Главная страница » Йогурт с инкапсулированными пробиотическими микроорганизмами для профилактики сахарного диабета 2-го типа

Рубрики

20.06.2025

Йогурт с инкапсулированными пробиотическими микроорганизмами для профилактики сахарного диабета 2-го типа

Сахарный диабет — многофакторное заболевание, развитие которого связано с ожирением, состоянием кишечной микробиоты и наличием воспалительных процессов в организме. Эти факторы, являясь основными в патогенезе сахарного диабета 2-го типа (СД2), тесно связаны между собой, о чем свидетельствуют результаты большинства современных исследований. Микробиота кишечника участвует прямо или опосредованно практически во всех физиологических функциях, метаболических, поведенческих и сигнальных реакциях, необходимых для обеспечения гомеостаза организма.

Изменение количественного и видового состава микробиоты может приводить к возникновению различных патологических состояний (воспалительным заболеваниям кишечника, атеросклерозу, метаболическому синдрому, ожирению, СД2). Если в нормальном (здоровом) состоянии микробиота кишечника представлена двумя основными типами — Bacteroidetes и Firmicutes с превалированием первых, то при дисбиотическом состоянии наблюдаются увеличение содержания бактерий типа Firmicutes и снижение доли бактерий типа Bacteroidetes.

При исследовании механизма возникновения и развития СД2 была выявлена особая роль дисбактериоза кишечной микробиоты, что позволяет рассматривать ее как основной сдерживающий фактор развития данного заболевания. Свидетельством того, что воздействие на микробиоту может быть эффективным при лечении СД2, служат результаты экспериментальных и клинических исследований, подтверждающих, что абсолютное большинство маркеров, связанных с СД2, коррелируют с дисбиозом кишечника, снижением количества бактерий, продуцирующих бутират, и увеличением окислительного стресса.

Для коррекции состава микробиоты кишечника применяют про- и пребиотики. Пробиотики, как правило, являются представителями нормальной микрофлоры ЖКТ человека и принадлежат к роду Lactobacillus (L. acidophilus, L. casei, L. plantarum, L. delbrueckii ssp. Bulgaricus), Lacticaseibacillus (L. rhamnosus GG) и Bifidobacterium (B. bifidum, B. breve, B. longum, B. infantis, B. animalis). К пробиотикам относят и ряд штаммов термофильного стрептококка, пропионовокислые бактерии и некоторые штаммы дрожжей.

Действие пробиотиков на состояние больных СД2 и основные маркеры заболевания описаны в ряде исследований, проводившихся как на животных, так и на людях. Так, M. Tabuchi et al показали, что включение в рацион крыс со стрептозотоцин-индуцированным диабетом пробиотика L. GG способствует значительному сдерживанию роста непереносимости глюкозы и гипергликемии, а X. Li, N. Wang et al. выявили при исследованиях in vivo, что L. plantarum CCFM0236обладает потенциальной гипогликемической способностью, улучшая резистентность к инсулину, антиоксидантную способность и снижая системное воспаление у подопытных животных. Были подтверждены и антидиабетические свойства L. casei и L. gassery в опытах на крысах со стрептозотоцин-индуцированным диабетом.

В большинстве исследований на людях получены положительные результаты как при применении препаратов пробиотиков, так и пробиотических продуктов. A.S. Andreasen et al. показали, что прием L. acidophilus NCFM людьми с нормальной или нарушенной чувствительностью к инсулину в течение четырех недель сохранял чувствительность к инсулину по сравнению с плацебо, но не повлиял на системную воспалительную реакцию.

Исследования влияния кисломолочных продуктов, содержащих пробиотики, на прогрессирование диабета, индуцированного стрептозотоцином или высоким содержанием фруктозы у крыс, показали, что диета с добавлением пробиотического продукта задерживает развитие гипергликемии, дислипидемии и окислительного стресса.

Современные продукты, кроме пробиотиков, часто содержат пребиотики — препараты немикробного происхождения, такие как олигосахариды, инулин, лактулоза, олигофруктоза, способные стимулировать рост нормальной микрофлоры кишечника и усиливать полезное действие пробиотиков. Такие продукты называют синбиотиками.

