CC BY
4
УДК 663.1 DOI: 10.17217/2079-0333-2024-67-36-42
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОНСОРЦИУМА МИКРООРГАНИЗМОВ ГРАНУЛ ВОДНОГО КЕФИРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НАПИТКА
Фролова Н.А.
Калининградский государственный технический университет, г. Калининград, Советский проспект, 1.
В пищевой промышленности ферментация определяется как процесс преобразования органических веществ в кислоты, этанол или углекислый газ. Данные вещества способны подавлять рост патогенных микроорганизмов в продуктах. Основными субстратами, используемыми при производстве ферментированных продуктов, являются молоко, мясо, рыба, крупы, фрукты, овощи и напитки. В настоящее время ферментированные продукты и напитки считаются частью ежедневного рациона. Результаты проведенных исследований показали, что температура ферментации, концентрация сахара и концентрация морковного сока влияют на содержание сухих веществ и сенсорные свойства готового напитка. Максимальное количество сухих веществ отмечено в образцах напитка, полученных при температуре 25°C с содержанием 10% сахарозы, время ферментации которых составило 24 часа. После 48- и 72-часовой ферментации происходит снижение содержания сухих веществ на 0,5 и 1% соответственно. Наиболее оптимальными образцами с точки зрения вкуса и содержания сухих веществ явились образцы напитка, содержащего 10% сахара и 10% морковного сока, ферментированные при температуре 25°C в течение 48 часов, при этом срок годности напитка с учетом выживаемости микроорганизмов составил 5 суток.
Ключевые слова: водный кефир, гранулы, микроорганизмы, пробиотики, ферментация, функциональное назначение.
USE OF A CONSORTIUM OF MICROORGANISMS OF WATER KEFIR GRANULES TO PRODUCE A DRINK
Frolova N.A.
Kaliningrad State Technical University, Kaliningrad, Sovetsky Prospekt, 1.
In food industry, fermentation is defined as the process of converting organic substances into acids, ethanol or carbon dioxide. These substances are capable of suppressing the growth of pathogenic microorganisms in the products. The main substrates used in the production of fermented foods are milk, meat, fish, cereals, fruits, vegetables and beverages. Currently, fermented foods and beverages are considered as a part of daily diet. Our current research results showed that the fermentation temperature, sugar concentration and carrot juice concentration affected the dry matter content and sensory properties of the finished drink. The maximum amount of dry substances was noted in the beverage samples obtained at a temperature of 25°C with a content of 10% sucrose, fermentation time of which was 24 hours. After 48 and 72 hours of fermentation, the dry matter content decreases by 0.5 and 1%, respectively. The most optimal samples in terms of taste and dry matter content were samples of a drink containing 10% sugar and 10% carrot juice, fermented at a temperature of 25°C for 48 hours, while the shelf life of the drink, taking into account the survival of microorganisms, was 5 days.
Key words: aqueous kefir, granules, microorganisms, probiotics, fermentation, functional purpose.
ВВЕДЕНИЕ
Пищевая ферментация - один из самых древних и экономичных способов обработки консервирования пищевых продуктов, который использовался людьми на протяжении веков [Васильева и др., 2019]. В ферментации пищевых продуктов и напитков участвуют бактерии, дрожжи, плесневые грибы, которые, работая по отдельности или вместе, превращают различные сырые пищевые ингредиенты в ферментированные продукты. Микробиологические превращения, происходящие во время ферментации, изменяют сенсорные характеристики (внешний вид, аромат, вкус, текстуру) и питательные свойства готового продукта [Руськина и др., 2017].
В настоящее время интерес потребителей к ферментированным продуктам на растительной немолочной основе вырос в связи с гиполактазией [Gun'ko et al., 2016].
Пробиотики, содержащиеся в зернах водного кефира, характеризуются способностью к подавлению роста патогенных бактерий, связыванию токсинов, выработке ферментов для нейтрализации бактериальных токсинов, косвенно «модулируя» иммунную систему организма [Zelenkova et б1., 2019; Зипаев, 2015].
Целью работы явилось получение напитка функционального назначения на основе растительных компонентов и гранул водного кефира с последующим анализом растворимых сухих веществ во время ферментации.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Технология напитка предусматривала смешивание следующих компонентов: черного чая, закваски водного кефира и морковного сока (в дозировке 5; 10; 15% от общего расхода сырьевых компонентов).
