Розробка технології заквашувальних препаратів прямого внесення для йогурту та сметани

Размещено на http://www.allbest.ru/

Український державний університет харчових технологій

РОМАНЧУК ІРИНА ОЛЕГІВНА

УДК 637. 136.3/.5:637.146.1/.34

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ЗАКВАШУВАЛЬНИХ ПРЕПАРАТІВ ПРЯМОГО ВНЕСЕННЯ ДЛЯ ЙОГУРТУ ТА СМЕТАНИ

Спеціальність: 03.00.20 - біотехнологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Київ-2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у відділі біотехнології Технологічного інституту молока та м'яса Української академії аграрних наук.

Науковий керівник : кандидат біологічних наук, Кігель Наталя Федорівна,

Технологічний інститут молока та м'яса УААН,

завідуюча відділом біотехнології

Офіційні опоненти : доктор біологічних наук, професор, член-кореспондент НАН України,

Підгорський Валентин Степанович,

Інститут мікробіології та вірусології НАН України,

заступник директора з наукової роботи

кандидат технічних наук, доцент Янковська Нонна Євгенівна,

Інститут післядипломної освіти УДУХТ, завідуюча кафедрою

переробки м'яса і молока

Провідна організація: Одеська державна академія харчових технологій, кафедра біохімії і мікробіології, Міністерство освіти і науки України, м. Одеса,

Захист відбудеться “24” жовтня 2001р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.058.03 при Українському державному університеті харчових технологій за адресою: 01033,

м. Київ-33, вул. Володимирська,68, корп.А, ауд.311.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Українського державного університету харчових технологій за адресою: 01033, м.Київ-33, вул. Володимирська,68.

Автореферат розісланий “ 21 ” вересня 2001 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, доцент В.О.Ромоданова

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Кисломолочні продукти користуються підвищеним попитом завдяки своїм високим смаковим та дієтичним властивостям. Вітчизняний споживчий ринок постійно розширюється за рахунок нових видів молочних продуктів, в тому числі і нетрадиційного асортименту.

В сучасних умовах розвитку виробники молочної продукції повинні знаходити нові засоби для інтенсифікації технологічного процесу та гарантованого випуску доброякісної продукції. Одним із важливих напрямків щодо вирішення цих проблем є підвищення якості заквашувального матеріалу.

Аналіз стану розвитку сучасних біотехнологій виробництва заквашувальних препаратів для молочної промисловості показав перспективність проведення розробок зі створення бактеріальних препаратів для безпосереднього внесення у підготовану молочну основу, так званих препаратів прямого внесення.

Заквашувальні препарати прямого внесення у порівнянні із звичайними бактеріальними концентратами характеризуються рядом переваг. Вони мають сталий склад мікрофлори та гарантовану молокозгортаючу активність. Їх застосування виключає необхідність приготування материнської і виробничої заквасок, що суттєво зменшує вірогідність вторинної контамінації, а також дозволяє скоротити заквашувальні відділення. Використання заквашувальних препаратів прямого внесення навіть на основі багатовидових бактеріальних композицій виключає можливість зміни співвідношення між штамами протягом технологічного процесу, що гарантує відповідність продуктів розробленим на них НТД. Таким чином, використання заквашувальних препаратів прямого внесення зменшує матеріальні витрати на виробництво продукції і збільшує можливості випуску молочних продуктів гарантованої якості.

В багатьох країнах з високим рівнем розвитку промисловості бактеріальні препарати прямого внесення знаходять все більше застосування. На вітчизняному ринку сублімовані бактеріальні препарати прямого внесення представлені продукцією виключно зарубіжних фірм - “Chr. Hansen” (Данія),“Rosell” (Канада)“,“Texel” (Франція). В Україні до цього часу технології виробництва препаратів прямого внесення були відсутні, тому задача проведення таких розробок є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у відділі біотехнології Технологічного інституту молока та м'яса УААН в рамках науково-дослідної роботи “Розробити технологію бактеріальних препаратів прямого внесення для ферментованих молочних продуктів” (1998-2000 р.р., державний реєстраційний номер 98U000534), яка входила до науково-технічної програми УААН “Переробка молока та м'яса” (1996-2000р.р.). .

Дисертант приймала безпосередню участь у проведенні усіх експериментальних досліджень, узагальненні одержаних результатів та розробці нормативних документацій. Автор проводила апробацію розроблених технологій.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є створення технології виробництва заквашувальних препаратів для йогурту та сметани, застосування яких передбачає пряме внесення до підготованої молочної основи. Необхідність її розробки обумовлена виробничими потребами усунення недоліків існуючих технологій, їх удосконалення за рахунок підвищення ефективності технологічного процесу та якості заквашувальних препаратів.

Визначена мета роботи обумовила необхідність вирішення таких основних задач:

провести селекційні дослідження штамів за виробничо-цінними ознаками та створити нові ефективні заквашувальні комбінації для йогурту;

стандартизувати живильні середовища для накопичення біомаси за вмістом розчинного білка та вуглеводів і вивчити закономірності розвитку у них заквашувальних комбінацій для йогурту та сметани;

опрацювати умови культивування, які сприяють підвищенню урожайності та збереженню метаболічної активності мікрофлори закваски;

дослідити вплив таких факторів, як тип сполук захисного середовища та їх співвідношення з біомасою на виживання бактерій при сублімаційному сушінні;

скоротити термін реактивації та покращити розчинність сухих препаратів.

