция по производству хлебного кваса по ГОСТ 28188-89 путем брожения (ТИ 10-11925600-0007-99).
4. Патент SU №1738838. Способ производства кваса (авторы: Прибыльский В.Л. и др.), опубл. 07.06.92. Бюл. 21.
5. Патент RU №2061392. Способ приготовления кваса (авторы: Шендеров Б.А., Манвелова М.А., Степанчук Ю.Б.), опубл. 07.07.1993.
6. Шендеров Б.А. Медицинская микробная экология и функциональное питание, Москва, 1998. - 285 с.
7. СанПиН 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов».
Сравнительная характеристика действий, порядка их выполнения и условий осуществления при приготовлении кваса с использованием заявляемого способа и способа-прототипа
Сравниваемые характеристики
Способ - прототип
Заявляемый способ
I этап - создание пищевкусовой квасной основы
Среда культивирования
Квасное сусло на основе растительного сырья, сахарный сироп
То же
Закваска
Чистая культура дрожжей
То же
Условия брожения
30-35°С
То же
Время брожения
10-12 часов
То же
II этап - получение добавки на основе бифидо- или лактобактерий
Среда для культивирования
Среда на основе животного (молочного) белка
Среда на основе пептического гидролизата соевого белка
Используемые штаммы
Bifidobacterium longum ЦМПМ В-2000, и/или Bifidobacterium bifidum ЦМПМ В-3300. и/или Bifidobacterium bifidum ЦМПМВ-3190 (в монокультуре или в смеси)
Монокультуры производственных штаммов бифидо- и лактобактерий, разрешенные к использованию в пищевой промышленности
Условия культивирования
37-38°С
То же
Время культивирования
24-48 часов
То же
Отделение биомассы от среды культивирования с созданием «концентрата» бифидо- или лактобактерий
+
Не требуется
III этап - создание готового напитка путем купажирования пищевкусовой квасной основы и добавки на основе бифидо- или лактобактерий
Относительный объем вносимой добавки на основе бифидо- или лактобактерий
Около 1%
10-15%
Достигаемая итоговая концентрация бифидо- или лактобактерий в 1 мл напитка
Не менее 10<sup>8</sup> КОЕ
То же
Внесение химических консервантов
Нет данных
Не требуется