«Скрытый голод» (длительный дефицит микронутриентов в питании человека) - глобальная проблема, затрагивающая треть населения планеты. Оптимизация питания населения выступает приоритетной задачей многих стран мира. Для решения этой задачи может применяться эффективная стратегия - биофортификация, которая представляет собой процесс повышения содержания биодоступных микроэлементов в сельскохозяйственных культурах до сбора урожая. Целью исследования является анализ современных достижений в области повышения биологической ценности зерна пшеницы. Анализ современных новых источников показал, что существует несколько походов к биофортификации. К ним относят генетическую трансформацию, а также агрономические методы. Каждый из методов обладает рядом преимуществ и недостатков. Генетические подходы являются эффективными и экономичными, однако сталкиваются с недоверием общественности. Агрономическая биофортификация активно применяется в сельскохозяйственной практике и позволяет не только обогатить культуры необходимыми микро- и макроэлементами, но также повысить урожайность культур. Однако этот способ сопряжен с большими экономическими затратами, а также негативным влиянием на состояние окружающей среды. Наиболее перспективным способом является биообогащение пшеницы с помощью микроорганизмов. Они способны повышать доступность биогенных элементов для растений благодаря выделению различных метаболитов, включая органические кислоты, фитогормоны и сидерофоры. Кроме того, они способны влиять на транспортные системы растения, усиливая поглощение определенных элементов. Микробная биофортификация представляет собой экологически безопасный и экономически эффективный метод обогащения пшеницы микроэлементами для борьбы со «скрытым голодом».
Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии
2025. — Выпуск 2
Содержание:
Продолжающимся трендом развития пищевой промышленности можно считать увеличение ассортимента продуктов нового поколения, обогащенных физиологически значимыми ингредиентами. Накоплен значительный опыт по созданию продуктов здорового питания с использованием биологически активных добавок, лекарственного растительного сырья и наполнителей растительного и животного происхождения (продукты пчеловодства, овощное, фруктовое и плодово-ягодное сырье, зерновые наполнители, пищевые добавки из лекарственно-растительного сырья и др.). Вместе с тем отсутствуют систематизированные данные об организациях, авторах инновационных разработок, количестве разработок по отдельным группам продовольственных товаров. Развитие инновационной деятельности в стране тесно связано с результатами в сфере науки. В связи с этим особую актуальность приобретает выявление основных тенденций публикационной активности ученых. Выявить и измерить факты и тенденции, отражённые в публикациях, что важно при разработке инновационных технологий и рецептур, позволяет метод контент-анализа. В статье предлагается применить данный метод для анализа новых рецептур и технологий функциональных кисломолочных продуктов с целью определения интенсивности, направленности и результативности исследований в анализируемых областях за последние 20 лет. Проведенный контент-анализ позволил установить, что инновационными разработками кисломолочных напитков занимаются 86 учреждений и производственных предприятий России и ближнего зарубежья; наибольший вклад в разработку инноваций вносят высшие учебные заведения (92,5 %), способные генерировать новые знания, создавать и внедрять наукоёмкие технологии; наибольшая публикационная активность установлена с 2015 года, объектами инновационных разработок в большинстве случаев являются йогурт (йогуртные напитки), кисломолочные продукты (54 и 55 % соответственно), в качестве наполнителей для кисломолочных напитков преимущественно используются плодово-ягодные продукты, растительные экстракты, злаки (36; 23 и 14 % соответственно).
