Исследование процесса ферментации обогащенного вторичного молочного сырья пробиотическими культурами

Научный журнал КубГАУ, №107(03), 2015 года

1

УДК 637.164

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФЕРМЕНТАЦИИ ОБОГАЩЕННОГО ВТОРИЧНОГО МОЛОЧНОГО СЫРЬЯ ПРОБИОТИЧЕСКИМИ КУЛЬТУРАМИ

Асланова Марина Назировна аспирант

Евдокимов Иван Алексеевич

д.т.н., профессор, проректор по научной работе

Куликова Ирина Кирилловна к.т.н., доцент

Агирбова Алёна Романовна аспирант

Северо-Кавказский федеральный университет, г. Ставрополь, Россия

В статье представлены результаты исследования процесса ферментации обогащенного вторичного молочного сырья комплексными пробиотическими культурами

Ключевые слова: ОБЕЗЖИРЕННОЕ МОЛОКО, ПЕРМЕАТ, ЛАКТОЗА, МИКРОПАРТИКУЛЯЦИОННЫЙ СЫВОРОТОЧНЫЙ БЕЛОК, ПРОБИОТИЧЕСКИЕ МИКРООРГАНИЗМЫ

UDC 637.164

RESEARCH OF ENRICHED SECONDARY MILK FERMENTATION WITH COMPLEX PROBIOTIC CULTURES

Aslanova Marina Nazirovna postgraduate student

Evdokimov Ivan Alekseevich

Dr.Sci.Tech., professor, vice-rector of scientific work

Kulikova Irina Kirillovna Cand.Tech.Sci., associate professor

Agirbova Alyona Romanovna postgraduate student

North Caucasus Federal University, Stavropol, Russia

The article presents the results of enriched secondary milk fermentation by complex probiotic cultures

Keywords: SKIMMED MILK, PERMEAT, LACTOSE, MICROPARTICULATED WHEY PROTEIN, PROBIOTIC MICROORGANIZMS

Молоко и молочные продукты традиционно играют значимую роль в питании человека. Повышение эффективности промышленной

переработки молока, рациональное использование всех его компонентов -является одной из основных задач отрасли. В связи с этим особый интерес представляет вовлечение в технологический цикл предприятий вторичных сырьевых ресурсов, в частности продуктов мембранной обработки молочного сырья, как основных источников биологически полноценных белков[1].

Сущность мембранных технологий основана на гетерогенности вторичного молочного сырья с четко выраженной селективностью компонентов по молекулярной массе, размерам и ионной силе. Мембранные методы делят на гиперфильтрацию или баромембранные

http://ej.kubagro.ru/2015/03/pdf/76.pdf

Научный журнал КубГАУ, №107(03), 2015 года

2

методы (микрофильтрацию, ультрафильтрацию, нанофильтрацию,

обратный осмос) (табл.1). Гиперфильтрация - физический способ разделения раствором через полупроницаемую перегородку - мембрану с размером пор от 1нм до 1000 нм (0,001-1мкм).

Таблица 1. Баромембранные методы разделения.

Процесс Размер задерживаемых частиц, мкм Рабочее давление, МПа Выделяемые вещества

Микрофильтрация 0,05-10 0,1-0,8 Клетки бактерий, жировые шарики, фракции казеина

Ультрафильтрация 0,005-0,1 0,4-1,3 Сывороточные белки, небелковые азотистые соединения

Нанофильтрация 0,001-0,005 0,7-4,0 Лактоза, небелковые азотистые соединения, частично минеральные вещества

Обратный осмос Менее 0,001 2,7-7,0 Минеральные вещества

Как дополнительный способ повышения качества вторичного молочного сырья используют электродиализ. При электродиализе посредствам селективной ионитовой мембраны, находящейся в контакте с раствором, под действием электрического поля происходит прохождение ионов одного заряда и препятствие прохождение противоположно заряженных ионов (способ деминерализации молочной сыворотки) [2]. В результате понижается зольность, регулируется кислотность, как следствие повышается качество сырья, расширяется возможность его переработки. Использование мембранных технологий имеет ряд преимуществ:

-в значительной степени увеличивает рентабельность и реализует замкнутый цикл производства;

-исключает необходимость привлечения дополнительных сырьевых источников;

http://ej.kubagro.ru/2015/03/pdf/76.pdf

Научный журнал КубГАУ, №107(03), 2015 года

3

На сегодняшний день наиболее рациональным является добавление составных компонентов вторичного сырья, полученных путем мембранной обработки.

