RISE FUNGUS ACTIVITY IN DIFFERENT FERMENTATION MEDIUMS FOR ITS APPLICATION IN DAIRY INDUSTRY
Rubrics: FOOD PRODUCTION TECHNOLOGY
Authors:
1.
Mogilev State Foodstuffs University
2.
Mogilev State Foodstuffs University
Type:
Article
Pages:
from 70
to 76
Status:
Published
Received:
30.12.2017
Accepted:
30.12.2017
Published:
30.12.2017
Subject area:
UDK 637.146.32
UDK 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
UDK 60 Прикладные науки. Общие вопросы
UDK 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
UDK 60 Прикладные науки. Общие вопросы
Language:
Russian
Keywords:
Rise fungus, sucrose aqueous solution, milk, curd whey, heat treatment, starter culture
Abstract (English):
Nowadays the market of fermented milk products is expanding. To extend the product range specialists use not only traditional starter cultures, but natural symbiotic starter cultures as well. They belong to genus zoogloea, kefir grains, used to produce a fermented milk product (kefir) popular among the customers. Scientists take interest in other bacteria belonging to genus zoogloea as well, in particular, rise fungus, which is not currently used to produce fermented milk products. The authors of the article studied the activity of the rise fingus in different fermentation media containing sucrose or lactose. The authors used the following fermentation media: sucrose aqueous solutions with sucrose mass concentration 2,0-8,5%, curd whey, pasteurized skimmed milk, including reconstituted milk, and sterilized whole milk. They found out that rise fungus develops well not only in sucrose aqueous solutions with different sucrose concentration, but also in lactose containing media. However, the intensity of its activity differs in the given media. The presence of lactic acid in the fermentation medium slows down the bacteria development process significantly. Experiments with different milk heat treatment modes revealed that rise fungus develops well in pasteurized milk, both in whole and skimmed milk including reconstituted milk.The activity of this starter culture in sterilized whole milk decreases significantly. The authors developed the method of the starter production on milk base which includes the preparation of the primary starter based on the zero starter that consists of fermented milk and rise fungus.
Nowadays the market of fermented milk products is expanding. To extend the product range specialists use not only traditional starter cultures, but natural symbiotic starter cultures as well. They belong to genus zoogloea, kefir grains, used to produce a fermented milk product (kefir) popular among the customers. Scientists take interest in other bacteria belonging to genus zoogloea as well, in particular, rise fungus, which is not currently used to produce fermented milk products. The authors of the article studied the activity of the rise fingus in different fermentation media containing sucrose or lactose. The authors used the following fermentation media: sucrose aqueous solutions with sucrose mass concentration 2,0-8,5%, curd whey, pasteurized skimmed milk, including reconstituted milk, and sterilized whole milk. They found out that rise fungus develops well not only in sucrose aqueous solutions with different sucrose concentration, but also in lactose containing media. However, the intensity of its activity differs in the given media. The presence of lactic acid in the fermentation medium slows down the bacteria development process significantly. Experiments with different milk heat treatment modes revealed that rise fungus develops well in pasteurized milk, both in whole and skimmed milk including reconstituted milk.The activity of this starter culture in sterilized whole milk decreases significantly. The authors developed the method of the starter production on milk base which includes the preparation of the primary starter based on the zero starter that consists of fermented milk and rise fungus.
