Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СМЕТАНЫ ПРОБИОТИЧЕСКОЙ

Изобретение относится к молочной промышленности и может быть использовано на молочных заводах для производства сметаны различной жирности, обладающей профилактическими свойствами. Сметана является кисломолочным продуктом, вырабатываемым из сливок сквашиванием чистыми культурами пробиотических микроорганизмов.

Сметана пробиотическая - продукт функционального питания (ПФП), предназначенный для систематического употребления в составе пищевых рационов всеми возрастными группами населения, снижающий риск заболеваний, связанных с питанием, сохраняющий и улучшающий здоровье за счет включения в его состав физиологически функциональных пищевых ингредиентов пробиотических культур и эссенциальных элементов кальциевой группы в количествах, обеспечивающих оптимальное развитие пробиотической микрофлоры и положительное функциональное влияние на здоровье человека [1, 2, 3].

Известен способ получения сметаны, включающий сепарирование молока с получением сливок, пастеризацию сливок при температуре 80-90°C, охлаждение сливок до температуры их сквашивания, внесение закваски из молочнокислых стрептококков, сквашивание до кислотности 65°T с последующим охлаждением готовой сметаны (заявка ЕПВ №0233566, МКИ А23С 9/123, 13/16).

Известен способ получения сметаны, включающий приготовление молочной основы путем введения в молоко крахмала, белков и жиров с содержанием последних не менее 9-11%, сквашивание молочной основы кисломолочными бактериями, сушку продукта распылением частиц сквашенного молока с получением быстро восстанавливающегося порошкового продукта типа сметаны. При введении в полученный порошковый продукт 63-65 частей воды приготавливают сметану (патент США №4663178, МКИ А23С 13/16, 23/00, опубл. 05.05.1987).

Известен способ производства сметаны, включающий нормализацию сливок, их пастеризацию, гомогенизацию, охлаждение до температуры заквашивания 33-35°C, введение закваски, перемешивание не более 10 мин, сквашивание при 30-32°C в течение 4-7 ч до кислотности 30-57°T, повторное перемешивание не более 3 мин, расфасовку и созревание (патент РФ №2077215, МПК А23С 13/12, опубл. 20.04.1997). В качестве закваски используют молочнокислые бактерии из штаммов-продуцентов витаминов группы В.

Известен способ получения сметаны, включающий приготовление сливок с массовой долей жира 21-25% путем сепарирования натурального или сухого восстановленного молока. Сливки нормализуют цельным обезжиренным молоком или пахтой до требуемой жирности с последующей их пастеризацией и гомогенизацией при температуре 86°C в течение 5 мин. Сливки охлаждают до температуры 28°C и вносят закваску в количестве 10% от массы сливок. Для закваски используют бактериальный концентрат мезофильных и термофильных молочнокислых стрептококков. Заквашенные сливки перемешивают в течение 15 мин и оставляют в покое для сквашивания. Сливки сквашивают до образования сгустка и достижения кислотности 60°T, затем охлаждают до 17°C (патент РФ №2100935, МПК А23С 9/00, 9/12, 19/076, опубл. 10.01.1998).

Известен способ получения сгущенных кисломолочных продуктов, в частности сметаны, включающий нормализацию сливок, их пастеризацию, гомогенизацию, охлаждение до температуры заквашивания, введение закваски, перемешивание не более 10 мин, сквашивание при 30-32°C в течение 4-7 ч. В качестве закваски используют неслизеобразующие и слизеобразующие молочнокислые бактерии вида Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris или их смеси и диацетилпродуцирующие бактерии, способные загущать образующиеся продукты, например сметану (заявка ЕПВ №0111020, МКИ А23С 9/123,13/16, опубл. 20.06.1984).

Известен способ производства кисломолочных продуктов, преимущественно сметаны, включающий приготовление сливок путем сепарирования молока, пастеризацию сливок, их гомогенизацию, охлаждение до температуры заквашивания, внесение закваски, сквашивание в течение 6-12 ч до получения сгустка кислотностью 65-70°T, охлаждение, созревание в течение 6-28 ч, розлив в тару (патент РФ №2072228, МПК А23С 9/12, 9/00, опубл. 27.01.1997). В качестве закваски используют комбинированную закваску из культур мезофильных и термофильных молочнокислых стрептококков в соотношении 4:1 соответственно или смесь чистых культур ацидофильной палочки и ароматизирующих стрептококков в соотношении 9:1.

Недостатком описанных выше способов является то, что получаемая посредством этих способов сметана имеет недостаточные профилактические функциональные свойства, невысокое содержание живых клеток с выраженным пробиотическим эффектом на конец срока годности продукта в КОЕ/см³, способы не позволяют сократить длительность и энергопотребление процесса.

