Élelmiszer-tudományi és -technológiai kutatások, fejlesztések
Varga László egyetemi tanár
Új típusú probiotikus savanyú tejtermékek kifejlesztését megalapozó kutatások Bevezetés • A savanyú tejtermékek a tejipari gyártmányok legértékesebbjei. • Egy főre jutó fogyasztásukat illetően elmaradunk az élenjáró országoktól, de a fogyasztási színvonal évek óta dinamikus emelkedést mutat. • A savanyú tejtermékek fogyasztásának intenzív növekedése világjelenség (a vásárlók felismerték e készítmények táplálkozásbiológiai és élvezeti értékét). • Az előnyös tulajdonságok a hasznos mikroorganizmusok nagyszámú jelenlétére, valamint a tej összetételének kedvező irányú megváltozására vezethetők vissza. • A savanyú tejtermékek klasszikus változatát a joghurt képviseli. • A fejlett tejgazdasággal rendelkező országokban azonban az utóbbi időben előtérbe került a probiotikus hatású élőflóra, valamint a prebiotikumok jelentősége.
Definíciók
Probiotikumok: Humánbarát bélbaktériumok (laktobacilluszok, ill. bifidobaktériumok), amelyek többféle jótékony hatással vannak a gazdaszervezet egészségi állapotára. Prebiotikumok: Diétás rostok (oligoszacharidok), jellemzően a probiotikumok kizárólagos tápanyagai, elősegítik azok elszaporodását és túlsúlyba kerülését (a vastagbélben). Szinbiotikumok: A pro- és prebiotikumok együttes alkalmazása. A két előnyös tényező hatása összegződik, nem ritkán szinergistává válik. Funkcionális élelmiszerek: A fő tápanyagok mellett valamilyen olyan komponenst is tartalmaznak megfelelő mennyiségben, amely biológiai aktivitása révén kedvező élettani hatást fejt ki, ill. szerepe van bizonyos civilizációs betegségek megelőzésében.
I. OLIGOSZACHARIDOK HATÁSA TERMOFIL STARTER-BAKTÉRIUMOKRA SAVANYÚ TEJTERMÉKEK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS HŰTVE TÁROLÁSA SORÁN
“Klasszikus” prebiotikumok
• A prebiotikus hatású oligoszacharidokat egyre elterjedtebben alkalmazzák élelmiszerekben. Főbb csoprtjaik: fruktooligoszacharidok (FOS), xylo-oligoszacharidok (XOS) és galaktooligoszacharidok (GOS). •Az általunk használt oligofruktóz és inulin széles körben elterjedt a természetben, több ezer növényben megtalálhatóak. Összetételükre nézve fruktánok: ún. β-(2,1) kötésekkel összekapcsolódó fruktóz molekulákból épülnek fel. Oligofruktóz esetében 2-7, inulin esetében 3-60 fruktóz egység alkotja a lineáris láncot, amelyet mindig egy glükóz molekula zár le.
Inulin
“Klasszikus” prebiotikumok
• Az emésztőcsatorna felső szakaszában egyáltalán nem hidrolizálódnak, csak a vastagbélben bomlanak le monoszacharid építőegységeikre. Szelektíven hatnak a bélmikroflórára, lehetővé teszik, hogy egyfelől a vastagbélbe jutott bifidobaktériumok ott elszaporodjanak, másfelől a káros bélbaktériumok számbelileg visszaszoruljanak; tehát elősegítik a kedvező összetételű bélmikroflóra kialakulását.
• A fruktánok emellett még javítják a szervezetbe kerülő kalcium felszívódásának hatékonyságát is, ezáltal fontos szerepet tölthetnek be a népbetegségnek számító csontritkulás megelőzésében.
Oligoszacharidokkal végzett kísérletek
Célkitűzés: Annak megállapítása, hogy milyen mértékű hatást gyakorol az oligofruktóz és az inulin egy probiotikus savanyú tejtermék mikrobiótájának hűtve tárolás alatti alakulására. Anyag és módszer: Oligofruktózzal, ill. inulinnal 1-5%-ban kiegészített, valamint kontroll ABT-típusú savanyú tejtermékek előállítása laboratóriumi körülmények között, majd a termékek tárolása 4°C-on 42 napig (mikrobiológiai vizsgálatok heti rendszerességgel). Eredmények: Sem az oligofruktóz, sem az inulin (1-5%-os) jelenléte nem befolyásolta (P > 0,05) a S. thermophilus és a L. acidophilus tárolás alatti túlélését. A bifidobaktériumok ugyan gyorsabban pusztultak, mint a tejsavbaktériumok, az oligofruktóz viszont szignifikáns mértékben (P < 0,05) késleltette ezt a folyamatot. Következtetés: A kereskedelmi forgalomban kapható oligofruktóz (és korlátozottabban az inulin is) alkalmasnak bizonyult bifidobaktériumok tárolás alatti életképességének javítására ABT-típusú savanyú tejtermékek esetében.
