СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СМЕТАНЫ ПРОБИОТИЧЕСКОЙ
PROBIOTIC SOUR CREAM PRODUCTION METHOD

Изобретение относится к молочной промышленности и может быть использовано на молочных заводах для производства сметаны различной жирности, обладающей профилактическими свойствами. Сметана является кисломолочным продуктом, вырабатываемым из сливок сквашиванием чистыми культурами пробиотических микроорганизмов.
Сметана пробиотическая - продукт функционального питания (ПФП), предназначенный для систематического употребления в составе пищевых рационов всеми возрастными группами населения, снижающий риск заболеваний, связанных с питанием, сохраняющий и улучшающий здоровье за счет включения в его состав физиологически функциональных пищевых ингредиентов пробиотических культур и эссенциальных элементов кальциевой группы в количествах, обеспечивающих оптимальное развитие пробиотической микрофлоры и положительное функциональное влияние на здоровье человека [1, 2, 3].
Известен способ получения сметаны, включающий сепарирование молока с получением сливок, пастеризацию сливок при температуре 80-90°C, охлаждение сливок до температуры их сквашивания, внесение закваски из молочнокислых стрептококков, сквашивание до кислотности 65°T с последующим охлаждением готовой сметаны (заявка ЕПВ №0233566, МКИ А23С 9/123, 13/16).
Известен способ получения сметаны, включающий приготовление молочной основы путем введения в молоко крахмала, белков и жиров с содержанием последних не менее 9-11%, сквашивание молочной основы кисломолочными бактериями, сушку продукта распылением частиц сквашенного молока с получением быстро восстанавливающегося порошкового продукта типа сметаны. При введении в полученный порошковый продукт 63-65 частей воды приготавливают сметану (патент США №4663178, МКИ А23С 13/16, 23/00, опубл. 05.05.1987).
Известен способ производства сметаны, включающий нормализацию сливок, их пастеризацию, гомогенизацию, охлаждение до температуры заквашивания 33-35°C, введение закваски, перемешивание не более 10 мин, сквашивание при 30-32°C в течение 4-7 ч до кислотности 30-57°T, повторное перемешивание не более 3 мин, расфасовку и созревание (патент РФ №2077215, МПК А23С 13/12, опубл. 20.04.1997). В качестве закваски используют молочнокислые бактерии из штаммов-продуцентов витаминов группы В.
Известен способ получения сметаны, включающий приготовление сливок с массовой долей жира 21-25% путем сепарирования натурального или сухого восстановленного молока. Сливки нормализуют цельным обезжиренным молоком или пахтой до требуемой жирности с последующей их пастеризацией и гомогенизацией при температуре 86°C в течение 5 мин. Сливки охлаждают до температуры 28°C и вносят закваску в количестве 10% от массы сливок. Для закваски используют бактериальный концентрат мезофильных и термофильных молочнокислых стрептококков. Заквашенные сливки перемешивают в течение 15 мин и оставляют в покое для сквашивания. Сливки сквашивают до образования сгустка и достижения кислотности 60°T, затем охлаждают до 17°C (патент РФ №2100935, МПК А23С 9/00, 9/12, 19/076, опубл. 10.01.1998).
Известен способ получения сгущенных кисломолочных продуктов, в частности сметаны, включающий нормализацию сливок, их пастеризацию, гомогенизацию, охлаждение до температуры заквашивания, введение закваски, перемешивание не более 10 мин, сквашивание при 30-32°C в течение 4-7 ч. В качестве закваски используют неслизеобразующие и слизеобразующие молочнокислые бактерии вида Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris или их смеси и диацетилпродуцирующие бактерии, способные загущать образующиеся продукты, например сметану (заявка ЕПВ №0111020, МКИ А23С 9/123,13/16, опубл. 20.06.1984).
Известен способ производства кисломолочных продуктов, преимущественно сметаны, включающий приготовление сливок путем сепарирования молока, пастеризацию сливок, их гомогенизацию, охлаждение до температуры заквашивания, внесение закваски, сквашивание в течение 6-12 ч до получения сгустка кислотностью 65-70°T, охлаждение, созревание в течение 6-28 ч, розлив в тару (патент РФ №2072228, МПК А23С 9/12, 9/00, опубл. 27.01.1997). В качестве закваски используют комбинированную закваску из культур мезофильных и термофильных молочнокислых стрептококков в соотношении 4:1 соответственно или смесь чистых культур ацидофильной палочки и ароматизирующих стрептококков в соотношении 9:1.
3
Недостатком описанных выше способов является то, что получаемая посредством этих способов сметана имеет недостаточные профилактические функциональные свойства, невысокое содержание живых клеток с выраженным пробиотическим эффектом на конец срока годности продукта в КОЕ/см, способы не позволяют сократить длительность и энергопотребление процесса.