Наиболее близким техническим решением (прототип) является способ получения сметаны, включающий нормализацию, пастеризацию, гомогенизацию и охлаждение сметаны до температуры заквашивания, введение комбинированной бактериальной закваски, перемешивание, сквашивание, охлаждение, выдержку и фасовку в тару, в качестве комбинированной бактериальной закваски используют смесь чистых культур молочнокислых микроорганизмов селекции Streptococcus thennophilus ВКПМ В-10089, Enterococcus durans ВКПМ В-8731 и Enterococcus hirae ВКПМ В-9069 в количестве 5 мас. %, при этом содержание молочнокислых организмов в готовом продукте составляет КОЕ/см³ - 10¹⁰ (патент РФ №2480017, МПК А23С 13/16, опубл. 27.04.2013). В комбинированной бактериальной закваске кислотообразующие культуры Streptococcus thermophilus ВКПМ В-10089, Enterococcus durans ВКПМ В-8731 и Enterococcus hirae ВКПМ В-9069 используются в соотношении 1:1:1.

Однако сметана, приготовляемая способом-прототипом, также имеет недостаточные функциональные свойства и невысокое содержание живых клеток на конец срока годности продукта. Широкая гамма вкусовых характеристик, получающаяся при производстве сметаны этим способом, неоднозначно оценивается потребителем, в основном, предпочитающим стабильные вкусовые и качественные характеристики молочнокислого аромата, получающегося при молочнокислом брожении.

Задачей изобретения является повышение пробиотической ценности, функциональных свойств сметаны, сокращение длительности сквашивания и энергопотребления процесса.

Указанная задача решается тем, что в предлагаемом способе получения сметаны, включающем нормализацию, оптимизацию биоэлементного состава молочной смеси, пастеризацию, гомогенизацию и охлаждение сметаны до температуры заквашивания, введение комбинированной бактериальной закваски, перемешивание, сквашивание, охлаждение, выдержку и фасовку в тару, в качестве комбинированной бактериальной закваски используют смесь чистых культур молочнокислых микроорганизмов селекции Streptococcus thermophilus ВКПМ В-10089, Lactobacillus casei 37, Lactobacillus plantarum ВКПМ B-3242, Lactobacillus acidophilus ВКПМ B-2991, Enterococcus durans ВКПМ В-8731 и Enterococcus hirae ВКПМ В-9069, которые депонированы во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов ФГУП Гос НИИ Генетика (ВКПМ) и Российской коллекции молочнокислых микроорганизмов ВНИИМС ФГУП «Экспериментальная биофабрика», в соотношении 1:1:1:0,2:1:1, в количестве 5 мас. %, при этом содержание молочнокислых организмов в готовом продукте составляет КОЕ/см³ - 10¹⁰-10¹².

Предлагаемый способ позволяет расширить ассортимент кисломолочных продуктов функционального питания профилактического назначения, содержащих высокое количество живых лактобацилл, обладающих антагонистической активностью к патогенным бактериям, высокой активностью кислотообразования, стабильными высокотехнологичными свойствами и биологической ценностью.

В нормализованные сливки до пастеризации добавляют термоустойчивые соли цитрата кальция (трикальций цитрата) Са₃(C₆H₅O₇)₂, ортофосфата магния Mg₃(PO₄)₂, хлорида марганца MnCl₂ в количестве 0,5-1,0% от массы сливок, предварительно растворенные в небольшой порции сливок, в количествах, обеспечивающих оптимальное развитие пробиотической микрофлоры и положительное влияние на организм человека.

В комбинированной бактериальной закваске используют кислотообразующие культуры Streptococcus thermophilus ВКПМ В-10089, Lactobacillus casei 37, Lactobacillus plantarum ВКПМ B-3242, Lactobacillus acidophilus ВКПМ B-2991, Enterococcus durans ВКПМ В-8731 и Enterococcus hirae ВКПМ В-9069 в соотношении 1:1:1:0,2:1:1.

Процесс сквашивания ведут при температуре 33±2°C до образования сгустка кислотностью 70±5°T. Фасовку в тару осуществляют перед сквашиванием продукта или после его сквашивания.

Техническим результатом настоящего изобретения является синергетический эффект, заключающийся в получении сметаны для функционального питания, снижающего риск заболеваний, связанных с питанием, сохраняющего и улучшающего здоровье за счет включения в его состав физиологически функциональных пищевых ингредиентов молочнокислых пробиотических палочек и эссенциальных элементов кальциевой группы в количествах, обеспечивающих оптимальное развитие пробиотической микрофлоры и положительное функциональное влияние на здоровье населения, в том числе населения, проживающего в пределах городов с неблагоприятной экологической обстановкой и вблизи промышленных зон.

Элементы (биоэлементы [1]) относятся к биологически активным веществам, входящим в состав активного центра многих ферментных систем. Они активизируют действие многих ферментов, или входят в их активные группы, участвуют в построении клеточных компонентов, а также вияют на создание в среде определенных физико-химических условий. В состав бактериальной клетки входят свыше 70 элементов, играющих важную роль в процессах жизнедеятельности. Работами Л.А. Банниковой, А.В. Гудкова, Г.Д. Перфильева, А.И. Кузина и др. исследователей [3, 4] показано, что среда для развития пробиотичеких микроорганизмов должна содержать макроэлементы (кальций, магний, фосфор, серу, железо) и микроэлементы (марганец, бор, молибден, кобальт, цинк, никель, медь и др.).