Об'єктами досліджень були культури термофільних молочнокислих бактерій та їх заквашувальні комбінації; живильні та захисні середовища; ферментовані молочні продукти.

Предмети досліджень - мікробіологічні та біохімічні показники розвитку заквашувальних штамів у різних живильних середовищах, активність та розчинність бактеріальних препаратів, мікробіологічні та фізико-хімічні показники ферментованих продуктів.

Методами досліджень властивостей заквашувальних штамів, складу живильних середовищ, ферментативної активності заквашувальних препаратів були традиційні та сучасні мікробіологічні, технологічні та біохімічні методи.

Активну і титровану кислотності, масову частку вологи, розчинність сухих препаратів вимірювали загальновживаними методами. Визначення органолептичних та мікробіологічних характеристик - згідно з рекомендаціями Л.А.Баннікової. Вуглеводний склад - методом високоефективної рідинної хроматографії на хроматографі LC-5; кількість розчинного білка та вільних амінокислот - колориметричними методами (Лоурі, Бредфорд та нінгідриновим) на фотометрі КФК-3; амінокислотний склад - на аналізаторі LC-2000 (Біотронік).

Наукова новизна одержаних результатів. Теоретично обгрунтовано та розроблено рекомендації щодо практичного застосування здобутих результатів для створення технології виробництва принципово нових заквашувальних препаратів прямого внесення.

Узагальнено показники культивування термофільних молочнокислих бактерій у молоці та напівсинтетичному середовищі і доведено можливість підвищення урожайності клітин шляхом стандартизації живильних середовищ за вмістом розчинного білка та вуглеводів.

Встановлено вплив негідролізованого знежиреного молока на тривалість культивування заквашувальних композицій. Вперше визначено взаємозв'язок між умовами культивування та активністю заквашувального препарату.

Показано, що оптимальне співвідношення між біомасою і захисним середовищем, що вміщує білки молока, гарантує високу ступінь виживання бактерій в процесі сублімаційного сушіння та тривале зберігання бактеріальних препаратів.

Встановлено придатність запропонованих технологій для виробництва як заквашувальних препаратів, так і сухих продуктів спеціального призначення.

Новизна наукових рішень підтверджена патентами (Пат.33321 А Україна, МКИ С 12 N 1/20 опуб. 15.02.2001; Пат.39508 А Україна, МКИ А 23 С 9/123, С 12 N 1/20 опуб. 15.06.2001; Пат.39535 А Україна, МКИ С 12 N 1/20 опуб. 15.06.2001).

Практичне значення одержаних результатів. За результатами дисертаційної роботи розроблено нормативно-технічні документації на препарати прямого внесення - ТУ У 46.39 ГО 270-1999 “Препарат заквасковий для йогурта СІ-1”, ТУ У 46.39 ГО 271-1999 “Препарат заквасковий для йогурта СІ-2”, ТУ У 46.39 ГО 304-1999 “Препарат бактеріальний прямого внесення для сметани” та на новий сухий продукт ТУ У 46.39 ГО 300-2000 “Добавка біологічно-активна йогурт сухий в капсулах”. Починаючи з 1999р. заквашувальні препарати прямого внесення виробляються Дослідним виробництвом бактеріальних заквасок Альба-ТІММ.

Перевірку заквашувальних препаратів у виробництві йогурту та сметани проведено на молочних заводах України. Промислова апробація заквашувальних препаратів показала їх придатність до використання і забезпечення високої якості продукції.

Особистий внесок здобувача полягає в організації та виконанні експериментальних досліджень, обробці та узагальненні одержаних результатів, в розробці окремих етапів технологічного процесу виробництва заквашувальних препаратів. За безпосередньою участю здобувача розроблено НТД, підготовлено до публікації статті та оформлено патенти на винаходи. Автор приймала безпосередню участь у впровадженні та апробації розроблених технологій.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на Міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми та перспективи створення та впровадження нових ресурсо- та енергоощадних технологій, обладнання в галузях харчової та переробної промисловості” (Київ, УДУХТ,1999р.), науковій конференції молодих вчених аграріїв “Роль молодих вчених в реформуванні аграрного сектору економіки України”, Київ, НАУ, 15-16 березня 2001 р.

Публікації результатів дисертаційної роботи включають чотири статті у фахових наукових журналах, три патенти, матеріали двох конференцій, статтю у інформаційному збірнику праць.

Структура та обсяг роботи. Дисертація викладена на 124 сторінках машинописного тексту і складається із вступу, огляду літератури, експериментальної частини, висновків, списку використаних джерел (113 найменувань) та додатків. Робота містить 26 таблиць, 16 рисунків, 12 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність та доцільність проведення досліджень, що стали темою дисертаційної роботи, визначено її мету та основні задачі, показано наукову новизну та практичне застосування одержаних результатів, наведено відомості про особистий внесок автора, апробацію, структуру та обсяг роботи.

У першому розділі узагальнено дані сучасної наукової та патентної інформації з таких пріоритетних питань при створенні ефективних нових технологій бактеріальних препаратів як: селекція штамів і створення заквашувальних комбінацій із стабільними біотехнологічними властивостями; оптимізація складу живильного середовища та умов культивування заквашувальних культур і їх комбінацій, підвищення урожайності та виходу біомаси; оптимізація умов заморожування та сушіння бактеріальних суспензій, забезпечення максимального виживання і збереження метаболічної активності культур; розробка складу захисних середовищ і визначення оптимальних співвідношень між кількістю мікробної біомаси і концентрацією протекторних компонентів.