3
10
Наиболее близким техническим решением (прототип) является способ получения сметаны, включающий нормализацию, пастеризацию, гомогенизацию и охлаждение сметаны до температуры заквашивания, введение комбинированной бактериальной закваски, перемешивание, сквашивание, охлаждение, выдержку и фасовку в тару, в качестве комбинированной бактериальной закваски используют смесь чистых культур молочнокислых микроорганизмов селекции Streptococcus thennophilus ВКПМ В-10089, Enterococcus durans ВКПМ В-8731 и Enterococcus hirae ВКПМ В-9069 в количестве 5 мас. %, при этом содержание молочнокислых организмов в готовом продукте составляет КОЕ/см - 10 (патент РФ №2480017, МПК А23С 13/16, опубл. 27.04.2013). В комбинированной бактериальной закваске кислотообразующие культуры Streptococcus thermophilus ВКПМ В-10089, Enterococcus durans ВКПМ В-8731 и Enterococcus hirae ВКПМ В-9069 используются в соотношении 1:1:1.
Однако сметана, приготовляемая способом-прототипом, также имеет недостаточные функциональные свойства и невысокое содержание живых клеток на конец срока годности продукта. Широкая гамма вкусовых характеристик, получающаяся при производстве сметаны этим способом, неоднозначно оценивается потребителем, в основном, предпочитающим стабильные вкусовые и качественные характеристики молочнокислого аромата, получающегося при молочнокислом брожении.
Задачей изобретения является повышение пробиотической ценности, функциональных свойств сметаны, сокращение длительности сквашивания и энергопотребления процесса.
3
10
12
Указанная задача решается тем, что в предлагаемом способе получения сметаны, включающем нормализацию, оптимизацию биоэлементного состава молочной смеси, пастеризацию, гомогенизацию и охлаждение сметаны до температуры заквашивания, введение комбинированной бактериальной закваски, перемешивание, сквашивание, охлаждение, выдержку и фасовку в тару, в качестве комбинированной бактериальной закваски используют смесь чистых культур молочнокислых микроорганизмов селекции Streptococcus thermophilus ВКПМ В-10089, Lactobacillus casei 37, Lactobacillus plantarum ВКПМ B-3242, Lactobacillus acidophilus ВКПМ B-2991, Enterococcus durans ВКПМ В-8731 и Enterococcus hirae ВКПМ В-9069, которые депонированы во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов ФГУП Гос НИИ Генетика (ВКПМ) и Российской коллекции молочнокислых микроорганизмов ВНИИМС ФГУП «Экспериментальная биофабрика», в соотношении 1:1:1:0,2:1:1, в количестве 5 мас. %, при этом содержание молочнокислых организмов в готовом продукте составляет КОЕ/см - 10-10.
Предлагаемый способ позволяет расширить ассортимент кисломолочных продуктов функционального питания профилактического назначения, содержащих высокое количество живых лактобацилл, обладающих антагонистической активностью к патогенным бактериям, высокой активностью кислотообразования, стабильными высокотехнологичными свойствами и биологической ценностью.
3
6
5
7
2
3
4
2
2
В нормализованные сливки до пастеризации добавляют термоустойчивые соли цитрата кальция (трикальций цитрата) Са(CHO), ортофосфата магния Mg(PO), хлорида марганца MnCl в количестве 0,5-1,0% от массы сливок, предварительно растворенные в небольшой порции сливок, в количествах, обеспечивающих оптимальное развитие пробиотической микрофлоры и положительное влияние на организм человека.
В комбинированной бактериальной закваске используют кислотообразующие культуры Streptococcus thermophilus ВКПМ В-10089, Lactobacillus casei 37, Lactobacillus plantarum ВКПМ B-3242, Lactobacillus acidophilus ВКПМ B-2991, Enterococcus durans ВКПМ В-8731 и Enterococcus hirae ВКПМ В-9069 в соотношении 1:1:1:0,2:1:1.
Процесс сквашивания ведут при температуре 33±2°C до образования сгустка кислотностью 70±5°T. Фасовку в тару осуществляют перед сквашиванием продукта или после его сквашивания.
Техническим результатом настоящего изобретения является синергетический эффект, заключающийся в получении сметаны для функционального питания, снижающего риск заболеваний, связанных с питанием, сохраняющего и улучшающего здоровье за счет включения в его состав физиологически функциональных пищевых ингредиентов молочнокислых пробиотических палочек и эссенциальных элементов кальциевой группы в количествах, обеспечивающих оптимальное развитие пробиотической микрофлоры и положительное функциональное влияние на здоровье населения, в том числе населения, проживающего в пределах городов с неблагоприятной экологической обстановкой и вблизи промышленных зон.
Элементы (биоэлементы [1]) относятся к биологически активным веществам, входящим в состав активного центра многих ферментных систем. Они активизируют действие многих ферментов, или входят в их активные группы, участвуют в построении клеточных компонентов, а также вияют на создание в среде определенных физико-химических условий. В состав бактериальной клетки входят свыше 70 элементов, играющих важную роль в процессах жизнедеятельности. Работами Л.А. Банниковой, А.В. Гудкова, Г.Д. Перфильева, А.И. Кузина и др. исследователей [3, 4] показано, что среда для развития пробиотичеких микроорганизмов должна содержать макроэлементы (кальций, магний, фосфор, серу, железо) и микроэлементы (марганец, бор, молибден, кобальт, цинк, никель, медь и др.).
