close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Конструирование комбинированной закваски прямого внесения и разработка технологии получения кисломолочного напитка.

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
НОСКОВА СВЕТЛАНА ЮРЬЕВНА
КОНСТРУИРОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОЙ ЗАКВАСКИ ПРЯМОГО
ВНЕСЕНИЯ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ
КИСЛОМОЛОЧНОГО НАПИТКА
Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и
рыбных продуктов и холодильных производств
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Кемерово 2013
2
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский
технологический институт пищевой промышленности» (ФГБОУ ВПО КемТИПП)
Научный руководитель:
кандидат технических наук, доцент
Бабич Ольга Олеговна
Официальные оппоненты:
Курбанова Марина Геннадьевна
доктор технических наук ФГБОУ ВПО
«Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт», заведующая
кафедрой технологии хранения и переработки сельскохозяйственной продукции
Попов Анатолий Михайлович
доктор технических наук, профессор
ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», заведующий кафедрой «Прикладная
механика»
Ведущая организация:
Государственное бюджетное учреждение
Ярославской области «Ярославский государственный институт качества сырья и
пищевых продуктов»
Защита диссертации состоится «21» декабря 2013 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.089.01 при ФГБОУ ВПО «Кемеровский
технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г.
Кемерово, бульвар Строителей, 47, ауд 4., тел./факс: (3842)39-68-88.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». С авторефератом можно ознакомиться на официальных сайтах ВАК Минобрнауки РФ
(http://vak.ed.gov.ru/), ФГБОУ ВПО «КемТИПП» (http://www.kemtipp.ru/).
Автореферат разослан «18» ноября 2013 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Кригер Ольга Владимировна
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Кисломолочные продукты являются важными продуктами питания для населения различных возрастных групп. Для получения
кисломолочных продуктов в настоящее время активно используют заквасочные
культуры прямого внесения на основе молочнокислых микроорганизмов.
С видовым и штаммовым составом, биохимическими и биотехнологическими свойствами, физиологической активностью отдельных культур и комбинаций молочнокислых бактерий, входящих в состав заквасочной микрофлоры,
связано большинство полезных изменений, происходящих в молоке при ферментировании.
Главной проблемой существующих комбинированных заквасок является
отсутствие четких критериев отбора молочнокислых микроорганизмов, основанных на их протеолической активности и субстратной специфичности и позволяющих получать кисломолочные продукты с заданным белковым, пептидным и аминокислотным составом.
В связи с этим актуальна разработка научно обоснованных подходов, основанных на изучении физиолого-биохимических и промышленно ценных
свойств молочнокислых микроорганизмов различных групп, при создании комбинированных заквасок прямого внесения с высокой активностью.
Степень проработки темы исследований. Вопросам производства бактериальных заквасок и концентратов посвящены работы многих учёных и исследователей в этой области: Л.A. Банниковой, В.И. Ганиной, А.В. Гудкова,
З.Х. Диланяна, Н.И. Дунченко, М.С. Кондратенко, Н.С. Королёвой, М.Н. Николаева, Л.А. Остроумова, В.Ф. Семенихиной, О.В. Соколовой, H.A. Тихомировой, И.С. Хамагаевой, В.Д. Харитонова, A.A. Цуцаевой и др.
Несмотря на обширный теоретический и практический материал, в настоящее время продолжаются исследования по разработке критериев подбора
мультиэнзимных комплексов молочнокислых бактерий, входящих в состав заквасочных культур. В связи с этим одним из актуальных интенсивно разрабатываемых научно-исследовательских и практических направлений является совершенствование существующих и создание новых конкурентоспособных бактериальных концентратов, способов их применения в производстве кисломолочных продуктов с заданными свойствами и составом.
Цель и задачи исследований. Целью работы является конструирование
комбинированной закваски прямого внесения и разработка технологии получения кисломолочного напитка.
Для достижения поставленной цели сформулированы основные задачи
исследований:
‒ изучить физиолого-биохимические свойства молочнокислых микроорганизмов с целью выбора штаммов, обладающих ценными производственными
признаками;
‒ подобрать условия культивирования предложенной комбинации молочнокислых микроорганизмов с целью их активации;
4
‒ разработать приемы длительного сохранения свойств у выбранных
штаммов молочнокислых микроорганизмов;
‒ разработать рецептуру и технологическую схему производства кисломолочного продукта с использованием комбинированной закваски прямого
внесения;
‒ изучить состав и свойства разработанного кисломолочного продукта;
‒ разработать техническую документацию на кисломолочный продукт;
‒ рассчитать ожидаемую экономическую эффективность, провести промышленную апробацию технологии.
