CC BY
28
Научни трудове на Съюза на учените в България-Пловдив. Серия В. Техника и технологии, т. XV, ISSN 1311 -9419 (Print), ISSN 2534-9384 (On- line), 2017. Scientific Works of the Union of Scientists in Bulgaria-Plovdiv, series C. Technics and Technologies, Vol. XV., ISSN 1311 -9419 (Print), ISSN 2534-9384 (On- line), 2017.
ИЗСЛЕДВАНЕ ВЛИЯНИЕТО НА ТЕМПЕРАТУРАТА НА ФЕРМЕНТАЦИЯ ВЪРХУ РАЗВИТИЕТО НА ЗАКВАСКА ЗА КИСЕЛО АВШВА И КОСКИИСЕЛИНИОТО АБХАЗУВАНВ МаАлн Ееирвизи1, Бощ<ш Еавннзи2, Алберк Кръстзнив1,
Мария Балтаджиева2
1Универститет по хранителни технологии - Пловдив 2 Изследователска лаборатория за мляко и млечнипродукти ЛБ-Лакт
IRCSEARCH ON THE INFLUENCE OF THETEMPERATTTRE OF Fl^lRlVIlETNTiATltOTN ON THE GROWCH OF A. STARTEE CULTURO FOR YOGORTHND TH]E EOSTA CIDIFKTTTON Marin Georgiev^ Bogdan Goranov2, Albert Krastanov1, Maria I^alb^djieva2
of food technology- Plovdiv
2 Laaoralory for examination of Milk, and Dairy Products LB-Lact
Abstract
In this article the influence of temperature on the growth of yogurt starter “Rila” was studied, at well at the postacidification during storage. The results have showed that although the temperature in the range of 40-42°C had an insignificant influence on the coagulation time, it affected the intensity of the processes occurring in the cells of L. bulgaricus. In the yogurt produced at 42°C, there was a lower intensity postacid formation during storage. At both fermentation temperatures, reciprocal values of death rate constant of lactic acid bacteria were determined, indicating that the strains of the selected starter cultures express high resistance to the lactic acid.
Key words: Yogurt, Postacidification, Starter culture
1. Хъаеделие:
Доказано е, че традиционното българско кисело мляко, в сравнение с другите млека от типа йогурт, има най-високото съдържание на активни Streptococcus salivarius subsp. thermophilus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, придаващи на готовия продукт високи функционални и биологични свойства (Chomakov, H., 2005). Синтезираните антимикробни вещества от тази микрофлора оказват антимикробно действие върху Mycobacterium tuberculosis, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus, Esch. Coli, Shigella sonnei и др., с което прави българското кисело млякото лечебен продукт. Отличителна особеност на традиционното българско кисело мляко в сравнение с другите млека от типа йогурт е високото съдържание на активни Streptococcus salivarius subsp. thermophilus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, придаващи на готовия продукт храна с високи функционални и биологични свойства (Chomakov, H., 2005).
През последните години вкусът на консуматорите се насочва към кисели млека с по-слабо изразен кисел вкус, но това се постига при случай, че се използват закваски за ферментационния процес с по-ниско съдържание или отсъствие на L. bulgaricus, с което се понижават здравословните и биологични свойства на киселото мляко. За това се налага
селекцията на закваски, съдържащи L. bulgaricus с по-ниска посткиселинообразуваща способност при съхранение.
За целта следва да се изучи влиянието на факторите, от които зависи активността на киселинообразуването на L. bulgaricus. Основен фактор се явява температурата на култивиране на закваската.
2. Материали и методи
2.1 Материали
2.1.1 Използвана е закваска „Рила“, прилагана за получаване на традиционно българско кисело мляко, отговарящо на изискванията към продукта и съдържаща Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus и Streptococcus thermophilus
2.1.2 Изходното мляко е стандартизирано, хомогенизирано и пастьоризирано по изискванията на стандарта (BDS 12:2010) със следните физикохимични показатели: Масленост-2,9%, СБО- 9,6%, белтък- 3,7%, киселинност- 160Т и pH- 6,6. Ферментацията е проведена при два режима на термостатитеане 40 0С и 42 0С. Количеството на закваската е 0,033%.
