Удосконалення технології напою кисломолочного для дитячого харчування "Біолакт"

Серед штамів ББ, виділених з кишечника людей, які мають значення для нормального стану організму людини, розрізняють 5 фенотипових видів: B. bifidum, B. breve, B. infantis, B. longum і B. adolescentis [112-113, 159].

Вид В. bifidum знайдений у здорових людей усіх вікових груп, проте у дітей, які знаходяться на грудному кормлінні, він є переважаючим та виділений у 40-70% досліджуваних. Вид В. longum також характерний і для дітей і для дорослих та виділяється у 40-60% грудних дітей та у 70-75% дітей старшого віку та дорослих. Вид В. adolescentis властивий тільки дорослим людям та дітям старшого віку та виділяється у них в 50-65% випадків. У людей літнього віку він переважає (до 85% ). Види B. infantis і В. breve знаходяться тільки у грудних дітей; B. infantis виявлений у 20-25% грудних дітей [112-113, 159-168].

ББ виконують ряд корисних для організму дитини функцій. Саме біфідо-флорі належить провідна роль у нормалізації мікробіоценозу кишечника, покращенні процесу всмоктування й гідролізу жирів, метаболізму протеїнів і амінів, а також жовчних кислот, підтримці неспецифічного захисту організму. ББ синтезують вітаміни групи В, фолієву кислоту, вітамін К та інші, причому ці вітаміни включаються в обмін речовин людини. Крім вітамінів, ББ є активними постачальниками деяких амінокислот. Захисна функція ББ обумовлена взаємодією із слизовою оболонкою кишечника. ББ прикріплюються до епітелію слизової оболонки, створюючи механічну перешкоду для збудників кишкових інфекцій. Встановлено тісний зв'язок між складом кишкової мікрофлори і станом імунологічних систем організму. Так, у практично здорових дітей при дефіциті ББ спостерігається ослаблення неспецифічного імунітету за рівнем лізоциму. ББ знижують концентрацію потенційно небезпечного аміаку та вітамінів у крові. Цей ефект також пов'язаний з продукуванням кислот та пояснюється протонуванням аміаку та амінів з утворенням катіонів, які не здатні до дифузії у кров, завдяки чому знижується навантаження на печінку [112-113, 159-160].

ББ мають протипухлинну активність, яка пов'язана як з прямим або не прямим зниженням кількісного вмісту проканцерогенів, так і з імуномодулюючим впливом цих бактерій. Біфідофлора не тільки активізує системи «господаря», але й безпосередньо пригнічує розвиток у кишечнику багатьох видів інфлюючих мікроорганізмів. В наш час у зв'язку з погіршенням екологічної обстановки, широко розповсюдженим лікуванням дітей антибіотиками й рядом інших причин, виникла необхідність в створенні кисломолочних продуктів дитячого харчування, збагачених ББ. Такі продукти характеризуються високими дієтичними властивостями, тому що містять ряд біологічно активних сполук - вільних амінокислот, летких жирних кислот, ферментів, антибіотичних речовин, макро- і мікроелементів [112-113, 159]. ББ у ферментованих молочних продуктах перебувають в активному стані; продукти, що містять ББ, володіють як профілактичними властивостями, так і лікувальними, оскільки сприяють швидкому відновленню нормальної мікрофлори при лікуванні кишкових дисбактеріозів [96, 101, 103, 107, 121-122, 136, 160, 165-171].

Корисні властивості ББ добре поєднуються з поживними та дієтичними властивостями молока. У зв'язку із цим проводиться велика робота з вивчення методів селекції й культивування ББ у молоці, створення спеціальних заквасок, а також різних комбінацій культур ББ, внесених у молочні продукти, для одержання гарних органолептичних і реологічних властивостей [мон].

1.5.2 Перспективи використання бакконцентратів монокультур Lbc. acidophilus безпосереднього внесення у виробництві пробіотичних кисломолочних продуктів для дитячого харчування

Класичним визнаним пробіотиком в наш час є Lbc. acidophilus [м/б, проб], яка відноситьсядо роду Lactobacillus, що об'єднує 56 видів. Джерелами Lbc. acidophilus, які колонізують травний тракт новонароджених та дітей перших трьох місяців життя, є урогенітальний та ШКТ матері, а також грудне молоко [м/б]. При відсутності грудного кормління малюкам з шести місяців необхідно вживати ацидофільні кисломолочні продукти для заседення ШКТ пробіотичними культурами Lbc. acidophilus. В наш час у різних країнах світу ацидофільні лактобацили вводять у дитячі молочні продукти у монокультурі, або у комплексі з різноманітними видами біфідо- та лактобактерій [м/б].

Велика увага до Lbc. acidophilus обумовлена тим, що вона не приймає участі у виникненні будь-яких патологічних процесів у організмі дитини, а, навпаки, здійснює позитивний вплив на її здоров'я [м/б]. Головним кінцевим продуктом метаболізму Lbc. acidophilus є фізіологічно активна L-молочна кислота. Антагоністична активність Lbc. acidophilus обумовлена також продукуванням, крім молочної кислоти, перекису водню й оцтової кислоти, конкуренцією за місця прикріплення до слизової оболонки різних відділів ШКТ [м/б].

Багато штамів ацидофільних бактерій мають виражену вірусоцидну дію, завдяки продукуванню високоактивного перекису водню. У високих концентраціях Lbc. acidophilus чинить вірусоцидну дію по відношенню до вірусу імунодефіциту людини. Імуностимулюючу дію лактобацил пов'язують з присутністю у їх клітинній стінці пептидогліканів та тейхоєвих кислот, відомих поліклональних індукторів імуномодуляторів [м/б]. Lbc. acidophilus виробляє бактеріоцини (лактоцидін і ацидофілін) - білкові молекули, які мають бактерицидну активність проти певних мікроорганізмів [м/б].

Lbc. acidophilus є обов'язковим компонентом пробіотичних продуктів та препаратів, оскільки вони відіграють особливу роль у мікроекології людського організму, ацидофільні бактерії разом з біфідобактеріями заселяють порожнини тіла, утворюючи біоплівку на поверхні слизових оболонок. Провідна роль Lbc. acidophilus у мікробіальних ценозах визначена високою адгезивністю [31, 32, 40].

