Биотехнология напитков на основе козьего молока для людей с непереносимостью лактозы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Анцыперова Мария Александровна
Анцыперова Мария Александровна
кандидат наук
2023
- Специальность ВАК РФ00.00.00
- Количество страниц 298
Оглавление диссертации кандидат наук Анцыперова Мария Александровна
Реферат
Synopsis
Введение
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Особенности состава козьего молока
1.1.1 Липидная составляющая
1.1.2 Белковая составляющая
1.1.3 Запах и вкус
1.1.4 Микроэлементный состав и витамины
1.2 Углеводный состав молочных продуктов
1.2.1 Содержание углеводов в молоке
1.2.2 Содержание углеводов в кисломолочных продуктах
1.3 Применение культур микроорганизмов
1.3.1 Пробиотическое действие
1.3.2 Влияние на лактазную недостаточность
1.4 Лактазная недостаточность
1.5 Способы снижения содержания лактозы
1.6 Методы определения содержания лактозы
1.7 Патентный поиск
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Схема исследования
2.2 Объекты исследования
2.3 Методы исследования
2.3.1 Определение кислотности
2.3.2 Определение массовой доли жира
2.3.3 Определение массовой доли белка
2.3.4 Определение массовой доли СОМО
2.3.5 Определение массовой доли углеводов
2.3.6 Определение физико-химических показателей экспресс-методом
2.3.7 Определение органолептических показателей
2.3.8 Расчёт белковой и липидной составляющей
2.3.9 Определение степени гидролиза лактозы
2.3.10 Определение способности ферментировать углеводы
2.3.11 Определение количества бифидобактерий
2.3.12 Определение показателей ферментации
2.3.13 Определение выживаемости in vitro
2.3.14 Определение количества дрожжей и плесневых грибов, БГКП, КМАФАнМ. Установка сроков годности
2.3.15 Измерение динамической вязкости
2.3.16 Статистическая обработка данных
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ РАБОТЫ
3.1 Исследование коровьего и козьего молока производителя ЗАО «Племенной завод ПРИНЕВСКОЕ»
3.1.1 Белковая составляющая
3.1.2 Липидная составляющая
3.2 Адаптация методики определения степени гидролиза лактозы
3.2.1 Осаждение белков молока
3.2.2 Состав реакционной смеси
3.2.3 Проведение измерения
3.2.4 План вычислений
3.2.5 Вычисление ошибки методом добавок
3.3 Выбор ферментного препарата
3.4.1 Культивирование
3.4.2 Концентрирование и хранение
3.4.3 Влияние на углеводный состав молока
3.4.4 Определение морфологии и количества Bifidobacterium bifidum в концентратах
3.4.5 Ферментирование низколактозного молока концентратом
Bifidobacterium bifidum
3.4.6 Исследование кисломолочной основы низколактозного напитка, ферментированного Bifidobacterium bifidum Lyobac-D
3.4.7 Хранение кисломолочной основы низколактозного напитка, ферментированного Bifidobacterium bifidum Lyobac-D
3.5 Разработка рецептуры
3.5.1 Изготовление опытных образцов
3.5.2 Выбор массовой доли наполнителя
3.5.3 Выбор растительного наполнителя
3.5.4 Определение массовой доли стабилизатора
3.6 Разработка способа производства
3.7 Исследование полученного продукта
3.7.1 Измерение динамической вязкости
3.7.2 Исследование показателей качества
3.7.3 Расчёт белковой составляющей
3.7.4 Расчёт липидной составляющей
3.7.5 Пищевая и энергетическая ценность
3.8 Разработка технической документации
Заключение
Список использованных источников
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Приложение Г
Список публикаций по теме диссертации
Тексты публикаций
РЕФЕРАТ
Актуальность темы. В настоящее время распространённость подтверждённых случаев непереносимости лактозы во всём мире составляет около 57 %. Реальная распространенность может превышать 65 %, при этом распределение случаев по всему миру очень неравномерно: в Азии 70 %, в Европе около 28 %, но очень изменчива в зависимости от регионов - от 2 % в Скандинавии до 70 % в Южной Италии. Актуальность разработки низколактозных напитков на основе козьего молока подтверждается Стратегией повышения качества и необходимостью расширения ассортимента низколактозной продукции, выпускаемой на территории Российской Федерации.
Разработанные низколактозные молочные напитки ориентированы на группу потребителей, имеющих трудности с усвоением лактозы, но также могут присутствовать в рационе здорового населения. В России непереносимость лактозы по разным данным имеют от 28 до 60 млн человек. Этот показатель зависит от возраста и региона проживания. Люди, у которых снижен уровень лактазы, часто исключают из рациона молочные продукты. Однако, ряд исследований показывает, что исключение молочных продуктов из рациона питания, способствует дефициту питательных веществ и снижению минеральной плотности костей, а регулярное употребление в пищу молочных продуктов является признаком высокого качества питания и коррелирует с более низкими рисками остеопороза, гипертонии, диабета, колоректального рака и ожирения. В России количество потребителей, которые не знают о низколактозных молочных продуктах, убывает, вследствие чего рынок сбыта товара растёт.
Целью работы является разработка методики определения степени гидролиза лактозы в молоке и технологии напитков на основе козьего молока для людей с непереносимостью лактозы.
Основными средствами достижения цели работы можно считать адаптацию методики и анализ влияния технологических факторов на свойства низколактозных напитков. В соответствии с целью работы, сформулированы задачи.
Задачи работы:
1. обосновать выбор козьего молока в качестве основы напитков, подобрать объекты, средства и методы для проведения экспериментального этапа исследования;
2. определить макронутриентный состав молочной основы и разработанных напитков: белковая, липидная и углеводная составляющие молока ЗАО "Племенной завод Приневское";
3. разработать методику определения степени гидролиза лактозы в ферментированном молоке;
4. определить вид и дозу внесения препарата ß-галактозидазы и условия ферментации для получения низколактозного козьего молока;
5. исследовать влияние штаммов Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium bifidum на углеводный состав молока;
6. подобрать компоненты, разработать состав и особенности технологии низколактозных напитков на основе козьего молока;
7. подготовить техническую документацию на разработанные низколактозные продукты.
Научная новизна работы:
1. Предложен методологический подход оценки степени гидролиза лактозы в процессе ферментирования молока с использованием энзиматического колориметрического метода определения концентрации глюкозы в крови.
2. Исследован гидролиз лактозы под влиянием ß-галактозидазы. Изучена степень гидролиза лактозы при разных условиях проведения ферментации молока.
3. Показано влияние штаммов Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium bifidum на углеводный состав молока.
4. Для производства низколактозных кисломолочных напитков показана эффективность штамма Bifidobacterium bifidum Lyobac-D по способности ферментации продуктов биотрансформации лактозы (глюкозы и галактозы) и ингибированию сладкого вкуса готового продукта.
Практическая значимость:
Обоснованы технологические параметры биотрансформации лактозы препаратом ß-галактозидазы Лактазис 6500K, обеспечивающие степень гидролиза 98 %.
Разработана техническая документация на производство молочных низколактозных напитков.
Технология получения низколактозных напитков на основе козьего молока внедрена в цехе по переработке молока на ЗАО "Племенной завод Приневское".
В учебный процесс внедрена адаптированная методика определения степени гидролиза лактозы в процессе ферментирования молока в рамках лабораторного практикума по дисциплине «Методы анализа продуктов питания» для магистрантов, обучающихся по образовательной программе ФудТех / Foodtech
Научные положения, выносимые на защиту:
Разработанная методика определения степени гидролиза лактозы в ферментированном молоке энзиматическим колориметрическим методом.
Научно обоснованные технологические параметры влияния температурно-временных характеристик процесса ферментации на степень гидролиза лактозы в козьем молоке.
Влияние вида штаммов Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium bifidum на углеводный состав молока.
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Другие cпециальности», 00.00.00 шифр ВАК
Разработка технологии ферментированных молочных продуктов с применением ультразвуковой интенсификации биотехнологических процессов2015 год, кандидат наук Шершенков Борис Сергеевич
Разработка закваски для йогурта, обладающей низкой постокислительной активностью и продуцирующей экзополисахариды2013 год, кандидат технических наук Абрамова, Анастасия Анатольевна
Разработка технологий пробиотических продуктов из молочной сыворотки, ферментированной экзополисахаридпродуцирующими штаммами L. acidophilus2013 год, кандидат наук Маркелова, Вероника Витальевна
Получение низколактозной пробиотической основы и ее применение в технологии замороженных десертов2022 год, кандидат наук Разинкова Татьяна Александровна
Разработка технологии низколактозных напитков на основе пахты2000 год, кандидат технических наук Хайдукова, Елена Вячеславовна
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Биотехнология напитков на основе козьего молока для людей с непереносимостью лактозы»
Апробация работы
Работа выполнялась в научных и учебных лабораториях факультета биотехнологий Университета ИТМО и в международном научном центре «Биотехнологии третьего тысячелетия». Основные результаты работы были представлены на следующих конференциях: Смотр-конкурс научных, конструкторских и технологических работ студентов ВолгГТУ (2016, 2017); Всероссийский смотр-конкурс лучших пищевых продуктов, продовольственного сырья и инновационных разработок (2016); Международная научно-практическая конференция «Продовольственная безопасность в контексте новых идей и решений» (2017); Межрегиональная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы питания населения» (2017); Международная научно-практическая конференция ГНУ НИИММП (2017, 201S, 2021); Всероссийский конгресс молодых ученых (2018, 2019, 2020, 2021, 2022, 2023), Международная научно-практическая конференция "Инновационные решения при производстве продуктов питания из растительного сырья" (2018), Национальная научно-практическая конференция «Неделя науки СПбПУ» (2018, 2019); Научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО (2019, 2020, 2021, 2022, 2023), International Conference «Scientific research of the SCO countries: synergy and integration» (Пекин, 2019), International applied research conference «Biological Resources Development and Environmental Management» (2019); Международная научно-техническая конференция «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (2019); Международная научно-практическая конференция AGRITECH (2020, 2020, 2021).
Достоверность научных достижений
Степень достоверности результатов работы подтверждается трёхкратной повторностью экспериментов, воспроизводимостью данных на оборудовании разных производителей, использованием общепринятых методов исследований согласно ГОСТ и инновационных методик, применяемых мировым научным сообществом, а также статистическим анализом результатов исследований.
Внедрение результатов работы
Получен патент на изобретение. Технология получения низколактозных напитков на основе козьего молока внедрена в цехе по переработке молока на ЗАО "Племенной завод Приневское". Результаты диссертационной работы внедрены в лабораторный практикум студентов магистратуры факультета биотехнологий Университета ИТМО.
Личный вклад автора
Проведение аналитического обзора по состоянию проблемы лактазной недостаточности, сравнение основных видов молочного сырья, выбор объектов исследований, адаптация метода определения глюкозы в крови к методике определения степени гидролиза лактозы в ферментированном молоке, экспериментальные исследования и расчеты выполнены лично автором. Постановка цели и задач исследования, обобщение и обсуждение результатов, составление выводов и заключения осуществлялось автором совместно с научным руководителем. Подготовка материалов для публикаций и докладов на конференциях проводилась самостоятельно.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 297 страницах, содержит 45 рисунков, 31 таблицу, 4 приложения, список и тексты публикаций по теме диссертации.
Публикации
Основные результаты по теме диссертации изложены в 17 публикациях. Из них 3 изданы в журналах, рекомендованных ВАК (2 входят в RSCI), 1 опубликована в издании KnE Life Sciences, индексируемом в базе Web of Science. Получен патент на изобретение.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы научной работы, поставлена цель и сформулированы задачи исследования. Отражена научная новизна работы, представлена теоретическая и практическая значимость. Описаны научные положения, выносимые на защиту, перечислена апробация работы, подтверждена достоверность научных достижений. Указаны внедрение результатов работы, структура и объем диссертации, личный вклад и публикации автора.