2.2 Методи за анализ
2.2.1 Титруема иселинност по метод на Тьорнер, съгласно BDS 1111-80
2.2.2 Активна киселинност (pH) потенциометрично с помощта на pH-метър PHT 004TA.
2.2.3 Жизнеспособи клетки (cfu/g)- идентифициране и изброяване на характерните микроорганизми в агарови хранителни среди: по метода в BDS ISO 7889/IDF 117
2.3 Моделиране на кинетиката на ферментационния процес е извършено по моделът на Weibull (Tishin V.B and A.V Fedorov, 2016; Tishin V.B. and O.V Golovinskaya, 2015) с уравненията:
_ 1 1б=
Kr
= a-k-(’T)5
където: Хб е биомаса в безразмерен вид; рт - максимална специфична скорост на растеж, h-1; р - относително (средна) скорост на растеж в интервал от т=0 до x=xi; b - емпиричен коефициент, отчитащ разликата в биохимичните процеси, протичащи в клетките и тяхната интензивност в зависимост от условията на култивиране; т - време, h, q - максимална специфична скорост на посткиселинно натрупване на млечна киселина, °T/cfu.g.h; т-време на съхранение, h; КТ - титруема киселинност, °Т; а - максимална стойност на титруемата киселинност, °Т при т ^да; b (в модела на Weibull) - коефициент равен на разликата между максималната и началната титруема киселинност °Т; 5 - показател, определящ изменението на формата на кривата или изменението на скоростта на натрупване на млечна киселина във времето.
3. Резултати и обсъждане
Резултатите от серия експерименти относно влиянието на температурата върху времето на коагулация, титруемата киселинност и броя на жинеспособните клетки (cfu/g), както и посткиселинообразуващата способност на закваската и съдържанието на активни клетки на лактобацили при хладилно съхранение са представени на фиг. 1 и фиг. 2.
Те показват слабо влияние на температурата върху времето на коагулация, като пробите, термостатирани при 40 0С коагулират за 3 часа и 20 минути, а тези при 42 0С коагулират за 3 часа и 30 минути. Концентрацията на активни клетки на Lactobacillus bulgaricus и Streptococcus thermophilus при млеката получени при температура 40 0С на 24-ти час е съответно 1,4*109 и 3,5* 1012, а тази на млеката получени при 42 0С е съответно 7,2* 108 и 3,2*1012.
Резултатите от математичното моделиране са представени на Фиг.1 и 2., а в таблица 1 са изведени кинетичните уравнения в явен вид и са отразени кинетичните коефициенти.
Ct
s
m
и
га
2
о
s
in
Време на инкубиране, h
Фиг.1 Сравнение на опитните данни с тези на модела на логистична крива за Lactobacillus bulgaricus при _ температура на ферментация 40°С______________________________
♦ Биомаса
эБиомаса-модел
ю
га
U
го
S
о
s
LQ
Ct
S
ш
X
ш
О.
ш
2
го
го
О.
ГО
ш
VO
1.48
0.98
t
0
♦
—I—
12 3
Време на инкубиране, h
Фиг.2 Сравнение на опитните данни с тези на модела на логистична крива за Streptococcus thermophilus при температура на ферментация 40°С
4
Таблица 1.
Кинетични коефициенти и уравнения в явен вид на щамовете от изследваната
Щам h 1 p, h-1 b R2 e Уравнение
L.bulgaricus 1,423 0,511 0,439 0,9554 0,049 " 1,423 1+ 0)39e-1,5111
St.thermophilus 1,543 0,567 0,633 0,9536 0,069 _ 1, 543 Щ633г№'
От Фиг.1, Фиг.2 и Табл.1 е видно, че моделът описва с необходимата точност експерименталните резултати. Това се потвърждава и от високите коефициенти на корелация (0,9554 и 0,9536), както и от ниската идентификационна грешка (0,049 и 0,069). От кинетичните параметри представени в Табл.1 се вежда, че St. thermophilus се развива с по-високи максимална и относителна скорост на растеж в сравнение с L. bulgaricus. Коефициентът b при St. thermophilus е близо 1,5 пъти по висок от този при L. bulgaricus, което показва, че при тази температура в клетките на коките протичат по интензивни биохимични процеси.
