Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований 9
1.1 Функциональное питание - эффективный фактор сохранения здоровья человека 9
1.2 Характеристика молочнокислых бактерий, используемых в приготовлении заквасочных культур для производства йогуртов 17
1.3 Технология производства кисломолочного продукта - йогурт 22
1.4 Экзополисахариды и их значение для производства в молочной индустрии 25
Глава 2. Организация работы, объекты и методы исследования 33
2.1 Организация работы 33
2.2 Методы исследований 40
3. Исследование физико-химических и технологических свойств штаммов молочнокислых бактерий Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus 45
3.1 Исследование активности сквашивания, активной кислотности, условной вязкости, постокислительной активности и содержания экзополисахаридов, продуцируемых штаммами Streptococcus thermophilus 45
3.1.1 Изучение процесса кислотообразования образцов в молоке, сквашенных штаммами Streptococcus thermophilus 52
3.2 Исследование активности сквашивания, активной кислотности, условной вязкости, постокислительной активности и содержания экзополисахаридов в образцах, сквашенных штаммами Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus 54
3.2.1 Изучение процесса кислотообразования образцов в молоке, сквашенных штаммами Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus 58
3.3 Изменение активной кислотности, условной вязкости и содержания экзополисахаридов после сублимационной сушки в процессе хранения в течение 6 месяцев в образцах, сквашенных штаммами Streptococcus thermophilus 60
3.4 Влияние сезонов года на изменение активной кислотности, условной вязкости и содержания экзополисахаридов в образцах, сквашенных Streptococcus thermophilus 66
4. Разработка заквасок для йогурта, обладающих низкой постокислительной активностью и продуцирующих экзополисахариды, состоящие из штаммов молочнокислых бактерий Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus 72
4.1 Выбор закваски по физико-химическим и технологическим показателям из культур, состоящих из Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus 72
4.2 Технология получения закваски для йогурта и апробация в промышленных условиях 78
4.2.1 Технология получения закваски для йогурта 78
4.2.2 Выработка опытно-промышленной партии кисломолочного продукта «Йогурт» 82
Выводы 85
Библиографический список 86
Список сокращений 107
Приложения 108
- Характеристика молочнокислых бактерий, используемых в приготовлении заквасочных культур для производства йогуртов
- Исследование активности сквашивания, активной кислотности, условной вязкости, постокислительной активности и содержания экзополисахаридов, продуцируемых штаммами Streptococcus thermophilus
- Изменение активной кислотности, условной вязкости и содержания экзополисахаридов после сублимационной сушки в процессе хранения в течение 6 месяцев в образцах, сквашенных штаммами Streptococcus thermophilus
- Технология получения закваски для йогурта
Введение к работе
Актуальность работы. Кисломолочные продукты в силу специфических свойств и направленного воздействия на организм человека приобретают все большую популярность во всем мире. В основе производства кисломолочных продуктов лежат микробиологические процессы. Следовательно, качество кисломолочных продуктов зависит от качества заквасок, используемых для их производства, что в свою очередь определяется свойствами микроорганизмов, входящих в их состав.
Научные основы по биотехнологии кисломолочных продуктов изложены в трудах Богданова В.М., Банниковой Л.А., Королевой Н.С., Семенихиной В.Ф., Рожковой И.В., Пятницыной И.Н., Ганиной В.И., Зобковой З.С., Задояны С.Б., Максимовой А.К., Грудзинской Э.Е. и других.
Успешное выполнение молочнокислыми бактериями своих функций возможно при их быстром росте в молоке, что характеризуется способностью к сбраживанию молочного сахара и устойчивостью к бактериофагам.
В последние годы увеличивается объем производства кисломолочных продуктов с длительным сроком хранения. Одним из главных показателей, снижающих качество кисломолочных продуктов в процессе хранения, является излишняя кислотность. Поэтому важное значение приобретает отбор культур по кислотообразующей активности в процессе хранения, т.е. обладающих низкой постокислительной активностью.
Для улучшения реологических показателей кисломолочных продуктов и увеличения срока их годности применяют различные полисахариды природного происхождения. В связи с этим в последние годы уделяется большое внимание закваскам молочнокислых бактерий, синтезирующих экзополисахариды, которые могут стать источником пищевых добавок, улучшающих реологические показатели кисломолочных продуктов, а также способствующих адгезии пробиотических микроорганизмов на стенках кишечника. Поэтому работа, направленная на отбор культур молочнокислых бактерий, синтезирующих экзополисахариды и обладающих низкой постокислительной активностью, и создание заквасок для йогурта с использованием этих культур является актуальной.
