Скрининг новых молочнокислых бактерий для дальнейшего использования в производстве маложирного йогурта

УДК 664

Е. В. Никитина, А. И. Вафина, А. Р. Каюмов СКРИНИНГ НОВЫХ МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ ДЛЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

В ПРОИЗВОДСТВЕ МАЛОЖИРНОГО ЙОГУРТА

Ключевые слова: молочнокислые бактерии, маложирное молоко, физико-химические свойства, кисломолочный продукт.

Новые изоляты молочнокислых бактерий рода Lactobacillus, выделенные из силоса, проявили высокую активность сквашивания молока. Все изоляты при внесении в концентрации 2 % сквашивали молоко до рН=4 за время сравнимое с йогуртовой культурой, в среднем 5-6 ч. Выявлено, что исследуемые изоляты образуют молочное зерно с разными свойствами, что определяет их возможное использование в технологиях производства различных молочных продуктов: молочных напитков или творога и сыра.

Keywords: lactic acid bacteria, low-fat milk, physico-chemical properties, a fermented milk product.

New strains of lactic acid bacteria of the Lactobacillus genus, isolated from silage showed high activity offermenting milk. All strains when incorporated in a concentration of 2% acidified of milk to pH = 4 for a time comparable yoghurt culture, on average 5-6 hours. It was found that the investigated strains produced milk grain with different properties that determine their possible use in the production of a variety ofproducts: milk drinks or cottage cheese and cheese.

Введение

Молоко является одним из наиболее ценных пищевых продуктов животного происхождения, обеспечивая наиболее полным набором необходимых питательных веществ для человека, в сравнении с другими пищевыми продуктами. Оно содержит молочный жир, молочный белок, лактозу и другие эссенциальные витамины и минералы. Из-за его почти полного по содержанию питательных веществ состава, его уникальному легкодоступному белку, молоко считается лучшим источником питания животного происхождения. Таким образом, производство в достаточном количестве цельного молока (жидкого или сухого) и молочных продуктов (масла, йогуртов, сливок и др.) для потребителей имеет жизненно важное значение в обеспечении полноценного рациона. Эффективное и широкое использование молока стало возможным благодаря улучшению качества и типов переработки молока.

Йогурт - это ферментированный продукт, произведенный из свежего молока и/или восстановленного молока с использованием бактерий Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus и Streptococcus thermophilus и/или без каких-либо дополнительных пищевых ингредиентов и пищевых добавок, разрешенных для использования в пищевой промышленности [1]. Йогурт является молочным продуктом, потребляемым во всем мире, поэтому он уже давно признан продуктом с большим количеством положительных эффектов для потребителей, большинство потребителей считают йогурт "здоровым питанием" [2]. Йогурт производится по традиционной технологии, суть которой сводится к добавлению закваски для культивирования сквашиваемого молока и получения продукта через несколько часов. Сквашенное таким образом молоко имеет большие сроки хранения, чем сырое молоко, поэтому этот процесс полезен для хранения молока [3]. В последние десятилетия потребление йогурта значительно возросло, предположительно, из-за его доказанной пользы для здоровья [4, 11].

В течение последних нескольких десятилетий в большинстве стран начали широко использовать маложирные или обезжиренные молочные ингредиенты, такие как обезжиренное молоко, снятое цельное молоко, пахту и/или сыворотки для изготовления йогуртной продукции. По мере того как популярность йогуртных продуктов продолжает расти, производители постоянно исследуют пути улучшения технологии, повышения качества продукта. Ведется поиск новых добавляющие ценность органических ингредиентов, таких как пробиотики и различные виды зерновых культур, функциональных добавок. Все это приводит к получению продукта известного как био-йогурт, который включает в себя дополнительные свойства и преимущества от нормальных типов йогуртов. К числу таких продуктов можно отнести продукты с пониженным содержанием жира. Производство йогурта с низким содержанием жира имеет ряд преимуществ для здоровья потребителей [5]. Именно маложирный йогурт становится продуктом-носителем пробиотических

микроорганизмов, с помощью которых потребители могут получать в больших количествах пробиотические бактерии для терапевтического эффекта, при этом не поступает излишний жир животного происхождения. Двойной эффект низкого содержания жира и высокого количества пробиотических бактерий в йогурте улучшает его функциональность, и, вследствие чего, здоровье человека.

Целью настоящей работы было провести исследование способности сквашивать

маложирное молоко новыми изолятами молочнокислых бактерий и оценить их перспективу использования в

молокоперерабатывающей индустрии.

Материалы и методы исследования

В качестве объекта исследования выступало молоко коровье пастеризованное (ГОСТ 314502013), которое потом подвергали

центрифугированию при 3000 g, после чего доводили жирность до 1,8 %. Физико-химические свойства используемого молока представлены в таблице 1.

