Биомониторинг качества молочного сырья казеинового типа

УДК 543.064; 663.9

Ю. В. Щербакова, А. И. Азизова, Е. А. Егорова,

Л. М. Галиакбарова, Э.Р. Гарипова, Ф. Ю. Ахмадуллина

БИОМОНИТОРИНГ КАЧЕСТВА МОЛОЧНОГО СЫРЬЯ КАЗЕИНОВОГО ТИПА

Ключевые слова: биотестирование, коровье и козье молоко, пастеризация, дрожжи.

В статье приведены данные по результатам биотестирования пастеризованного коровьего и козьего молока с использованием в качестве тест-объекта дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Качество молочного сырья оценивали по основному показателю жизнедеятельности хлебопекарных дрожжей - удельной скорости роста. В работе была выявлена высокая чувствительность дрожжей Saccharomyces cerevisiae к изменению качества молока казеинового типа при его пастеризации и показано хорошее согласование между данными по максимальной скорости роста дрожжевых клеток и изменению антиоксидантной активности молока при изученных режимах пастеризации: для всех исследованных доноров коровьего и козьего молока наблюдается максимальный рост стимулирующий эффект для двух режимов пастеризации: 76°С, 5 мин и 90°С, 20 с.

Keywords: biotesting, cow's and goat milk, pasteurization, yeast.

The article presents findings of biotesting pasteurized cow and goat milk using as a test object of Saccharomyces cerevisiae. The quality of milk was assessed by a key indicator of life bakery yeast - specific growth rate. In this paper also revealed high sensitivity of Saccharomyces cerevisiae to changes in the quality of casein type milk in case pasteurization and shown a good agreement between the findings at the maximal growth rate of yeast cells and change of antioxidant activity of milk in the studied regimes of pasteurization: for all studied donor of cow and goat milk there is maximum growth stimulating effect for the two modes ofpasteurization: 76°С 5 min and 90°С 20 sec.

Введение

Особое значение в современных неблагоприятных экологических условиях отводится питанию, которое должно обеспечить ослабление негативного действия вредных экофакторов на организм человека, способствовать повышению его защитно-приспособительных возможностей, и, как следствие снизить риск развития различных патологий.

В этих случаях снижение экологического риска возможно достичь, используя специальное питание или лечебно-профилактическое питание.

Молоко, обладающее мощной антиоксидантной системой [1], отвечает этим требованиям.

Однако, при его обязательной технологической обработке, в первую очередь, тепловой происходит изменение качества молока, что было подтверждено рядом исследователей [2].

Это обусловливает изыскание высокочувствительного недорогостоящего интегрального метода оценки качества молочного сырья. Этим требованиям в наибольшей степени, на наш взгляд, отвечает метод биотестирования.

В работе предложена и проведена начальная апробация системы биоконтроля, базирующаяся на дрожжах 8ассИагошусе8 сегеу1$1ае.

Их выбор был обусловлен: чувствительностью к изменениям, протекающим в изучаемой модели; адекватностью для любого вида живых существ, в том числе и человека, и любого типа воздействия; удобством для лабораторного моделирования; простотой и доступностью для широкого использования; хорошей воспроизводимостью откликов на определенное изменение исследуемой модели; способностью использовать как фактор роста биологически активные вещества молока, способные претерпевать изменения при его обработке, особенно термической [3].

Для подтверждения предлагаемого решения была проведена серия экспериментальных исследований по контролю качества коровьего и козьего молока до и после его термообработки, оцениваемого по основному показателю жизнедеятельности хлебопекарных дрожжей - удельной скорости роста, которая зависит от полноценности состава среды культивирования. Козье молоко в данной работе рассматривается как альтернативное молочное сырье.

Экспериментальные исследования осуществляли при условии обязательного сопоставления результатов биотестирования опытных проб (с исходным и термообработанным молоком) с контрольной (без молока). Были изучены следующие режимы термообработки: 65 °С, 30 мин; 76 °С 5 мин; 90 °С 20 с и 95 °С, 5 мин.

Экспериментальная часть

Культивирование дрожжей ЗассИаготусе^' сегеуг^чае. В работе использовали 2-х суточную культуру клеток дрожжей ЗассИагошусеБ сегеу1Б1ае, выращиваемую на твердой питательной среде сусло-агар при температуре 30 °С. Культивирование дрожжей при биотестировании молочного сырья и приготовление инокулята (суточный) осуществляли на глюкозо-аммонийной среде (г/л): глюкоза - 0.5;

- 5.0; КВ:Р04 - 0.85; КгНР04 - 0.15;

• 7ВкО - 0.5; №С1 - 0.1; СаС1!; • 4^0 - 0.1.

Определение скорости роста. Скорость роста хлебопекарных дрожжей ЗассИаготусе^' сегеуг^чае определяли для логарифмической фазы на кривой роста, построенной как функция оптической плотности от времени культивирования дрожжевой культуры. Для этого по графику определяли оптическую плотность на первом и последнем часе экспоненциальной фазы роста и ее продолжительность.

