Технология нейтрализации вредных веществ в стерилизованных продуктах питания

Современный период развития человечества характеризуется увеличением числа заболеваний, связанных с нарушениями экологии. В связи с чем альтернативным решением данных проблем является введение в рацион питания препаратов, содержащих микроорганизмы ? пробиотики, способные снижать негативное влияние вредных пищевых факторов на здоровье человека и улучшать общее состояние макроорганизма.

Создание бактериального концентрата на основе Lactobacillus helveticus 3_5-1 и пропионовокислых бактерий позволит расширить ассортимент пробиотических продуктов с широким спектром лечебно-профилактического действия.

По данным наших исследований, эти микроорганизмы обладают выраженными пробиотическими свойствами. L. helveticus проявляет активное кислотообразование, что усиливает его противомикробную активность, обладает адгезивными свойствами, способствующими длительному сохранению в кишечнике, устойчивостью к действию пищеварительных секретов и применяемым антибиотикам.

Пропионовокислые бактерии (ПКБ) обладают иммуностимулирующими и антимутагенными свойствами, они образуют пропионовую кислоту, минорные органические кислоты, ферменты и большое количество витамина В₁₂. Создание комбинированной закваски на основе пропионовокислых бактерий и L. helveticus обусловлено желанием улучшить органолептические свойства продукта, также это связано со многими лечебными свойствами лактобактерий.

Как показал анализ литературы, L. helveticus 3_5-1 входит в состав многих комбинированных заквасок для сыра, но в производстве ферментированных жидких молочных продуктов этот штамм не применяли. Были исследованы на сочетаемость с L. helveticus 3_5-1 четыре штамма пропионовокислых бактерий: P. freundenreichii subsp. freudenreichii AC-2500; P. cyclohexanicum Kusano AC-2259; P. cyclohexanicum Kusano AC-2260; P. freundenreichii subsp. shermanii AC-2503.

При соединении штаммов разных видов бактерий важно добиться взаимной сочетаемости штаммов и взаимного стимулирования, установления возможно более стабильного равновесия между ними.

Учитывая различные оптимальные температуры развития L. helveticus и пропионовокислых бактерий, необходимо было подобрать условия для сбалансированного роста данных микроорганизмов в симбиотической закваске. Культуры L. helveticus и пропионовокислых бактерий культивировали при 25°С, 30 °С, 35 °С и 40 °С. Результаты исследований представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 - Зависимость скорости роста пробиотических микроорганизмов от температуры ферментации

Из рисунка 1 видно, что изменение оптимальных температур роста бактерий приводят к снижению их скорости роста. При температуре 30 °С наблюдается сбалансированный рост пробиотических бактерий, значения удельной скорости роста изучаемых микроорганизмов приближаются. При этом будет наблюдаться равномерное развитие данных культур и сохраниться соотношение между ними.

Оптимальное соотношение культур в симбиотической закваске подбирали с учётом биотехнологических свойств исследуемых культур. Варьирование соотношения культур в симбиотической закваске приводит к формированию продукта с хорошими потребительскими свойствами. Оптимальное соотношение культур в комбинированной закваске выбирали из ряда: 5:95, 10:90, 20:80 и 30:70. Преобладание пропионовокислых бактерий обусловлено тем, что L. helveticus является сильным кислотообразователем, а P. shermanii придает продукту нежный вкус и однородную консистенцию.

Таблица 1 - Сочетаемость различных штаммов ПКБ и L. helveticus

Из данных таблицы 1 можно сделать вывод, что наибольшая плотность популяций наблюдается при сочетании штаммов L. helveticus 3_5-1 и P. shermanii АС-2503. Количество жизнеспособных клеток P. shermanii составляет 2*10⁹, L. helveticus 2*10⁸; наблюдается умеренная кислотность 85-87°Т, продолжительность сквашивания при 30 ?С составляет 12-14 ч.; органолептические и реологические свойства сгустка также наиболее высокие.

Оптимальное соотношение культур в комбинированной закваске выбирали из ряда: 5:95, 10:90, 20:80 и 30:70. Преобладание пропионовокислых бактерий обусловлено тем, что L. helveticus является сильным кислотообразователем, а P. shermanii придает продукту нежный вкус и однородную консистенцию.

Известно, что исследуемые культуры по-разному относятся к температуре. Оптимальная температура развития пропионовокислых бактерий составляет (30 °С), а L. helveticus (40) °С. Поэтому для выбора оптимальной температуры развития комбинированной закваски выбранные соотношения культивировали при 25, 30 и 35 °С.