В первой главе представлен аналитический обзор литературы по теме исследования. Описаны особенности состава козьего молока и обоснован его выбор в качестве основы низколактозных напитков. К особенностям состава относят низкие аллергенные свойства из-за пониженного уровня а-в1-казеина и более высокую усвояемость, связанную с высокой долей коротко-и среднецепочечных жирных кислот, некоторые из них придают козьему молоку специфический аромат. Приведены сведения об углеводном составе молочных продуктов - молока и ферментированных продуктов. Произведён анализ применения микроорганизмов в молочной промышленности, рассмотрено их пробиотическое действие и влияние на организм при лактазной недостаточности. Обобщены сведения о непереносимости лактозы в таких аспектах как симптомы, распространённость в зависимости от возраста и региона проживания. Одним из частых решений при лактазной недостаточности является исключение молочных продуктов из рациона, что способствует дефициту питательных веществ в организме. При этом возможны и другие варианты решения проблемы - употреблять молоко с другими продуктами, в составе блюд или употреблять в пищу низколактозные и безлактозные молочные продукты. Существуют способы снизить содержание лактозы в молочных продуктах, основанные на гидролизе лактозы Р-галактозидазой до моносахаридов, а также способы с применением ультра- и нанофильтрации. Проанализированы методы определения содержания лактозы в продуктах со сниженным её содержанием. Проведён патентный поиск на предмет оценки актуальности технологии снижения
содержания лактозы в молочных продуктах, рецептуры низколактозных напитков и методики определения количества ферментированной лактозы.
Во второй главе представлены объекты и подобраны методы исследования сырья, промежуточного и готового продукта. Молочная основа для напитка - козье молоко (ЗАО "Племенной завод Приневское"). Промежуточный продукт состоит из молока козьего и одного из следующих ферментов: Lactase Baby (Deerland Probiotics & Enzymes Inc, США), Lacta-Free (Biochem s.r.l., Италия), Лактазис 6500K (ООО «Каприна», Россия). Микроорганизмы, свойства которых подлежали исследованию: Streptococcus thermophilus TA 40 (DuPont Nutrition & Health), Bifidobacterium bifidum LYOBAC-D (ALCE INTERNATIONAL S.R.L), смесь Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbureckii subsp. bulgaricus (Chr. Hansen Holding A/S), Bifidobacterium bifidum № 1 (ООО «ПроБиоФарм»), Bifidobacterium bifidum BF3 DSM 29040 (ООО «БиоВид»), Bifidobacterium bifidum 791 (ЗАО «Экополис»), штаммы полученные от БРЦ ВКПМ НИЦ «Курчатовский институт»: Lactobacillus acidophilus 8, Lactobacillus acidophilus H-9, Lactobacillus acidophilus AT-41, Lactobacillus acidophilus 57S, Lactobacillus delbureckii subsp. bulgaricus 19, Bifidobacterium bifidum АС-1579. Состав низколактозного напитка: молоко козье, фермент Лактазис 6500K, стабилизатор агар пищевой (ООО «ХЛЕБЗЕРНОПРОДУКТ»), концентрат одного из штаммов Bifidobacterium bifidum, а также один или несколько растительных наполнителей: овсяная, миндальная, арахисовая, черёмуховая, нутовая мука
(ООО «ХЛЕБЗЕРНОПРОДУКТ»). Основные методы исследования указаны в таблице 1.
Таблица 1 - Методы исследования
Показатели Методы исследования Нормативная документация
Белковая и липидная составляющие Теоретический расчёт Методические указания
Титруемая кислотность Индикаторный метод ГОСТ Р 54669-2011
Активная кислотность Потенциометрический метод ГОСТ 32892-2014
Массовая доля жира Кислотный метод Гербера, экспресс анализ ГОСТ Р ИСО 2446-2011 ГОСТ 32255-2013
Массовая доля белка Метод формольного титрования, экспресс анализ ГОСТ 25179-2014 ГОСТ 32255-2013
СОМО Определение массовой доли СОМО, экспресс-анализ ГОСТ Р 54761-2011 ГОСТ 32255-2013
Массовая доля лактозы Поляриметрический метод, экспресс-анализ ГОСТ Р 54667-2011 ГОСТ 32255-2013
Органолептические показатели: внешний вид, консистенция, вкус, запах, цвет Составление органолептического профиля Метод подсчета баллов (scoring) Just about right ГОСТ ISO 13299-2015 ГОСТ Р ИСО 22935-2-2011 ГОСТ Р ИСО 22935-3-2011 Novel Techniques
Определение степени гидролиза лактозы Глкозооксидазный способ Энзиматический колориметрический метод Адаптированные методические указания
Определение количества бифидобактерий Метод определения бифидобактерий в чистой культуре ГОСТ 33924-2016
Определение способности ферментировать углеводы Изменение окраски, активная кислотность Методические указания
Определение показателей ферментации Максимальная скорость подкисления Методические указания
Удельная скорость роста Методические указания
Время удвоения концентрации колониеобразующих единиц Методические указания
Коэффициент кратности прироста Методические указания
Определение выживаемости Определение выживаемости in vitro An international consensus
Дрожжи и плесневые грибы Метод определения дрожжей и плесневых грибов ГОСТ 33566-2015
БГКП Определение БГКП ГОСТ 32901-2014
КМАФАнМ Определение КМАФАнМ ГОСТ 32901-2014
Определение сроков годности Оценка обоснования сроков годности МУК 4.2.1847-04
Измерение динамической вязкости Динамическая вязкость Руководство по эксплуатации
Схема экспериментального этапа исследования отражает основные этапы
выполненной работы (таблица 2).
Таблица 2 -_Схема экспериментального этапа исследования
№ Этап исследования Изучаемые факторы Определяемые параметры
1 Исследование молока производителя ЗАО «Племенной завод ПРИНЕВСКОЕ» Физико-химические показатели. Белковая и липидная составляющие Массовая доля жира, белка, СОМО, лактозы, активная и титруемая кислотность. Биологическая ценность, жирнокислотная сбалансированность
2 Адаптация методики определения степени гидролиза лактозы Способ осаждения белков молока, состав реакционной смеси Методика определения и расчёта массовой доли и степени гидролиза лактозы в ферментированном молоке
3 Выбор ферментного препарата Вид препарата, продолжительность и температура ферментации Степень гидролиза лактозы
4 Выбор штамма микроорганизмов (Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium bifidum) Влияние на углеводный состав: глюкоза, галактоза, лактоза Активная кислотность. Морфология и количественное определение
5 Исследование выбранного штамма Bifidobacterium bifidum Влияние матицы кисломолочного продукта на выживаемость in vitro Влияние на углеводный состав: лактулоза Показатели ферментации Морфология и количественное определение бифидобактерий. Активная кислотность. Титруемая кислотность, молочная кислота. Максимальная скорость подкисления, удельная скорость роста, время удвоения концентрации колониеобразующих единиц и кратность прироста
6 Разработка рецептуры Состав, потребительские свойства разработанного продукта Органолептическая характеристика
7 Разработка способа производства Температура и продолжительность технологических операций Параметры технологического процесса
8 Исследование полученного продукта Физико-химические показатели. Белковая и липидная составляющие Массовая доля жира, белка, СОМО, лактозы. Активная и титруемая кислотность. Биологическая ценность, жирнокислотная сбалансированность. Микробиологические показатели. Реологические свойства
9 Разработка технической документации
В третьей главе представлены результаты экспериментального этапа исследования.
Исследование коровьего и козьего молока производителя ЗАО «Племенной завод ПРИНЕВСКОЕ» произведено по физико-химическим показателям и по сопоставлению аминокислотного и жирнокислотного состава.
Таблица 3 - Физико-химические ^ показатели исследуемого молока
Показатель, ед. изм Значение
Молоко коровье Молоко козье
Массовая доля жира, % 3,6 ± 0,1 3,9 ± 0,1
Массовая доля белка, % 3,2 ± 0,1 3,1 ± 0,1
СОМО, % 8,2 ± 0,1 8,6 ± 0,1
Массовая доля лактозы, % 4,8 ± 0,1 4,7 ± 0,1
Активная кислотность 6,6 ± 0,05 6,7 ± 0,05
Титруемая кислотность, °Т 20,0 ± 0,1 19,5 ± 0,1
Получены значения содержания незаменимых аминокислот, вычислены значения содержания аминокислот в белке. Вычислен аминокислотный скор и биологическая ценность (рисунок 1).
Нв Не 1_еи 1_ув 5АА ТЬг Тгр ААА
■ коровье молоко ■ козье молоко
Рисунок 1 - Аминокислотный скор исследуемого молока
Несмотря на высокое содержание в коровьем молоке триптофана и ароматических аминокислот, участвующих в синтезе белка, коэффициент аминокислотного скора в нём выше, чем в козьем. Следовательно, по значению биологической ценности при сравнении этих видов молока козье молоко занимает лидирующую позицию.
Массовая доля жира в коровьем молоке составляет 3,6 %, оно содержит большее количество ю-6 полиненасыщенных жирных кислот, чем козье молоко, в состав которого входит 3,9 % жира, в том числе больше насыщенных жирных кислот и ю-3 полиненасыщенных жирных кислот (рисунок 2).
НЖК МНЖК ПНЖК ш-3 ш-б
■ коровье молоко ■ козье молоко
Рисунок 2 - Жирнокислотный состав исследуемого молока
Коэффициент жирнокислотной сбалансированности при расчёте по минимальной потребности в жирных кислотах вычисленный по трём контрольным точкам ~ 0,5, а для пяти точек ~ 0,4. При максимальном рекомендуемом уровне потребления жирных кислот, коэффициент ~ 0,4 для трёх контрольных точек и ~ 0,1 для пяти контрольных точек.
По результатам расчёта выявлено преимущество козьего молока, состоящее в высокой биологической ценности. В связи с этим, принято решение, для производства низколактозных напитков использовать козье молоко.
Адаптация методики определения степени гидролиза лактозы
заключается в поиске решений для пробоподготовки к методике энзиматического колориметрического определения концентрации глюкозы в цельной крови, моче или сыворотке крови. Наиболее приемлемый способ получения безбелковой сыворотки, с учётом характера полученного сгустка и значения коэффициента пропускания полученной безбелковой сыворотки: в 10 см3 исследуемого образца молока вносят 40 % хлористый кальций в количестве 30 мкл, перемешивают и оставляют на водяной бане при температуре 90 °С на 10 минут, затем для осаждения белков, проводят центрифугирование в течение 10 минут при 6000 об / мин (КСБ 5265 в).
Для увеличения точности измерений и возможности проведения определения на спектрофотометре выделившейся глюкозы в процессе гидролиза молока подобрана приемлемая реакционная смесь. В таблице 4 отражен состав проб.
Таблица 4 -_ Состав образцов, подлежащих анализу
Наименование образца Монореагент, мкл Безбелковая сыворотка опытного образца, мкл Дистиллированная вода, мкл Безбелковая сыворотка контрольной пробы, мкл Калибровочный раствор, мкл
Контрольная 200 - - 10 -
Опытная 200 1 9 - -
Холостая 200 - 10 - -
Калибровочная 200 - - - 10
Непосредственно после отбора пробы молока подвергают коагуляции для получения безбелковой сыворотки. Полученную безбелковую сыворотку используют для составления смеси по таблице 4. Реакционную смесь выдерживают в термостате с температурой 37 °С в течение 20 минут. После окончания инкубации проводят измерение оптической плотности в диапазоне 400 - 625 нм.