Ключевые слова
В настоящее время большое внимание уделяется изучению природных антимикробных агентов, которые безопасно и эффективно защищают пищевые продукты от развития микробиологической порчи. Исследование антимикробных свойств новых, малоизученных бактериоцинов представляет важную задачу и является актуальным, в связи с этим в последние годы внимание обращено к сакацину - бактериоцину, синтезируемому бактериями Lactobacillus sakei. В качестве объекта исследования использовали лиофилизированную культуру Lactobacillus sakei DSM-20498, а также использовали белковый субстрат сухого ферментативного мясного пептона и сухого экстракта куриного белка. Установлено влияние температурного фактора на динамику роста и накопление биомассы Lactobacillus sakei DSM-20498 при глубинном культивировании на питательных средах с различными белковыми субстратами: мясным пептоном и экстрактом куриного белка. Культивирование осуществляли в лабораторном биореакторе с контролем ключевых физико-химических параметров (pH, температура, скорость перемешивания). Установлено, что культура Lactobacillus sakei DSM-20498 демонстрирует высокую чувствительность к изменениям параметров культивирования, в том числе температурному режиму и составу белкового субстрата. Наибольшая удельная скорость роста Lactobacillus sakei DSM-20498 достигалась при температуре (32 ± 1) °C. Максимальное значение μ (0,63 ч-1) и наибольший прирост биомассы культуры (9,0 lоg КОЕ/см³) наблюдался на питательных средах с мясным пептоном, отличающимся низкомолекулярным составом белковых веществ. Таким образом, температура (32 ± 1) °C и использование пептона в качестве источника белка в питательных средах является предпочтительными для культивирования Lactobacillus sakei DSM-20498 с целью максимального накопления биомассы.
Ключевые слова
Бисквит как мучное кондитерское изделие, в составе которого присутствуют высококалорийные ингредиенты (масло сливочное, яйца, сахар, какао-порошок), нельзя отнести к низкокалорийным продуктам. С целью получения продукта с пониженной калорийностью была произведена замена высококалорийных продуктов менее калорийным сырьем. Сахар был заменен на сахарозаменитель Prebiosweet с нулевой калорийностью; часть пшеничной муки высшего сорта - на кукурузную муку с калорийностью 331 ккал (в соотношении 1:3), сливочное масло - на масло растительное (в соотношении 1:1); яйца - на яблочные выжимки; частично какао-порошок - на кэроб (в соотношении 1:2). В работе представлены результаты химического состава трех образцов бисквита шоколадного в сравнении с контрольным образцом, полученные расчетным методом. Снижение калорийности в образце № 2, по сравнению с контрольным образцом, составило 27 %. В образцах № 3 и № 4 снижение калорийности составило соответственно 42,8 и 63 %. В сравнении с контрольным образцом (образец № 1) их энергетическая ценность сокращается более чем на 30 %. Полученные результаты не позволяют данные образцы считать низкокалорийными, так как они содержат более 40 ккал на 100 г продукта. Но в соответствии с ГОСТ Р 55577-2013 бисквиты шоколадные относятся к пищевым продуктам со сниженной калорийностью. Соотношение белков, жиров и углеводов в сбалансированном рационе должно соответствовать пропорции 1:1:4, то есть на 1 часть белков в рационе должно приходиться столько же жиров и в 4 раза больше углеводов. По результатам проведенных исследований наиболее сбалансированным является образец № 4, у которого данное соотношение составляет 1:1:4,2.
Ключевые слова
Химический синтез витаминов D2, важного нутриента для организма человека, является сложным из-за асимметричного строения молекулы этого витамина. По этой причине колоссальны перспективы развития биотехнологических подходов синтеза эргостерола как предшественника этого витамина, что составляет основу данной работы. В качестве продуцента предложено использование дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Эти микроорганизмы наиболее хорошо изучены, широко применяются в пищевой отрасли, являются безопасными, достаточно легко культивируются. В качестве питательной среды использовали среду YPD, содержащую дрожжевой экстракт, пептон и декстрозу. В рамках исследования изучали возможность использования ультразвукового воздействия как фактора интенсификации процесса биосинтеза эргостерола дрожжевой клеткой. Ультразвук, с одной стороны, рассматривался как фактор, интенсифицирующий содержание растворенного кислорода в питательной среде, с другой стороны - как фактор стрессового воздействия на сами клетки дрожжей. Культивирование и оценку содержания искомого метаболита вели в сравнении с контрольной питательной средой. В совокупности исследований оценивали физиологическое состояние дрожжей на основе микроскопии и содержание эргостерола в биомассе дрожжей на начало и конец культивирования в двух видах питательных сред (YPD и YPD-УЗВ). Полученные результаты показали жизнеспособность предложенного подхода к культивированию дрожжей Saccharomyces cerevisiae с применением ультразвукового воздействия. Установлено, что обработка ультразвуком приводит к накоплению растворенного кислорода, были установлены оптимальные режимы воздействия - мощность 122 Вт и время 2 мин. Прирост содержания эргостерола в биомассе дрожжей, культивируемой в питательной среде после обработки ультразвуком, составил 13,2 мг %, что 1,21 раза больше, чем в биомассе дрожжей, культивируемых в контрольной питательной среде. Вместе с тем понимание механизма ультразвуковой стимуляции синтеза эргостерола дрожжами еще предстоит изучать.