Скорость роста рассчитывали по следующей формуле:

У= (Бк-Бп)/1 где Бк - оптическая плотность, соответствующая последнему часу экспоненциальной фазы роста, в процентах от начального значения Б; Бп - оптическая плотность, соответствующая первому часу экспоненциальной фазы роста, в процентах от начального значения Б; 1 - продолжительность экспоненциальной фазы роста, ч.

Измерение оптической плотности. Оптическую плотность измеряли на концентрационном фотоэлектрическом колориметре КФК - 2 при длине

Таблица 1 - Основные показатели роста дрожжей ,

волны 490 нм через каждый час культивирования дрожжей в кварцевых кюветах толщиной 1 см.

Обсуждение результатов исследования

Согласно полученным результатам (таблицы 1,2) добавление цельного необработанного коровьего и козьего молока в среду культивирования для дрожжей в ряде случаев стимулировало (62,5% и 33% экспериментов для коровьего и козьего молока), а в некоторых ингибировало (37,5% и 67% экспериментов для коровьего и козьего молока) рост дрожжевой культуры.

•отусв8 еегву181ае с добавлением коровьего молока

Донор Режим термообработки Скорость роста, ч-1 Донор Режим термообработки Скорость роста, ч-1

1 без молока 15.569 5 без молока 15.704

Исходное 12.338 Исходное 16.952

65 0С, 30 мин. 14.959 65 0С, 30 мин. 17.363

76 0С, 5 мин. 9.036 76 0С, 5 мин. 18.975

90 0С, 20 с. 11.858 90 0С, 20 с. 18.507

95 0С, 5 мин. 17.479 95 0С, 5 мин. 18.074

2 без молока 5.809 6 без молока 9.146

Исходное 5.079 Исходное 11.445

65 0С, 30 мин. 5.220 65 0С, 30 мин. 11.528

76 0С, 5 мин. 5.868 76 0С, 5 мин. 11.758

90 0С, 20 с. 5.729 90 0С, 20 с. 11.543

95 0С, 5 мин. 5.600 95 0С, 5 мин. 11.519

3 без молока 4.420 7 без молока 10.972

Исходное 5.155 Исходное 8.778

65 0С, 30 мин. 4.742 65 0С, 30 мин. 11.599

76 0С, 5 мин. 4.743 76 0С, 5 мин. 12.337

90 0С, 20 с. 2.893 90 0С, 20 с. 10.188

95 0С, 5 мин. 4.536 95 0С, 5 мин. 9.595

4 без молока 5.602 8 без молока 12.066

Исходное 6.421 Исходное 12.541

65 0С, 30 мин. 6.267 65 0С, 30 мин. 11.673

76 0С, 5 мин. 6.916 76 0С, 5 мин. 12.979

90 0С, 20 с. 6.195 90 0С, 20 с. 12.868

95 0С, 5 мин. 6.242 95 0С, 5 мин. 12.520

Вероятно, это обусловлено различным составом молока (содержание факторов роста и ингибиторов), на который оказывают влияние сезонность, физиологическое состояние сельскохозяйственных животных и условия его содержания, что подтверждается данными ряда источников, однозначно показавших необходимость сбалансированности субстрата и рост стимулирующих веществ, а именно антиоксидантов [1] для обеспечения нормального роста и развития организма.

Что касается добавления в среду культивирования пастеризованного молока, то практически для всех исследованных доноров коровьего молока наблюдается сопоставимость рост стимулирующего эффекта для двух режимов пастеризации: 76°С 5 мин и 90°С 20 с с незначительным превалированием первого.

Для козьего максимальная скорость роста дрожжей наблюдается при добавлении молока, пастери-

зованного при режиме 76°С 5 мин (75% исследованных доноров) и 90°С 20 с (25% исследованных доноров).

По-видимому, это связано с одной стороны, с максимально возможной сохранностью нативных факторов роста, а с другой - превалирующим образованием дополнительных вследствие деструктивных процессов при пастеризации и последующим их выходом в плазму молока. К ним относятся аминокислоты, низкомолекулярные пептиды, ряд витаминов, обладающие антиоксидантной активностью [4].

Результаты собственных исследований по влиянию промышленных режимов пастеризации на интегральную антиоксидантную активность молочного сырья казеинового типа [2], хорошо согласуются с результатами биотестирования (рис.1 а, б).