Для вычислений определяют значение длины волны в диапазоне от 400 до 625 нм, при которой оптическая плотность максимальна для каждой пробы. Полученные данные при этой длине волны пересчитывают в соответствии с разбавлением. Оптическая плотность пропорциональна содержанию глюкозы. В процессе гидролиза 1 моль лактозы распадается на 1 моль глюкозы и 1 моль галактозы. Концентрацию глюкозы в смеси после гидролиза можно определить, сопоставив с её начальной концентрацией. Для количественного пересчёта из моль в г используют молярную массу. Содержание лактозы (г / л), в контрольном образце рассчитывают по значению плотности и массовой доли лактозы в исходном (негидролизованном) молоке. Количество прореагировавшей лактозы сопоставляют с начальным содержанием лактозы в не подверженном ферментативному гидролизу молоке, получая значение концентрации лактозы в опытных образцах. Массовая доля лактозы в опытных образцах вычисляется исходя из плотности молока. Степень гидролиза лактозы равна отношению количества гидролизованной лактозы к её начальному значению.
Для определения точности методики, применимой к безбелковой молочной сыворотке, произведено вычисление ошибки разработанной методики методом добавок. Составлены растворы с известным количеством глюкозы на водной основе и в матрице молока. При сравнении данных, полученных при построении калибровочных прямых в водном растворе и в молочной матрице, сделан вывод о допустимости использования в качестве калибровочного раствора - водный раствор глюкозы и использование калибровочного раствора из набора реактивов.
В изготовленных образцах низколактозного молока определяют степень гидролиза лактозы. Оптическая плотность для проб, ферментированных при 40 °С, представлена на рисунке 3. Определены ключевые показатели ферментативного гидролиза лактозы препаратами Р-галактозидазы при 40 °С (рисунки 4-5).
ЬаСа-Ргее Лактазис 6500К
Ьа^аэе ВаЬу
0.3[-1-
о .........1-'---------
400 500 600
(1
Рисунок 3 - Ферментативный гидролиз при 40 °С. Условные обозначения: каНЬг - калибровочная проба; коп1х - контрольная проба; а1-а6 - опытные пробы; d - длина волны, нм.
-Лактазис 6Б00К —о—Lacta Free —*—Lactase Baby Рисунок 4 - Содержание лактозы при температуре гидролиза 40°С.
Рисунок 5 - Степень гидролиза при температуре 40°С.
При температуре гидролиза лактозы, равной 40 °С и одинаковой продолжительности -4 ч, препарат Лактазис 6500К показывает наивысшее значение степени гидролиза лактозы - 98,1 %, меньшей результативностью обладает препарат Lacta Free - с его помощью гидролиз лактозы осуществлён
на 96,2 %. Lactase Baby демонстрирует наименьшую эффективность гидролиза лактозы из представленных препаратов - 84,4 %. Оптическая плотность при длине волн в диапазоне 400 - 625 нм для проб, ферментированных при 4 °С, представлена на рисунке 6.
Рисунок 6 - Ферментативный гидролиз при 4 ± 2 °С.
Условные обозначения: каНЬг - калибровочная проба; коп1х - контрольная проба; а1-а6 -
опытные пробы; d - длина волны, нм.
Определены ключевые показатели гидролиза лактозы при 4 °С. Из рисунка 7 следует, что при температуре 4 ± 2 °С процесс гидролиза препаратом Лактазис 6500К протекает интенсивнее, чем при добавлении Lacta Free. График, показывающий степень гидролиза лактозы представлен на рисунке 8.
Рисунок 7 - Содержание лактозы при температуре гидролиза 4 ± 2 °С
-Лактазис 6Б00К —•— Lacta Free Рисунок 8 - Процесс гидролиза при 4 ± 2 °С
В процессе гидролиза при температуре хранения (4 ± 2 °С) при продолжительности 4 ч, процесс происходит менее эффективно - препарат Лактазис 6500К позволяет снизить содержание лактозы до 0,6 %, LactaFree -до 1,3 %.
В качестве препарата Р-галактозидазы для производства низколактозного молока для напитков выбран Лактазис 6500К в соотношении 0,8 кг / 1000 кг молока. Применение данного препарата позволяет достичь степени гидролиза
лактозы более 95 %. Длительность гидролиза при 40 °C составляет 4 ч, а содержание лактозы в молоке при этом снижается до 0,09 %.
Исследование свойств микроорганизмов. Для исследования влияния на углеводный состав молока выбраны пробиотические микроорганизмы: Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium bifidum. Наращивание биомассы производят путём пересева в жидкую питательную среду MRS. Количество концентрата для пересева 0,1 % от объёма питательной среды. Культивирование проводят в течение 24 - 72 ч при температуре, характерной для каждого штамма (см. таблица 5).
Полученную биомассу концентрируют путём центрифугирования. Отделяют от культуральной жидкости, вносят криопротектор. Производят повторное центрифугирование и отделение смеси остаточной надосадочной жидкости с криопротектором, вносят криопротектор.
Таблица 5 -_ Температура культивирования
Микроорганизм Штамм Производитель Температура, 0С
Streptococcus thermophilus TA 40 DuPont Nutrition & Health 42
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus + Streptococcus thermophilus - Chr. Hansen Holding A/S 42 (35-45)
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19 Биоресурсный центр Всероссийская коллекция промышленных микроорганизмов 37
Lactobacillus acidophilus AT-41 37
H9 37
57S 37
В 30
Bifidobacterium bifidum Lyobac-D Alce International s.r.l 37 (37-42)
АС-1579 Биоресурсный центр Всероссийская коллекция промышленных микроорганизмов 37-3В
№ 1 OOO «ПроБиоФарм» 37
BF3 DSM 29040 OOO «БиоВид» 37
791 3AO «Экополис» 37
Для оценки влияния микроорганизмов на углеводный состав молока
производят культивирование каждого штамма в питательных средах, включающих
в себя один из углеводов: глюкоза, галактоза или лактоза. Концентрат исследуемого штамма вносят в окрашенную питательную среду и инкубируют 72 часа при температуре, характерной для каждого штамма (по таблице 5). Способность к ферментации углеводов определяют по изменению цвета, возникающего в результате образования молочной кислоты, которая влияет на рН и окраску индикатора. Визуальная оценка изменения цвета не всегда однозначна (см. рисунок 9), поэтому, определена активная кислотность опытных образцов (таблица 6).
Таблица 6 -_Способность к ферментации углеводов
Микроорганизм pH Способность к ферментации
лактоза глюкоза галактоза лактоза глюкоза галактоза
Контроль (питательная среда без микроорганизмов) 6.85 6.83 6.71 - - -
Streptococcus thermophilus TA 40 4.33 4.64 6.23 + + -
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus + Streptococcus thermophilus 4.25 6.59 5.34 + - + / -
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19 4.23 4.90 5.38 + + + / -
Lactobacillus acidophilus AT-41 4.63 6.43 6.42 + - -
Lactobacillus acidophilus H9 5.22 6.61 6.21 + / - - -
Lactobacillus acidophilus 57S 5.87 6.36 6.49 + / - - -
Lactobacillus acidophilus 8 4.25 5.97 6.23 + + / - -
Bifidobacterium bifidum Lyobac-D 4.06 4.18 4.27 + + +
Bifidobacterium bifidum АС-1579 3.93 4.17 3.81 + + +
Bifidobacterium bifidum № 1 4.35 4.41 4.21 + + +
Bifidobacterium bifidum BF3 DSM 29040 3.71 3.71 3.84 + + +
Bifidobacterium bifidum 791 4.55 4.05 4.01 + + +
Рисунок 9 - Способность ферментировать галактозу штаммом Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19 Условные обозначения: 1к (слева направо)- контрольный образец с низкой кислотностью, контрольный образец исходной кислотности, не содержащие штаммов микроорганизмов; 1.7.1, 1.7.2, 1.7.3 - опытные образцы Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19
после инкубации 72 ч при 37 °С.
Все рассмотренные штаммы в разной степени обладают способностью перерабатывать лактозу, явной способностью ферментировать глюкозу отличается Streptococcus thermophilus TA 40, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19 и пять штаммов Bifidobacterium bifidum. Активно утилизируют галактозу только штаммы Bifidobacterium bifidum. В полученном с помощью ферментативного гидролиза низколактозном молоке, основную часть углеводов составляют глюкоза и галактоза, вследствие чего молоко приобретает излишнюю сладость. Для подавления сладости и наиболее полного ферментирования глюкозы и галактозы в низколактозном молоке, для производства кисломолочных напитков выбраны штаммы Bifidobacterium bifidum.
Полученные ранее концентраты Bifidobacterium bifidum проверены на количество жизнеспособных клеток двумя методами - окраска люминесцентным красителем с последующим микроскопированием на Leica DMi8 и посевом в твёрдую питательную среду с подсчётом жизнеспособных колониеобразующих единиц. Микроскопическая картина концентрата,
окрашенного акридиновым оранжевым, в том числе с фильтром БГТС (справа), представлена на рисунке 10.
Рисунок 10 - Микроскопическая картина концентрата Bifidobacterium bifidum,
окрашенного акридиновым оранжевым
Количество жизнеспособных клеток выявленных в концентратах с помощью люминесцентного красителя, превышает 90 %. Для точного определения жизнеспособных клеток бифидобактерий, производят посев концентратов с разведениями до 10-10. Инкубирование чашек Петри производят в течение 72 ± 3 ч при температуре 37 °С в анаэробных условиях.
Подсчёту на подлежали колонии, в виде дисков и гречишных зёрен. Морфологическая картина, полученная с помощью Leica DMi8, Zeiss AxioLab A1, Полар 1 и Poco M3 представлена на рисунках 11-13. Результат подсчёта представлен в таблице 7.
Таблица 7 - Количество бифидобактерий в концентратах
Штамм микроорганизма Количество бифидобактерий
КОЕ / мл logio(KOE / мл)
Bifidobacterium bifidum Lyobac-D 5,64 • 109 9,75
Bifidobacterium bifidum АС-1579 8,91 • 109 9,95
Bifidobacterium bifidum № 1 8,45 • 109 9,93
Bifidobacterium bifidum BF3 DSM 29040 8,27 • 1010 10,92
Bifidobacterium bifidum 791 1,16 • 1011 11,07
Рисунок 11 - Микроскопическая картина единичных клеток Bifidobacterium bifidum, в том числе окрашенного метиленовым синим (нижний ряд)
Рисунок 12 - Микроскопическая картина колоний Bifidobacterium bifidum
Рисунок 13 - Вид колоний Ы^оЪа^вгтт Ыу^ит без применения микроскопии
В низколактозном молоке после гидролиза лактозы осуществляют инактивацию фермента Р-галактозидазы путём нагрева до 90 °С. После инактивации молоко охлаждают до температуры 37 ± 2 °С, вносят один из концентратов Ыу^оЪа^впит Ыу^ит, осуществляют ферментацию при температуре 37 ± 2 °С до рН ~ 4.6...4.9 для достижения органолептических характеристик, подавляющих излишнюю сладость ферментированного Р-галактозидазой молока. Графики нарастания содержания молочной кислоты и снижения активной кислотности при ферментации представлены на рисунке 14.
Lyobac-D
АС-1579
0,7
ГО 0,5
0
5
S
* 0,4
о;
СО
х
1 0,3 о
0,2 0,1
■ п ш
■
7.0
- 5,0
4,5
2 4 6 8 10 12 14
Продолжительность, ч
№ 1
BF3 DSM 29040
791
Рисунок 14 - Изменение содержания молочной кислоты и активной кислотности при ферментации концентратами штаммов Bifidobacterium bifidum
После процесса ферментации произведено охлаждение до температуры хранения (4 ± 2 °С). В процессе охлаждения происходит остаточная ферментация, а при достижении температуры хранения процессы кислотонакопления и культивирования микроорганизмов останавливаются. Значения активной и титруемой кислотности после охлаждения представлены в таблице 8.
