автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Конструирование комбинированной закваски прямого внесения и разработка технологии получения кисломолочного напитка

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

2 8 НОЯ 2013

Кемерово 2013

005541059

005541059

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (ФГБОУ ВПО Кем-ТИПП)

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.ruA ФГБОУ ВПО «КемТИПП» (http://www.kemtipp.ru/).

Автореферат разослан «18» ноября 2013 г. Ученый секретарь

диссертационного совета " , - Кригер Ольга Владимировна

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 фер-ментировании.

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.А. Банниковой, В.И. Ганиной, A.B. 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 за-квасочных 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 исследовании. 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;

- 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 «ГосНИИге-нетика», с целью выбора штаммов с ценными производственными признаками;

- на основании полученных результатов выбраны четыре штамма лакто-бактерий Lactococcus lactis В 5946, Leuconostoc mesenteroides subspecies mesenteroides В 8404, Lactobacillus plantarum В 3242, Lactococcus lactis subspecies cremoris В 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: гидроли-зат 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 8,8-10 КОЕ/см .

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-

pa 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 спек-трофотометрия, электрофорез в полиакриламидном геле по Лэммли, хроматография, метод Дюма.

Положения, выносимые на защиту:

- физиолого-биохимические свойства двенадцати штаммов молочнокислых микроорганизмов;

- комбинация штаммов Lactococcus Iactis В 5946, Leuconostoc mesenteroides subspecies mesenteroides В 8404, Lactobacillus plantarum В 3242, Lactococcus lactis subspecies cremoris В 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 научно-практическая конференция «Научная дискуссия: вопросы математики, физики химии, биологии» (Москва, 2013); XVII международная заочная научно-практическая 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.

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 кислото-образования, предельная кислотообразующая способность в молоке, устойчивость к нагреванию, антибиотические свойства, фракционный состав гидроли-затов, 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, органолепти-ческих показателей и антагонистических свойств подбирали параметры сублимационной (температура замораживания, состав защитной среды, температура

сушки, тепловая нагрузка, остаточное давление, толщина слоя, продолжительность) сушки комбинированной закваски.

Рисунок 1. Общая схема проведения исследований

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 полиакрила-мидном 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 Iactis, 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 кислотооб-разования, предельная кислотообразующая способность в молоке, протеолити-ческая 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 В 5946, Leuconostoc mesenteroides subspecies mesenteroides В 8404, Lactobacillus plantarum В 3242 и Lactococcus lactis subspecies cremoris В 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 В 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 В 2276 - с 21,0°Т до 75,0°Т.

Таблица 1

Изменение активной и титруемой кислотности при сквашивании молока ___штаммами молочнокислых микроорганизмов

Номер штамма Активная и титруемая кислотность при продолжительности сквашивания, ч

2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0

РН о11« рН О'р рН О'р рН ор рН оу рН су

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

В 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

В 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 В 5946, Leuconostoc mesenteroides subspecies mesenteroides В 8404, Lactococcus lactis subspecies cremoris В 2276 составляет 120°T, для штамма Lactobacillus plantarum В 3242 - 115°Т.

Известно, что источником белкового азота для молочнокислых баю-ерий служат пептиды и аминокислоты, образующиеся в результате гидролиза казеина. В расщеплении казеина основная роль принадлежит бактериальным про-теиназам, 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

Штамм Протеолитическая активность, Е/мг белка ыл на ииезжиренном молоке в течение 12 ч Изменение фракций растворимых азотистых соединений, мг/100 г образца

белки пептиды аминокислоты

1 2 3 4 5

В 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

В 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

(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 I act is В 5946, Leuconostoc mesenteroides subspecies mesenteroides В 8404, Lactobacillus planta-rum В 3242 и Lactococcus lactis subspecies cremoris В 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 В 5946, Leuconostoc mesenteroides subspecies mesenteroides В 8404 и Lactobacillus plantarum В 3242 действуют преимущественно на казеиновую фракцию молока, a Lactococcus lactis subspecies cremoris В 2276 - на сывороточные белки.