Одним из направлений может стать создание новых видов продуктов комплексного назначения на основе вторичного молочного сырья, а в частности - обезжиренного молока, молочной сыворотки, компонентов молочной сыворотки ипермеата, обогащенных пробиотическими микроорганизмами [1, 2].

Пробиотики- это непатогенные для человека (или животного) бактерии или другие микроорганизмы, обладающие антагонистической активностью в отношении патогенных и условно патогенных микроорганизмов и обеспечивающие восстановление нормальной микрофлоры человека или выполняющие другие полезные для человека (или животного) функции. Другими словами, это живые непатогенные микроорганизмы (или содержащие их средства), которые при применении в адекватных количествах восстанавливают микробиоценозы (нормализуют микрофлору кишечника) и создают оздоровительный эффект для организма человека [3].

Многофункциональные свойства пробиотиков широко используются в профилактике и лечении различных заболеваний. Их благоприятное влияние на здоровье человека проявляется разноплановым положительным эффектом, звенья механизма которого в целом характеризуются как пробиотическое воздействие.

Чаще в качестве микроорганизмов-пробионтов, вводимых в состав пробиотических продуктов, используют молочнокислые и бифидобактерии, реже - пропионовокислые бактерии, энтерококки, дрожжи, бациллы и др (табл. 2).

http://ej.kubagro.ru/2015/03/pdf/76.pdf

Научный журнал КубГАУ, №107(03), 2015 года

4

Таблица 2. Наиболее часто применяемые в пробиотических продуктах

микоорганизмы

Лактобактерии L. acidophilus, L. bulgaricus, L. casei, L. rhamnosus, L. brevis, L. celloblosus, L. fermentum, L. plantarum

Бифидобактерии B. bifidum, B. infantis, B. breve, B. adolescentis, B. longum, B. animals, B. thermophilum

Г раммположительные кокки Streptococcus salivarius, Str. Thermophilus, Str. Diacetylactis, Enterococcus faecium, Lactococcuslactis sp. Cremoris

Дрожжи Saccharomyces boulardii, S. Cerevisiae

Анализ литературных данных показал, что в настоящее время точно не определены рекомендации по применению пробиотических культур в технологии функциональных продуктов на основе вторичного молочного сырья [3, 4, 5]. Однако, накоплен значительный теоретический и практический опыт вовлечение молочной сыворотки в структурированные молочные продукты, опираясь на который, можно разработать линейку новых продуктов функционального назначения.

Таким образом, целью работы стало исследование процесса ферментации серийно-выпускаемых лакто- и бифидобактерий, с заявленными производителем пробиотическими свойствами, в

обогащенном молочном сырье.

В качестве объектов исследования были выбраны:

1. Молочныйпермеат, полученный из обезжиренного молока методом ультрафильтрации;

2. Молочный изомеризованный пермеат;

3. Сгущенный изомеризованный пермеат;

4. Обезжиренное молоко, обогащенное микропартикуляционным сывороточным белком (МПСБ);

5. Лиофилизированная концентрированная заквасочная культура

LATPBAC (в состав закваски входят Lactobacillusacidophilus, Bifidobacteriumbifidum, Bifidobacteriuminfantis,

http://ej.kubagro.ru/2015/03/pdf/76.pdf

Научный журнал КубГАУ, №107(03), 2015 года

5

Bifidobacteriumlongum) производство ООД «Лактина» «Ekokom», Болгария;

6. Лиофилизированная концентрированная заквасочная культура

бифидобактерий yogurtcultures (Str.Thermophilus, Lactobacillus acidophilus, Bifidobacteriumlactis, Lactobacillus delbrueckii подвид lactis), производство DANISCO;

7. Лиофилизированная концентрированная заквасочная культура «Бифилайф Форте» КБФ (Bifidobacteriumlongum, Bifidobacteriumbifidum, Bifidobacteriumadolescentis, Bifidobacteriumbreve, Bifidobacteriuminfantis) производство ЗАО «Экополис»;

8. Лиофилизированная концентрированная заквасочная культура

LAT BY BT 1 (Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueskii subsp. bulgaricus) производство ООД «Лактина» «Ekokom», Болгария

9. Лиофилизированная концентрированная заквасочная культура

«AiBi» серияLbS 22.11(Ф) (Streptococcusthermophiles,

Lactobacilluscasei) производствоООО «Зеленые линии», г. Красногорск.

