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-%-ban kiegészített, valamint kontroll ABT-típusú savanyú tejtermékek előállítása laboratóriumi körülmények között, majd a termékek tárolása C-on 2 napig (mikrobiológiai vizsgálatok heti rendszerességgel). Eredmények: Sem az oligofruktóz, sem az inulin (1-%-os) jelenléte nem befolyásolta (P > 0,0) a S. thermophilus és a L. acidophilus tárolás alatti túlélését. A bifidobaktériumok ugyan gyorsabban pusztultak, mint a tejsavbaktériumok, az oligofruktóz viszont szignifikáns mértékben (P < 0,0) 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 8,8 A 7, B 8,6 8, 7,0 8,2 0 7 1 21 28 3 2 9 Control 1% 3% % 6, 6,0 0 7 1 21 28 3 2 9 Control 1% 3% % 6,0, C,0,,0 0 7 1 21 28 3 2 9 Control 1% 3% %
S. thermophilus (A), L. acidophilus (B) és Bifidobacterium spp. (C) élősejt-számának alakulása inulinnal kiegészített, ill. kontroll ABT-típusú savanyú tejtermékekben 9,0 8,8 A 7, B 8,6 8, 7,0 8,2 0 7 1 21 28 3 2 9 Control 1% 3% % 6, 6,0 0 7 1 21 28 3 2 9 Control 1% 3% % 6,0, C,0,,0 0 7 1 21 28 3 2 9 Control 1% 3% % II. MÉZ HATÁSA TERMOFIL STARTER- BAKTÉRIUMOKRA SAVANYÚ TEJTERMÉKEK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS HŰTVE TÁROLÁSA SORÁN
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 10-1%-kal drágábban lehet értékesíteni ezeket, mint az egyéb édesítőszereket tartalmazó konkurens termékeket. A méz A méz jelentős mennyiségű fruktózt (38,%) és glükózt (31,3%), továbbá kisebb mennyiségű maltózt (7,2%), szacharózt (1,%) és különféle oligoszacharidokat (,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 C-on 2 napig (mikrobiológiai vizsgálatok heti rendszerességgel). Eredmények: A méz jelenléte (%-nyi koncentrációig) nem befolyásolta (P > 0,0) a joghurtbaktériumok tárolás alatti életképességét. Ezzel szemben, a mézadagolás szignifikáns mértékben (P < 0,0) növelte a bifidobaktériumok túlélési arányát a hűtve tárolt ABT-típusú savanyú tejtermékekben. Streptococcus thermophilus (A) és Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus (B) élősejt-számának alakulása mézzel kiegészített, ill. kontroll joghurtokban 9,0 9,0 8, 8, 7, 7, 7,0 0 7 1 21 28 3 2 9 Kontroll 1% 3% % 7,0 0 7 1 21 28 3 2 9 Kontroll 1% 3% % A B
S. thermophilus (A), L. acidophilus (B) és Bifidobacterium spp. (C) élősejt-számának alakulása mézzel kiegészített, ill. kontroll ABT-típusú savanyú tejtermékekben 9,0 8,9 8,8 8,7 8,6 8, 8, 8,3 8,2 8,1 0 7 1 21 28 3 A Kontroll 2,% % 10% 7,8 7,6 7, 7,2 7,0 0 7 1 21 28 3 B Kontroll 2,% % 10% 9,0 C 8, 7, 7,0 0 7 1 21 28 3 Kontroll 2,% % 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.