Оптимальное соотношение культур в комбинированной закваске устанавливали с учетом органолептических показателей, кислотообразующей способности, количества жизнеспособных клеток пропионовокислых бактерий и лактобактерий, а также динамической вязкости. Полученные результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Выбор оптимального соотношения и температуры культивирования в комбинированной закваске

Анализ данных таблицы 2 позволяет сделать вывод, что наиболее благоприятными условиями для развития комбинаций P. shermanii и L. helveticus является температура 30 °С и соотношение культур в закваске 10:90. При выбранных параметрах отмечается умеренная кислотность и содержание жизнеспособных клеток пропионовокислых бактерий и L. helveticus в количестве, дающем максимальный положительный эффект на организм человека.

Повышение количества L. helveticus в соотношении и температуры культивирования ведет к излишнему нарастанию кислотности, что не решает поставленной задачи (получение закваски с хорошими органолептическими показателями). Понижение температуры культивирования при всех соотношениях ведет к значительному увеличению продолжительности сквашивания.

Таким образом, было выбрано оптимальное сочетание культур P. shermanii и L. helveticus 10:90 и температура культивирования 30 °С. Создание на базе симбиотической закваски бактериального концентрата позволит расширить ассортимент кисломолочных продуктов функционального питания.

В питательной среде для культивирования должны находиться все элементы, входящие в состав клеточного вещества. Основой питательной среды служила осветленная творожная сыворотка.

Применение сыворотки для культивирования микроорганизмов обусловлено содержащимися в ней углеводами (моно-, олиго- и аминосахарами), липидами, минеральными солями, витаминами, органическими кислотами, ферментами и микроэлементами. Лактоза сыворотки является энергетическим субстратом для развития микроорганизмов в составе инокулята. В качестве источника азотистого питания в сыворотку добавлялся пептон. Для поддержания буферной емкости в среду вносили натрий лимоннокислый трехзамещенный и калий фосфорнокислый однозамещенный. Поскольку пропионовокислые бактерии являются факультативными анаэробами, для загущения среды применяли агар-агар.

Известно, что микроорганизмы проявляют требовательность к наличию в питательной среде витаминов. L. helveticus испытывает потребность в пиридоксале, пантотенате кальция и рибофлавине. Но известно, что пропионовокислые бактерии способны синтезировать данные соединения. Так как комбинированная закваска прекрасно развивается при температуре культивирования 30 °С, предложено использовать технологические режимы, используемые при выработке бактериальных концентратов для пропионовокислых бактерий.

Технологическая схема производства бактериального концентрата на основе комбинированной закваски приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Технологическая схема производства замороженного
бактериального концентрата

Осветление творожной сыворотки проводят путем нагревания до температуры (951) °С и выдерживания для более полного выделения белков в течение 30 мин. После этого сыворотку осветляют путем фильтрования или центрифугирования. В осветленную сыворотку добавляют компоненты среды согласно рецептуре, устанавливают реакцию рН среды в пределах (6,80,1). Готовую среду стерилизуют при температуре (1211) С в течение 30 минут, затем охлаждают до температуры (301) С.

Инокулят готовят на обезжиренном стерилизованном молоке (121+1) ?С в течение 15 минут.

В подготовленную питательную среду вносят инокулят комбинированной закваски в количестве 1-3% от массы среды. Среду с закваской тщательно перемешивают. Наращивание клеток проводят при температуре (301) С в течение 24 ч в условиях периодического культивирования при двукратной нейтрализации культуральной жидкости через 6 и 12 ч., поддерживая рН на оптимальном уровне насыщенным стерильным раствором углекислого натрия (Na₂CO₃).

После того, как получили биомассу микроорганизмов, проводят ее охлаждение до температуры 20 °С и, в том случае, если готовят биологически активную добавку к пище, биомассу разливают во флаконы по 12 мл, которые укупоривают резиновыми пробками и алюминиевыми колпачками и хранят при температуре (4+2) ^оС, не более трех месяцев. Если готовят замороженный бактериальный концентрат для молочных предприятий, то клетки отделяют от культуральной жидкости центрифугированием. Режим центрифугирования: n=3500 об/мин, ф=15 мин.

Полученную суспензию клеток смешивают с защитной средой в соотношении 1:1, разливают во флаконы по 2 мл (1 доза) и замораживают в морозильной камере при температуре минус 18 °С.

Флаконы с замороженными концентратами закрывают резиновыми пробками и алюминиевыми колпачками.