Аналогични изследвания са проведени и при ферментация на млякото със същата закваска при 42 °С. Резултатите от тези изследвания са отразени на фиг. 3, фиг. 4 и таблица 2.
Ct
s
m
x
Ш
Q.
Ш
S
m
ro
Q.
m
ш
VO
1.5
12 3
Време на инкубиране, h
1
0
4
Фиг.3 Сравнение на опитните данни с тези на модела на логистична крива за Lactobacillus
Фиг.4 Сравнение на опитните данни с тези на модела на логистична крива за Streptococcus thermophilus при температура на ферментация 42°С
Таблица 2.
Кинетични коефициенти и уравнения в явен вид на щамовете от изследваната
закваска при температура на ферментация на млякото 42°С
Щам h p, h-1 b R2 e Уравнение
L.bulgaricus 1,458 0,561 0,464 0,9554 0,049 t (irn 1 II _ 1,4581 +0,464е-"'5611
St.thermophilus 1,526 0,528 0,609 0,9536 0,069 t (m 1 II _ 1,5261 + 0,609e-0'528 1
От кинетичните параметри представени в табл.2 е видно, че с повишаване на температурата на ферментацията нараства максималната специфична и относителна скорост на растеж (1,458h-% 0,56Ш-1)на Lactobacillus bulgaricus в сравнение с тези при 40 °С. същата тенденция се забелязва и за коефициента b (0,464). Това говори за интензифициране на биохимичните процеси в клетките на Lactobacillus bulgaricus, поради приближаване на температурата до оптималната за развитие на лактобацилите.
От данните представени в Табл.1 и Табл.2 се вижда, че с повишаване на температурата на ферментация става незначително понижение на максималната специфична и относителна скорост на растеж на Streptococcus thermophilus. Същата тенденция се наблюдава и за коефициентът b. Това показва, че изследваният температурен интервал 40-42 °С е оптимален за развитието на коковите форми.
От проведеното математично моделиране се установи, че температурата оказва влияние повече на Lactobacillus bulgaricus в сравнение с Streptococcus thermophilus.
При ферментация на млякото при 40 °С се достига до по-висока киселинност в края на коагулацията (84 °Т) в сравнение с тази при 42 °С (78 °Т). Това може да бъде обяснено с отношението на относителните скорости на растеж на единия и другия микроорганизъм в асоциираната симбиотична двойка. При ферментация при 40 °С ^st > ^ьь тоест относителната скорост на растеж на стрептококите е по-голяма от тази на лактобацилите. Това от своя страна води до по-бързо изчерпване на разтворения кислород от стрептококите при което се създават анаеробни условия стимулиращи киселинообразуването (Varfolomer S.D. and K.G. Gurevich 1999; Varfolomer S.D. and S.V. Kalyuzhny 1990).
На фиг.4, фиг.5, фиг.6. са отразени резултатите от математично моделиране на относителната скорост на посткиселиннообразуване на млечна киселина с модела на Weibull, сравнени с експерименталните данни на млеката съхранявани 21 дни. На табл. 3 и 4 са отразени кинетичните параметри на моделите и уравненията в явен вид.
♦ Титруема киселинност ■ титруема киселинност-модел ТПП
_ ^ 100 -го н 5 и « п п . 0 - А ^— ■—д-
1 ^ 1 ^ W
00 Н U и S ас 200 400 600 Време на съхранение, h
Фиг.5 Сравнение на опитните данни с модела на Weibull на млека получени при температура на ферментация 40°С_______________________________________
♦ Титруема киселинност ' 'Титруема киселинност-модел ТПП
1- ▲ . + ч
_ * 100 -го н 5 и « п п . 0 ^ 1 - • 7 ^
0 S ^ •- о S ас 200 400 600 Време на съхранение, h
Фиг.6 Сравнение на опитните данни с модела на Weibull на млека получени при температура на ферментация 42 °С
Таблица 3.
Кинетични параметри на модела на Weibull
Температура °С a, °Т н о q, °T/cfu.cm3.h 5 R2 e
40 116 32 5,4.10-6 2,30 0,9989 0,0017
42 111 33 6,9.10-6 2,25 0,9990 0,0015
Таблица 4.
