Теоретические и практические аспекты создания инновационных биопродуктов для функционального питания с использованием консорциума молочнокислых и пропионовокислых бактерий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.04, доктор наук Бояринева Ирина Валерьевна

• Бояринева Ирина Валерьевна
• доктор наук
• 2020

Оглавление диссертации доктор наук Бояринева Ирина Валерьевна

Введение

Глава 1 Современное состояние и перспективы производства

продуктов функционального питания

1.1 Пробиотики и пребиотики, их роль в функциональном питании

1.2 Биотехнологические свойства пробиотических микроорганизмов

1.2.1 Пропионовокислые бактерии

1.2.2 Ацидо фильная палочка

1.2.3 Кефирная грибковая закваска

1.3 Внеклеточные метаболиты пробиотических микроорганизмов

1.3.1 Витаминсинтезирующая активность

1.3.2 Антимутагенные свойства

1.3.3 Антиокислительная защита

1.3.4 Антимикробные свойства

1.3.5 Синтез экзополисахаридов

1.4 Особенности технологии производства бактериальных концентратов

Заключение по обзору литературы, цель и задачи исследований

Глава 2 Организация проведения экспериментов, материалы и

методы исследований

2.1 Объекты исследований и постановка эксперимента

2.2 Методы исследований

2.3 Статистическая обработка результатов

2.3.1 Статистическая обработка результатов технологического процесса производства кисломолочных биопродуктов

2.3.2 Статистическая обработка результатов технологического процесса производства адаптированных кисломолочных биопродуктов на основе

консорциума и пропионовокислых бактерий

Глава 3 Теоретическое и экспериментальное обоснование создания

консорциума молочнокислых и пропионовокислых бактерий

3.1 Теоретическое обоснование использования пропионовокислых бактерий Propionibacterium freudenreichii Ш-85 для создания консорциума микроорганизмов

3.2 Исследование сочетаемости и выбор оптимального соотношения микрофлоры кефирной грибковой закваски и Propionibacterium freudenreichii Ш-85

3.3 Подбор оптимального соотношения кефирной грибковой закваски и

Propionibacterium freudenreichii Ш-85

Заключение по главе

Глава 4 Исследование внеклеточных метаболитов при культивировании молочнокислых и пропионовокислых бактерий

4.1 Изучение экзополисахаридного потенциала заквасочных культур и

его влияние на процесс структурообразования и формирование симбиоза

4.2 Исследование системы антиоксидантной защиты при

культивировании пропионовокислых бактерий в аэробных условиях

4.3 Изучение структурно-механических свойств консорциума микроорганизма

4.4 Разработка схемы и обоснование технологических параметров получения консорциума, оценка качества

4.5 Исследование антимутагенной активности консорциума

4.6 Изучение антибиотической активности консорциума

4.7 Исследование витаминсинтезирующей способности консорциума

Заключение по главе

Глава 5 Разработка технологии пробиотических кисломолочных биопродуктов на основе консорциума микроорганизмов кефирной

грибковой закваски и пропионовокислых бактерий

5.1 Выбор дозы закваски для приготовления кисломолочного

биопродукта

5.2 Влияние пребиотика Raftiline GR на функциональные свойства кисломолочного биопродукта

5.3 Исследование сроков хранения кисломолочных биопродуктов

5.4 Разработка технологической схемы производства кисломолочных биопродуктов, оценка качества

5.5 Влияние микрофлоры консорциума на продолжительность сквашивания адаптированной смеси и популяцию пропионовокислых бактерий

5.6 Исследование синтеза витаминов группы В в процессе ферментации адаптированной смеси

5.7 Исследование сроков хранения адаптированных кисломолочных биопродуктов

5.8 Разработка технологии производства адаптированных кисломолочных биопродуктов, оценка качества

5.9 Исследование биологической ценности кисломолочных биопродуктов

5.9.1 Исследование степени дисперсности белков кисломолочных биопродуктов

5.9.2 Атакуемость белков кисломолочных биопродуктов

пищеварительными протеиназами

5.9.3 Аминокислотный состав кисломолочных биопродуктов

Заключение по главе

Глава 6 Разработка технологии пробиотического бактериального концентрата и практические аспекты использования

6.1 Исследование антибиотической активности и антибиотикоустойчивости Propionibacterium freudenreichii Ш-85 и Lactobacillus acidophilus

6.2 Подбор соотношения культур Propionibacterium freudenreichii Ш-85 и

L. acidophilus при различных условиях культивирования

6.3 Изучение протеолитической активности консорциума

6.4 Исследование экзополисахаридного потенциала заквасочных культур

и консорциума

6.5 Исследование пробиотических свойств комбинированной закваски

6.6 Разработка технологической схемы получения инокулята на основе консорциума микроорганизмов Propionibacterium freudenreichii Ш-85 и

L. acidophilus

6.7 Оптимизация состава питательной среды

6.8 Изучение влияния хлористого кобальта на выход биомассы и синтез витамина В12

6.9 Влияние дозы инокулята на выход биомассы

6.10 Изучение сроков хранения жидкого бактериального концентрата

6.11 Изучение устойчивости бактериального концентрата к замораживанию

6.12 Изучение сроков хранения замороженного бактериального концентрата

6.13 Разработка технологии получения замороженного бактериального концентрата

6.14 Разработка технологии получения сухого бактериального концентрата

6.15 Изучение выживаемости клеток пропионовокислых бактерий и ацидофильной палочки в процессе хранения сухого бактериального концентрата

6.16 Изучение пробиотических свойств бактериального концентрата и практические аспекты его использования

6.16.1 Изучение антибиотической активности и

антибиотикоустойчивости бактериального концентрата

6.16.2 Исследование антимутагенной активности жидкого бактериального концентрата

6.16.3 Разработка технологии пробиотического биопродукта на основе

замороженного бактериального концентрата. Оценка показателей

качества пробиотического биопродукта

Заключение по главе

Глава 7 Экономические показатели

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Приложения

Приложение А Патент «Способ получения кефирного продукта»

Приложение Б Акты выработок опытных партий адаптированных

кисломолочных биопродуктов в ОАО «Комбинат детского питания»

Приложение В Акты выработок опытных партий биокефира

«Пропионикс»

Приложение Г Акты выработок опытных партий биокефира

«Пропионикс R»

Приложение Д Акты выработок опытных партий

биопродукта кисломолочного «Ацидопропионикс»

Приложение Е Акты выработок опытных партий закваски бактериальной

«АЦИДОПРОПИОНИКС»

Приложение Ж Акты проведения производственных испытаний

технологии биокефира «Пропионикс»

Приложение И Акты проведения производственных испытаний

технологии биокефира «Пропионикс К»

Приложение К Акты проведения производственных испытаний

технологии биопродукта кисломолочного «Ацидопропионикс»

Приложение Л Акты внедрения технологий биопродуктов

Приложение М Техническая документация на биопродукты и бактериальный концентрат

Приложение Н Декларации соответствия на биопродукты

Приложение П Протоколы испытаний на биопродукты

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Теоретические и практические аспекты создания инновационных биопродуктов для функционального питания с использованием консорциума молочнокислых и пропионовокислых бактерий»

Введение

Актуальность работы. Стратегической задачей современной пищевой технологии является создание полноценных, безопасных продуктов, обогащенных биологически активными компонентами, обеспечивающими поддержание и активизацию жизненно важных функций человека, повышение общей сопротивляемости организма агрессивным условиям среды жизнедеятельности.

Разработка функциональных продуктов питания, в том числе биопродуктов, биологически активных добавок к пище, - один из наиболее доступных и эффективных способов коррекции питания и здоровья современного человека. Этот аспект представляет важное теоретическое и практическое значение в рамках реализации Концепции государственной политики в области здорового питания населения на период до 2020 года, Постановления Правительства РФ и Указов Президента по развитию пищевой и перерабатывающей промышленности [ 197 , 196 , 235 ].

В настоящее время российский рынок продуктов, обладающих профилактическим и оздоровительным эффектом, динамично развивается. Среди направлений функционального питания одним из ведущих является обогащение продуктов пробиотическими культурами. Особое место в группе функциональных продуктов занимают кисломолочные бифидосодержащие биопродукты, что обусловлено широким спектром возможностей их оздоровительного воздействия на организм человека [ 58 ].