Научная новизна работы заключается в следующем:
‒ изучены физиолого-биохимические свойства двенадцати штаммов молочнокислых микроорганизмов, предоставленных ВКПМ ФГУП «ГосНИИгенетика», с целью выбора штаммов с ценными производственными признаками;
‒ на основании полученных результатов выбраны четыре штамма лактобактерий Lactococcus lactis B 5946, Leuconostoc mesenteroides subspecies
mesenteroides В 8404, Lactobacillus plantarum В 3242, Lactococcus lactis
subspecies cremoris B 2276, обладающие ценными производственными признаками при соблюдении установленных оптимальных условий культивирования:
активность кислотообразования 6,0 ч, предельная кислотообразующая способность в молоке 120°Т (рН 4,0), устойчивость к нагреванию в течение 30 мин
при температуре от 50°С до 60°С, высокая антибиотическая активность по отношению к Staphylococcus aureus и Escherichia coli, протеолитическая активность от 967,0 Е/мг белка до 1875,0 Е/мг белка;
‒ доказана биосовместимость четырех описанных штаммов молочнокислых микроорганизмов между собой;
‒ подобран состав питательной среды, обеспечивающий максимальную
продуктивность четырех штаммов при совместном культивировании: гидролизат обезжиренного молока, полученный под действием 0,5% химотрипсина при
рН 7,5, температуре 50°С в течение 2 ч, содержащий 0,5% сульфата магния и
0,25% сульфата меди;
‒ установлено, что комбинация четырех описанных штаммов молочнокислых бактерий, культивированных на подобранной питательной среде в течение 12 ч при 30°С, приводит к повышению протеолитической активности и
жизнеспособности микроорганизмов: протеолитическая активность комбинированной закваски составляет 2100 Е/мг белка, концентрация микроорганизмов
8,8·106 КОЕ/см3.
Практическая значимость работы. На основании полученных результатов описаны основные параметры конструирования комбинированной закваски
прямого внесения. Разработан способ длительного сохранения свойств у выбранных штаммов молочнокислых микроорганизмов – сублимационная сушка
при следующих параметрах: температура замораживания в защитной среде, содержащей 5% глицерина, ‒25°С при продолжительности 90 мин; температура
сушки 30°С; продолжительность сушки 6 ч; тепловая нагрузка 5,45 кВт/м²; остаточное давление 0,6‒0,8 кПа, толщина слоя сушки 2 мм. Разработана технологическая документация (ТУ 9225-096-02054145-2013), регламент и рецепту-
5
ра получения кисломолочного продукта с использованием комбинированной
закваски прямого внесения. Проведена промышленная апробация технологии в
компании ООО «Биотек».
Методология и методы исследований. При проведении исследований
использовали общепринятые, стандартные и оригинальные методы биохимического, физико-химического и микробиологического анализа, в том числе спектрофотометрия, электрофорез в полиакриламидном геле по Лэммли, хроматография, метод Дюма.
Положения, выносимые на защиту:
‒ физиолого-биохимические свойства двенадцати штаммов молочнокислых микроорганизмов;
‒ комбинация штаммов Lactococcus lactis B 5946, Leuconostoc
mesenteroides subspecies mesenteroides В 8404, Lactobacillus plantarum В 3242,
Lactococcus lactis subspecies cremoris B 2276, обладающих ценными производственными признаками, и свойства комбинированной закваски;
‒ состав питательной среды и условия для совместного культивирования
четырех штаммов лактобактерий;
‒ параметры сохранения свойств у комбинации выбранных штаммов молочнокислых микроорганизмов.
Степень достоверности и апробация работы. Основные положения и
результаты работы были предметом докладов и обсуждений на международных
и межрегиональных научно-практических конференциях, семинарах, конгрессах: VII международная научно-практическая конференция «Безопасность жизнедеятельности предприятий в промышленно развитых регионах» (Кемерово,
2009); I региональная научно-практическая конференция «Образование, наука,
инновации» (Междуреченск, 2010); II
международная заочная научнопрактическая конференция «Научная дискуссия: вопросы математики, физики,
химии, биологии» (Москва, 2013); XVII международная заочная научнопрактическая конференция «Инновации в науке» (Новосибирск, 2013); международная научно-практическая конференция «Наука и современность» (Киев,
2013); European Applied Sciences (Штутгарт, 2013); Applied Sciences and
technologies in the United States and Europe: common challenges and scientific
findings (Нью-Йорк, 2013).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе одна – в журнале, рекомендованном ВАК «Фундаментальные
исследования», одна – в журнале, индексируемом в базе Scopus «World Applied
Sciences Journal».
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из следующих основных разделов: введение, обзор литературы, объекты и методы
исследования, результаты исследования и их обсуждение, выводы, список использованных источников и приложения. Основное содержание работы изложено на 137 страницах машинописного текста, содержит 33 таблицы и 24 рисунка. Список литературы включает 175 наименований.
6
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Теоретические и экспериментальные исследования выполнены в соответствии с поставленными задачами на кафедре «Бионанотехнология» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего
профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». Отдельные этапы работы выполнены в рамках:
- ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России
на 2009-2013 годы» по направлению 1.3.2, по теме «Разработка экологически
безопасной ресурсосберегающей технологии переработки молочного сырья с
использованием бактериальных заквасок прямого внесения, обладающих ценными производственными признаками», гос. контракт №П423; объем финансирования 850 тыс. руб.;
- аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного
потенциала высшей школы (2009-2011 годы), задание №2.1.2/3566 по теме
«Разработка биотехнологии получения специфических ферментов, продуцируемых микроорганизмами».
Общая схема исследований представлена на рисунке 1.
Весь цикл исследований состоял из нескольких взаимосвязанных этапов.