Ключевые слова
Стратегия научно-технологического развития РФ в долгосрочном периоде определяет наиболее значимые приоритеты для развития страны. Международные и национальные современные исследования указывают на подтвержденную взаимосвязь между рационом питания, иммунитетом и восприимчивостью к инфекционным и алиментарным заболеваниям. Создание продуктов здорового питания предусматривает разработку и промышленный выпуск широкого ассортимента продуктов заданного химического состава, пищевых продуктов со сниженной калорийностью, специализированных продуктов для питания детей разных возрастных групп, спортсменов, диетических и функциональных пищевых продуктов, в том числе обогащенных ингредиентами иммуномодулирующего действия. Сыровяленые колбасы являются наиболее перспективными мясными изделиями с точки зрения возможности их обогащения различными функциональными ингредиентами, так как в технологии отсутствуют процессы тепловой пастеризации. Это создает предпосылки для обогащения таких продуктов различными функциональными ингредиентами направленного действия без потери их активности в готовом изделии. Целью исследований являлось проектирование рецептуры сыровяленых колбасок на основе мяса промысловых животных, включающих в рецептуру плоды дикорастущих растений, для иммунореабилитации больных, перенесших COVID-19. В статье представлены результаты модельных экспериментов по определению оптимальной концентрации кедрового ореха и порошка шиповника, добавляемых в рецептуры сыровяленых колбас с целью их обогащения полиненасыщенными жирными кислотами и жирорастворимыми витаминами на основе исследования физико-химических и органолептических показателей. По результатам оценки комплекса физико-химических показателей и органолептического анализа наиболее предпочтительной концентрацией кедровых орехов в рецептурах сыровяленых колбас является уровень в 3,6 % на 100 кг несоленого сырья, что определяет технологическую применимость предлагаемых решений.
Ключевые слова
Современный ритм жизни оставляет все меньше времени на приготовление пищи, население страны надежно ввело в свои рационы питания снековую продукцию, позволяющую перекусить «набегу» и делать закупки длительного хранения. Одним из таких продуктов являются хлебцы хрустящие, представляющие собой привлекательную альтернативу традиционному хлебу. Они могут иметь гибкую рецептуру, небольшие размеры и высокую сохраняемость свойств. Однако, наряду с преимуществами, возникает необходимость тщательного контроля качества данной продукции, что обусловлено спецификой технологического процесса и повышенной чувствительностью к внешним факторам, таким как влажность и температура. Целью исследования являлась разработка комплексного подхода в формировании рецептуры хлебобулочных изделий пониженной влажности и поиск наиболее приемлемого по качеству образца с выраженными антиоксидантными свойствами. В рамках работы были разработаны контрольные и опытные образцы хлебцев хрустящих с использованием комплексного подхода в варьировании ингредиентов сырьевого состава, включая ржаную муку, различного вида отрубей, а также используемого типа закваски. Представленные результаты продемонстрировали, что изменение рецептурных компонентов существенно влияет на органолептические и физико-химические свойства изделий, а также на их антиоксидантную активность. Контрольные образцы хлебцев хрустящих имеют более плотную структуру, менее выраженный вкус и аромат. Большая часть опытных образцов характеризуется достаточно приятным вкусом и запахом, имеет выраженный характерный хруст и хорошо сформированную форму. Необходимо отметить, что использование ржаных отрубей в сочетании с активированной закваской негативно сказалось на качестве и деформационных характеристиках: изделия имели темный цвет, плотную структуру с низкими значениями общей деформации. Опытные образцы хлебцев хрустящих имеют антиоксидантные свойства несколько выше относительно контрольных. Прирост варьируется в диапазоне 1,5-23,0 % (DPPH) в зависимости от рецептуры изделий, что обусловливает перспективность проведения дальнейших исследований.