В ходе эксперимента использовали следующие приборы и оборудование: термометр лабораторный, биологический микроскоп

«Биолам», термостат лабораторный «ТС-1/80 СПУ», изготовленный по ТУ-9452-002-001414798-97.

Исследования проводили по типовым и общепринятым методикам []. Для реализации эксперимента использовали смеси на основе вторичного молочного сырья, которые ферментировали серийно выпускаемыми пробиотическими микроорганизмами (таблица 3).

Образец №1 - представляет собой натуральный пермеат,

полученный из обезжиренного молока посредствам ультрафильтрации (УФ), массовой долей сухих веществ (5,0-5,5%). Деминерализация

http://ej.kubagro.ru/2015/03/pdf/76.pdf

Научный журнал КубГАУ, №107(03), 2015 года

6

пермеата проводилась путем электродиализа, что способствовало уменьшению содержания солей и улучшению органолептических показателей.

Образец №2 - молочный пермеат, массовой долей сухих веществ (5,0-5,5%) , в котором проводилась изомеризация лактозы едким натром (NaOH) при температуре (70-80) °С в течение (20-40) минут[6].

Таблица 3. Образцы смесей, используемых для эксперимента и наименование

серийно-выпускаемых заквасок, участвующих в процессе ферментации смесей.

№ образца Наименование вторичного сырья Используемые серийно-выпускаемые закваски

Образец №1 Натуральный пермеат Лактина LATPBAC; ЗАО «Экополис» «Бифилайф Форте» КБФ; DANISCO yogurt cultures

Образец №2 Пермеатизомеризованный Лактина LATPBAC; ЗАО «Экополис» «Бифилайф Форте» КБФ; DANISCO yogurt cultures

Образец №3 Пермеат сгущенный изомеризованный Лактина LATPBAC; ЗАО «Экополис» «Бифилайф Форте» КБФ; DANISCO yogurt cultures

Образец №4 Обезжиренное молоко +микропартикулят сывороточных белков Лактина LATBYBT 1; Зеленые линии «AiBi» серия LbS 22.11

Образец №3 -сгущенный изомеризованный пермеат, массовой доли сухих веществ (18-20%). Процесс сгущения проводился на ротационном испарители, предназначенном для проведения работ, связанных с быстрым удалением растворителей путем пленочного испарения при нормальном или заниженном давлении и контролируемой температуре [6]. Изомеризация лактозы проводилась аналогично предыдущему образцу.

Образец №4 - обезжиренное молоко с добавлением МПСБ в количестве (3±0,1) %.В основе технологии получения МПСБ лежит технология получения КСБ (рис 1). В качестве сырья для получения МПСБ

http://ej.kubagro.ru/2015/03/pdf/76.pdf

Научный журнал КубГАУ, №107(03), 2015 года

7

используют сладкую подсырную сыворотку. Ее отделяют от сырной массы, сепарируют, удаляя избыточный жир, и пастеризуют. Для концентрирования белка сыворотку подвергают ультрафильтрации (УФ) при давлении (0,5 - 1) МПа. В ходе УФ удаляется некоторая часть лактозы и минеральных веществ, что в дальнейшем влияет на процесс агрегации сывороточных белков, т.к. известно, что лактоза препятствует этому процессу.