Keywords:
Rise fungus, sucrose aqueous solution, milk, curd whey, heat treatment, starter culture
Rise fungus, sucrose aqueous solution, milk, curd whey, heat treatment, starter culture
Введение В настоящее время кисломолочная продукция широко востребована потребителями из-за ее высокой пищевой и биологической ценности, а также диетических и лечебно-профилактических свойств. Для производства кисломолочной продукции широко применяются закваски молочнокислых микроорганизмов на чистых культурах. Кроме того, используются и естественные симбиотические заквасочные культуры, так называемые зооглеи [1]. Из них наиболее изученными являются кефирные грибки, которые применяются при производстве традиционного кисломолочного продукта кефира, пользующегося высоким спросом у белорусских и российских потребителей, а также в странах ближнего зарубежья. Интерес представляет применение в производстве кисломолочных продуктов и других видов зооглей, таких как тибетский молочный гриб, чайный гриб и рисовый гриб [2, 3]. Наименее изученной, применительно к молочной промышленности, является культура рисового гриба, которая по составу своего симбиоза более всего приближена к кефирным грибкам. Разработаны технологии производства безалкогольных газированных напитков на основе культуры рисового гриба, которые используются в квасном и спиртовом производстве [4, 5]. Установлено, что культура рисового гриба представляет собой естественный симбиоз молочнокислых микроорганизмов, уксуснокислых бактерий и дрожжей [5], в качестве среды для ее культивирования применяется водный раствор сахарозы, а оптимальная температура развития культуры рисового гриба составляет 20-30 °С [5]. При этом достаточно широко изучен процесс жизнедеятельности культуры рисового гриба в водных растворах с концентрацией сахарозы в диапазоне 1-5 % или 10-15 % [4-6]. Целью работы явилось исследование жизнедеятельности культуры рисового гриба для ее применения в молочной промышленности. В соответствии с целью работы поставлены следующие задачи: изучение процесса жизнедеятельности культуры рисового гриба в средах различного состава и при разных условиях культивирования, а также исследование свойств заквасок на основе данной заквасочной культуры для применения в молочной промышленности. Объекты и методы исследования Объектами исследования явились: естественная симбиотическая культура рисового гриба, водный раствор сахарозы, молоко пастеризованное обезжиренное, включая восстановленное (титруемая кислотность 16 °Т), молоко стерилизованное цельное (титруемая кислотность 17 °Т, массовая доля жира 3,6 %), сыворотка творожная (титруемая кислотность 58 °Т), закваски на основе культуры рисового гриба. В процессе исследований определяли титруемую кислотность титриметрическим методом [7], активную кислотность - потенциометрическим методом [8], органолептическую оценку - сенсорным методом [9], газообразование по наличию углекислого газа - по стандартной методике [9], микробиологические посевы для определения количества дрожжей - по ГОСТ 10444.12-88 [10], микробиологические посевы для определения количества молочнокислых микроорганизмов [11], микробиологические посевы на наличие уксуснокислых микроорганизмов [9], массовую долю этилового спирта - по ГОСТ 6687.7-88 [12], содержание органических кислот - по СТБ 1982-2009 [13]. Результаты и их обсуждение На первом этапе изучали процесс жизнедеятельности культуры рисового гриба в водных растворах с исходной концентрацией сахарозы в диапазоне 2,0-8,5 %. В качестве сред ферментации использовали водный раствор сахарозы 2,0 % с добавлением изюма в количестве 3 г/дм3 (образец 1) и водный раствор сахарозы 8,5 % с добавлением изюма в количестве 3 г/дм3 (образец 2). Культуру рисового гриба вносили в среды ферментации в соотношении 1:20, а затем термостатировали при температуре (25 ± 1) °С в течение 15 суток. В контрольных точках (1-10 сутки) в средах ферментации контролировали микробиологические показатели (количество молочнокислых микроорганизмов, уксуснокислых микроорганизмов и дрожжей), а также накопление в процессе ферментации этилового спирта и органических кислот: молочной и уксусной. В контрольных точках (1-15 сутки) определяли массу рисового гриба и рассчитывали ее прирост. Показатели исследуемых образцов растворов сахарозы, ферментированных культурой рисового гриба, отражены в табл. 1. Таблица 1 - Показатели растворов сахарозы, ферментированных культурой рисового гриба Показатель Образец 1 (сах. 2,0 %) Образец 2 (сах. 8,5 %) Сутки Сутки 1 3 5 10 1 3 5 10 Молочная кислота, мг/дм3 1362 1399 1621 1585 858 921 2231 2105 Уксусная кислота, мг/дм3 964 966 1456 2224 639 662 2171 2936 Массовая доля этилового спирта, % 0,2 0,2 0,3 0,1 0,2 0,1 0,3 0,2 Молочно- кислые м/о, КОЕ/см3 · 108 8,6 9,6 8,0 5,3 7,2 7,4 6,3 2,9 Уксусно- кислые м/о, КОЕ/см3 104 105 105 106 105 105 105 106 Дрожжи, КОЕ/см3 · 104 2,3 4,6 8,9 3,9 4,9 10,6 11,7 9,8 Table 1 - Parameters of sucrose solutions fermented by rise fungus 30 27.1 Развитие уксуснокислых микроорганизмов происходило в течение всего процесса ферментации, о чем говорит постепенное накопление в среде ферментации уксусной кислоты, на 10-е сутки процесса ферментации их количество увеличилось, в среднем, на 2 порядка (образец 1) и на 1 порядок (образец 2) по сравнению с исходным, при этом наиболее интенсивное накопление уксусной кислоты наблюдалось начиная с 5-х суток процесса ферментации. Количество дрожжей в обоих образцах растворов сахарозы достигло своего максимума на 7-е сутки ферментации, затем наблюдалось снижение их количества. Изменение массы культуры рисового гриба в водных растворах сахарозы в процессе культивирования и ее прирост представлены на рис. 1. На рис. 1 видно, что прирост массы культуры рисового гриба постепенно увеличивался в обоих образцах растворов сахарозы, начиная с 1-х суток культивирования, при этом его максимум в образце 1 (сах. 2,0 %) наблюдался на 5-е сутки культивирования (20,8 %), а в образце 2 (сах. 8,5 %) - на 10-е (27,1 %). Таким образом, согласно полученным экспериментальным данным, развитие культуры рисового гриба начинается уже с первых часов ее Прирост массы рисового гриба, % 25 20 15 10 5 1.8 0 4.1 16.1 15.1 21.7 20.8 20.1 19.2 18.5 26.2 17.1 24.3 15.2 21.9 11.8 20.1 10.1 попадания в водный раствор сахарозы и не зависит от концентрации сахарозы в растворе. В первые трое суток ферментации доминирует молочнокислая микрофлора, однако параллельно с ней развиваются и уксуснокислые микроорганизмы, а также дрожжи, причем интенсивность их развития зависит от концентрации сахарозы в водном растворе. Уменьшение концентрации сахарозы стимулирует развитие молочнокислых микроорганизмов на начальном этапе процесса ферментации, а ее увеличение способствует более активному развитию дрожжей. При этом отмечается незначительный прирост массы культуры рисового гриба уже начиная с первых суток его культивирования. 1 3 5 7 10 12 13 14 15 Продолжительность культивирования, сут. Образец 1 (сах.2,0%) Образец 2 (сах. 8,5%) Рисунок 1 - Изменение массы культуры рисового гриба в водных растворах сахарозы в процессе культивирования Figure 1 - Changes in rise fungus culture in sucrose aqueous solutions during cultivation Как видно из табл. 1, развитие молочнокислых микроорганизмов и, соответственно, накопление молочной кислоты в обоих образцах водных растворов сахарозы наблюдалось уже начиная с 1-х суток ферментации, причем в образце 1 (сах. 2,0 %) этот процесс проходит наиболее активно в 1-3 сутки ферментации. В связи с тем, что для молочной промышленности интерес представляет развитие культуры рисового гриба в средах, содержащих не сахарозу, а лактозу, далее в работе изучали жизнедеятельность культуры рисового гриба в молочной основе с разным компонентным составом. В качестве молочных сред применялись следующие: сыворотка творожная (опыт 1), обезжиренное молоко (опыт 2), в качестве контроля был принят водный