Ключевые слова
Обогащение пищевых продуктов дефицитными в рационе питания населения нутриентами относится к наиболее обсуждаемым проблемам в области пищевых систем. Как правило, предлагается модификация рецептурных составов посредством внесения нетрадиционных для однородной группы продукции сырьевых ингредиентов. Обоснование выбора ингредиента, его доли в рецептурном составе, а также способа внесения традиционно осуществляется в серии экспериментов, воспроизводящих способ получения пищевого продукта. В качестве объекта обогащения выбран крекер как один из наиболее употребляемых видов мучных кондитерских изделий. Корректировка нутриентного состава крекера осуществлена посредством применения измельченного предварительно высушенного ИК-способом якона. Мука из якона отличается высоким содержанием пищевых волокон, преимущественно инулина, макроэлементов - кальция, фосфора, магния и микроэлементов, в том числе марганца, меди и селена. Имеет совместимый с крекером светло-кремовый цвет, слегка выраженный фруктовый запах и сладковатый привкус. В работе предложен аналитический подход к решению задачи обоснования соотношения ингредиентов в мучной композитной смеси для крекера. Обоснован выбор математического инструментария для проектирования структуры композитной смеси для производства обогащенного крекера в условиях нечетко заданных параметров смеси и вариации состава компонентов смеси. Это позволило рассчитать рациональную структуру смеси по критериям: максимальное содержание клейковины, максимальное содержание пищевых волокон. При этом учтена нестабильность содержания нутриентов, что характерно для сырьевых ингредиентов растительного происхождения. Для решения задачи использована модель условной оптимизации смеси в форме постановки задачи стохастического программирования с введением нечетких параметров.
Ключевые слова
Обеспечение микробиологической безопасности и продление сроков годности в совокупности с сохранением термолабильных веществ, содержащихся в продуктах питания, обуславливают необходимость поиска эффективных нетермических методов обработки пищевых продуктов. В данном исследовании показано сравнение и количественное обоснование эффективности различных методов нетермического воздействия на молоко, содержащее кишечную палочку E. Coli M-17, как способа обеспечения микробиологической безопасности. Для имитации заражения в порцию молока объемом 200 мл вносили водный раствор сухого лиофилизата живых бактерий кишечной палочки штамма E. Coli M-17 марки «Колибактерин», концентрацией препарата не менее 1 г/л воды. Посевы выполнялись на питательную среду для выделения энтеробактерий «АГАР ЭНДО-ГРМ». Воздействие на образцы молока выполнялось в лабораторных стендах в течение 60 минут. Было установлено, что комбинированное воздействие озона производительностью 400 мг/ч и ультрафиолетовых волн длиной волны 260 нм позволяет добиться тотального подавления развития колоний кишечной палочки E. Coli M-17 в молоке при длительности воздействия на протяжении всего 15 минут. Использование воздействия озона или ультрафиолетовых волн отдельно друг от друга на протяжении 60 минут позволяет подавить развитие более 98 % колоний E. Coli M-17 в молоке (21 КОЕ и 273 КОЕ соответственно против 18717 КОЕ контрольного образца). Воздействие комбинации озона производительностью 400 мг/ч и ультразвуковых волн частотой 1,7 МГц на протяжении 30 минут подавляет развитие всех колоний кишечной палочки E. Coli M-17 в молоке. Воздействие на исследуемый образец электромагнитным и электростатическим полями в отдельности, а также их комбинации показало низкую эффективность в подавлении развития колоний E. Coli M-17 в молоке.
Ключевые слова
В настоящее время на фоне глобального изменения климата все более наблюдается активная динамика распространения на зерновых культурах токсинообразующих грибов и роста их вторичных метаболитов. На масштабы загрязнения оказывают влияние температура и влажность, что определяет активность опасных микромицетов сельсхозяйственных культур, что проявляется при нарушении условий хранении урожая. Микотоксины создают серьёзные риски для зерновых культур, так как являются продуктами жизнедеятельности плесневых грибов и могут загрязнять зерно. Содержание микотоксинов в сельскохозяйственном пищевом сырье, продуктах питания и кормах строго регламентируется. Микотоксины оказывают негативное воздействие на организм человека и животных. В связи с представленной выше проблемой являются актуальным поиск и разработка инновационных методов обеззараживания и более детального изучения микотоксинов на квантово-химическом уровне. Цель данного исследования была направлена на изучение геометрических параметров, стабильности, реактивности молекул микотоксинов (Афлатоксина B1, Дезоксиниваленола (ДОН), Зеараленона, Т-2 токсина), определяющих риски снижения качества и безопасности зерна пшеницы, полученного в экстремальных погодных условиях. В рамках исследования микотоксинов учитывались такие показатели, как общая энергия (Total energy), энергия молекулярных орбиталей HOMO и LUMO, размер энергетического зазора HOMO-LUMO (Homo-LUMO gap), энергия отталкивания электронов (Repulsion energy), вибрационные частоты ИК-спектров, карты электростатического потенциала. В ходе квантово-химических вычислений был сформирован массив данных, который будет полезен для дальнейшего изучения взаимодействия микотоксинов с белками зерна пшеницы. Таким образом, квантово-химические методы открывают новые возможности для исследования микотоксинов и их свойств благодаря применению принципов квантовой механики.