Эти вещества необходимы для многих биосинтетических процессов у бактерий, однако потребность в них у разных видов микроорганизмов неодинакова [4]. С учетом имеющегося недостатка в питании современного человека многих микронутриентов (кальция, магния, иода, железа, цинка, селена и др.) обогащение функциональных продуктов с пробиотиками является задачей вдвойне актуальной. При этом важно соблюсти степень обогащения ПФП для эффективного стимулирования развития пробиотической микрофлоры в нем и восполнения дефицита микронутриента у потребителей, для которых продукт предназначен.
Анализ предпочтений потребителей кисломолочной продукции говорит о том, что люди старшего возраста больше употребляют традиционные кисломолочные продукты: сметану и кефир [5, 6]. При появлении новых продуктов на рынке ситуация обычно изменяется в пользу традиционных продуктов с улучшенными свойствами, чем совершенно неизвестных.
Пробиотический эффект кисломолочных и других пробиотических продуктов достигается включением в состав закваски продукта лактобацилл, бифидобактерий, реже энтерококков, дрожжей и др. видов микроорганизмов с выраженными антимикробным свойством против патогенных микроорганизмов (антибиотическим эффектом) и способностью заселять (хотя бы временно) желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) [1, 7, 8].
Лактобациллы в норме присутствуют в ЖКТ человека, начиная от слизистой оболочки рта и заканчивая прямой кишкой. В кислой среде желудка лактобактерии практически отсутствуют, в тонкой кишке лактобактерии располагаются, в основном, в пристеночном слое. Наибольшее число лактобактерий, в том числе Lactobacillus casei и L. plantarum имеется в толстой кишке (кроме них к нормальной микрофлоре ЖКТ относятся следующие виды лактобацилл: L. acidophilus, L. bulgaricus, L. salivarius, L. reuteri, L. rhamnosus и другие). Lactobacillus способны перемещаться и выжить в селезенке и других органах в течение многих дней.
Непосредственно контактируя с энтероцитами, лактобактерии (как и бифидобактерий) стимулируют механизмы защиты организма человека, в том числе увеличение скорости регенерации слизистой оболочки, влияют на синтез антител к родственным, но обладающим патогенными свойствами микроорганизмам, активируют фагоцитоз, а также синтез лизоцима, интерферонов и цитокинов. Лактобациллы продуцируют ряд гидролитических ферментов, в частности лактазу, расщепляющую лактозу (молочный сахар) и препятствующую развитию лактазной недостаточности. Лактобациллы поддерживают кислотность толстой кишки на уровне 5,5-5,6 pH. Как естественный резидент микрофлоры ЖКТ, Lactobacillus casei способен изменять состав и метаболическую активность кишечной микрофлоры кишечника за счет увеличения количества бифидобактерий и уменьшения активности бета-глюкуронидазы в кишечнике. Они также стимулируют иммунную систему.
Штаммы Lactobacillus могут стимулировать мощные защитные клетки, как естественных клеток-киллеров, а также увеличить антивирусными химические вещества, как интерферон.
Кроме того, L. casei и L. plantarum способствуют увеличению количества влаги в кале и, таким образом, улучшают регулярность дефекации.
Прием L. casei показан при диареи. Также имеются данные, что L. casei увеличивают частоту эрадикации Helicobacter pylori, увеличивают экскрецию оксалатов с мочой, уменьшая, таким образом, риск камнеобразования в почках, обладают высокой противоопухолевой активностью, в частности, в отношении сарком и колоректальных новообразований, снижают артериальное давление у больных гипертензией, продуцируют образование витаминов группы В, К-витамина, улучшают обмен веществ и инактивируют токсины и др.[7, 9, 10].
СанПиН 2.3.2.2340-08, утвержденный Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ 18 февраля 2008 г. №13 разрешает к использованию в пищевой промышленности штаммы L. casei и не имеющие конфликта с витаминами, минеральными элементами, аминокислотами и лекарствами.
L. casei и L. plantarum устойчивы к кислотности желудочного сока при pH выше 3. Поэтому прием пробиотиков, содержащих живые штаммы лактобацилл эффективнее употреблять с едой, еще лучше с кисломолочными продуктами, содержащими дополнительно вещества с пребиотическим эффектом [7], когда кислотность желудочного содержимого выше 4 pH, лактобациллы попадают в кишечник неповрежденными и колонизируют его [9].
Установлена способность нормофлоры снижать концентрацию холестерина в крови, липидов в сыворотке крови, что способствует профилактике атеросклероза. Связывание микробными метаболитами пробиотиков азота имеет значение в предупреждении печеночной энцефалопатии, фосфатов - риска развития хронической почечной недостаточности, а гидролиз производных щавелевой кислоты (оксалатов) защищает от образования почечных камней. Известна способность молочнокислых бактерий инактивировать гистамин, что снижает проявление аллергии. У лиц с гипертонией, получавших продукт, сквашенный лактобациллами, продемонстрировано снижение повышенного кровяного давления.
Пробиотическая микрофлора образует биологически активные соединения - летучие или короткоцепочечные жирные кислоты, участвующие в регуляции абсорбции ионов натрия, калия, хлора и воды, а также кальция, магния и цинка, поддерживающих водный, электролитный и кислотно-щелочной баланс в организме.