Рисунок 1- Схема получения сухого микропартикулятГ сывороточных белков

Полученный концентрат нагревают до (80-95) °С, при этом происходит денатурация сывороточных белковых, за счет дополнительного механического воздействия, и их агрегация.Далее концентрат сгущается путем выпаривания с минимально возможной коагуляцией белка, увеличивается содержание сухих веществ до уровня, который позволит успешно провести формирование микрочастиц. При включении в процесс стадии сушки раствор с частицами МПСБ может быть высушен для более удобной транспортировки и хранения.

http://ej.kubagro.ru/2015/03/pdf/76.pdf

Научный журнал КубГАУ, №107(03), 2015 года

8

Процесс микропартикуляции КСБ позволяет получить микрочастицы правильной сферической формы и средним диаметром от 0.5 до 1,5 мкм. Частицы МПСБ при этом функционируют как эмульгированные жировые шарики, придавая продуктам «сливочный» вкус и эластичную текстуру. Использование МПСБ обосновано повышением биологической ценности продукта, кроме того, он проявляет пребиотическую активность, стимулируя рост лактобактерий [7, 8, 9].

Сквашивание образцов №1-3 проводили культурами, содержащими бифидобактериями (табл.1) при температуре (37±1) °С в течение 24 ч. Сквашивание образа №4, проводили культурами,

содержащимипробиотическиелактобактерии(табл.1) при температуре

(37±1) °С в течение (6-8) ч.

Эффективность роста пробиотических микроорганизмов изучали в образцах после культивирования методом предельных разведений. Количественный учет бифидобактерий образцов №1, 2, 3 осуществляли на кукурузно-лактозной среде ГМК-1, согласно ГОСТ Р 51331. Количественный учет молочнокислых микроорганизмов образца №4 - на обезжиренном молоке, согласно ГОСТ 10444.11. Результаты исследований приведены в таблице 3.

При культивировании на ГМК-1 наблюдалось появление большого количества гранулированных форм, которые можно принять за кокки. Следствием такого изменения являлось наличие полноценного источника питания, высокое содержание сухих веществ в особенности в сгущенном изомеризованном пермеате (образец №3). Обнаружены клетки бифидобактерий V- и Y-формы, под микроскопом так же видны палочки бифидобактерии. Сплошной рост бифидобактерий наблюдался в изомеризованном сгущенном пермеате с биомассой бифидобактерий производства ООД «Лактина» 2*109КОЕ/г (образец №3).

http://ej.kubagro.ru/2015/03/pdf/76.pdf

Научный журнал КубГАУ, №107(03), 2015 года

9

Таблица 3 -Результаты количественного учета образцов с пробиотическими

культурами лакто- и бифидобактерий.

Наименование закваски пробиотических микроор ганизмов. Количество клеток пробиотических культур в образце КОЕ/г

Образец №1 Образец №2 Образец №3 Образец №4

1 2 3 4 5

DANISCO yogurt cultures 2,1*106 8,1*107 5,3*108 -

ЗАО «Экополис» «Бифилайф Форте» КБФ; 4,2*106 3,5*108 35,2*108

ЛактинаLATPBAC; 12,2* 107 7,4*108 2,1*109 -

«AiBi» серия LbS 22.11(Ф) ООО «Зеленые линии». 5,8*108

LAT BY BT ООД «Лактина» - - - 9,4*108

Благодаря высокому содержанию в молочном пермеате лактозы, происходит активный рост бифидобактерий. Наибольшей степенью роста при культивировании бифидобактерий отличались изомеризованный пермеат и сгущенный изомеризованный пермеат, по сравнению с образом натурального молочного пермеат.

В образце №4 с МПСБ так же наблюдается высокий рост пробиотических лактобактерий, что связано с увеличением углеводного питания для развития микроорганизмом. Таким образом, МПСБ выступает как активатор роста лактобактерий, проявляя пребиотическую активность.

Таким образом, вторичное молочное сырье является благоприятной средой для развития пробиотических лактобактерий, бифидобактерий и хорошей основой для продуктов функционального и лечебнопрофилактического питания.

Список используемой литературы:

1. Гаврилов, Б.Г. Функциональные ингредиенты и пищевые продукты из молочной сыворотки [Текст] / Б.Г. Гаврилов // Материалы межд. Симп. «Лактоза и ее

http://ej.kubagro.ru/2015/03/pdf/76.pdf

Научный журнал КубГАУ, №107(03), 2015 года

10

производные» и региональной конференции «Кисломолочные продукты - технологии и питание». М. 2007. - с. 38-39

2. Храмцов А.Г. Белковые продукты из молочной сыворотки // Переработка молока. 2011.-№1.- С.18-21

3. Ганина, В.И. Пробиотики. Назначение, свойства и основы биотехнологии [Текст] / В.И. Ганина. - М.:МГУПБ, 2001. - 169 с.