Исследование влияния пребиотиков на состав кишечной микрофлоры выявило, что включение в рацион мышей олигофруктозы привело к увеличению количества бифидобактерий и, соответственно, снизило маркеры воспаления за счет уменьшения образования липополисахарида (ЛПС) — компонента клеточной стенки всех грамотрицательных бактерий, который является эндотоксином и одним из самых мощных индукторов воспаления. Снижение количества образующихся ЛПС благоприятно влияет на проницаемость кишечника и улучшает состояние при ожирении.

Пробиотические и синбиотические продукты относятся к функциональным пищевым продуктам (ФПП), разработка и производство которых в настоящее время сформировались как самостоятельное научно-прикладное направление. Анализ рынка ФП, представленный в работе Е.А. Молибога и др., свидетельствует о росте мирового спроса на продукты здорового питания, по прогнозам DISCOVERY Research Group, объем мирового рынка продуктов здорового питания будет расти высокими темпами и к 2027 г. составит около 17 трлн руб. Значительную долю функциональных продуктов составляют кисломолочные продукты.

В результатах исследований, описанных выше, прослеживается взаимосвязь состояния кишечной микробиоты с возникновением и развитием СД2, показана возможность влияния на заболевание воздействием на микрофлору кишечника, что подтверждает целесообразность обогащения рациона пробиотиками как составной части профилактики СД2. Пребиотики и пробиотики являются наиболее безопасными и эффективными диетическими веществами, которые могут изменять микробиоту кишечника хозяина.

Кроме обогащения кисломолочных продуктов про- и пребиотиками, добавляют различные компоненты и ингредиенты, повышающие их функциональность с учетом направленности продукта.

Результаты исследований зарубежных и отечественных ученых показали, что сывороточные белки проявляют инсулинотропные и сахароснижающие свойства как у здоровых людей, так и у людей с СД2. Сывороточные белки реализуют эти эффекты посредством биоактивных пептидов и аминокислот, образующихся в процессе желудочно-кишечного пищеварения. Установлено, что добавление сывороточного белка в количестве более 20 г на порцию продукта приводило к выраженным эффектам снижения уровня глюкозы в крови и повышению уровня инсулина.

Ряд исследований подтверждают, что потребление пищевых волокон (в частности, растворимой клетчатки) способствует улучшению метаболизма глюкозы и снижению гиперлипидемии. Так, прием 5,1 г псиллиума, растворимых пищевых волокон, в течение 8 недель существенно снизил уровень глюкозы после приема пищи и гликированного гемоглобина (HbA1c) у пациентов с диабетом 2-го типа, бета-глюкан овса снижал 2-часовой уровень глюкозы в крови и уровень липопротеинов низкой плотности у пациентов, получавших лечение высокомолекулярным бета-глюканом в течение 4 недель. В связи с этим актуальным является разработка функциональных продуктов, обогащенных комплексом пробиотиков, пищевыми волокнами и другими биологически активными веществами и предназначенных для профилактики СД2.

Исследования пробиотических бактерий на физиологические аспекты показывают эффективную дозу от 10⁹ до 10¹⁰ организмов в день — это соответствует потреблению около 1 л ацидофильного молока в день, сформулированного на типичном уровне 2 х 10⁶ КОЕ/мл. Традиционно человек получал пробиотики за счет непосредственного потребления продуктов, их содержащих, но, как свидетельствует опыт, не всегда удается обеспечить поступление в организм терапевтической дозы пробиотиков (не менее 10⁷КОЕ/г на момент потребления) вследствие значительного (на 4 7 порядков) снижения выживаемости бактерий в результате воздействий агрессивной среды ЖКТ, а также в ходе технологического процесса получения продукта и при его последующем хранении.

Эффективным способом защиты пробиотических культур от негативных воздействий служит микрокапсулирование, которое позволяет изолировать капсулируемый материал от окружающей среды и обеспечить его контролируемое высвобождение. При этом возможно получение капсул различного размера — от нескольких микрон до нескольких миллиметров.