Lbc. acidophilus широко використовуються для профілактики та лікування хворих з різними видами гострих та хронічних захворювань травного тракту, запальними процесами дихальних шляхів, бактеріальними інфекціями сечостатевої системи, як антиоксиданти та засоби, які знижують ліпідну пероксидазу та стимулюють розвиток інших лактобацил та біфідобактерій. Ці мікроорганізми мають протипухлинну активність та стимулюють різноманітні ланки імунітету [м/б]. Оральна бактеріальна терапія ацидофільними лактобацилами попереджує виникнення у дітей діарей, пов'язаних з призначенням їм антибіотиків.

Розроблені свого часу технології кисломолочних продуктів для дитячого харчування («Біолакт», ацидофільні «Малютка» і «Малиш») базуються на використанні монокультур Lbc. acidophilus у вигляді традиційних заквасок, що обмежує термін зберігання продуктів 48 годинами [190-191]. Традиційна закваска не завжди забезпечує стабільну якість продуктів та чистоту культур Lbc. acidophilus, що призводить до швидкого псування продукту. Це економічно невигідно для підприємства-виробника і робить ацидофільні кисломолочні продукти для дитячого харчування неконкурентноздатними на споживчому ринку України.

Сьогодні перспективним напрямком є використання бакконцентратів DVS - спеціальних висококонцентрованих заквасок для безпосереднього внесення у молоко із вмістом клітин 1010-1011 КУО/г. Їх виробляють у ліофілізованому вигляді і у вигляді глибоко заморожених гранул. Останні є більш активними і мають ширший асортимент. Перевагами бакконцентратів DVS є [190]: простота і зручність у використанні; стабільність співвідношення між штамами; виключення можливості внесення сторонньої мікрофлори з бакконцентратом; зниження ризику забруднення бактеріофагами; гарантія якості та кількості активних клітин; відповідність світовим стандартам; збереження традиційної технології виробництва дитячих кисломолочних продуктів при суттєвому спрощенні процесу; підвищення виходу при виробництві білкових продуктів. Бакконцентрати DVS є більш дорогими, але при їх застосуванні виключаються втрати на придбання середовища, приготування лабораторних і виробничих заквасок, проектування і обслуговування заквашувальних відділень, зарплатню персоналу, витрати теплової і електроенергії. Тому при розробці нових та удосконаленні існуючих технологій ацидофільних кисломолочних продуктів для дитячого харчування доцільно використовувати монокультури Lbc. acidophilus у вигляді бакконцентратів безпосереднього внесення. Крім того, слід вибирати бакконцентрати з підвищеними протеолітичними властивостями, це дасть змогу споживати продукти дітям, які мають алергію на білки молока, та покращить засвоюваність білків продукту [193-196].

1.5.3 Взаємодія біфідобактерій з монокультурами Lbc. acidophilus

Біфідобактерії в молоці розвиваються повільно. Швидкість кислотоутворення при вирощуванні монокультур біфідобактерій в молоці низька, що є несприятливим фактором при виробництві біфідовмісних продуктів на молочних підприємствах. Тому велику цікавість, з точки зору використання ББ в молочній промисловості представляє вивчення їх взаємодії з лактобактеріями, зокрема, з Lвс. acidophilus.

Ферментовані молочні продукти з ББ виробляють, використовуючи змішані культури, здебільшого з представниками нормальної кишкової мікрофлори, в т.ч. Lвс. acidophilus [172-179]. При спільному культивуванні ББ з Lвс. acidophilus не спостерігається антагоністична дія їх одне на одного. Кислотоутворююча активність закваски, що складається з комбінацій ББ та Lвс. acidophilus, вища, ніж така монокультур, що входять в ці комбінації [176-179]. При цьому згусток, утворений змішаними культурами, кращий за реологічними властивостями, ніж у окремих штамів. Більш того, молочні продукти, виготовлені на монокультурах ББ, мають присмак оцтової кислоти (основного продукту метаболізму), що відрізняє їх від традиційних кисломолочних продуктів. Для отримання продуктів з типовими органолептичними властивостями доцільно суміщати ББ з Lвс. аcidophilus, де цей присмак маскується високою кислотністю. Крім того, при спільному культивуванні ББ та ацидофільної палички змінюється метаболізм біфідобактерій, що виражається у зміні співвідношення між оцтовою та молочною кислотами в сторону збільшення останньої [112-113, 159, 180-181].

Доведені можливість та доцільність спільного культивування ББ та Lвс. аcidophilus [181-184]. Автори вважають [185-189], що Lвс. аcidophilus створює сприятливі умови для розмноження клітин ББ, знижуючи окисно-відновний потенціал молока до значення, необхідного для розвитку ББ. Таким чином, при спільному культивуванні ББ та Lвс. аcidophilus з дотриманням певних умов можна отримати в продукті достатньо високу концентрацію життєздатних клітин обох груп мікроорганізмів.

У ОНАХТ досліджено процес спільного культивування адаптованих до молока ББ п'яти видів (B. bifidum, B. breve, B. animalis, B. longum і B. adolescentis) з монокультурами (МК) Lвс. acidophilus La-5 у складі бакконцентрату FD DVS La-5 [мон, статті]. Встановлено, що при спільному культивуванні адаптованих до молока ББ у стерильному молоці з додаванням БФ з МК Lвс. acidophilus спостерігається синергізм. Визначено раціональні співвідношення між МК B. bifidum, B. longum, B. breve, B. аnimalis, B. adolescentis та МК Lвс. acidophilus у складі заквашувальних композицій для виробництва функціональних молочних продуктів - 1:1, 1:1, 1:10, 1:10 і 1:10, відповідно [мон, ст].