>.д»

Рисунок 2. Электрофореграмма образцов обезжиренного молока, ферментированного молочнокислыми бактериями в течение 12 ч: М - маркер Roti-Mark Standard, 14-212 кДа (Carl Roth, Германия), ^рлжтоглобули» 1 - В 5946, 2 - В 8404,

3-В 3242, 4-В 2276

ч{/-лакгл>;ьбумнк

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 кислотообразо-вания 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-

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 В 5946, Leuconostoc mesenteroides subspecies mesenteroides В 8404, Lactobacillus plantarum В 3242, Lactococcus lactis subspecies cremoris В 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. Протеолити-ческие 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 Х0Де проведенных экспериментов установлено, что оптимальной питательной средой для совместного культивирования лактобактерий является гид-ролизат 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 7,65-10 КОЕ/см3. Эти данные подтверждаются результатами изучения

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 лактобак-терий на гидролизате обезжиренного молока, полученном с использованием 0,5% химотрипсина.

* '1-й

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%, продолжительность культивирован ия. ■■ 3 — концентрация фермента 0,25%

4 - концентрация фермента 0,5%

В качестве источника ионов магния использовали растворы сульфата магния ионов меди - растворы сульфата меди с различной концентрацией (от до 1,0 /о). 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% хи-

ГРяТШо^Д°баТНИеМ °'5% СуЛЬфаТа МаГНИЯ (^нЦентрация лактобакте-Г*9ч } И °'25% сУльФата меДи (концентрация лактобактерий 8,8-10 КОЕ/см ) при температуре 30°С в течение 12 ч.

Данные таблицы 3 согласуются с результатами определения протеолити-ческои активности комбинации молочнокислых микроорганизмов Установлено, что максимальная величина протеолитической активности (2100 Е/мг) достигается при подобранных условиях.

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

Наименование соли, концентрация Концентрация микроорганизмов КОЕ/см" • 106 при продолжительности культивирования, ч

4 8 12 16 20 24

Контроль (без солей) 1,4 1,8 2,5 2,3 2,1 1,8

\lgSO4, 0,1% 4,4 5,7 7,8 7,2 6,6 5,7

N^04, 0,25% 4,5 5,8 8,0 7,4 6,7 5,8

К%8С>4, 0,5% 4,6 5,9 8,2 7,6 6,9 5,9

МЙБ04, 1,0% 4,6 6,0 8,2 7,5 6,8 5,8

Си804, 0,1% 4,5 5,8 8,0 7,4 6,7 5,8

СиБОд, 0,25% 4,9 6,3 8,8 8,0 7,4 6,3

Си504, 0,5% 4,9 6,3 8,8 8,0 7,4 6,3

Си304, 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-

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 протеоли-тической 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

Вещество Концентрация, % Протеолитическая активность после размораживания

Е/мг белка % от исходной

1 2 3 4

Глицерин 2,5 1790,0 85,2

5,0 2047,0 97,5

10,0 1914,0 91,1

Лактоза 2,5 1345,0 64,0

5,0 1400,0 66,7

10,0 1443,0 68,7

Поливинилпирролидон 2,5 1612,0 76,8

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±2°С в течение 60 с; гомогенизация при температуре 60±2°С, давлении 15 ±2,5 МПа в течение 10 мин; охлаждение до температуры 50±2°С; 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% с'ульфата магния'

0,25% сульфата меди и комбинированной закваски, состоящей из штаммов Lac-tococcus lactis В 5946, Leuconostoc mesenteroides subspecies mesenteroides В 8404, Lactobacillus plantarum В 3242, Lactococcus lactis subspecies cremoris В 2276; сквашивание при температуре 30±2°С до титруемой кислотности 75±2°Т; охлаждение до температуры 14-20°С 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+2°С; реализация.