В настоящее время включение микрокапсулированных пробиотических бактерий в рецептуру пищевых продуктов признано альтернативным дополнительному потреблению пробиотических препаратов и наиболее эффективным способом обеспечения функциональности этих продуктов и является безопасным путем доставки их в нужный отдел ЖКТ.

Для микрокапсулирования пробиотиков применяются различные биоматериалы, которые нетоксичны для них и не влияют на активность клеток: полисахариды, камеди, белки, липиды. Выбор инкапсулирующего материала играет решающую роль в сохранении жизнеспособности пробиотических культур и их целевой доставке. Наиболее часто используются натуральные (сравнительно недорогие), биосовместимые и имеющие статус GRAS полимеры, такие как хитозан, альгинат, каррагинан, сывороточные белки, пектин, поли-L-лизин и резистентный крахмал. Материалы для капсулирования используются отдельно (монослой) или в комбинации (двойной или тройной слой). В последнем случае покрытие микрокапсул дополнительной пленкой позволяет исключить воздействие кислорода в процессе хранения и повысить их стабильность при низком pH.

В настоящее время многие отечественные и зарубежные исследователи работают над технологиями инкапсулирования пробиотиков и изучают их применение в биомедицине.

В связи с распространенностью сахарного диабета, высокой стоимостью лечения, тяжелыми осложнениями и высокой смертностью от заболевания встает вопрос о возможности его предупреждения. Существует широкий спектр терапевтических средств для медикаментозной помощи людям с подтвержденным СД2, однако мало исследований направлено на нутритивную профилактику СД2. Диетотерапия в основном заключается в снижении содержания добавленного сахара в продуктах питания или замены их подсластителями и сахарозаменителями. В то же время известно много пищевых ингредиентов, обладающих антидиабетическими и противовоспалительными свойствами, способных благоприятно влиять на состояние кишечной микробиоты, которые могут быть включены в состав функциональных пищевых продуктов для профилактики СД2.

Можно обозначить некоторые общие требования к подобного рода продуктам: невысокая жирность; отсутствие добавленного сахара; применение комплекса пробиотиков с доказанными пробиотическими свойствами; наличие пищевых волокон в качестве пребиотика, а также различного рода биологически активных веществ (антиоксидантов, полиненасыщенных жирных кислот), обеспечивающих достижение желаемого эффекта, в данном случае нормализации уровня сахара в крови, снижения риска возможных осложнений.

Цели работы — разработка многоштаммового пробиотического функционального пищевого ингредиента в инкапсулированной форме, изучение устойчивости пробиотических микроорганизмов в составе кисломолочного продукта и влияния на его свойства для увеличения доли функциональных пищевых продуктов для профилактики СД2.

Материалы и методы исследования

Исследования были выполнены в 2024 г., продукт вырабатывали по традиционной технологии в условиях лаборатории прикладной биотехнологии международного научного центра «Биотехнологии третьего тысячелетия» и факультета биотехнологий Университета ИТМО.

Объекты исследования — штаммы пробиотических микроорганизмов родов Lactobacillus, Lacticaseibacillus и Bifidobacterium в инкапсулированной форме как самостоятельный пищевой ингредиент и в составе кисломолочного продукта (йогурта).

При проведении исследований использовали штаммы микроорганизмов с подтвержденным пробиотическим действием: Bifidobacterium bifidum BF3 DSM 29040 (ООО «БиоВид», Россия); Lactobacillus plantarum 8P A3 — выделен из пробиотического препарата «Лактобактерин» (НПО «Митроген», Россия); Lacticaseibacillus rhamnosus GG (ATCC 53103) — выделен из пробиотического препарата Сulturelle health and wellness (i-Health, Inc., США).

При культивировании выбранных штаммов микроорганизмов была использована питательная среда МРС бульон (HiMedia Laboratories LLC, США), для подсчета количества колониеобразующих единиц (КОЕ) в состав МРС бульона вносили агар-агар (ФБУН ГНЦ ПМБ, Россия).