Цель и задачи исследования:
Целью диссертационной работы является разработка новых отечественных заквасок для производства йогурта, обладающих низкой постокислительной активностью и продуцирующих экзополисахариды.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Исследовать штаммы Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus по способности продуцировать экзополисахариды и отобрать штаммы с повышенным содержанием экзополисахаридов;
Исследовать штаммы Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus по постокислительной активности и отобрать штаммы, обладающие низкой постокислительной активностью;
Исследовать влияние сублимационной сушки на активную кислотность, условную вязкость и содержание экзополисахаридов в хранении в образцах, сквашенных штаммами Streptococcus thermophilus;
Исследовать влияние сезонов года на изменение активной кислотности, условной вязкости и содержание экзополисахаридов в образцах, сквашенных штаммами Streptococcus thermophilus;
Разработать закваски для йогурта, обладающие низкой постокислительной активностью и продуцирующие экзополисахариды;
Провести опытную выработку йогурта с использованием разработанной закваски.
Научная новизна:
- Получены новые экспериментальные данные по постокислительной активности, условной вязкости и синтезу экзополисахаридов штаммами Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, которые были использованы при отборе культур для заквасок для йогурта;
- Разработаны закваски для йогурта, состоящие из Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, обладающие низкой постокислительной активностью и продуцирующие экзополисахариды;
- Установлены изменения по сезонам года активной кислотности, условной вязкости, содержания экзополисахаридов, продуцируемых Streptococcus thermophilus;
- Установлены изменения активной кислотности, условной вязкости и содержания экзополисахаридов в заквасках после сублимационной сушки и в процессе хранения в течение 6 месяцев.
Практическая значимость работы. Проведена опытная выработка кисломолочного продукта «Йогурт» с использованием разработанной закваски, что подтверждено актом выработки. По результатам работы разработаны и утверждены нормативно-технические документации:
- Изменение №3 к ТУ 9229-369-0041-9785-04 «Закваски, бактериальные концентраты, дрожжи и тест-культуры»
- Изменение №3 к «Инструкции по селекции молочнокислых бактерий и бифидобактерий и подбору заквасок для кисломолочных продуктов».
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Международном научно-практическом семинаре "Современные технологии продуктов питания: теория и практика производства" (23 апреля 2010 г.) г. Омск; на конференции «Разработка и широкая реализация современных технологий производства, переработки и создания пищевых продуктов» г. Волгоград, 2009г.; на Всероссийском смотр-конкурсе лучших пищевых продуктов, продовольственного сырья и инновационных разработок, г. Волгоград, 2010г; на Всероссийской научно-практической конференции «Принципы пищевой комбинаторики – основа моделирования поликомпонентных пищевых продуктов», Углич 2010г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора литературы, методической части, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы (204 наименования источников, в том числе 111 работ зарубежных авторов) и приложений.
Работа изложена на 132 страницах машинописного текста, включающего 9 таблиц, 27 рисунков и 24 приложения.
Характеристика молочнокислых бактерий, используемых в приготовлении заквасочных культур для производства йогуртов
Закваски - это чистые культуры или смесь различных штаммов, которые используются в производстве кисломолочных продуктов, получении кислосливочного масла и сыров.
Изначально для заквашивания применяли сквашенное молоко, пахту, полученную при производстве сливочного масла, и кислые сливки. Естественные закваски применяют в маслоделии с 1860г. Получаемое при этом масло не всегда соответствовало требуемому качеству. Это объяснялось использованием микрофлоры случайного состава. Впервые использование чистых культур молочнокислых бактерий было предложено в Дании в 1888г. Шторхом, который опирался на исследования Пастера в области молочнокислого брожения. В России закваски для маслодельной промышленности были внедрены С.А. Севериным (1898г.) - директором московской бактериолого-агрономической станции, который разработал также способы изготовления сухих заквасок [7]. Использование молочнокислых бактерий в производстве кисломолочных продуктов, при ферментации мяса и овощей привело к проведению исследований по биохимии, генетике, биофизике и биотехнологии этих микроорганизмов.
У молочнокислых бактерий были обнаружены важные технологические свойства: метаболизм лактозы, ферментация лимонной кислоты, протеолитическая активность, выработка бактериоцинов, ароматообразование, синтез экзополисахаридов и т.д. У них могут изменяться морфологические и культуральные свойства, температурный диапазон роста, способность положительно краситься по Грамму и расти на определенных средах [95, 100, 109, 112].
При производстве кисломолочных продуктов используются закваски, состоящие из лактококков (Lactobacillus lactis subsp. lactis, Lactobacillus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis, Lactobacillus lactis subsp. cremoris, Leoconostoc mes enter oides subsp. dextranicum), молочнокислых палочек (Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus casei), термофильного молочнокислого стрептококка (Streptococcus thermophilus), пропионовокислых и уксуснокислых бактерий (Acetobacter subsp. aceti, Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii) [32].