Для производства пробиотических кисломолочных продуктов в основном используются комбинированные закваски бифидобактерий и лактобактерий. В настоящее время разработан широкий ассортимент бифидосодержащих молочных продуктов Бифилайф, бифидокефиры, йогурты, при производстве которых используются комбинированные закваски молочнокислых и бифидобактерий. Необходимо отметить, что ферментация молока осуществляется за счет молочнокислых бактерий, а бифидобактерии обогащают биопродукты

жизнеспособными клетками, поскольку обладают слабой биохимической активностью.

Что касается пропионовокислых бактерий, они недостаточно изучены и применяются, в основном, в сыроделии. В отличие от других микроорганизмов, большим преимуществом пропионовокислых бактерий является высокая технологичность, выживаемость в кислой среде, а также синтез метабиотиков с различным механизмом действия, антимутагенных веществ, супероксиддисмутазы (СОД), каталазы, бактериоцинов, которые в совокупности будут оказывать положительное действие на организм человека.

Учитывая высокий пробиотический потенциал пропионовокислых бактерий является перспективны сочетание их с молочнокислой микрофлорой и создание биопрепаратов с заданными лечебно-профилактическими свойствами. Синергическое действие пропионовокислых и молочнокислых бактерий при совместном культивировании позволит обогатить биопродукты метабиотиками разной направленности действия и значительно повысить пробиотический эффект.

Обеспечение современного человека пробиотическими продуктами функционального питания, в состав которых входят полезные микроорганизмы и их метабиотики, оптимизирующие микробиом человека и повышающие качество жизни, является стратегическим направлением биомедицины и пищевой биотехнологии.

Степень разработанности темы исследования. На современном этапе сформирована и имеет дальнейшее развитие научная база по созданию и апробации различных микробных ассоциаций на основе пробиотических культур для дальнейшего применения в продуктах питания, производстве биологически активных добавок.

Значительный теоретический и практический вклад в развитие технологий пробиотических продуктов функционального внесли отечественные и зарубежные ученые: С.И. Артюхова, Н.А. Бавина, А.В. Банникова, В.М. Бондаренко, Л.И. Воробьева, Н.Б. Гаврилова, Л.В. Голубева, Н.М. Грачева, И.А. Евдокимов, Л.А. Забодалова, З.С. Зобкова, Е.И. Квасников, А.А. Майоров, В.М. Позняковский, А.Ю.

Просеков, И.В. Рожкова, В.Ф. Семенихина, И.С. Хамагаева, Б.А. Шендеров, М.П., Шевелева С.А., Щетинин, G.W. Tannock, E.P. Iordan, M.D. Collins, G.R. Gib-son, R. Fuller и многие другие.

Постоянное влияние на человека различных стрессовых факторов ведет к нарушению симбиотической микроэкологической системы, что сопровождается разнообразными экологическими, социальными и другими неблагоприятными последствиями. Учитывая, что частота распространения дисбаланса микробиома у россиян превышает 90% и имеет тенденцию к увеличению, является актуальным разработка новых подходов к созданию разнообразных по своей направленности действия лечебно-профилактических продуктов на основе наиболее эффективных и безопасных для человека пробиотических микроорганизмов и их метаболитов.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является конструирование инновационных биопродуктов функционального питания с использованием консорциума микроорганизмов с высокими пробиотическими свойствами.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучить сочетаемость пропионовокислых бактерий с микрофлорой кефирной грибковой закваски при совместном культивировании и выбрать оптимальное соотношение культур в консорциуме;

- исследовать синтез экзополисахаридов консорциума и их роль в формировании симбиоза молочнокислых и пропионовокислых бактерий;

- изучить систему антиоксидантной защиты пропионовокислых бактерий при культивировании с молочнокислыми микроорганизмами в аэробных условиях;

- исследовать антимутагенные, антибиотические и витаминсинтезирующие свойства заквасочных культур и их консорциумов;

- изучить биохимическую активность пропионовокислых бактерий и консорциума при культивировании на молоке и адаптированной смеси;

- изучить влияние пребиотика Raftiline GR на функциональные и потребительские свойства продукта;

- обосновать технологические параметры производства функциональных кисломолочных биопродуктов, и оценить их качество;

- исследовать биологическую ценность кисломолочных биопродуктов;

- оптимизировать питательную среду и подобрать условия культивирования консорциума на основе ацидофильной палочки и пропионовокислых бактерий;

- разработать технологию получения различных форм бактериальных концентратов (жидкого, замороженного и сухого), и исследовать практические аспекты их использования;

- рассчитать экономические показатели промышленного производства бактериальных концентратов и биопродуктов.

Научная концепция диссертационной работы. Научная концепция диссертационной работы заключается в конструировании функциональных пробиотических продуктов, обогащенных метаболитами, образующимися при совместном культивировании молочнокислых и пропионовокислых бактерий, имеющих важное значение для поддержания и восстановления здоровья человека.

Научная новизна. Впервые разработана новая товарная категория биопродуктов, обогащенных витамином В12, обладающих антимутагенными и антиоксидантными свойствами для функционального питания.

Предложен новый подход к повышению функциональных свойств биопродуктов путем использования пропионовокислых бактерий с высоким пробиотическим потенциалом.

На основе анализа биотехнологических свойств и синтеза витамина В12 пропионовокислыми бактериями созданы новые консорциумы, содержащие молочнокислые и пропионовокислые бактерии, обладающие высокими пробиотическими свойствами. С учетом физиолого-биохимических свойств разработана гипотетическая схема взаимодействия молочнокислых и пропионовокислых бактерий при метаболизме дисахарида лактозы.

Теоретически обоснована роль экзополисахаридов в формировании симбиоза молочнокислых и пропионовокислых бактерий. Экзополисахариды, продуцируемые пропионовокислыми бактериями в суспензии за счет адгезивных

свойств, взаимодействуют с матриксом кефирных грибков с образованием симбиоза, который функционирует как единая устойчивая система при различных условиях культивирования.

Установлено, что при росте пропионовокислых бактерий с молочнокислыми бактериями в аэробных условиях, происходит существенная перестройка в клетках бактерий, направленная на активацию ферментов СОД и каталазы, как способа защиты от окислительного стресса. При аэрации среды и низких температурах культивирования количество СОД и каталазы возрастает, нейтрализует активные формы кислорода (АФК) и обеспечивает интенсивный рост пропионовокислых бактерий.

Изучены внеклеточные метаболиты, продуцируемые пробиотическими микроорганизмами. Выявлено, что антагонистическая активность по отношению к патогенной и условно-патогенной микрофлоре, антимутагенные свойства консорциума, значительно выше по сравнению с заквасочными культурами, входящими в его состав. Отмечено высокое содержание витамина В12 в консорциуме, которое обусловлено активным ростом пропионовокислых бактерий.

Высокая биохимическая активность консорциума на основе пропионовокислых бактерий и кефирной грибковой закваски интенсифицирует процесс ферментации молока, обогащает метабиотиками и повышает функциональные свойства готового продукта. При этом, количество жизнеспособных клеток пропионово-кислых бактерий составляет 109 к.о.е./см3. При культивировании консорциума на адаптированной смеси с модифицированным составом, приближенным к женскому молоку, продолжительность ферментации увеличивается, однако количество клеток остается на высоком уровне и достигает 109 к.о.е./см3.

Выбрана оптимальная доза пребиотика КайШпе GR, которая при ферментации молока повышает потребительские свойства и позволяет получить биопродукт с синбиотическим эффектом.

Оптимизирован состав питательной среды для получения биомассы пропионовокислых бактерий и ацидофильной палочки с высоким содержанием

витамина В12. Интенсивный рост биомассы консорциума в процессе культивирования свидетельствует о сбалансированности состава питательной среды. Установлено, что внесение в состав питательной среды хлорида кобальта повышает синтез витамина В12 и антимутагенных веществ в биомассе.

Протекторные свойства экзополисахаридов, синтезируемых консорциумом, повышают устойчивость микроорганизмов при замораживании и лиофилизации. Отмечены высокие пробиотические свойства разработанных бактериальных концентратов.

Теоретическая, практическая значимость и реализация результатов работы. Расширены границы исследований в области изучения экспериментально созданных симбиотических сообществ пробиотических микроорганизмов. Получены новые знания о внеклеточных факторах адаптации молочнокислых и пропионово-кислых бактерий при совместном культивировании. Результаты исследований дают новое представление о формировании симбиоза микроорганизмов и антиоксидантной защите пропионовокислых бактерий при неблагоприятных условиях культивирования.