Для создания инкапсулированной формы полученного ингредиента в качестве материала матрицы капсул был использован низковязкий альгинат натрия (Shandong Jiejing Group Сorporation, Китай), а в качестве раствора-отвердителя — лактат кальция (ООО «Промикс», Россия). Все растворы, участвующие в инкапсулировании пробиотических культур микроорганизмов, были стерильны и использовались в стерильных условиях.

В качестве обогащаемого кисломолочного продукта был принят йогурт, полученный из нормализованного коровьего молока с применением бактериальной закваски концентрированной лиофилизированной CBL-1, включающей Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbruckii subsp. Bulgaricus (MARINO, Италия).

Для повышения функциональности продукта в качестве наполнителя использовали сухую функциональную комплексную смесь (СФКС) для кисломолочных продуктов, полученную в соответствии с патентом РФ 2702426С1 и состоящую из ингредиентов, разрешенных ТР ТС 029/2012, произведя модификацию состава путем замены концентрата молочного белка на концентрат сывороточного белка.

СФКС представляет собой порошок измельченного жмыха ягод брусники и клюквы в равных количествах, предварительно высушенного при щадящих режимах и смешанного со стабилизирующими добавками — крахмалом холодного набухания и концентратом молочных белков. Комплексная смесь имеет рассыпчатую консистенцию (частички не слипаются при сжатии). Свойственные данному виду ягод цвет, вкус и запах. Содержит не менее 18% пищевых волокон. Размер частиц — менее 500 мкм. В 100 г СФКС содержатся следующие компоненты: жмых ягод брусники — 20 г, жмых ягод клюквы — 20 г, крахмал холодного набухания — 30 г, концентрат молочного белка — 30 г.

Модификация состава смеси заключалась в замене концентрата молочных белков концентратом сывороточных белков (OSTROWIA, Польша), поскольку, как было отмечено, именно сывороточные белки проявляют инсулинотропные и сахароснижающие свойства.

На первом этапе работы получали биомассу выбранных пробиотических штаммов бактерий и микрокапсулы пробиотических культур, исследовали их свойства и жизнеспособность клеток в процессе инкапсулирования.

Культивирование бактерий

Биомассу бактерий получали раздельным инкубированием штаммов в 300 мл МРС бульона в течение 24 ч. при 37 °С.

Получение суспензии клеток

Полученную биомассу концентрировали центрифугированием при 3900 об/мин в течение 10 мин. с использованием центрифуги 5810 R (Eppendorf, Германия), после чего надосадочную жидкость (питательную среду) сливали и дважды промывали клетки, добавляя 0,9%-ный раствор хлорида натрия (физраствор). После перемешивания на орбитальном шейкере или вручную до достижения полной однородности осадка клеток и физраствора центрифугировали при тех же параметрах.

Полученную биомассу каждого вида бактерий разбавляли 0,9%-ным раствором хлорида натрия до 30 мл. В результате получали 4 вида суспензии: 1 — с пробиотическими штаммами Bifidobacterium bifidum BF3 DSM 29040; 2 — с Lactobacillus plantarum 8P A3; 3 — с Lacticaseibacillus rhamnosus GG; 4 — с тремя видами штаммов в соотношении 1:1:1. От каждого вида суспензии брали 1 мл для посева на агаризованную МРС среду для подсчета изначального количества КОЕ/мл суспензии путем приготовления серии разведений и высевания 1 мл в чашки Петри, инкубировали 72 ч. при 37 °C, после чего проводили подсчет колоний.

Приготовление растворов для инкапсулирования

Инкапсулированную форму пробиотиков получали экструзионным методом с использованием альгината натрия и четырех видов суспензии пробиотических микроорганизмов. В качестве материала матрицы капсул готовили 1,5%-ный раствор низковязкого (180 мПа·с) альгината натрия путем смешивания навески альгината и дистиллированной воды при включенной магнитной мешалке до однородности и растворения всех комочков. Параллельно приготавливали раствор-отвердитель — 4%-ный раствор лактата кальция. Гелеобразование альгинатных микрокапсул основано на ионном обмене натрия на кальций.