Проаналізовано біохімічні особливості утилізації основних складових молока під дією бактеріальних ферментів термофільних молочнокислих бактерій гомоферментативного типу бродіння, що обумовлюють смак та аромат ферментованих молочних продуктів. Наведено результати сучасних досліджень, які розширюють уявлення про роль та значення кисломолочних продуктів, а саме йогурту, у харчуванні людини.

У другому розділі представлено схему проведення досліджень (рис.1), дано стислу характеристику об'єктів та методів досліджень.

В роботі використовувались чисті культури термофільних молочнокислих бактерій видів Streptococcus salivarius ssp. thermophilus, Lactobacillus delbrueckii ssp.bulgaricus , Lactobacillus acidophilus та мезофільних видів Lactococcus cremoris, Lactococcus lactis, Lactococcus lactis ssp.diacetilactis із колекції промислових мікроорганізмів відділу біотехнології ТІММ.

Оцінку біотехнологічних властивостей промислових штамів та їх комбінацій проводили за показниками: активності зсідання молока і чисельності клітин; активності зброджування вуглеводів; граничної кислотності в молоці; протеолітичної активності; антагоністичної активності по відношенню до умовно-патогенних штамів та здатності до росту у виробничих середовищах для накопичення біомаси. Якість препаратів прямого внесення оцінювали за їх розчинністю, активністю зсідання молока, а також за біохімічними та мікробіологічними характеристиками кінцевого продукту.

Вивчення закономірностей росту чистих культур та їх комбінацій проводили в лабораторних умовах в процесі періодичного культивування в колбах об'ємом 5 л у відповідних середовищах. Накопичення біомаси заквашувальних комбінацій для одержання дослідних партій бактеріальних препаратів здійснювали в умовах періодичного культивування в ферментері з робочим об'ємом 75 л. Висушування проводили на сублімаційній сушарці ТГ15 при початковій температурі мінус (302)оС, кінцевій - плюс (202)оС, при залишковому тиску не більше 13,3 х 103 Па ( 0,133 кгс/см2 ). Тривалість сушіння 24 - 28 годин.

Статистичну обробку результатів досліджень проводили за загальновживаними методиками із застосуванням критерію Стьюдента для малих вибірок на 0,05 рівні значущості.

У третьому розділі наведено результати власних експериментальних досліджень фізіолого-біохімічних властивостей термофільних культур молочнокислих бактерій для створення заквашувальної комбінації для йогурту. Основними критеріями відбору були: середня активність кислотоутворення; здатність до сумісного розвитку в комбінації штамів; синтез в'язких полімерів та ароматичних речовин та органолептичні показники, на підставі яких до складу заквашувальної комбінації СІ-1 типової для йогурту залучено штами S.thermophilus 2120, 2127, 2137 та L.bulgaricus 3506, а до заквашувальної комбінації з високою антагоністичною активністю СІ-2 додатково введено штам L.acidophilus 3105. Придатність створеної заквашувальної комбінації СІ-1 для виробництва йогуртів підтверджує збереження її активності та видового складу при сквашуванні молочних основ, нормалізованих за масовими частками молочного жиру та сухого знежиреного молочного залишку (далі СЗМЗ) (табл.1). Молокозгортаюча активність закваски не залежала від складу основ і становила 4-4,5 години. Вміст лактобацил у загальній кількості мікроорганізмів у всіх варіантах не перевищував 10%. Однак, збільшення приросту кислотності співпадало із збільшенням СЗМЗ в середовищі.

Таблиця 1

Біотехнологічні показники йогуртів, вироблених із закваскою СІ-1 на різних молочних основах

Показни-ки	Тривалість фер-мен-тації, год	Характеристика основи за масовою часткою жиру та СЗМЗ (%)
		1,5% жиру	3,2% жиру	6,0% жиру
		8,4	10,0	12,0	8,2	10,0	12,0	8,0	10,0	12,0
Приріст кислотності (?оТ) в процесі фермента-ції	1 2 3 24 48	5±1 18±2 45±1 74±1 76±2	6±2 26±1 59±2 82±2 82±2	5±2 29±2 62±2 92±1 94±2	3±2 18±3 45±2 66±2 68±2	4±2 23±3 50±2 80±2 81±2	6±2 29±3 59±2 97±2 98±1	4±2 22±3 48±3 68±2 69±2	6±2 24±2 55±2 83±1 83±1	6±2 26±2 56±2 90±2 91±2
Чисель-ність клітин (lg КУО)	3 24 48	8,4 8,4 9,5	8,5 8,6 9,6	8,3 8,7 9,7	8,4 8,9 9,4	8,6 8,7 9,8	8,8 9,4 9,6	8,7 9,1 9,4	8,4 9,0 9,3	8,9 9,6 9,3

При сумісному розвитку комбінації штамів в молоці лактоза та розчинний білок починають зменшуватися вже в перші години ферментації (рис.1). Через 4-4,5 год (на час утворення згустку) кількість лактози зменшувалась до 81%, а розчинного білка до 80% від початкового вмісту. Поряд із цим накопичувалась галактоза. Кількість небілкового азоту зменшувалась приблизно на 50% через три години розвитку закваски, а потім починала зростати і через шість годин перевищувала на 22% початковий вміст (Р0,05).

Збільшення в живильному середовищі для нарощування біомаси концентрації лактози стимулювало утилізацію цього вуглеводу усіма досліджуваними культурами (табл. 2).