Хранение замороженного концентрата осуществляют в морозильной камере при температуре минус 18 °С, в течение 6 месяцев. Биохимическую активность определяли для расчета количества замороженного бактериального концентрата, необходимого для заквашивания определенного объема пастеризованного (90-92 °C, 5-10 мин) и обезжиренного молока при выработке готового продукта. В результате опытов получили, что 1 флакон, содержащий 2 мл бакконцентрата, способен сквасить 200 л молока за 12-14 ч при температуре (30) °С.

Далее были изучены сроки хранения концентрированных заквасок. Оценку качества препаратов в процессе хранения проводили по количеству клеток и изменению ферментативной активности концентрированной закваски. Оптимальный срок хранения жидкой концентрированной закваски составит при температуре 6-8 °С 3,5 месяца, замороженной суспензии при температуре (-18±2) С составит 6 месяцев.

Таблица 3 - Качественная характеристика замороженного бактериального концентрата

Данные таблицы 3 свидетельствуют о том, что концентрированный бактериальный концентрат обладает высокой биохимической активностью, содержит достаточное количество живых клеток и может быть рекомендован для использования в пищевой промышленности.

3. Безопасность бисквитов как диетического продукта питания

В последние годы значительно расширился ассортимент функциональных изделий, спрос на которые постоянно растет.

Потребность в них обусловлена, прежде всего, общим состоянием здоровья населения. В стране прогрессируют алиментарно зависимые заболевания, возникающие от несбалансированного питания, ухудшения экологической обстановки, кризиса. Хлебобулочные изделия, являясь продуктом повседневного потребления, играют существенную роль в организации питания.

Изменяя их химический состав, можно целенаправленно регулировать обмен веществ в организме человека и тем самым активно воздействовать на его общее самочувствие, трудоспособность и предупреждать развитие болезней цивилизации.

Все интенсивнее развивается производство мучных кондитерских изделий. Значительным препятствием для их широкого потребления является высокая энергетическая ценность и несбалансированность по эссенциальным ингредиентам - незаменимым аминокислотам, пищевым волокнам, минеральным веществам, витаминам, белку, ненасыщенным жирным кислотам.

В связи с вышеуказанным вопрос об обеспечении экологически чистой и безопасной, сбалансированной по эссенциальным ингредиентам и обогащенной биокорректорами продукции, содержащей новое, ранее не применяемое функциональное сырье, весьма актуален [2].

Нами на кафедре «Технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств» разработана технология бисквита «Нежный» диетической направленности, в рецептуру которого включена сыворотка молочная концентрированная, полученная методом электрофлотации.

Данный метод заключается в получении электролизом большого количества газовых пузырьков, которые при всплытии адсорбируют растворенный в сыворотке белок, а также захватывают частицы, находящиеся во взвешенном состоянии. Всплывшие пузырьки образуют пену, снимая и отстаивая которую получают концентрат коагулировавших белков и минеральных солей. В сыворотке молочной концентрированной содержание сухих веществ составляет 27%, массовая доля сырого водорастворимого протеина - 4, 0%.

Нами проведены предварительные клинические исследования по безопасности бисквита «Нежный» методом in vivo. Скармливание бисквита «Нежный» проводили белым крысам в течение 70 суток. Доля бисквита в стандартном зерновом рационе составляла 30%. Все животные в ходе опыта подвергались периодическому клиническому обследованию в условиях ветеринарной клиники. На протяжении всего периода наблюдения не отмечено гибели подопытных животных, изменений внешнего вида, поведения, двигательной активности по сравнению с контрольной группой.

На вскрытии макроскопически не выявлено патологических изменений внутренних органов и тканей подопытных животных, коэффициенты масс внутренних органов не имели статистически достоверных отличий от аналогичных показателей контрольной группы. При обследовании животных с помощью лабораторных методов не выявлено изменений гематологических и биохимических показателей.

Не было отмечено и изменений поведенческого и клинического статуса. Интегральные показатели (внешний вид, масса тела), биохимические показатели (массовая доля общего белка в сыворотке крови, активность некоторых ферментов, содержание общих липидов в сыворотке крови) практически не изменялись.

Данные по приросту массы тела согласуются с результатами биохимических исследований (таблица 1), из которых видно, что при скармливании бисквитов в организме крыс улучшались основные обменные процессы.

Таблица 1 - Биохимические показатели крови и костной ткани белых крыс

При вскрытии животных паталогоанатомических изменений выявлено не было (таблица 2).

Таблица 2 - Изменение массы внутренних органов крыс при включении в их рацион бисквитов

Представлены средние данные о 5 крысах; Р<0,95, в остальных случаях Р>0,95 (где Р - доверительная вероятность).

Полученные результаты позволяют рекомендовать бисквиты «Нежные», как безопасные продукты питания [1].