Закваска водного кефира была приготовлена посредством смешивания 50 г сахарозы с водой, нагревания, охлаждения до температуры 25-30°C, добавления 100 г/л гранул водного кефира (производства России) и ферментации полученной смеси при 25°C в течение 72 часов. После 24-часовой ферментации надосадочную жидкость удаляют, а гомогенную смесь процеживают и добавляют раствор черного чая, приготовленный при помощи растворения 0,5% сухого черного чая (производства КНР) в одном литре воды с температурой 90°С, с последующим настаиванием в течение 15 минут и фильтрованием.
После трехдневной ферментации напитка в рецептуру добавляют пастеризованный морковный сок (5; 10; 15%), чтобы инициировать вторичную ферментацию, в результате которой происходит выделение углекислоты.
Продукты ферментации напитка были идентифицированы при помощи современных методов: ВЭЖХ, микроскопии, анализа антиоксидантной активности (DHPP), дифференциального культивирования напитка на питательных средах.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Водный кефир - это газированный ферментированный напиток с кисло-сладким вкусом и дрожжевым привкусом. Напиток был получен при помощи смешивания закваски водного кефира, раствора черного чая и пастеризованного морковного сока [Хомич и др., 2020]. Ферментация водного кефира достигается путем внесения зерен водного кефира в качестве закваски в сахарный раствор.
Кефирные гранулы состоят из симбио-тической закваски молочнокислых бактерий (LAB) и дрожжей, содержащихся в полисахаридной матрице [Щекалева
и др., 2020]. Органолептически микроорганизмы заключены в прозрачные, эластичные и кристаллоподобные оболочки с диаметром 5-20 мм, состоящие из нерастворимого декстрана (рис. 1).
Рис.1. Гранулы водного кефира Fig. 1. Granules of water kefir
В напитке после 24-часовой ферментации за счет содержания гранул водного кефира были идентифицированы следующие виды микроорганизмов: бактерии (Acetobacter fabarum, Acetobacter orientalis, Bifidobacterium psychraerophilum, Enterobacter hormachei, Gluconobacter frateuri, Lactobacillus brevis, Lactobacillus casei subsp. casei, Lactobacillus casei subsp. pseudoplantarum, Lactobacillus casei subsp. rhamnosus, Lactobacillus collinoides, Lacto-bacillus fructiovorans, Lactobacillus hil-gardii, Lactobacillushar binensis и т. д.), дрожжи (Candida lambica, Candida valida, Dekkera bruxellensis, Hanseniaspora val-bynesis, Hanseniaspora vinae, Hanseniaspora yalbensis, Kloeckera apiculate, Saccharomy-ces bayanus, Saccharomyces cerevisae, Sac-charomyces florentinus, Saccharomyces pretoriensis, Zygosaccharomyces florentinus, Zygotorulaspora florentina). Снижение времени ферментации напитка приводит к недозреванию и снижению числа колоний микроорганизмов.
В процессе ферментации напитка масса зерен водного кефира увеличивалась во время 72-часового брожения от 16,4 до 38,6 г. Главным метаболитом водного кефира, образующимся при брожении, явилась молочная кислота. Этанол, уксусная кислота, глицерин и манит выделяются в небольших концентрациях. В водно-кефирном напитке общее содержание сахарозы через 24 часа составило 1,2 г/л. Количество этанола и молочной кислоты после 48 часов ферментации составило 20,3 и 4,9 г/л соответственно. Помимо органических кислот и этанола, которые образуются во время ферментации, наиболее распространенными летучими ароматическими соединениями являются изоамилацетат, этилгексаноат, этиловый эфир, октаноат и этилдеканоат, содержание которых составило 13,40; 0,11; 0,37; 3,44 и 1,40 мг/л соответственно.
Концентрация маннита в напитке увеличилась в пределах 1,0-8,0 г/л после 48 часов ферментации, при этом количество жизнеспособных клеток молочнокислых бактерий и дрожжей в напитке составило 8,2 и 7,4 КОЕ/г соответственно, что подтверждает эффективность использования растительных субстратов в технологии напитка [Иванова и др., 2022]. Образцы напитков на основе черного чая, закваски гранул водного кефира и пастеризованного морковного сока изображены на рисунке 2.
Следующим этапом работы явилось исследование антиоксидантной активности напитка путем определения 2,2-дифенил-1-пик-рилгидразила. Результаты позволили установить активность по удалению радикалов за счет ингибирования автоокисления ас-корбата. Так, антиоксидантный комплекс, содержащийся в напитке, продемонстрировал отличную способность к удалению DPPH-9,88-63,17% и ингибированию окисления аскорбата на уровне 6,08-25,57%.
По органолептическим показателям, в частности вкусовым характеристикам, наиболее предпочтительными образцами являются образцы напитка с добавлением морковного сока в количестве 10% от исходных сырьевых компонентов. Образцы имеют слабовыраженный гармоничный морковный привкус [Лупинская и др., 2013].