Эти вещества необходимы для многих биосинтетических процессов у бактерий, однако потребность в них у разных видов микроорганизмов неодинакова [4]. С учетом имеющегося недостатка в питании современного человека многих микронутриентов (кальция, магния, иода, железа, цинка, селена и др.) обогащение функциональных продуктов с пробиотиками является задачей вдвойне актуальной. При этом важно соблюсти степень обогащения ПФП для эффективного стимулирования развития пробиотической микрофлоры в нем и восполнения дефицита микронутриента у потребителей, для которых продукт предназначен.

Анализ предпочтений потребителей кисломолочной продукции говорит о том, что люди старшего возраста больше употребляют традиционные кисломолочные продукты: сметану и кефир [5, 6]. При появлении новых продуктов на рынке ситуация обычно изменяется в пользу традиционных продуктов с улучшенными свойствами, чем совершенно неизвестных.

Пробиотический эффект кисломолочных и других пробиотических продуктов достигается включением в состав закваски продукта лактобацилл, бифидобактерий, реже энтерококков, дрожжей и др. видов микроорганизмов с выраженными антимикробным свойством против патогенных микроорганизмов (антибиотическим эффектом) и способностью заселять (хотя бы временно) желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) [1, 7, 8].

Лактобациллы в норме присутствуют в ЖКТ человека, начиная от слизистой оболочки рта и заканчивая прямой кишкой. В кислой среде желудка лактобактерии практически отсутствуют, в тонкой кишке лактобактерии располагаются, в основном, в пристеночном слое. Наибольшее число лактобактерий, в том числе Lactobacillus casei и L. plantarum имеется в толстой кишке (кроме них к нормальной микрофлоре ЖКТ относятся следующие виды лактобацилл: L. acidophilus, L. bulgaricus, L. salivarius, L. reuteri, L. rhamnosus и другие). Lactobacillus способны перемещаться и выжить в селезенке и других органах в течение многих дней.

Непосредственно контактируя с энтероцитами, лактобактерии (как и бифидобактерий) стимулируют механизмы защиты организма человека, в том числе увеличение скорости регенерации слизистой оболочки, влияют на синтез антител к родственным, но обладающим патогенными свойствами микроорганизмам, активируют фагоцитоз, а также синтез лизоцима, интерферонов и цитокинов. Лактобациллы продуцируют ряд гидролитических ферментов, в частности лактазу, расщепляющую лактозу (молочный сахар) и препятствующую развитию лактазной недостаточности. Лактобациллы поддерживают кислотность толстой кишки на уровне 5,5-5,6 pH. Как естественный резидент микрофлоры ЖКТ, Lactobacillus casei способен изменять состав и метаболическую активность кишечной микрофлоры кишечника за счет увеличения количества бифидобактерий и уменьшения активности бета-глюкуронидазы в кишечнике. Они также стимулируют иммунную систему.

Штаммы Lactobacillus могут стимулировать мощные защитные клетки, как естественных клеток-киллеров, а также увеличить антивирусными химические вещества, как интерферон.

Кроме того, L. casei и L. plantarum способствуют увеличению количества влаги в кале и, таким образом, улучшают регулярность дефекации.

Прием L. casei показан при диареи. Также имеются данные, что L. casei увеличивают частоту эрадикации Helicobacter pylori, увеличивают экскрецию оксалатов с мочой, уменьшая, таким образом, риск камнеобразования в почках, обладают высокой противоопухолевой активностью, в частности, в отношении сарком и колоректальных новообразований, снижают артериальное давление у больных гипертензией, продуцируют образование витаминов группы В, К-витамина, улучшают обмен веществ и инактивируют токсины и др.[7, 9, 10].

СанПиН 2.3.2.2340-08, утвержденный Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ 18 февраля 2008 г. №13 разрешает к использованию в пищевой промышленности штаммы L. casei и не имеющие конфликта с витаминами, минеральными элементами, аминокислотами и лекарствами.

L. casei и L. plantarum устойчивы к кислотности желудочного сока при pH выше 3. Поэтому прием пробиотиков, содержащих живые штаммы лактобацилл эффективнее употреблять с едой, еще лучше с кисломолочными продуктами, содержащими дополнительно вещества с пребиотическим эффектом [7], когда кислотность желудочного содержимого выше 4 pH, лактобациллы попадают в кишечник неповрежденными и колонизируют его [9].

Установлена способность нормофлоры снижать концентрацию холестерина в крови, липидов в сыворотке крови, что способствует профилактике атеросклероза. Связывание микробными метаболитами пробиотиков азота имеет значение в предупреждении печеночной энцефалопатии, фосфатов - риска развития хронической почечной недостаточности, а гидролиз производных щавелевой кислоты (оксалатов) защищает от образования почечных камней. Известна способность молочнокислых бактерий инактивировать гистамин, что снижает проявление аллергии. У лиц с гипертонией, получавших продукт, сквашенный лактобациллами, продемонстрировано снижение повышенного кровяного давления.

Пробиотическая микрофлора образует биологически активные соединения - летучие или короткоцепочечные жирные кислоты, участвующие в регуляции абсорбции ионов натрия, калия, хлора и воды, а также кальция, магния и цинка, поддерживающих водный, электролитный и кислотно-щелочной баланс в организме.