1.6 Лактулоза - класичний пребіотик для дитячих молочних продуктів

Нестача пробіотичних бактерій у кишечнику дитини може бути ліквідова-на також за допомогою продуктів, збагачених пребіотиками [35-38]. Пребіотики (за Гібсоном) - це харчові матеріали, які повністю або частково не підлягають процесу метаболізму у верхніх відділах ШКТ через відсутність специфічних ферментів, позитивно впливають на організм хазяїна шляхом селективної стимуляції розвитку та активації метаболізму корисних представників його кишкової мікрофлори (біфідобактерій, рідше - Lactobacillus) [3, 4, 35, 36].

Найбільш визнаним класичним пребіотиком, який сьогодні використовують у виробництві продуктів для дитячого харчування, є лактулоза, тому що дитячі продукти, збагачені лактулозою мають корисний вплив на організм дітей, а саме [36, 41-51]: активізують життєдіяльність біфідо- та лактобактерій та пригнічують шкідливі бактерії; пригнічують токсичні метаболіти та шкідливі ферменти; сприяють адсорбції мінералів та зміцненню кісток; полегшують запор; інгібують утворення вторинних жовчних кислот; виявляють антиканцерогенний ефект. Крім того, використання лактулози у дитячих молочних продуктах відповідає формулі «з молока - в молоко», що забезпечує в них високі органолептичні показники. Сьогодні російські вчені рекомендують використо-вувати концентрати лактулози в якості пребіотика у виробництві молочних продуктів лікувального та профілактичного призначення у кількості 0,2% [44-46, 52]. В Японії лактулозу вносять у продукти функціонального, профілактик-ного та спеціального призначення у кількості 0,1-0,8% [Яп]. Згідно «Закону про дитяче харчування» [зак] в Україні вміст лактулози у дитячих молочних продуктах повинен складати 0,2-0,5% .

Лактулозу використовують при лікуванні багатьох захворювань: хвороб печінки й підшлункової залози; запорів (крім органічних); дизмоторики шлунку, кишечника, жовчних шляхів; виразковій хворобі; нирковій недостатності; при наявності пілоричних хелікобактерій; при сальмонельозі, ентеробіозі, атонічному дерматиті, псоріазі, екземах, мікозі, гемахроматозі, цукровому діабеті 2-го типу; для зниження вмісту у крові амонієвих сполук, підвищення елімінації радіонуклідів, виведення солей важких металів, нітратів та нітритів тощо [44-46, 52].

Сучасні промислові способи отримання препаратів, які містять лактулозу, відрізняються складом вихідної сировини, режимами реакції ізомеризації, методами очищення та концентрації розчинів, видом отриманого продукту. У результаті промислові препарати з лактулозою відрізняються за вмістом сухих речовин, концентрації лактулози, ступенем очищення від проміжних продуктів реакції. Будь-яка технологія лактулози базується на реакції внутрішньомолекулярного перегруповування молекули лактози за механізмом LA-трансформації. При цьому глюкозний залишок лактози ізомеризується у фруктозний, що при-зводить до утворення дисахариду з такою ж хімічною формулою та молекулярною масою, але з іншими фізико-хімічними, біологічними та фізіологічними властивостями [69, 70]. На споживчому ринку України сьогодні представлені концентрати лактулози «Лактусан», використання яких дозволено МОЗ України у продуктах для дитячого харчування [69, 70].

1.7 Використання синбіотиків - перспективний напрям розвитку сучасної біотехнології ферментованих дитячих молочних продуктів

Термін синбіотики використовують для позначення продуктів, до складу яких входять про- і пребіотики [482, 486, 585]. Їх спільне застосування базується на ефекті синергізму від використання живих і неживих біологічно активних об'єктів, яке вимагає забезпечення певних вимог при їх відборі. Синбіотик повинен стимулювати не тільки розвиток індигенної кишкової мікрофлори, але й бути активним стосовно живих компонентів продукту, забезпечуючи ефективність їх інтродукції в ШКТ дитини і метаболізму [224, 440, 465, 521, 585,]. Концепція синбіотиків поєднує позитивні риси про- і пребіотиків і реалізується в деяких природних продуктах, наприклад ферментованих овочах. Синбіотики й синбіотичні продукти у дитячому харчуванні є новим і перспективним напрямком [224, 395, 440, 511].

До складу синбіотиків можуть включатися харчові волокна, імуномодулятори, ферменти, мікроелементи, рослинні добавки. Перелік таких препаратів і продуктів зростає дуже швидко [36, 193, 322, 323, 354]. Синбіотики можуть володіти антибактеріальними, антиканцерогенними, імуномодулюючими, антиатерогенними, антиалергенними та гіполіпідемічними властивостями [542, 543, 546, 572].

1.8 Аналіз існуючої технології напою кисломолочного для дитячого харчування «Біолакт»

У 80-х роках ХХ століття в СРСР була розроблена технологія біологічно активного НКДХ «Біолакт» [д/х, ін]. Відповідно до цієї технології було передбачено виробництво неадаптованого НКДХ «Біолакт» і частково адаптованого напою «Біолакт-2». Обидва види НКДХ «Біолакт» містять: жиру - не менше 3,2% , білків - 2,9-3,2% , вуглеводів - 8,9-9,2% , в т.ч. цукру - 4,0% , органічних кислот і золи - 1,1% ; кислотність готового продукту - 80-105 єТ. НКДХ «Біолакт-2» відрізняється від «Біолакт» тим, що його додатково збагачують мікроелементами (ферум лактатом і купрум сульфатом) та вітамінами (С і РР).

Технологічний процес виробництва НКДХ «Біолакт» включає: приймання та підготовку сировини (очищення, охолодження, резервування молока, зберігання, очищення цукру, приготування цукрового сиропу), нормалізацію молочної основи, гомогенізацію, теплове оброблення, внесення мікроелементів та вітаміну РР (для напою «Біолакт-2»), охолодження молочної основи до температури заквашування, внесення вітаміну С (для напою «Біолакт-2»), заквашування і сквашування, перемішування та охолодження згустка, розлив, охолодження та зберігання готового продукту.