Таблица 8 - Характеристика ферментирования низколактозного молока штаммами Bifidobacterium bifidum____
Штамм Bifidobacterium bifidum Продолжительность ферментирования, ч Прирост биомассы, log10 (КОЕ / мл) Кислотность при 4 ± 2 0С Максимальная скорость подкисления, ед pH / мин
pH титруемая, от
Lyobac-D 7 2,47 4.58 75 0,009
АС-1579 14 2,85 4.84 76 0,004
№ 1 14 2,72 4.82 70 0,003
BF3 DSM 29040 13 1,54 4.57 75 0,004
791 11 0,06 4.67 80 0,004
Произведено исследование содержания Bifidobacterium bifidum в продуктах до и после ферментации, результаты представлены на рисунке 15.
Похожие диссертационные работы по специальности «Другие cпециальности», 00.00.00 шифр ВАК
Исследование и разработка технологии творожного биопродукта2012 год, кандидат технических наук Смирнова, Наталия Анатольевна
Разработка технологии кисломолочного продукта функциональной направленности на основе кобыльего молока2022 год, кандидат наук Симоненко Елена Сергеевна
Разработка комплексной товароведной оценки качества кисломолочных продуктов на основе нетрадиционного сырья2013 год, кандидат наук Тихомиров, Сергей Анатольевич
Совершенствование биотехнологии бактериального концентрата ацидофильных молочнокислых палочек для производства кисломолочных продуктов2012 год, кандидат технических наук Раскошная, Татьяна Александровна
Исследование и разработка технологии низколактозного творожного продукта для детей школьного возраста2009 год, кандидат технических наук Бессонова, Ольга Витальевна
Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Анцыперова Мария Александровна, 2023 год
Литература
1. Trinder P., Ann. clin. Biochem., 1969, vol. 6, p. 24.
УДК 637.144.5
М.А. Анцыпсрова, Т.П. Арсеньева
Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных
технологий, механики и оптики
ПРИМЕНЕНИЕ ЭНЗИМАТИЧЕСКОГО КОЛОРИМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ФЕРМЕНТАЦИИ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ
Молоко и молочные продукты являются необходимой составляющей ежедневного рациона питания человека. Однако у 65% населения Земли, в том числе 16—30% россиян, диагностирована непереносимость молочного сахара - лактозы [1]. Непереносимость лактозы, или гиполактазия, - патологическое состояние, вызванное снижением в организме уровня фермента лактазы, необходимого для усвоения лактозы. При этом лактоза является основным сахаром, содержащимся в молоке и молочных продуктах.
Основные проблемы, возникающие при употреблении лактозы в составе молочных продуктов, связаны с недостаточностью фермента лактазы в организме человека. В случае недостаточности лактазы, вызванной ее низкой активностью или малым количеством, выделяемым стенкой кишечника, становится невозможным гидролиз лактозы и, соответственно, прекращается ее всасывание. В результате возникают две проблемы. Во-первых, вследствие высокой осмотической активности лактоза, как и все углеводы, способствует задержке воды в просвете кишечника. Во-вторых, что более существенно, неусвоенная лактоза становится питательным субстратом для гнилостной микрофлоры тонкого кишечника с выделением различных метаболитов, приводящих к отравлению организма. При этом появление внешних симптомов непереносимости лактозы — уже вторичная реакция на продукты брожения, а именно, жирные кислоты быстрого распада, водород, молочная кислота, метан, угольный ангидрид. В итоге развивается пищевая непереносимость, т. е. аллергия на лактозу [2].
Лактазная недостаточность, обуславливающая непереносимость молока, в большей степени характерна для большинства людей старшего возраста. Это нормальный ответ организма, связанный со снижением употребления молока в пищу. Однако, та же проблема может наблюдаться и у детей. В этом случае, особенно у новорожденных, она обусловлена генетически. Многие люди, страдающие непереносимостью лактозы, стараются избегать в своем рационе молока и молочных продуктов, с целью уменьшения неприятных симптомов. Однако, отсутствие в традиционном меню молока и молочных продуктов приводит к нарушению структуры питания [3]. Ограниченность рациона лишает организм многих легкоусвоясмых питательных веществ, которыми богаты молочные продукты.
По количеству веществ, полезных для организма человека, молоко не имеет аналогов. Коровье молоко содержит около 250 химических компонентов - 20 аминокислот, более 25 жирных кислот, 30 минеральных солей и 20 различных витаминов, - в сбалансированном соотношении и легкоусвоясмых формах. Один стакан молока в день восполняет суточную потребность организма в необходимых питательных веществах [4]. Молоко богато витаминами Вг, Вз, В12, Н,, кальцием, калием, фосфором, йодом, молибденом, кобальтом. Аминокислоты, ферменты, фосфолипиды молока участвуют в работе головного мозга, сердца, почек, печени, нервной и пищеварительной систем человека [5].
Цель работы состоит в исследовании различных видов ферментных препаратов, используемых для получения низколактозных молочных продуктов.
Для реализации указанной цели поставлены следующие задачи:
- обзор рынка и группы потребителей;
- выбор и коррекция технологии;
- адаптация метода исследования;
- выработка экспериментальных образцов;
- определение содержания лактозы в образцах;
- сравнение эффективности препаратов для гидролиза лактозы в молочных продуктах.
Для решения проблемы непереносимости лактозы при употреблении молока,
современные технологии обработки молока предусматривают ряд методов, позволяющих снизить содержание лактозы или полностью удалить се из молока и молочных продуктов. К ним относят традиционный способ, мембранную фильтрацию и ферментативное расщепление лактозы.
Традиционный способ заключается в удалении лактозы из молока молочнокислым брожением. Данный способ не пригоден для изготовления низколактозного молока, так как получаемый продукт относится к группе кисломолочных продуктов. Технология мембранной фильтрации предусматривает ультрафильтрацию молока, обеспечивающую удаление части лактозы, с последующим ферментативным расщеплением остаточного количества лактозы в ультрафильтрате при добавлении лактазы. В промышленных масштабах лактазу, необходимую для ферментативного гидролиза лактозы, получают искусственно из грибов Aspergillus niger и Aspergillus oryzae или экстрагируют из дрожжей Kluyveromyces fragilis и Kluyveromyces lactis. Для направленного ферментативного гидролиза необходимо обращать внимание на оптимальные значения рН и температуры, а также наличие активаторов и ингибиторов для данного вида Р-галактоз и дазы (табл. 1). Целесообразность применения данного способа обусловлена простотой процесса и отсутствием затрат на дорогостоящее оборудование.
Таблица 1. Характеристика продуктов fi-галактозидазы
Продукты р-галактозидазы Оптимум pH рН-диапазон стабильности Температурный оптимум, °С Активаторы
Aspergillus niger 3,0-4,0 2,5-8,0 55-60 -
Aspergillus oiyzae 4,5 3,5-8,0 50-60 -
Kluyveromyces lactis 6,9-7,3 6,0-7,0 35 Мп, К.
Kluyveromyces fragilis 6,6 5,8-7,5 37 Мп, К.
Согласно TP ТС 033, низколактозные молочные продукты являются продуктами переработки молока, в которых лактоза частично гидролизована или удалена [6]. Цель работы состояла в исследовании различных видов ферментных препаратов, используемых для получения низколактозного молока.
К современным методам определения массовой доли лактозы в молоке относят йодометрический, криоскопический и спсктрофотометричсский методы. В ходе исследования проведено экспериментальное определение массовой доли лактозы энзиматическим колориметрическим методом, в образцах после ферментативной обработки препаратами:
1. Лактазис 6500К (производитель Kaprina) - это жидкий энзим лактазы, полученный ферментацией дрожжей Kluvermyces lactis. Препарат используют в промышленных условиях, он обладает активностью 6500 единиц [7].
2. LactaseBaby (производитель National Enzyme Company) содержит лиофилизированную лактазу, полученную в результате ферментации Aspergillus oiyzae. Фермент обладает активностью 700 единиц, используется как биологически активная добавка в пище, выпускается в форме капсул [8].
3. Lacta-Free (производитель BIOHEM s.r.l.) — это лиофилизированный энзим ji-галактозидазы микробиального происхождения, полученный в результате ферментации Aspergillus oryzae. Препарат выпускается в пакетах по 2 г, предназначенных для получения 1-3 л низколактозного молока в домашних условиях [9].
Длина волны,км
Рис. 1. Изменение оптической плотности при ферментации различными препаратами. Условные обозначения: а - длина волны; b — исходный образец; с — образец, ферментированный препаратом Лактазис; d - образец, ферментированный препаратом Lactase Baby; е - образец, ферментированный препаратом Lacta-Free
Для определения остаточного количества лактозы в ферментированном молоке адаптирован способ определения концентрации глюкозы в цельной крови энзиматичсским колориметрическим методом [10]. Определение проведено с помощью спектрофотометра
БЫтаёги и\М800. Адаптация метода предусматривает некоторые отличия: проведение предварительного осаждения белков молока термокислотным способом, подбор приемлемого состава реакционной смсси и создание плана вычислений.
Принцип метода: р-О-глюкоза под действием фермента глюкозооксидазы окисляется до [ )-глюконолактона. Образующаяся в данной реакции перекись водорода при участии фермента пероксидазы способствует окислительному азосочетанию 4-аминоантипирина и фенола с образованием окрашенного соединения (хинониминовый краситель). Интенсивность окраски реакционной срсды пропорциональна содержанию глюкозы в исследуемом материале и определяется фотометрически. Содержание глюкозы эквивалентно содержанию прореагировавшей лактозы.
Исследованию подлежали три образца безбелковой сыворотки, полученные способом термокислотной коагуляции соответствующих образцов, ферментированных различными препаратами (табл. 2), а также образец сыворотки из смеси, не подвергнутой ферментации.
В ходе исследования получена зависимость оптической плотности сыворотки от длины волны. Различия в данной зависимости для образцов, ферментированных препаратами, и образца, не подвергавшегося ферментации, представлены на рис. 1.
Полученные данные позволяют рассчитать количество лактозы, прореагировавшей в процессе гидролиза. Сравнение содержания лактозы в молочных продуктах с возможностью гидролиза препаратами в рекомендуемых дозировках представлены в виде диаграммы на рис. 2.
60 50 "t 40
(Ц
3 30
га 20 Q
10
56,14
149,34
II
31,83
III
Содержание в молочных продуктах Возможность гидролиза препаратами
■ Мороженое ■ Лактазис 6500К
■ Кисломолочные продукты ■ Lactase Baby
■ Молоко ■ Laeta-Free
Рис. 2. Диаграмма сравнения
С помощью препаратов, вносимых в молочные продукты в рекомендованных производителями дозировках, представляется возможным гидролиз лактозы в количестве от 25,52 г/л (Lactase Baby) до 32,11 г/л (Лактазис 6500К). При этом степень гидролиза находится в пределах от 45,45 % (Lactase Baby при изготовлении мороженого) до 88,65 % (при добавлении в молоко препарата Лактазис 6500К). Степень гидролиза можно корректировать, изменяя рекомендованные производителями дозировки в зависимости от исходного содержания лактозы в продукте.
Экспериментальное исследование позволяет сделать выводы об эффективности применения препаратов для гидролиза лактозы, а также рассчитать дозы внесения препаратов в молочные продукты.
ЛИТЕРАТУРА
1. Новости и аналитика молочного рынка [Электронный ресурс]. milknews.ru/index/novosti-moloko 3168.html.
Режим доступа:
2. Центр здорового питания [Электронный ресурс]. — [2017]. - Режим доступа: eat-info.ru/references/calories/laktoza-molochnyy-sakhar.
3. Management and treatment of lactose malabsorption / M. Montalto, V. Curigliano, L. Santoro, M. Vastola, G. Cammarota, R. Manna, A. Gasbarrini, G. Gasbarrini // World journal of gastroenterology. — 2006.-V. 12(2).-P. 187-191.