На первом этапе проводили анализ отечественных и зарубежных литературных
данных по теме исследования, формулировали цель и задачи собственных исследований.
На втором этапе изучали физиолого-биохимические свойства двенадцати
штаммов молочнокислых микроорганизмов с целью выбора штаммов, обладающих ценными производственными признаками.
Исследовали такие свойства молочнокислых микроорганизмов различных
таксономических групп, как протеолитическая активность, активность кислотообразования, предельная кислотообразующая способность в молоке, устойчивость к нагреванию, антибиотические свойства, фракционный состав гидролизатов, аминокислотный состав гидролизатов.
Третий этап исследований посвящен подбору условий культивирования
выбранной комбинации молочнокислых микроорганизмов с целью их активации. На данном этапе варьировали такие параметры, как природа и концентрация протеолитических ферментов, концентрация солей магния и меди, продолжительность культивирования, и контролировали биосовместимость штаммов,
долю расщепленных белков, степень гидролиза, концентрацию микроорганизмов в культуральной среде, протеолитическую активность и органолептические
свойства сгустков.
Следующий этап исследований – разработка приемов сохранения свойств
у выбранных штаммов молочнокислых микроорганизмов с целью создания закваски прямого внесения. Исследовали консервирование заквасочной культуры
способом сублимационной сушки. На основании теплофизических характеристик, протеолитической активности, количества удаленной влаги, органолептических показателей и антагонистических свойств подбирали параметры сублимационной (температура замораживания, состав защитной среды, температура
7
сушки, тепловая нагрузка, остаточное давление, толщина слоя, продолжительность) сушки комбинированной закваски.
КОНСТРУИРОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОЙ ЗАКВАСКИ ПРЯМОГО ВНЕСЕНИЯ И
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОМОЛОЧНОГО НАПИТКА
Анализ отечественных и зарубежных литературных данных, формулировка цели и задач
собственных исследований
Изучение физиологобиохимических свойств молочнокислых микроорганизмов с целью выбора штаммов, обладающих ценными производственными признаками
- протеолитическая активность
- активность кислотообразования
- предельная кислотообразующая способность
- устойчивость к нагреванию
- антибиотические свойства
- фракционный состав гидролизатов
- аминокислотный состав гидролизатов
Подбор условий культивирования предложенной комбинации
молочнокислых микроорганизмов с целью их активации
- биосовместимость штаммов
- доля расщепленных белков
- степень гидролиза
- концентрация микроорганизмов
- протеолитическая активность
- органолептические свойства
Разработка приемов длительного
сохранения свойств у выбранных
штаммов молочнокислых
микроорганизмов
- теплофизические характеристики
- протеолитическая активность
- количество удаленной влаги
- органолептические показатели
- антагонистические свойства
Разработка технологии
кисломолочного продукта
- технологические параметры
- физико-химические характеристики
- органолептические характеристики
- микробиологические характеристики
- показатели безопасности
- экономическая эффективность
Практическая реализация результатов исследований
Рисунок 1. Общая схема проведения исследований
8
На основании анализа полученных данных разрабатывали рецептуру и
технологическую схему производства кисломолочного продукта с использованием комбинированной закваски прямого внесения, исследовали состав и свойства разработанного кисломолочного продукта. Рассчитывали ожидаемую экономическую эффективность. Полученные результаты учитывали при разработке технической документации и промышленной апробации.
При проведении исследований использовали общепринятые, стандартные
и оригинальные методы биохимического, физико-химического и микробиологического анализа, в том числе спектофотометрия, электрофорез в полиакриламидном геле по Лэммли, хроматография, метод Дюма.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Изучение физиолого-биохимических свойств молочнокислых
микроорганизмов с целью выбора штаммов, обладающих ценными
производственными признаками
Объектами исследования являлись двенадцать штаммов молочнокислых
микроорганизмов, предоставленные ВКПМ ФГУП «ГосНИИгенетика»
(http://www.genetika.ru/vkpm), принадлежащие к четырем таксономическим
группам: Lactococcus lactis, Lactococcus lactis subspecies cremoris, Lactobacillus
и Leuconostoc.
Исследуемые штаммы культивировали на обезжиренном молоке при температурах, оптимальных для каждого штамма (по паспорту), в течение 12 ч и
изучали их физиолого-биохимические характеристики: активность кислотообразования, предельная кислотообразующая способность в молоке, протеолитическая активность, устойчивость к нагреванию, антибиотическая активность по
отношению к представителю патогенной микрофлоры Staphylococcus aureus и
представителю условно-патогенной микрофлоры Escherichia coli.
На основании совокупной оценки изученных свойств выбраны четыре
штамма молочнокислых бактерий, обладающих ценными производственными
признаками: Lactococcus lactis B 5946, Leuconostoc mesenteroides subspecies
mesenteroides В 8404, Lactobacillus plantarum В 3242 и Lactococcus lactis
subspecies cremoris B 2276.
Результаты определения активной и титруемой кислотности в зависимости от продолжительности сквашивания обезжиренного молока четырьмя выбранными штаммами представлены в таблице 1.