Практическую реализацию результаты исследований получили в разработке и утверждении технологических инструкций и технических условий: ТУ и ТИ 9222-018-02069473-2010 «Биокефир «Пропионикс»», ТУ и ТИ Биопродукт кисломолочный «Целебный для детского питания», ТУ и ТИ Биопродукт кисломолочный «Биодапт». Разработан способ получения биокефира (патент RU 2461204).

На основании проведенных исследований и анализа полученных результатов разработана технология жидкой, замороженной и сухой концентрированной закваски. Утверждены ТУ и ТИ 10.89.19-011-66510777 «Закваска бактериальная концентрированная прямого внесения для производства кисломолочных биопродуктов». С использованием закваски прямого внесения разработана технология биопродукта, утверждены ТУ и ТИ 10.51.52-012-66510777-2019 «Биопродукт кисломолочный «АЦИДОПРОПИОНИКС»».

Опытно-промышленная проверка технологии бактериальных концентратов была проведена в малом инновационном предприятии ООО «МИП Бифивит», где налажен их серийный выпуск.

Разработанные технологии производства ферментированных молочных биопродуктов прошли опытно-промышленную проверку в ОАО «Комбинат детского питания» (г. Хабаровск), крестьянском фермерском хозяйстве «ИП Кобченко А.М.» (г. Дальнегорск, Приморский край) и внедрены в ООО «ВИТА» (г. Усолье-Сибирское, Иркутская область), ООО «ИСИНГА» (г. Хабаровск) и сельскохозяйственном потребительском перерабатывающем снабженческо-сбытовом обслуживающем кооперативе (СППССОК) "Чернореченский" (с. Черная речка, Хабаровский край).

Результаты исследований используются в учебном процессе при чтении лекций по дисциплинам «Технология молока и молочных продуктов», «Технология продуктов функционального питания», «Пробиотические биологически-активные добавки», «Пищевая микробиология» для студентов направлений 19.03.03 «Продукты питания животного происхождения», 19.03.04 «Технология продукции и организация общественного питания», а также курсовом и дипломном проектировании.

Методология и методы исследования. Методологической основой диссертационной работы являются теоретические исследования трудов отечественных и зарубежных ученых по вопросам пробиотиков и функционального питания. При проведении исследований использовали стандартные, общепринятые и оригинальные методы сбора, обработки и анализа научной информации, органолептические, физико-химические, реологические, микробиологические методы анализа, в том числе спектрометрию, хроматографию и др.

Основные положения, выносимые на защиту. Концепция конструирования функциональных продуктов питания на основе консорциума молочнокислых и пропионовокислых бактерий:

- теоретическое и экспериментальное обоснование создания консорциума молочнокислых и пропионовокислых бактерий;

- исследование синтеза внеклеточных метаболитов;

- обоснование технологии кисломолочных биопродуктов функционального питания с использованием консорциума микроорганизмов;

- исследование биологической ценности пробиотических кисломолочных биопродуктов;

- разработка технологии бактериальных концентратов и практические аспекты их использования.

Степень достоверности и апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований доложены, обсуждены и получили одобрение на конференциях различного уровня, в том числе: «Пищевые биотехнологии: проблемы и перспективы в XXI веке» (Владивосток, 2004), «Рыбохозяйственные исследования Мирового океана» (Владивосток, 2005), «Конкурентоспособность территорий и предприятий во взаимозависимом мире» (Екатеринбург, 2005), «Технология и техника агропромышленного комплекса» (Улан-Удэ, 2005), «Новые экологобезопасные технологии для устойчивого развития регионов Сибири» (Улан-Удэ, 2005), «Региональные аспекты развития рынка потребительских товаров» (Хабаровск, 2005), «Инновационные технологии в создании продуктов питания нового поколения» (Краснодар, 2005), «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2005), «Актуальные вопросы современной торговли» (Хабаровск, 2007, 2011), «Управление торговлей: Теория, практика, инновация» (Москва, 2010), «Актуальные проблемы потребительского рынка товаров и услуг» (Киров, 2011), «Современные продукты и технологии» (Хабаровск, 2011), «СевероВосточный азиатский академический форум» (Хабаровск, 2011), «Инновационные технологии в промышленности - основа повышения качества, конкурентоспособности и безопасности потребительских товаров» (Москва, 2014), «Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов» (Орел, 2014), «Потребительский рынок ХХ1-го века: стратегии, технологии, инновации»

(Хабаровск, 2015), «Фундаментальные научные исследования: теоретические и практические аспекты» (Кемерово, 2019), «Научные достижения третьего тысячелетия» (Нью-Йорк, 2019), «Глобальная наука. Разработка и новизна» (Мюнхен, 2019), «Наука сегодня: реальность и перспективы» (Вологда, 2020), «Научный форум: тенденции развития науки и общества» (Кемерово, 2020).

Публикации результатов исследований. Основные положения работы опубликованы в 50 научных работах, в том числе в двух монографиях, 18 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 статьях в международных изданиях, входящих в наукометрические базы данных Scopus, получен патент на изобретение.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, приложений и списка литературных источников из 445 наименований, в том числе 158 зарубежных источников. Диссертация содержит 376 страниц машинописного текста, 40 рисунков, 59 таблиц и 13 приложений.

Глава 1 Современное состояние и перспективы производства продуктов функционального питания 1.1 Пробиотики и пребиотики, их роль в функциональном питании

Функциональное питание является наиболее важным и эффективным фактором, обеспечивающим сохранение жизни и здоровья человека. Под термином «функциональное питание» подразумевают использование таких продуктов естественного происхождения, которые при ежедневном применении оказывают определенное регулирующее действие на организм в целом или на его определенные системы и функции.

Научное понимание того, каким образом продукты функционального питания оказывают свое позитивное действие на организм, на его физиологические функции - важнейшая задача исследователей, поскольку это не только позволяет уточнить механизм благоприятного действия на организм продуктов функционального питания, но и целенаправленно конструировать новые продукты подобного типа [274].

Функциональные свойства продуктам придают ингредиенты. По теории Д. Поттера на сегодняшнем этапе развития пищевой отрасли эффективно используются 7 основных видов функциональных ингредиентов: пищевые волокна, витамины, минеральные вещества, полиненасыщенные жиры, антиоксиданты: бета-каротин и витамины, олигосахариды, а также микроэлементы, бифидобактерии и другие пробиотические микроорганизмы.

По мнению японских исследователей, которые являются основоположниками этого направления, функциональное питание в скором времени сможет успешно конкурировать со многими лекарственными препаратами. К настоящему времени интенсивные работы по изучению и разработке продуктов функционального питания ведутся помимо Японии, сохраняющей лидирующее положение в развитии этого направления, в США, Германии, Франции, Великобритании, Финляндии некоторых других странах. Для

некоторых компаний Японии разработка продуктов функционального питания стала стратегическим направлением, так как оно в наибольшей степени отвечает запросам потребителя и, следовательно, будет иметь спрос. По мнению японских ученых, основными критериями функционального питания являются: пищевые волокна; продукты, содержание бифидобактерии и другие пробиотические микроорганизмы; олигосахариды.

Однако, данные последних лет, в том числе полученные отечественными исследователями, показывают, что функциональное питание не исчерпывается этим перечнем и включает ряд других продуктов, как указывает Д. Поттер. Безусловно, каждая из вышеперечисленных категорий функционального питания заслуживает глубокого изучения и отдельного рассмотрения, а некоторые из них уже теперь могут быть рекомендованы к массовому использованию в нашей стране для поддержания и восстановления здоровья населения.

Одним из представителей продуктов функционального питания являются пробиотики. По определению большинства авторов, пробиотики - это живые микроорганизмы или ферментированные ими продукты, которые оказывают благотворный эффект на здоровье человека, в большей степени реализующийся в желудочно-кишечном тракте. Наибольший интерес к пробиотикам возник в начале 70-х годов, когда чрезмерно широкое применение антибиотиков, ухудшение экологической обстановки повлекли за собой нарушения микробиоценозов человека, а также явления устойчивости к антибиотикам.

Большинство специалистов и исследователей относят к бактериям -пробиотикам в основном так называемые эубиотики (представителей нормальной микрофлоры кишечника и других полостей организма) и чаще всего бифидобактерии и молочнокислые микроорганизмы рода Lactobacillus, называя их классическими пробиотиками. Это связано с тем, что наибольшее количество благотворно влияющих на здоровье людей бактерий выделено именно из кишечника человека и именно эти бактерии, колонизируя желудочно-кишечный тракт и постоянно присутствуя в нем, берут на себя основную защитную функцию.