раствор сахарозы 2,0 %. Пастеризацию обезжиренного молока, сыворотки творожной и водного раствора сахарозы осуществляли при температуре 92-95 °С с выдержкой 30 минут, с целью исключения возможной погрешности результатов эксперимента, вызываемой остаточной микрофлорой и ферментативными системами сырья. Далее культуру рисового гриба помещали в охлажденные до температуры (25 ± 1) °С исследуемые среды и проводили процесс ферментации в течение 24 часов, после чего определяли титруемую кислотность сред, а также измеряли массу культуры рисового гриба и ее прирост. Результаты исследований отражены в табл. 2. Как видно из табл. 2, нарастание кислотности интенсивнее происходит в среде обезжиренного молока, чем в среде творожной сыворотки. Это можно объяснить тем, что белки обезжиренного молока оказывают буферное действие по отношению к продуктам жизнедеятельности микроорганизмов. Наибольший прирост массы культуры рисового гриба наблюдался в контроле - водном растворе сахарозы 2,0 %, он был в среднем в 3,5 раза больше, чем в молочных средах. Таким образом, выявлено, что через сутки культивирования развитие культуры рисового гриба происходит не только в водных растворах сахарозы, но и в средах, содержащих лактозу. При этом в творожной сыворотке, то есть в более кислой исходной среде, развитие культуры рисового гриба протекает хуже, чем в обезжиренном молоке. Известно, что не только компонентный состав молочного сырья, но и способ его термической обработки влияет на развитие заквасочной микрофлоры, поэтому далее в работе интерес представляло изучение влияния способов термообработки молока на развитие культуры рисового гриба. В качестве среды ферментации культурой рисового гриба использовали молоко разных способов термообработки и состава: молоко цельное, стерилизованное при температуре (139 ± 1) °С с выдержкой 4-6 секунд - опыт 1; молоко обезжиренное, пастеризованное при температуре (92 ÷ 95) °С с выдержкой 25-30 минут - опыт 2; - молоко обезжиренное восстановленное (с массовой долей сухих веществ 10 %) пастеризованное при температуре 92-95 °С с выдержкой 25-30 минут - опыт 3. В предварительно подготовленные молочные среды вносили культуру рисового гриба и термостатировали образцы до образования сгустка. При этом фиксировали продолжительность образования сгустка, титруемую и активную кислотность, органолептические показатели. Средние значения результатов исследований представлены в табл. 3. Из табл. 3 видно, что при использовании стерилизованного молока процесс ферментации замедлялся, а полученный при этом сгусток обладал неудовлетворительными органолептическими свойствами: неоднородной консистенцией, выделением сыворотки, а также невыраженными кисломолочными вкусом и запахом. Это связано с изменением компонентного состава молока при стерилизации, что негативно сказывается на активности культуры рисового гриба. При использовании пастеризованного молока процесс образования сгустка происходит намного быстрее. Однако при этом в натуральном молоке продолжительность образования сгустка при ферментации его культурой рисового гриба варьируется в более широких пределах в сравнении с восстановленным молоком. Это вызвано неоднородностью состава используемого молока разных партий. С учетом полученных результатов можно сделать вывод о том, что применение стерилизованного молока в качестве молочной основы для ферментации культурой рисового гриба не рекомендуется. На следующем этапе исследования представляло интерес изучение интенсивности развития культуры рисового гриба в молоке, а именно изменение его массы, при этом в качестве молочной основы использовали восстановленное обезжиренное молоко с целью обеспечения постоянства состава. В ходе эксперимента было сделано три пересадки культуры рисового гриба в молоко с его последующим термостатированием. При первой пересадке культуру рисового гриба, извлеченную из водного раствора сахарозы (2,0 %), вносили в молоко и термостатировали до образования