Таблица 2 -

Вестник технологического университета. 2016. Т.19, №7 Основные показатели роста дрожжей 8ассЬагошусез сегеу1з1ае с добавлением козьего молока

Донор Режим термообработки Скорость роста, ч-1 Донор Режим термообработки Скорость роста, ч-1

1 без молока 13.462 4 без молока 12.914

Исходное 10.845 Исходное 12.026

65 0С, 30 мин. 12.215 65 0С, 30 мин. 13.072

76 0С, 5 мин. 15.778 76 0С, 5 мин. 13.355

90 0С, 20 с. 14.765 90 0С, 20 с. 11.312

95 0С, 5 мин. 11.757 95 0С, 5 мин. 12.582

2 без молока 6.308 5 без молока 10.560

Исходное 7.586 Исходное 9.649

65 0С, 30 мин. 6.538 65 0С, 30 мин. 8.861

76 0С, 5 мин. 6.210 76 0С, 5 мин. 10.312

90 0С, 20 с. 8.525 90 0С, 20 с. 11.171

95 0С, 5 мин. 7.184 95 0С, 5 мин. 9.712

3 без молока 20.508 6 без молока 6.346

Исходное 20.504 Исходное 7.960

65 0С, 30 мин. 18.912 65 0С, 30 мин. 8.396

76 0С, 5 мин. 21.765 76 0С, 5 мин. 8.676

90 0С, 20 с. 21.004 90 0С, 20 с. 7.388

95 0С, 5 мин. 20.753 95 0С, 5 мин. 7.649

а

20 -I

номер режим л пастеризации

б

»мер режима тстерюации

1 - исходное молоко; 2 - 65 °С 30 мин; 3 - 76 °С 5 мин; 4 - 90°С 20 с; 5 - 95°С 5 мин

Рис. 1 - Сопоставление данных по изменению интегральной антиоксидантной активности молока и скорости роста дрожжей Басскаготусе8 сегех181ае: а) - изменение скорости роста дрожжей Басскаготусе8 сегех181ае при добавлении молока, обработанного при различных режимах пастеризации; б) - изменение антиоксидантной активности молока при термообработке

Что касается более жестких режимов пастеризации (65°С 30 мин; 95°С 5 мин), сопровождающихся более глубокими деструктивными процессами, то в этом случае следует ожидать минимальную сохран-

ность нативных антиоксидантов в результате их разложения.

В соответствии с общепринятой концепцией профессора Е.Б. Бурлаковой [5] недостаток в организме природных антиоксидантов (в нашем случае эксперименты с добавлением молока, обработанного при жестких режимах пастеризации, с более низкой антиоксидантной активностью) приводит к интенсификации окислительных процессов в липидах клеточных мембран и появлению в них большого количества продуктов окисления. Последние являются ингибиторами клеточного размножения, и повышение или понижение их концентрации приводит соответственно к замедлению или ускорению клеточного деления, что сказывается на скорости роста.

Таким образом, в работе была выявлена высокая чувствительность дрожжей Saccharomyces cerevisiae к изменению качества молока казеинового типа при его пастеризации и показано хорошее согласование между данными по максимальной скорости роста дрожжевых клеток и изменению антиок-сидантной активности молока при изученных режимах пастеризации.

Литература

1. Ю.В.Балакирева, Ф.Ю. Ахмадуллина, А. А. Лапин. Изучение антиоксидантной емкости коровьего и козьего молока / Вестник Казанского технологического университета, 1, 56-59 (2009);

2. Щербакова Ю.В. Влияние тепловой об-работки на компоненты антиоксидантной активности си-стемы молока и его интегральную антиоксидантную ак-тивность: ав-тореф. дис. ... канд. биол. наук / Ю.В.Щербакова - Москва, 2011.-21 с.

3. Терехова В.А. Биотестирование как метод определения класса опасности отходов - Электронный ресурс: http://fadr.msu.ru/~letap/biotesting.html

4. Балакирева, Ю.В., Анисимова Н.И., Мухитов А.Р., Ахмадуллина Ф.Ю., Каримова Ф.Г. Влияние термодест-

рукции жировых шариков молочного сырья казеинового типа на его интегральную антиоксидантную активность / Вестник Казанского технологического университета, 8, 121-124 (2010).

5. Бурлакова Е.Б. О взаимодействии природных и синтетических антиоксидантов /Е.Б. Бурлакова // V Всесо-юзн. биохим. съезд: мат. конф. - М.,1986 - Т.1. - С.85.

© Ю. В. Щербакова, к.б.н., доцент кафедры промышленной биотехнологии КНИТУ, Ьа1акггеуа]иНа3@таД.ги; А. И. Азизова, студент кафедры промышленной биотехнологии КНИТУ; Е. А. Егорова, студент кафедры промышленной биотехнологии КНИТУ; Л. М. Галиакбарова, студент кафедры промышленной биотехнологии КНИТУ; Э. Р. Гарипова, студент кафедры промышленной биотехнологии КНИТУ; Ф. Ю. Ахмадуллина, ст. преподаватель кафедры промышленной биотехноло-гии

© J. V. Sherbakova, candidate of biological science of department of industrial biotechnology Kazan National Research Technologycal University, balakirevajulia3@mail.ru; A I. Azizova, student of department of industrial biotechnology Kazan National Research Technological University; Е. A Еgorova, department of industrial biotechnology Kazan National Research Technological University; L. М. Galiakbarova, department of industrial biotechnology Kazan National Research Technological University; G E. R. Garipova, department of industrial biotechnology Kazan National Research Technological University; F. U. Ahmadullina, heard teacher of department of industrial biotechnology Kazan National Research Technological University.

Все статьи номера поступили в редакцию журнала в период с 20.03.16. по 10.04.16.

КНИТУ.