Смешивание раствора матрицы с суспензией

Раствор альгината натрия смешивали с полученной на предыдущем этапе суспензией микроорганизмов в соотношении 9:1. Смесь перемешивали до однородности на магнитной мешалке, после чего гомогенизировали с использованием роторного диспергатора в следующем режиме: 5 мин. при 5000 об/мин, 5 мин. при 15000 об/мин. Затем раствор оставляли на 15–20 мин. при комнатной температуре для стабилизации с целью избавиться от образовавшихся после гомогенизации пузырьков воздуха. Этап гомогенизации особенно важен, так как после центрифугирования в суспензии присутствуют агломераты клеток, способные нарушить процесс инкапсулирования путем закупоривания отверстия форсунки.

Процесс инкапсулирования

Процесс проводили на инкапсуляторе В-390 (BUCHI, Швейцария) в соответствии с рекомендациями производителя. Процесс осуществлялся следующим образом: смесь альгината натрия с суспензией микроорганизмов под давлением подавалась в форсунку инкапсулятора, где ламинарный поток разбивался ультразвуковым частотником с образованием капель, которые затем попадали в раствор-отвердитель, находящийся в движении (использовалась магнитная мешалка). Параметры инкапсулирования следующие: частота вибрации — 1500 Гц, диаметр отверстия форсунки — 300 мкм, давление — 40 кПа. По завершении процесса инкапсулирования капсулы остаются в растворе-отвердителе при постоянном перемешивании в течение 20 мин., после чего отделяются от раствора с использованием фильтра с размером пор 0,18 мм, затем дважды промываются стерильной водой с целью удаления остатков раствора-отвердителя с поверхности капсул. Дают влаге стечь и измеряют массу полученных микрокапсул. Во время процесса работы с пробиотическими штаммами микроорганизмов, в том числе при пробоподготовке, были соблюдены стерильные условия.

Определение эффективности инкапсулирования

Капсулы растворяли в 0,1 М растворе цитрата натрия в соотношении 1:9 при активном перемешивании до полного растворения. Далее готовили серийные разведения смеси и высевали по 1 мл в чашки Петри. Образцы инкубировали 72 ч. при 37 °C, после чего проводили подсчет колоний (КОЕ/мл). Эффективность инкапсулирования (ЭИ) высчитывали по формуле 1:

где: ЭИ — эффективность инкапсулирования, %; N₁ — количество жизнеспособных клеток после инкапсулирования в 1 г микрокапсул, КОЕ/г; m — масса полученных микрокапсул, г; N₀ — количество жизнеспособных клеток в 1 мл исходной суспензии клеток, КОЕ/мл; V — объем суспензии, пошедшей на инкапсулирование, мл.

Определение размера полученных капсул

Морфологию частиц полученных капсул определяли методом микроскопии на световом оптическом микроскопе Axio lab A1 (Carl Zeiss Sports Optics, LLC, Германия) с использованием программного обеспечения ZEISS ZEN (Carl Zeiss Sports Optics, LLC, Германия) для измерения размера объектов.

Определение содержания воды

Содержание воды в полученных капсулах определяли термогравиметрическим методом с высушиванием до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 140 °С. Массовую долю влаги высчитывали по формуле 2:

где: m — масса навески исследуемого образца, г; m₁ — масса навески исследуемого образца с бюксой до сушки, г; m₂ — масса навески исследуемого образца с бюксой после сушки, г.

Получение йогурта

Нормализованное молоко пастеризовали при температуре 90–92 °C с выдержкой 2–3 мин., охлаждали до 43–45 °C, вносили активированную закваску в количестве 5% от массы заквашиваемого молока и СФКС в количестве 5%. После сквашивания и тщательного перемешивания разливали в стерильные баночки и оставляли в термостате при температуре 37–39 °C для сквашивания.

Получение йогурта с инкапсулированными пробиотическими микроорганизмами

На втором этапе исследовали поведение комплексного пробиотика в инкапсулированной форме, полученного из суспензии с тремя видами штаммов в соотношении 1:1:1, в составе кисломолочного продукта и его влияние на свойства продукта.