Физико-химические свойства измеряли на анализаторе качества молока "Клевер-2М", по рекомендованному производителем методу.

Таблица 1 - Физико-химические свойства

Микроорганизмы

Для йогуртовой закваски использовали штаммы Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus штамм 51 (выделен из препарата Гастрофарм) и Bifidobacterium BB-12™, Streptococcus thermophilus TH-4 (выделены из препарата Бифиформ Бэби), смешивали препараты в равных количествах.

Экспериментальные изоляты были предоставлены Каюмовым А.Р., к.б.н., доцентом кафедры генетики Казанского федерального университета (Казань, РФ), выделены из силоса и идентифицированы до рода Lactobacillus sp. Были использованы следующие изоляты: Lactobacillus sp. AG1, Lactobacillus sp. AG 8, Lactobacillus sp. AG 9, Lactobacillus sp. AG 10, Lactobacillus sp. AG 15, Lactobacillus sp. AG 16. Изоляты культивировали на MRS агаре при 37 оС.

Получение кисломолочного продукта

Для изготовления готового продукта получали ночную культуру каждого из изолятов, которые выращивали на маложирном молоке при 37 оС , в течение 16 ч, это называли стартовой культурой.

Для готового продукта брали пастеризованное молоко, предварительно выдержанное при 37 оС в течение 30 мин. Вносили стартовую культуру экспериментальных изолятов или йогуртовой закваски в количестве 2% по объему молока. Молоко с закваской термостатировали при 37 оС до достижения у продукта рН не менее 4. Измерение рН осуществляли рН-метром через каждый час.

После чего проводили анализ качественных характеристик.

Анализ белка, жира, лактозы, плотность и сухие вещества осуществляли на Фурье-спектрометр инфракрасный "ИнфраЛЮМ" ФТ-12 (РФ) с соответствующим программным обеспечением и калибровочными данными по продукту «йогурт».

Анализ титруемой кислотности осуществляли согласно ГОСТ 3624-92 «Молоко и молочные продукты. Титриметрические методы определения кислотности».

Анализ влагоудерживающей способности (ВУС) и синерезис сквашенного молока. Образцы сквашенного молока (около 20 г) (Y) после охлаждения до +4 оС через 24 ч хранения после готовности центрифугировали в течение 10 мин при скорости 4000

оборотов в минуту при +20 °С. Выделившуюся сыворотку (W) удаляли и взвешивали. ВУС сквашенного молока рассчитывается по формуле: ВУС = (Y - W) / Y х 100% [6].

Синерезис измеряли после охлаждения образцов до +4 оС через 24 ч хранения после готовности. Образцы сквашенного молока (около 20 г) (Y) после охлаждения до +4 оС центрифугировали в течение 5 мин при скорости 500 оборотов в минуту при +20 °С. Выделившуюся сыворотку (W) удаляли и взвешивали. Синерезис сквашенного молока рассчитывается по формуле: Син = (Y - W) / Y. Результаты представляли в г воды/г продукта.

Для микроскопирования использовали готовый кисло-молочный продукт после 24 ч хранения при +5 оС. Препараты дополнительно окрашивали метиленовой синью, готовили препарат по методу «раздавленная капля». Немедленно после окрашивания просматривали под световым микроскопом Axio Imager в комплекте с видео камерой. Для просмотра использовали увеличение в 400 раз.

Результаты исследований

Способность сквашивать молоко новыми изолятами молочнокислых бактерий проверяли по физико-химическим и функционально-технологическим показателям конечного продукта сквашивания. В таблице 2 представлены результаты проведенных исследований по определению физико-химических показателей полученного кисломолочного продукта.

Таблица 2 - Физико-химические свойства полученного кисломолочного продукта

Выявлено, что количество белка в сквашенном молочном продукте увеличилось во всех вариантах по сравнению с исходным молоком (табл. 1). Это можно объяснить приростом биомассы микроорганизмов, а также объёмно-плотными отношениями. Наибольшее количество белка было в образце с классической йогуртовой закваской, что может быть следствием более активного роста и размножения болгарской палочки и термофильного стрептококка.