4. Фесенко А. О пользе молока // Переработка молока [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.milkbranch.ru/publ/view/40.html.
5. Скурихин И.М., Волгарев М.Н. Химический состав пищевых продуктов: Книга 2: Справочные таблицы содержания аминокислот, жирных кислот, витаминов, макро- и микроэлеменов, органических кислот и углеводов. — 2-е изд., перераб и доп. - Москва: ВО «Агропромиздат», 1987. — 360 с.
6. Технический регламент Таможенного союза «О безопасности молока и молочной продукции» (TP ТС 033/2013).
7. Лактазис 6500К. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://new.kaprina.com/product^aKTa3nc-6500k.
8. Лактаза бэби. [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://www.preparatum.ru/laktaza-bebi.html.
9. Фермент Lacta-free. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://lactofermeco.ru/zakvaska-lacta-free.
10.Trinder, P. (1969). Analysis of Glucose. - Ann. Clin. Biochem. - V. 6. P. 24.
3. Панкина И.А., Белокурова Е.С., Ерзикова М.О. Использование семян чечевицы при создании пищевых продуктов для диетического питания// XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2018. Том 7, № 2 (42). - С. 34-38.
4. Панкина И.А., Барсуков A.B. Исследование технологических свойств люпина узколистного с целью создания функциональных пищевых продуктов В сборнике: Потребительский рынок Евразии: современное состояние, теория и практика в условиях Евразийского экономического союза и ВТО. Сборник статей III Международной научно-практической конференции. Екатеринбург, 2015. С. 127131.
5. Панкина И.А.. Белокурова Е.С., Севастьянова А.Д. Использование семян нетрадиционных культур при создании мучных кондитерских изделий. Материалы всероссийской НПК «Здоровьесберегающие технологии в ВУЗе: состояние и перспективы». Орел. 2018. С. 142-147.
6. ГОСТ 31986-2012 Услуги общественного питания. Метод органолептической оценки качества продукции общественного питания. - М.: Стандартинформ, 2014. [Электронный ресурс] URL: http://docs.cntd.ru/dociimrail/1200103472 (дата обращения 02.10.2019)
7. ГОСТ 27842-88 Хлеб из пшеничной муки. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2006. [Электронный ресурс] URL: http://docs.cntd.ru/document/1200022270 (дата обращения 02.10.2019)
8. Корячкина С. Я., Березина H.A., Хмелева Е.В. Методы исследования качества хлебобулочных изделий: учебно-методическое пособие для вузов / С.Я. Корячкина, H.A. Березина, Е.В. Хмелева. - Орел: Орел ГТУ, 2010. - 166 с.
УДК 637.144.5
М.А. Анцыпсрова, Т.П. Арсеньсва Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГИДРОЛИЗА ЛАКТОЗЫ В МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТАХ ЭНЗИМАТИЧЕСКИМ КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Молоко и молочные продукты являются необходимой составляющей ежедневного рациона питания населения. В связи с возрастающим распространением ферментопатии, в частности, лактазной недостаточности, значительная часть людей не может потреблять молочные продукты. Наиболее часто встречается патология тонкой кишки с синдромом нарушенного всасывания, связанная с отсутствием или недостаточной активностью фермента лактазы. По данным Всемирной Организации здравоохранения лактазной недостаточностью страдает 65% населения Земли [1],
Для решения проблемы непереносимости лактозы при употреблении молока, современные технологии обработки молока предусматривают ряд методов, позволяющих снизить содержание лактозы или полностью удалить её из молока и молочных продуктов. К ним относят традиционный способ, мембранную фильтрацию и ферментативное расщепление лактозы [2-4].
Цель работы состоит в исследовании различных видов ферментных препаратов, используемых для получения низколактозных молочных продуктов.
Для реализации указанной цели поставлены следующие задачи:
- обзор рынка и группы потребителей;
- выбор и коррекция технологии;
- адаптация метода исследования;
- выработка экспериментальных образцов;
- определение содержания лактозы в образцах;
- сравнение эффективности препаратов для гидролиза лактозы в молочных продуктах.
Согласно данным научно-технической и патентной литературы проводились исследования ферментативного гидролиза лактозы в молоке. Для гидролиза лактозы наибольшее распространение получили ферментные препараты ß-галактозидазы, выделенные из бактерий, плесневых грибов и дрожжей.
Для проведения экспериментального этапа исследования выбраны препараты из Aspergillus oryzac и Kluvermyces lactis, позволяющие расщеплять до 98 % лактозы в молоке и применяемые в различных отраслях.
1. Lacta-Free (производитель ВЮНЕМ s.r.l.) - это лиофилизированный энзим ß-галактозидазы микробиального происхождения, полученный в результате ферментации Aspergillus oryzae. Препарат выпускается в пакетах по 2 г, предназначенных для получения 13 л низколактозного молока в домашних условиях [5].
2. LactaseBaby (производительМай'оид/ Enzyme Company) содержит лиофилизированную лактазу, полученную в результате ферментации Aspergillus oryzae. Фермент обладает активностью 700 единиц, используется как биологически активная добавка в пище, выпускается в форме капсул [6].
3. Лактазис 6500К (производитель Kaprind) - это жидкий энзим лактазы, полученный ферментацией дрожжей Kluvermyces lactis. Препарат используют в промышленных условиях, он обладает активностью 6500 единиц [7].
Для определения остаточного количества лактозы в ферментированном молоке, адаптирован способ определения концентрации глюкозы в цельной крови энзиматическим колориметрическим методом [8].
Определение проведено с помощью спектрофотометра Shimadzu UV-1800. Адаптация метода предусматривает некоторые отличия: проведение предварительного осаждения белков молока термокислотным способом, подбор приемлемого состава реакционной смеси и создание плана вычислений.
В ходе исследования получена зависимость оптической плотности ферментированного молока от длины волны. Различия в данной зависимости для образцов, ферментированных препаратами и образца, не подвергавшегося ферментации, представлены на рисунке 1.
Lacia- Frее Lactase Baby
Ё С
<» л» н*
Дли на рол НН.ИИ
Рисунок 1 - Изменение оптической плотности при ферментации различными препаратами. Сравнение
с исходным образцом
Полученные данные позволяют рассчитать количество лактозы, прореагировавшей в процессе гидролиза. Сравнение содержания лактозы в молочных продуктах с возможностью гидролиза препаратами в рекомендуемых дозировках представлены в виде диаграммы на рисунке 2.
Лактоза, г/л
49,34
■ 36,23
31,83 1 25,52
1 32,11
О 10 20 30 40 50 60
■ Молоко ■ Кисломолочные продукты ■ Мороженое
■ Lacta-Free ■ Lactase Baby ■ Лактазис
Рисунок 2 - Диаграмма сравнения
С помощью препаратов, вносимых в молочные продукты в рекомендованных производителями дозировках, представляется возможным увеличить гидролиз лактозы в количестве от 25,52 г/л (Lactase Baby) до 32,11 г/л (Лактазис 6500К). При этом степень гидролиза находится в пределах от 45,45 % (Lactase Baby при изготовлении мороженого) до 88,65 % (при добавлении в молоко препарата Лактазис 6500К). Степень гидролиза можно корректировать, изменяя рекомендованные производителями дозировки в зависимости от исходного содержания лактозы в продукте.
Экспериментальное исследование позволяет сделать выводы об эффективности применения препаратов для гидролиза лактозы, а также рассчитать дозы внесения препаратов в молочные продукты.
ЛИТЕРАТУРА
1. Improved lactose digestion and intolerance among / African-American adolescent girls fed a dairy-rich diet. - Journal of the American Dietetic Association, 2000 - Режим доступа: http://mvw.accessmylibrary.com/coms2/summary_0286-27939567_ITM.
2. Простыми словами: Системы фильтрации// The DairyNews - ежедневные новости молочного рынка. [Электронный ресурс], - Режим доступа: http://www.dairynews.ru/photoreports/prostymi-slo vami- s istemy-fi ltratsi i. html.
3. Низколактозные молочные продукты. Пути получения / Данильчук Т.Н.. Танина В.И., Головин М.А. // Молочная промышленность.-2013.-№11.-С. 41-42.
4. Сравнение свойств промышленных ß-галактозидаз для гидролиза лактозы в молочном сырье / Карасева А. В., Куликова И. К., Анисимов Г. С., Слюсарев Г. В.//Вестник Северо-Кавказского федерального университета. - 2017. — №3. — С. 17-23.
5. Фермент Lacta-free. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://lactofermeco.ru/zakvaska-lacta-free.
6. Лактаза бэби. [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://www.preparatum.ru/laktaza-bebi.html.
7. Лактазис 6500К. [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://EewJcaprina.com/product/naKTa3Hc-6500k.
8. Trinder, P. (1969). Analysis of Ghicose. H Ann. Clin. Biocliem, vol. 6, pp.24.
Л.В. Лукьянова, С.Н, Козуб, O.J1. Левашова. - Харьков: Щедра садиба плюс, 2014. - Том 1. - 228 с.
2. Велик. С.Н. Эффективность использования пробиотичесшго препарата на основе bacillus subtilis при выращивании цыплят-бройлеров / С.Н. Велик, В.А. Чистяков, В.В. Крючкова. М.И. Сложенкина Н Известия Нижневолжского агроуниверситетскот комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2014. - № 4 (36). - С. 151-156.
3. Велик, С.Н. Особенности морфометрических показателей у цыплят-бройлеров при использовании в рационах кормления нового пробиотического препарата I С.Н. Велик, И.Ф. Горлов, Т.В, Жукова, И.M Харагургиева // Экологические, генетические, биотехнологические проблемы и их решение при производстве и переработке продукции животноводства; материалы Международной научно-практической конференции (посвященная памяти академика РАН Сизенко Е.И.). -2017.-С. 308-310.
4. Газиева, P.M. Дисбиоз кишечника и возможности его коррекции функциональными кисломолочными продуктами / P.M. Газиева, В В. Крючкова, С.Н, Велик, П.В, Скрипин // Вестник Донского государственного аграрного университета. - 2017. - № 1-1 (23). — С. 121-130.
5. Контарева, В.Ю. Разработка технологии кисломолочных напитков с бифидогенными свойствами и иммуностимулирующим действием: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук /
B.Ю. Кон гарева. - нос. Персиановекий, 2011,
6. Контарева, В.Ю. Кисломолочные биопродукты с бифидогенными свойствами: технология производства и профилактика дисбакгериоза в эксперименте: монография / В.Ю. Контарева, В.В. Крючкова; M-во сельского хоз-ва Российской Федерации, Департамент науч.-технологической политики и образования, Донской гос. агарный ун-т. -по с. Перси ановский, Ростовская обл.. 2011.
7. Крючкова, В.В. Показатели безопасности кисломолочного продукта с антиоксидантными свойствами / В.В. Крючкова, М.А. Телепень, П.В. Скрипин, В.Ю. Контарева, С.Н. Велик // Инновационные технологии пищевых производств: маггериачы международной научно-Iфактической конференции / Редакционная коллегия: А.И. Клименко -председатель, A.A. Громаков, П. В. Скрипин, О. Г. Комкова,
C.B. Подгорская. -2016. - С. 139-142.
УДК 637.07
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФЕРМЕНТАЦИИ ЛАКТОЗЫ В СМЕСИ ЗАМОРОЖЕННОГО ДЕСЕРТА БЕЗ САХАРА
Анцыперова MA., Лугова М,В.
Национальный исследовательский университет ИТ МО, Санкт-Петербург
Аннотация: рассмотрен процесс ферментации лактозы при выработке за морожен но го десерта для предупреждении образования пороков в процессе хранения. Изготовлена ферментированная молочная основа замороженного десерта. Определена массовая доля углеводов и рассчитана массовая доля лактозы в молочной основе. Проведён ферментативный гидролиз лактозы в молочной основе замороженного десерта. Определена степень гидролиза лактозы. Выявлена концентрация ферментного препарата, позволяющая предупреждать образование порока песчанистости в процессе хранения замороженного десерта.