4. Hekmat, S. Survival of Lactobacillus acidophilus and Bifidobacteriumbifidum in ice cream for use as probiotic food // S. Hekmat, DJ. McMahon // Journal Dairy Science 2002. - 75(6). - P. 1415-1422

5. Charalampopoulos, D. Growth studies of potentionally probiotic lactis acid bacteria in cereal-based substrates / D. Charalampopoulos, S.S. Pandiella, C. Webb // Journal of applied microbiolgy. - 2002. - 92. - P.851-859

6. Рябцева, С.А. Технология лактулозы [Текст] / С.А. Рябцева. - М.:

ДеЛиПринт, 2003. - 232 с.

7. Пономарев А. Н. Микропартикулированные сывороточные белки в технологии симбиотических продуктов / А.Н. Пономарев, Н.А. Подгорный, Е.И. Мельникова, А.Н. Лосев // Молочная промышленность. 2013. № 7.- С.62-63.

8. John Tobin, Sinead Fitzsimons, Alan L Kelly, Philip Kelly Mark Auty, Mark Fenelon Microparticulation of mixtures of whey protein and inulin // International Journal of Dairy Technology. - February 2010

9. Евдокимов И.А., Володин Д.Н., Золотарева М.С., Михнева В.А. Технология низкожирной сметаны // Молочная промышленность.2010.-№1.-С.26

10. MudithaDissanayake, Alan L. Kelly and TodorVasiljevic Gelling Properties of Microparticulated Whey Proteins // J. Agric. Food Chem., 2010, 58 (11), pp 6825-6832.

References

1. Gavrilov, B.G. Funkcional'nye ingredienty i pishhevye produkty iz molochnoj syvorotki [Tekst] / B.G. Gavrilov // Materialy mezhd. Simp. «Laktoza i ee proizvodnye» i regional'noj konferencii «Kislomolochnye produkty - tehnologii i pitanie». M. 2007. - s. 3839

2. Hramcov A.G. Belkovye produkty iz molochnoj syvorotki // Pererabotka moloka. 2011.-№1.- S.18-21

3. Ganina, V.I. Probiotiki. Naznachenie, svojstva i osnovy biotehnologii [Tekst] / V.I. Ganina. - M.:MGUPB, 2001. - 169 s.

4. Hekmat, S. Survival of Lactobacillus acidophilus and Bifidobacteriumbifidum in ice cream for use as probiotic food // S. Hekmat, DJ. McMahon // Journal Dairy Science

2002. - 75(6). - P. 1415-1422

5. Charalampopoulos, D. Growth studies of potentionally probiotic lactis acid bacteria in cereal-based substrates / D. Charalampopoulos, S.S. Pandiella, C. Webb // Journal of applied microbiolgy. - 2002. - 92. - P.851-859

6. Rjabceva, S.A. Tehnologija laktulozy [Tekst] / S.A. Rjabceva. - M.: DeLiPrint,

2003. - 232 s.

7. Ponomarev A.N. Mikropartikulirovannye syvorotochnye belki v tehnologii simbioticheskih produktov / A.N. Ponomarev, N.A. Podgornyj, E.I. Mel'nikova, A.N. Losev // Molochnaja promyshlennost'. 2013. № 7.- S.62-63.

8. John Tobin, Sinead Fitzsimons, Alan L Kelly, Philip Kelly Mark Auty, Mark Fenelon Microparticulation of mixtures of whey protein and inulin // International Journal of Dairy Technology. - February 2010

http://ej.kubagro.ru/2015/03/pdf/76.pdf

Научный журнал КубГАУ, №107(03), 2015 года

11

9. Evdokimov I.A., Volodin D.N., Zolotareva M.S., Mihneva V.A. Tehnologija nizkozhirnoj smetany // Molochnaja promyshlennost'.2010.-№1.-S.26

10. MudithaDissanayake, Alan L. Kelly and TodorVasiljevic Gelling Properties of Microparticulated Whey Proteins // J. Agric. Food Chem., 2010, 58 (11), pp 6825-6832.

http://ej.kubagro.ru/2015/03/pdf/76.pdf