При производстве йогурта применяют обычно культуры двух видов Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus и Streptococcus thermophilus. Как правило, эти микроорганизмы культивируют вместе.
Клетки Streptococcus thermophilus - шарообразной или овальной формы, величиной от 0,7 до 1,0 мкм. Встречаются парами и в виде длинных S-образных цепочек [4, 74]. Микроорганизм неподвижен, грамположителен. При свёртывании молока появляются клетки, которые при окрашивании краской Леффлера (а также контрастной краской Катранджиева) дают интенсивную синюю окраску. Для хорошего роста термофильного стрептококка требуется цельное или обезжиренное коровье молоко, овечье молоко или смесь овечьего и коровьего молока в соотношении 1:1. Клетки Streptococcus thermophilus при культивировании их в овечьем молоке (или в смеси овечьего с коровьим) увеличиваются и несколько удлиняются. В молоке с присутствием антибиотиков или других ингибирующих веществ клетки микроорганизма удлиняются и принимают вид короткой толстой палочки. При нормальных условиях культивирования сбраживает глюкозу, лактозу, фруктозу, сахарозу [4]. Продуктами протеолиза стрептококка являются аргинин, гистидин, лейцин, фенилаланин [74].
Streptococcus thermophilics отличается слабой липолитической активностью, но выраженной протеолитической активностью.
На кровяном агаре с 5—10% крови термофильный стрептококк образует мелкие круглые колонии без гемолиза, иногда вокруг колоний наблюдается позеленение среды. Развитие Streptococcus thermophilus и в жидкой питательной среде с добавлением глюкозы при температурном оптимуме сопровождается помутнением бульона.
Для производства кисломолочных продуктов подбираются штаммы с учетом их кислотообразующей активности. Оптимум роста Streptococcus thermophilus находится в диапазоне 37-45С [7].
В связи с длительным хранением кисломолочных продуктов очень важно сохранение физико-химических и органолептических показателей. В процессе хранения наблюдается повышение кислотности продукта, что приводит к ухудшению их качества.
Поэтому в настоящее время проводятся работы по селекции и отбору штаммов Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus с низкой постокислительной активностью, т.е. не повышающие кислотность в процессе хранения.
Конечное значение рН йогуртов и других кисломолочных продуктов, получаемых в результате ферментации Streptococcus thermophilus считаются 4,0-4,5 [123]. Кислота, содержащаяся в кисломолочном продукте при рН 4,0-4,5 ингибирует рост посторонней микрофлоры [198]. Снижение рН ниже указанного конечного уровня является вредным для содержащихся в продукте микроорганизмов, сильное закисление среды снижает количество жизнеспособных микроорганизмов, в результате чего снижается эффективность биологического действия на здоровье человека [160].
По мнению Donkora O.N., Henrikssonb A., Vasiljevica Т., Shaha N.P. некоторые пробиотические культуры выживают даже при низкой кислотности, поскольку они подбираются по устойчивости к низким значениям рН.
На устойчивость к кислой среде влияют также процессы декарбоксилирования аминокислот в фазе роста, в результате которых происходит биохимическое поглощение протонов, однако эти процессы вносят небольшой вклад в регуляцию внутриклеточных рН [55].
Чистые культуры Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus представляют собой в гидролизованном молоке длинные палочки, а в свернувшемся молоке -короткие одиночные палочки или длинные цепочки [42]. С повышением температуры молока клетки Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus удлиняются [74]. Неподвижные, не образуют спор, грамположительные бактерии. Энергию получают в результате гомоферментативного молочнокислого брожения. Клетки болгарской палочки короткие закругленные на концах размером 0,5-0,8x2,0-9,0 мкм [7]. Оптимальной для ее развития является температура 40-42С. При культивировании нуждается в рибофлавине, никотиновой кислоте и пантотенате [4, 74]. При 45С болгарская палочка свёртывает молоко за 6-10 часов, образуя сгусток со специфическим кисломолочным вкусом и ароматом [74], обладает протеолитической активностью [4, 46].
Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus также продуцирует внеклеточные полисахариды [137], которые улучшают структуру, повышают стабильность продукта и предотвращают синерезис [142].
Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus также оказывают иммуностимулирующее влияние на организм человека [127] и способны выживать при прохождении через желудочно-кишечный тракт [128].
Развитие биотехнологических процессов производства кисломолочных продуктов неразрывно связано с совершенствованием и разработкой высокоактивных заквасок. Активная производственная закваска должна отвечать следующим требованиям: содержать максимальное количество жизнеспособных клеток, не иметь загрязнителей (коли-форм, дрожжей, плесеней), сохранять активность при культивировании в молоке и в последующих пересадках.