Ключевые слова: замороженный десерт, ферментация лактозы, ферментативный гидролиз, лактазная недостаточность, лактоза, лактаза, Р-галак-тозидаза.
Замороженный десерт, в котором содержание сухого обезжиренного молочного остатка составляет более 10%, в процессе хранения приобретает порок песчанистости за счёт кристаллизации лактозы. Согласно разработанной рецептуре, при полной замене сахарозы на компоненты животного и растительного происхождения в замороженном десер j-e содержание лактозы составляет 11,68%, сухих веществ - 31,14% [1]. При выработке замороженного десер га традиционным методом образуются крупные кристаллы лактозы, при водящие к пороку песчанистости, поэтому необходимо произвести гидролиз лактозы с целью предупреждения образования порока в процессе хранения. Также гидролиз лактозы поможет расширить круг потребителей, позволяя употреблять десерт людям, страдающим не только сахарным диабетом, но также и лактазной недостаточностью.
Целью работы является исследование процесса ферментации лактозы при выработке замороженного десерта. На основании цели сформированы задачи, которые необходимо решить в процессе работы:
1. Подготовить образцы для анализа.
2. Определить массовую долю углеводов.
3. Произвести расчёт массовой доли лактозы в молочной основе.
4. Осуществить ферментативный гидролиз лактозы.
5. 011 ре д е л ить степе н ы и дро л и за ла ктоз ы.
6. Сравнить показатели качества контрольного и опытного образцов.
Подготовка образцов
Подбор компонентов рецептуры замороженного десерта проведён в соответствии с проведенными ранее исследованиями [1]. Для определения массовой доли углеводов и массовой доли лактозы изготовлена только молочная основа замороженного десерта, состоящая из компонентов рецептуры, перечисленных в таблице 1.
Таблица 1 - Состав образцов
Компонент смсси Контрольный Опытешс образцы
образец 1 2 3 4
Козье молоко, г 741,60 741,60 741,60 741,60 741,60
Сывороточный белковый концентрат, г 13,30 13,30 13,30 13;30 13,30
Мицеллярпый казеин, г 5,70 5,70 5,70 5,70 5,70
Сухое обезжиренное козье молоко, г 141,00 141.00 141.00 141.00 141.00
Лактазис 6500К, % 0,00 0,10 0,12 0,14 0,16
Определенно массово! доли углеводов
Определение массовой доли углеводов и контрольном образце молочной основы замороженного десерта проведено йод о метрическим методом по ГОСТ Р 54667 [2]. Результаты исследования представлены в таблице 2. Таблица 2 - Определение массовой доли углеводов
Проба Реакционная смесь Окраска перед титрованием Объём раствора тиосульфата натрия, пошедшего на титрование, мл Окраска после титрования Массовая доля углеводов, % wKVK-V0)x хЗ,59
фильтрат, мл вода, мл
Контрольная - 10 оранжево-желтая 4,25 розовая 11.68
Опытная 10 - оранжево- желтая 1,00 розовая
Расчёт массовом доли лактозы в молочной ос но во
Произведен расчёт массовой доли лактозы в контрольном образце молочной основы замороженного десерта. Расчёт представлен в таблице 3.
Таблица 3 - Расчёт массовой доли лактозы
Показатель Обозначение Формула для расчёта Значение
Концентрация глюкозы, моль/л Сг — 0.3-10J
Молярная масса глюкозы, г/моль Mr — 180,156
Концентрация глюкозы, г/л Кг К, - Сг Мг 0.054
Плотность молока, г/л Р — 1025,00
Массовая доля глюкозы, % Wr Wi Kii Р 100 0.005
Общая массовая доля углеводов, % Wo — 11,68
Массовая доля лактозы, % W_n Wji= fYo- Wr 11.675
Концентрация лактозы, г/л Kj Кл = W3 /100 ■ p 119,67
Ферментатмвным гидролиз лактозы
Для проведения гидролиза лактозы после пастеризации молочной основы в охлажденную до температуры 40±2°С смесь вносили фермент Лактазис 6500К. (Карппа) в количестве, указанном в таблице 1. Выбор фермента основан на ранее проведенных исследованиях [4]. Опытные образцы подлежали выдержке в течение 4 часов при температуре 40±2°С, затем произведено исследование степени гидролиза лактозы знзиматическим колориметрическим методом с помощью спектрофотометра ЗЫтасЬш иУ-1800.
341
Согласно полученным с помощью спектрофотометра данным оптической плотности произведён расчёт степени гидролиза и содержания лактозы в опытных образцах молочной основы замороженного десерта. Результаты вычислений, упорядоченные по величине концентрации внесённого ферментного препарата Лактазис 6500К, представлены в таблице 5.
Таблица 5 - Определение степени гидролиза лактозы
Образец Концентрация фермента, % Содержание лактозы,% Степень гидролиза лактозы. %
Контроль 0 11.68 0,00
1 0,10 2,05 82,42
2 0,12 1,87 83,97
3 0,14 1,57 86,55
4 0,16 1,57 86,55
Графики, наглядно показывающие результаты произведённого гидролиза, представлены на рисунках 2 и 3.
100
О 0,02 0,04 0,06 0,0Е ОД 0,12 0,14 0,16
Концентрация Лэит.з.зис 6500К, %
Рисунок 2 - Зависимость степени гидролиза от концентрации препарата
Концентрация Лактазис 6500К, %
Рисунок 3 - Зависимость содержания лактозы от концентрации препарата
Определены показатели качества опытною (ферментированного) образца и контрольного образца замороженного десерта. В таблице 6 представлены значения исследованных показателей.
Таблица 6 - Показа гели качества контрольною и опытного образцов
Показатели Образцы
контрольный опытный
Массовая доля сухих веществ, %, не менее 31,0 31,0
Массовая доля жира, %, не менее 7.0 7,0
Массовая доля белка. % не менее 8.5 8,5
Массовая доля лактозы, % 11,7 1,6
Вкус и запах чистый молочный, сладкий чистый молочный, более сладкий,чем контрольный
Консистенция в меру плотная в меру плотная
Взбитость, % 32±1 33±1
Сопротивляемость таянию, мин 38±1 39±1
Температура на выходе из фризера, "С минус 5-6 минус 5-6
Средний диаметр воздушных пузырьков, мкм 64+1 63±1
Средний диаметр кристаллов лактозы, мкм 10 отсутствуют
Полученные данные показывают, что при концентрации препарат Лактазис 6500К. в количестве 0,14% от массы молочной смеси достигнута степень гидролиза, не изменяющаяся при дальнейшем увеличении концентрации фермента. В процессе исследования подтвердились данные об эффективных условиях проведения гидролиза препаратам Лактазис 6500К - степень гидролиза лактозы достигает 87% за четыре часа при температуре 40±2°С. Показатели качества контрольного и опытного образцов позволяют сделать вывод о том, что гидролиз лактозы в смеси десерта позволяет предупреждать образование порока песчанистости в процессе хранения.
Список литературы
1. Арсеньева, Т.П. Разработка состава высокобелковот замороженною десерта для спортивного питания на козьем молоке / Т.П. Арсеньева, М.В. Луюва, Н.В. Яковченко Н Ползуновский вестник, - 2019. - № 2. -С. 26-31.
2. ГОСТ Р 54667-2011, Молоко и продукты переработки молока. Методы определения массовой доли Сахаров. - Введ. 2013-01-01. - М,: Стандаргинформ, 2012. - 24 с,
3. Каталог биохимических наборов Оль веке-Диа1 носгикум: каталог. - СПб.: 2018.-61 с.
4. Antsyperova, M. Development of Formulation and Technology of Low-lactose Dairy Beverage Made from Goat Milk / M. Antsyperova, T. Arseneva, O. Volkova. N. Iakovchenko // KuE Life Sciences. - 2020. - Pp. 203-210.
5. Trinder. P. Analysis of Glucose / P. Trinder // Ann. clin. Biochem. - 1969. -Vol. 6.-P. 24.
УДК 637.46
РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПРОДУКТА ДЛЯ СПОРТИВНОГО ПИТАНИЯ С ПРИРОДНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
Широкова И.В., Кочура Д. А.
Донской государственный аграрный университет, пос. Персиановский, Октябрьский р-он, Ростовская оба.
Аннотация: в статье представлена разработка функциональною продукта для спортивного питания. Проведено исследование технологических подходов к формированию качества функционального кисломолочного продукта для спортивного питании. На основе сочетания молока, концентрата сывороточного белка, культур, содержащих штаммы микроорганизмов, биологически активных веществ, создан кисломолочный продукт, предназначенный для питания спортсменов как в период тренировок, так и в процессе соревнований, восстановительном периоде.
Ключевые слова: кисломолочный продукт, функциональная добавка, спортивное питание, спортсмены, витамины, микроэлементы.
Введение. В современное время резко возросло количество людей, которые включили в свое ежедневное расписание занятия спортом. В первую очередь это связанно с поддержанием здоровья, а также немаловажный аспект -усовершенствование физических и силовых показателей.
За последние 20 лет ученые и эксперты разных исследовательских комитетов и лабораторий, занимающиеся разработкой как спортивного питания, так
345
УДК 637.073.051
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ГИДРОЛИЗА ЛАКТОЗЫ В МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТАХ ЭНЗИМАТИЧЕСКИМ КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИМ М ЕТО ДОМ
Лнцыперова МЛ.
Национальный исследовательский университет ИТМО, Санкт-Петербург
Аннотация: проведен поиск метода определения степени гидролиза лактозы в молочных продуктах, не требующего специфических приборов. Выявлена методика определения концентрации глюкозы в крови, проведена адаптация методики к применению её в молочной промышленности. Адаптация технологии заключается к проведении предварительного осаждения белков молока, подборе приемлемого состава реакционной смеси для определения данным способом и создании плана вычислений.
Ключевые слова: метод определения, массовая доля лактозы, лактоза, энзиматический колориметрический метод, спектрофотометрия.
К стандартным методам определения массовой доли углеводов в молоке относят: йодометрический метод; метод Берлрана; ускоренный феррицианид-ный метод [I]. Эти методы позволяют определить общее количество углеводов в молоке, поэтому выявить с их помощью содержание лактозы в ферментированном р-галактозидазой молоке не представляется возможным. Современные методы определения лактозы в молоке: криоскопический метод; метод потен-ци оме зри чес кого титрования углеводов в не вод ной среде [2, 3], позволяют определить степень гидролиза лактозы в молоке, но их осуществление возможно только при наличии специфических приборов.
Цель работы состоит в поиске и применении метода определения степени гидролиза лактозы в молочных продуктах, не требующего специфических приборов. Так как р-галактозидаза расщепляет лактозу на глюкозу и галактозу, то степень гидролиза можно вычислить гю нарастающему в процессе гидролиза количеству моносахаридов. Для этого предложено адаптировать методику определении концентрации глюкозы в цельной крови энзиматиче-ским колориметрическим методом для определения степени гидролиза в молочных продуктах. Метод основан на фотометрическом определении интенсивности окраски реакционной среды, окрашивающейся пропорционально содержанию глюкозы в образцах. Задачи, которые необходимо решить для достижения цели:
1. Пр ои з вести ферм ен та ци ю ла ктозы в мо л оке ра зл и ч н ым и прел арата ми;
2. Рассмотреть образцы кисломолочных продуктов, полученных в результате сквашивания различными микроорганизмами;
3. Адаптировать энзиматический колориметрический метод определения глюкозы в крови для определения степени гидролиза лактозы в молочный продуктах;
4. Сравнить эффективность бактериальных заквасок для гидролиза лактозы в молочных продуктах.