Физико-химические, микробиологические и органолептические показатели сырья и готового продукта определяли стандартизованными методами: титруемую кислотность — по ГОСТ Р 54669-2011, ГОСТ 31976-2012; активную кислотность — по ГОСТ 32892-2014; массовую долю жира — по ГОСТ Р ИСО 2446-2011; органолептические показатели — по ГОСТ Р ИСО 22935-2-2011, ГОСТ Р ИСО 22935-3-2011; количество молочнокислых бактерий — по ГОСТ 33951-2016; количество бифидобактерий — по ГОСТ 33924-2016.

Выживаемость микроорганизмов в капсулах при хранении

Выживаемость выбранных пробиотических штаммов микроорганизмов в инкапсулированном виде проводилась в составе йогурта и в растворе HCl с соответствующим рН йогурта при хранении в течение 29 сут. при температуре 4 ± 1 °C. Каждые 7 сут. капсулы в стерильных условиях ламинарного бокса извлекали из растворов, осуществляли посев 1 г капсул из двух сред хранения на агаризованную МРС среду для подсчета КОЕ/г, инкубировали 72 ч. при 37 °C.

Определение динамической вязкости образцов йогурта

Динамическую вязкость образцов йогурта (контроль — йогурт без капсул и без наполнителя, образец 1 — йогурт с капсулами, образец 2 — йогурт с наполнителем, образец 3 — йогурт с капсулами и наполнителем) определяли с использованием ротационного вискозиметра Rheotest RN 4.1 (Rheotest Medingen GmbH, Германия) при следующих параметрах: температура — 4 °C, шпиндель — S1, градиент скорости сдвига — от 1 до 100 с^-1.

Определение влагоудерживающей способности образцов йогурта

Влагоудерживающую способность образцов йогурта определяли по количеству выделившейся сыворотки при центрифугировании 10 мл образца при 1000 об/мин в течение 30 мин., выраженному в процентах по отношению к первоначальному объему образца (метод ВНИМИ).

Органолептическая оценка йогуртов

Органолептическую оценку образцов продукта проводила комиссия в составе шести экспертов — сотрудников кафедры биотехнологии Национального исследовательского университета ИТМО, имеющих опыт подобной работы, путем балльной оценки соответствующих характеристик продукта с использованием числовой дискретной интервальной шкалы (табл. 1), показывающей величину возможного отклонения от установленных заранее требований.

Комплексный показатель качества рассчитывали с учетом коэффициента весомости по формуле 3:

где: где m_oi— коэффициент весомости каждого i-го показателя; k_oi — значения i-х показателей в группе свойств; k_oi^эт — эталонные значения каждого i-го показателя.

За эталонное значение было принято значение в 5 баллов. Чем ближе получившееся значение комплексного показателя качества к единице, тем более качественным считается продукт — при результате выше 0,85 они являются отличными по качеству.

Все экспериментальные исследования проводились не менее чем в трехкратной повторности. Полученные значения подвергали статистической математической обработке с доверительной вероятностью р = 0,95 в пакетах Microsoft Excel (США) и GraphPad Prism (США).

Результаты и обсуждение

На первом этапе экспериментальных исследований были получены инкапсулированные формы трех видов пробиотических микроорганизмов: Bifidobacterium bifidum BF3 DSM29040, Lactobacillus plantarum 8P A3и Lacticaseibacillus rhamnosus GG по схеме (рис. 1).

Морфологически полученные капсулы были белого цвета правильной (близкой к сферической) формы, с ровными краями. Средний диаметр капсул — 715 ± 80 мкм. Внешний вид полученных микрокапсул представлен на рисунке 2.

Далее определяли эффективность инкапсулирования для каждого штамма и для смеси трех штаммов. Она составила более 90% (табл. 2). Полученные данные свидетельствуют о высокой жизнеспособности бактерий при использовании этого метода инкапсулирования.

Содержание воды в капсулах со смесью штаммов пробиотиков составило 94,1 ± 1,8%. Выход капсул с пробиотиками разных штаммов существенно не различался.