Таблиця 2

Утилізація лактози чистими культурами молочнокислих бактерій

Штами	Залишок лактози (% від початкового вмісту)
	С/N=1,4	С/N=3,1
S.thermophilus 2120 S.thermophilus 2127 S.thermophilus 2137 Lb.bulgaricus 3506 Lb.acidophilus 3105	90,4 53,1 61,9 98,0 77,1	73,8 47,2 51,7 79,9 73,7

При цьому для більшості штамів спостерігалося достовірне (Р0,05) зменшення вмісту загального розчинного білка та збільшення фракції небілкового азоту. Відрізнявся штам 2137, розвиток якого характеризувався приростом загального розчинного білка - на 28%, в тому числі фракції коротколанцюгових пептидів - на 48%. Така здатність штаму до накопичення розчинних продуктів протеолізу може позитивно впливати на сумісний розвиток бактерій в процесі культивування в промислових умовах, оскільки обидва штами лактобацил, як це було встановлено раніше, потребують для свого розвитку значної кількості пептидів.

Виходячи із одержаних результатів, вважали за доцільне промислові середовища для накопичення біомаси оцінювати за вмістом вуглеводів та розчинного білка в них. Таким узагальнюючим показником було їх співвідношення (далі С/N).

Розвиток йогуртової композиції у середовищі, що використовується для виробництва багатьох бакконцентратів, і основу якого складає 3% гідролізоване протосубтиліном знежирене молоко (далі СЗМ) і С/N=2,5, характеризується тривалою лаг-фазою Tl=9,5 год (рис.2) та урожайністю 0,11 мг/мл сухого бактеріального залишку. Збільшення С/N до 3,6 чи 6,2 (за рахунок зменшення вмісту розчинного білка чи використання 3%-ного негідролізованого молока з пептоном) призводило до скорочення лаг-фази (до 3,1 та 2,2 год) та збільшення урожайності (до 0,11 та 0,55 мг/мл) у відповідних варіантах середовищ.

При цьому, економічний коефіцієнт, як інтегральний показник розвитку бактерій складав, відповідно, для середовища №1 - У=0,016; №2 - У=0,024 та №3 - У=0,034. Для казеїну, який присутній у складі останнього середовища, характерні виражені буферні властивості. Збільшення його вмісту в розчині (у неферментованому стані) підвищує буферну ємність культуральної рідини у три рази. У середовищах з масовою часткою СР 1, 2 та 3% СЗМ буферна ємність становила: в1%=0,27 в2%=0,51, в3%=0,87.

Розвиток бактеріальних композицій оцінювали за швидкістю кислотоутворення (ДрН/хв) протягом 16 год. (рис.3). Максимальний приріст кислотності спостерігався через 3,5 та 7 годин культивування, що пов'язано із розґєднанням активностей кислотоутворення термофільних стрептококів та лактобацил в умовах сумісного їх розвитку в асоціації. З метою збереження лактазної активності молочнокислих бактерій культивування повинне охоплювати період до зниження інтенсивності кислотоутворення. Тривалість сумісного розвитку мікроорганізмів йогуртової комбінації при одночасному внесенні усіх штамів інокуляту не повинна перевищувати 8 год.

Оцінка біотехнологічних параметрів культивування показала, що урожай біомаси та економічний коефіцієнт для обох заквашувальних комбінацій були найбільшими у середовищі з вмістом СЗМ 2% (табл.3).

Таблиця 3

Показники культивування йогуртових комбінацій у середовищах з різним вмістом СЗМ

	Комбінація СІ-1	Комбінація СІ-2
	1% СЗМ	2% СЗМ	3% СЗМ	1% СЗМ	2% СЗМ	3% СЗМ
Урожай біомаси, Х мг/мл Економічний коефіцієнт, У	0,85±0,06 0,04	2,17±0,10 0,08	1,69±0,09 0,05	0,72±0,05 0,03	1,72±0,08 0,06	1,07±0,06 0,03

Використання існуючого бактеріального концентрату ССК для сметани як препарату прямого внесення (тобто без активізації) неможливе, оскільки при цьому відбувається зниження молокозгортаючої активності і, в наслідок цього, недоліків консистенції. Визначення співвідношення штамів у сухому препараті показало, що це в першу чергу, обумовлено недостатнім для такого способу використання вмістом у ньому термофільних стрептококів. Аналіз динаміки розвитку комбінації ССК показав, що у контролі (варіант №1) максимальна питома швидкість росту заквашувальної комбінації відзначається на початку культивування м=0,83 год-1 . Через 9 год вона зменшується до 0,46. Цьому періоду відповідає повне вичерпання лактози, швидкість кислотоутворення падає (табл.4). Урожайність становила Х1=0,85±0,04.

Збільшення співвідношення С/N за рахунок введення до контрольного середовища 1% СЗМ на початку культивування (варіант №2) призводить до прискорення питомої швидкості росту мікрофлори м=0,96 год-1 та збільшення урожайності Х2=1,17±0,06. Проте чисельність та питома швидкість росту культури S. thermophilus зменшувалися (м<0).