Бактерии синтезируют также витамины К, В₁ - тиамин, В₂ - рибофлавин, В₃ - никотиновую кислоту, В₆ - пиридоксин, В₁₂ - цианко-баламин, пантотеновую и фолиевую кислоты. Участие пробиотических микроорганизмов в азотистом (белковом) питании является одной из основных их функций.

В результате сложных биохимических процессов, протекающих в желудочно-кишечном тракте хозяина, микроорганизмы, усваивая поступающие питательные вещества, размножаются, растут и быстро увеличивают свою биомассу.

Отмирая, они перевариваются и усваиваются организмом, являясь источником белка.

Лактобациллы широко применяются в гастроэнтерологической практике, так как:

- предотвращают развитие колита, в том числе язвенного (снижают активность фермента миелопероксидазы);

- колонизируют защитный покров слизистой, не проникая в крипты (применяют при неспецифическом язвенном колите);

- оказывают ингибирующее действие на Helicobacter pylori.

Имеются данные о противоопухолевой активности лактобцилл, механизм которой связан с действием бактериоцинов, - L. casei обладают наиболее высокой противоопухолевой активностью в отношении сарком. Назначение 58 больным с раком мочевого пузыря L. casei в течение года снизило в 1,8 раз риск рецидива.

Лактобациллы обладают свойствами адгезии к энтероцитам и уротелию, благодаря чему они особенно важны при патологии желудочно-кишечного и урогенитального тракта. Карбогидратные группы, расположенные на поверхности бактериальной клетки, усиливают адгезию ионов кальция, нормализуют pH среды. Некоторые виды лактобацилл уменьшают риск камнеобразования в почках, обладая оксалатмодифицирующей активностью. Доказано, что снижают экскрецию оксалатов с мочой L. plantarum, L. casei, L. acidophilus, L. delbrueckii, L. fermentum, L. helveticus, a L. plantarum уменьшают объем оксалатных камней в анаэробных условиях на 30-70%.

Таким образом, интегрально все представители симбиотической нормальной микрофлоры выполняют следующие функции [7]: совместно со слизистой оболочкой кишечника служат барьером от проникновения микробов и токсинов во внутреннюю среду организма; обеспечивают организм хозяина некоторыми питательными веществами, включая короткоцепочные жирные кислоты, а также витаминами К и группы В, аминокислоты образуют биологически активные вещества, определяющие высокую антагонистическую активность резидентных представителей нормофлоры по отношению к патогенным и условно патогенным микроорганизмам; участвуют в утилизации пищевых субстратов и ксенобиотиков; усиливают всасывание через стенки кишечника ионов кальция, железа; регулируют гуморальный и клеточный иммунитет, предупреждая многие заболевания и инфекции, представленные в табл. 1.

L. acidophilus обладают выраженной противоопухолевой активностью в отношении злокачественных новообразований в кишечнике.

Антибактериальная активность отдельных пробиотических штаммов Streptococcus thermophilus ВКПМ В-10089, Lactobacillus casei 37, Lactobacillus plantarum ВКПМ B-3242, Lactobacillus acidophilus ВКПМ B-2991, Enterococcus durans ВКПМ В-8731 и Enterococcus hirae ВКПМ В-9069 в соотношении 1:1:1:0,2:1:1 и их синергетической комбинации обусловлена способностью продуцировать перекись водорода, молочную, уксусную и другие органические кислоты, синтезировать лизоцим и бактериоцины широкого спектра действия.

Отечественная и зарубежная промышленность выпускает ряд моновидовых пробиотических культур (например, БК-Углич-П и БК-Углич-К) и поливидовых сублимированных бактериальных концентратов, содержащих в составе L. actobacillus casein L. actobacillus plantarum [11, 12, 13].

Возможно использование других штаммов чистых культур или поливидовых препаратов, содержащих перечисленные культуры.

Известно, что высокие питательные потребности L. casei и L. plantarum зачастую не позволяют в молочной среде, в которой питательные вещества варьируют в широких пределах, в полной мере проявить лактобациллам свои пробиотические свойства, показанные в модельных условиях, что вынуждает производителей искать биологически активные стимуляторы развития лактобацилл, представляющие собой сложные витаминно-минеральные комплексы или биологически активные добавки природного происхождения и др. [15, 16, 17], что невозможно при производстве традиционной сметаны.

Таблица 1. - Оздоравливающие эффекты лактобацилл

Для хорошего роста пробиотических культур лактобацилл, учитывая концепцию здорового питания и минимализацию набора эссенциальных элементов, способного существенно нивелировать недостатки вариабельности состава молока-сырья и увеличивать биомассу лактобацилл при их совместном культивировании с термофильным стрептококком важны элементы кальциевой группы.

При недостатке в молоке (сливках)- сырья для производства продуктов функционального питания кальция и магния снижается не только продукция антибиотических веществ пробиотических культур, но и активность развития некоторых штаммов лактококков, лактобацилл и термофильных стрептококков в целом.

Лактококки по требованиям к пробиотикам не обладают способностью приживания в кишечнике, но используются в составе пробиотических продуктов в симбиозе с лактобациллами или бифидобактериями, т.к. способствуют лучшему росту и функционированию последних. Интерес по использованию лактококков, вырабатывающих бактериоцины, используемых в составе функциональных продуктов, возрастает.