1
2
3
6
12
Бактерии синтезируют также витамины К, В - тиамин, В - рибофлавин, В - никотиновую кислоту, В - пиридоксин, В - цианко-баламин, пантотеновую и фолиевую кислоты. Участие пробиотических микроорганизмов в азотистом (белковом) питании является одной из основных их функций.
В результате сложных биохимических процессов, протекающих в желудочно-кишечном тракте хозяина, микроорганизмы, усваивая поступающие питательные вещества, размножаются, растут и быстро увеличивают свою биомассу.
Отмирая, они перевариваются и усваиваются организмом, являясь источником белка.
Лактобациллы широко применяются в гастроэнтерологической практике, так как:
- предотвращают развитие колита, в том числе язвенного (снижают активность фермента миелопероксидазы);
- колонизируют защитный покров слизистой, не проникая в крипты (применяют при неспецифическом язвенном колите);
- оказывают ингибирующее действие на Helicobacter pylori.
Имеются данные о противоопухолевой активности лактобцилл, механизм которой связан с действием бактериоцинов, - L. casei обладают наиболее высокой противоопухолевой активностью в отношении сарком. Назначение 58 больным с раком мочевого пузыря L. casei в течение года снизило в 1,8 раз риск рецидива.
Лактобациллы обладают свойствами адгезии к энтероцитам и уротелию, благодаря чему они особенно важны при патологии желудочно-кишечного и урогенитального тракта. Карбогидратные группы, расположенные на поверхности бактериальной клетки, усиливают адгезию ионов кальция, нормализуют pH среды. Некоторые виды лактобацилл уменьшают риск камнеобразования в почках, обладая оксалатмодифицирующей активностью. Доказано, что снижают экскрецию оксалатов с мочой L. plantarum, L. casei, L. acidophilus, L. delbrueckii, L. fermentum, L. helveticus, a L. plantarum уменьшают объем оксалатных камней в анаэробных условиях на 30-70%.
Таким образом, интегрально все представители симбиотической нормальной микрофлоры выполняют следующие функции [7]: совместно со слизистой оболочкой кишечника служат барьером от проникновения микробов и токсинов во внутреннюю среду организма; обеспечивают организм хозяина некоторыми питательными веществами, включая короткоцепочные жирные кислоты, а также витаминами К и группы В, аминокислоты образуют биологически активные вещества, определяющие высокую антагонистическую активность резидентных представителей нормофлоры по отношению к патогенным и условно патогенным микроорганизмам; участвуют в утилизации пищевых субстратов и ксенобиотиков; усиливают всасывание через стенки кишечника ионов кальция, железа; регулируют гуморальный и клеточный иммунитет, предупреждая многие заболевания и инфекции, представленные в табл. 1.
L. acidophilus обладают выраженной противоопухолевой активностью в отношении злокачественных новообразований в кишечнике.
Антибактериальная активность отдельных пробиотических штаммов Streptococcus thermophilus ВКПМ В-10089, Lactobacillus casei 37, Lactobacillus plantarum ВКПМ B-3242, Lactobacillus acidophilus ВКПМ B-2991, Enterococcus durans ВКПМ В-8731 и Enterococcus hirae ВКПМ В-9069 в соотношении 1:1:1:0,2:1:1 и их синергетической комбинации обусловлена способностью продуцировать перекись водорода, молочную, уксусную и другие органические кислоты, синтезировать лизоцим и бактериоцины широкого спектра действия.
Отечественная и зарубежная промышленность выпускает ряд моновидовых пробиотических культур (например, БК-Углич-П и БК-Углич-К) и поливидовых сублимированных бактериальных концентратов, содержащих в составе L. actobacillus casein L. actobacillus plantarum [11, 12, 13].
Возможно использование других штаммов чистых культур или поливидовых препаратов, содержащих перечисленные культуры.
Известно, что высокие питательные потребности L. casei и L. plantarum зачастую не позволяют в молочной среде, в которой питательные вещества варьируют в широких пределах, в полной мере проявить лактобациллам свои пробиотические свойства, показанные в модельных условиях, что вынуждает производителей искать биологически активные стимуляторы развития лактобацилл, представляющие собой сложные витаминно-минеральные комплексы или биологически активные добавки природного происхождения и др. [15, 16, 17], что невозможно при производстве традиционной сметаны.
Таблица 1. - Оздоравливающие эффекты лактобацилл
Для хорошего роста пробиотических культур лактобацилл, учитывая концепцию здорового питания и минимализацию набора эссенциальных элементов, способного существенно нивелировать недостатки вариабельности состава молока-сырья и увеличивать биомассу лактобацилл при их совместном культивировании с термофильным стрептококком важны элементы кальциевой группы.
При недостатке в молоке (сливках)- сырья для производства продуктов функционального питания кальция и магния снижается не только продукция антибиотических веществ пробиотических культур, но и активность развития некоторых штаммов лактококков, лактобацилл и термофильных стрептококков в целом.
Лактококки по требованиям к пробиотикам не обладают способностью приживания в кишечнике, но используются в составе пробиотических продуктов в симбиозе с лактобациллами или бифидобактериями, т.к. способствуют лучшему росту и функционированию последних. Интерес по использованию лактококков, вырабатывающих бактериоцины, используемых в составе функциональных продуктов, возрастает.