На втором этапе исследовали поведение комплексного пробиотика в инкапсулированной форме в составе йогурта и его влияние на свойства полученного продукта. Массовая доля жира в готовом продукте составила 2,5%. При достижении титруемой кислотности (85 ± 5) °Т добавляли при тщательном перемешивании в каждую баночку инкапсулированные штаммы пробиотических культур (3% от массы, образец микрокапсул с соотношением микроорганизмов 1:1:1) в стерильных условиях внутри ламинарного бокса. Затем охлаждали, анализировали и оставляли на хранение при температуре (4 ± 1) °C. Микрокапсулы вносили в количестве 3 г / 100 мл продукта, чтобы получить требуемое содержание пробиотиков в готовом продукте (не менее 10⁶ КОЕ).

Выживаемость пробиотических штаммов микроорганизмов в капсулах в процессе хранения в йогурте и модельной среде, соответствующей рН йогурта (рН 4,55 ± 0,02), представлена на рисунке 3.

Выбор двух сред для хранения обоснован тем, что при хранении в йогурте микроорганизмы закваски могут оставаться в порах на поверхности капсул и таким образом влиять на результат — в сторону завышения КОЕ/г капсул. С другой стороны, хранение только в среде с определенным рН не дает полной картины того, как среда йогурта и содержащиеся в нем компоненты (белки, жиры, углеводы) влияют на капсулы и выживаемость микроорганизмов в них.

Содержание инкапсулированных микроорганизмов перед началом хранения составило 3,7 х 10⁹ КОЕ/г. По истечении 29 сут. хранения в йогурте количество жизнеспособных микроорганизмов снизилось до 1,48 х 10⁹ КОЕ/г, а в растворе модельной среде, соответствующей рН йогурта, — до 1,42 х 10⁹ КОЕ/г.

Таким образом, жизнеспособность комплекса инкапсулированных микроорганизмов в течение 29 сут. при холодильном хранении изменялась в пределах одного порядка.

Для выявления влияния функционального пищевого ингредиента в инкапсулированной форме и СФКС на влагоудерживающую способность сгустков и структурно-механические показатели продукта анализировали следующие образцы йогурта: № 1 — контроль (без компонентов); № 2 — с добавлением микрокапсул; № 3 — с добавлением СФКС; № 4 — с добавлением микрокапсул и СФКС.

Согласно полученным данным (рис. 4), на влагоудерживающую способность образцов йогурта основное влияние оказывает внесение СФКС (кривые 3, 4), а влагоудерживающая способность образца, содержащего только капсулы, практически не отличается от контрольного (кривые 1, 2).

Меньше всего сыворотки отделилось у образца йогурта, содержащего в своем составе капсулы и СФКС 1 ± 0,4 %, а контрольный образец показал наибольшее отделение сыворотки, ее количество составило 14 ± 0,7% к концу опыта.

Чтобы выяснить, как влияет добавление микрокапсул на вязкость продукта, экспериментальные образцы сравнивали с контрольным йогуртом.

На рисунках 5, 6 представлены графики зависимости вязкости образцов от градиента скорости сдвига.

Исследовали зависимость вязкости образцов йогурта от градиента скорости сдвига при его увеличении (нисходящая ветвь) и последующем уменьшении (восходящая ветвь кривых течения). Характер изменения вязкости аналогичен для всех образцов (рис. 5, 6).

Наиболее интенсивное снижение показателя, связанное с разрушением пространственной структуры сгустка, наблюдается при увеличении градиента скорости сдвига до 25–30 1/с. На всех кривых отмечено присутствие петли гистерезиса, свидетельствующей о наличии тиксотропных свойств структуры, однако степень их выраженности, которая определяется площадью петли гистерезиса, выше в образцах, не содержащих СФКС (рис. 5).

Добавление данного компонента, по всей вероятности, способствует образованию более прочных контактов между частицами дисперсной системы продукта, разрушающихся необратимо. Повышение содержания сухих веществ за счет СФКС приводит к увеличению начального значения вязкости в неразрушенной структуре.

Требования к основным органолептическим показателям продукта были сформулированы на основании ГОСТ 31981-2013 «Йогурты. Общие технические условия» с учетом состава продукта и представлены в таблице 3.

