PL B1. INSTYTUT BIOTECHNOLOGII PRZEMYSŁU ROLNO-SPOŻYWCZEGO IM. PROF. WACŁAWA DĄBROWSKIEGO, Warszawa, PL

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. C12N 1/20 ( ) C12R 1/25 ( ) A23L 1/105 ( ) A23L 1/29 ( ) A21D 2/00 ( ) A21D 13/00 ( ) (54) Bakteryjna kultura starterowa do pieczywa z inuliną (73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT BIOTECHNOLOGII PRZEMYSŁU ROLNO-SPOŻYWCZEGO IM. PROF. WACŁAWA DĄBROWSKIEGO, Warszawa, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 22/13 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/14 (72) Twórca(y) wynalazku: KATARZYNA PIASECKA-JÓŹWIAK, Warszawa, PL JOANNA ROZMIERSKA, Cekcyn, PL BEATA CHABŁOWSKA, Warszawa, PL EMILIA SZKUDZIŃSKA-RZESZOWIAK, Warszawa, PL LILIANA LEHRER-RYCHEL, Zabrze, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Karyna Kuciak-Próchniak

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest bakteryjna kultura starterowa do pieczywa z inuliną składająca się z bakterii fermentacji mlekowej. Otrzymywanie pieczywa o obniżonej kaloryczności, charakteryzującego się, poza wartością odżywczą, dodatkowymi właściwościami funkcjonalnymi, jest zgodne z wymaganiami tzw. świadomych konsumentów. Jednocześnie oczekuje się, że jakość sensoryczna tego rodzaju pieczywa będzie jak najwyższa. Rośnie popularność chleba o zwiększonej zawartości błonnika- a więc pieczywa ciemnego, razowego. Wciąż jednak istnieje duża grupa konsumentów preferujących białe pieczywo. W tej sytuacji cennym rozwiązaniem jest stosownie dodatku fruktooligosacharydów jako źródła błonnika. Zawartość błonnika w pieczywie różnego rodzaju waha się od około 2% w pieczywie białym pszennym do około 5% w pieczywie ciemnym i 7% w pieczywie z całego ziarna. Pieczywo z inuliną jest zaliczane do tak zwanej żywności funkcjonalnej. Inulina zastępując część mąki w recepturze może obniżyć kaloryczność pieczywa, jednocześnie zwiększając w nim zawartość błonnika pokarmowego. Ponadto inulina należy do związków o działaniu prebiotycznym. Dodatek prebiotyków w diecie wpływa na mikroflorę jelit oddziaływując korzystnie na dobrostan gospodarza. Wykazano, że fruktany, jak inulina, polepszają równowagę mikrobiologiczną w ekosystemie jelit poprzez selektywną stymulację wzrostu bakterii należących do rodzaju Lactobacillus i Bifidobacterium i zapobieganie rozwojowi patogenów. Zmiany te związane są z korzyściami zdrowotnymi, w tym zapobieganiu infekcjom u ludzi i zwierząt (Guarner 2007). Zatem korzystne jest aby wprowadzana z pieczywem ilość inuliny była wysoka. Włączenie do receptury chleba inuliny pociąga za sobą skutki technologiczne oraz wpływa na właściwości ciast i jakość pieczywa (w tym ocenę organoleptyczną). Już 3% dodatek inuliny obniża objętość pieczywa. Dlatego w efekcie dodatek inuliny jest zwykle ograniczony do 3-5% w stosunku do mąki. Ponadto część inuliny wprowadzonej do ciasta chlebowego jest metabolizowana przez bakterie i drożdże co przyczynia się do zmniejszenia zawartości inuliny w wypiekach, w stosunku do ilości dodanej. Ubytek inuliny w wypiekach będący skutkiem metabolizmu drobnoustrojów jest zazwyczaj pomijany przy obliczaniu wartości odżywczej (kaloryczności) pieczywa. Otrzymanie pieczywa o jak najwyższej zawartości