2+
Главная функция кальция при производстве ПФП - регуляторная. Роль ионов Сакак одного из универсальных внутриклеточных посредников доказана во множестве биохимических процессов в клетке - росте, делении, возбудимости, сокращении, секреции и многих других. Кроме этого, ионы кальция служат важнейшими посредниками во внутриклеточной передаче сигналов молочнокислых микроорганизмов.
Магний участвует во многих ферментативных процессах, поэтому является важным фактором, регулирующим интенсивность и направленность развития микробиологических и биохимических процессов при выработке молочных ПФП.
Марганец является активной частью многих ферментов, прежде всего участвующих в окислительно-восстановительных процессах. Также марганец активирует глюкокиназу, гексокиназу, фосфатазы и ряд реакций гликолиза и цикла трикарбоновых кислот.
Оптимальное содержание марганца в питательной среде для молочнокислых бактерий снижает токсическое действие цинка при повышенных его концентрациях.
Содержание марганца в коровьем молоке колеблется от 10 до 95 мкг/кг (в среднем около 50 мкг/кг), при этом самое бедное по содержанию этого элемента оно в весенние месяцы с разницей в 30%) и связано с породными, природно-географическими и кормовыми особенностями содержания животных. Имеются данные, что дополнительное внесение марганца в весеннее молоко (20-40 мкг/кг) положительно влияет на рост и биохимическую активность большинства молочнокислых бактерий. К низкому содержанию марганца в питательной среде более чувствительны молочнокислые палочки. При низком содержании этого элемента в питательной среде их количественный рост снижается на 40-42%.
С точки зрения функционального питания кальций вместе с фосфором имеет большое значение для костей, зубов. Универсальный строительный материал - главная нутрициологическая функция кальция [3].
Кроме главной структурной функции кальций влияет на:
- проницаемость клеточных мембран, обеспечивая оптимальную передачу нервных импульсов, сокращение скелетной и гладкой мускулатур, деятельность сердечной мышцы (нейромышечная функция);
- функцию эндокринных желез (гормональная). Из всех элементов лишь кальций регулирует гормональный баланс, влияет на гормон паращитовидной железы и тирокальцитонин. Первый переводит в кровь кальций, содержащийся в костях, если в крови есть его недостаток, а второй контролирует обратный процесс, если он идет слишком интенсивно;
- свертывание крови через зависимые от кальция ферменты (при кровотечении необходимо повышенное количество кальция);
- уровень образования молока у кормящих женщин;
- поддерживает тонус сосудов за счет влияния на гладкие мышцы, расположенные в стенках сосудов;
- являясь антагонистом натрия, который задерживает воду в организме, кальций способствует выведению (вместе с водой) солей тяжелых металлов и радионуклидов, оказывает противовоспалительное, противоаллергическое и противотоксическое действия (противоядие). Выводя из организма шлаки и токсичные вещества в виде нейтральных солей, кальций содействует снижению утомляемости, снимает усталость, создает бодрое настроение. У взрослого человека весь кальций кости обновляется каждые 5-10 лет, у растущих детей за 1-2 года.
Уровень кальция сыворотки крови тщательно регулируется организмом (примерно 2,5 ммоль/л), чтобы сохранить внеклеточную концентрацию кальция и, таким образом, обеспечить нормальную нейромышечную и гормональную функцию.
Адекватный уровень потребления для детей, в зависимости от возраста, 800-1200 мг; для взрослых 800-1000 мг; для беременных и лактирующих женщин 1000-14000 мг кальция в день. Недостаточное поступление кальция с пищей в детском возрасте, снижение его отложения в костной ткани служит в зрелом возрасте одним из главных факторов риска возникновения остеопороза. Особенно высока потребность в кальции у подростков в 14-17 лет, беременных и кормящих женщин. Повышенный расход кальция (на 30-50% выше физиологической нормы) наблюдается при отравлениях тяжелыми металлами и другими химическими веществами (ксенобиотиками).
В коровьем молоке и полученных из него сливках кальция 800-1400 мг/кг. При этом соотношение кальция к фосфору примерно 1:0,8.
Недостаточное потребление усвояемого кальция, характерное для питания 30-40% людей России в современных социально-экономических условиях, связано с:
- избыточным содержанием фосфора, фитатов и др. антагонистов кальция в рационах;
- недостаточным потреблением молока и молочных продуктов.
Ион магния оказывает сосудорасширяющее и противосудорожное действие. Природный спазмальгетик - главная нутрициологическая функция магния. Основное средство против судорог икроножных мышц. Образуя в клетках комплексы с нуклеиновыми кислотами, магний участвует в передаче нервного импульса, сокращении мышц, метаболизме углеводов.
Кроме главной спазмальгетической функции магний:
- участвует в поддержании нормальной функции нервной системы и мышцы сердца;
- снижает уровень холестерина в крови и тканях;
- стимулирует желчеотделение;
- повышает двигательную активность кишечника, что способствует выведению шлаков и холестерина из организма;
- наряду с кальцием и калием регулирует ионный транспорт через мембраны;
- необходим для активизации ряда ключевых ферментов, участвующих в синтезе белков, жиров, углеводов, АТФ, нуклеиновых кислот;
- регулирует активность ферментативных систем углеводно-фосфорного и энергетического обмена;
- предупреждает образование камней в почках;
- контролирует работу митохондрий - главных энергетических станций организма.