сгустка. После этого культуру рисового гриба отделяли от сгустка, вносили в свежеподготовленное молоко (вторая пересадка) и термостатировали до образования сгустка. Аналогичным образом проводили третью пересадку. Таблица 2 - Показатели сред культивирования культуры рисового гриба Table 2 - Parameters of rise fungus culture mediums Среда культивирования культуры рисового гриба Титруемая кислотность, °Т Прирост массы рисового гриба, % от исходной исходная спустя 24 ч Сыворотка творожная (опыт 1) 58 65 1,5 Обезжиренное молоко (опыт 2) 16 88 1,6 Водный раствор сахарозы 2 % (контроль) 3 34 5,2 Таблица 3 - Показатели молока, ферментированного культурой рисового гриба Показатели Стерил. м-ко (опыт 1) Пастер. м-ко (опыт 2) Восст. м-ко (опыт 3) Продолжительность образования сгустка, ч 44 ± 2 28 ± 4 23 ± 2 Титруемая кислотность, °Т 82-86 Активная кислотность, ед. рН 4,6-4,8 Table 3 - Parameters of milk fermented by rise fungus В полученных сгустках определяли титруемую и активную кислотность, измеряли массу культуры рисового гриба и ее прирост, а также фиксировали продолжительность образования сгустков. Средние значения результатов исследований представлены в табл. 4. Анализ результатов табл. 4 показал, что образование сгустка при первой пересадке культуры рисового гриба из водного раствора сахарозы в молоко происходило в среднем в 1,5 раза медленнее, чем при последующих пересадках, в связи с адаптацией культуры рисового гриба к молоку. Таблица 4 - Показатели сгустков, полученных после ферментации молока культурой рисового гриба Table 4 - Parameters of the clusters obtained after milk fermentation by rise fungus Показатели Номер пересадки 1 2 3 Продолжительность образования сгустка, ч 15 ± 1 10 ± 1 Активная кислотность, ед. рН 4,6-4,8 Титруемая кислотность, °Т 82-85 Прирост массы РГ, % от исходной 5,0 1,0 -4,0 Таблица 5 - Показатели первичной закваски рисового гриба Table 5 - Parameters of rise fungus mother starter Показатели Опыт 1 (1:5) Опыт 2 (1:10) Активная кислотность, ед. рН 4,7-4,8 Титруемая кислотность, °Т 81-84 Прирост массы РГ, % от исходной 16,9 21,2 Внешний вид и консистенция сгусток однородный, с незначительным отделением сыворотки Вкус и запах мягкие, чистые, выраженные кисломолочные Таблица 6 - Показатели вторичной закваски рисового гриба Показатели Опыт 1 (5 %) Опыт 2 (10 %) Опыт 3 (15 %) Титруемая кислотность, °Т 72-76 Активная кислотность, ед. рН 4,9-5,0 Газообразо- вание, см3 0,6 0,6 0,5 Вкус и запах слабовыражен ные кисломо- лочные выраженные кисломолочные Внешний вид и консистенция однородная, густая, с плотным сгустком, слегка отделяющим сыворотку Table 6 - Parameters of rise fungus secondary starter Выявлено, что в процессе пересадок культуры рисового гриба наблюдалась потеря ее массы, что связано с переходом мелких частиц рисового гриба в сгусток, поэтому с целью исключения потери массы культуры рисового гриба, связанной с ее отделением от сквашенной основы, было принято решение всю сквашенную основу с находящейся в ней культурой рисового гриба вносить в молоко. Сквашенную основу с находящейся в ней культурой рисового гриба обозначили термином «нулевая закваска», которую далее применяли для получения первичной закваски рисового гриба. В связи с этим в дальнейших исследованиях интерес представляло определение оптимального количества нулевой закваски, которое обеспечивает получение первичной закваски рисового гриба с хорошими характеристиками. Для этого нулевую закваску рисового гриба вносили в предварительно подготовленное молоко в различных соотношениях: опыт 1 (1:5) и опыт 2 (1:10). Образцы термостатировали, а затем в полученной первичной закваске определили органолептические, физико- химические показатели, а также массу культуры рисового гриба и ее прирост. Средние значения результатов исследований представлены в табл. 5. Как видно из табл. 5, соотношение нулевой закваски рисового гриба и молока не оказывает существенного влияния на