Благотворное влияние пробиотиков на здоровье людей проявляется разноплановыми положительными эффектами, звеньями механизма, которые в целом характеризуются как пробиотическое воздействие. Основными из них, по мнению авторов, являются следующие:

- колонизация желудочно-кишечного тракта пробиотическими микроорганизмами, проявляющие антагонизм в отношении условно-патогенных бактерий, вирусов, грибов и дрожжей. Постоянное присутствие в кишечнике достаточного количества прикрепленных к его стенке резистентных микроорганизмов предотвращает размножение патогенных агентов, их инвазию в энтероциты и прохождение через кишечную стенку путем создания в своем биотопе неблагоприятной для посторонней микрофлоры рН среды, выработки бактериоцинов, а также лишения конкурирующих микроорганизмов, их нутриентов и мест адгезии;

- улучшение нарушенного баланса микроорганизмов в кишечнике и устранение дисбактериозов и дисбиозов в целом;

- полезная и адекватная метаболическая активность - продукция витаминов К, биотина, ниацина, пиридоксина и фолиевой кислоты, гидролиз желчных солей и холестерина и регуляция его уровня, участие в рециркуляции женских половых гормонов и др.;

- детоксицирующая и защитная роль: предотвращение негативного воздействия радиации, химических загрязнителей пищи, канцерогенных факторов и т.д. Эта функция пробиотиков в настоящее время вызывает все возрастающий интерес и активно изучается, в частности проводится поиск штаммов с наиболее выраженными иммуногенными свойствами.

Нормально функционирующая резистентная микрофлора контролирует продукцию токсинов в кишечнике, предупреждая их избыточную выработку и попадания в кровоток. В результате метаболизма пробиотиков, обладающих детоксицирующими и протеолитическими свойствами, в кишечнике в основном обеспечивается протеолиз эндотоксинов, аллергенов и антигенов.

Иммуностимулирующее и антинеопластическое действия в результате повышения неспецифической резистентности микроорганизма оказывают также представители других таксономических групп и семейств (Bifidobacterium, Propionibacterium, Bacillius), для которых молочная кислота не является главным продуктом метаболизма. На основе таких штаммов созданы биопрепараты и кисломолочные продукты, пробиотический эффект которых очевиден.

Заслуживают внимание протосимбиотические ассоциации заквасочной микрофлоры, поскольку полезные свойства вырабатываемых при их участии кисломолочных продуктов реализуются наряду с антагонизмом закваски к возбудителям инфекций, и через механизм неспецифической иммуностимуляции. Об этом свидетельствуют результаты научных исследований антинеопластических свойств кефирной закваски.

В современных условиях жизни пробиотики служат важным и необходимым инструментом защиты человека, в первую очередь, от дисбактериозов желудочно-кишечного тракта, возникающих как следствие нерациональной антибиотикотерапии, перенесенных кишечных заболеваний, длительного применения нестероидных противовоспалительных препаратов, неправильного питания, стрессов. Помимо этого, доказана эффективность препаратов, содержащих представителей нормальной микрофлоры, при восстановлении нарушенного биоценоза и лечении заболеваний урогенитального тракта, ротовой полости не только при местном, но и при пероральном применении. Широкое использование пробиотиков для этих целей должно способствовать уменьшению применения антибиотиков и химиопрепаратов, что особенно актуально ввиду растущей устойчивости микроорганизмов к антибиотикам.

В настоящее время пробиотики применяются очень широко и источники поступления их в организм человека разнообразны. В первую очередь, это фармацевтические формы медицинских биологических препаратов и биологически активные добавки (БАД) к пище. Во-вторых, натуральные продукты на молочной и растительной основе, выработанные биотехнологическим способом с использованием различных микроорганизмов, в том числе классических

пробиотиков в качестве заквасочных или стартерных культур, либо обогащенных пробиотиками. Особое место среди них для обеспечения пробиотического эффекта занимают кисломолочные продукты.

Концепция оздоровления организма при помощи кисломолочных продуктов впервые была выдвинута почти 100 лет назад выдающимся русским ученым И.И. Мечниковым - микробиологом, лауреатом Нобелевской премии 1908 г. [1, 55, 184].

Производство кисломолочных продуктов функционального питания на основе бифидобактерий заметно активизировалось и увеличилось в последние годы. Все возрастающая популярность и разнообразие продуктов питания, содержащих бифидобактерии во всех развитых странах, объясняется тем, что их регулярное использование в течение длительного времени способствует массовому поддержанию здоровья населения, продлевает срок активной жизни человека, смягчает воздействие неблагоприятных факторов внешней среды, стрессов и т.п.

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Бояринева Ирина Валерьевна, 2020 год

V \ //

3 2 1

0

2

4

6

6,5

6

5,5

5

X

р

л" н о о к н о ч

о

к и

к «

к

£ <

4,5

4

8 10 Время, ч

1 - доза закваски 3%

2 - доза закваски 5%

3 - доза закваски 7%

Рисунок 5.1 - Влияние дозы консорциума на активность кислотообразования

к

о

т

е

кл

а

в т с со

е

ч .е.

и

л .. о

лок к.

ф

и

р

а

г

о

ч

10 8 6 4 2 0

2

4

5

6

доза закваски 3% доза закваски 5% доза закваски 7%

9

Время, ч

Рисунок 5.2 - Влияние дозы консорциума на рост клеток пропионовокислых бактерий

Обобщая полученные результаты, можно сделать вывод, что пропионовокислые бактерии хорошо растут в консорциуме микроорганизмов кефирной грибковой закваски, что позволяет получить в кисломолочных биопродуктах высокое содержание жизнеспособных клеток пропионовокислых бактерий. В результате проведенных исследований обоснована доза внесения комбинированной закваски на основе консорциума 5%.

5.2 Влияние пребиотика КаШИпе СИ на функциональные свойства кисломолочного биопродукта

Особую роль в функциональном питании ученые отводят пребиотическим продуктам, которые открывают широкие возможности для повышения пищевой и биологической ценности создаваемых продуктов. Сочетание молочного и растительного сырья - один из распространенных способов корректирования состава кисломолочных продуктов. Особую важность с медико-биологической точки зрения представляют молочные продукты питания, в комбинации с различными пребиотическими компонентами [157].

Пищевые волокна - пищевые вещества, признанные в настоящее время необходимым компонентом питания для человека [144]. Они представляют собой съедобные части растений, устойчивые к перевариванию и адсорбции в тонком кишечнике человека, полностью или частично ферментируемые в толстом кишечнике, составляющие необходимый питательный баланс (наряду с жирами, белками, углеводами и витаминами).

Продукты животного происхождения (мясо, молоко и молочные продукты) не содержат пищевых волокон. Большую часть нашего рациона составляют продукты, не содержащие пищевые волокна (ПВ) вообще: мясо, молочные продукты, рыба, яйца и т.д. Растительные продукты существенно разнятся по количеству и качественному составу содержащихся в них пищевых волокон. В различных растительных продуктах содержатся пищевые волокна разных видов. Только при разнообразном питании, т.е. при введении в рацион нескольких видов растительной пищи (крупы, хлеб из цельного зерна, овощи, фрукты, зелень), организм получает как необходимое количество пищевых волокон, так и волокна с разным механизмом действия. При недостаточном употреблении пищевых волокон с обычным питанием рекомендуются компенсаторные меры по обогащению суточного рациона клетчаткой. К подобного рода компенсаторным мерам относят

употребление отрубей (пшеничных, ржаных, овсяных) или биологически активных добавок к пище (БАД) - источников пищевых волокон [155].

Пищевые волокна являются своего рода питанием для полезных микроорганизмов кишечника, без которых не может существовать человеческий организм [3, 49, 102].

ЯайШпе ОЯ (инулин) - природный полисахарид (фруктан), состоящий из фруктозных звеньев, связанных между собой в (2 - 1) связью.

Положительное влияние инулина на рост бактерий кишечника позволяет относить его к группе пребиотиков - веществ, или диетических добавок, в большинстве своем не адсорбируемых в кишечнике человека, но благотворно влияющих на организм хозяина путем селективной стимуляции роста и активации метаболизма полезных представителей его кишечной микрофлоры. Также инулин обладает «обволакивающим действием», защищая слизистые оболочки желудка и частично кишечника от механического раздражения пищей. Инулин способен предотвратить появление или уменьшить действие токсических веществ при их попадании в желудочно-кишечный тракт.