маложирного молока

Показатель Значение

Белок, % 3,52

Жир, % 1,8

Лактоза, % 4,60

Плотность, г/см3 1032

Сухие вещества, % 10,63

рН, ед. 6,67

Кислотность, %Т 14

Вариант опыта (используемые изоляты) Показатель

Белок, % Жир, % Лактоза, % Плотность, г/см3 Сухие вещества, %

AG1 3,739 0,849 0,010 1031 8,950

AG8 3,836 0,260 0,375 1032 10,232

AG9 3,863 1,660 0,160 1032 10,050

AG10 3,867 1,562 0,274 1032 10,032

AG15 3,925 0,340 0,118 1031 10,588

AG16 3,846 0,848 0,612 1031 10,717

Йогурт 4,018 1,650 0,178 1031 10,801

Из экспериментальных изолятов максимальное значение этого показателя принадлежит продукту, полученного с использованием Lactobacillus sp. AG15. Необходимо отметить, что во всех исследуемых образцах концентрация белка была в пределах нормы, нормируемых ГОСТом для кисломолочных продуктов.

Количество лактозы в кисломолочном продукте ожидаемо уменьшилось по сравнению с исходным молоком. Наименьшее количество лактозы выявлено в случае использования изолята AG1, количество лактозы на уровне йогурта выявлено в экспериментальных продуктах, сброженных изолятами AG9 и AG15. В кисломолочном продукте с AG16 выявлено самое высокое количество лактозы. Лактоза является субстратом для молочнокислого брожения, поэтому его интенсивное уменьшение свидетельствует об активном метаболизме бактерий.

Интересным является тот факт, что в случае использования изолятов AG8 и AG15, сильно уменьшилось количество молочного жира, что свидетельствует о высокой липолитической активности этих изолятов. Йогуртовая закваска не обладала такой активной липазой. Наименьшая липолитическая активность выявлена в случае использования лактобацилл AG9 и AG10.

Содержание в йогурте сухих веществ также имеет значение. Их увеличение, особенно в пропорции к казеину и сывороточным белкам, приводит к формированию более плотного сгустка, что препятствует отделению сыворотки. Исследуемые образцы обладали схожим с йогуртом количеством сухих веществ, однако продукт, полученный с использованием Lactobacillus sp. AG1 характеризуется самым низким значением (8,95 %).

Развитие молочнокислых бактерий в исследуемых продуктах сопровождается накоплением органических кислот в среде культивирования. Изучена кислотообразующая активность изолятов при культивировании в течение 6 часов.

Исследуемые образцы значительно отличаются по активности ацидогенеза. Наибольшая

кислотообразующая активность обнаружена у продукта, полученного с использованием Lactobacillus sp. AG10, его максимальное значение титруемой кислотности составляет 133 % Т. Также хорошими кислотообразователями являются опытные изоляты Lactobacillus sp. AG8 и AG9, 120% Т и 117 % Т, соответственно (рис.1). Полученные значения кислотности соответствуют нормируемым

требованиям.

Важным показателем качества молочного сырья с позиции технологии его переработки и хранения является величина pH, так как деятельность ферментов и бактерий связана с кислотностью. В целом полученные значения pH имели в пределах нормы (4,13,7) для кисломолочных продуктов.

Учитывая, что синерезис является одним из показателей реологических свойств кисло-молочных продуктов, определяющий прочность сгустка, а, следовательно, их потребительские свойства, его исследование имеет важное практическое значение. Наименьшая степень синерезиса молочного сгустка выявлена у продукта, полученного с использованием

Lactobacillus sp. AG1, она составляет 3,7 г воды/10 г продукта, возможно, это обусловлено низким содержанием сухих веществ в этом образце (8,950 %), так как уменьшение их содержания способствует отделению сыворотки.

Рис. 1 - Влияние изолята микроорганизма на рН и кислотность молочно-кислого продукта, изготовленного из маложирного молока

Однако следует отметить, что кисло-молочный образец, полученный с использованием Lactobacillus sp. AG10 также характеризуется низким значением синерезиса 4 г воды/10 г продукта. Принимая во внимание тот факт, что синерезис является нежелательным показателем при производстве кисломолочного продукта, более подходящими с целью дальнейшего использования можно назвать изоляты

Lactobacillus sp. AG1 и Lactobacillus sp. AG10.

Влагоудерживающая способность относится к значимым показателям качества молочного сырья, характеризующим способность белкового матрикса удерживать влагу или абсорбировать добавленную воду при внешних воздействиях, таких как термообработка, центрифугирование и прессование.

ВУС -Синерезис

Рис. 2 - Влияние изолята микроорганизма на ВУС и синерезис молочно-кислого продукта, изготовленного из маложирного молока

Вода может быть химически связана с белком, удерживаться за счет капиллярных сил или быть физически заключенной внутри белковой структуры. На изменение ВУС продукта влияет

целый ряд факторов: температура, до которой нагревается продукт, длительность выдержки при этой температуре, способ тепловой обработки, скорость нагрева, величина pH сырья. Максимальное значение ВУС составило 36 % у образца, полученного с использованием Lactobacillus sp. AG10, что на 2 % меньше, чем у йогурта. Остальные опытные образцы характеризуются схожими значениями ВУС (33-34 %).