Для сравнительной оценки влияния капсул с пробиотиками на органолептические показатели продукта анализировали образец йогурта, полученный из нормализованного молока без добавления СФКС. В таблице 4 приведены результаты сравнительной оценки органолептических показателей исследованных образцов.

При оценке консистенции образца № 1 было отмечено наличие легкой песчанистости, что, вероятно, может быть связано с размерами вносимых капсул.

Образцы, изготовленные с использованием СФКС (№ 2 без добавления капсул, № 3 с добавлением капсул), визуально практически не различались: имели розоватый цвет, чистый кисломолочный вкус и запах с легким ягодным оттенком, однородную кремообразную консистенцию с вкраплением мелких нерастворимых частиц жмыха ягод (комплексный показатель качества — 0,943 и 0,963 соответственно). Но при анализе образца № 2 большинство экспертов отмечали некоторый дискомфорт восприятия, связанный с наличием нерастворимых частиц жмыха.

Добавление альгинатных капсул (образец № 3) изменяет текстуру продукта в лучшую сторону и снижает отрицательное влияние нерастворимых частиц наполнителя на вкусовые рецепторы, при этом песчанистость не ощущалась.

Выводы

Представлен способ получения функционального пищевого ингредиента в инкапсулированной форме, содержащего штаммы пробиотических микроорганизмов Bifidobacterium bifidum BF3 DSM 29040, Lactobacillus plantarum 8P A3и Lacticaseibacillus rhamnosus GG в количестве не менее 10⁹КОЕ/г и полученного методом экструзии с альгинатом натрия в качестве материала матрицы и лактатом кальция в качестве раствора отвердителя. Эффективность процесса инкапсулирования составляла от 90 до 96%, что свидетельствует о высокой выживаемости микроорганизмов и приемлемости выбранного метода инкапсулирования.

Микрокапсулы имели правильную форму, близкую к сферической, средний диаметр — 715 ± 80 мкм.

Показано, что инкапсулированные пробиотики не оказывают существенного влияния на влагоудерживающую способность и динамическую вязкость продукта.

Несколько иная картина наблюдается при оценке органолептических показателей: добавление капсул в традиционный йогурт приводит к появлению песчанистой консистенции, которую можно нивелировать за счет внесения дополнительного обогащающего компонента — сухой функциональной комплексной смеси.

Результаты исследования жизнеспособности инкапсулированных микроорганизмов в йогурте и модельной среде в процессе хранения позволяют констатировать их высокую выживаемость: за период хранения образцов в течение 29 сут. количество микроорганизмов снизилось с 3,7 х 10⁹ КОЕ/г до 1,48 х 10⁹ КОЕ/г в йогурте и до 1,42 х 10⁹ КОЕ/г в модельной среде. Использование микроинкапсулированной формы пробиотических микроорганизмов позволило добиться в йогурте сохранения их в жизнеспособном состоянии и обеспечения высоких органолептических показателей качества продукта на протяжении 29 сут.

В соответствии с обозначенной целью разработанный функциональный пищевой ингредиент в виде комплекса инкапсулированных пробиотических микроорганизмов может быть рекомендован к использованию при производстве кисломолочных продуктов для нутритивной профилактики СД2 при проведении дополнительных исследований.

Об авторах

Людмила Александровна Забодалова, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник факультета биотехнологий

lzabodalova@itmo.ru, https://orcid.org/0000-0002-2324-8311

Виктория Сергеевна Ильина, кандидат технических наук, младший научный сотрудник факультета биотехнологий

victoria.ilina@itmo.ru, https://orcid.org/0000-0002-6909-6819

Никита Тютьков, инженер, аспирант факультета биотехнологий

nikita_tytkov@itmo.ru https://orcid.org/0000-0002-7394-7524

Елена Игоревна Лемешонок, инженер, аспирант факультета биотехнологий

lemeshonok@itmo.ru, https://orcid.org/0000-0001-5220-5575

Пабло Багнон Ричард Анж Аллох, аспирант факультета биотехнологий

pabloalloh@itmo.ru https://orcid.org/0000-0002-4954-9470

Кирилл Алексеевич Бабинцев, аспирант факультета биотехнологий