Инулин является хорошим технологичным ингредиентом в пищевой промышленности. Так, инулин образовывает с водой гель с очень короткой, жироподобной текстурой и, таким образом, имитирует присутствие жира в обезжиренных продуктах, обеспечивая им полноту вкуса, присущего продуктам обычной жирности (1 г жира замещается 0,25 г инулина). Благодаря снижению содержания жиров, снижается калорийность продуктов. Без ущерба для вкуса улучшается текстура продукта.

В этой связи дальнейшие исследования были посвящены изучению влияния пребиотика КайШпе ОЯ на потребительские свойства кисломолочного продукта.

Для приготовления биопродукта был использована комбинированная закваска на основе консорциума, состоящего из пропионовокислых бактерий и кефирной грибковой закваски в соотношении 1:1. В нормализованное пастеризованное молоко вносили 5% комбинированной закваски на основе

консорциума и разные дозы Raftiline ОЯ 1%, 2% и 3%. Ферментацию проводили при температуре (30±1) °С.

Результаты исследований представлены на рисунках 5.3, 5.4.

н

о

дь

Н О

о к н

о

«

о

& К

н

80

70

60

50

40

30

20

10

6,5

2

4

5,5

4,5

4

56 Время, ч

-в-контроль -©-доза ЯайШпе 2%

-А-доза ЯайШпе 3% -•- доза ЯайШпе 1%

Д

р

,ь т

о

о н т о

л

о

ая н

и к

£

Рисунок 5.3 - Влияние дозы Raftiline GR на процесс кислотообразования

6

5

0

0

1

3

Интересным является тот факт, что с увеличением дозы КайШпе ОЯ от 1 до 3% кислотность снижается по сравнению с контролем (образец без добавления КайШпе ОЯ) и составляет при максимальной дозе 3% - 68 °Т (рисунок 5.3). При этом во всех образцах продолжительность ферментации составляет (5,5-6) часов.

о сЗ

С

л" н

о §

со

ьч рр

0,36 0,31 0,26 0,21 0,16 0,11 0,06 0,01

0 2 4 6 8

Время, ч

- о - кисломолочный биопродукт без ЯайШпе СЯ О кисломолочный биопродукт с массовой долей ЯайШпе ОЯ 2%

Рисунок 5.4 - Влияние ЯайШпе ОЯ на изменение вязкости биопродукта

В результате проведенных исследований, установлено, что в продукте с массовой долей КайШпе ОЯ 2 % в процессе ферментации увеличивается вязкость (рисунок 5.4). Дегустационная оценка показала, что биопродукт с массовой долей КайШпе ОЯ 2 % характеризуется нежной, однородной консистенцией, кисломолочным, мягким, сливочным, слегка сладковатым вкусом. Отмечено, что кисломолочный биопродукт с массовой долей Raftiline ОЯ 2% был признан лучшим по структурно-механическим и органолептическим показателям. Установлена корреляционная зависимость между дозой ЯаШНпе ОЯ и изменением вязкости продукта. При дозе ЯайШпе ОЯ 1% уравнение функциональной

зависимости имеет вид У=0,0008х2+0,0006х+0,1737; при дозе КайШпе ОЯ 2% -У=0,0049х2-0,0131х+0,1855; при дозе Яа£И11пе ОЯ 3% -У=0,0034х2-0,0034х+0,1793. Коэффициенты корреляции равны 0,9764; 0,9967; 0,9926, соответственно.

Таким образом, установлено, использование КайШпе ОЯ в количестве 2% способствует повышению потребительских и функциональных свойств продукта.

5.3 Исследование сроков хранения кисломолочных биопродуктов

На следующем этапе исследований были уточнены сроки хранения кисломолочных биопродуктов.

Кисломолочные биопродукты, благодаря наличию в них пропионовой кислоты, антибиотических веществ, продуцируемых микроорганизмами, входящими в состав закваски, имеют более длительный срок хранения. Однако, в процессе хранения может развиться посторонняя микрофлора, снижающая качество продукта. Для установления обоснованных сроков хранения изучали изменения физико-химических, микробиологических показателей кисломолочных биопродуктов в процессе хранения при температуре (6±2) °С. Данные представлены в таблице 5.1.

При исследовании сроков хранения кисломолочных биопродуктов, выработанных с использованием консорциума, было установлено, что они обладают длительным сроком хранения. Вероятно, это объясняется образованием молочной кислоты, которая обладает фунгицидными свойствами.

Количество жизнеспособных клеток пропионовокислых бактерий оставалось на высоком уровне. Вкус и запах кисломолочных продуктов в течение 20 суток хранения оставался приятным, чистым, кисломолочным, без посторонних привкусов и запахов. На 21 сутки в продуктах появлялся «щиплющий», дрожжевой привкус.

Таблица 5.1 - Изучение сроков хранения кисломолочных биопродуктов

Продукт Продолж Кислотность Кол-во Органолептические показатели

ительнос Титруе Активн клеток Консистенция Вкус и

ть мая, °Т ая, пропионов запах

хранения рН окислых

, сут бактерий, к.о.е./см3

1 2 3 4 5 6 7

Без 0 72 4,71 1х109 Однородная, Вкус и запах

использова 3 74 4,70 9х108 нежная, чистые

ния 5 75 4,69 8х108 сметанообраз кисломолочны

ЯайШпе ОЯ 7 77 4,67 7х108 ная е

10 80 4,64 7х108

15 83 4,60 6х108

20 85 4,58 3х108 Однородная, Излишне

25 90 4,53 2х108 наличие «кефирный»

30 95 4,50 1х108 газообразован ия вкус

С 0 68 4,76 5х109 Однородная, Кисломолочн

использова 3 69 4,75 4х109 нежная с ый, мягкий,

нием 5 70 4,73 4х109 плотным слегка

ЯайШпе ОЯ 7 72 4,72 3х109 сгустком сладковатый

10 73 4,71 3х109

15 76 4,69 2х109

20 79 4,65 1х109 Наблюдается Кисломолочн

25 82 4,61 8х108 незначительн ый, слегка

30 84 4,59 5х108 ое газообразован ие сладковатый, «щиплющий»

Данные, представленные в таблице 5.1, позволяют сделать вывод о том, что кисломолочный продукт, выработанный с использованием консорциума, хранится без изменения свойств в течение 15 суток, а добавление ЯайШпе ОЯ, который связывает свободную влагу, увеличивает срок хранения до 20 суток.

Таким образом, использование природного полисахарида ЯайШпе ОЯ способствует улучшению структурно-механических показателей и удлинению сроков хранения кисломолочного биопродукта.

5.4 Разработка технологической схемы производства кисломолочных биопродуктов, оценка качества

Полученные экспериментальные данные позволили разработать технологию производства кисломолочных биопродуктов с использованием консорциума «Пропионикс» и «Пропионикс Я».

Технологическая схема производства кисломолочных продуктов представлена на рисунке 5.5.

Технологический процесс производства кисломолочного продукта состоит из следующих операций:

- приемка и подготовка сырья, нормализация;

- гомогенизация, пастеризация и охлаждение смеси;

- заквашивание и сквашивание;

- охлаждение и перемешивание сгустка;

- розлив, упаковка, маркировка и доохлаждение готового продукта.

Приемка и подготовка сырья, нормализация.

Молоко принимают по количеству и качеству, установленному ОТК (лабораторией) предприятия.

Отобранное по качеству молоко очищают на сепараторах-молокоочистителях и затем немедленно охлаждают до (4±2) °С.

После очистки и охлаждения молоко нормализуют по массовой доли жира в соответствии с рецептурой. При этом нормализацию осуществляют с таким расчетом, чтобы массовая доля жира в нормализованной смеси была на 0,05 % выше массовой доли жира в продукте.

Рисунок 5.5 - Технологическая схема производства кисломолочного

биопродукта

Сухое цельное или обезжиренное молоко восстанавливают в соответствии с действующей документацией.

При приготовлении кисломолочного продукта с использованием природного полисахарида ЯайШпе ОЯ в обезжиренное молоко добавляют 2% Raftiline ОЯ от объема нормализованной смеси.

Гомогенизация, пастеризация и охлаждение смеси.

Нормализованное молоко, предварительно нагретое до температуры (65-70) °С, гомогенизируют при давлении 15-20 МПа (150-200 кг/см3).

При производственной необходимости допускается гомогенизировать смесь при температуре пастеризации. В случае производства продукта 1 % жирности и нежирного процесс гомогенизации допускается исключить.

После гомогенизации молоко направляют на пастеризацию при температуре (90-95) °С с выдержкой 5 мин или на стерилизацию при 135 °С с выдержкой 5 сек (УВТ-обработка).