Главная функция кальция при производстве ПФП - регуляторная. Роль ионов Са²⁺ как одного из универсальных внутриклеточных посредников доказана во множестве биохимических процессов в клетке - росте, делении, возбудимости, сокращении, секреции и многих других. Кроме этого, ионы кальция служат важнейшими посредниками во внутриклеточной передаче сигналов молочнокислых микроорганизмов.

Магний участвует во многих ферментативных процессах, поэтому является важным фактором, регулирующим интенсивность и направленность развития микробиологических и биохимических процессов при выработке молочных ПФП.

Марганец является активной частью многих ферментов, прежде всего участвующих в окислительно-восстановительных процессах. Также марганец активирует глюкокиназу, гексокиназу, фосфатазы и ряд реакций гликолиза и цикла трикарбоновых кислот.

Оптимальное содержание марганца в питательной среде для молочнокислых бактерий снижает токсическое действие цинка при повышенных его концентрациях.

Содержание марганца в коровьем молоке колеблется от 10 до 95 мкг/кг (в среднем около 50 мкг/кг), при этом самое бедное по содержанию этого элемента оно в весенние месяцы с разницей в 30%) и связано с породными, природно-географическими и кормовыми особенностями содержания животных. Имеются данные, что дополнительное внесение марганца в весеннее молоко (20-40 мкг/кг) положительно влияет на рост и биохимическую активность большинства молочнокислых бактерий. К низкому содержанию марганца в питательной среде более чувствительны молочнокислые палочки. При низком содержании этого элемента в питательной среде их количественный рост снижается на 40-42%.

С точки зрения функционального питания кальций вместе с фосфором имеет большое значение для костей, зубов. Универсальный строительный материал - главная нутрициологическая функция кальция [3].

Кроме главной структурной функции кальций влияет на:

- проницаемость клеточных мембран, обеспечивая оптимальную передачу нервных импульсов, сокращение скелетной и гладкой мускулатур, деятельность сердечной мышцы (нейромышечная функция);

- функцию эндокринных желез (гормональная). Из всех элементов лишь кальций регулирует гормональный баланс, влияет на гормон паращитовидной железы и тирокальцитонин. Первый переводит в кровь кальций, содержащийся в костях, если в крови есть его недостаток, а второй контролирует обратный процесс, если он идет слишком интенсивно;

- свертывание крови через зависимые от кальция ферменты (при кровотечении необходимо повышенное количество кальция);

- уровень образования молока у кормящих женщин;

- поддерживает тонус сосудов за счет влияния на гладкие мышцы, расположенные в стенках сосудов;

- являясь антагонистом натрия, который задерживает воду в организме, кальций способствует выведению (вместе с водой) солей тяжелых металлов и радионуклидов, оказывает противовоспалительное, противоаллергическое и противотоксическое действия (противоядие). Выводя из организма шлаки и токсичные вещества в виде нейтральных солей, кальций содействует снижению утомляемости, снимает усталость, создает бодрое настроение. У взрослого человека весь кальций кости обновляется каждые 5-10 лет, у растущих детей за 1-2 года.

Уровень кальция сыворотки крови тщательно регулируется организмом (примерно 2,5 ммоль/л), чтобы сохранить внеклеточную концентрацию кальция и, таким образом, обеспечить нормальную нейромышечную и гормональную функцию.

Адекватный уровень потребления для детей, в зависимости от возраста, 800-1200 мг; для взрослых 800-1000 мг; для беременных и лактирующих женщин 1000-14000 мг кальция в день. Недостаточное поступление кальция с пищей в детском возрасте, снижение его отложения в костной ткани служит в зрелом возрасте одним из главных факторов риска возникновения остеопороза. Особенно высока потребность в кальции у подростков в 14-17 лет, беременных и кормящих женщин. Повышенный расход кальция (на 30-50% выше физиологической нормы) наблюдается при отравлениях тяжелыми металлами и другими химическими веществами (ксенобиотиками).

В коровьем молоке и полученных из него сливках кальция 800-1400 мг/кг. При этом соотношение кальция к фосфору примерно 1:0,8.

Недостаточное потребление усвояемого кальция, характерное для питания 30-40% людей России в современных социально-экономических условиях, связано с:

- избыточным содержанием фосфора, фитатов и др. антагонистов кальция в рационах;

- недостаточным потреблением молока и молочных продуктов.

Ион магния оказывает сосудорасширяющее и противосудорожное действие. Природный спазмальгетик - главная нутрициологическая функция магния. Основное средство против судорог икроножных мышц. Образуя в клетках комплексы с нуклеиновыми кислотами, магний участвует в передаче нервного импульса, сокращении мышц, метаболизме углеводов.

Кроме главной спазмальгетической функции магний:

- участвует в поддержании нормальной функции нервной системы и мышцы сердца;

- снижает уровень холестерина в крови и тканях;

- стимулирует желчеотделение;

- повышает двигательную активность кишечника, что способствует выведению шлаков и холестерина из организма;

- наряду с кальцием и калием регулирует ионный транспорт через мембраны;

- необходим для активизации ряда ключевых ферментов, участвующих в синтезе белков, жиров, углеводов, АТФ, нуклеиновых кислот;

- регулирует активность ферментативных систем углеводно-фосфорного и энергетического обмена;

- предупреждает образование камней в почках;

- контролирует работу митохондрий - главных энергетических станций организма.