Для исследования влияния концентрации сахарозы и температуры ферментации при приготовлении напитка использовали различную дозировку сахарозы (5 и 10%), и температуру ферментации (25 и 30°С). Среднее общее количество растворимых сухих веществ в напитках во время ферментации в течение 72 часов представлено на рисунке 3.
Рис. 2. Образцы напитков на основе черного чая, закваски гранул водного кефира и пастеризованного морковного сока (Образцы: A - полученные при температуре 25°C с содержанием 5% сахарозы; B - полученные при температуре 30°C с содержанием 5% сахарозы; C - полученные при температуре 25°C с содержанием 10% сахарозы; D - полученные при температуре 30°C с содержанием 10% сахарозы)
Fig. 2. Samples of drinks based on black tea, sourdough granules of aqueous kefir and pasteurized carrot juice (Samples: A - obtained at a temperature of 25°C and containing 5% sucrose; B - obtained at a temperature of 30°C and containing 5% sucrose; C - obtained at a temperature of 25°C and containing 10% sucrose; D - obtained at a temperature of 30°C and containing 10% sucrose)
1.00 -
0.0 0 J-1-1-'
0 24 45 72
Время ферментациж. час
Рис. 3. Изменение общего содержания сухих веществ в напитках в процессе ферментации в течение 72 ч (Образцы: A - полученные при температуре 25°C с содержанием 5% сахарозы; B - полученные при температуре 30°C с содержанием 5% сахарозы; C - полученные при температуре 25°C с содержанием 10% сахарозы; D - полученные при температуре 30°C с содержанием 10% сахарозы)
Fig. 3. The total dry matter content change in beverages during fermentation for 72 hours (Samples: A - obtained at a temperature of 25°C and containing 5% sucrose; B - obtained at a temperature of 30°C and containing 5% sucrose; C - obtained at a temperature of 25°C and containing 10% sucrose; D - obtained at a temperature of 30°C and containing 10% sucrose)
Максимальное количество сухих веществ отмечено в образцах напитка, полученных при температуре 25°C с содержанием 10% сахарозы, время ферментации которых составило 24 часа. После 48-и 72-часовой ферментации происходит снижение содержания сухих веществ на 0,5 и 1% соответственно.
Хранение образцов напитка при температуре 2-4°С в течение пяти суток позволило установить относительную выживаемость Lactococcus spp. и Lactobacillus spp. К шестым суткам хранения большая часть микроорганизмов таких, как Saccharomyces cerevisiae, Hanseniaspora valbynesis, Hanseniaspora vinae, Hanseniaspora yalbensis, Kloeckera apiculate, Saccharomyces bayanus, сохраняли невысокую стабильность (количество клеток к концу шестого дня хранения снизилось в два раза).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты проведенных исследований показали, что температура ферментации, концентрация сахара и концентрация морковного сока влияют на содержание сухих веществ и сенсорные свойства готового напитка. Максимальное количество сухих веществ отмечено в образцах напитка, полученных при температуре 25°C с содержанием 10% сахарозы, время ферментации которых составило 24 часа. После 48-и 72-часовой ферментации происходит снижение содержания сухих веществ на 0,5 и 1% соответственно. Наиболее оптимальными образцами с точки зрения вкуса и содержания сухих веществ и вкусовых характеристик явились образцы напитка, содержащего 10% сахара и 10% морковного сока, ферментированные при температуре 25°C в течение 48 часов, при этом срок годности напитка с учетом выживаемости микроорганизмов составил пять су-
ток. Таким образом, раствор черного чая, закваски гранул водного кефира и пастеризованного морковного сока являются оптимальными ингредиентами для создания пробиотического безмолочного напитка, который может входить в состав ежедневного рациона.
ЛИТЕРАТУРА
Васильева А.А., Захарчук Е.Ю., Панова Т.М. 2019. Использование растительных экстрактов для улучшения вкусоаромати-ческих свойств кефира. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. № 4. С. 5-16. Иванова В.И., Блинникова О.М., Родионов Ю.В., Гливенкова О.А. 2022. Производство чайного напитка с добавлением высушенного листа жимолости. Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов. № 2(73). С. 19-23.
Зипаев Д.В. 2015. Сывороточный напиток с сокосодержащим наполнителем. Молочная промышленность. 2015. № 2. С.52-53.
Лупинская С.М., Орехова С.В., Чечко С.Г., Дементьева О.О. 2013. Органолепти-ческая оценка молочных продуктов с использованием сухого сырья калины. Техника и технология пищевых производств. № 4(31). С. 22-26. Руськина А.А., Попова Н.В., Наумен-ко Н.В. и др. 2017. Анализ современных способов модификации крахмала как инструмента повышения его технологических свойств Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. 2017. Т. 5. № 3. С. 12-20.