Применение УВТ-обработки оправдано в тех случаях, когда набор технологического оборудования позволяет создать асептические условия на последующих операциях.

После тепловой обработки молоко охлаждают до температуры (30±1)°С.

Заквашивание и ферментация.

Заквашивают и ферментируют смесь в резервуарах для кисломолочных продуктов с охлаждаемой рубашкой, снабженных специальными мешалками, обеспечивающими равномерное и тщательное перемешивание смеси с закваской и молочного сгустка. При небольших объемах производства пастеризацию, охлаждение, заквашивание и сквашивание смеси можно производить в ваннах ВДП или других двустенных емкостях с мешалками.

Во избежание вспенивания, влияющего на отделение сыворотки, при хранении напитка смесь в резервуар подают через нижний штуцер.

В охлажденное молоко вносят комбинированную закваску, состоящую из кефирной грибковой закваски и пропионовокислых бактерий (в соотношении 1:1) в количестве 5% от объема молока. Заквашенную смесь перемешивают в течение

10 минут. После перемешивания смесь оставляют в покое для сквашивания при температуре (30±1) °С на 6-8 часов до образования сгустка кислотностью не менее 68 °Т.

Охлаждение и перемешивание сгустка.

По окончании сквашивания в межстенное пространство подают ледяную воду в течение (45±15) минут. Затем сгусток перемешивают от 15 до 40 минут. Продолжительность перемешивания зависит от конструкции мешалки и консистенции сгустка.

Перемешанный сгусток при помощи насоса, предназначенного для перекачки вязких жидкостей, подают в пластинчатый охладитель, охлаждают до температуры не более 6 °С и направляют в промежуточную емкость, а затем на розлив. При отсутствии охладителей продукт можно охладить в резервуаре до температуры не более 20 °С, подавая в межстенное пространство ледяную воду с температурой (1-2) °С.

При наличие достаточных площадей холодильных камер, способных обеспечить охлаждение упакованного продукта, допускается направлять продукт на розлив непосредственно после частичного охлаждения сквашенного продукта ледяной водой до (20±2) °С и тщательно перемешивая.

Розлив, упаковка, маркировка и доохлаждение готового продукта.

Перед началом розлива продукт перемешивают в течение (3-5) мин, фасуют (разливают) в потребительскую тару номинальной вместимостью 0,25 дм3, 0,5 дм3 и 1 дм3. Тара и упаковочные материалы, применяемые для розлива и упаковки продукта, должны соответствовать требованиям действующих стандартов.

Упаковку и маркировку продукта производят в соответствии с требованиями технического условия на биокефир «Пропионикс».

При необходимости упакованный продукт в корзинах, полиэтиленовых ящиках или гофрированных лотках направляют в холодильную камеру для доохлаждения его до температуры (4±2) °С, после чего технологический процесс считается законченным и продукт готов к реализации.

Качество кисломолочных биопродуктов оценивали по органолептическим, физико-химическим и микробиологическим показателям. Характеристика кисломолочных биопродуктов представлена в таблице 5.2.

Таблица 5.2 - Показатели качества кисломолочных биопродуктов

Характеристика кисломолочных биопродуктов

на основе консорциума

Показатели Биокефир «Пропионикс» Биокефир с Raftiline GR «Пропионикс Я»

1 2 3

Внешний вид и консистенция Однородная, нежная, Однородная, нежная,

сметанообразная. с более плотным

Допускается небольшое сгустком

газообразование

Вкус и запах Кисломолочный, Кисломолочный,

мягкий, освежающий, мягкий, слегка

допускается дрожжевой сладковатый

привкус

Цвет Молочно-белый

Кислотность, °Т 70-90 68-80

Массовая доля белка,

не менее, % 2,8 2,8

Массовая доля СОМО,

не менее, % 7,8 7,8

Витамин В12, мкг/л 37,0 42,5

Пропионовокислые бактерии,

к.о.е./см3, не менее 107 107

Молочнокислые

микроорганизмы, к.о.е./см3, не 107 107

менее

Дрожжи, к.о.е./см3, не менее 104 104

Объем продукта (см3), в котором

не допускаются:

БГКП (колиформы) 0,1 0,1

S. aureus 1,0 1,0

патогенные микроорганизмы

(в т.ч. сальмонеллы) 25,0 25,0

плесени, к.о.е./см3, не более 50 50

Биокефир «Пропионикс» характеризуется хорошими органолептическими показателями - имеет приятный кисломолочный вкус, содержит высокое количество клеток пропионовокислых бактерий 109 к.о.е. в см3 и витамина В12.

Внесение инулина КайШпе ОЯ в количестве 2% способствует получению кисломолочного биопродукта, обладающего синбиотическими свойствами.

5.5 Влияние микрофлоры консорциума на продолжительность сквашивания адаптированной смеси и популяцию пропионовокислых бактерий

На темпы индивидуального развития детей оказывают воздействие комплексные факторы: биологические, социально-экономические, алиментарные, бытовые [146, 239]. В связи с этим особый интерес для растущего организма ребенка представляет проблема рационализации питания, структура которого определяется региональными особенностями и зависит от множества социальных и экономических факторов [13, 268]. Как известно, традиционные рационы питания требуют коррекции не только в энергетическом плане, но и в плане биологической ценности по таким составляющим как аминокислотный, витаминный, минеральный состав и др. Это возможно при разработке и дополнительном введении продуктов направленного функционального действия [93, 284].

Производство продуктов детского питания на молочной основе - это составная часть индустрии детского питания - подотрасли пищевой промышленности, которой без сомнения, должна отводиться исключительная роль, связанная с решением приоритетной проблемы безопасности государства -проблемы демографии. Рождаемость, формирование физического, физиологического и психического статуса, помимо ряда существенных причин социального характера, непосредственно связаны с организацией полноценного питания детей, с обеспечением их высококачественными, нутриентно-

сбалансированными продуктами, адекватными особенностям возрастных периодов организма. Современные достижения отраслевой науки актуализированы результатами научных исследований и изысканий по широкому комплексу научно-исследовательских работ, определяющих приоритетность направления развития индустрии детского питания.

Современные исследования рынка детского питания показывают, что в последние годы ситуация в стране в области детского питания и обеспеченности детского населения соответствующими продуктами оценивается как неудовлетворительная. Потребность детей в различных видах пищевых продуктов отечественного производства в настоящее время удовлетворяется в диапазоне от 9 до 54 % в зависимости от основного вида используемого сырья.

Достижение необходимого уровня производства продуктов для детского питания, удовлетворяющих требованиям рационального питания детей, возможно только на основе фундаментальных исследований в области изучения биологической ценности сырья, компонентов, совершенствования технологии и техники производства.

Современные достижения в области биохимии, технологии молока и молочных продуктов и различных смежных дисциплин в настоящее время позволяют создавать широкую гамму молочных смесей, приближенных к составу женского молока по всем жизненно важным компонентам [210].

Грудное вскармливание новорожденных и детей первого года жизни является единственно физиологическим и функциональным [161, 233, 251, 354, 74]. К окончанию внутриутробного периода процесс полного развития отдельных органов, систем и всего организма в целом не закончен. Созревание (иммунная система), дифференцировка (желудочно-кишечный тракт, почки и др.) продолжается после внутриутробного периода. В течение первого года жизни эти процессы протекают более стремительно, а значит и более чувствительны к эндо-и экзогенным воздействиям. В таких условиях материнское (грудное) молоко (ГМ) наиболее оптимально для вскармливания ребёнка. Оно признано «золотым стандартом» в диетологии развития детей грудного возраста [74, 161]. Состав и

количество вырабатываемого секрета молочной железой в норме у здоровых людей обеспечивает жизнеспособность и жизнедеятельность их потомства, и в том числе новорожденного ребенка [74].

Бифидогенный эффект грудного молока является сложным и комплексным и включает в себя различные механизмы. Низкое содержание белка в грудном молоке и высокая степень его усвоения способствуют тому, что бактерии - протеолитики - в нижних отделах тонкой и верхних отделах толстой кишки не получают достаточного количества белка для своего развития и не доминируют над бифидобактериями. Высокое содержание в составе белков грудного молока а-лактальбумина способствует росту бифидобактерий благодаря его бифидогенному действию.

Грудное молоко отличается от коровьего молока значительно более низким содержанием фосфора (160 мг/л в грудном молоке против 900-980 мг/л в коровьем молоке). Низкий уровень фосфора обеспечивает низкую буферную емкость в просвете кишечника, что способствует формированию более низких показателей рН. Создание слабокислой среды в просвете толстой кишки благоприятно сказывается на росте бифидобактерий и одновременно сдерживает рост условно-патогенной флоры.