Из таблицы 1 следует, что культивирование каждого из четырех изучаемых штаммов на обезжиренном молоке в течение 12 ч сопровождается динамичным нарастанием титруемой кислотности (снижением рН). Так, за 6 ч культивирования титруемая кислотность для штамма B 5946 возрастает с 22,0°Т до
74,0°Т, для штамма В 8404 – с 20,0°Т до 70,0°Т, для штамма В 3242 – с 22,0°Т
до 46,0°Т, для штамма B 2276 – с 21,0°Т до 75,0°Т.
9
Таблица 1
Изменение активной и титруемой кислотности при сквашивании молока
штаммами молочнокислых микроорганизмов
Активная и титруемая кислотность при продолжительности
сквашивания, ч
Номер
штамма
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
рН °Т рН °Т рН °Т рН °Т рН °Т рН
°Т
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
B 5946 6,3 22,0 5,4 48,0 4,7 74,0 4,3 80,0 4,2 94,0 4,2 120,0
В 8404 6,3 20,0 5,5 40,0 4,6 70,0 4,2 86,0 4,1 92,0 4,1 120,0
В 3242 6,2 22,0 5,6 33,0 4,5 46,0 4,3 66,0 4,2 78,0 4,1 115,0
B 2276 6,3 21,0 5,8 36,0 4,6 75,0 4,2 82,0 4,0 96,0 4,0 120,0
Установлено, что предельная кислотообразующая способность в молоке
для штаммов Lactococcus lactis B 5946, Leuconostoc mesenteroides subspecies
mesenteroides В 8404, Lactococcus lactis subspecies cremoris B 2276 составляет
120°Т, для штамма Lactobacillus plantarum В 3242 – 115°Т.
Известно, что источником белкового азота для молочнокислых бактерий
служат пептиды и аминокислоты, образующиеся в результате гидролиза казеина. В расщеплении казеина основная роль принадлежит бактериальным протеиназам, связанным с клеточной стенкой. Олигопептиды поглощаются бактериальными клетками и гидролизуются на низкомолекулярные пептиды и аминокислоты. В связи с этим изучали протеолитическую активность молочнокислых бактерий и изменение фракций растворимых азотистых соединений при
культивировании на обезжиренном молоке в течение 12 ч. Результаты проведенных исследований для четырех выбранных штаммов представлены в таблице 2.
Таблица 2
Протеолитическая активность штаммов молочнокислых
микроорганизмов, культивируемых на обезжиренном молоке в течение 12 ч
Изменение фракций растворимых
Протеолитическая
азотистых соединений,
Штамм
активность, Е/мг
мг/100 г образца
белка
белки
пептиды
аминокислоты
1
2
3
4
5
B 5946
1875,0±37,5
‒(187,5±0,9)
176,3±0,9
3,70±0,02
В 8404
1344,0±26,9
‒(177,0±0,9)
123,8±0,6
5,70±0,03
В 3242
1109,0±22,2
‒(153,8±0,8)
104,3±0,5
6,30±0,03
B 2276
967,0±19,3
‒(201,8±1,0)
78,0±0,4
4,90±0,02
На основании данных таблицы 2 установлено, что протеолитическая активность четырех рассматриваемых штаммов микроорганизмов находится в
диапазоне 967,0-1875,0 Е/мг белка. Для каждого из этих штаммов отмечена убыль
белков (от 153,8 до 201,8 мг/100 г образца) и увеличение содержания пептидов
10
(от 78,0 до 176,3 мг/100 г продукта) и свободных аминокислот (от 3,70 до 6,30
мг/100 г продукта).
Молекулярно-массовые распределения пептидных фракций белков молока, образующихся в результате гидролиза штаммами Lactococcus lactis B 5946,
Leuconostoc mesenteroides subspecies mesenteroides В 8404, Lactobacillus plantarum В 3242 и Lactococcus lactis subspecies cremoris B 2276 в течение 12 ч представлены на рисунке 2.
Из рисунка 2 следует, что каждый из четырех рассматриваемых штаммов
молочнокислых микроорганизмов расщепляет белки молока, причем Lactococcus lactis B 5946, Leuconostoc mesenteroides subspecies mesenteroides В 8404 и
Lactobacillus plantarum В 3242 действуют преимущественно на казеиновую
фракцию молока, а Lactococcus lactis subspecies cremoris B 2276 – на сывороточные белки.
Рисунок 2. Электрофореграмма образцов
обезжиренного молока, ферментированного молочнокислыми бактериями в течение 12 ч: М – маркер Roti-Mark Standard,
14–212 кДа (Carl Roth, Германия),
1 – B 5946, 2 – В 8404,
3 – В 3242, 4 – B 2276
Совокупный анализ данных таблицы 2 и рисунка 2 позволяет сделать вывод о
высокой способности четырех выбранных штаммов лактобактерий гидролизовать
белки молока до низкомолекулярных фракций (пептидов и аминокислот).
Из литературных источников известно, что на активность кислотообразования лактобактерий большое влияние оказывает температура культивирования. В связи с этим исследовали зависимость продолжительности сквашивания
молока от температуры культивирования четырех штаммов микроорганизмов.
Установлено, что для четырех штаммов продолжительность сквашивания молока уменьшается с увеличением температуры культивирования. Оптимальной
температурой культивирования для четырех штаммов является диапазон
28‒32°С, что согласуется с литературными данными. При данной температуре
активность кислотообразования для каждого из четырех штаммов составляет 6,0 ч.
