Исследование влияния хелатного железосодержащего комплекса на качество кисломолочных продуктов

Важная роль в организме человека отведена микро- и макронутриентам. Микроэлементы имеют большую значимость для нормального функционирования организма. Эти вещества обладают антиоксидантной активностью, противовоспалительными свойствами и большим терапевтическим потенциалом. Они принимают участие в катализе биохимических процессов и активации ферментов, синтезе белка, кроветворении, костеобразовании, иммунной защите организма. Эти ферменты влияют на такие процессы, как морфогенез, резорбция и ремоделирование тканей, миграция, адгезия, дифференцировка и пролиферация клеток. Таким образом, человеческий организм нуждается в различных микроэлементах для выполнения различных функций организма.

Существуют исследования, подтверждающие участие микроэлементов в защите от патогенных микроорганизмов. К числу микронутриентов входят различные металлы (Cr, Co, Ni, Mn, Cu, Mo, Zn, Fe).

Железо является эссенциальным (жизненно важным) микроэлементом. Оно входит в состав более 100 ферментов организма человека. Данный элемент участвует в процессе формирования красных кровяных телец — эритроцитов. Недостаток железа в организме приводит к уменьшению снабжения клеток кислородом и железодефицитной анемии. Компенсация потерь этого микроэлемента имеет огромное значение и происходит за счет абсорбции железа из пищи, однако таким способом всасывается лишь 10% микроэлемента.

Для восполнения необходимого количества микроэлементов используют обогащение продуктов питания эссенциальными микронутриентами. На данный момент подавляющее количество добавок, используемых для обогащения продуктов питания, составляют неорганические соли железа. Однако такая форма не обладает высокой биодоступностью. Для лучшего усвоения железа используют хелатные формы. Смешаннолигандные комплексы двухвалентного железа с витаминами можно использовать для обогащения пищевых продуктов с целью восполнения дефицита железа.

Одним из самых перспективных направлений считается обогащение продуктов массового потребления, например молочной продукции.

Актуальность данного исследования заключается в профилактике железодефицитных состояний у населения за счет обогащения кисломолочных продуктов хелатным железосодержащим комплексом — аскорбатоникотинатом железа.

Ввиду перспективного применения материала целью работы стало исследование физико-химических, органолептических и микробиологических свойств кисломолочного продукта, обогащенного аскорбатоникотинатом железа.

Материалы и методы исследования

Синтез и исследование образцов аскорбатоникотината железа проводили на базе департамента функциональных материалов и инженерного конструирования ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет» в ноябре 2024 года.

Синтез аскорбатоникотината железа проводили путем смешивания никотиновой и аскорбиновой кислот в отношении 1:1, после чего добавляли к полученному раствору гидроокись бария 8-водного, сульфат железа (II) и дистиллированную воду. Затем центрифугировали три раза при 3000 об/мин для удаления побочного продукта (сульфата бария).

Проводили исследование таких физико-химических параметров образцов йогурта, обогащенных аскорбатоникотинатом железа, как:

•  активная кислотность среды,
•  титруемая кислотность среды,
•  вязкость.

Исследование сквашивания молока, обогащенного тройным комплексом железа, проводили с применением культур Streptococcus thermophillus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus (ФГУП «Экспериментальная биофабрика», г. Углич).

Для приготовления лабораторной закваски использовали 1 дм3 цельного молока, предварительно стерилизовав его при 120 °С в течение 20 минут. Затем молоко охлаждали до температуры 42±2 °С и вносили по 0,5 г заквасочных культур с активностью 0,1 u на 100 л заквашиваемого молока. Разливали его по стаканам объемом 150 см3 и вносили исследуемый образец аскорбатоникотината железа из расчета 10%, 30%, 50%, 70%, 100% (1,8, 5,4, 9,0, 12,6, 18,0 мг) от суточной дозы микроэлемента железа, которую потребляет организм взрослого человека.

Подготавливали контрольный образец пастеризованного коровьего молока с жирностью 3,2% (АО «МКС», г. Ставрополь), в который не был добавлен хелатный комплекс.

Опытный образец молока с добавленной закваской и аскорбатоникотинатом железа инкубировали в термостатах при температуре 42 °С. Сквашивание проводили в течение 4–6 ч. до образования кисломолочного сгустка. Титруемая кислотность образцов на момент окончания процесса сквашивания составила 100 ± 2 оТ. После чего полученные образцы продукта охлаждали и хранили при 4 ± 2 °С до проведения дальнейших исследований.