физико-химические и органолептические показатели первичной закваски. При этом наблюдается активный прирост массы культуры рисового гриба в среднем на 17-22 % от исходной. Далее в работе представляло интерес определение оптимального количества первичной закваски рисового гриба для получения вторичной закваски. При этом первичную закваску рисового гриба вносили в молоко в следующих количествах: опыт 1 (5 %), опыт 2 (10 %), опыт 3 (15 %). Образцы молока термостатировали, а затем в полученной вторичной закваске рисового гриба контролировали физико-химические и органолептические показатели. Средние значения результатов исследований представлены в табл. 6. Из табл. 6 видно, что титруемая и активная кислотность, а также газообразование во вторичной закваске рисового гриба не зависят от количества вносимой первичной закваски. При внесении первичной закваски в количестве 5 % вторичная закваска обладает слабовыраженными кисломолочными вкусом и запахом, а внесение первичной закваски в количестве 10-15 % позволяет получить вторичную закваску с однородным сгустком и выраженными кисломолочными вкусом и запахом. По результатам полученных экспериментальным путем данных можно сделать вывод, что культура рисового гриба начинает активно развиваться уже с первых часов после ее помещения в среду ферментации - водный раствор сахарозы, независимо от концентрации в нем сахарозы, при этом уменьшение концентрации сахарозы стимулирует развитие молочнокислых микро- организмов на начальном этапе процесса ферментации, а ее увеличение способствует более активному развитию дрожжей. Культура рисового гриба развивается не только в средах, содержащих сахарозу, но и в молочной основе, содержащей лактозу. Для получения первичной закваски рисового гриба рекомендуется сквашенную основу с находящейся в ней культурой рисового гриба (нулевая закваска) вносить в молоко в соотношении 1:(5-10), а для получения вторичной закваски рисового гриба оптимальное количество первичной закваски составляет 5-10 %.
1. Otkrytie zooglei [Elektronnyy resurs]. - Rezhim dostupa: http://zoogloea.in.ua/zoogloea/otkrytie-zooglei, svobodnyy. - Data dostupa: 10.10.2017.
2. Smirnova, I. A. Skvashivanie moloka tibetskim molochnym gribkom / I. A. Smirnova, I. A. Eremina, A. D. Gulbani. - Molochnaya promyshlennost'. - 2014. - № 3. - S. 63-64.
3. Mikrobnyy simbioz kislomolochnogo produkta «Tibetskoe naslazhdenie» / I. A. Smirnova [i dr.] - Molochnaya promyshlennost'. - 2014. - № 5. - S. 50-51.
4. Zincova, Yu. S. Razrabotka koncepcii napitkov na osnove polikul'tur risovogo i chaynogo gribov / Yu. S. Zincova, M. N. Shkol'nikova // Pivo i napitki. - 2015. - № 3. - S. 22-25.
5. Risovyy grib kak producent biologicheski cennyh veschestv pri poluchenii natural'nyh bezalkogol'nyh napitkov brozheniya / L. M. Koroleva [i dr.] // Pivo i napitki. - 2010. - № 4. - S. 12-13.
6. Zhirnye kisloty, produciruemye risovym gribom pri poluchenii bezalkogol'nyh napitkov / E. A. Ced [i dr.] // Pivo i napitki. - 2012. - № 3. - C. 44-47.
7. GOST 3624-92. Moloko i molochnye produkty. Titrimetricheskie metody opredeleniya kislotnosti. - M. : Standartinform, 2009. - 8 s.
8. GOST 26781-85. Moloko. Metod izmereniya rN. - M. : Standartinform, 2009. - 3 s.
9. Inihov, G. S. Metody analiza moloka i molochnyh produktov / G. S. Inihov, N. P. Brio. - M. : Pischepromizdat, 1971. - 281 s.
10. GOST 10444.12-89. Pischevye produkty. Metod opredeleniya drozhzhey i plesnevyh gribov. - M. : Standartinform, 2010. - 6 s.
11. GOST 10444.11-89. Pischevye produkty. Metody opredeleniya molochnokislyh mikroorganizmov. - M. : Standartinform, 2010. - 21 s.
12. GOST 6687.7-88. Napitki bezalkogol'nye i kvasy. Metod opredeleniya spirta. - M. : Standartinform, 2009. - 6 s.
13. STB 1982-2009. Vinodel'cheskaya produkciya i vinodel'cheskoe syr'e. Metod opredeleniya soderzhaniya organicheskih kislot s ispol'zovaniem vysokoeffektivnoy zhidkostnoy hromatografii. - Minsk : Gosstandart, 2009. - 13 s.