Наиболее популярным способом сохранения жизнедеятельности клеток в закваске является их высушивание. Существуют несколько методов сушки:
1. Высушивание культур путем смешивания с крахмалом;
2. Высушивание в сушильном шкафу током нагретого воздуха или под вакуумом;
3. Высушивание на распылительной сушилке;
4. Высушивание методом сублимации.
Исследования показали, что независимо от метода высушивания культур, при хранении их микрофлора постепенно отмирает. Выживаемость микроорганизмов в сухих заквасках зависит, прежде всего, от кислотности, влажности, наличия воздуха и температуры хранения. Хранение под вакуумом и в атмосфере азота значительно увеличивает сроки хранения сухих заквасок.
Лиофилизированные или сублимированные закваски для йогурта получают сушкой культур в замороженном виде [108].
Бактериальные культуры для производства кисломолочных продуктов следует подбирать с учетом следующих требований: кислотообразующая и протеолитическая активности, фагоустойчивость, ароматообразующая способность, антибиотическая активность, однородность популяций, способность синтезировать витамины [3,5].
В 60-70гг. прошлого столетия ведущими фирмами по производству заквасок велись исследования по созданию технологических процессов производства высококонцентрированных заквасок (бактериальные концентраты, закваски прямого внесения).
Такие исследования были проведены во ВНИМИ. Цех по производству заквасок выпускал закваски молочнокислых бактерий в лиофилизированном виде, которые содержали 108-109КОЕ/г.
Исследование активности сквашивания, активной кислотности, условной вязкости, постокислительной активности и содержания экзополисахаридов, продуцируемых штаммами Streptococcus thermophilus
Для йогурта применяют обычно культуры двух видов Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus.
Все штаммы были взяты из коллекции Центральной лаборатории микробиологии, реактивированы и восстановлены, как показано в разделе 2.2, в течение хода всего эксперимента исследуемые штаммы постоянно перевивались и контролировались на содержание количества молочнокислых бактерий и на чистоту по микробиологическим показателям, указанным в разделе 2.2. Исследования проводились на 36 штаммах Streptococcus thermophilus.
Окончание времени сквашивания продукта, как правило, устанавливают по нарастанию кислотности и достижению ее (75±5)Т, консистенции полученного сгустка и его вязкости, поэтому продолжительность процесса сквашивания молока является одним из важных факторов, влияющих на консистенцию кисломолочных продуктов. Также от того, насколько быстро штаммы сквашивают и формируют сгусток, зависит накопление в продукте веществ, придающих ему определенный вкус и аромат.
На первом этапе исследований определяли активность восстановленного стерилизованного молока (кислотность (18±2)Т) разными штаммами Streptococcus thermophilus до образования сгустка кислотностью (75±5)Т. Для изучения данного показателя определяли время, за которое изучаемые штаммы сквашивали 100 см3 восстановленного стерилизованного молока. Температура сквашивания (42±2)С, количество вносимой закваски составило 1% от заквашиваемого стерилизованного восстановленного молока. Полученные данные по изучению активности сквашивания молока штаммами Streptococcus thermophilus представлены в таблице 2 (Приложение А).
Анализ экспериментальных данных показал, что у 66,66% из 36 исследованных штаммов молочнокислых бактерий Streptococcus thermophilus активность находится в пределах от 4 до 6 ч, у 22,22% штаммов - от 6 до 7 ч, у 11,11%-более 7 ч.
Далее определяли активную кислотность сгустков, образованных штаммами Streptococcus thermophilus по истечении времени сквашивания.
Активная кислотность для кисломолочных продуктов является показателем качества и параметром, по которому следят за скоростью технологического процесса. Оптимум роста для большинства молочнокислых бактерий в молоке находится в узком диапазоне рН, и поэтому его следует поддерживать на заданном уровне. Низкие величины рН действуют губительно на молочнокислые бактерии, так как активность водородных ионов влияет на жизнедеятелоность микроорганизмов. При колебаниях температуры величина рН может варьировать. Поэтому определение такого параметра как рН необходимо не только для поддержания оптимальных условий для роста микроорганизмов, но и для сохранения микробиологической картины в процессе производства и исключения последующих пороков продукта.
Полученные показатели активной кислотности сгустков изучаемых штаммов Streptococcus thermophilus приведены в таблице 2 (Приложение Б).
Анализ данных показал, что у 19,44% изучаемых штаммов рН за 8 часов сквашивания составил менее 4,4 ед. рН, у 77,77% - в пределах от 4,4-4,8 ед. рН, у 2,77%о - более 4,8 ед.рН. По исследованиям авторов C.Beal, J.Skokanova, E.Latrille, N.Martin and G.Corrieu для образования экзополисахаридов необходимо удерживать рН между 4,8 и 4,4 в йогурте. Поэтому в дальнейших исследованиях для отбора штаммов по показателю активной кислотности был выбран диапазон в пределах 4,4-4,8 ед. рН.