III. MIKROALGÁK HATÁSA TERMOFIL STARTER- BAKTÉRIUMOKRA 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, -70% fehérje, 1-2% szénhidrát, -22% lipid (ennek 10-30%-a GLA), 2-% nukleinsav, 7-13% hamu, -10% rost, vitaminok és egyéb bioaktív anyagok. A mikroalgák kereskedelmi célú előállítása 0 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, ZnCl 2 -t vagy Na 2 SeO 3 H 2 O-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 in Spirulina biomass (mg/kg) 00 0 00 30 300 20 200 10 100 0 0 0 0,03 0,1 0,2 0,3 0, 1 2 3 10 20 30 Potassium iodide in culture medium (mg/l) Iodine accumulation in Spirulina biomass (times) 00 30 300 20 200 10 100 0 0 0 0,03 0,1 0,2 0,3 0, 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 Jódfeldúsulás Spirulina (Arthrospira) platensis biomasszákban, a cianobaktériumok kálium-jodid tartalmú tápközegekben történő 8 napos tenyésztését követően
Zinc in Spirulina biomass (mg/kg) 100 90 80 70 60 0 0 30 20 10 0 0 0,3 1 2 3 10 Zinc chloride in culture medium (mg/l) Spirulina (Arthrospira) platensis biomasszák cinktartalma, a cianobaktériumok káliumjodid tartalmú tápközegekben történő 8 napos tenyésztését követően Zinc accumulation in Spirulina biomass (times) 0 0 3 30 2 20 1 10 0 0 0,3 1 2 3 10 Zinc chloride in culture medium (mg/l) Cinkfeldúsulás Spirulina (Arthrospira) platensis biomasszákban, a cianobaktériumok kálium-jodid tartalmú tápközegekben történő 8 napos tenyésztését követően Selenium in Spirulina biomass (mg/kg) 30 300 20 200 10 100 0 0 0 0,03 0,1 0,2 0,3 0, 1 2 3 10 20 30 Sodium selenite in culture medium (mg/l) Spirulina (Arthrospira) platensis biomasszák szeléntartalma, a cianobaktériumok káliumjodid tartalmú tápközegekben történő 8 napos tenyésztését követően Selenium accumulation in Spirulina biomass (times) 60 0 0 3 30 2 20 1 10 0 0 0,03 0,1 0,2 0,3 0, 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 CH- 2, Lactobacillus acidophilus La- 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 < 0,0) 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 6. A 7 6. B 6 6.. ph ph.. 3. 0 1 2 3 6 7 8 9 Time (h) ST CTRL ST CBA 3. 0 1 2 3 6 7 8 9 10 11 12 13 1 Time (h) LB CTRL LB CBA 7 6. C 6. ph. 3. 0 1 2 3 6 7 8 9 10 Time (h) ST+LB CTRL ST+LB CBA
3 g/l Spirulina (CBA) biomassza hatása L. acidophilus La- (A), B. lactis Bb-12 (B) és e két törzs kevert tenyészetének (C) savtermelésére tejben (CTRL: kontroll) 7 6. A 6. 6 B 6 ph. ph... 0 1 2 3 6 7 8 9 10 11 12 13 1 Time (h) LA CTRL LA CBA 0 1 2 3 6 7 8 9 10111213111617181920212223 Time (h) BB CTRL BB CBA 7 6. C 6. ph. 3. 0 1 2 3 6 7 8 9 10 11 12 13 1 1 16 Time (h) LA+BB CTRL LA+BB CBA 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 C-on valamint 1 C-on, max. 6 héten át. Mikrobiológiai vizsgálatok 3-, ill. 7-naponta. Joghurtok: Terméktől és tárolási hőmérséklettől függetlenül 10 8 CFU/g feletti élősejt-számok. C-on a kontroll termékhez viszonyítva szignifikánsan nagyobb (P < 0,0) értékek a Spirulina-tartalmú mintákban. C-on 1 hónapon át tartó tárolást követően a Spirulina-tartalmú joghurt élesztő- és penészszáma szignifikánsan kisebb (P < 0,0) 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 < 0,0) késleltette ezt a folyamatot.
Log cfu g-1 9 8.9 8.8 8.7 8.6 8. 8. 8.3 8.2 8.1 8 7.9 7.8 7.7 7.6 7. 0 7 1 21 28 3 Time (d) Control CBA Log cfu g-1. 3. 3 2. 2 1. 1 0. 0 0 7 1 21 28 3 Time (d) Control CBA Kontroll, ill. Spirulinával kiegészített (CBA) joghurtok összes hasznos élősejtszámának változása C-os tárolás során Kontroll, ill. Spirulinával kiegészített (CBA) joghurtok élesztőgomba- és penészgombaszámának változása C-os tárolás során 10 9 10 9 8 7 6 8 7 6 0 3 6 9 12 1 18 21 ST-SP ST-Ctrl LA-SP LA-Ctrl BB-SP BB-Ctrl 0 7 1 21 28 3 2 9 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 1 C-os tárolás során S. thermophilus, L. acidophilus és Bifidobacterium spp. élősejt-számának alakulása Spirulinával kiegészített, ill. kontroll ABT-típusú savanyú tejtermékekben 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 < 0,0) növelte a C. vulgaris-kiegészítés. A bioaktív anyagokban gazdag Chlorella-biomassza felhasználásával természetes eredetű, funkcionális hatású takarmányok előállítására nyílik lehetőség. 9, 9,0 8, 7, 7,0 6, 6,0 0 8 12 16 20 2 Time (h) 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!