Он, как невидимый кочегар, пережигает все ненужное и следит за работой электростанции, но стоит ему отлучиться - и работа всего организма сорвана. Отодвигает момент переутомления при умственных и физических нагрузках. При стрессе повышается потребность в энергии и в магнии;

- принимает участие в нескольких сотнях эссенциальных метаболических реакциях;

- играет, наряду с кальцием и фосфором, структурную роль в костной ткани.

Ион магния по сравнению с ионом кальция проявляет большую тенденцию к образованию ковалентных донорно-акцепторных связей с электроотрицательными атомами, входящими в состав биологических макромолекул (белков, нуклеиновых кислот). Это обусловливает большие ферментативные функции магния по сравнению с кальцием.

Ежедневная потребность в магнии составляет от 80 до 700 мг: для детей 1-4 лет - 80; 4-7 лет - 120; 7-10 лет - 170; 10-12 лет; 10-13 лет - 230-250; 13-15 лет - 310; 15-19 лет 350-400; взрослых людей - 400; беременных и кормящих матерей до 700. Из них всасывается около 30%. В коровьем молоке содержится 100-300 мг/кг.

При недостатке магния нарушается усвоение пищи, задерживается рост, в стенках сосудов откладывается кальций. В крови уставших людей содержится магния меньше, чем в норме у здоровых. Большие потери этого элемента могут происходить при диарее, если в организм при этом вводятся жидкости, не содержащие магний. Когда содержание в сыворотке крови достигает ниже 0,65 ммоль/л (гипомагнемия), у человека наблюдается гипокальцемия (даже при достаточном поступлении кальция из пищи) и гипокалемия с мышечной дрожью, судорогами (спазмами мышц) в области стопы, повышением нервно-мышечной возбудимости, тошнотой и другими состояниями, быстро проходящими при введении магния [7].

При длительно текущем дефиците магния нарушается структура костной ткани, возникают структурные и регуляторные предпосылки для развития остеопороза: кристаллы гидроксиапатита становятся более крупными и хрупкими, нарушается гормональный контроль поддержания нормального уровня кальция в крови.

Риск магниевой недостаточности возникает в первую очередь у беременных и кормящих матерей; у людей, потребляющих много жирной пищи, принимающих слабительные и обезвоживающие средства, спортсменов и банщиков с усиленным потоотделением.

Содержание марганца в организме составляет около 20 мг. Функции марганца довольно разнообразны. Он усиливает процессы роста, кроветворения, биосинтез нуклеиновых кислот, белков, холестерина, антител.

Марганец является составной частью некоторых металлоэнзимов, таких как аргиназа, глутамилтрансфераза, дипептидазы, изоцитратдегидрогеназа, декарбоксилаза и др. Входит в состав митохондриальной супероксиддисмутазы, пируваткарбоксилазы, аргиназы. Является активатором большого количества ферментов, например аденилилциклазы, глутаминсинтетазы, катехол-О-метилтрансферазы, РНК-полимеразы и др. Эти ферменты включаются в метаболизм аминокислот, углеводов, катехоламинов. Известно, что Mn²⁺ активирует ревертазу (обратную транскриптазу) онковирусов, причем в большей степени, чем Mg²⁺.

Марганец необходим для синтеза холестерина и нуклеотидов. Участвует в синтезе гликопротеинов, протеогликанов, ганглиозидов, тем самым способствует образованию костной и соединительной ткани. Важен для мозга. В 30% случаев у детей со склонностью к судорогам Мn в крови понижен. Это характерно и для взрослых, страдающих эпилепсией.

Регуляторное действие марганца проявляется на уровне гормонов передней доли гипофиза, андрогенов и инсулина. Поэтому недостаточное потребление сопровождается замедлением роста, нарушениями в репродуктивной системе, повышенной хрупкостью костной ткани, нарушениями углеводного и липидного обмена.

Дефицит в первую очередь отражается на формировании скелета. При недостатке марганца нарушаются процессы окостенения во всем скелете, трубчатые кости утолщаются и укорачиваются, суставы деформируются. Однако, поскольку основным источником ионов марганца для современного человека является чай и кофе, обогащение им молочных продуктов достаточно на уровне эффективной работы ферментных систем пробиотических микроорганизмов.

Количественные изменения содержания кальция, магния, марганца вызывают наибольшие функциональные изменения ферментных систем заквасочных молочнокислых, в том числе пробиотических бактерий, и влияют на биохимические процессы, протекающие при переработке молока и пробиотические свойства получаемого продукта. Как наши, так и приведенные другими авторами данные [4, 7, 15, 16, 17] показывают, что оптимальным:

с одной стороны - для проявления функциональных свойств ферментных систем молочнокислых, в том числе пробиотических бактерий, нормального протекация биохимических процессов при переработке молока в функциональные ферментированные продукты;

с другой стороны - для оптимизации биохимического влияния конкретных нутриционных элементов на макроорганизм человека является содержание в молочной смеси для выработки продуктов элементов (в скобках процент обеспечения суточной нормы при употреблении 1 кг продуктов, выработанных из этой смеси):

кальция - 1400 мг/кг (100%)

магния - 600 мг/кг (100%)

марганца - 60 мкг/кг (10%)

При этом в используемой комбинированной бактериальной закваске количество пробиотических лактобацилл увеличивается на 11-15%, а время заквашивания уменьшается на 1,5-2 ч.