Одним из важных показателей, определяющих реологические свойства сгустка (текучесть), является вязкость. В зависимости от того, какие именно штаммы молочнокислых бактерий используют в закваске, можно получить различные сгустки при сквашивании молока: вязкие, тягучие, слабо вяжущие, колющиеся. Ряд исследователей отмечают зависимость между некоторыми показателями, такими как: прочность сгустка, способность удерживать влагу, состав бактериальной закваски, количество молочной кислоты при производстве, а также при хранении кисломолочных продуктов. Использование закваски, которая может активно и в тоже время стабильно сквашивать молоко, образуя слизеобразующие сгустки, благоприятно влияет на улучшение реологических показателей кисломолочных продуктов.
Полученные данные по изучению условной вязкости сгустков у штаммов Streptococcus thermophilus в нашем эксперименте приведены в таблице 2 (Приложение В).
В ходе эксперимента установлено, что у 44,44% изучаемых штаммов условная вязкость сгустка была менее 60 с, у 38,88% - от 60 до 100 с, у 16,66%) -более 100 с.
Один из важнейших процессов, происходящих при выработке кисломолочных продуктов - сбраживание молочнокислыми бактериями лактозы, в результате чего образуется молочная кислота. При производстве йогурта используют штаммы Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, обладающие высокой или умеренной кислотообразующей активностью в процессе сквашивания молока, причем оптимальное значение рН (4,4-4,5) или титруемой кислотности (75±5Т) достигается за непродолжительное время (от 4 до 6 часов). В процессе хранения йогурта отмечается дальнейшее нарастание кислотности, что отрицательно сказывается на физико-химических и органолептических показателях, в связи с чем, при выработке йогурта необходимо использовать культуры Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, обладающие низкой постокислительной активностью.
Полученные показатели постокислительной активности изучаемых штаммов Streptococcus thermophilus приведены в таблице 2 (Приложение Г). Сквашивание восстановленного стерилизованного обезжиренного молока штаммами Streptococcus thermophilus проводили 1% закваски и выдерживали при температуре (42±2)С.
Показатели постокислительной активности при хранении культур в течение 28 суток у 36 штаммов Streptococcus thermophilus выглядели следующим образом: в 41,66% случаях снижение значений активной кислотности составило от 0,10-0,30 ед. рН, в 22,22% случаях снижение значений составило от 0,30-0,40 ед. рН, в 36,11% случаях значение составило свыше 0,40 ед. рН. Через 28 суток хранения активная кислотность составила у 44,44% штаммов - 4,50-4,22 ед. рН, у 36,11% штаммов - 4,22-3,97 ед. рН, у 19,44% штаммов - менее 3,97 ед. рН.
Из литературных данных известно, что основная часть исследований по синтезу экзополисахаридов выполняется на средах обогащенных различными углеводами (глюкоза, фруктоза, галактоза и др.) и при постоянном рН. Мало сведений о наличии и содержании экзополисахаридов, продуцируемых молочнокислыми бактериями при культивировании в молоке. Как известно, при сквашивании молока молочнокислыми бактериями происходит снижение рН. При этом, чем ниже рН, тем меньше образуется экзополисахаридов.
Содержание экзополисахаридов в 36 заквасках, состоящих из разных штаммов Streptococcus thermophilus определяли по оптической плотности, используя калибровочную кривую раствора глюкозы (рис. 2).
Полученные данные представлены в таблице 2 (Приложение Д).
Анализ экспериментальных данных показал, что из 36 исследованных штаммов Streptococcus thermophilus содержание экзополисахаридов составило у 13,88%) - менее 50 мг/дм ; у 55,55% находилось в пределах от 50 до 100 мг/дм ; у 30,55%) штаммов - от 100 до 150 мг/дм.
Данные согласуются с данными Cerning J. и ряда других авторов. Также нами установлено, что штаммы с одинаковой условной вязкостью сгустка продуцируют разное содержание экзополисахаридов, что может быть связано с молярной массой и размером молекулы экзополисахаридов. Эти выводы согласуются с данными ряда авторов: Faber, Zoon, Kamerling, & Vliegenthart (1998) а также Wacher-Rodarte et al. (1993) and Sebastiani and Zelger (1998).
В ходе опыта была выявлена корреляционная зависимость. Максимальное значение коэффициента корреляции составляет г=1,00; минимальное г=0,00. Общая классификация корреляционных связей (по Ивантер Э.В., Коросову А.В., 1992) представлена таким образом: сильная, или тесная при коэффициенте корреляции г 0,70; средняя при 0,50 г 0,69; умеренная при 0,30 г 0,49; слабая при 0,20 г 0,29; очень слабая при г 0,19.