Рисунок 4. Технологическая схема производства кисломолочного продукта

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 3,5±0,5

Массовая доля сухих веществ, %, не менее 8,5±0,5

Титруемая кислотность, °Т, не более 75,0±2,0

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Изучены физиолого-биохимические свойства двенадцати штаммов молочнокислых микроорганизмов, предоставленных ВКПМ ФГУП «ГосНИИге-нетики». Показано, что четыре штамма Lactococcus lactis В 5946, Leuconostoc mesenteroides subspecies mesenteroides В 8404, Lactobacillus plantarum В 3242 и Lactococcus lactis subspecies cremoris В 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, протеолити-ческая 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. '

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 меадународной базой цитирования Scopus:

1. Носкова, С.Ю. К вопросу о способах деминерализации молочной сыворотки / С.Ю. Носкова, АЛО. 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 //

WorldApphed Sciences Journal 23.-2011.-№23(10).-C. 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 научно-практической 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 Региональном 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. России.

человекя^г ,ЛНКОВа (Н°СКОВа)' СЛО- Поня™е и структура качества жизни человека^Социально-гуманитарный Вестник Юга России. - Краснодар, 2011.

9. Носкова, С.Ю. Исследование протеолитической активности культур lactococcus lactis на обезжиренном молоке и молоке с сычужным ферментом / С.Ю. Носкова, В.Ф. Долгонюк, A.A. Терехов, JI.A. 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 / А.У. 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 60x86/16. 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

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности»

(КемТИПП)

На правах рукописи

04201452775

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

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: кандидат технических наук О.О. Бабич

Кемерово 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................ 4

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР.................................... 10

1.1. Морфологические, физиолого-биохимические и культуральные свойства молочнокислых микроорганизмов....................................

1.2. Протеолитические системы молочнокислых микроорганизмов..... 24

1.3. Влияние заквасочной микрофлоры на органолептические, физико-химические и микробиологические показатели кисломолочных продуктов

1 А. Заключение по обзору литературы и задачи исследований............. 39

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.............. 42

2.1. Организация выполнения работы............................................ 42

2.2. Объекты исследований......................................................... 45

2.3. Используемое оборудование.................................................. 46

2.4. Методы исследований......................................................... 47

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДНИЕ 53

3.1. Изучение физиолого-биохимических свойств молочнокислых микроорганизмов с целью выбора штаммов, обладающих ценными 53 производственными признаками.................................................

3.2. Подбор условий культивирования предложенной комбинации ^ молочнокислых микроорганизмов с целью их активации..................

3.3. Разработка приемов длительного сохранения свойств у выбранных

штаммов молочнокислых микроорганизмов...................................

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

100

ИССЛЕДОВАНИЙ................................................................

4.1. Рецептура и технологическая схема кисломолочного продукта....... 100

4.2. Состав и свойства кисломолочного продукта........................... 103

4.3. Пищевая и биологическая ценность кисломолочного продукта....... 107

4.4. Расчет ожидаемой экономической эффективности..................... 109

ВЫВОДЫ.............................................................................. 112

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ........................ 113

ПРИЛОЖЕНИЯ..................................................................... 131

Приложение А. Кисломолочный продукт. Технические условия........... 132

Приложение Б. Кисломолочный продукт. Технологическая инструкция 133

Приложение В. Акт выработки опытной партии кисломолочного

продукта с использованием комбинированной закваски прямого 134

внесения................................................................................

Приложение Г. Акт выработки промышленных партий кисломолочного продукта с использованием комбинированной закваски прямого 135

внесения..............................................................................

Приложение Д. Акт внедрения результатов исследования.................. 136

ВВЕДЕНИЕ

Вступление России во Всемирную торговую организацию (ВТО) и глобализация продовольственного обеспечения требуют новых подходов развития технологического цикла и товародвижения инновационных продуктов питания. Создание качественно новых пищевых продуктов, улучшающих пищевой статус населения, является одним из ключевых направлений развития пищевой индустрии РФ и соответствует основным положениям Концепции Государственной политики в области здорового питания.