S. thermophilus (A), L. acidophilus (B) és Bifidobacterium spp. (C) élősejt-számának alakulása oligofruktózzal kiegészített, ill. kontroll ABT-típusú savanyú tejtermékekben 9,0
8,0
A
B Log cfu/g
7,5
8,6 8,4
8,0
7,0 6,5
8,2 0
7
14
21 28 Time (day)
35
42
49
Control 1% 3% 5%
6,0
0
6,0
C 5,5 Log cfu/g
Log cfu/g
8,8
5,0 4,5 4,0
0
7
14
21 28 Time (day)
35
42
49
Control 1% 3% 5%
7
14
21 28 Time (day)
35
42
49
Control 1% 3% 5%
S. thermophilus (A), L. acidophilus (B) és Bifidobacterium spp. (C) élősejt-számának alakulása inulinnal kiegészített, ill. kontroll ABT-típusú savanyú tejtermékekben 8,0
9,0
A
B Log cfu/g
7,5
8,6 8,4
8,0
7,0 6,5
8,2 0
7
14
21 28 Time (day)
35
42
49
Control 1% 3% 5%
6,0
0
7
14
21 28 Time (day)
35
42
6,0
C 5,5 Log cfu/g
Log cfu/g
8,8
5,0
4,5
4,0
0
7
14
21 28 Time (day)
35
42
49
Control 1% 3% 5%
II. MÉZ HATÁSA TERMOFIL STARTERBAKTÉRIUMOKRA SAVANYÚ TEJTERMÉKEK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS HŰTVE TÁROLÁSA SORÁN
49
Control 1% 3% 5%
A méz
• Az utóbbi évek egészségtudatos táplálkozási irányzatai az élelmiszeradalékok felhasználása területén is éreztették hatásukat. Az édesítőszerek közül kiemelt figyelem irányult a mézre, mint természetes eredetű édesítő anyagra. • A méztartalmú élelmiszereket bizonyos fogyasztói csoportok különösen értékesnek tartják, és akár 10-15%-kal drágábban lehet értékesíteni ezeket, mint az egyéb édesítőszereket tartalmazó konkurens termékeket.
A méz
• A méz jelentős mennyiségű fruktózt (38,5%) és glükózt (31,3%), továbbá kisebb mennyiségű maltózt (7,2%), szacharózt (1,5%) és különféle oligoszacharidokat (4,2%) tartalmaz. További komponensei: szerves savak (ecetsav, vajsav, citromsav, hangyasav, tejsav stb.), vitaminok (B, K, C) és enzimek (kataláz, diasztáz, invertáz, lipáz, peroxidáz). • Noha történtek próbálkozások a méz tejipari célú felhasználására, savanyú tejtermékek előállításához mégsem használják elterjedten (bizonyos esetekben gátló hatást gyakorolhat a tejsavbaktériumok élettevékenységére).
Mézzel végzett kísérletek
Célkitűzés: Annak megállapítása, hogy milyen mértékű hatást gyakorol az akácméz a joghurt és egy ABT-típusú savanyú tejtermék mikrobiótájának hűtve tárolás alatti alakulására. Anyag és módszer: Akácmézzel kiegészített, ill. kontroll joghurtok és ABT-típusú savanyú tejtermékek előállítása laboratóriumi körülmények között, majd a termékek tárolása 4°C-on 42 napig (mikrobiológiai vizsgálatok heti rendszerességgel). Eredmények: A méz jelenléte (5%-nyi koncentrációig) nem befolyásolta (P > 0,05) a joghurtbaktériumok tárolás alatti életképességét. Ezzel szemben, a mézadagolás szignifikáns mértékben (P < 0,05) növelte a bifidobaktériumok túlélési arányát a hűtve tárolt ABT-típusú savanyú tejtermékekben.