Хомич Л.М., Перова И.Б., Эллер К.И. 2020. Нутриентный профиль морковного сока. Вопросы питания. Т. 89. № 1. С. 86-95.
Щекалева Р.К., Черевач Е.И., Палаги-на М.В., Тарашкевич Е.Ю. 2020. Оптимизация технологических режимов экстрагирования чайного сырья, используемого в технологии эмульсионных напитков. Индустрия питания. Т. 5. № 2. С. 79-87.
Gun'ko V.M., Turov V.V., Krupskaya T.V. et al. 2016. States of water vs. temperature in differently hydrated kefir grains. Chemistry, Physics and Technology of Surface. 2016. Vol. 7. № 1. P. 86-96.
Zelenkova E.N., Yegorova Z.E. 2019. Optimization of the enzymatic process parameters for increase of carrot juice yield. Journal of International Academy of Refrigeration. № 3. P. 45-50.
REFERENCES
Vasilyeva A.A., Zakharchuk E.Yu., Pano-va T.M. 2019. The use of plant extracts to improve the flavor and aroma properties of kefir. Vestnik Permskogo nacionalno-go issledovatel'skogo politehnicheskogo universiteta. Himicheskaja tehnologija i biotehnologija (Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Chemical technology and biotechnology). № 4. P. 5-16 (in Russian).
Ivanova V.I., Blinnikova O.M., Rodio-nov Yu.V., Glivenkova O.A. 2022. Production of tea drink with the addition of dried honeysuckle leaf. Tehnologija i tovarovedenie innovacionnyh pishhevyh produktov (Technology and the study of merchandise of innovative foodstuffs). № 2(73). P. 19-23 (in Russian).
Zipaev D.V. 2015. Whey drink with juice-containing filler. Molochnaja promysh-lennost' (Dairy industry). 2015. № 2. P. 52-53 (in Russian).
Lupinskaya S.M., Orekhova S.V., Chech-ko S.G., Dementieva O.O. 2013. Organo-leptic evaluation of dairy products using dry viburnum raw materials. Tehnika i tehnologija pishhevyh proizvodstv (Food Processing: Techniques and Technology). № 4(31). P. 22-26 (in Russian).
Ruskina A.A., Popova N.V., Naumenko N.V., Ruskin D.V. 2017. Analysis of modern methods of modifying starch as a tool for increasing its technological properties. Vestnik Juzhno-Ural'skogo gosudarstven-nogo universiteta. Serija: Pishhevye i biotehnologii (Bulletin of the South Ural State University. Series: Food and biotechnology). 2017. T. 5. № 3. P. 12-20 (in Russian).
Khomich L.M., Perova I.B., Eller K.I. 2020. Nutrient profile of carrot juice. Voprosy pitanija (Problems of Nutrition). T. 89. № 1. P. 86-95(in Russian).
Shchekaleva R.K., Cherevach E.I., Palagi-na M.V., Tarashkevich E.Yu. 2020. Optimization of technological regimes for extracting tea raw materials used in the technology of emulsion drinks. Industrija pitanija (Food industry). T. 5. № 2. P. 79-87 (in Russian).
Gun'ko V.M., Turov V.V., Krupska T.V. et al. 2016. States of water vs. temperature indifferently hydrated kefir grains. Chemistry, Physics and Technology of Surface. 2016. Vol. 7. № 1. P. 86-96.
Zelenkova E.N., Yegorova Z.E. 2019. Optimization of the enzymatic process parameters for increasing carrot juice yield. Journal of International Academy of Refrigeration. № 3. P. 45-50.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ INFORMATION ABOUT THE AUTHOR
Фролова Нина Анатольевна - Калининградский государственный технический университет; 236022, Калининград; доктор технических наук, профессор кафедры инжиниринга технологического оборудования; nina.frolova@klgtu.ru. SPIN-код: 7092-6913, Author ID: 967939; Scopus ID: 57208213064.
Frolova Nina Anatolyevna - Kaliningrad State Technical University; 236022, Kaliningrad; Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Engineering of Technological Equipment; nina.frolova@klgtu.ru. SPIN-code: 7092-6913, Author ID: 967939; Scopus ID: 57208213064.
Статья поступила в редакцию 21.02.2024; одобрена после рецензирования 15.03.2024; статья принята к публикации: 29.03.2024.
The article was submitted 21.02.2024; approved after reviewing 15.03.2024; accepted for publication 29.03.2024.