Экспериментальное определение степени гидролиза лактозы адаптированным методом проведено в образцах молока, ферментированного ß-галактозидазой - препаратами: Lact a-Free, Lactase Baby и Лактазис 650 OK [4, 5, 6] в рекомендуемых производителями дозировках (таблица 1}, а также в образцах кисломолочных продуктов с установленной заквасочной микрофлорой (таблица 2).
Препарат Дозировка, % Условия ферментирования
La eta-Free 0,70 1 = 40ÜC, 4 часа
Lactase Baby 0,65 t = 40°С, 4 часа
Лактазис 6500K 0,10 1 = 40°С, 4 часа
Таблица 2 - Состав заквасочной микрофлоры кисломолочных продуктов
Наименование Состав закваски
Кефир Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris; Streptococcus diacetylactis, Leuconostoc dextrameum: Lactobacillus; уксуснокислые бактерии; дрожжи
Йогурт Streptococcus thermopiiilus. Lactobacillus bulgaricus
Ряженка Streptococcus thermopiiilus, Lactobacillus bulgaricus
Виолакт Streptococcus thermopiiilus, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus acidophilus, бифидобактерии
Actimel Streptococcus thermopiiilus, Lactobacillus bulgaricus, L. С a sei Imunitass
Для определения остаточного количества лактозы в ферментированных молочных продуктах адаптирован способ определения концентрации глюкозы в цельной крови энзиматическим калориметрическим методом [7]. Исследование проведено согласно инструкции по применению набора реагентов «Глюкоз а- 8-Ольвекс» [8], с помощью спектрофотометра Shimadzu UV-1800. Сущность метода заключается в фотометрическом сравнении образцов ферментированных молочных продуктов по интенсивности окраски, полученной под действием фермента глюкозооксидазы.
После составления реакционных смесей и окончания инкубации проведено измерение оптической плотности контрольной, калибровочной и опытных проб при длине волны от 400 до 625 нм с помощью спектрофотометра Shimadzu UV-1800. Из полученных экспериментальных данных выделены максимальные значения для каждой из проб для проведения расчёта количества лактозы, прореагировавшей в процессе ферментирования.
В результате расчёта получены значения количества прореагировавшей лактозы при гидролизе препаратами La eta-Free, Lactase Baby и Лактазнс 6500К в течение 4 часов при температуре 40°С в рекомендованных производителями дозировках. Также на диаграмме {рисунок 1) приведены значения теоретического содержания лактозы в кисломолочных продуктах.
Содержание в кисломолочный продушах:
Кефир ¡Йогурт I Ряженка Laeta-Free
■ Lactase Baby
■ Лактаэис 65QQK
Возможность гидролиза препаратами.
48,00
46.34
20 40
Лактоза, г/л
60
Рисунок 1 - Диаграмма сравнения
С помощью препаратов, вносимых в молочные продукты в рекомендованных производителями дозировках, представляется возможным гидролиз лактозы в количестве от 38,61 г/л (препаратом Lactase Baby) до 48,34 г/л (препаратом Лактазнс 6500К). Степень гидролиза в исследованных кисломолочных продуктах находится в пределах от 2,5% (в кефире) до 12,2% (в йогурте). Степень гидролиза можно корректировать, изменяя рекомендованные производителями дозировки в зависимости от исходного содержания лактозы в продукте.
В результате работы адаптирован способ определения концентрации глюкозы в цельной крови энзиматическим колориметрическим методом. Адаптация технологии заключается в проведении предварительного осаждения белков молока, подборе приемлемого состава реакционной смеси для определения данным способом и создании плана вычислений количества прореагировавшей лактозы и степени гидролиза. Получены значения степени гидролиза различными ферментными препаратами и определена степень гидролиза в кисломолочных продуктах. Экспериментальное исследование адаптированным методом позволяет сделать выводы об эффективности применения заквасок и препаратов р-галактозидазы для гидролиза лактозы, а также рассчитать дозы внесения препаратов в молочные продукты.
Список литературы
1. ГОСТ Р 54667-2011. Молоко и продукты переработки молока. Методы определения массовой доли Сахаров. - введ. 01.01.2013. - Москва: СтандаЪтинформ, 2012. - 24 с.
2. Строкач, Д.А. Исследование процесса гидролиза лактозы в молоке / Д.А. Строкач, Т.П. Арсен ьева i i Технология и техника пищевых производств: сб. науч. трудов. - Санкт-Петербург: СПбГУНиПТ, 2003. - С. 142-146.
3. Коренман, Я.И. Селективное определение лактозы в маточных продуктах / Я.И. Коренман, A.A. Бычкова // Известия вузов. Пищевая технология. - 2013. - № 1. - С. 25-27.
4. Фермент La eta-free. [Электронный ресурс] I Режим доступа: http ://1а cto fermeco .ru/zakva ska-lacta-free.
5. Лактаза бэби. [Электронный ресурс] / Режим доступа: https: //www. prep ara tu m. ru/laktaza -bebi .html,
6. Лактазис 6500К. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http ://new. kaprina, со m/product/лактазис-6500k.
7. Trinder, P. Analysis of Glucose. Ann. Clin. Biochem, - 1969. - vol. 6. - P. 24.
S. Каталог биохимических наборов Ольвекс-Диагностикум: каталог. -
СПб., 2018.-61 с.
УДК 637
МОЛОЧНЫЙ НАПИТОК ГЕРОДИЕТИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Гринева В. Д., Короткова А А.
Волгоградский государственный технический университет»
Аннотация: в статье представлено комплексное обоснование целесообразности расширения ассортимента диетических молочных напитков профилактической направленности для людей пожилого возраста. Приведен сравнительный анализ органолептических и физико-химических показателей молочных напитков, подтверждающий высокие позребительские свойства продукта, выработанного по новой рецептуре. Исследования проведены при разработке молочных напитков с различными наполнителями: кунжутной мукой, пшеничными отрубями, сушеным персиком и сиропом стевии.
Ключевые слова: молоко, стевия, напиток, наполнитель, кунжут, персик, отруби,
В настоящее время актуально расширение ассортимента молочных напитков профилактической направленности. Дополнительное обогащение витаминами и минеральными элементами повышает степень физиологической функциональности молока в направлении поддержания адаптационных возможностей организма при старении. Целью исследований является разработка рецептурной композиции и технологии диетического профилактического молочного напитка для населения пожилого и престарелого возраста.
Изобретение относится к молочной промышленности, к производству жидких молочных продуктов, в частности к производству молочных напитков, предназначенных для людей, страдающих лактазной недостаточностью.
Известен способ получения низколактозного и безлактозного молочного продукта, 5 включающий гидролиз лактозы молочного сырья, разделение на различные фракции: белки, сахара и минеральные вещества полученного гидролизованного молочного сырья пофазовым проведением нанофильтрации, таких как тип мембраны, температура, давление и/или диафильтрация и также применение мембранной технологии и/или способов хроматографического разделения для целесообразного дальнейшего ю разделения (патент РФ 2551230, B01/D 61/00, А23/С 9/00, опубл. 29.08.2008).
Основными недостатками указанного способа являются сложность производственного процесса и высокая себестоимость продукции за счет использования дорогостоящего оборудования.
Наиболее близким к заявленному изобретению является способ получения 15 низколактозного молочного напитка для геродиетического питания, включающий смешивание нормализованного по жиру молока с предварительно восстановленным сухим обезжиренным молоком, пастеризацию смеси, охлаждение до 4-6°С, внесение фермента ß-галактозидазы, проведение ферментации лактозы, выдерживая смесь при слабом помешивании при температуре 4-5°С, последующий подогрев смеси до 20 температуры 35-40°С, добавление в смесь водных растворов витамина С, витамина Вс, сернокислого железа, сернокислого цинка, лимоннокислого калия и предварительно приготовленной эмульсии жирорастворимых витаминов с лецитином, полученной отбором порции нормализованной молочной смеси, в которую, после подогрева ее до 60-85°С, вносят витамины А, Е, D2, лецитин, после чего перемешивают и эмульгируют
25
в гомогенизаторе, перемешивание полученной смеси, УВТ-стерилизацию, охлаждение до 78°С, гомогенизацию, охлаждение и розлив (патент РФ 2478296, А23С 23/00, опубл. 10.04.2013).
Основной недостаток этого способа - частичная потеря добавленных витаминов при УВТ-стерилизации.
Задачей изобретения является разработка способа производства молочного напитка, предназначенного для людей, страдающих лактазной недостаточностью.
Технический результат - расширение ассортимента низколактозных молочных продуктов.
Это достигается тем, что в способе производства низколактозного молочного напитка, предусматривающего нормализацию молока по жиру, гомогенизацию, пастеризацию, охлаждение, внесение Aspergillus Oryzae, проведение ферментативного гидролиза лактозы, выдерживая смесь при слабом перемешивании при 4±2°С, последующий подогрев полученного низколактозного молока до 40-45°С, отделение 25% молока для активации стабилизатора агар-агара и гидратирования растительных компонентов - овсяной и миндальной муки при 90+2°С с выдержкой 15 мин, составление смеси с оставшимися 75% низколактозного молока, перемешивание полученной смеси при 40-45°С в течение 2 ч, охлаждение до 4±2°С и розлив, при следующем соотношении компонентов, мае. %:
позиция 1 позиция 2 позиция 3
молоко нормализованное 94,95 94,95 94,95
Aspergillus Oryzae 0,03 0,03 0,03
агар-агар 0,19 0,19 0,19
мука овсяная 4,83 - 2,415
мука миндальная - 4,83 2,415
Сущность изобретения заключается в том, что в способе производства нпзколактозного молочного напитка получают продукты с уникальными органолептическими свойствами. При этом используют фермент ß-галактозидаза, ¡о который выделяется грибком Aspergillus oryzae, растительные наполнители - овсяную и миндальную муку и стабилизатор агар-агар.
Способ производства низколактозного молочного напитка осуществляется следующим образом: молочное сырье - молоко коровье очищают, проводят нормализацию по жиру в потоке до жирности 2,5%, одноступенчатую гомогенизацию /5 при давлении 15+2 МПа, пастеризацию с температурным режимом 76+2°С и выдержкой 15-20 с, охлаждение до 4+2°С, внесение фермента Aspergillus oryzae, проведение ферментативного гидролиза лактозы, выдерживая смесь при слабом перемешивании при температуре 4±2°С. Полученное после ферментативного гидролиза низколактозное молоко подогревают до 40-45°С. Составляют смесь из низколактозного молока и 20 подготовленных компонентов при температуре 40-45°С в течение 2 ч. Полученную смесь перемешивают, охлаждают до 4±2°С и направляют на розлив.
Подготовка компонентов заключается в их просеивании и измерении необходимого по рецептуре количества. После стадии подогрева, полученного низколактозного молока до температуры 40-45°С происходит отделение 25% молока с целью активации 25 стабилизатора агар-агара и гидратирования растительных компонентов - овсяной и миндальной муки при температуре 90+2°С с выдержкой 15 мин для последующего составления смеси.
Используемый в способе производства низколактозного молочного напитка Aspergillus oryzae расщепляет лактозу в молоке и делает его пригодным для употребления so людьми с лактазной недостаточностью, а также является пробиотиком -
сублимированными бактериями для восстановления микрофлоры желудка и кишечника. Овсяная и миндальная мука -ингредиенты, содержащие в своем составе большое количество микроэлемента кальция.
Разработанный низколактозный молочный напиток относительно существующей 35 продукции обладает следующими преимуществами: содержание кальция,
обеспечивающее значительную часть суточной физиологической потребности; использование растительных компонентов в качестве наполнителя; простота производственного процесса; низкая себестоимость за счет использования оборудования, не требующего больших денежных затрат. 40 Пример 1. Молочное сырье - молоко коровье в количестве 1000 кг очищают, проводят нормализацию по жиру в потоке до жирности 2,5%, одноступенчатую гомогенизацию при давлении 15+2 МПа, пастеризацию с температурным режимом 76+2°С и выдержкой 15-20 с, охлаждение до 4+2°С. В нормализованное пастеризованное молоко вносят Aspergillus oryzae в количестве 0,30 кг, проводят ферментативный гидролиз лактозы, 45 выдерживая смесь при слабом перемешивании при температуре 4±2°С. Полученное после ферментативного гидролиза низколактозное молоко подогревают до 40-45°С. От полученного низколактозного молока отделяют 237,45 кг, смешивают с 1,9 кг агар-агара и 48,30 кг растительного наполнителя - овсяной муки и гидратируют при
температуре 90±2°С с выдержкой 15 мин. Составляют смесь из оставшегося низколактозного молока и смеси с подготовленными компонентами при температуре 40-45 °С в течение 2 ч. Напиток перемешивают, охлаждают до 4±2°С и направляют на розлив. Пищевая ценность в 100 г полученного таким способом продукта: белки - 3,48 г, жиры - 2,69 г, углеводы 7,75 г. Энергетическая ценность - 68,80 ккал. Органолептические показатели полученного молочного напитка представлены в таблице 1. Основные физико-химические показатели представлены в таблице 2.
Таблица 1 - Органолептические характеристики
ю
Показатель Характеристика
Структура, консистенция неоднородная, допускается отстой осадка
Вкус сладковатый, с привкусом овса
Запах чистый, молочный
Цвет белый со светло-коричневыми включениями
15
Таблица 2 - Физико-химические характеристики
20
Показатель Значение
Массовая доля жира, %, не менее 2.5
Кислотность, °Т, не более 20
Массовая доля сухого обезжиренного молочного остатка (COMO) в молочной части, %, не менее 8,2
Плотность, кг/м , не менее 1032,0
Массовая доля лактозы, г/л, не более 10,0
Пример 2. Продукт готовят аналогично примеру 1. Отличительная особенность -использование в качестве растительного наполнителя миндальной муки в указанном в примере 1 количестве. Пищевая ценность в 100 г полученного таким способом продукта: белки - 4,11 г, жиры - 4,98 г, углеводы 5,23 г. Энергетическая ценность - 80,39 ккал. Органолептические показатели полученного молочного напитка представлены в таблице 3. Основные физико-химические показатели представлены в таблице 4.
Таблица 3■
Показатель Характеристика
Структура, консистенция неоднородная, допускается отстой осадка
Вкус сладковатый, с привкусом миндаля
Запах чистый, ореховый
Цвет белый со светло-коричневыми включениями
Таблица 4 - Физико-химические характеристики
Показатель Значение
Массовая доля жира, %, не менее 2,5
Кислотность, °Т, не более 20
Массовая доля сухого обезжиренного молочного остатка (COMO) в молочной части, %, не менее 8,2
Плотность, кг/м3, не менее 1032,0
Массовая доля лактозы, г/л, не более 10,0
45
Пример 3. Продукт готовят аналогично примеру 1. Отличительная особенность -использование в качестве растительного наполнителя смеси 1:1 овсяной и миндальной муки в указанном в примере 1 количестве, т.е. 24,15 кг овсяной муки и 24,15 кг миндальной муки. Пищевая ценность в 100 г полученного таким способом продукта: белки - 3,80 г, жиры - 3,83 г, углеводы 6,49 г. Энергетическая ценность - 74,60 ккал.
Органолептические показатели полученного молочного напитка представлены в таблице 5. Основные физико-химические показатели представлены в таблице 6.
Таблица 5 - Органолептические характеристики
Показатель Характеристика
Структура, консистенция неоднородная, допускается отстой осадка
Продолжение таблицы 5
Вкус сладковатый, с привкусом овса
Запах чистый, молочный
Цвет белый со светло-коричневыми включениями
ю
Таблица 6 - Физико-химические характеристики
Показатель Значение
Массовая доля жира, %, не менее 2,5
Кислотность, °Т, не более 20
Массовая доля сухого обезжиренного молочного остатка (COMO) в молочной части, %, не менее 8,2
Плотность, кг/м3, не менее 1032,0
Массовая доля лактозы, г/л, не более 10,0
is
20
45
Таким образом, производство данного напитка позволит расширить ассортимент низколактозных напитков и эффективно использовать растительное сырье для обеспечения достаточного, оптимального состава и улучшения органолептических показателей, а его употребление в пищу будет способствовать улучшению питания людей разных возрастных групп, в том числе с лактазной недостаточностью.
Перечень источников
1. Низколактозный и безлактозный молочный продукт и способ его получения: пат. 2551230 Российская Федерация: B01/D 61/00, А23/С 9/00/ Каллиойнен, Харри [FI], Тиканмяки, Рекка [FI]; заявитель и патентообладатель ВАЛИО ЛТД (FI), опубл. 29.08.2008.
2. Способ получения низколактозного напитка для геродиетического питания: пат. RU 2478296 Российская Федерация: А23С 23/00/ Горлов И.Ф. (RU), Божкова С.Е. (RU), Духанина Е.Г. (RU) и др. - №2010153288/10; заявл. 24.12.2010 опубл. 10.04.2013, Бюл. №18.
(57) Формула изобретения
Способ производства низколактозного молочного напитка, включающий нормализацию молока по жиру при 40-45°С, гомогенизацию при температуре 60-65°С и давлении 15+2 МПа, пастеризацию при температуре 76+2°С с выдержкой 15-20 с, охлаждением до 4+2°С, внесение Aspergillus Oryzae, проведение ферментативного гидролиза лактозы, выдерживая смесь при слабом перемешивании при температуре 4+2°С, последующий подогрев полученного низколактозного молока до температуры 40-45°С, отделение 25% молока для активации стабилизатора агар-агара и гидратирования растительных компонентов - овсяной и миндальной муки при 90+2°С с выдержкой 15 мин, составление смеси с оставшимися 75% низколактозного молока, перемешивание полученной смеси при 40-45°С в течение 2 ч, охлаждение до 4+2°С и розлив, при следующем соотношении компонентов, мае. %:
позиция 1 позиция 2 позиция 3
молоко нормализованное 94,95 94,95 94,95
Aspergillus Oryzae 0,03 0,03 0,03
агар-агар 0,19 0,19 0,19
5 мука овсяная 4,83 - 2,415
мука миндальная - 4,83 2,415
20
45
Scientific research of the SCO countries: synergy and integration
STUDY OF THE PROCESS OF FERMENTATION OF LOW LACTOSE DAIRY PRODUCTS
Antcyperova Maria Aleksandrovna
Student, engineer
Arisen'eva Tamara Pavlovna
Doctor of Technical Sciences, Professor
St. Petersburg National Research University of Information
Technologies, Mechanics and Optics
m, mm,
)L (National Enzyme Company), Lacta~Free (Laktoferm ECO), Lactasis 6500K(Kaprina>oMt, SifSSttfe^.
^mmmm&immmmmm.
Ik, ILffrJpnlik. № №#L»Jpapf 3U№. '' y}. Shiinadxu LA-1H00.
Annotation. Milk and daily products are a necessary component of the daily diet of the population. Due to the increasing spread offermentopathy, in particular, lactase deficiency, a significant proportion of people cannot consume dairy products. The most common pathology of the small intestine with impaired absorption syndrome, associated with the absence or insufficient activity of the enzyme lactase. According to the World Health Organization, 65% of the world's population among various groups of the population suffer from lactase deficiency.
According to the data of scientific, technical and patent literature, enzymatic hydrolysis of lactose in milk was studied. For the hydrolysis of lactose, fi-galactosidase enzymes isolatedfrom bacteria, mold fungi and yeast are the most common.
The article discusses various enzyme preparations. The results of the study of fermentation with preparations are given: Lactase Baby (National Enzyme Company), Lacta-Free (Laktoferm ECO), Lactasis 6500K (Kaprina). For this, an enzymatic colorimetiic method myw carried out. The data obtained allow us to calculate the amount of lactose reacted in the process of hydrolysis.
An experimental study allows to draw conclusions about the effectiveness of the use of drugs for the hydrolysis of lactose, as well as to calculate the dose of making drags, depending on the desired degiee of hydrolysis, in daily products.
Keywords: food industiy, daily industry, milk, low lactose products, lactose, lactase, fi-galactosidase, Shimadzu UV-1S00, hydrolysis, fermentation.
Milk and daily products are a necessary component of the daily human diet. However, 65% of the world's population, including 16-30°/o of Russians, are diagnosed with milk sugar intolerance - lactose [2]. Lactose intolerance, or hypolacta-sia, is a pathological condition caused by a decrease in the body's lactase enzyme level, which is necessary for lactose absorption. At the same time, lactose is the main sugar contained in milk and daily products.
The main problems arising from the use of lactose in the composition of dairy products arc associated with a deficiency of the enzyme lactase in the human body. In the case of lactase deficiency caused by its low activity or a small amount secreted by the intestinal wall, hydrolysis of lactose becomes impossible and. accordingly, its absorption stops. As a result, two problems arise. First, due to the high osmotic acti\ity of lactose, like all carbohydrates, contributes to water retention in the intestinal lumen. Secondly, and more significantly, undigested lactose becomes a nutrient substrate for the putrefactive microflora of the small intestine, with the release of various metabolites, leading to poisoning of the body. At the same time, the appearance of external symptoms of lactose intolerance is already a secondary reaction to the products of fermentation, namely, fast-decomposed fatty acids, hydrogen, lactic acid, methane, and coal anhydride. As a result, food intolerance develops, i.e., lactose allergy [6].
Lactase deficiency, causing milk intolerance, is more characteristic of most older people. This is the normal response of the body associated with a decrease in the consumption of milk in food. However, the same problem can be observed in children. In this case, especially in newborns, it is genetically determined. Many people suffering from lactose intolerance, try to avoid in their diet of milk and daily products, in order to reduce unpleasant symptoms. However, the absence in the traditional menu of milk and dairy products leads to disruption of the nuni-tional structure [1]. The limited diet deprives the body of many easily digestible nutrients that daily products are rich in.
By the number of substances beneficial to the human body, milk has no ana-
Scientific research of the SCO countries: synergy and integration
loeues. Cow's imlk contains about 250 chemical components - 20 ammo acids, more than 25 fatty acids, 30 mineral salts and 20 different vitamins, - in a balanced ratio and easily digestible forms. One glass of milk per day replenishes the body's daily need for essential nutrients [5]. Milk is rich in vitamins B,, B;. Bp, H. calcium, potassium, phosphorus, iodine, molybdenum, cobalt. Amino acids, enzymes, milk phospholipids are involved in the brain, heart, kidneys, liver, nervous and digestive systems of humans [3].
To solve the problem of lactose intolerance when drinking milk, modern milk processing technologies provide a number of methods to reduce the lactose content or completely remove it from milk and daily products. These include the traditional method, membrane filtration and enzymatic breakdown of lactose.
The traditional way is to remove lactose from milk by lactic fermentation. This method is not suitable for the manufacture of low-lactose milk, as the resulting product belongs to the group of fermented milk products. Membrane filtration technology provides for ultrafiltration of milk, ensuring the removal of a portion of lactose, followed by enzymatic cleavage of the residual amount of lactose in the ultrafiltrate when lactase is added. On an industrial scale, the lactase required for enzymatic hydrolysis of lactose is obtained artificially from Aspergillus mger and Aspergillus oiyzae fungi or extracted from Kluyveromyces fragilis and KJuyvero-myces lactis yeast. For directional enzymatic hydrolysis, it is necessary to pay attention to the optimal pH and temperature values, as well as the presence of activators and inhibitors for this type of Ji-galactosidase (see table 1). The expediency of applying this method is due to the simplicity of the process and the absence of the cost of expensive equipment.
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.