Коэффициент корреляции между условной вязкостью и содержанием экзополисахаридов, продуцируемых разными штаммами Streptococcus thermophilus составил 0,49 ед., что подтверждается данными исследований ряда авторов Cerning et al (1990), Zourari, Accolas, & Desmazeaud (1992), результаты приведены в таблице 1.
Изменение активной кислотности, условной вязкости и содержания экзополисахаридов после сублимационной сушки в процессе хранения в течение 6 месяцев в образцах, сквашенных штаммами Streptococcus thermophilus
В настоящее время для сохранения культур молочнокислых бактерий и заквасок используют сублимационную сушку. Выживаемость микроорганизмов после высушивания данным способом достигает 80-90%. По данным ряда авторов соотношение компонентов микрофлоры и их жизнеспособность в процессе хранения молочнокислых культур при отрицательных температурах сохраняется в течение нескольких лет.
Для исследования были отобраны штаммы Streptococcus thermophilus 48, 132, 165, Ич, 2кс, 14 t, St.H., BC227 по следующим параметрам: активность сквашивания, активная кислотность, условная вязкость, постокислительная активность, содержание экзополисахаридов.
Важной характеристикой закваски является сохранение ее технологических свойств в процессе хранения. Активная кислотность, условная вязкость и содержание экзополисахаридов определялись до сушки, после сушки и ежемесячно в течение 6 месяцев хранения. Изменение активной кислотности после высушивания в образцах, сквашенных штаммами Streptococcus thermophilus, в течение 6 месяцев хранения представлено на рисунке 13 (Приложение П).
В качестве контроля значения рН в штаммах Streptococcus thermophilus были приняты значения рН до процесса высушивания отдельно для каждого штамма. В ходе исследований было установлено, что активная кислотность у штамма Streptococcus thermophilus 48 уже через четыре месяца хранения повысилась с 4,44±0,13 до 4,59±0,06 ед. рН. Через шесть месяцев хранения активная кислотность повысилась до 4,78±0,20 ед. рН.
Изменение условной вязкости сгустков, сквашенных штаммами Streptococcus thermophilus, представлено на рисунке 14 (Приложении Р).
В качестве контроля по условной вязкости сгустков в штаммах молочнокислых бактерий Streptococcus thermophilus была принята условная вязкость сгустка до процесса высушивания отдельно для каждого штамма. В результате исследований было отмечено снижение вязкости сгустка, сквашенного штаммами Streptococcus thermophilus 48 на 37,17% с 95,0±11,3 до 60,0±2,2 с. Через 5 месяцев хранения условная вязкость сгустка резко снизилась до 51,1±2,4 с. относительно начальных значений. После шести месяцев хранения условная вязкость сгустка понизилась до 45,1 ±2,1 с. Снижение вязкости сгустка штаммов 14t на 25,52% и ВС227 на 19,40% было отмечено лишь по истечении пяти месяцев хранения с 105,0±5,7 до 78,2±3,4 с. и с 101,0±3,0 до 81,4±4,4 с, соответственно. У остальных штаммов Streptococcus thermophilus уменьшение вязкости сгустка наблюдалось только по истечении 6 месяцев хранения: 132 на 10,81% (с 103,6±6,3 до 92,4±2,3 с); 165 на 12,14% (с 118,6±3,6 до 104,2±4,1 с); lt4 на 15,14% (с 99,7±2,9 до 84,6±2,2 с); 2кс на 14,15% (с 128,6±10,6 до 110,4±7,3 с); St.H. на 17,18%о (с 103,0±4,2 до 85,3±4,1 с), соответственно, что говорит о стабильности этих свойств у штаммов в процессе хранения. Изменение содержания экзополисахаридов в образцах, сквашенных штаммами Streptococcus thermophilus, после высушивания и в течение 6 месяцев хранения представлено на рисунке 15 (Приложение С).
В качестве контроля по содержанию экзополисахаридов в образцах, сквашенных штаммами Streptococcus thermophilus, было принято содержание экзополисахаридов до процесса высушивания отдельно для каждого штамма.
В результате эксперимента отмечалось снижение содержания экзополисахаридов по сравнению с исходным содержанием до высушивания. Так в чистой культуре Streptococcus thermophilus штамма 48 уже через три месяца хранения снизилось на 19,65% и равнялось 120,6±2,6 мг/дм . Через четыре месяца хранения содержание экзополисахаридов снизилось в штаммах 48 и ВС227 на 22,18% (с 150,1±9,2 до 116,8±6,4 мг/дм3) и 24% (с 84,6±6,6 до 64,3±6,4 мг/дм3), соответственно. Через пять месяцев хранения содержание экзополисахаридов снизилось у всех штаммов Streptococcus thermophilus, кроме штаммов 14t на 25,57% (с 143,1±12,2 до 106,5±8,6 мг/дм3) и St.H. на 18,92% (с 141,1±5,4 до 114,4±5,3 мг/дм), соответственно. По истечении шести месяцев хранения содержание экзополисахаридов уменьшилось во всех штаммах Streptococcus thermophilus. Относительно низкое их содержание на конец срока хранения отмечено у штаммов Ич на 21,7% (с 100,0±9,4 до 78,3±4,1 мг/дм3) и ВС227 на 28,35% (с 84,6±6,6 до 60,61 ±4,1 мг/дм ), соответственно.