9,0
9,0
8,5
8,5 Log cfu/g
Log cfu/g
Streptococcus thermophilus (A) és Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus (B) élősejt-számának alakulása mézzel kiegészített, ill. kontroll joghurtokban
8,0
7,5
7,0
8,0
7,5
0
7
14
21 28 Time (day)
A
35
42
49
Kontroll 1% 3% 5%
7,0
0
7
14
21 28 Time (day)
B
35
42
49
Kontroll 1% 3% 5%
S. thermophilus (A), L. acidophilus (B) és Bifidobacterium spp. (C) élősejt-számának alakulása mézzel kiegészített, ill. kontroll ABT-típusú savanyú tejtermékekben 8,0
9,0
A
8,9
B 7,8
8,8 Log cfu/g
8,6 8,5 8,4
7,6 7,4
8,3 7,2
8,2 8,1 8,0
0
7
14 21 Time (day)
28
Kontroll 2,5% 5% 10%
35
7,0
0
7
14 21 Time (day)
28
35
9,0
C 8,5 Log cfu/g
Log cfu/g
8,7
8,0
7,5
7,0
0
7
14 21 Time (day)
28
35
Kontroll 2,5% 5% 10%
Következtetés: A savanyú tejtermékek mézzel történő kiegészítése egyértelműen javasolható, mert a méz • táplálkozás-élettani szempontból számos kedvező tulajdonsággal rendelkező természetes édesítő anyag, • javítja a késztermék érzékszervi tulajdonságait, • nem gátolja a joghurtban található tejsavbaktériumok élettevékenységét, • javítja a probiotikus savanyú tejtermékekben található bifidobaktériumok életképességét.
Kontroll 2,5% 5% 10%
III. MIKROALGÁK HATÁSA TERMOFIL STARTERBAKTÉRIUMOKRA SAVANYÚ TEJTERMÉKEK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS HŰTVE TÁROLÁSA SORÁN
A felhasznált mikroalga-fajok
A mikroalgák értékes vegyületek előállítására képes fotoszintetizáló mikroorganizmusok. Porlasztva szárított mikroalga-biomasszák jellemző összetétele: • 3-7% víz, • 45-70% fehérje, • 15-25% szénhidrát, • 4-22% lipid (ennek 10-30%-a GLA), • 2-4% nukleinsav, • 7-13% hamu, • 5-10% rost, • vitaminok és egyéb bioaktív anyagok. A mikroalgák kereskedelmi célú előállítása 40 éves múltra tekint vissza. Élelmiszer célú felhasználásra jellemzően a Chlorella és a Spirulina fajokat termelik. A Spirulina (Arthrospira) platensis a prokarióta cianobaktériumok közé, a Chlorella vulgaris pedig az eukarióta egysejtű zöldalgák közé tartozik.
Mikroalgákkal végzett kísérletek: I. Mikroelem-dúsítás Célkitűzés: Táplálkozás-élettani szempontból nélkülözhetetlen mikroelemek Spirulina platensis sejtjeiben történő feldúsulásának vizsgálata. Anyag és módszer: A Spirulina tenyésztése KI-t, ZnCl2-t vagy Na2SeO3· 5H2O-t 0,03-30 mg/L koncentrációban tartalmazó mesterséges tápközegek 8 napon keresztül, majd a szárított biomassza I-, Zn-, ill. Se-tartalmának meghatározása. Eredmények: Szoros kapcsolat a tenyésztőközeg mikroelem-tartalma és a Spirulina-biomassza mikroelem-koncentrációja között. Következtetés: A sejtjeikben jódot, cinket és szelént feldúsítani képes cianobaktériumok nagyon alkalmasak emberi fogyasztás céljára, mert a mikroelemek szerves kötésben vannak jelen a Spirulina-sejtekben, így hatékonyabb lesz a felszívódásuk, kevésbé lesznek toxikusak, és jótékony hatásaikat tovább fokozzák a Spirulina-biomasszában található fehérjék, vitaminok és egyéb bioaktív anyagok.