Далее изучали устойчивость четырех рассматриваемых штаммов микроорганизмов к нагреванию. Повышали температуру обезжиренного молока, в котором культивировали бактерии, с 50°С до 70°С и оценивали концентрацию
микроорганизмов каждого вида. Показана высокая устойчивость четырех исследуемых штаммов к нагреванию: все штаммы характеризуются высокой выживаемостью при температурах 50–60°С в течение 30 мин, при увеличении
продолжительности тепловой обработки отмечается гибель 60–90% микроорганизмов по сравнению с исходной концентрацией.
Результаты изучения антибиотического действия четырех штаммов микроорганизмов методом совместного культивирования с патогенными тест-
11
штаммами свидетельствуют о высокой антагонистической активности рассматриваемых штаммов молочнокислых бактерий по отношению к Staphylococcus
aureus и Escherichia coli.
Таким образом, для дальнейших исследований выбраны четыре штамма
молочнокислых микроорганизмов Lactococcus lactis B 5946, Leuconostoc
mesenteroides subspecies mesenteroides В 8404, Lactobacillus plantarum В 3242,
Lactococcus lactis subspecies cremoris B 2276, обладающих ценными производственными признаками: протеолитическая активность от 967,0 Е/мг белка до
1875,0 Е/мг белка, активность кислотообразования 6,0 ч, предельная кислотообразующая способность в молоке 120°Т (рН 4,0), устойчивость к нагреванию в
течение 30 мин при температуре от 50°С до 60°С, высокая антибиотическая активность по отношению к представителям патогенной и условно-патогенной
микрофлоры.
Подбор условий культивирования предложенной комбинации
молочнокислых микроорганизмов с целью их активации
На следующем этапе исследования оценивали биосовместимость четырех
выбранных штаммов молочнокислых микроорганизмов между собой, а также
подбирали условия совместного культивирования с целью их активации.
Результаты изучения биосовместимости методом совместного культивирования на плотной питательной среде при температуре 30°С показали отсутствие ингибирующего эффекта четырех выбранных штаммов молочнокислых
бактерий по отношению друг к другу, что позволяет использовать их для приготовления комбинированной закваски прямого внесения.
С целью активации выбранной комбинации микроорганизмов варьировали состав питательной среды. Для повышения продуктивности молочнокислых
микроорганизмов использовали среду на основе гидролизатов обезжиренного
молока, полученных под действием протеолитических ферментов. Протеолитические ферменты позволяют перевести белки молока в более доступные для
роста лактобактерий формы (низкомолекулярные пептиды и аминокислоты).
Изучали 3 протеолитических фермента: химотрипсин, пепсин, трипсин с
концентрациями 0,1%, 0,25% и 0,5% при оптимальных условиях функционирования ферментов (рН и температура). Обезжиренное молоко с разными концентрациями ферментов выдерживали при оптимизированных условиях в течение
2 ч и затем на полученных гидролизатах совместно культивировали четыре
штамма молочнокислых бактерий и оценивали их концентрацию. Результаты
оценки концентрации микроорганизмов на полученных питательных средах
представлены на рисунке 3.
В ходе проведенных экспериментов установлено, что оптимальной питательной средой для совместного культивирования лактобактерий является гидролизат обезжиренного молока, полученный под действием 0,5% химотрипсина
при температуре 50°С, рН 7,5 в течение 2 ч. Концентрация микроорганизмов
при совместном культивировании на такой питательной среде в течение 12 ч составляет 7,65·106 КОЕ/см3. Эти данные подтверждаются результатами изучения
12
субстратной специфичности данных протеаз по отношению к белкам молока в
оптимизированных условиях.
Известно, что на развитие молочнокислых микроорганизмов существенно
влияют различные микроэлементы, присутствующие в среде. В настоящей работе исследовано влияние ионов магния и меди на совместный рост лактобактерий на гидролизате обезжиренного молока, полученном с использованием
0,5% химотрипсина.
а
б
Рисунок 3. Совместное культивирование
лактобактерий на гидролизатах
обезжиренного молока, полученных в
присутствии ферментов:
а – пепсин, б – трипсин, в – химотрипсин;
1 – контроль (обезжиренное молоко),
2 – концентрация фермента 0,1%,
3 – концентрация фермента 0,25%,
4 – концентрация фермента 0,5%
в
В качестве источника ионов магния использовали растворы сульфата
магния, ионов меди – растворы сульфата меди с различной концентрацией (от
0,1 до 1,0%). Полученные результаты представлены в таблице 3.
Из таблицы 3 следует, что максимальная концентрация микроорганизмов
достигается при совместном культивировании на питательной среде, состоящей
из гидролизата обезжиренного молока, полученного с использованием 0,5% химотрипсина, с добавлением 0,5% сульфата магния (концентрация лактобактерий 8,2·106 КОЕ/см3) и 0,25% сульфата меди (концентрация лактобактерий
8,8·106 КОЕ/см3) при температуре 30°С в течение 12 ч.
Данные таблицы 3 согласуются с результатами определения протеолитической активности комбинации молочнокислых микроорганизмов. Установлено, что максимальная величина протеолитической активности (2100 Е/мг) достигается при подобранных условиях.
