Technologiczne aspekty produkcji lodów probiotycznych

Determinanty przeżywalności bakterii probiotycznych

Na przeżywalność bakterii probiotycznych wpływa wiele czynników, które są związane z rodzajem zastosowanych komponentów, szczepów probiotycznych, kwasowością wyrobu gotowego, zawartością tlenu w pęcherzykach powietrza oraz warunkach przechowywania zamrażalniczego lodów po ich utwardzeniu (tab. 1).

Kwasowość

Warunkiem zapewnienia wysokiej przeżywalności bakterii probiotycznych w lodach jest względnie wysokie pH w zakresie 5,5-6,5 [8], co w przypadku kwaśnego środowiska jogurtu i mlecznych napojów fermentowanych (pH 4,4-4,8) jest podstawowym czynnikiem osłabiającym przeżywalność bakterii. Na niskie pH szczególnie są wrażliwe szczepy bifidobakterii, natomiast nieco bardziej stabilne w kwaśnym środowisku są szczepy Lactobacillus [8]. Zmniejszenie kwasowości lodów probiotycznych można uzyskać przez dodatek mleka płynnego lub proszku mlecznego, które stanowią podstawowy składnik mieszanki lodziarskiej. W badaniach laboratoryjnych in vitro wykazano, że dodatek węglanu wapnia i cytrynianu sodu w celu neutralizowania kwasu mlekowego, podczas wytwarzania biomasy probiotycznej, może zwiększać przeżywalność niektórych bakterii probiotycznych w środowisku kwaśnym [20]. Metoda ta nie była jednak stosowana w warunkach z użyciem biomasy probiotycznej, dlatego trudno ocenić tego rodzaju działania jako praktycznie przydatne.

Szok tlenowy

Ze względu na fakt, iż bakterie fermentacji mlekowej są anaerobami lub mikroaerofilami, tlen zawarty w pęcherzykach powietrza tworzących się podczas zamrażania mieszanki lodziarskiej we frezerze, stanowi istotny czynnik utrudniający przeżywanie bakterii probiotycznych w lodach. Przy kontakcie z wodą tlen ulega częściowej redukcji z wytworzeniem nadtlenków (O2-) i jonów hydroksylowych (OH-), które działają destrukcyjnie na białka, lipidy i kwasy nukleinowe prowadząc do obumierania komórek bakterii [14]. Farez i in. [13) wykazali, że stopień napowietrzenia lodów probiotycznych wpływa na przeżywalność bakterii L. acidophilus. Po wyprodukowaniu lodów, w których napowietrzenie wyniosło 45, 60 i 90%, po 60 dniach przechowywania zamrażalniczego we wszystkich 3 próbkach poziom żywych komórek L. acidophilus był wysoki i przekraczał 106 jtk/g. Jakkolwiek, w przypadku 90% napowietrzenia redukcja liczby żywych komórek w stosunku do poziomu wyjściowego była największa i wyniosła 2 cykle logarytmiczne, co sugeruje, że niższy poziom napowietrzenia gwarantuje wyższy poziom przeżywalności bakterii.

W celu zmniejszenia negatywnego wpływu tlenu na bakterie probiotyczne, są proponowane różna rozwiązania obejmujące m.in. [8, 14]:

• dodatek antyutleniaczy (kwasu askorbinowego),
• stosowanie opakowań aktywnych (pochłaniających tlen),
• mikrokapsułkowanie,
• zastosowanie opakowań plastikowych o zróżnicowanej polaryzacji,
• zastosowanie bariery tlenowej,
• napowietrzanie lodów azotem,
• użycie enzymów (oksydazy glukozowej),
• wprowadzenie szczepów probiotycznych tolerujących obecność reaktywnych form tlenu.

Zhao i Li [20] sugerowali, że substancje chemiczne, takie jak askorbinian sodu lub D-askorbinian, dodane do produktu zawierającego Bifidobacterium bifidum (w ilości 4g/kg) mogą skutecznie reagować z reaktywnymi formami tlenu i osłabiać ich szkodliwe działanie w stosunku do ww. bakterii.

Tabela 1. Trudności podczas produkcji lodów probiotycznych oraz sposoby ich rozwiązania

Źródło: [8]

Rodzaj substancji słodzącej

Przypuszcza się, że przeżywalność bakterii probiotycznych może być także zdeterminowana rodzajem zastosowanej substancji słodzącej. Dodatek aspartamu jest uznawany za czynnik zmniejszający przeżywalność bakterii probiotycznych w lodach [2], ale nie wszystkie badania to potwierdzają. Başyiģit [3] wykazali, że dodatek sacharozy i aspartamu do lodów zawierających probiotyki w postaci bakterii z rodzaju Lactobacillus nie wpłynęły na zmniejszenie przeżywalności analizowanych szczepów bakterii (L. acidophilus AB5-18, L. agilis AA17-73 oraz AC18-88, L. rhamnosus AB20-100 i L. acidophilus AK4-14). W trakcie 6-miesięcznego przechowywania zamrażalniczego lodów z dodatkiem probiotyków nie stwierdzono znaczącej redukcji żywych bakterii.

Szok termiczny

Kolejnym czynnikiem decydującym o liczbie bakterii w lodach probiotycznych jest zamrażanie, hartowanie i przechowywanie zamrażalnicze, które sprawiają, ze wskutek szoku termicznego bakterie probiotyczne obumierają. Pierwsza faza zamrażania (we frezerze), podczas której wymraża się ponad połowa wody [9, 10], musi być prowadzona dostatecznie szybko (najwyżej kilkanaście sekund), aby wielkość powstających kryształków lodu nieznacznie przekraczała rozmiary bakterii. Jeśli zamrażanie będzie prowadzone wolno, a wielkość kryształków lodu przekroczy 20 μm, komórki bakterii probiotycznych będą uszkadzane przez powstające kryształki wymrożonej wody i przeżywalność bakterii znacznie się zredukuje.

Podczas przebywania we frezerze bakterie są dodatkowo wystawione na uszkodzenia mechaniczne wskutek sił tarcia i ścinania będących efektem szybko obracającego się skrobaka. Działanie to dodatkowo zmniejsza liczebność żywych komórek bakterii probiotycznych, dlatego niektóre rozwiązania technologiczne przewidują stosowanie probiotyków poddanych procesowi mikrokapsułkowania [8, 15].

Między frezerem a tunelem hartowniczym znajduje się kolejny punkt decydujący o przeżywalności bakterii probiotycznych. Jeśli po wyjściu z frezera temperatura lodów podniesie się o 1-2oC, to będzie to zgodnie z krzywą zamrażania będzie to skutkowało kilkuprocentowym zredukowaniem poziomu ilości wody wymrożonej, co w praktyce oznacza, iż ta część wody niewymrożonej będzie podczas hartowania narastała na już istniejących kryształkach lodu. W efekcie zaczną powstawać duże kryształki lodu niszczące komórki bakterii probiotycznych. Dlatego tak ważne jest, aby po frezerze nie zachodziło znaczące podwyższenie temperatury powstałych lodów miękkich. Analogicznie, należy zapobiegać wahaniom temperatury podczas przechowywania zamrażalniczego, transportu i dystrybucji [9,10].