Анализ проведенных исследований по изучению технологических свойств (активная кислотность, условная вязкость сгустка, содержание экзополисахаридов) показал, что эти свойства в процессе хранения имели тенденцию к изменению.
Для восстановления свойств штаммов Streptococcus thermophilus после сублимационной сушки по истечении 6 месяцев хранения проводили трехкратную перевивку культур на восстановленном стерилизованном обезжиренном молоке по всем раннее исследуемым параметрам (активная кислотность, условная вязкость сгустка, содержание экзополисахаридов).
После хранения штаммов Streptococcus thermophilus, активная кислотность повысилась в среднем на 0,02-0,34 ед. рН, в том числе по штаммам: 48 - 0,34 ед. рН, 132 - 0,05 ед. рН, 165 - 0,09 ед. рН, Ич - 0,05 ед. рН, 2кс - 0,02 ед. рН, 14t - 0,06 ед. рН, St.H. - 0,00 ед. рН, ВС227 - 0,02 ед. рН. Анализ показателей активной кислотности изучаемых штаммов после процесса трехкратных пересадок показал восстановление этих показателей до значений равных таковым до сублимационной сушки (рис. 16, приложение Т).
Хранение штаммов Streptococcus thermophilus в течение 6 месяцев привело к снижению условной вязкости сгустков в среднем на 21-52%, в том числе по штаммам: 48 - 52%, 132 - 11%, 165 - 12%, Ич - 15%, 2кс - 14%, 14t - 27%, St.H. -17%, ВС227 - 21%. В результате трехкратных пересадок исследуемых культур отмечено восстановление показателей вязкости и достижение начальных значений до сублимационной сушки (рис. 17, Приложение Т).
В результате хранения штаммов Streptococcus thermophilus, синтез экзополисахаридов снизился в среднем на 17-33%, в том числе по штаммам: 48 -33%, 132 - 17%, 165 - 19%, Ич - 22%, 2кс - 21%, 14t - 32%, St.H. - 20%, ВС227 -30%. При проведении трехкратных пересадок исследуемых культур нами установлено восстановление технологических и физико-химических свойств, о чем свидетельствует увеличение синтеза экзополисахаридов до значений, равных таковым до сублимационной сушки (рис. 18, Приложение Т).
В ходе исследований влияния сублимационной сушки на активную кислотность, условную вязкость и содержание экзополисахаридов у штаммов было установлено, что из 8 изученных штаммов Streptococcus thermophilus 2 штамма не сохранили свои свойства по данным показателям. Для дальнейших исследований было отобрано 6 штаммов Streptococcus thermophilus, которые незначительно изменяли свои свойства после сублимационной сушки по истечении 6 месяцев хранения.
Технология получения закваски для йогурта
Закваску для йогурта готовят согласно «Инструкции по селекции молочнокислых бактерий и бифидобактерий и подбору заквасок для кисломолочных продуктов», в которую нами введены изменения по определению постокислительной активности, условной вязкости и содержания экзополисахаридов, продуцируемых штаммами Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus.
1. Закваску составляют из культур термофильного стрептококка и болгарской палочки, имеющих среднюю активность кислотообразования, сквашивающих пастеризованное молоко за 5-7 часов.
2. Штаммы термофильного молочнокислого стрептококка, образующие в пастеризованном молоке плотный сгусток, чистый кисломолочный вкус или дающие небольшое обогащение во вкусе, должны обладать антибиотической активностью (тормозить развитие E.coli в разведении не менее 1:8). Штаммы болгарской палочки, образующие в пастеризованном молоке плотный сгусток, имеющий чистый кисломолочный вкус (без металлического привкуса), должны образовывать ацетальдегид и иметь более высокую антибиотическую активность (тормозить рост E.coli в разведении не менее 1:16).