Ключевые слова
Пробиотические закваски для хлебопекарного производства влияют на биохимические процессы при созревании полуфабрикатов, обогащают хлеб ценными нутриентами, оказывают влияние на его вкус, аромат, пролонгируют срок хранения. Цель работы заключалась в исследовании биотехнологических свойств жидких ржаных заквасок с ведением пробиотических микроорганизмов рода Bifidobacterium. Объектами исследования служили образцы ржаной закваски с заваркой, приготовленной по Ленинградской схеме, и закваски из ржаной муки, приготовленной на основе концентрата бифдобактерий и дрожжей рода S. Minor, брожение закваски осуществляли при температурных режимах 37 и 42 °С. Изменяя температурные параметры брожения, можно интенсифицировать процессы накопления кислот и углекислого газа, сократить продолжительность созревания закваски. Закваска на основе концентрата бифидобактерий наиболее активно накапливает кислотность при 42 °С, достигает через 4 часа титруемой кислотности 10,8 °Н, аккумулирует до 85 мг/мл молочной кислоты, тогда как Ленинградская закваска наиболее активно выбраживается при 27 °С. Образцы Б-42 и Б-37 характеризовались лучшими значениями подъемной силы полуфабриката через 4 часа брожения, что свидетельствует об интенсивном накоплении СО2. При температуре брожения 42 °С вязкость заквасок была наиболее высокой и достигла значений 165- 170 Па•с. При микроскопии зрелых заквасок на основе БифидоПлюс были обнаружены скопления палочковидных изогнутых бифидобактерий, различных по форме. В ленинградских заквасочных культурах наблюдались как палочковидные лактококки, так и стрептококки, кластеры дрожжевых клеток. Результаты исследований доказали, что изменяя состав микроорганизмов в закваске и температуру ферментации, можно эффективно управлять скоростью созревания закваски, интенсифицировать накопление органических кислот и углекислого газа. Качество ржаной закваски на основе бифидобактерий по технологическим показателям сопоставимо с качеством традиционной закваски на основе культур молочнокислых бактерий.
Ключевые слова
В молочной промышленности, как и в других отраслях, образуется большое количество вторичных сырьевых ресурсов, одним из наиболее весомых является молочная сыворотка. Данное сырье богато белками с высоким биологическим потенциалом, реализуемым при гидролизе белка и получении биоактивных пептидов. Выбор ферментов для проведения гидролиза с целью получения тех или иных биоактивных пептидов сопряжен с длительностью и затратностью, что можно оптимизировать применением методов in silico. Целью работы является разработка алгоритма создания базы данных для моделирования влияния ферментов на сывороточные белки, а также программного обеспечения для оптимизации целенаправленного гидролиза белков молочной сыворотки ферментами, воздействующими на β-лактоглобулин и α-лактальбумин, для получения специфичных биологически активных пептидов. Молочная сыворотка является источником белков β-лактоглобулина и α-лактальбумина. Информация для формирования базы данных была получена из известных источников (BIOPEP-UWM, PeptideCutter, UniProtKB и InterPro). База данных создавалась с использованием системы управления базами данных SQLite. Программа разрабатывалась на основе созданной базы данных и с применением графической библиотеки виджетов Tkinter с использованием языка программирования Python. Проверена работоспособность программы, она выдаёт точный набор ферментов для получения пептида или цепочки пептидов в зависимости от предварительно выбранного для гидролиза молочного белка.