Iodine accumulation in Spirulina biomass (times)
Iodine in Spirulina biomass (mg/kg)
500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
400 350 300 250 200 150 100 50 0
0
0,03 0,1
0,2
0,3
0,5
1
2
3
10
20
30
Potassium iodide in culture medium (mg/L)
Spirulina (Arthrospira) platensis biomasszák jódtartalma, a cianobaktériumok kálium-jodid tartalmú tápközegekben történő 8 napos tenyésztését követően
0
0,03 0,1 0,2 0,3 0,5
1
2
3
10
20
Potassium iodide in culture medium (mg/L)
Jódfeldúsulás Spirulina (Arthrospira) platensis biomasszákban, a cianobaktériumok kálium-jodid tartalmú tápközegekben történő 8 napos tenyésztését követően
30
Zinc accumulation in Spirulina biomass (times)
Zinc in Spirulina biomass (mg/kg)
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
0
0,3
1
2
3
5
10
0
Zinc chloride in culture medium (mg/L)
300 250 200 150 100 50 0 1
2
3
10
2
3
5
10
Cinkfeldúsulás Spirulina (Arthrospira) platensis biomasszákban, a cianobaktériumok kálium-jodid tartalmú tápközegekben történő 8 napos tenyésztését követően
Selenium accumulation in Spirulina biomass (times)
Selenium in Spirulina biomass (mg/kg)
350
0,03 0,1 0,2 0,3 0,5
1
Zinc chloride in culture medium (mg/L)
Spirulina (Arthrospira) platensis biomasszák cinktartalma, a cianobaktériumok káliumjodid tartalmú tápközegekben történő 8 napos tenyésztését követően
0
0,3
20
30
Sodium selenite in culture medium (mg/L)
Spirulina (Arthrospira) platensis biomasszák szeléntartalma, a cianobaktériumok káliumjodid tartalmú tápközegekben történő 8 napos tenyésztését követően
60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0
0,03 0,1 0,2 0,3 0,5
1
2
3
10
20
30
Sodium selenite in culture medium (mg/L)
Szelénfeldúsulás Spirulina (Arthrospira) platensis biomasszákban, a cianobaktériumok kálium-jodid tartalmú tápközegekben történő 8 napos tenyésztését követően
Mikroalgákkal végzett kísérletek: II. Tejipari starterkultúrák savtermelésére gyakorolt hatás Mikroelemekkel (jód, cink, szelén) dúsított Spirulina platensis-biomassza által Streptococcus thermophilus CH-1, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus CH2, Lactobacillus acidophilus La-5 valamint Bifidobacterium lactis Bb-12 tiszta- és keverék-tenyészeteinek savtermelő aktivitására gyakorolt hatását vizsgáltuk modell tej-tápközegben. Az összes tiszta és kevert tenyészet savtermelését szignifikánsan (P < 0,05) – jóllehet eltérő mértékben – stimulálta a Spirulina-adagolás. A serkentés különösen szembetűnő volt a probiotikus törzsek esetében. A cianobaktérium biomassza “aktív” komponenseinek meghatározása során mikroelemek (jód, cink, szelén), vitaminok (B-komplex, C, A, E) és nitrogéntartalmú anyagok (pepton, adenin, hipoxantin) tesztelésére került sor. A Spirulina-biomasszának tejipari színtenyészetekre gyakorolt serkentő hatása döntő részben nitrogéntartalmú anyagok (szabad aminosavak, hipoxantin, adenin) jelenlétére vezethető vissza.
3 g/L Spirulina (CBA) biomassza hatása S. thermophilus (A), L. bulgaricus (B) és e két faj kevert tenyészetének (C) savtermelésére tejben (CTRL: kontroll) 7
7
A
5.5
5.5 pH
6
5 4.5
5 4.5
4 3.5
B
6.5
6
4
0
1
2
3
4
5
6
7
8
ST CTRL ST CBA
9
3.5
LB CTRL 0
1
2
3
4
Time (h)
5
6
7
Time (h) 7
C
6.5 6 5.5 pH
pH
6.5
5 4.5 4 3.5
0
1
2
3
4
5
Time (h)
6
7
8
9
10
ST+LB CTRL ST+LB CBA
8
9 10 11 12 13 14
LB CBA
3 g/L Spirulina (CBA) biomassza hatása L. acidophilus La-5 (A), B. lactis Bb-12 (B) és e két törzs kevert tenyészetének (C) savtermelésére tejben (CTRL: kontroll) 7
6.5
A
6.5
B 6
6
pH 5
5
4.5
4.5 4
LA CTRL 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14
LA CBA
4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920212223
Time (h)
BB CTRL BB CBA
Time (h)
7
C
6.5 6 5.5 pH
pH
5.5
5.5
5 4.5 4 3.5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
LA+BB CTRL LA+BB CBA
Time (h)
Mikroalgákkal végzett kísérletek: III. A mikrobióta összetételére gyakorolt hatás tárolás során Spirulina-biomasszával dúsított, ill. kontroll joghurtok és ABT-típusú savanyú tejtermékek gyártása és tárolása 4°C-on valamint 15°C-on, max. 6 héten át. Mikrobiológiai vizsgálatok 3-, ill. 7-naponta. Joghurtok: Terméktől és tárolási hőmérséklettől függetlenül 108 CFU/g feletti élősejt-számok. 4°C-on a kontroll termékhez viszonyítva szignifikánsan nagyobb (P < 0,05) értékek a Spirulina-tartalmú mintákban. 4°C-on 1 hónapon át tartó tárolást követően a Spirulina-tartalmú joghurt élesztő- és penészszáma szignifikánsan kisebb (P < 0,05) volt, mint a kontroll joghurté. Ez a jelenség a cianobaktérium biomasszában található gombagátló anyag(ok) jelenlétével magyarázható. ABT-típusú savanyú tejtermékek: A Spirulina-biomassza – tárolási hőmérséklettől függetlenül – kedvezően befolyásolta az ABT kultúra komponenseinek tárolás alatti életképességét. A bifidobaktériumok gyorsabban pusztultak a tárolás során, mint a laktobacilluszok és a sztreptokokkuszok, a Spirulina-biomassza azonban szignifikáns mértékben (P < 0,05) késleltette ezt a folyamatot.