Исследование влияния аскорбатоникотината железа на органолептические характеристики кисломолочной продукции проводили в соответствии с методиками испытания согласно ГОСТ Р ИСО 22935-2.

Активную кислотность среды образцов определяли на рН-метре-(иономере) «Эксперт-001» (ООО «Эконикс-Эксперт», Россия), титруемую кислотность образцов — титриметрическим методом согласно ГОСТ 3624.

Исследование вязкости проводили методом ротационной вискозиметрии на приборе IKA ROTAVISC lo-vi (IKA Werke, Германия).

Для исследования воздействия аскорбатоникотината железа на увеличение численности колоний бактерий Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus использовали микроскоп модели ZEISS Axio Imager.A2 (Carl Zeiss, Германия). На приготовленные и окрашенные препараты наносили каплю иммерсионного масла и помещали препарат на предметный столик, после чего проводили микроскопирование при увеличении 90х.

При исследовании влияния аскорбатоникотината железа на увеличение численности колоний бактерий Streptococcusthermophillus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus навеску MRS агара тщательно размешали в 1 л дистиллированной воды, довели до кипения до полного расплавления агара, профильтровали через ватно-марлевый фильтр, стерилизовали автоклавированием при температуре (121±1) °С в течение 15 минут. Охлажденную среду добавили в чашки Петри по 20 мл. В среду внесли по 0,25 мл исследуемого образца в концентрациях 18 мг/л, 12,6 мг/л, 9 мг/л, 5,4 мг/л, 1,8 мг/л.

Для проведения экспериментов готовили суспензию Streptococcus thermophillus и Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus в 10 см3 стерильного физраствора, после чего из полученной суспензии готовили 10-кратные разведения и засевали по 1 см3 в чашки Петри с MRS агаром с добавлением хелатной формы железа. Стерильным шпателем распределяли по поверхности среды. Засеянные чашки Петри инкубировали в термостате при температуре (42±1) °С в течение трех суток и исследовали численность колоний микроорганизмов.

Микробиологические и физико-химические исследования проводили трижды. Параметры были проанализированы с помощью Statistica для Windows (Statsoft, Tulsa, USA) с использованием однофакторного дисперсионного анализа и t-критерия Стьюдента (p < 0,05).

Исследования органолептических свойств проводили в соответствии с ГОСТ 31981.

Количество привлекаемых экспертов ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет» — 10. Исследования проводили в ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет».

Результаты и обсуждение

На первом этапе вырабатывали шесть партий кисломолочного продукта:

•  контрольного;
• обогащенных 1,8 мг, 5,4 мг, 9,0 мг, 12,6 мг, 18,0 мг аскорбатоникотината железа, что составляет 10%, 30%, 50%, 70%, 100% от суточной нормы потребления железа соответственно.

В таблице 1 представлены результаты физико-химических параметров.

По результатам, представленным в таблице 1, можно отметить, что разработанный комплекс эссенциального микроэлемента железа не оказывает значимого влияния на физико-химические показатели кисломолочного продукта. Полученные значения находятся в сопоставимом диапазоне по сравнению с контрольным образцом.

Показатели pH в образцах с добавлением различных концентраций аскорбатоникотината железа находятся в пределах 3,99–4,15 при pH контрольного образца 4,05. Титруемая кислотность контрольного образца составляет 108 оТ. Далее титруемая кислотность образцов с различной концентрацией аскорбатоникотината железа возрастала по мере увеличения суточной концентрации в продукте от 111 оТ (10% суточной нормы железа) до 126 оТ (100% суточной нормы железа). Данный факт может быть связан с наличием в комплексе аскорбиновой и никотиновой кислот.

Вязкость образцов, обогащенных аскорбатоникотинатом железа с различным содержанием, практически не меняется по отношению к контрольному образцу.

На втором этапе были проведены эксперименты по влиянию концентрации аскорбатоникотината железа на органолептические свойства кисломолочного продукта.

В таблице 2 представлены полученные результаты исследования.