3. Составление закваски проводят по схеме (рисунок 27). При подборе закваски соединяют по одному штамму термофильного молочнокислого стрептококка и болгарской палочки. В колбочку со стерильным обезжиренным молоком (имеющим температуру (43±1)С) вносят по 0,5% каждого штамма. Колбочки помещают в термостат при (43±1)С. Отмечают время образования сгустка. Через 3 часа с начала термостатирования проверяют интенсивность роста обоих видов микроорганизмов по микроскопической картине. Отбирают комбинации, свёртывающие молоко не более чем за 3 часа, при микроскопировании которых в поле зрения наблюдается не менее 2-3 палочек при обильном развитии стрептококка.
4. Определение постокислительной активности закваски, состоящей из штаммов Streptococcus thermophilics и Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus проводится следующим образом - для этого в стерилизованное молоко вносили 1% закваски, выдерживали при температуре (42±2)С до кислотности (75±5)Т и охлаждали далее до (4±2)С. Изменения активной кислотности проводились через каждые 7 дней, в течение 28 суток. Кислотность проверяли потенциометрическим методом. Отбирали закваски, которые после хранения имели снижение активной кислотности не более чем на 0,25 ед. рН.
5. Условная вязкость сгустка - молоко заквашивали 1% закваски, состоящей из Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus. Полученный сгусток охлаждали до (4±2)С, далее определяли с помощью капиллярного вискозиметра условную вязкость сгустка в секундах.
6. Содержание экзополисахаридов определяли по модифицированной методике основанной на фенол-серном методе. Исследуемую культуру культивировали 8 часов при (42±2)С. После культивирования исследуемый образец центрифугировали в течение 30 мин. при 8000 об/мин. Далее в полученный центрифугат добавляли полтора объема холодного спирта для дальнейшего осаждения и очищения и центрифугировали 30 мин при 8000 об/мин. Затем в центрифугат снова добавляли полтора объема холодного спирта и цетнрифугировали в течение 30 мин. при 8000 об/мин. Полученный центрифугат очищали добавлением 10% ТХУ (трихлоруксусной) кислоты и ставили в холодильник на 16 часов при температуре (4±2)С, затем денатурированные белки удаляли ценрифугированием при тех же условиях. Для удаления трихлоруксусной кислоты и минеральных солей супернатант ставили на диализ в диализных мешках на 24 ч при температуре (4±2)С. Из полученного раствора для определения содержания экзополисахаридов брали 1 см , добавляли к нему 1 см 5%-го раствора фенола, 5 см3 серной кислоты, оставляли на 10 минут для проведения реакции между компонентами, а затем измеряли их содержание с помощью ФЭКа (колориметр фотоэлектрический концентрационный) при длине волны 490нм. Нулевой раствор готовился таким же образом, только вместо раствора добавлялась вода, фенол и серная кислота в тех же пропорциях.
На основе данных оптической плотности и концентрации раствора глюкозы строили калибровочный график. По калибровочной кривой определяли оптическую плотность раствора глюкозы. Отбирали закваски с содержанием экзополисахаридов не менее 100 мг/дм .
7. Отобранные комбинации проверяют на характер взаимоотношения между термофильным стрептококком и болгарской палочкой. Комбинации, в которых встречаются культуры-антагонисты, выбраковывают; комбинации, содержащие штаммы термофильного стрептококка и болгарской палочки, фильтраты которых взаимно стимулируют рост, оставляют и исследуют по ряду тестов.
8. Вначале комбинации (закваски) проверяют по органолептическим показателям на пастеризованном молоке. При этом в пастеризованном молоке, имеющем температуру (43±1)С, вносят 1-1,5% закваски. Сквашивание молока проводят при указанной температуре; после образования плотного сгустка закваску помещают в холодильник при (4±2С), где оставляют до следующего дня, после чего проводят дегустацию. При этом отбирают закваски, имеющие плотный колющийся сгусток, чистый кисломолочный вкус с характерным выраженным ароматом.
9. Закваски с хорошими органолептическими показателями исследуют на образование ацетальдегида и на антибиотическую активность. При этом отбирают закваски, дающие четко выраженную реакцию на образование ацетальдегида (сине-лиловое окрашивание фильтрата) и высокую антибиотическую активность (торможение роста Е.соїі в разведении не менее 1:8-1:16).
10. В дальнейшем закваски проверяют на стойкость. Для этого закваски культивируют на стерильном обезжиренном молоке в течение 15 суток при ежедневных перевивках. При этом в колбочки со стерильным обезжиренным молоком (43±1)С вносят 1% закваски и помещают в термостат при (43±1)С, где выдерживают до образования сгустка (но не более 3 часов). Через 3 часа сгусток микроскопируют и отмечают соотношение между термофильным стрептококком и болгарской палочкой. Наличие 5-15 палочек в поле зрения при обильном развитии стрептококков является наиболее благоприятным соотношением микроорганизмов. После микроскопирования закваски выставляют в холодильник, где хранят при температуре (4±2)С до перевивки.
Схема получения закваски для йогурта представлена на рисунке 27.