Проблемы производства и потребления молочных продуктов приобретают все большую актуальность и с нарастающей степенью входят в зависимость от общих тенденций развития мирового рынка продовольствия. На практике уже сейчас ощущаются изменения в развитии молочного дела, которые определяются процессами глобализации мировой экономики, изменениями социальных моделей питания населения, отражающихся на структуре агропродовольственных рынков, ростом уровня информационно-технического обеспечения, ухудшением экологической ситуации, достижениями мировой науки в данной области.

По оценке экспертов, здоровье нации лишь на 8-12% зависит от системы здравоохранения, в то время как доля влияния на здоровье социально-экономических условий и образа жизни составляет 52-55%, при этом одной из основных составляющих здесь является фактор питания.

Неправильное питание - частая причина развития нарушений в деятельности многих органов и систем. Путём изменения характера питания можно воздействовать на обмен веществ и адаптационно-компенсаторные возможности организма. В настоящее время ведутся разработки продуктов здорового питания, отвечающих научно обоснованным рекомендациям по рациональному питанию населения. Основная направленность этих исследований - улучшение обмена веществ и повышение иммунных свойств организма путём коррекции белкового, жирового и углеводного составляющего продукта.

Значительную группу продуктов здорового питания составляют кисломолочные продукты. Полезные свойства кисломолочных продуктов заключаются, прежде всего, в том, что они улучшают обмен веществ, стимулируют выделение желудочно-кишечного сока, являются источником кальция в легко усвояемой форме. Наличие в их составе микроорганизмов, способных приживаться в кишечнике и подавлять гнилостную микрофлору, приводит к торможению гнилостных процессов и прекращению образования ядовитых продуктов распада бежа, поступающих в кровь человека.

В настоящее время наиболее актуальным направлением является использование молочнокислых микроорганизмов в качестве заквасочных культур прямого внесения для получения кисломолочных продуктов.

Закваски прямого внесения имеют ряд очевидных преимуществ перед производственными заквасками: минимальный риск заражения посторонней микрофлорой и бактериофагами; постоянство состава без нарушения соотношения между штаммами; высокая активность; возможность применения при работе с молочным сырьем низкого качества; гибкость использования в производстве; исключение потерь закваски.

С видовым и штаммовым составом, биохимическими и биотехнологическими свойствами, физиологической активностью отдельных культур и комбинаций молочнокислых бактерий, входящих в состав заквасочной микрофлоры, связывают большинство полезных изменений, происходящих в молоке во время выработки кисломолочных продуктов. В частности, молочнокислые бактерии осуществляют преобразование основных компонентов молока во вкусовые, ароматические, биологически активные вещества, участвуют в формировании консистенции продукта, подавляют рост, размножение и метаболизм вредных для качества продукта и опасных для здоровья и жизни потребителей микроорганизмов.

Обычно закваски готовят на основе монокультур, либо на механической смеси нескольких штаммов. Однако такие заквасочные культуры часто оказываются недостаточно эффективными. Теоретические представления позволяют полагать, что предпочтительно использовать симбиотические культуры микроорганизмов. Конст-

руирование комбинированных заквасок направленного действия связано с новым подходом - созданием искусственных симбиотических систем, обладающих спектром необходимых характеристик.

На протяжении многих лет, еще начиная с работ Фрейденрейха и Орла-Йенсена, исследователи обращают внимание на то, что при подборе молочнокислых бактерий для заквасочных культур необходимо учитывать протеолитическую активность вводимых штаммов микроорганизмов. Тем не менее, критерии отбора штаммов молочнокислых бактерий по этому показателю до сих пор не определены. И хотя многие исследователи пытались разработать методы и критерии оценки про-теолитической активности штаммов молочнокислых бактерий (В.М. Богданов, А.И. Чеботарев, И.И. Климовский, П.Ф. Дьяченко, З.Х. Диланян, JI.A. Остроумов, A.B. Гудков, В.И. Звягинцев, А.Н. Белов, Г.Д. Перфильев и др.), 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.