13
Таким образом, подобран состав питательной среды, обеспечивающий
максимальную продуктивность четырех штаммов молочнокислых микроорганизмов при совместном культивировании: гидролизат обезжиренного молока,
полученный под действием 0,5% химотрипсина при рН 7,5, температуре 50°С в
течение 2 ч, содержащий 0,5% сульфата магния и 0,25% сульфата меди. Предложены условия совместного культивирования лактобактерий на подобранной
питательной среде: температура 30°С, продолжительность 12 ч.
Таблица 3
Влияние микроэлементов магния и меди на концентрацию молочнокислых
микроорганизмов при совместном культивировании (30°С) на гидролизате
обезжиренного молока, полученном с использованием 0,5% химотрипсина
Концентрация микроорганизмов КОЕ/см3·106 при
Наименование
продолжительности культивирования, ч
соли,
концентрация
4
8
12
16
20
24
Контроль
1,4
1,8
2,5
2,3
2,1
1,8
(без солей)
MgSO4, 0,1%
4,4
5,7
7,8
7,2
6,6
5,7
MgSO4, 0,25%
4,5
5,8
8,0
7,4
6,7
5,8
MgSO4, 0,5%
4,6
5,9
8,2
7,6
6,9
5,9
MgSO4, 1,0%
4,6
6,0
8,2
7,5
6,8
5,8
СuSO4, 0,1%
4,5
5,8
8,0
7,4
6,7
5,8
СuSO4, 0,25%
4,9
6,3
8,8
8,0
7,4
6,3
СuSO4, 0,5%
4,9
6,3
8,8
8,0
7,4
6,3
СuSO4, 1,0%
4,8
6,2
8,6
8,0
7,4
6,3
При соблюдении указанных условий концентрация микроорганизмов в
культуральной жидкости достигает 8,8·106 КОЕ/см3. Протеолитическая активность комбинированной закваски составляет 2100 Е/мг белка.
Разработка приемов длительного сохранения свойств у комбинации
молочнокислых микроорганизмов
Важной задачей при производстве бактериальных заквасок является их
стабилизация. Наиболее распространенным способом стабилизации микробиологических препаратов является сублимационная сушка (лиофилизация) –
обезвоживание объектов в замороженном состоянии под вакуумом. В данном
разделе устанавливали режимные параметры лиофильной сушки разработанной
комбинированной закваски.
На основании термограммы замораживания подобранной комбинации
молочнокислых микроорганизмов определили продолжительность замораживания закваски 90 мин при температуре ‒25°С.
При замораживании микроорганизмов особое внимание уделяется составу защитной среды, содержащей криопротекторы, проникающие через клеточ-
14
ную мембрану бактерий и обеспечивающие внутри- и внеклеточную защиту от
замораживания.
В данной работе выбор криопротекторов для молочнокислых микроорганизмов при замораживании до ‒25°С в течение 12 ч осуществляли из следующих
веществ: глицерин, лактоза, поливинилпирролидон. Результаты оценки протеолитической активности комбинированной закваски в зависимости от природы и
концентрации используемого криопротектора представлены в таблице 4.
Из таблицы 4 следует, что максимальное сохранение протеолитической
активности закваски обеспечивает защитная среда на основе глицерина с концентрацией 5%, в этом случае сохраняется 97,5% протеолитической активности
молочнокислых бактерий.
Таблица 4
Влияние различных криопротекторов на протеолитическую активность
комбинированной закваски
Протеолитическая активность
после размораживания
Вещество
Концентрация, %
Е/мг белка
% от исходной
1
2
3
4
2,5
1790,0
85,2
Глицерин
5,0
2047,0
97,5
10,0
1914,0
91,1
2,5
1345,0
64,0
Лактоза
5,0
1400,0
66,7
10,0
1443,0
68,7
2,5
1612,0
76,8
Поливинилпирролидон
5,0
1800,0
85,7
10,0
1810,0
86,2
Установлены режимные параметры сушки замороженной комбинированной
закваски: температура сушки 30°С; продолжительность сушки 6 ч; тепловая нагрузка 5,45 кВт/м²; остаточное давление 0,6‒0,8 кПа, толщина слоя сушки – 2 мм.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЙ
На основании анализа полученных данных разработана технологическая
схема производства кисломолочного продукта (рисунок 4).
Технологический процесс производства кисломолочного продукта состоит из следующих основных операций: приемка и оценка качества сырья; очистка исходного сырья и вспомогательных компонентов от механических примесей и различных загрязнений; пастеризация при температуре 92+2оС в течение
60 с; гомогенизация при температуре 60±2°С, давлении 15 ±2,5 МПа в течение
10 мин; охлаждение до температуры 50+2оС; доведение рН до 7,5; внесение
0,5% химотрипсина; гидролиз при температуре 50±2°С, рН 7,5 в течение 2 ч;
охлаждение смеси до температуры 30±2°С; внесение 0,5% сульфата магния,
15
0,25% сульфата меди и комбинированной закваски, состоящей из штаммов Lactococcus lactis B 5946, Leuconostoc mesenteroides subspecies mesenteroides В
8404, Lactobacillus plantarum В 3242, Lactococcus lactis subspecies cremoris B
2276; сквашивание при температуре 30±2ºС до титруемой кислотности 75±2оТ;
охлаждение до температуры 14‒20оС в течение 4,0‒4,5 ч; внесение фруктовых
наполнителей и фруктозо-глюкозного сиропа согласно разработанной рецептуре; перемешивание в течение 10‒15 мин; фасовка; хранение при температуре
4+2оС; реализация.