Использование солей ортофосфорной кислоты кальция и магния при обогащении молочной смеси до указанных количеств элементов позволяет не нарушать соотношение кальций:фосфор:магний, близкое к идеальному 1,0:1,5:0,5. Особенно в весенний период для оптимизации элементного состава по марганцу необходимы соли марганца двухвалентного (сульфат марганца). При приготовлении молочной смеси с оптимизированным элементным составом могут быть использованы индивидуальные соли, из смеси, фармакопейные растворы солей. При использовании индивидуальных солей используются марки, содержащие минимум соединений тяжелых металлов: фармокопейная, особой чистоты (о.с.ч.), химически чистый (х.ч.), иногда FCCIV и FNP5. Марки чистый (ч.) и чистый для анализа (ч.д.а.) должны предварительно проверяться на содержание тяжелых металлов.

Пример осуществления способа получения сметаны следующий.

Для производства сметаны используют молоко коровье кислотностью не более 19°T, плотностью не менее 1,027 кг/дм, которое сепарируют с получением сливок, или используют готовые сливки, заготовленные по ТУ 1002867-90.

Пример 1. Получение сметаны пробиотической резервуарным способом. Молоко коровье сепарируют с учетом приближения массовой доли жира в полученных сливках к требуемой. Сливки нормализуют по жиру цельным коровьим молоком. Требуемую жирность (10-35%) нормализованных сливок устанавливают в зависимости от нормы вносимой закваски и вида молока. В нормализованную молочную смесь до пастеризации добавляют термоустойчивые соли, растворенные в небольшой порции молочной смеси:

Цитрата кальция (трикальций цитрата) Са₃(C₆H₅O₇)₂ - Е333-1,66 г/кг

Ортофосфата магния Mg₃(PO₄)₂ - Е343 - 3,28 г/кг

Хлорида марганца MnCl₂ - 0,29 г/кг

Суммарно добавляют 5,2 г указанных солей в соотношении, близком к 1:2:0,1 на кг молочной смеси, что составляет 0,5% (таблица 2).

Нормализованные сливки с оптимизированным элементным составом пастеризуют при температуре 94±4°C с выдержкой 20 с или при температуре 86±2°C с выдержкой 4±2 мин.

Таблица 2 - Оптимизация биоэлементов

Пастеризованные сливки охлаждают на пластинчатых теплообменниках до температуры 65±5°C и направляют на гомогенизацию. Гомогенизацию осуществляют при давлении 70-120 кгс/см². Пастеризованные и гомогенизированные сливки охлаждают до температуры заквашивания 33°C и направляют в резервуар (ванну) для сквашивания. В подготовленные для сквашивания сливки вносят при перемешивании 5 мас.% комбинированной бактериальной закваски, состоящей из кислотообразующих культур: Streptococcus thermophilus ВКПМ В-10089, Lactobacillus casei 37, Lactobacillus plantarum ВКПМ B-3242, Lactobacillus acidophilus ВКПМ B-2991, Enterococcus durans ВКПМ В-8731 и Enterococcus hirae ВКПМ В-9069 в соотношении 1:1:1:0,2:1:1, при этом содержание молочнокислых организмов в готовом продукте составляет КОЕ/см³ - 10¹⁰-10¹². Сливки сквашивают при периодическом перемешивании при температуре 33°C до образования сгустка кислотностью 70±5°T в течение 4-5 ч. По окончании процесса сквашивания сквашенные сливки подают на розлив самотеком или насосом. Фасовку сквашенных сливок производят на разливочно-укупорочном автомате. Продукт в упаковке охлаждают до температуры не более 8°C в холодильных камерах. Одновременно с охлаждением происходит созревание продукта.

Пример 2. Получение сметаны пробиотической термостатным способом.

Молоко коровье сепарируют с учетом приближения массовой доли жира в полученных сливках к требуемой. Сливки нормализуют по жиру цельным коровьим молоком. Требуемую жирность (10-35%) нормализованных сливок устанавливают в зависимости от нормы вносимой закваски и вида молока.

В нормализованную молочную смесь до пастеризации добавляют термоустойчивые соли, растворенные в небольшой порции молочной смеси:

Цитрата кальция (трикальций цитрата) Са₃(C₆H₅O₇)₂ - Е333 - 3,32 г/кг

Ортофосфата магния Mg₃(PO₄)₂ - Е343 - 6,57 г/кг

Хлорида марганца MnCl₂ - 0,58 г/кг

Суммарно добавляют около 10,4 г указанных солей в соотношении, близком к 1:2:0,1 на кг молочной смеси, что составляет 1% (таблица 3).