Kiinci'iriiiii уравнения в явей вид за моделиране на кинетиката на посткиселинно
натрупване на млечна киселина при съхранение
Температура °С Уравнение
40 Кт = 116 - 32. e-(5,s.io-6r)230
42 Кт = 111 - 33.е-(б'9.10-6г)2’25
От представените на фиг.4 и фиг.5 данни е видно, че моделите описват много точно експерименталните данни. Проведените експерименти показват, че относителната скорост на посткиселиннообразуване на млечна киселина са приблизително равни. Същата тенденция се отнася и за коефициентът 5, показващ изменението на интензивността на киселинообразуване във времето (2,30 и 2,25). От това следва, че процесът на посткиселиннообразуване при съхранение на млеката, получени при 42°С ще протича с по-малка интензивност, поради по-ниската стойност на коефициентът 5, в сравнение с този при 40 "С.
—^MRS 40 MRS 42 M17 40 ^^M17 42 1 с
S ас 1 п - 10
ш 5 ^ 5 -
ас 2 5 - ы 0
S 1- ас < 24 168 336 504 Време на съхранение, h
Фиг. 7 Изменение на концентрацията на активни клетки стрептококи и лактобацили в млека получени при температура на ферментация 40°С и 42°С, съхранявани при хладилни условия за 21 дни
От резултатите представени на фиг.7 се вижда, че млеката получени и при двете температури запазват висока концентрация на активни клетки около 108 cfu/g за лактобацилите и около 1011 cfu/g за стрептококите. За да се установи скоростта на отмиране на клетките от закваската при съхранението бе извършено математично моделиране, резултатите от което са представени на 5
Таблица 5
Кинетични параметри от кинетиката на отмиране__________________
Температура °С щам K, h-1 1/K,
40 L.bulgaricus 0,0032 313
42 0,0037 279
40 St. Thermophilus 0,0025 400
42 0,0032 313
От направеното моделиране и данните, представени в таблица 5 се установява, че скоростите на отмиране на активни клетки и реципрочната и стойност са близки за двете температури.
4. Изводи
От направените изследвания могат да се формулират следните по-важни изводи:
1 Температурата в диапазона 40-42 0С оказва незначително влияние върху веремето на коагулация.
2 При температура на ферментация 40 0С се наблщюдава по-интрензивен растеж на Streptococcus thermophiles в сравнение с Lactobacillus bulgaricus
3 С повишаване на температурата на 42 0С се интензифицират биохимичните процеси в клетките на LB
4 Високите реципрочни стойности на константата на отмиране показва повишена устойчивостта на щамовете към натрупващата се млечна киселина.
5 Температура 42 0С е по-подходяща за получаване на кисело мляко със закваска съдържаща Lactobacillus bulgaricus и Streptococcus thermophilus.
5. Литература
BDS 1111-80. Milk and milk products. Determination of acidity
BDS ISO 7889: 2005. Yoghurt. Listing of characteristic microorganisms. Technique of colony counting at 37 ° C.
Varfolomer S.D., K.G. Gurevich, Biokinetics: A Practical manual, Moscow, 1999 (in Russian)
Varfolomer S.D., S.V. Kalyuzhny, Biotechnology: Kinetic fundamentals of microbiological processes, Higher School, Moscow, 1990 (in Russian)
Tishin V.B, A.V Fedorov, Features of the search for mathematical models of the kinetics of microbial cultivation, Scientific Journal of NIU ITMO. Series Unit Operation of Food Production, No. 4, 2016 (in Russian)
Tishin V.B., O.V Golovinskaya, Experiment and search for mathematical models of the kinetics of biological processes, ITMO, St. Petersburg, 2015 (in Russian)
Chomakov, H.,International symposium on original Bulgarian yogurt, Sofia 2005, p. 21-35
Tamime, A.Y.; Robisons, R.K. Chapter 2 Backround to manufacturing practice. In Tamime and Robinson’s Yogurt: Science and Technology, 3rd ed.; Woodhead Publishing LTD: Cambridge, UK, 2007; pp. 11-118
Walstra, P.; Wouters, J.T.M.; Geurts, T.J. Chapter 22 Fermented milks. In Dairy Science and Technology; Taylor & Francis Group, LLC: Boca Raton, FL, USA, 2006; pp. 551-573