Обезжиренное молоко
Приемка сырья и оценка качества по ГОСТ и ТУ
Пастеризация t = 92±2°С, τ = 60 с
Гомогенизация t = 60±2°С, р = 15 ±2,5 МПа, τ = 10 мин
Охлаждение до t = 50±2°С
Доведение рН до 7,5
0,5% химотрипсина
Гидролиз t = 50±2°С, рН = 7,5, τ = 2 ч
Охлаждение смеси до t = 30±2°С
0,5% MgSO4, 0,25% CuSO4
Комбинированная закваска: Lactococcus lactis B 5946, Leuconostoc mesenteroides subspecies mesenteroides В 8404, Lactobacillus
plantarum В 3242, Lactococcus lactis subspecies cremoris B 2276
Сквашивание при температуре 30±2°С до титруемой кислотности 75±2°Т
Охлаждение до t = 14‒20оС, τ = 4,0–4,5 ч
Фруктозо-глюкозный сироп
Фруктовый наполнитель
Перемешивание τ = 10–15 мин
Фасовка
Хранение, t = 4±2°С, 7 суток
Реализация готовой продукции
Рисунок 4. Технологическая схема производства кисломолочного продукта
16
Органолептические и физико-химические показатели кисломолочного
продукта представлены в таблицах 5–6.
Установлен гарантийный срок хранения кисломолочного продукта – 7 суток при температуре 4±2°С.
Таблица 5
Органолептические показатели кисломолочного продукта
Показатель
Характеристика
Внешний вид и
консистенция
Однородная, сгусток ровный и достаточно плотный
Вкус и запах
Приятный кисловато-сладкий вкус и аромат соответствующий внесенному наполнителю, без посторонних привкусов
и запахов
Цвет
Равномерный, свойственный цвету внесенного фруктового
наполнителя
Таблица 6
Физико-химические свойства кисломолочного продукта
Показатель
Значение показателя
Массовая доля белка, %, не менее
Массовая доля сухих веществ, %, не менее
Титруемая кислотность, оТ, не более
3,5±0,5
8,5±0,5
75,0±2,0
ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
1. Изучены физиолого-биохимические свойства двенадцати штаммов молочнокислых микроорганизмов, предоставленных ВКПМ ФГУП «ГосНИИгенетики». Показано, что четыре штамма Lactococcus lactis B 5946, Leuconostoc
mesenteroides subspecies mesenteroides В 8404, Lactobacillus plantarum В 3242 и
Lactococcus lactis subspecies cremoris B 2276 обладают ценными производственными признаками при соблюдении установленных оптимальных условий культивирования: активность кислотообразования 6,0 ч, предельная кислотообразующая способность в молоке 120°Т (рН 4,0), устойчивость к нагреванию в течение 30 мин при температуре от 50°С до 60°С, высокая антибиотическая активность по отношению к Staphylococcus aureus и Escherichia coli, протеолитическая активность от 967,0 Е/мг белка до 1875,0 Е/мг белка.
2. Установлено отсутствие ингибирующего эффекта четырех выбранных
штаммов молочнокислых бактерий по отношению друг к другу при совместном
культивировании на плотной питательной среде при температуре 30°С. Подобран состав питательной среды, обеспечивающий максимальную продуктивность четырех штаммов при совместном культивировании: гидролизат обезжиренного молока, полученный под действием 0,5% химотрипсина при рН 7,5,
температуре 50°С в течение 2 ч, содержащий 0,5% сульфата магния и 0,25%
сульфата меди.
17
3. Установлены режимные параметры сублимационной сушки комбинированной закваски: температура замораживания в защитной среде, содержащей
5% глицерина, ‒25°С при продолжительности 90 мин; температура сушки 30°С;
продолжительность сушки 6 ч; тепловая нагрузка 5,45 кВт/м²; остаточное давление 0,6‒0,8 кПа, толщина слоя сушки – 2 мм.
4. Разработана технологическая схема производства кисломолочного
продукта на основе комбинированной закваски прямого внесения. Изучены физико-химические и органолептические показатели кисломолочного продукта.
Разработана технологическая документация на кисломолочный продукт (ТУ
9225-096-02054145-2013). Рассчитана ожидаемая экономическая эффективность,
проведена промышленная апробация технологии в компании ООО «Биотек».
По материалам диссертации опубликованы следующие работы:
Статьи в журналах, рекомендованных ВАК и индексируемых
международной базой цитирования Scopus:
1. Носкова, С.Ю. К вопросу о способах деминерализации молочной сыворотки / С.Ю. Носкова, А.Ю. Просеков, Е.В. Ульрих и др. // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 6 – 5. – С. 1089 – 1093.