Таблиця 4

Показники дослідних варіантів культивування заквашувальної комбінації “ССК”

Трива-лість, год	Варіант 1	Варіант 2	Варіант 3
	ДрН/хв х10-3	лактоза мг/мл	ДрН/хв х10-3	лактоза мг/мл	ДрН/хв х10-3	лактоза мг/мл
0		26,59±0,15		29,04±0,10		24,77±0,11
3	1,67	22,04±0,09	2,22	25,74±0,18	0,78	23,08±0,20
6	3,89	16,80±0,10	4,06	18,96±0,16	3,11	(18,02±0,1)+ 6,3
9	7,39	0	7,39	13,30±0,05	5,56	14,66±0,30
11	5,58	0	7,58	7,72±0,07	8,25	10,62±0,15

Внесення інокуляту термофільних стрептококів разом з 1% лактози через 6 год після початку культивування мезофільних культур (варіант №3) забезпечувало максимальну питому швидкість їх росту наприкінці культивування м=0,39 год-1 та збереження активності кислотоутворення до завершення технологічного процесу. Урожайність біомаси становила Х3=1,11±0,05 мг/мл сухого бактеріального залишку Економічний коефіцієнт для відповідних варіантів нарощування був У1=0,03; У2=0,04 та У3=0,04. Завдяки запропонованим технологічним рішенням, чисельність термофільних стрептококів у препараті було збільшено в 10 разів.

Встановлено, що збільшення від 1:1 до 1:10 співвідношень бактеріальної маси, одержаної після відокремлення культуральної рідини, і захисного середовища підвищувало виживання мікроорганізмів до 96-99%. Проте, сушіння суспензій з надто низькою концентрацією клітин (менше ніж 3-5х1010 КУО/г) значно збільшувало обґєми висушуваного матеріалу, що є економічно невиправданим. Використання захисних середовищ з масовою часткою СР 19,0±0,5% призводило до збільшення масової частки сполук захисного середовища в кінцевому сухому бактеріальному препараті до 40-60% при співвідношенні 1:5. Як захисні досліджували комбіновані середовища, до яких крім сахарози і цитрату натрію вводили білкові та вуглеводні компоненти (табл.5). Присутність молока та казеїну в захисному середовищі позитивно впливали на виживання бактерій при ліофілізації. Введення казеїну до біомаси на етапі її відокремлення від культуральної рідини виконує протекторну функцію на етапі сушіння і дозволяє нормалізувати вміст мікрофлори в готовому препараті. Для покращання розчинності одержаних препаратів до захисного середовища додатково вводили солі - NaHCO3, CaCO3, K2HPO4, та луг (в однакових вагових співідношеннях). Найкращою розчинністю характеризувались препарати із використанням NaHCO3, індекс розчинності 0,2±0,1мл сирого осаду. Проте виживання бактерій було більшим удвічі у середовищі із цитратом натрію, а розчинність таких препаратів становила 2,5±0,2 мл осаду.

Таблиця 5

Вплив компонентів захисного середовища на виживання та активність бактеріальної комбінації термофільних і мезофільних мікроорганізмів

Кріозахисні компоненти	До сушіня, lgКУО в 1г суспензії	Після сушіння 1г суспензії	Через 1 місяць	Через 6 місяців
		lg КУО	% до конт-ролю	о Т	% lg КУО	о Т	% lg КУО	о Т
Сахарозо - цитратне середовище (контроль)	11,18	10,49	93,8	36±1	93,5	36±2	91,5	36±2
10 % казеїн, ферменто-ваний протосубтиліном	11,04	10,34	93,7	36±2	93,7	36±1	92,2	39±1
10 % казеїн без ферментації	11,18	10,57	94,5	34±1	93,5	34±1	93,3	35±2
10 % молоко, фермен-товане протосубтиліном	11,51	10,95	95,1	36±2	90,8	36±2	88,9	36±1
10% декстрин	11,04	10,36	93,8	36±2	93,8	36±1	91,6	34±2
3,4% пектин	11,56	10,11	87,5	36±2	87,6	36±1	87,5	30±2

До йогуртової комбінації СІ-2 додатково залучено штам Lactobacillus acidophilus, який характеризується високою антагоністичною активністю. Застосування цього виду молочнокислих бактерій надає підвищених лікувально-профілактичних властивостей кисломолочним продуктам, однак їх органолептичні показники можуть погіршуватись при зберіганні через надлишкову кислотність. Ці недоліки можливо усунути, якщо застосовувати означену комбінацію СІ-2 у вигляді сухого йогурту в капсульованій формі. Споживання такого продукту повинно забезпечувати відповідний терапевтичний ефект, а його виробництво не повинно потребувати значних затрат. Одержано сухий препарат СІ-2, в 1 г якого загальна чисельність молочнокислих бактерій становить 2-3х1010 КУО, в тому числі не менше ніж 3-5х108 ацидофільних паличок. Лабораторними дослідженнями антагоністичної активності встановлено, що препарат СІ-2 в кількості 10, 25, 50 та 100 мг повністю інгібує розвиток дослідного штаму Escherihia coli, в той час, як кількість клітин її в контрольному варіанті досягала 107 КУО/ мл. Розвиток Proteus vulgaris повністю пригнічувався дозою препарату у кількості 100 мг. Така ж доза препарату знижувала в 1000 разів розвиток Staphilococcus aureus. За результатами роботи розроблено нормативно-технічну документацію на виробництво “Добавки біологічно-активної - йогурт сухий в капсулах” ТУ У 46.39 ГО 300-2000.

Технологічна схема виробництва заквашувальних препаратів для йогурту та сметани передбачала підготовку інокуляту та живильного середовища; накопичення бактеріальної маси; охолодження; відокремлення біомаси від культурального середовища та змішування її із стерильним захисним середовищем; заморожування суспензії; сушіння; подрібнення препарату та його пакування. На основі проведених досліджень було розроблено нормативно-технічні документації на виробництво заквашувальних препаратів прямого внесення для йогурту: СІ-1 ( ТУ У 46.39 ГО 270-1999) та СІ-2 ( ТУ У 46.39 ГО 271-1999), для сметани (ТУ У 46.39 ГО 304-2000).