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;

- 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 лактобак-терий Lactococcus lactis В 5946, Lenconostoc mesenteroides subspecies mesenteroides В 8404, Lactobacillus plantarum В 3242, Lactococcus lactis subspecies cremoris В 2276, обладающие ценными производственными признаками при соблюдении установленных оптимальных условий культивирования: активность кислотообразо-вания 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 рецептура 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 спек-трофотометрия, электрофорез в полиакриламидном геле по Лэммли, хроматография, метод Дюма.

Положения, выносимые на защиту:

- физиолого-биохимические свойства двенадцати штаммов молочнокислых микроорганизмов;

- комбинация штаммов Lactococcus lactis В 5946, Leuconostoc mesenteroid.es subspecies mesenteroides В 8404, Lactobacillus plantarum В 3242, Lactococcus lactis subspecies cremoris В 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 научно-практическая конференция «Научная дискуссия: вопросы математики, физики, химии, биологии» (Москва, 2013); XVII международная заочная научно-практическая 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).

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

В обзоре литературы рассмотрены морфологические, физиолого-биохимические и культуральные свойства молочнокислых микроорганизмов, изучены особенности протеолитических систем молочнокислых бактерий, установлено влияние заквасочной микрофлоры на органолептические, физико-химические и микробиологические показатели кисломолочных продуктов. На основании анализа литературных источников сформулирована цель и задачи собственных исследований.

1.1. Морфологические, физиолого-биохимические и культуральные свойства молочнокислых микроорганизмов

Процессы культивирования молочнокислых микроорганизмов лежат в основе технологий производства широкого спектра кисломолочных продуктов.

Молочнокислые микроорганизмы (лактобактерии) выделяют из всевозможных источников растительного или животного происхождения: сырое молоко, творог, сметана, овощные рассолы, почвы и т.д.

Начало применения чистых культур молочнокислых бактерий в качестве заквасок для производства сыра относится к концу XIX века, когда в 1884 году датский исследователь Storch показал необходимость применения чистых культур в молочной промышленности. Такая необходимость была связана с тем, что отсутствие постоянства в видовом составе микрофлоры сырого молока зачастую приводило к заметным отклонениям в технологическом процессе и получению некачественных продуктов [42, 48].

При этом на тот момент было известно, что активность молочнокислых бактерий во многом определяются составом питательной среды. Это побудило сыро-

делов к поиску путей стабилизации указанных процессов, в результате чего перспективной основой для накопления лактобактерий была признана молочная сыворотка, кроме того, она является побочным продуктом при производстве творога и сыров.

В дальнейшем, начиная с конца XIX века, в сыроделии использовали пастеризованное молоко в качестве питательной среды для лактобактерий. При этом основным источником микрофлоры являлась закваска чистых культур молочнокислых бактерий [70, 71, 103].

В 1971-1972 годах проводились исследования по изоляции штаммов мезо-фильных молочнокислых стрептококков [2, 10, 115]. В табл. 1.1.1 представлен их видовой состав.

Таблица 1.1.1

Видовый состав штаммов мезофильных молочнокислых стрептококков

Коли Количество выделенных стрептококков Неидентифи-ци-рованные штаммы

Источник выделения чест- во проб lactis сгет oris acetoini cus diacetil actis citrov orus paraci trovor us

Молоко 103 169 4 25 2 4 1 17

Сметана 74 23 4 19 2 1 0 13

Творог 64 17 5 10 0 0 0 14

Всего 241 209 13 54 4 5 1 44

По данным Robert Y. и Grawford в Великобритании чистые культуры молочнокислых бактерий впервые применили в 1895 г [137]. Начало применения чистых культур при производстве сыра в России относится к середине тридцатых годов нашего столетия. Тем не менее, первые партии сухих чистых культур были изготовлены еще в 1898 г. Московской бактериолого-агрономической станцией. Затем, как указывал Рунов Е.