5 4.5 4 3.5 Log cfu g-1
Log cfu g-1
9 8.9 8.8 8.7 8.6 8.5 8.4 8.3 8.2 8.1 8 7.9 7.8 7.7 7.6 7.5
3 2.5 2 1.5 1
Control 0
7
14
21
28
CBA
35
0.5 0
0
7
14
Time (d)
Control CBA
35
Kontroll, ill. Spirulinával kiegészített (CBA) joghurtok élesztőgomba- és penészgombaszámának változása 4°C-os tárolás során
10
10
9
9
8
8 Log cfu/g
Log cfu/g
28
Time (d)
Kontroll, ill. Spirulinával kiegészített (CBA) joghurtok összes hasznos élősejtszámának változása 4°C-os tárolás során
7 6
7 6
5 4
21
0
3
6
9 12 Time (day)
15
18
21
ST-SP ST-Ctrl LA-SP LA-Ctrl BB-SP BB-Ctrl
S. thermophilus, L. acidophilus és Bifidobacterium spp. élősejt-számának alakulása Spirulinával kiegészített, ill. kontroll ABT-típusú savanyú tejtermékekben 15°C-os tárolás során
5 4
0
7
14
21 28 Time (day)
35
42
49
ST-SP ST-Ctrl LA-SP LA-Ctrl BB-SP BB-Ctrl
S. thermophilus, L. acidophilus és Bifidobacterium spp. élősejt-számának alakulása Spirulinával kiegészített, ill. kontroll ABT-típusú savanyú tejtermékekben 4°C-os tárolás során
Mikroalgákkal végzett kísérletek: IV. Chlorella vulgaris hatása fermentált takarmányokban alkalmazott probiotikumok szaporodására 3 g/L koncentrációban adagolt Chlorella vulgaris mikroalga-biomassza takarmány-fermentálásra használt Lactobacillus plantarum és Enterococcus faecium probiotikus tejsavbaktérium-törzsek szaporodási sebességére gyakorolt hatását vizsgáltuk tejben.
A L. plantarum és az E. faecium szaporodási sebességét is szignifikáns mértékben (P < 0,05) növelte a C. vulgaris-kiegészítés.
A bioaktív anyagokban gazdag Chlorella-biomassza felhasználásával természetes eredetű, funkcionális hatású takarmányok előállítására nyílik lehetőség.
9,5 9,0
Log cfu/g
8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0
0
4
8
12 16 Time (h)
20
24
LP-Ctrl LP-CV EF-Ctrl EF-CV
3 g/L Chlorella vulgaris biomassza hatása Lactobacillus plantarum, ill. Enterococcus faecium savtermelésére tejben
KÖVETKEZTETÉSEK
A tejipari starterkultúra-komponensek szaporodási sebessége és savtermelése növelhető, továbbá életképességük tárolás alatti megőrzése biztosítható oligofruktóz, inulin, akácméz, ill. Spirulina- és Chlorella-biomassza felhasználásával. A savanyú tejtermékek előállítási idő-szükségletének lerövidítésével nő a termelékenység. A szaporodás és a savképzés stimulálása, valamint a tárolás alatti túlélés javítása különösen bifidobaktériumok esetében fontos felismerés, ugyanis ezek a fajok rendkívül lassan szaporodnak és savanyítanak tejben, savas közegben pedig gyorsan pusztulnak. Az említett anyagok némelyike a késztermék táplálkozási és élvezeti értékét is javítja, sőt: antifungális anyagai révén bizonyos fokú védelmet biztosít a terméket szennyező élesztő- és penészgombákkal szemben. A megvizsgált, biológiailag aktív anyagok felhasználásával új típusú funkcionális savanyú tejtermékek előállítására nyílik lehetőség.
Köszönöm a figyelmet!