Апробацію сухих препаратів прямого внесення було проведено у виробництві сметани (табл.6) та йогурту (табл.7) із застосуванням різних доз заквашувальних препаратів. Рекомендованою для застосування дозою визначено 5 г/т.

Таблиця 6

Показники сметани, виробленої із заквашувальним препаратом ССК

Показники	Доза препарату
	1 г/т	5 г/т
Тривалість сквашування при 320С , год	12,0±0,5	11,0±0,5
Кислотність,оТ	84±2	84±1
Згусток	вґязкий, в міру щільний	вґязкий, щільний
Загальна чисельність бактерій, 108 КУО/ г	3,1±0,1	3,5±0,2
Утворення діацетилу, мкг/100 г продукту	410±15	400±10

У процесі виробництва йогурту на згортання молока і показники продукту суттєвіше впливала температура ферментації. При 42±1 оС сквашування відбувалося на 2 год раніше, ніж при 37оС. Біохімічні процеси, пов'язані із накопиченням вільних амінокислот та утилізації лактози більш інтенсивно відбувалися в йогуртах, вироблених при 37±1О С (табл.6).

Таблиця 6

Показники йогуртів, вироблених із застосуванням сухого заквашувального препарату СІ-1

Показники	Доза заквашувального препарату
	1 г/т	5 г/т
	37о С	42о С	37о С	42о С
Тривалість сквашування, год	7,0±0,2	5,0±0,1	6,5±0,2	4,5±0,1
Загальна чисельність бактерій, 108 КУО/ г	17,0±0,9	4,2±0,2	11,0±0,6	5,0±0,3
Кількість утилізованої лактози, % до контролю	30,0	24,4	28,8	23,4
Небілковий азот, % до контролю	51,4	51,4	57,7	36,1

Виробничу перевірку заквашувальних препаратів здійснювали на молокопереробних підприємствах України. Препарати прямого внесення було перевірено у промислових умовах декількох молокозаводів - Гнідинського, “Юрія” (м. Черкаси), “ЕКО” (м.Суми) та інших. Одержані продукти характеризувались високою якістю і відповідали вимогам діючих технічних умов.

ВИСНОВКИ

Дисертацію присвячено теоретичному обгрунтуванню та розробці технологічних підходів щодо вирішення практичних задач поліпшення якості та розширення асортименту бактеріальних препаратів, які виробляються в Україні. Результатом роботи є впровадження принципово нових заквашувальних препаратів прямого внесення а також використання розроблених технологічних рішень для виробництва сухих продуктів спеціального призначення.

Проведено селекційні дослідження штамів за виробничо-цінними ознаками та створено стабільні композиції молочнокислих бактерій, придатні для промислового культивування: типової для йогурту (Streptococcus salivarius ssp. thermophilus та Lactobacillus delbrueckii ssp.bulgaricus) та з підвищеною лікувально-профілактичною дією, завдяки додатковому залученню штаму Lactobacillus acidophilus.

Встановлено, що створена заквашувальна композиція зберігає стабільність складу і молокозгортаючу активність при розвитку у молочних основах з масовою часткою жиру 1,5%-3,2% та СЗМЗ 8,0-12 %. У середовищі із більшою масовою часткою СЗМЗ відмічено підвищення кислотоутворення закваскою.

Проведено стандартизацію традиційних живильних середовищ за вмістом розчинного білка та вуглеводів. Збільшення співвідношення вуглеводів до розчинного білка вдвічі дозволило скоротити тривалість лаг-фази при культивуванні йогуртової композиції з 9,5 год до 2,2 год, а урожайність біомаси підвищити з 0,11 до 0,55 мг/мл.

Показано, що збільшення від 1 до 3% вмісту негідролізованого знежиреного молока в живильному середовищі підвищувало буферність культуральної рідини від 0,27 до 0,87. Запропоновано білкові компоненти живильного середовища використовувати як захисні, для підвищення виживання мікроорганізмів в процесі сушіння, та для нормалізації чисельності бактерій в сухому препараті.

Вперше активність заквашувального препарату пов'язано із умовами культивування. Для збереження метаболічної активності запропоновано скоротити тривалість культивування бактеріальних композицій для йогурту до 8 год, а сметани - до 11 год. Постадійне внесення інокуляту та лактози забезпечили збереження активності та збільшення в 10 разів чисельності термофільних бактерій в процесі сумісного нарощування з мезофільними видами заквашувальної комбінації для сметани.

Встановлено, що комбіновані захисні середовища білкової природи (СЗМ, казеїну) або полісахаридів (декстрану, інуліну) із масовою часткою сухих речовин 19,0±0,5% підвищували виживання бактерій до 94-98%. Сухі препарати із вмістом 40--60% сполук захисного середовища мали гарантований термін придатності до використання: при температурі зберігання від 0 до плюс 6ОС - шість місяців, при мінус 18ОС - один рік.

Досліджено функціонування сухих препаратів у виробництві йогурту та сметани при прямому внесенні до молочної основи. До застосування рекомендовано дозу препарату в кількості 5 г/т. Вироблені продукти відповідали мікробіологічним та органолептичним вимогам.