Он, как невидимый кочегар, пережигает все ненужное и следит за работой электростанции, но стоит ему отлучиться - и работа всего организма сорвана. Отодвигает момент переутомления при умственных и физических нагрузках. При стрессе повышается потребность в энергии и в магнии;
- принимает участие в нескольких сотнях эссенциальных метаболических реакциях;
- играет, наряду с кальцием и фосфором, структурную роль в костной ткани.
Ион магния по сравнению с ионом кальция проявляет большую тенденцию к образованию ковалентных донорно-акцепторных связей с электроотрицательными атомами, входящими в состав биологических макромолекул (белков, нуклеиновых кислот). Это обусловливает большие ферментативные функции магния по сравнению с кальцием.
Ежедневная потребность в магнии составляет от 80 до 700 мг: для детей 1-4 лет - 80; 4-7 лет - 120; 7-10 лет - 170; 10-12 лет; 10-13 лет - 230-250; 13-15 лет - 310; 15-19 лет 350-400; взрослых людей - 400; беременных и кормящих матерей до 700. Из них всасывается около 30%. В коровьем молоке содержится 100-300 мг/кг.
При недостатке магния нарушается усвоение пищи, задерживается рост, в стенках сосудов откладывается кальций. В крови уставших людей содержится магния меньше, чем в норме у здоровых. Большие потери этого элемента могут происходить при диарее, если в организм при этом вводятся жидкости, не содержащие магний. Когда содержание в сыворотке крови достигает ниже 0,65 ммоль/л (гипомагнемия), у человека наблюдается гипокальцемия (даже при достаточном поступлении кальция из пищи) и гипокалемия с мышечной дрожью, судорогами (спазмами мышц) в области стопы, повышением нервно-мышечной возбудимости, тошнотой и другими состояниями, быстро проходящими при введении магния [7].
При длительно текущем дефиците магния нарушается структура костной ткани, возникают структурные и регуляторные предпосылки для развития остеопороза: кристаллы гидроксиапатита становятся более крупными и хрупкими, нарушается гормональный контроль поддержания нормального уровня кальция в крови.
Риск магниевой недостаточности возникает в первую очередь у беременных и кормящих матерей; у людей, потребляющих много жирной пищи, принимающих слабительные и обезвоживающие средства, спортсменов и банщиков с усиленным потоотделением.
Содержание марганца в организме составляет около 20 мг. Функции марганца довольно разнообразны. Он усиливает процессы роста, кроветворения, биосинтез нуклеиновых кислот, белков, холестерина, антител.
2+
2+
Марганец является составной частью некоторых металлоэнзимов, таких как аргиназа, глутамилтрансфераза, дипептидазы, изоцитратдегидрогеназа, декарбоксилаза и др. Входит в состав митохондриальной супероксиддисмутазы, пируваткарбоксилазы, аргиназы. Является активатором большого количества ферментов, например аденилилциклазы, глутаминсинтетазы, катехол-О-метилтрансферазы, РНК-полимеразы и др. Эти ферменты включаются в метаболизм аминокислот, углеводов, катехоламинов. Известно, что Mn активирует ревертазу (обратную транскриптазу) онковирусов, причем в большей степени, чем Mg.
Марганец необходим для синтеза холестерина и нуклеотидов. Участвует в синтезе гликопротеинов, протеогликанов, ганглиозидов, тем самым способствует образованию костной и соединительной ткани. Важен для мозга. В 30% случаев у детей со склонностью к судорогам Мn в крови понижен. Это характерно и для взрослых, страдающих эпилепсией.
Регуляторное действие марганца проявляется на уровне гормонов передней доли гипофиза, андрогенов и инсулина. Поэтому недостаточное потребление сопровождается замедлением роста, нарушениями в репродуктивной системе, повышенной хрупкостью костной ткани, нарушениями углеводного и липидного обмена.
Дефицит в первую очередь отражается на формировании скелета. При недостатке марганца нарушаются процессы окостенения во всем скелете, трубчатые кости утолщаются и укорачиваются, суставы деформируются. Однако, поскольку основным источником ионов марганца для современного человека является чай и кофе, обогащение им молочных продуктов достаточно на уровне эффективной работы ферментных систем пробиотических микроорганизмов.
Количественные изменения содержания кальция, магния, марганца вызывают наибольшие функциональные изменения ферментных систем заквасочных молочнокислых, в том числе пробиотических бактерий, и влияют на биохимические процессы, протекающие при переработке молока и пробиотические свойства получаемого продукта. Как наши, так и приведенные другими авторами данные [4, 7, 15, 16, 17] показывают, что оптимальным:
с одной стороны - для проявления функциональных свойств ферментных систем молочнокислых, в том числе пробиотических бактерий, нормального протекация биохимических процессов при переработке молока в функциональные ферментированные продукты;
с другой стороны - для оптимизации биохимического влияния конкретных нутриционных элементов на макроорганизм человека является содержание в молочной смеси для выработки продуктов элементов (в скобках процент обеспечения суточной нормы при употреблении 1 кг продуктов, выработанных из этой смеси):
кальция - 1400 мг/кг (100%)
магния - 600 мг/кг (100%)
марганца - 60 мкг/кг (10%)
При этом в используемой комбинированной бактериальной закваске количество пробиотических лактобацилл увеличивается на 11-15%, а время заквашивания уменьшается на 1,5-2 ч.