Для виробництва НКДХ «Біолакт» передбачено використання молока незбираного не нижче першого ґатунку за ГОСТ 13264-88 [ГО], а також молока знежиреного або вершків, отриманих його сепаруванням. Нормалізовану молочну основу з масовою часткою жиру 3,2% і цукру 4,0% підігрівають до температури 45 °С на пластинчастому підігрівачі, очищують на сепараторі-молокоочиснику, підігрівають до температури 65 °С в нижній секції трубчастого пастеризатора, гомогенізують при тиску 17 МПа, підігрівають до температури 90-95 °С в верхній секції трубчастого пастеризатора і подають у резервуар, куди (при виробництві НКДХ «Біолакт-2») вносять мікроелементи і вітамін РР. Суміш витримують при температурі 90-95 °С протягом 30 хв, після чого охолоджують до температури заквашування (40 °С) з використанням крижаної води, яку подають у рубашку резервуара при постійному перемішуванні суміші. Після охолодження до 40 °С в пастеризовану молочну основу вносять аскорбінову кислоту і 2% закваски (Lbc. acidophilus 97 або Lbc. acidophilus 630). Культури Lbc. acidophilus, які використовують для сквашування молочної основи, володіють високими протеолітичними й антагоністичними властивостями і невисокою здатністю до кислотоутворення. Протягом 4-5 годин витримки утворюється згусток кислотністю 45 °Т. Його перемішують при наростанні кислотності до 70 °Т, одночасно він охолоджується до 20 °С, після чого продукт розливають в паперові пакети об'ємом 0,25 дм3. Зберігання продукту - при температурі не більше 6 °С протягом 24 год.

Аналіз існуючої технології НКДХ «Біолакт» дозволяє виділити такі недоліки: відсутність адаптації білкового складу продукту, що може призводити до алергенного впливу на організм малюків; незбалансований жирнокислотний склад напою; наявність у продукті високої концентрації цукру для «маскування» підвищеної кислотності; обмежена кількість вітамінів та мікроелементів у рецептурі частково адаптованого напою; використання для біотехнологічного оброблення молочної основи традиційних заквасок Lbc. acidophilus, які не можуть забезпечити тривалий термін зберігання НКДХ «Біолакт», за рахунок чого продукт не може бути конкурентноздатним на споживчому ринку, а його технологія не є привабливою для заводів та цехів з виробництва кисломолочних продуктів для дитячого харчування.

ВИСНОВКИ ДО РОЗДІЛУ 1

1. На основі аналізу літературних та патентних джерел встановлено, що однією з причин нестачі на українському споживчому ринку кисломолочних продуктів для дитячого харчування, які вироблялись би виключно з використанням пробіотичних заквашувальних культур і мали підвищені гіпоалергенні, пробіотичні, імуномодулюючі властивості й були конкурентноздатними за рахунок подовженого терміну зберігання, є відсутність науково обґрунтованих та клінічно апробованих технологій їх виробництва.

2. Перспективним напрямком щодо зниження алергенного впливу продуктів молочних для дитячого харчування, в т.ч. напою кисломолочного «Біолакт», на організм малюків є часткова ферментація білків молочної основи, в т. ч. алергенних фракцій, з використанням протеолітичних ферментів.

3. Для часткової адаптації до молока жіночого складу молочної основи НКДХ «Біолакт» доцільно збагачення її ПНЖК, вітамінами та мінеральними речовинами, дозволеними до використання у дитячому харчуванні МОЗ України.

4. Для удосконалення технології НКДХ «Біолакт» з метою підвищення пробіотичних, імуномодулюючих, гіпоалергенних властивостей, зниження рівня кислотності і подовження терміну зберігання продукту необхідно створення нових заквашувальних композицій на основі бакконцентратів Lbc. acidophilus безпосереднього внесення з підвищеними протеолітичними й антагоністичними властивостями, та адаптованих до молока біфідобактерій, які колонізують кишечник малюків.

5. Перспективним напрямком в удосконаленні технології НКДХ «Біолакт» є використання біфідогенних факторів, зокрема фруктози, та лактулози як пребіотика з метою отримання синбіотичного продукту з високими пробіотичними властивостями.

РОЗДІЛ 2. ПРОГРАМА ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Теоретичні та експериментальні дослідження щодо удосконалення технології напою кисломолочного для дитячого харчування (НКДХ) «Біолакт» виконані в Одеській національній академії харчових технологій (ОНАХТ) та Луганському національному аграрному університеті (ЛНАУ). Дослідження проведені на кафедрах технології молока та сушіння харчових продуктів, біохімії, мікробіології та фізіології харчування, хімії та безпеки харчових продуктів, технологічного обладнання харчових виробництв, у проблемній науково-дослідницькій лабораторії ОНАХТ, а також на кафедрі технології молока і молочних продуктів ЛНАУ. Дослідження фракційного й амінокислотного складу білків, а також жирнокислотного складу жирового компонента НКДХ «Біолакт» проведені в Інституті продовольчих ресурсів (ІПР) НААН України.

При виконанні роботи використовували комплекс загальноприйнятих і спеціальних фізичних, хімічних, біохімічних, фізико-хімічних, мікробіологічних, математичних методів, відкорегованих для роботи з молочною сировиною і напоями кисломолочними для дитячого харчування.

Промислову апробацію розробленої технології НКДХ «Біолакт» та випуск дослідних партій продукції було реалізовано у виробничих умовах ТОВ «Молочна торгова компанія» (ТОВ «МТК»), м. Луганськ (Додаток А). Медико-біологічні дослідження НКДХ «Біолакт» здійснювали на базі віварію Луганського національного аграрного університету (Додаток Ж).

2.1 Програма та організація проведення досліджень

Основні напрямки досліджень, послідовність та взаємозв'язок етапів удосконалення технології НКДХ «Біолакт» відображено в програмі, наведеній на рис. 2.1.

2.1.1 Теоретичний етап

Перший етап виконання роботи було присвячено теоретичному аналізу літературних та патентних джерел щодо світових тенденцій у розвитку індустрії дитячого харчування, стану споживного ринку молочних продуктів для дитячого харчування в Україні, порівняння складу жіночого та коров'ячого молока, а також принципів адаптації коров'ячого молока до жіночого. На основі детального аналізу існуючої технології НКДХ «Біолакт» та сучасних вимог до молочних продуктів для дитячого харчування було вибрано про- і пребіотики, фруктозу як БФ, лактулозу як пребіотик для удосконалення технології НКДХ «Біолакт».