На основі проведених досліджень розроблено три документації на препарати прямого внесення і документацію на новий сухий продукт. Розробки захищено патентами. Технології заквашувальних препаратів апробовано у виробничих умовах, а перевірку їх у виробництві кисломолочних продуктів здійснено на декількох молочних підприємствах. Якість препаратів перевірено і підтверджено актами. Починаючи з 1999 р., Дослідне підприємство бактеріальних препаратів Альба-ТІММ виробило заквашувальні препарати прямого внесення загальною чисельністю 50 тис. порцій. У 2001 р. до випуску планується близько 20 тис. порцій заквашувальних препаратів прямого внесення.

Основний зміст роботи викладено у публікаціях

1. Романчук И.О., Насырова Г.Ф., Кигель Н.Ф. Повышение выживаемости бактериальных культур в процессе производства лиофилизированных препаратов // “Вісник аграрної науки”.- 1999. - №11.- С.63-65.

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень, узагальненні одержаних результатів, опрацюванні літературних даних та підготовці матеріалів до друку.

2. Ересько Г.А., Кигель Н.Ф., Шитова Л.А., Насырова Г.Ф., Романчук И.О. Новый заквасочный препарат в производстве йогурта // “Вісник аграрної науки”. - 2000. - №9. - С..52-54.

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень, узагальненні одержаних результатів та підготовці матеріалів до друку.

3. Романчук І.О., Насирова Г.Ф., Кігель Н.Ф. Нова заквашувальна культура для сметани ССК та особливості її використання // Харчова та переробна промисловість. -2001. -№6. - С. 10-11.

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень, аналізі одержаних результатів.

4. Кігель Н.Ф., Романчук І.О., Єресько Г.А., Годовіченко О.Г. Новий пробіоз-продукт “Біологічно активна добавка йогурт сухий в капсулах”// “Вісник аграрної науки”. - 2001. - №8. - С..59-61.

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень.

5. Патент 33321 А Україна, МКИ С 12 N 1/20. Спосіб одержання сухого бактеріального препарату для ферментованих молочних продуктів / Єресько Г.О.,Насирова Г.Ф., Романчук І.О. - Опуб. 15.02.2001, Бюл.№1.

Особистий внесок здобувача полягає в узагальненні та систематизаціїї одержаних результатів, проведенні патентного пошуку та оформленні заявки на винахід.

6. Патент 39508 А Україна, МКИ А 23 С 9/123, С 12 N 1/20. Спосіб одержання йогурту сухого в капсулах / Єресько Г.А., Кігель Н.Ф., Романчук І.О., Годовіченко О.Г. -Опуб.15.06.2001, Бюл. №5.

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень, патентному пошуку за темою винаходу.

7. Патент 39535 А Україна, МКИ С 12 N 1/20. Спосіб одержання бактеріального препарату прямого внесення для сметани / Кігель Н.Ф., Насирова Г.Ф., Рожанська О.М., Романчук І.О. - Опуб. 15.06.2001, Бюл. №5.

Особистий внесок здобувача полягає в узагальненні результатів, проведенні експериментальних досліджень та запропонованому технічному рішенні винаходу.

8. Кігель Н.Ф., Насирова Г.Ф., Романчук І.О. Закваскові препарати для йогурта // “М'ясо та молоко”. -Інформ. повідомлення. - К.: ТІММ. - 2000. - Вип.3. -С.1-2.

Особистий внесок здобувача полягає в підготовці матеріалів до друку.

9. Кігель Н.Ф. Насирова Г.Ф., Романчук І.О. Підвищення ефективності технологіі сухих бактеріальних концентратів для ферментованих молочних продуктів // Збірник “ Матеріали Міжн.наук.-тех. конф. “Проблеми та перспективи створення та впровадження нових ресурсо- та енергоощадних технологій,обладнання в галузях хар. та переробної пром-ті.” - К.: УДУХТ.- 1999.-С.41.

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень, узагальненні одержаних результатів та підготовці матеріалів до друку.

10. Романчук І.О., Насирова Г.Ф., Кігель Н.Ф. Вплив умов ферментації на біотехнологічні показники йогуртів // Наукова конференція молодих вчених аграріїв “Роль молодих вчених в реформуванні аграрного сектору економіки України. - Київ, НАУ, 15-16 березня 2001 р.

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень, узагальненні одержаних результатів та підготовці матеріалів до друку.

Анотації

Романчук і.о. Розробка технології заквашувальних препаратів прямого внесення для йогурту та сметани. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 03.00.20.- біотехнологія. - Український державний університет харчових технологій, Київ, 2001.

Дисертація присвячена науковому обґрунтуванню та розробці практичних засобів щодо створення нових технологій виробництва заквашувальних препаратів.

Проведено порівняльний аналіз показників культивування термофільних культур у молоці та живильних середовищах для накопичення біомаси. Завдяки стандартизації середовища за вмістом вуглеводів і розчинного білка підвищено урожайність бактерій заквашувальних композицій. Досліджено вплив негідролізованих білків молока на всіх етапах технологічного процесу на скорочення тривалості культивування, підвищення буферності середовища, виживання бактерій при ліофілізації, розчинність сухих препаратів.

Активність заквашувального препарату пов'язано із умовами культивування бактерій. Для збереження метаболічної активності запропоновано скоротити тривалість культивування бактеріальних композицій - для йогурту до 8 год, для сметани до 11 год. Постадійне внесення інокуляту та лактози забезпечують збереження активності та збільшення чисельності термофільних бактерій в процесі сумісного нарощування з мезофільними видами.

Розроблено технології виробництва заквашувальних препаратів прямого внесення для йогурту, сметани та нового сухого продукту спеціального призначення. Визначено дози препаратів для застосування та характеристики готових продуктів.