По мнению большинства исследователей большую роль в обеспечении бифидогенного эффекта грудного молока играют олигосахариды. Некоторые олигосахариды грудного молока способны связывать в просвете кишки патогенные бактерии, вирусы и токсины, а также препятствовать их адгезии к слизистой оболочке кишечника.

Грудное молоко традиционно относили к стерильным продуктам, рассматривая его как один из факторов, обеспечивающих безопасность младенца, вскармливаемого грудью. Стерильность грудного молока ассоциируется с отсутствием в нем патогенной микрофлоры, способной вызвать заболевание матери или ребенка. Однако на сегодняшний день появились данные о том, что ребенок, находящийся на грудном вскармливании, получает в сутки порядка 104 -106 комменсальных бактерий.

Способность молочнокислых бактерий продуцировать молочную кислоту и перекись водорода создают условия, препятствующие росту патогенной флоры. Наличие бактерий в молоке женщин и наличие бактериальных ДНК в клетках периферической крови матерей, позволяют подтвердить, что бактериальная транслокация является уникальным физиологическим механизмом, наиболее выраженным у беременных и кормящих женщин. Небольшое количество бактерий грудного молока и значительное количество бактериальных ДНК, программируют иммунную систему новорожденных таким образом, что ответ иммунокомпетентных клеток на бактериальные антигены отличается от ответа на комменсальную флору. Отсутствие грудного вскармливания может нарушить колонизацию кишечника бифидобактериями и создает риск развития целого ряда заболеваний [373, 389].

Перевод ребенка на полное искусственное вскармливание должен быть строго обоснованным и может осуществляться только в том случае, когда исчерпан весь арсенал средств, направленных на профилактику гипогалактии и стимуляцию лактации. В таких случаях в питании детей важно использовать адаптированные молочные смеси, созданные с учетом современных требований к их составу. Основной принцип создания адаптированных смесей - максимальное приближение коровьего молока к составу и свойствам женского молока и их соответствие особенностям пищеварения и метаболизма ребенка первого года жизни. Помимо адаптации смесей по основным макронутриентам, необходимо обогащать их функциональными ингредиентами, способными благоприятно влиять на развитие младенца и состояние его здоровья на протяжении последующих лет жизни [117].

Безусловно, необходимы дальнейшие исследования по изучению эффективности и безопасности введения различных ингредиентов в состав молочных смесей, а также поиск новых возможностей адаптации формул. Однако с уверенностью в настоящий момент можно сказать, что наибольшее приближение к грудному молоку в функциональном отношении имеют продукты детского питания, содержащие в оптимальном соотношении основные макро- и

микронутриенты, а также имеющие в своем составе все важнейшие функциональные компоненты (нуклеотиды, олигосахариды, пробиотики), учитывая их наличие в составе женского молока и доказанное положительное действие на организм младенцев при включении в состав молочных смесей [117].

Важным направлением в создании молочных смесей можно считать обогащение их состава метаболитами пробиотических культур, что максимально приближает состав смеси к грудному молоку. Это направление, безусловно, нуждается в дальнейшем изучении.

Важным отличием адаптированных кисломолочных смесей от неадаптированных продуктов является их невысокая кислотность (50-60 против 65-110°Т). Адаптированные кисломолочные смеси могут вводиться в питание детей с первых месяцев жизни в качестве основного продукта питания. Неадаптированные кисломолочные напитки (детские йогурты, кефир, биокефир) содержат высокий уровень белка, имеют высокую кислотность и потенциальную водно-солевую нагрузку на почки, содержат недостаточное количество эссенциальных микронутриентов. Их назначают детям не ранее достижения возраста 8 месяцев в количестве, не превышающем 200 мл/сут. [45].

Эффективность использования адаптированных кисломолочных биопродуктов в детском питании доказана во многих исследованиях. Адаптированные биопродукты занимают достойное место среди кисломолочных продуктов прикорма для детей с возраста 8 месяцев, в особенности для тех, у кого снижен аппетит, имеются расстройства пищеварения, острые кишечные и респираторные инфекции.

В следующей серии опытов изучали биохимическую активность пропионовокислых бактерий и консорциума при культивировании на адаптированной смеси.

Необходимо отметить, что адаптированная смесь по составу значительно отличается от коровьего молока. По содержанию различных компонентов она приближена к составу женского молока. В ней белковый компонент обогащен сывороточными белками, проведена коррекция жирнокислотного состава путем

добавления жиров растительного происхождения, изменен витаминный и минеральный состав.

В первый образец адаптированной смеси вносили закваску пропионовокислых бактерий, в другую - комбинированную закваску на основе консорциума, состоящего из кефирной грибковой закваски и пропионовокислых бактерий в соотношении 1:1. Доза внесения заквасок 3%, 5% и 7%. Ферментацию проводили при температуре (30±1)°С. О характере ферментации судили по изменению титруемой и активной кислотности. Результаты исследований представлены в таблицах 5.3, 5.4.

Таблица 5.3 - Влияние массовой доли закваски, состоящей из чистых культур Propionibacterium freudenreichii Ш-85 на продолжительность сквашивания адаптированной смеси

Массовая доля закваски, % Время, час

3 часа 6 часов 8 часов 9,5 часов 10 часов 12 часов

Кис- сть, O'J1 рН Кис- сть, O'J1 рН Кис- сть, O'J1 рН Кис- сть, O'J1 рН Кис- сть, O'J1 рН Кис- сть, O'J1 рН

3 20 6,39 28 5,89 37 5,62 38 5,52 39 5,48 40 5,4 5

5 21 6,35 30 5,80 39 5,49 40 5,46 41 5,38

7 24 6,14 31 5,75 40 5,45 42 5,32

Данные, представленные в таблице 5.3, показывают, что при культивировании пропионовокислых бактерий на адаптированной смеси с массовой долей комбинированной закваски 3% продолжительность ферментации составляет 12 часов. С увеличением массовой доли закваски с использованием пропионовокислых бактерий до 5% продолжительность ферментации сокращается всего на 2 часа. Дальнейшее повышение массовой доли закваски до 7% сокращает

время ферментации всего на 1 час. Это, вероятно, обусловлено буферной емкостью адаптированной смеси.

Таблица 5.4 - Влияние массовой доли консорциума на продолжительность сквашивания адаптированной смеси

Массовая доля закваски, % Время, час

3 часа 6 часов 7 часов 8 часов 8,5 часов 10 часов

Кис- сть, рН Кис- сть, рН Кис- сть, рН Кис- сть, рН Кис- сть, рН Кис- сть, рН

3 21 6,35 31 5,75 34 5,57 37 5,62 38 5,55 40 5,45

5 23 6,15 34 5,57 36 5,56 38 5,55 42 5,32

7 24 6,14 39 5,48 42 5,32

Результаты исследований, представленные в таблице 5.4, свидетельствуют о том, что применение комбинированной закваски на основе консорциума способствует ускорению процесса ферментации адаптированной смеси, сгусток формируется при использовании 3 и 5% комбинированной закваски через 10 и 8,5 часов, соответственно. При добавлении 7% комбинированной закваски на основе консорциума интенсифицируется процесс сквашивания до 7 часов.

На основании проведенных исследований выбранная нами оптимальная доза закваски 5% для сквашивания молока может быть перенесена на адаптированную смесь.

Обобщая представленные выше данные, можно сделать вывод, что при культивировании адаптированной смеси пропионовокислые бактерии и консорциум на основе кефирной грибковой закваски и пропионовокислых бактерий имеют высокую биохимическую активность.

Наши дальнейшие исследования были посвящены изучению роста жизнеспособных клеток пропионовокислых бактерий в процессе ферментации адаптированной смеси. Результаты исследований представлены на рисунке 5.6.

,к

о

т

е

лк

а

в

т

с е

ли <4

о о

к

м

и

р

а

1-4

о

12 10 8 6 4 2 0

2

4

6

8,5

10

Время, ч

;■;■;■ |пропионовокислые бактерии ЩЦ консорциум

Рисунок 5.6 - Динамика роста клеток пропионовокислых бактерий при культивировании на адаптированной смеси

Анализируя данные рисунка 5.6, необходимо отметить, что лаг-фаза роста пропионовокислых бактерий длится около 3 часов. В этот период клетки пропионовокислых бактерий приспосабливаются к условиям среды. Чтобы расти, пропионовокислые бактерии должны получить из окружающей среды все вещества, необходимые для синтеза структурных компонентов клетки и для получения энергии. Поэтому в культуральной среде должны содержаться все питательные вещества в количествах, соответствующих их специфическим потребностям.