2.1.2 Організація експериментальних досліджень щодо обґрунтування складу збагаченої молочної основи для удосконалення технології напою кисломолочного для дитячого харчування «Біолакт»

Перший етап обґрунтування складу збагаченої молочної основи для удосконалення технології НКДХ «Біолакт» полягав у виборі протеолітичних ферментів (NATUREN Stamix 1150 NB (сичужний порошок), пепсин яловичий, CHY-MAX Extra (100% -вий хімозин) - табл. 2.1) для гідролізу білків у молоці знежиреному з метою зниження вмісту в ньому алергенних фракцій білків, що сприятиме зниженню алергенного впливу продукту на організм малюків та кращому його засвоєнню.

Таблиця 2.1 Характеристика протеолітичних ферментів, використаних при проведенні досліджень (за даними виробників)

Вміст ферментів у молоці знежиреному варіювали від 0,05 до 0,25 мг/100 г з інтервалом 0,05 мг/100 г. Молоко знежирене перед внесенням ферментів пастеризували при температурі (85±1) єС протягом 20 с для виключення впливу мікробіальних ферментів, присутніх у сирому молоці, після чого охолоджували до температури ферментації - 35, 40 або 45 єС і вносили протеолітичний фермент у необхідній кількості. Ферментацію здійснювали протягом 120 хв при зазначених температурах. Через кожні 20 хв відбирали проби зразків, пастеризували при температурі (80±1) єС протягом 20 с для припинення дії ферменту, охолоджували до 20 єС, після чого визначали у зразках фракційний склад білків, органолептичні та фізико-хімічні показники. На основі проведених досліджень обґрунтували доцільність використання пепсину яловичого для ферментації білків молока знежиреного і встановили раціональні параметри процесу.

Оптимізацію жирнокислотного складу молочної основи для виробництва НКДХ «Біолакт» на відповідність вимогам нутриціології до продуктів для дитячого харчування [9, 10 ст.] здійснювали за ступенем наближення вмісту жирних кислот у молочній основі до такого у молоці жіночому з використанням табличного процесора MS Exсel (Додаток В). В якості жирових компонентів використовували вершки молочні, отримані при сепаруванні молока коров'ячого незбираного, та поліненасичені жирні кислоти (ПНЖК) омега-3 у складі комплексу FT EU виробництва «Fortitech» (Данія) - табл. 2.2, дозволеного до використання у продуктах для дитячого харчування центральним органом виконавчої влади в сфері охорони здоров'я України при наявності висновку державної санітарно-епідеміологічної експертизи та сертифікату відповідності.

Таблиця 2.2 Характеристика комплексу ПНЖК омега-3 FT EU, використаного для оптимізації жирнокислотного складу НКДХ «Біолакт»

Введення ПНЖК омега-3 до складу молочно-жирової основи НКДХ «Біолакт» підвищує його прооксидантні властивості, тому для зниження здатності жирової складової продукту до окиснення, а також для адаптації вітамінного й мінерального складів НКДХ «Біолакт» до складу молока жіночого рекомендовано збагачувати молочно-жирову основу вітамінами та/або мінеральними речовинами антиоксидантного ряду.

Аналіз українського ринку вітамінних та мінеральних комплексів свідчить про доцільність використання у складі збагаченої молочно-жирової основи для виробництва НКДХ «Біолакт» вітамінного комплексу FT 041081EU виробництва «Fortitech» (Данія), який включає 12 необхідних для дитячого організму вітамінів (табл. 2.3), а також комплексу мінералів FT 042836EU виробництва «Fortitech» (Данія), до складу якого входять залізо, цинк та йод - табл. 2.4. Вітамінний та мінеральний комплекси дозволені до використання у продуктах для дитячого харчування центральним органом виконавчої влади в сфері охорони здоров'я України при наявності висновку державної санітарно-епідеміологічної експертизи та сертифікату відповідності.

Таблиця 2.3 Характеристика комплексу вітамінів FT 041081EU, використаного при проведенні досліджень

Таблиця 2.4 Характеристика комплексу мінеральних речовин FT 042836EU, використаного при проведенні досліджень

Масові частки комплексів вітамінів та мінеральних речовин встановлювали у відповідності з рекомендаціями науковців, медпрацівників [5, 6, 12 ст. Н Київ] та із врахуванням антиоксидантних характеристик ЗМО, які визначали за двома показниками - антиоксидантною активністю (АА) та вмістом малонового діальдегіду (МД). Масові частки комплексів вітамінів та мінеральних речовин у ЗМО варіювали від 8 до 11 мг/100 г основи з інтервалом 1 мг. На основі проведених досліджень обґрунтували раціональні масові частки комплексів вітамінів та мінеральних речовин у складі ЗМО для виробництва НКДХ «Біолакт».

Для стимулювання росту та розвитку біфідобактерій у ЗМО до неї вносили фруктозу як біфідогенний фактор (масову частку фруктози у молочно-жировій основі прийняли 0,1% за рекомендаціями [мон, ст. Ю]), а для забезпечення сталої концентрації життєздатних клітин біфідобактерій у НКДХ «Біолакт» протягом тривалого терміну зберігання та підвищення здатності біфідобактерій до адгезії в кишечнику малюків готовий продукт збагачували лактулозою у кількості 0,5% від маси продукту [закон].