Ключові слова: культури молочнокислих бактерій; заквашувальні комбінації; живильні та захисні середовища; заквашувальні препарати прямого внесення; ферментовані молочні продукти.

термофільний культура молоко біомаса

РОМАНЧУК И.О. Разработка технологии заквасочных препаратов прямого внесения для йогурта и сметаны. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 03.00.20.- биотехнология - Украинский государственный университет пищевых технологий, Киев, 2001.

Диссертация посвящена обоснованию и разработке практических подходов к созданию новых технологий производства заквасочных препаратов.

В работе приведены результаты селекционных исследований физиолого-биохимических свойств заквасочных культур для йогурта. Основными критериями отбора были: средняя активность кислотообразования, способность штаммов к совместному развитию, органолептические показатели, антагонистическая активность. В результате проведеных исследований созданы две заквасочные комбинации - типичная для йогурта (с использованием Streptococcus salivarius ssp. thermophilus и Lactobacillus delbrueckii ssp.bulgaricus) и с повышенными лечебно-профилактическими свойствами, благодаря использованию Lactobacillus acidophilus. Использование молочных основ для производства йогуртов, нормализованых по содержанию жира и СОМО, не влияло на молокосвертывающую активность закваски и соотношение видов. Повышение кислотообразования отмечено в средах с большим содержанием СОМО.

Исследовано изменение состава среды при развитии чистых культур и йогуртовой комбинации штаммов в молоке и полусинтетической среде. Установлено, что увеличение концентрации лактозы в питательной среде стимулирует ее утилизацию. Увеличение соотношения углеводы/растворимый белок позволило повысить эффективность технологического процесса культивирования в традиционной среде на основе гидролизата молока, что подтверждено экономическими коэфициентами культивирования. Проведена оценка состава промышленных сред по содержанию в них углеводов и растворимого белка. Установлены биотехнологические показатели культивирования на средах с различным соотношением С/N. Развитие бактериальных композиций в средах с негидролизованными белками характеризуется сокращенной до 2,2 ч лаг-фазой, наибольшей урожайностью и экономическим коэфициентом.

Исследованы закономерности кислотообразования в процессе культивирования заквасочных комбинаций на молочной среде. С целью сохранения лактазной активности предложено наращивание в производственных условиях осуществлять до момента снижения активности кислотообразования. Для йогуртовой комбинации установлена продолжительность культивирования не более 8 ч, для сметаны - 11 ч.

С целью повышения численности термофильных культур и сохранения их активности в процессе совместного культивирования с мезофильными видами использованы поэтапное внесение инокулята и лактозы. В результате использования предложенных подходов численность термофильных бактерий в заквасочном препарате для сметаны увеличена в 10 раз.

Показано, что присутствие белков молока положительно влияет на выживаемость бактерий при лиофилизации. Сухие препараты с содержанием 40-60% остатка веществ защитной среды имели гарантированный срок хранения 6 месяцев.

Исследовано функционирование препаратов прямого внесения в производстве йогуртов и сметаны. Для применения рекомендована доза препарата в количестве 5 г/т. Выработанные продукты соответствовали микробиологическим и органолептическим требованиям.

На основании проведенных исследований разработаны и внедрены технологии производства заквасочных препаратов прямого внесения для йогурта, сметаны и нового сухого продукта специального назначения - йогурта сухого в капсулах.

Технологии производства препаратов прямого внесения внедрены в производство.

Ключевые слова: культуры молочнокислых бактерий; заквасочные комбинации; питательные и защитные среды; заквасочные препараты прямого внесения; ферментированные молочные продукты.

ROMANCHUK I.O. Development of a thechnology of yoghurt and sour cream starters for direct inoculation. - Manuscript.

This dissertatuion is subjected for the granting of a degree for candidate of technical sciences with speciality 03.00.20.- biotechnology. - The Ukrainian State University of Food Technology, Kiev, 2001.

The thesis is dedicate to the scientific substantion and development of the practical approaches to making the new thechnology dairy starter.

Two starter combinations for yoghurt containing typical cultures (Streptococcus salivarius ssp. thermophilus, Lactobacillus delbrueckii ssp.bulgaricus) and Lactobacillus acidophilus with boosted treatment-and-prophylactic properties have been created. Physiology and biochemical properties of their starter cultures have been studied.

In the modified growth medium on the base of nonhydrolyzed protein the lag-phase of bacterial composition was shorter (up to 2,2 h) then in the traditioned medium. The harvest of biomass and economic coefficient were the largest in this case. It has been estimated that the lactose utilization was stimulated by the increasing of it concentration. The ratio between carbohydrates and soluble protein was very important.

It have been shown when the acidiphication activity was slower the overgrowth should be stopped. The duration of the cultivating for start yoghurt cultures was established no more than 8 h and for sour cream was 11 h.

The procedure of a step importation of inoculate and lactose with the purpose of increasing the number of thermophilic cultures and holding of their activity during the cocultivation with mesophilic bacteria have been used. As a result of using of the offered approaches the number of thermophilic bacteria of starter for sour cream was enlarged in 10 times.

It have been shown the presence of milk protein was positively influenced for a survival rate of bacteria during a lyophilization. The warranted period of preservation of dry preparates containing a 40-60 % of shielding medium substances was 6 months.

The thechnology dairy starter for direct inoculation are integrated.

Key words: cultures of lactic acid bacteria; starter; nutritious and shielding mediums; starter for direct inoculation; fermented milk products.

Размещено на Allbest.ru

...