Использование солей ортофосфорной кислоты кальция и магния при обогащении молочной смеси до указанных количеств элементов позволяет не нарушать соотношение кальций:фосфор:магний, близкое к идеальному 1,0:1,5:0,5. Особенно в весенний период для оптимизации элементного состава по марганцу необходимы соли марганца двухвалентного (сульфат марганца). При приготовлении молочной смеси с оптимизированным элементным составом могут быть использованы индивидуальные соли, из смеси, фармакопейные растворы солей. При использовании индивидуальных солей используются марки, содержащие минимум соединений тяжелых металлов: фармокопейная, особой чистоты (о.с.ч.), химически чистый (х.ч.), иногда FCCIV и FNP5. Марки чистый (ч.) и чистый для анализа (ч.д.а.) должны предварительно проверяться на содержание тяжелых металлов.
Пример осуществления способа получения сметаны следующий.
Для производства сметаны используют молоко коровье кислотностью не более 19°T, плотностью не менее 1,027 кг/дм, которое сепарируют с получением сливок, или используют готовые сливки, заготовленные по ТУ 1002867-90.
Пример 1. Получение сметаны пробиотической резервуарным способом. Молоко коровье сепарируют с учетом приближения массовой доли жира в полученных сливках к требуемой. Сливки нормализуют по жиру цельным коровьим молоком. Требуемую жирность (10-35%) нормализованных сливок устанавливают в зависимости от нормы вносимой закваски и вида молока. В нормализованную молочную смесь до пастеризации добавляют термоустойчивые соли, растворенные в небольшой порции молочной смеси:
3
6
5
7
2
Цитрата кальция (трикальций цитрата) Са(CHO) - Е333-1,66 г/кг
3
4
2
Ортофосфата магния Mg(PO) - Е343 - 3,28 г/кг
2
Хлорида марганца MnCl - 0,29 г/кг
Суммарно добавляют 5,2 г указанных солей в соотношении, близком к 1:2:0,1 на кг молочной смеси, что составляет 0,5% (таблица 2).
Нормализованные сливки с оптимизированным элементным составом пастеризуют при температуре 94±4°C с выдержкой 20 с или при температуре 86±2°C с выдержкой 4±2 мин.
Таблица 2 - Оптимизация биоэлементов
2
3
10
12
Пастеризованные сливки охлаждают на пластинчатых теплообменниках до температуры 65±5°C и направляют на гомогенизацию. Гомогенизацию осуществляют при давлении 70-120 кгс/см. Пастеризованные и гомогенизированные сливки охлаждают до температуры заквашивания 33°C и направляют в резервуар (ванну) для сквашивания. В подготовленные для сквашивания сливки вносят при перемешивании 5 мас.% комбинированной бактериальной закваски, состоящей из кислотообразующих культур: Streptococcus thermophilus ВКПМ В-10089, Lactobacillus casei 37, Lactobacillus plantarum ВКПМ B-3242, Lactobacillus acidophilus ВКПМ B-2991, Enterococcus durans ВКПМ В-8731 и Enterococcus hirae ВКПМ В-9069 в соотношении 1:1:1:0,2:1:1, при этом содержание молочнокислых организмов в готовом продукте составляет КОЕ/см - 10-10. Сливки сквашивают при периодическом перемешивании при температуре 33°C до образования сгустка кислотностью 70±5°T в течение 4-5 ч. По окончании процесса сквашивания сквашенные сливки подают на розлив самотеком или насосом. Фасовку сквашенных сливок производят на разливочно-укупорочном автомате. Продукт в упаковке охлаждают до температуры не более 8°C в холодильных камерах. Одновременно с охлаждением происходит созревание продукта.
Пример 2. Получение сметаны пробиотической термостатным способом.
Молоко коровье сепарируют с учетом приближения массовой доли жира в полученных сливках к требуемой. Сливки нормализуют по жиру цельным коровьим молоком. Требуемую жирность (10-35%) нормализованных сливок устанавливают в зависимости от нормы вносимой закваски и вида молока.
В нормализованную молочную смесь до пастеризации добавляют термоустойчивые соли, растворенные в небольшой порции молочной смеси:
3
6
5
7
2
Цитрата кальция (трикальций цитрата) Са(CHO) - Е333 - 3,32 г/кг
3
4
2
Ортофосфата магния Mg(PO) - Е343 - 6,57 г/кг
2
Хлорида марганца MnCl - 0,58 г/кг
Суммарно добавляют около 10,4 г указанных солей в соотношении, близком к 1:2:0,1 на кг молочной смеси, что составляет 1% (таблица 3).