2.1.3 Організація експериментальних досліджень щодо обґрунтування складу заквашувальної композиції для удосконалення технології напою кисломолочного для дитячого харчування «Біолакт»

Для обґрунтування складу заквашувальної композиції для удосконалення технології НКДХ «Біолакт» на першому етапі здійснювали вибір заквашувальних культур. Існуюча технологія НКДХ «Біолакт» базується на ферментації збагаченої молочної основи монокультурами (МК) Lbc. acidophilus [дит. хар]. Враховуючи світові тенденції розвитку індустрії дитячого харчування (п. 1. [ст. Чаг.]), рекомендовано для виробництва продукту використовувати бакконцентрати МК Lbc. acidophilus безпосереднього внесення. На ринку України представлені бакконцентрати МК Lbc. acidophilus безпосереднього внесення, перелік яких наведено в табл. 2.5. З метою вибору бакконцентратів МК Lbc. acidophilus безпосереднього внесення для удосконалення технології НКДХ

Таблиця 2.5 Характеристика бакконцентратів монокультур Lbc. acidophilus безпосереднього внесення, використаних при виконанні досліджень

«Біолакт» було визначено активність їх кислотоутворення (за тривалістю ферментації молока стерилізованого з масовою часткою жиру 1,0% , титрованою й активною кислотністю ферментованих згустків), реологічні характеристики ферментованих згустків (вологоутримуючу здатність (ВУЗ) та умовну в'язкість), кількість життєздатних клітин Lbc. acidophilus у 1 см3 згустків, протеолітичні властивості, а також антагоністичні властивості МК Lbc. acidophilus щодо патогенних і умовно-патогенних бактерій (St. aureus, Salmonella, E. coli, Bac. subtilis). На основі проведених досліджень надано рекомендації щодо використання бакконцентрату FD DVS La-5 для удосконалення технології НКДХ «Біолакт».

Для підвищення пробіотичних і антагоністичних властивостей НКДХ «Біолакт», а також подовження терміну його зберігання доцільно до складу заквашувальної композиції для його виробництва, крім МК Lbc. acidophilus, залучити біфідобактерії, які колонізують кишечник дітей і знаходяться у симбіозі з МК Lbc. acidophilus [м, б/б, бан, ст, д/х]. На основі аналізу літературних і патентних джерел щодо змін мікрофлори кишечника протягом перших років життя людини (п. 1. ) встановлено, що кишечник новонароджених дітей, в основному, колонізують біфідобактерії - вони складають до 95% мікрофлори кишечника дитини [б/б, степ, Іт.]. Серед видів біфідобактерій, які колонізують кишечник малюків, переважають B. infantis, B. longum і B. bifidum, тому ці види ББ були обрані як пробіотичні культури для удосконалення технології НКДХ «Біолакт».

На кафедрі ТМ та СХП ОНАХТ розроблено заквашувальну композицію зі ЗК адаптованих до молока ББ для виробництва продуктів для дитячого харчування: МК B. bifidum 1 + МК B. longum Я3 + МК B. infantis 512 у співвідношенні 1:1:10 і розроблено технології сиру та напою кисломолочних для дитячого харчування з подовженим терміном зберігання та гіпоалергенним впливом з її використанням [НАЗ, Св.]. Таку заквашувальну композицію зі ЗК B. bifidum 1 + B. longum Я3 + B. infantis 512 було використано при проведенні досліджень щодо удосконалення технології НКДХ «Біолакт» (характеристика монокультур ББ наведена в табл. 2.6).

Таблиця 2.6 Характеристика монокультур біфідобактерій, використаних у роботі

У попередніх дослідженнях Н.А. Ткаченко (Дідух) [мон, ст] встановлено раціональне співвідношення МК Lbc. acidophilus La-5 у складі бакконцентрату FD DVS La-5 з МК B. bifidum і МК B. longum: показано, що для отримання ферментованих продуктів з максимально можливою концентрацією життєздатних клітин всіх пробіотичних культур, введених до складу заквашувальних композицій, співвідношення між МК Lbc. acidophilus La-5 і МК B. bifidum (або МК B. longum) повинно складати 1 : 1 при вихідній концентрації клітин у молочній сировині 1•105 КУО/см3. Тому в дисертаційній роботі автором було встановлено раціональне співвідношення між МК МК Lbc. acidophilus La-5 у складі бакконцентрату FD DVS La-5 і МК B. infantis 512, виділеними з медичного препарату «Лінекс» і адаптованими до молока (адаптацію МК B. infantis 512 до молока здійснювали у відповідністю з рекомендаціями, наведеними у [мон, Наз]).

Для експериментальних досліджень щодо встановлення раціонального співвідношення між МК Lbc. acidophilus La-5 і МК B. infantis 512 були складені чотири заквашувальні композиції: композиція 1 - співвідношення ББ і лактобацил 1:1, вихідна концентрація культур у молоці - 1•105 КУО/см3; композиція 2 - співвідношення ББ і лактобацил 1:1, вихідна концентрація культур у молоці - 1•106 КУО/см3; композиція 3 - співвідношення ББ і лактобацил 10:1, вихідна концентрація ББ у молоці - 1•106 КУО/см3; лактобацил - 1•105 КУО/см3; композиція 4 - співвідношення ББ і лактобацил 1:10, вихідна концентрація ББ у молоці - 1•105 КУО/см3; лактобацил - 1•106 КУО/см3 [Статья]. Для виключення впливу залишкової мікрофлори на розвиток мікроорганізмів, включених до складу заквашувальних композицій, дослідження проводили на стерилізованому молоці. У нормалізоване молоко з масовою часткою жиру 1,5% до теплового оброблення вносили фруктозу як БФ; масова частка фруктози складала 0,1% від маси молока [мон, Наз]. Стерилізацію нормалізованого молока здійснювали при температурі (120±1) °С протягом (20±1) хв, після чого охолоджували до температури ферментації - (37±1) °С і вносили МК B. infantis 512 та МК Lвс. acidophilus Lа-5 у вказаних співвідношеннях.

У процесі ферментації контролювали активність кислотоутворення за змінами титрованої й активної кислотності, зміни в'язкості та кількості життєздатних клітин біфідобактерій і лактобацил в 1 см3 молока, розраховували питому швидкість росту МК B. infantis 512 і МК Lbc. acidophilus La-5. Ферментовані згустки охолоджували до температури 4-6 ° С і визначали в них органолептичні, фізико-хімічні та мікробіологічні показники якості. На основі проведених досліджень встановили, що раціональне співвідношення між МК B. infantis 512 і МК Lbc. acidophilus La-5 у складі заквашувальної композиції для виробництва НКДХ «Біолакт» повинно складати 10:1 при вихідній концентрації ББ у молоці - 1•106 КУО/см3; лактобацил - 1•105 КУО/см3.

Ґрунтуючись на проведених дослідженнях, рекомендували для удосконалення технології НКДХ «Біолакт» використовувати заквашувальну композицію із МК Lbc. acidophilus La-5 і ЗК B. bifidum 1 + B. longum Я3 + B. infantis 512, адаптованих до молока, у співвідношенні 1 : 1 : 1 : 10 (вихідна концентрація лактобацил у молоці при заквашуванні - 1•105 КУО/см3, МК B. bifidum 1, МК B. longum Я3 і МК B. infantis 512 - 1•105, 1•105 і 1•106 КУО/см3, відповідно).

Для встановлення біотехнологічних особливостей спільного росту та розвитку МК Lbc. acidophilus La-5 і ЗК B. bifidum 1 + B. longum Я3 + B. infantis 512 здійснювали їх культивування у стерилізованому молоці з додаванням фруктози при температурі (37±1) °С. При спільному культивуванні ЗК ББ із МК Lbc. acidophilus La-5 контролювали ті ж показники, що й при культивуванні МК B. infantis 512 і МК Lbc. acidophilus La-5, розраховували питому швидкість росту ЗК ББ і МК Lbc. acidophilus La-5 у складі заквашувальної композиції в порівнянні з ростом кожної окремо взятої МК ББ у складі композиції з МК Lbc. acidophilus La-5.

Для визначення можливості виробництва НКДХ «Біолакт» з використанням розробленої заквашувальної композиції із МК Lbc. acidophilus La-5 і ЗК ББ з тривалим терміном зберігання та впливу культур, введених до складу композиції, одна на одну, досліджували процес зберігання ферментованих згустків, отриманих ферментацією стерилізованого молока, збагаченого фруктозою, заквашувальною композицією із МК Lbc. acidophilus La-5 і ЗК ББ, а також заквашувальними композиціями із МК Lbc. acidophilus La-5 і МК введених до складу композиції ББ, внесених у молоко при інокуляції у відповідних концентраціях. У процесі зберігання пробіотичних згустків контролювали зміну їх кислотності (титрованої й активної), в'язкості, ВУЗ, а також кількості життєздатних клітин МК Lbc. acidophilus La-5 і ЗК/МК ББ в 1 см3 протягом 28 діб з інтервалом 7 діб.

Заключним етапом досліджень стало визначення впливу рецептурних компонентів ЗМО на протеолітичну й антагоністичну активність розробленої заквашувальної композиції.

Результати досліджень щодо розробки складу збагаченої молочної основи та заквашувальної композиції для удосконалення технології НКДХ «Біолакт» були взяті за основу при розрахунку рецептур продукту.

2.1.4 Організація експериментальних досліджень щодо обґрунтування параметрів технологічного процесу виробництва напою кисломолочного для дитячого харчування «Біолакт»

Отримання стійкої емульсії готового НКДХ «Біолакт» з високою кінетичною стійкістю забезпечували шляхом гомогенізації збагачених вершків з масовою часткою жиру 45,0% з використанням двоступеневого гомогенізатора клапанного типу. Тиск гомогенізації при проведенні експериментальних досліджень варіювали від 5 до 14 МПа з інтервалом 3 МПа (тиск гомогенізації на другому ступені складав 1/2 від тиску гомогенізації на першому ступені), температуру - від 55 до 75 °С з інтервалом 10 °С. Вибір оптимальних параметрів гомогенізації збагачених вершків здійснювали з використанням комплексного показника ефективності гомогенізації Кп (функції бажаності), який враховує сумарний ефект визначення ефективності процесу гомогенізації за величинами відстою жиру Вж та ефективності гомогенізації Ег у гомогенізованій збагаченій молочній сировині (п. 2.3.8):

Кп = v d1 d2 , (2.1)

де d1 - ефективність гомогенізації Ег, перетворена у шкалу d;

d2 - відстій жиру Вж у гомогенізованій ЗМО, перетворений у шкалу d.

Для визначення ефективності режиму теплового оброблення ЗМО здійснювали її пастеризацію за традиційним у технології НКДХ «Біолакт» режимом: пастеризували збагачену молочну основу, отриману із молока коров'ячого ґатунків екстра і вищий, при температурі 90-95 °С з витримкою 10, 20 та 30 хв [ ]. Обґрунтування режиму пастеризації ЗМО у технології НКДХ «Біолакт» з подовженим терміном зберігання здійснювали із врахуванням забезпечення нормованих мікробіологічних, органолептичних, фізико-хімічних, реологічних показників якості готового продукту, а також високих показників харчової та біологічної цінності і пробіотичних властивостей НКДХ «Біолакт».

Для дослідження процесу ферментації складали чотири експериментальні зразки: ЗМО з масовою часткою жиру 3,2% готували на основі молока знежиреного коров'ячого з частково гідролізованим білком (гідроліз білка здійснювали з використанням пепсину яловичого за рекомендованим режимом), збагаченого фруктозою як БФ. Нормалізацію знежиреного молока з гідролізованим білком здійснювали збагаченими вершками з масовою часткою жиру 45% (вершки, отримані сепаруванням молока коров'ячого незбираного ґатунків екстра або вищий, збагачували ПНЖК омега-3 у складі комплексу FT EU у рекомендованій кількості), гомогенізованими за рекомендованим режимом. Нормалізоване за масовою часткою жиру молоко перемішували і ділили на чотири частини. У зразок 1 додатково нічого не вносили, для приготування зразка 2 підготовлену молочну основу збагачували вітамінним комплексом FT 041081EU у рекомендованій кількості, для приготування зразка 3 - комплексом мінералів FT 042836EU у рекомендованій кількості, для приготування зразка 4 - вітамінним комплексом FT 041081EU та комплексом мінералів FT 042836EU у рекомендованих кількостях. Приготовані зразки 1-4 перемішували, нагрівали до температури 90-95 єС, витримували при зазначеній температурі протягом 10 хв у тарі, в якій у подальшому здійснювали охолодження до температури заквашування - (37±1) єС, заквашування, сквашування та охолодження. У охолоджені до температури (37±1) єС зразки 1-4 вносили закваску FD DVS La-5 у кількості 1 г на 1000 кг суміші (вихідна концентрація лактобацил складала 1•105 КУО/см3 ЗМО) і адаптовані до молока МК B. bifidum, МК B. longum, МК B. іnfаntis у кількості, які забезпечували вихідну концентрацію вказаних МК ББ 1•105, 1•105 та 1•106 КУО/см3, відповідно [ст. журн.12]. Заквашені зразки 1-4 перемішували 15-20 хв і сквашували при зазначеній температурі до досягнення ізоелектричного стану. За контрольний зразок використовували молоко коров'яче нормалізоване з масовою часткою жиру 3,2% без попереднього гідролізу білків, оброблене за тими ж режимами і заквашене закваскою FD DVS La-5 у кількості 1 г на 1000 кг молока.

У процесі ферментації контролювали активність кислотоутворення розробленої заквашувальної композиції за зміною титрованої й активної кислотності ЗМО, зміну в'язкості, кількості життєздатних клітин ЗК ББ та МК Lbc. acidophilus La-5 в 1 см3 (у контрольному зразку визначали лише зміну кількості МК Lbc. acidophilus La-5) та розраховували питому швидкість їх росту.

Для обґрунтування граничного терміну зберігання НКДХ «Біолакт» виробляли експериментальні та контрольний зразки продукту резервуарним способом аналогічно зразкам, приготованим для дослідження процесу ферментації. Отримані при сквашуванні експериментальні зразки 1-4 ділили на дві частини, першу частину зразків охолоджували до температури (20±2) °С, перемішували 15 хвилин, вносили лактулозу у кількості 0,5% від маси продукту, перемішували 15 хвилин і фасували до герметичної тари; другу частину зразків охолоджували до температури (20±2) °С, перемішували 15 хвилин і фасували до герметичної тари. Розфасовані в герметичну тару зразки доохолоджували до температури (4±2) °С і направляли на зберігання при зазначеній температурі протягом 28 діб. За контрольний зразок використовували молоко коров'яче з масовою часткою жиру 3,2% , сквашене при температурі (37±1) °С з використанням закваски FD DVS La-5, розфасоване у герметичну тару і доохолоджене до температури (4±2) °С. Вироблені зразки НКДХ «Біолакт» зберігали при температурі (4±2) °С протягом 28 діб. У процесі зберігання з інтервалом у 4 доби визначали органолептичні, фізико-хімічні, біохімічні та мікробіологічні показники у порівнянні з контрольним зразком, що дозволило обґрунтувати граничний термін зберігання продукту при зазначеній температурі.

Заключним етапом досліджень стали розрахунок рецептур, розробка технології та нормативної документації (Додаток Б) на виробництво НКДХ «Біолакт» з підвищеними пробіотичними властивостями, подовженим терміном зберігання та гіпоалергенним впливом; промислова апробація розробленої технології (Додаток А); визначення хімічного складу, органолептичних, фізико-хімічних, біохімічних та мікробіологічних показників якості, харчової, енергетичної та біологічної цінності НКДХ «Біолакт»; проведення медико-біологіч-них досліджень продукту (Додаток Е); визначення економічної ефективності від впровадження удосконаленої технології НКДХ «Біолакт» (Додаток Д).

2.2 Сировина та фізіологічно функціональні харчові інгредієнти, використані при проведенні досліджень

За сировину при проведенні експериментальної частини роботи використовували молоко коров'яче незбиране за ДСТУ 3662-97 ґатунків екстра та вищий [63]; молоко коров'яче знежирене кислотністю не вище 19 єТ, густиною не нижче 1,030 г/см3, і вершки з масовою часткою жиру 45% , отримані при сепаруванні молока коров'ячого незбираного не нижче вищого ґатунку; ФФХІ -фруктозу за ТУ 9111-011-359-37677-02 [456]; сироп лактулози «Лактусан», дозволений до використання у виробництві продуктів для дитячого та дієтичного харчування МОЗ України (П № 011717/02); протеолітичні ферменти (сичужний порошок, пепсин яловичий, 100% -вий хімозин), дозволені до використання у продуктах для дитячого харчування центральним органом виконавчої влади в сфері охорони здоров'я України при наявності висновку державної санітарно-епідеміологічної експертизи та сертифікату відповідності (табл. 2.1); комплекс ПНЖК омега-3 FT EU (табл. 2.2), комплекс вітамінів FT 041081EU (табл. 2.3) і комплекс мінеральних речовин FT 042836EU (табл. 2.4), виробництва «Fortitech» (Данія), дозволені до використання у продуктах для дитячого харчування центральним органом виконавчої влади в сфері охорони здоров'я України при наявності висновку державної санітарно-епідеміологічної експертизи та сертифікату відповідності. Характеристика молочної сировини, БФ та пребіотиків, використаних при проведенні досліджень, наведена в табл. 2.7 і 2.8, відповідно.

В якості МК Lbc. acidophilus використовували бакконцентрати DVS, отримані ліофільним сушінням (або заморожуванням) і надані для досліджень компаніями «CHR. Hansen», «ALCE MOFIN GROUPPО» (Італія), Інститутом продовольчих ресурсів НААН України - табл. 2.5; в якості монокультур біфідобактерій - 3 штами пробіотичних культур біфідобактерій, два з яких було взято для досліджень з колекції кафедри біохімії, мікробіології та фізіології харчування ОНАХТ, один - виділено з медичного препарату «Лінекс» (табл. 2.6).

Технологічні властивості використаних при виконанні досліджень адаптованих до молока монокультур біфідобактерій щодо молока коров'ячого з масовою часткою жиру 1,0% , досліджені Н.А. Дідух (Ткаченко) та Ю.В. Назаренко і наведені в роботах [--], представлені в табл. 2.9; технологічні властивості бакконцентратів МК Lbc. acidophilus безпосереднього внесення щодо молока коров'ячого з масовою часткою жиру 1,0% , досліджені автором особисто, наведені в табл. 2.10 (вихідна концентрація клітин МК Lbc. acidophilus при інокуляції - 1•105 КУО/см3).

Таблиця 2.7 Характеристика молочної сировини, використаної при виконанні досліджень