Полученный кисломолочный продукт представляет собой однородную, в меру вязкую, густую жидкость с наличием небольших комочков. Цвет образцов с добавлением аскорбатоникотината железа с концентрациями 10% и 30% от суточной дозы железа схож с цветом контрольного образца. Однако образцы с добавлением от 50 до 100% хелатного железа имеют розоватый цвет, который становится более насыщенным по мере увеличения концентрации хелатного комплекса. В кисломолочном продукте, обогащенном 70% и 100% суточной нормы железа, наблюдается более выраженный кислый запах, что обусловлено повышенной титруемой кислотностью. Вкус и консистенция исследуемых образцов схожи со вкусом контрольного образца.

Далее проводили исследование влияния хелатной формы железа на рост и развитие бактерий Streptococcusthermophillusи Lactobacillusdelbrueckiisubsp. Bulgaricus на стандартных плотных питательных средах. Количество выросших колоний подсчитывали на каждой чашке. Значения КОЕ в исследуемых образцах представлены в таблице 3.

Для проведения микроскопирования подготовили временные препараты исследуемых образцов. Streptococcus thermophillus представлены кокками, часто соединенными в длинные цепочки, Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus — длинные и короткие палочки (от 5 до 20 мк).

Микроснимки бактериальных культур представлены на рисунке 1.

Хелатная форма железа оказывает стимулирующее действие на рост и развитие бактерий культур Streptococcusthermophillus и Lactobacillusdelbrueckiisubsp. Bulgaricus в концентрациях 1,8 мг/л, 5,4 мг/л и 9 мг/л. При концентрациях железа 12,6 мг/л и 18 мг/л стимулирующий эффект снижается, соответственно, снижается и количество Lactobacillusdelbrueckiisubsp. Bulgaricus.

Выводы

В рамках работы было проведено исследование влияния внесения различной концентрации аскорбатоникотината железа на физико-химические и органолептические показатели кисломолочного продукта и на рост бактерий.

Проведен синтез аскорбатоникотината железа с использованием аскорбиновой кислоты, никотиновой кислоты, гидроксида бария, сульфата железа (II) и дистиллированной воды. Изучены pH, титруемая кислотность, вязкость, а также органолептические свойства кисломолочного продукта, стабилизированного аскорбатоникотинатом железа.

Установлено, что внесение разработанного хелатного комплекса (аскорбатоникотината железа) практически не влияет на физико-химические свойства, однако наблюдается изменение органолептических показателей. При добавлении максимальной дозы хелатного комплекса железа наблюдается изменение цвета на розоватый, что позволяет использовать разработанное соединение в продуктах, в которых цвет не имеет столь важного значения.

Установлено стимулирующее влияние аскорбатоникотината железа на рост и развитие бактерий Streptococcus thermophillus и Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus при внесении концентраций комплекса, соответствующих 10%, 30% и 50% от суточной дозы железа.

Об авторах

Андрей Владимирович Блинов 1, кандидат технических наук, доцент департамента функциональных материалов и инженерного конструирования

blinov.a@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-4701-8633

Артём Владимирович Самоволов1, ассистент кафедры технологии переработки нефти и промышленной экологии

artem.samovolov@mail.ru https://orcid.org/0000-0001-5570-6201

Алина Салмановна Аскерова 1, лаборант департамента функциональных материалов и инженерного конструирования

vikalinka04@mail.ru https://orcid.org/0009-0002-9852-3055/

Андрей Ашотович Нагдалян 1, старший научный сотрудник НИЛ пищевой и промышленной биотехнологии

geniando@yandex.ru https://orcid.org/0000-0002-6782-2821

Александр Михайлович Серов 1, лаборант департамента функциональных материалов и инженерного конструирования

sanyka_stavzan@mail.ru https://orcid.org/0009-0001-2929-4191

Максим Борисович Ребезов 2, 3, доктор сельскохозяйственных наук, кандидат ветеринарных наук, профессор, главный научный сотрудник 2; доктор сельскохозяйственных наук, кандидат ветеринарных наук, профессор кафедры биотехнологии и пищевых продуктов 3

rebezov@ya.ru https://orcid.org/0000-0003-0857-5143

1 Северо-Кавказский федеральный университет, ул. им. Пушкина, 1, Ставрополь, 355002, Россия

2 Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова Российской академии наук, ул. им. Талалихина, 26, Москва, 109316, Россия

3 Уральский государственный аграрный университет, ул. им. Карла Либкнехта, 42, Екатеринбург, 620075, Россия

УДК 637.146 + 546.722

DOI: 10.32634/0869-8155-2025-393-04-159-166