2. Noskova, S.J. The Proteolytic Activity Research of the Lactic Acid Microorganisms of Different Taxonomic Groups / A.J. Prosekov, O.O. Babich, S.J. Noskova, et al //
World Applied Sciences Journal 23. – 2011. – №23 (10). – С. 1284 - 1290.
Сборники научных трудов вузов, материалы конференций:
3. Крумликова (Носкова), С.Ю. Роль здорового образа жизни населения в процессе реализации приоритетного национального проекта «Здоровье» в
Кузбассе // Материалы XII международной научно-практической конференции
«Экономика и эффективность организации производства». – Брянск, 2009. – С.
179 – 183.
4. Крумликова (Носкова), С.Ю. Образ жизни населения – состояние и проблемы регулирования в Кузбассе // Материалы III Всероссийской научнопрактической интернет-конференции «Проблемы функционирования и развития
территориальных социально-экономических систем». – Уфа, 2009. – С. 233 – 236.
5. Крумликова (Носкова), С.Ю. Пропаганда ЗОЖ как приоритетное направление развития экономического потенциала населения Кузбасса // Материалы I
Всероссийской конференции молодых ученых (с межд. участием) Экономика, Финансы и Бизнес: проблемы и перспективы. – Иваново, 2010. – С. 480 – 483.
6. Крумликова (Носкова), С.Ю. Здоровьесберегающее мировоззрение
населения как условие развития современного общества // Материалы I Региональной научно-практической конференции «Образование, наука, инновации».
– Междуреченск, 2010. – С. 326 – 330.
7. Крумликова (Носкова), С.Ю. Образ жизни как определяющий фактор
состояния здоровья индивида // Социально-гуманитарный Вестник Юга России.
– Краснодар, 2010. – С. 107 – 128.
8. Крумликова (Носкова), С.Ю. Понятие и структура качества жизни
человека // Социально-гуманитарный Вестник Юга России. – Краснодар, 2011.
– С. 51 – 57.
18
9. Носкова, С.Ю. Исследование протеолитической активности культур
lactococcus lactis на обезжиренном молоке и молоке с сычужным ферментом /
С.Ю. Носкова, В.Ф. Долгонюк, А.А. Терехов, Л.А. Астахова // Материалы II
Международной заочной научно-практической конференции «Научная дискуссия: вопросы математики, физики, химии, биологии». – Москва, 2013. – С. 67 – 72.
10. Носкова, С.Ю. Влияние продолжительности ферментативного гидролиза обезжиренного молока и молочной сыворотки на урожай клеток молочнокислых бактерий / С.Ю. Носкова, О.В. Кригер, В.Ф. Долгонюк // XVII международная заочная научно-практическая конференция «Инновации в науке». –
Новосибирск, 2013. – С. 12 – 18.
11. Носкова, С.Ю. Физиолого-биологические свойства молочнокислых
стрептококков с различным уровнем активности протеиназно-пептидазной системы // Материалы международной научно-практической конференции «Наука
и современность. Выпуск 3». – Киев, 2013. – С. 46 – 47.
12. Носкова, С.Ю. Подбор культур мезофильных молочнокислых стрептококков для использования в молочной промышленности / С.Ю. Носкова,
Л.А. Астахова // Материалы II научно-практической конференции «Современные проблемы и перспективы развития науки и образования» (научный журнал). – Донецк, 2013. – №5 (Т1). – С. 22 – 25.
13. Носкова, С.Ю. Влияние буферных солей на прирост молочнокислых
бактерий / С.Ю. Носкова, Ю.С. Малова // Материалы Международной заочной
научно-практической конференции «Интеграция науки и практики как механизм
эффективного развития современного общества». – М., 2013. – С. 17 - 20
14. Носкова, С.Ю. Отработка приемов длительного сохранения свойств у
штаммов стартерных культур мезофильных молочнокислых стрептококков /
С.Ю. Носкова, А.Ю. Просеков, О.О. Бабич, С.А. Сухих // Applied Sciences and
technologies in the United States and Europe: common challenges and scientific
findings. – Нью-Йорк, 2013. – С.64 – 66
15. Noskova, S.J. Optimization of cultivation parameters mesophilic lactic
Streptococcus / A.J. Prosekov, O.O. Babich, S.J. Noskova // European Applied
Sciences. – 2013. – P. 105 – 106.
16. Noskova, S.J. Study of the basic laws of development of mesophilic lactic
streptococci culture / A.Y. Prosekov, O.O. Babich, S.J. Noskova // European Applied Sciences. – 2013. – №6. – P.107 – 111.
17. Noskova, S.J. Optimization of freeze starters for direct inoculation parameters / A.J. Prosekov, O.O. Babich, S.A. Suhih, S.J. Noskova // 4rd International
scien-tific conference «European Applied Sciences: modern approaches in scientific
researches». – Germany, 2013. – P. 142 – 143.
_____________________________________________________________________________
Подписано в печать 14.11.2013. Формат 60х86/16. Тираж 80 экз. Объем 1,1 п.л. Заказ №____.
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности.
650056, г. Кемерово, б-р Строителей, 47.
Отпечатано в лаборатории множительной техники КемТИПП.
650002, г. Кемерово, ул. Институтская, 7
________________________________________________________________________
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа