Комплексный обогатитель пищевого продукта

Изобретение относится к пищевой промышленности и биотехнологии. Комплексный обогатитель пищевых продуктов получен путем культивирования пробиотических микроорганизмов - представителей нормальной микрофлоры человека, до максимального накопления биомассы с последующим отделением микроорганизмов. Полученный продукт характеризуется содержанием основных экзометаболитов, в мг/л: экзополисахариды 50,0-400,0, органические кислоты, в пересчете на молочную кислоту 9,0-12,0, витамины группы В 80,0-100,0. Состав биологически активных соединений бактериального происхождения позволяет использовать его в качестве комплексного обогатителя пищевых продуктов. Комплексный обогатитель, и продукт, полученный с его использованием, обладают метаболической активностью с положительным влиянием на организм человека. Это обеспечивает стандартизацию пищевых продуктов по норме суточного потребления биологически активных веществ, содержащихся в обогатителе компонентов. 3 табл.

 

Изобретение относится к пищевой промышленности и биотехнологии, касается комплексного обогатителя пищевого продукта и может быть использовано для приготовления различных пищевых продуктов, например напитков, функциональных напитков, муссов, джемов, желе, мороженого повышенной питательной ценности.

По данным Института питания РАМН, у большинства населения диагностируется недостаточная обеспеченность организма многими витаминами (С, Е, группы В, β-каротином) и макро- и микроэлементами (кальций, магний, йод, селен, цинк, медь). У 40% взрослого населения выявляются различные нарушения иммунной системы, у 95% имеют место нарушения микроэкологического статуса, что приводит к росту заболеваний, особенно сердечно-сосудистых, инфекционных, аллергических и онкологических.

В соответствии с принятой в нашей стране Концепцией государственной политики в области здорового питания населения одним из важных направлений научных разработок является создание технологий производства качественно новых пищевых продуктов с направленным изменением химического состава, соответствующим физиологическим потребностям человека, которые в последние годы получили название здоровых (функциональных) продуктов питания. Эти продукты разрабатываются с учетом возраста, пола, национальной принадлежности потребителя, условий его проживания, среды обитания, производственных условий и т.д.

В настоящее время широко известно использование пробиотических микроорганизмов в пищевых продуктах, таких как кисломолочные напитки, соки, квасы, мороженое и другие (см. патенты RU 2061392, RU 1296091, RU 2294647, RU 2287281, RU 2130269, RU 2218847, RU 2221432). Однако установлено, что использование живых пробиотических микроорганизмов может привести к проблемам нарушения экологии и возникновению заболеваний человека (Б.А.Шендеров. Медицинская микробная экология и функциональное питание. Том III. Пробиотики и функциональное питание. М.: Грантъ. 2001. 217-224; Salminen М.К., Rautelin Н., Tynkkynen S. et al. Lactobacillus bacteremia, species identification, and antimicrobial susceptibility of 85 blood isolates. Clin Infect Dis. 2006; 42:35-44).

Из уровня техники известно применение супернатанта культуры Bifidobacterium, обладающего способностью предотвращать колонизацию кишечника патогенными бактериями, вызывающими диарею для получения принимаемого внутрь средства, в частности представляющего собой пищевой продукт, выбираемый из молока, йогурта, творога, сыра, корма для домашних животных и т.п. (см. РСТ/ЕР 00/07208).

Однако выше указанное средство предназначено для лечения и/или профилактики нарушений, ассоциируемых с диареей.

Сейчас на рынке присутствуют препараты на основе метаболитов пробиотических микроорганизмов, например Хилак форте (Е.А.Белоусова. Синдром избыточного бактериального роста в тонкой кишке в свете общей концепции о дисбактериозе кишечника: взгляд на проблему. Фарматека. 2009, №2: 8-16). Использование таких препаратов исключает возможное отрицательное действие живых микроорганизмов. К недостаткам данных препаратов можно отнести ограниченность их использования, обусловленную биологической активностью присутствующих в них метаболитов, и трудоемкость процесса выделения необходимых метаболитов.

В качестве ближайшего аналога можно рассмотреть молочную сыворотку, которая содержит в своем составе метаболиты микроорганизмов, используемых в молочной промышленности для приготовления кисломолочных продуктов (творога, сыра). Эта сыворотка используется для производства пищевых продуктов, например, напитков функционального назначения, обогащая их витаминами, органическими кислотами, микро- и макроэлементами (см. RU 2252681). К недостаткам использования молочной сыворотки можно отнести достаточно невысокое содержание биологически активных метаболитов. Кроме того, для производства молочной сыворотки не используют пробиотические микроорганизмы, выделенные из микробиоценоза человека, что снижает спектр и биоусвояемость полезных для здоровья человека метаболитов, а так же может содержать токсичные для человека метаболиты.

Задачей настоящей разработки является получение комплексного обогатителя для различных пищевых продуктов, снимающий недостатки аналогов и повышающий питательную ценность продуктов.

В результате проведенных исследований было установлено, что бесклеточный фильтрат или супернатант, являющийся отходом при производстве заквасок прямого внесения, отходом производства бактерийных препаратов и бактерийных концентратов на основе биомассы пробиотических микроорганизмов - представителей нормальной микрофлоры человека является ценным источником таких метаболитов бактерий как: витамины, органические кислоты, полисахариды и другие функциональные пищевые ингредиенты. Кроме того, учитывая факт того, что микрофлора (источник пробиотического штамма) является видоспецифичной и активно участвует в усвоении макро- и микронутриентов того вида макроорганизма, которому она присуща, можно говорить о том, что данный бесклеточный фильтрат или супернатант будет обладать высокой питательной эффективностью и биоусвояемостью для человека.

Таким образом, использование отхода производства бактерийных препаратов и бактерийных концентратов на основе биомассы пробиотических микроорганизмов - представителей нормальной микрофлоры человека в качестве комплексного обогатителя пищевого продукта позволяет повысить не только содержание витаминов, органических кислот, аминокислот, полисахаридов и микроэлементов, но и их биодоступность.

Технический результат заключается в возможности стандартизации пищевых продуктов по норме суточного потребления, содержащихся в обогатителе компонентов. Важным является и экономический эффект, позволяющий создать безотходное производство.

Сущность изобретения поясняется на следующих примерах, показывающих получение и использование комплексного обогатителя, полученного путем культивирования пробиотических микроорганизмов - представителей нормальной микрофлоры человека, до максимального накопления биомассы с последующим отделением микроорганизмов. Бактериальную взвесь получают путем глубинного культивирования производственного штамма бактерий - представителя нормальной микрофлоры человека на регламентированных питательных средах или средах, пригодных для культивирования этих микроорганизмов. Содержание колониеобразующих клеток в бактериальной взвеси должно составлять максимально возможное значение (обычно не менее 10⁸-10⁹ КОЕ/мл), что обеспечивает максимальное содержание биологически активных экзометаболитов. Бактериальную взвесь отделяют известными способами. Например, подвергают центрифугированию при 5000-10000 об/мин в течение 5-20 мин при 4-6°С. Культуральную жидкость стерилизуют фильтрованием (например, фильтровальная система Millipore). Бесклеточная культуральная жидкость может храниться в нативном, замороженном виде или в виде порошка, полученного различными видами сушки.

Полученный по данной технологии продукт представляет собой комплексный обогатитель пищевых продуктов, имеет состав в мг/л:

экзополисахариды	50,0-400,0
органические кислоты,
в пересчете на молочную кислоту	9,0-12,0
витамины группы В	80,0-100,0

Пример 1. Культивирование микроорганизмов.

Готовят экспериментальную гидролизатно-молочную среду для культивирования микроорганизмов следующего состава:

агар	1,0 г
пептон	20,0 г
натрий хлористый	3,5 г
лактоза	10,0 г
цистин (или цистеин) солянокислый	0,15 г
гидролизованное молоко	500 мл
вода	500 мл
натрий гидроокись	40% раствор для выведения рН среды.

В небольшом количестве разведенного водой гидролизата расплавляют агар при постоянном помешивании. К остальному количеству гидролизата добавляют пептон и хлористый натрий, смесь нагревают до температуры 80±2°C, после чего соединяют с расплавленным агаром. В смеси устанавливают активную кислотность NaOH - 40% в количестве 7,4±0,1 pH, кипятят в течение 15±1 мин, дают отстояться, сливают с осадка, не фильтруя, доливают горячей дистиллированной водой до заданного объема и добавляют в нее лактозу и солянокислый цистеин. Среду разливают в пробирки высоким столбиком по 10 мл, флаконы, матрацы и т.д. и стерилизуют при температуре 112±1°C в течение 30±1 мин с предварительным подогревом автоклава паром в течение 30±1 мин, активная кислотность готовой среды 7,1±0,1 pH.

Засев среды осуществляют штаммами Bifidobacterium longum 379 В или Lactobacillus acidophilus NK1, восстановленными по традиционной технологии. Культивируют в течение 24-48 ч. Контроль продолжительности культивирования осуществляют до накопления биомассы в концентрации 5×10⁸-10⁹ КОЕ/мл.

Пример 2. Получение комплексного обогатителя.

Полученную бактериальную взвесь подвергают центрифугированию при 5000 об/мин в течение 15 мин при 4°C на центрифуге Beckman J6B. Вес осадка, т.е. биомассы клеток, составил 42 г. Культуральную жидкость стерилизуют фильтрованием через мембрану с размером пор 22 мкм (фильтровальная система Millipore). Фильтровальная система предварительно стерилизовалась.

Состав полученных супернатантов представлен в табл.1 и 2.

Готовый продукт фасовали по 50 мл в стерильные флаконы и хранили при -70°С, или добавляли 1.5 л бензоата натрия до 0.1% и хранили при 4°C.

Установлено, что продуцируемый пробиотическими микроорганизмами, представителями нормальной микрофлоры человека, в культуральную жидкость сбалансированный состав специфических экзометаболитов, таких как: органические кислоты, витамины группы В и экзополисахариды, позволяет использовать его в качестве комплексного обогатителя продуктов питания, лечебно-профилактических напитков, напитков функционального назначения.

Пример 3. Напиток с томатным соком.

Вырабатывают из разведенного супернатанта Bifidobacterium longum 379 В с добавлением томатного сока и поваренной соли для непосредственного употребления. Технология изготовления напитка включает прием и подготовку сырья, добавление наполнителей, охлаждение, пастеризацию, розлив, выдержку и хранение.

Супернатант пастеризуют при 95-97°C с выдержкой в течение 30 мин, затем охлаждают и вновь фильтруют.

Охлажденный напиток разливают в стеклянные молочные бутылки вместимостью 0,5 л и выдерживают в холодильной камере при 8°C в течение 5-6 ч для приобретения требуемого аромата. Напиток хранят при температуре, не превышающей 8°C, не более 48 ч с момента выпуска.

По внешнему виду и консистенции напиток с томатным соком представляет собой после перемешивания однородную жидкость оранжевого цвета (допускается расслоение), вкус кисловато-солоноватый с привкусом томата.

Кислотность продукта - 50-70°Т, содержание томатного сока - 15%.

Пример 4. Желе, пудинги, пасты, муссы.

Вырабатывают из разведенного супернатанта Lactobacillus acidophilus NK1 с добавлением студнеобразователей и вкусовых веществ.

Технология изготовления включает предварительную подготовку соответствующего желе- или студнеобразователя, смешивание с супернатантом и пастеризацию смеси, охлаждение, внесение плодово-ягодных наполнителей, фасовку, желирование, хранение. Пастеризацию смеси проводят при температуре 75±2°C с выдержкой 30 мин, охлаждение - до 40-45°C. Затем вносят плодово-ягодные наполнители. Рецептура приведена в табл.3.

Желирование и структурообразование десертов осуществляют при их доохлаждении в холодильных камерах.

Готовый продукт предусмотрено фасовать в стеклянные банки и стаканчики из полимерных материалов.

Пример 5. Мороженое.

Вырабатывают на основе разведенного, предварительно нормализованного супернатанта Lactobacillus acidophilus NK1 с добавлением плодово-ягодных сиропов. Технология включает подготовку сырья и приготовление смеси, пастеризацию, фильтрование и охлаждение смеси, фризерование и закаливание мороженого, упаковку, маркировку, хранение и транспортировку.

Сырье, предназначенное для производства мороженого, подвергают физико-химическому и органолептическому контролю. На выработку 1 т мороженого используют фильтрата 694,9, сиропа (сухих веществ - 68%) - 300, ванилина - 0,1, желатина (сухих веществ - 84%) - 5 кг. Сиропы перед применением фильтруют или процеживают. Желатин вводят в смесь в виде 10%-ного раствора. Для этого желатин выдерживают в воде для набухания 45±15 мин, нагревают до температуры 60±5°C и выдерживают до полного его растворения. Ванилин вносят в охлажденную смесь перед фризерованием в виде водно-спиртового раствора (300 г ванилина, 200 мл спирта-ректификата и 500 мл воды при 30°C) или в виде порошка (ванилин, растертый с сахарной пудрой).

Перед внесением в смесительную ванну супернатант хорошо перемешивают, чтобы на дне емкости не образовался осадок. Смесь пастеризуют при температуре 70±2°C в течение 30 мин. В процессе пастеризации в смесь вносят 10%-ный раствор желатина. Смесь фильтруют и охлаждают до температуры 2-6°C. Последующие операции выработки, закаливания, хранения и транспортировки аналогичны процессам производства мороженого основных видов. Фасовка производится в гильзы, вафельные стаканчики, а также брикеты. Мороженое хранят в камерах при температуре воздуха от -19 до -23°C, а на предприятиях, не имеющих компрессоров двухступенчатого сжатия, - при температуре от -16 до -20°C.

По органолептическим показателям мороженое представляет собой продукт с чистым вкусом, обусловленным используемым сырьем, однородной, достаточно плотной консистенцией и однородным, свойственным вносимому сиропу цветом.

Исключительность использования заявленного изобретения состоит также и в том, что помимо стандартизации пищевых продукты продуктов по норме суточного потребления, содержащихся в комплексном обогатителе компонентов, продукты, обогащенные полученным комплексным обогатителем, обладают пребиотической активностью и влияют на организм человека по средствам нормализации его микроэкологического статуса, играющего важнейшую роль в физиологическом функционировании человеческого организма.

Таблица 1
Химический состав супернатанта (Lactobacillus acidophilus) (сравниваем с молочной сывороткой)
№ п/п	Наименование показателей	Мол. сыв. (на 100 г)	на 100 г	на 500 г	% от сут. потребн.
1	Содержание стеринов, мг		0,22	1,1
2	Содержание витамина Е, мг	0.03	0,015	0,075	0.5
3	Содержание витамина В1 мг	0.035	0,016	0,08	4.7
4	Содержание витамина В2, мг	0.14	0,09-0,103	0,45-0,515	22.45-25.75
5	Содержание витамина В3, мг	0.05	0,111	0,555	3
6	Содержание витамина В4, мг	24	8,0	40,0	8
7	Содержание витамина В5, мг		0,5	2,5	50
8	Содержание витамина В6, мг	0.07	0,108	0,54	27
9	Содержание витамина В9, мг		0,15	0,75	187.5
10	Содержание витамина В12, мг	0.23	0,009 (следы)	0,045	1500
11	Содержание витамина С, мг	1.17	4,5	22,5	32
12	Содержание витамина Н, мг		0,012	0,06	120
13	Содержание клетчатки, г		1,025	5,125	250
14	Содержание растворимых и легкогидролизуемых углеводов, г		5,83	29,15	58
15	Пектиновые вещества, г		0,055	0,275	15
Аминокислоты, мг
16	Лизин	72	116,0	580,0	14
17	Гистидин	25	46,0	230,0	11
18	Аргинин	34	88,0	440,0	7.2
19	Аспарагиновая кислота	51	118,0	590,0	4.8
20	Треонин	42	64,0	320,0	13.3
21	Серин	52	48,0	240,0	10
22	Глутаминовая кислота	141	198,0	990,0	7.3
23	Оксипролин		6,0	30,0
24	Пролин		68,0	340,0	6.7
25	Глицин	13	56,0	280,0	8
26	Аланин	27	100,0	500,0	7.6
27	Цистин	7.5	8,0	40,0	1.6
28	Валин	53	85,0	425,0	17
29	Метионин	23	16,0	80,0	2,7
30	Изолейцин	52	136,0	680,0	34
31	Лейцин	79	84,0	420,0	9.1
32	Тирозин	51	35,0	175,0	5
33	Фенилаланин	49	58,0	290,0	4.8
Химические элементы
34	Al, мкг	35	154	770	1.5
35	As, мкг		0,77	3,85	5.113
36	В, мкг	21	19	95	4.75
37	Са, мг	84	49,1	245,5	19.64
38	Cd, мкг	1.3	0,013	0,065	2.6
39	Со, мкг	6.0	0,154	0,77	7.7
40	Cr, мкг	1.4	4,42	22,1	44
41	Cu, мкг	8	1,44	7,2	0.72
42	Fe, мкг	47	15	75	0.75
43	Ge, мкг		<0,018	0,09	0.0225
44	Hg, мкг		0,149	0,745	29.8
45	I, мкг	6.3	23	115	76.6
46	К, мг	102	73,6	368	14.72
47	Li, мкг	13	0,62	3,1	3.1
48	Mg мг	10	14,1	70,5	17.63
49	Mn, мкг	4	4,378	21,89	1.09
50	Na, мг	35	243,2	1 216	121.7
51	Ni, мкг	2	3,696	18,48	12.32
52	P, мг	3	35,8	179	15
53	Pb, мкг		0,544	2,72	13.6
54	Se, мкг	1.4	1,00	5,00	7.14
55	Si, мг	14.3	0,515	2,575	51.5
56	Sn, мкг		0,193	0,965	0.019
57	Sr, мкг	12	22	110	-
58	V, мкг	10.8	1,40	7,0	17.5
59	Zn, мкг	280	169	845	7.0
Нитраты и нитриты
60	Нитраты, мг		0,008	0,04
61	Нитриты, мг		0,012	0,06
Интегральные показатели
62	Антиоксидантная активность, мг		1,1	5,5
63	pH		4,8

Таблица 2
Химический состав супернатанта Пример 2 (Bifidobacterium longum) (сравниваем с молочной сывороткой)
№ п/п	Наименование показателей	Мол. сыв. (на 100 г)	на 100 г	на 500 г	% от сут. потребн.
1	Содержание стеринов, мг		0,21	1,05
2	Содержание витамина Е, мг	0.03	0,10	0,5	3
3	Содержание витамина В1, мг	0.035	0,038	0,19	2.68
4	Содержание витамина В2, мг	0.14	0,16-0,202	0,8-1,01	40-50.5
5	Содержание витамина В3, мг		0,145	0,725	3.6
6	Содержание витамина В4, мг		9,0	40,0	8
7	Содержание витамина В5, мг		0,6	3,0	60
8	Содержание витамина В6, мг	0.07	0,19	0,95	47.5
9	Содержание витамина В9, мг		0,19	0,95	237.5
10	Содержание витамина В12, мг	0.05	0,009 (следы)	0,045	1500
11	Содержание витамина С, мг	1.17	4,5	22,5	32.1
12	Содержание витамина Н, мг		0,01	0,05	100
13	Содержание клетчатки, г		1,29	6,45	322.5
14	Содержание растворимых и легкогидролизуемых углеводов, г		5,57	27,85	55.7
15	Пектиновые вещества, г		0,3	1,5	75
Аминокислоты, мг
16	Лизин	72	110,0	550,0	13,4
17	Гистидин	25	48,0	240,0	11,4
18	Аргинин	34	90,0	400,0	6,56
19	Аспарагиновая кислота	51	116,0	580,0	4,75
20	Треонин	42	61,0	305,0	12,7
21	Серин	52	52,0	260,0	3,13
22	Глутаминовая кислота	141	206,0	1030,0	0,75
23	Оксипролин		6,0	30,0
24	Пролин		71,0	355,0	7,89
25	Глицин	13	58,0	290,0	8,29
26	Аланин	27	98,0	490,0	7,4
27	Цистин	7.5	8,0	40,0	1
28	Валин	53	82,0	410,0	16,4
29	Метионин	23	18,0	90,0	1
30	Изолейцин	52	140,0	700,0	35
31	Лейцин	79	83,0	415,0	9,02
32	Тирозин	51	32,0	160,0	4,6
33	Фенилаланин	49	56,0	280,0	9,3
Химические элементы
34	Al, мкг	35	150	750	1,5
35	As, мкг		0,84	4,2	8,4
36	B, мкг	21	24,0	120,0	6
37	Ca, мг	84	50,9	254,5	20,36
38	Cd, мкг	1.3	<0,012	0,06	2
39	Co, мкг	6.0	0,233	1,165	11,65
40	Cr, мкг	1.4	5,64	28,2	56,4
41	Cu, мкг	8	2,71	13,55	1,36
42	Fe, мкг	47	82,0	410,0	0,41
43	Ge, мкг		<0,018	0,09	0,0225
44	Hg, мкг		<0,054	0,27	9
45	I, мкг	6.3	11,0	55,0	36,7
46	K, мг	102	92,0	460,0	18,4
47	Li, мкг	13	0,96	4,8	4,8
48	Mg мг	10	11,6	58,0	14,5
49	Mn, мкг	4	3,821	19,15	0,96
50	Na, мг	35	251,0	1255,0	125,5
51	Ni, мкг	2	4,813	24,065	12,03
52	P, мг	3	50,1	250,5	25,05
53	Pb, мкг		0,385	1,925	12,8
54	Se, мкг	1.4	1,12	5,6	8
55	Si, мг	14.3	0,635	3,175	63,5
56	Sn, мкг		0,090	0,45	0,0075
57	Sr, мкг	12	37,0	185,0	-
58	V, мкг	10.8	1,77	8,85	22,125
59	Zn, мкг	280	268	1340	11,16
	Нитраты и нитриты
60	Нитраты, мг		0,006	0,03
61	Нитриты, мг		0,007	0,035
	Интегральные показатели
62	Антиоксидантная активность, мг		1,2	6,0
63	pH		5,3

Таблица 3
Рецептура желе, пудингов, паст и муссов, кг на 1 т продукта
Сырье	Желе	Пудинг	Паста	Мусс
Разведенный супернатант Lactobacillus acidophilus NK	832,0	770,0	0	500,0
Сгущенная молочная сыворотка с массовой долей сухих веществ 40%	-	-	150,0	-
Творог нежирный	-	-	635,0	300,0
Сахар-песок	-	-	50,0	-
Сироп плодовый или ягодный	150,0	150,0	150,0	150,0
Крупа манная	-	50,0	-	50,0
Пектин яблочный	-	-	15,0	0
Желатин	18,0	-	-	-
Крахмал желирующий	-	30,0	-	-

Комплексный обогатитель пищевого продукта, характеризующийся тем, что он получен путем культивирования пробиотических микроорганизмов - представителей нормальной микрофлоры человека, до максимального накопления биомассы с последующим отделением микроорганизмов и содержанием основных экзометаболитов, мг/л:

экзополисахариды	50,0-400,0
органические кислоты
в пересчете на молочную кислоту	9,0-12,0
витамины группы В	80,0-100,0