2
Нормализованные и оптимизированные по элементному составу сливки пастеризуют при температуре 94±4°C с выдержкой 20 с или при температуре 86±2°C с выдержкой 4±2 мин. Пастеризованные сливки охлаждают на пластинчатых теплообменниках до температуры 65±5°C и направляют на гомогенизацию. Гомогенизацию осуществляют при давлении 70-120 кгс/см.
Таблица 3 - Оптимизация биоэлементов
10
12
Пастеризованные и гомогенизированные сливки охлаждают до температуры заквашивания 33°C и направляют в резервуар (ванну) для сквашивания. В подготовленные для сквашивания сливки вносят при перемешивании 5 мас.% комбинированной бактериальной закваски, состоящей из Streptococcus thermophilus ВКПМ В-10089, Lactobacillus casei 37, Lactobacillus plantarum ВКПМ B-3242, Lactobacillus acidophilus ВКПМ B-2991, Enterococcus durans ВКПМ В-8731 и Enterococcus hirae ВКПМ В-9069 в соотношении 1:1:1:0,2:1:1, при этом содержание молочнокислых организмов в готовом продукте составляет КОЕ/см - 10-10. Заквашенные сливки перемешивают в течение 10 мин и сразу направляют на розлив. Заквашенные сливки при периодическом перемешивании разливают на разливоукупорочном автомате в пластиковые ведерки емкостью 1 литр или полимерные стаканчики емкостью 0,5; 0,25 и 0,2 л. После упаковки заквашенные сливки направляют в термостатную камеру для сквашивания. Сливки сквашивают при температуре 33+2°C до образования сгустка кислотностью 70±5°T в течение 4-5 ч. Сквашенные сливки направляют в холодильную камеру с температурой 1-8°C и относительной влажностью 80-85%. Заявляемый способ позволяет получить сметану с высокой функциональной и пробиотической активностью и отвечающей требованиям, предъявляемым к такому типу продукта.
3
10
12
Функциональные свойства обеспечиваются наличием в продукте высокого количества живых лактобацил (КОЕ/см- 10-10) - активных антагонистов патогенных и условно-патогенных бактерий, способных осуществлять выраженное воздействие на нежелательную микрофлору желудочно-кишечного тракта и оптимальным содержанием биоэлементов: кальция, магния, марганца, фосфора. Сметана, изготовленная по предлагаемому способу, может быть использована в профилактических целях для коррекции иммунодефицитов и восстановления нормофлоры кишечника. Изобретение может быть использовано как на молочных кухнях при получении небольших объемов сметаны, так и на молочных заводах при крупнотоннажном производстве указанного кисломолочного продукта.
Источники информации
1. Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементология - новый термин или новое научное направление. - Вестник ОГУ, 2005, №2, с. 4-8.
2. Коденцова В.М., Вржесинская О.А., Спиричев B.C., Шатнюк Л.Н. Обоснование уровня обогащения пищевых продуктов витаминами и минеральными веществами. - Вопросы питания, 2010, №1, т. 79, с. 23-33.
3. Полянская И.С. Нутрициологическая химия s-элементов. - Вологда - Молочное: ИЦ ВГМХА, 2011, 139 с.
4. Патент РФ №2316585 от 10.02.2008.
5. Ассортимент кисломолочных продуктов. - Режим доступа: http://www.goodsmatrix.ru/goods-catalogue/Dairy-products/Sour-milk-products.html, свободный.
6. Сметана. - Режим доступа: http://permmoloko.com/smetana.html, свободный.
7. Полянская И.С., Тераевич А.С., Топал О.И., Новокшанова А.Л., Забегалова Г.Н. Нутрициологические, микробиологические, генетические и биохимические основы разработки и производства продуктов с пробиотиками. - Вологда - Молочное: ИЦ ВГМХА, 2013, 200 с.
8. Лактобактерии (лактобациллы). - Режим доступа: www.gastroscan.ru, свободный.
9. Урусова Н.И. Современные технологии в коррекции дисбактериозов кишечника у детей. - Фарматека, 2008, №2, с. 19-24.
10. Лактобациллы. - Режим доступа: http://www.biokplus.com/en-ca/about-probiotics/1-acidophilus-and-l-casei, свободный.
11. Бактериальные концентраты, г. Углич. - Режим доступа: http://www.uglich-biofabrika.ru/products, свободный.
12. Бактериальные концентраты. - Режим доступа: http://megashop-zakvaski.ru/goods, свободный.
13. Развитие российского рынка функциональных ингредиентов http://www.foodmarket. spb.ru/current.php, свободный.
14. Тутельян В.А., Шабров А.В., Ткаченко Е.И. От концепции государственной политики в области здорового питания населения России - к национальной программе здорового питания. - Клиническое питание, 2004, №2, с. 2-4.
15. Патент РФ №2287302 С2, кл. A23L 1/30,2006.
16. Семенихина В.Ф., Рожкова И.В., Гаврилова Л.Н. и др. - Биохимизм ароматообразования молочнокислыми стрептококками // Молочная промышленность, 2001, №9, с. 14-18.
17. Спиричев В.Б., Шатнюк Л.Н., Позняковский В.М. Обогащение пищевых продуктов витаминами и минеральными веществами. Наука и технология. - Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2004, 548 с.