В фазе экспоненциального роста отмечен интенсивный рост пропионовокислых бактерий и в момент образования сгустка через 10 часов культивирования количество клеток составляет 7^1010 в см3, что на порядок выше,

чем в контрольном образце (молоке). При применении консорциума количество жизнеспособных клеток пропионовокислых бактерий в готовой адаптированной кисломолочной смеси составило 1 х1010 в см3.

Таким образом, показан активный рост пропионовокислых бактерий при культивировании на адаптированной смеси, количество жизнеспособных клеток пропионовокислых бактерий достигает в конце ферментации 1010 к.о.е./см3.

5.6 Исследование синтеза витаминов группы В в процессе ферментации

адаптированной смеси

Приближение (адаптация) состава молочных смесей к составу женского молока проводится по всем компонентам - белковому, жировому, углеводному, витаминному и минеральному с целью удовлетворения физиологических потребностей ребенка первого года жизни [80].

Недостаточная обеспеченность детей витаминами является фактором риска задержки физического развития, нарушения функционирования всех систем организма, формирования функциональных заболеваний, снижающим адаптационный потенциал организма [75].

С целью улучшения витаминной обеспеченности, ликвидации полигиповитаминозных состояний и устранения факторов риска развития алиментарно-зависимых заболеваний в организованных коллективах в состав рациона необходимо включать обогащенные витаминами пищевые продукты промышленного производства [75].

На следующем этапе исследований была изучена витаминсинтезирующая активность пропионовокислых бактерий при культивировании на адаптированной смеси при температуре (30±1) °С. Результаты исследований представлены на рисунке 5.7.

Следует отметить, что адаптированная смесь «Молочко» приближена к составу женского молока и содержит в своем составе витамины, в том числе витамин В12, количество которого составляет 2 мкг/л.

Результаты исследований, представленные на рисунке 5.7, показывают, что пропионовокислые бактерии синтезируют витамин В12, обогащая им готовые адаптированные биопродукты. При ферментации адаптированной смеси пропионовокислыми бактериями содержание витамина В12 повысилось до 47,5 мкг/л, а консорциумом - до 44,0 мкг/л.

РР

сЗ К

к

1 н

к ■ «

<и К

£

сР (и

О

О

г к

50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

0

2

4

-В-пропионовокислые бактерии

6 8,5 10

Время, ч

-А- консорциум

Рисунок 5.7 - Влияние состава закваски на синтез витамина В12 при культивировании на адаптированной смеси

Во второй серии опытов был изучен синтез тиамина (витамина В1), рибофлавина (витамина В2) и пиридоксина (витамина В6) в процессе ферментации адаптированной смеси. Результаты исследований представлены в таблице 5.5.

Установлено, что при культивировании пропионовокислых бактерий и консорциума на основе пропионовокислых бактерий и кефирной грибковой закваски на адаптированной смеси, наблюдается активный синтез витаминов группы В.

Результаты исследований показали, что консорциум и пропионовокислые бактерии при ферментации на адаптированной смеси обладают различной способностью к биосинтезу витаминов.

Таблица 5.5 - Влияние состава закваски на синтез витаминов группы В

Адаптированная смесь Количество витаминов, мкг/кг

Тиамин (витамин В1) Рибофлавин (витамин В2) Пиридоксин (витамин В6)

Стерилизованная адаптированная смесь «Молочко» 39±0,1 206±0,1 54±0,2

Адаптированная смесь, сквашенная пропионовокислыми бактериями 133±0,1 328±0,1 112±0,2

Адаптированная смесь, сквашенная консорциумом 85±0,1 235±0,1 91±0,2

Лучшие результаты получены при сквашивании адаптированной смеси пропионовокислыми бактериями, где отмечено значительное возрастание витаминов: тиамина до 133 мкг/кг, рибофлавина - 328 мкг/кг, витамина В6 - 112 мкг/кг.

Таким образом, установлена высокая витаминсинтезирующая активность пропионовокислых бактерий при культивировании на адаптированной смеси, позволяющая обогатить адаптированные биопродукты витаминами группы В, особенно витамином В12, и повысить их пробиотические свойства.

5.7 Исследование сроков хранения адаптированных кисломолочных

биопродуктов

В ходе дальнейших исследований изучали сроки хранения адаптированных кисломолочных биопродуктов. Для установления сроков хранения изучали органолептические, физико-химические и микробиологические показатели биопродуктов в процессе хранения при температуре (6±2) °С. Результаты представлены в таблице 5.6.

Таблица 5.6 - Изучение сроков хранения адаптированных кисломолочных

биопродуктов

Кислотность Кол-во Органолептические показатели

Продолжит клеток

Продукт ельность Титру Акти пропионо

хранения, емая, вная, вокислых Консистенция Вкус и запах

сут О'р рН бактерий, к.о.е./см3

1 2 3 4 5 6 7

С 0 41 5,38 7х1010 Однородная, Чистый,

использовани 3 42 5,32 6х1010 нежная кисломолочн

ем 5 43 5,30 6х1010 ый,

пропионовоки 7 44 5,27 5х1010 сладковатый

слых 9 45 5,26 4х1010

бактерий 10 46 5,24 3х1010 Однородная, с Чистый,

11 47 5,22 2х1010 нарушенным кисломолочн

13 47 5,22 1х1010 сгустком ый,

15 49 5,20 8х109 сладковатый

Продолжение таблицы 5.6

1 2 3 4 5 6 7

С 0 41 5,38 1х1010 Однородная, Кисломолочн

использовани 3 42 5,33 1х1010 нежная ый, мягкий,

ем 5 43 5,31 9х109 слегка

консорциума 7 43 5,31 8х109 сладковатый

9 44 5,30 7х109

10 45 5,28 6х109 Однородная, с Кисломолочн

11 46 5,26 5х109 незначительны ый, мягкий,

13 47 5,24 4х109 м отстоем слегка

15 50 5,20 2х109 сыворотки сладковатый

Данные, представленные в таблице 5.6, свидетельствуют о том, что адаптированные кисломолочные биопродукты характеризуются стабильными органолептическими, физико-химическими и микробиологическими показателями в течение 13 суток хранения. При хранении отмечено незначительное повышение кислотности, при этом количество жизнеспособных клеток пропионовокислых бактерий составило для адаптированных кисломолочных биопродуктов с использованием пропионовокислых бактерий 1 х1010 к.о.е./см3 и 4х109 к.о.е./см3 с использованием консорциума.

Учитывая высокие санитарно-гигиенические требования, предъявляемые к продуктам детского питания, срок хранения адаптированных кисломолочных биопродуктов установлен 10 суток.

5.8 Разработка технологии производства адаптированных кисломолочных биопродуктов

Полученные экспериментальные данные позволили разработать технологию производства адаптированных кисломолочных биопродуктов на основе консорциума пропионовокислых бактерий и кефирной грибковой закваски «Биодапт» и на основе пропионовокислых бактерий - «Целебный» для детского

питания. В качестве сырья для производства адаптированных кисломолочных биопродуктов используется адаптированная детская молочная смесь «Молочко», соответствующая требованиям ТУ 9222-037-00419006-98.

Схема технологического процесса производства адаптированных кисломолочных биопродуктов представлена на рисунке 5.8.

Технологический процесс производства адаптированных кисломолочных продуктов состоит из следующих операций:

- приемка и подготовка сырья (очистка, охлаждение, промежуточное хранение);

- термизация, охлаждение и промежуточное хранение молока;

- подогрев и сепарирование молока;

- нормализация и обработка молока лимоннокислыми солями Na и K;

- приемка и подготовка компонентов;

- приготовление нормализованной смеси;

- гомогенизация, стерилизация и охлаждение смеси;

- заквашивание, сквашивание смеси;

- охлаждение и фасовка готового продукта.

Приемка и подготовка сырья (очистка, охлаждение, промежуточное хранение).

Молоко принимают по массе и оценивают их качество в порядке, установленном ОТК (лабораторией) предприятия-изготовителя на основании действующих нормативов и стандартов.

После определения качественных показателей и массы молоко очищают от механических примесей на сепараторе-молокоочистителе или фильтре, охлаждают в теплообменнике проточного типа до температуры (4±2)°С и направляют в резервуары для промежуточного хранения.