Нормализованные и оптимизированные по элементному составу сливки пастеризуют при температуре 94±4°C с выдержкой 20 с или при температуре 86±2°C с выдержкой 4±2 мин. Пастеризованные сливки охлаждают на пластинчатых теплообменниках до температуры 65±5°C и направляют на гомогенизацию. Гомогенизацию осуществляют при давлении 70-120 кгс/см².

Таблица 3 - Оптимизация биоэлементов

Пастеризованные и гомогенизированные сливки охлаждают до температуры заквашивания 33°C и направляют в резервуар (ванну) для сквашивания. В подготовленные для сквашивания сливки вносят при перемешивании 5 мас.% комбинированной бактериальной закваски, состоящей из Streptococcus thermophilus ВКПМ В-10089, Lactobacillus casei 37, Lactobacillus plantarum ВКПМ B-3242, Lactobacillus acidophilus ВКПМ B-2991, Enterococcus durans ВКПМ В-8731 и Enterococcus hirae ВКПМ В-9069 в соотношении 1:1:1:0,2:1:1, при этом содержание молочнокислых организмов в готовом продукте составляет КОЕ/см - 10¹⁰-10¹². Заквашенные сливки перемешивают в течение 10 мин и сразу направляют на розлив. Заквашенные сливки при периодическом перемешивании разливают на разливоукупорочном автомате в пластиковые ведерки емкостью 1 литр или полимерные стаканчики емкостью 0,5; 0,25 и 0,2 л. После упаковки заквашенные сливки направляют в термостатную камеру для сквашивания. Сливки сквашивают при температуре 33+2°C до образования сгустка кислотностью 70±5°T в течение 4-5 ч. Сквашенные сливки направляют в холодильную камеру с температурой 1-8°C и относительной влажностью 80-85%. Заявляемый способ позволяет получить сметану с высокой функциональной и пробиотической активностью и отвечающей требованиям, предъявляемым к такому типу продукта.

Функциональные свойства обеспечиваются наличием в продукте высокого количества живых лактобацил (КОЕ/см³ - 10¹⁰-10¹²) - активных антагонистов патогенных и условно-патогенных бактерий, способных осуществлять выраженное воздействие на нежелательную микрофлору желудочно-кишечного тракта и оптимальным содержанием биоэлементов: кальция, магния, марганца, фосфора. Сметана, изготовленная по предлагаемому способу, может быть использована в профилактических целях для коррекции иммунодефицитов и восстановления нормофлоры кишечника. Изобретение может быть использовано как на молочных кухнях при получении небольших объемов сметаны, так и на молочных заводах при крупнотоннажном производстве указанного кисломолочного продукта.

Источники информации

1. Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементология - новый термин или новое научное направление. - Вестник ОГУ, 2005, №2, с. 4-8.

2. Коденцова В.М., Вржесинская О.А., Спиричев B.C., Шатнюк Л.Н. Обоснование уровня обогащения пищевых продуктов витаминами и минеральными веществами. - Вопросы питания, 2010, №1, т. 79, с. 23-33.

3. Полянская И.С. Нутрициологическая химия s-элементов. - Вологда - Молочное: ИЦ ВГМХА, 2011, 139 с.

4. Патент РФ №2316585 от 10.02.2008.

5. Ассортимент кисломолочных продуктов. - Режим доступа: http://www.goodsmatrix.ru/goods-catalogue/Dairy-products/Sour-milk-products.html, свободный.

6. Сметана. - Режим доступа: http://permmoloko.com/smetana.html, свободный.

7. Полянская И.С., Тераевич А.С., Топал О.И., Новокшанова А.Л., Забегалова Г.Н. Нутрициологические, микробиологические, генетические и биохимические основы разработки и производства продуктов с пробиотиками. - Вологда - Молочное: ИЦ ВГМХА, 2013, 200 с.

8. Лактобактерии (лактобациллы). - Режим доступа: www.gastroscan.ru, свободный.

9. Урусова Н.И. Современные технологии в коррекции дисбактериозов кишечника у детей. - Фарматека, 2008, №2, с. 19-24.

10. Лактобациллы. - Режим доступа: http://www.biokplus.com/en-ca/about-probiotics/1-acidophilus-and-l-casei, свободный.

11. Бактериальные концентраты, г. Углич. - Режим доступа: http://www.uglich-biofabrika.ru/products, свободный.

12. Бактериальные концентраты. - Режим доступа: http://megashop-zakvaski.ru/goods, свободный.

13. Развитие российского рынка функциональных ингредиентов http://www.foodmarket. spb.ru/current.php, свободный.

14. Тутельян В.А., Шабров А.В., Ткаченко Е.И. От концепции государственной политики в области здорового питания населения России - к национальной программе здорового питания. - Клиническое питание, 2004, №2, с. 2-4.

15. Патент РФ №2287302 С2, кл. A23L 1/30,2006.

16. Семенихина В.Ф., Рожкова И.В., Гаврилова Л.Н. и др. - Биохимизм ароматообразования молочнокислыми стрептококками // Молочная промышленность, 2001, №9, с. 14-18.

17. Спиричев В.Б., Шатнюк Л.Н., Позняковский В.М. Обогащение пищевых продуктов витаминами и минеральными веществами. Наука и технология. - Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2004, 548 с.