Обсуждение

Йогурт является одним из популярных кисломолочных продуктов, имеющих различные названия и формы [7,8]. Это смесь молока (цельного, с низким содержанием жира или обезжиренного) и культур молочнокислых бактерий, ферментирующих молоко.

Новые выделенные образцы молочнокислых бактерий в случае использования маложирного молока обладают высокой ацидогенной активностью, которая превышает классическую йогуртовую культуру в случае изолятов AG1 и AG15. У изолята AG1 и AG10 наблюдается низкая степень синерезиса, что является положительным и определяет стойкость молочного сгустка без высоких механических воздействий. Однако, молочный сгусток, получаемый при сквашивании с AG1, имеет низкий уровень ВУС, сравнимый с большинством изолятов, тогда как AG10 продуцирует сгусток сравнимый по ВУС с йогуртовой культурой.

Изолят AG1 обладает высокой липолитической и протеолитической активностью, что с точки зрения получения кисломолочного напитка является отрицательным, так как может привести к появлению постороннего запаха, не характерного для йогурта. С другой стороны эти свойства в совокупности с высокой ацидогенной активностью и низким синерезисом делают перспективным этот изолят для применения в технологии получения сыровяленых мясных продуктов.

В классическом йогурте используется два вида микроорганизмов Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus и Streptococcus thermophilus [9]. Однако в составе кисломолочных продуктов могут присутствовать и другие культуры молочнокислых бактерий, например, Lactobacillus casei, L. rhamnosus, L. plantarum, L. fermentum, L. paracasei [10]. Их добавления могут улучшить как пробиотические, так и функционально-технологические свойства конечного

продукта. Для технологии получения маложирных йогуртов из новых изоляты лактобацилл целесообразно будет использовать изоляты AG10 и AG9, обладающие низкой липолитической, высокой кислотообразующей активностями и образующие хорошие молочные сгустки. Их использование целесообразно в смеси с Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus и Streptococcus thermophilus в качестве минорных компонентов. Дальнейшая работа будет направлена на исследование взаимовлияния йогуртовой закваски и новых изолятов лактобацилл в технологии получения молочнокислых продуктов.

Литература

1. Tamime, A. Y., Robinson, R. K. Yogurt: Science and Technology. Woodhead. Publishing Ltd., Cambridge, UK. 19858, P.341-347.

2. FAO/WHO. Health and nutritional properties of probiotics in food including powder milk with live lactic acid bacteria. Report of a Joint FAO/WHO Expert Consultation on Evaluation of Health and Nutritional Properties of Probiotics in Food Including Powder Milk with Live Lactic Acid Bacteria. WHO, Geneva, Switzerland. 2001.

3. O'Mahony L., Ephraim T. (). Traditional butter making in Ethiopia and possible improvements. ILCA Bulletin. 1985. V.22, P.9-14. ILCA (International Livestock Centre for Africa), Addis Ababa, Ethiopia.

4. Wood B.J.B. The lactic acid bacteria in health and disease. London, England: Elsevier Appl. Sci. 1992. P.151-339.

5. Gliksman, M. Food Technology, 1995. V.45, N.10, P.94-103.

6. Sodini, I., Lucas A., Oliveira M.N., Remeuf F., Corrieu G. // J. Dairy Sci. 2002. V.85, P.2479-2488.

7. Khurana HK, Kanawjia SK. // Curr Nutr Food Sci 2007. 3(1):91-108.

8. Tamime A.Y., Robinson R.K. Yoghurt science and technology. 3rd ed. Abington, Cambridge, England: Woodhead Publishing Ltd. LLC, NW, U.S.A.: CRC Press. 2007. 791 p.

9. Routray W., Mishra H.N. // Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2011. V.10, P.108-118.

10. Widyastuti Y., Rohmatussolihat, A. Febrisiantosa. // Food and Nutrition Sciences, 2014, V.5, P.435-442.

11. Китаевская С.В. // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т.15. № 17. С.184-188.

© Е. В. Никитина - канд. биол. наук, доц. каф. технологии пищевых производств КНИТУ, н.с. НОЦ фармацевтики КФУ, ev-nikitina@inbox.ru; А. И. Вафина - аспирантка каф. ТММП КНИТУ; А. Р. Каюмов - канд. биол. наук, доц. каф. генетики КФУ.

© E. V. Nikitina - PhD, associate Professor of Dep. Technology of food production KNITU, REC Pharmaceuticals KFU, ev-nikitina@inbox.ru; A. 1 Vafina - graduate student of Dep. Technology of meat and milk production KNITU; A. R. Kyumov - PhD, associate Professor of Dep. Genetic KFU.