inuliny, uznawanej za prebiotyk, wymaga aby kultura starterowa stosowana w celu poprawy właściwości ciasta i jakości pieczywa z dodatkiem inuliny składała się z bakterii o odpowiednich właściwościach tj. szczepów wyselekcjonowanych pod względem ograniczonego metabolizowania tego węglowodanu. W sprzedaży istnieją kultury starterowe przeznaczone do pieczywa żytniego i pszenno-żytniego, natomiast nie ma kultury starterowej przeznaczonej do pieczywa z dodatkiem inuliny, uwzględniającej szczególne właściwości włączonych w jej skład mikroorganizmów. Celem wynalazku było opracowanie składu kultury starterowej do pieczywa z inuliną, zawierającej bakterie fermentacji mlekowej o ograniczonej zdolności do metabolizowania inuliny. Bakteryjna kultura starterowa według wynalazku zawierająca mieszaną kulturę bakterii fermentacji mlekowej w postaci biomasy, charakteryzuje się tym, że w jej skład wchodzą szczepy: Lactobacillus plantarum KKP 2044p, Weisella cibaria KKP 2042p oraz Weisella cibaria KKP 2043p, przy czym stosunek poszczególnych szczepów w mieszaninie wynosi jak od 1 do 2 : jak od 0,5 do 1.5 : jak od 1 do 1,5, najkorzystniej jak 1:1:1. Kultura według wynalazku zawiera co najmniej 1 x jtk/g bakterii w biomasie. Szczepy: Lactobacillus plantarum KKP 2044p, Weisella cibaria KKP 2042p oraz Weisella cibaria KKP 2043p, zostały zdeponowane w Kolekcji Kultur Drobnoustrojów Przemysłowych Instytutu Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego. Zastosowane w wynalazku szczepy bakterii fermentacji mlekowej wyizolowano z poddanej samorzutnej fermentacji mąki pszennej i wybór ich jest wynikiem wcześniejszej selekcji spośród grupy nowo wyizolowanych kilkudziesięciu szczepów. Szczepy LAB, które przy pomocy testów biochemicznych przypisano do gatunków Lactobacillus plantarum oraz Lactobacillus brevis, ostatecznie zidentyfikowane zostały poprzez analizę sekwencji 16S rdna. Afiliację taksonomiczną szczepów bakterii potwierdzono na podstawie porównania z sekwencjami bakteryjnych odcinków 16S rdna, zdeponowanymi w bazie GenBank i stwierdzenia ich zgodności w 99%, (różnicowanie międzygatunkowe i wewnątrzgatunkowe RAPD-PCR). Kryterium selekcji szczepów do kultury starterowej był wzrost szczepów bakterii fermentacji mlekowej (LAB), wyizolowanych z naturalnie fermentujących zakwasów pszennych sporządzonych

3 PL B1 3 z cało ziarnowej mąki pszennej, w obecności inuliny, będącej jedynym źródłem węglowodanów w podłożu, oraz prowadzona w tych warunkach przez LAB synteza wybranych metabolitów takich jak kwas mlekowy, octowy, produkty fermentacji wpływające na aromat pieczywa (diacetyl, acetoina, octan etylu, aldehyd octowy). Hodowle bakterii prowadzono przez 24 godziny w podłożu zawierającym inulinę (wysoko lub nisko spolimeryzowaną) jako jedyne źródło cukrowców. Doświadczenia przeprowadzono w temperaturze 25, 30 i 37 C. W odciekach po hodowlach oznaczano: stężenie kwasu mlekowego (metodą enzymatyczną), stężenie związków zapachowych (metodą chromatografii gazowej GCMS). Wyselekcjonowane szczepy bakterii w postaci monokultur i kultur mieszanych zastosowano do przygotowania zakwasów do pieczywa tostowego z inuliną. W przypadku większości badanych szczepów bakterii nie zaobserwowano wpływu inuliny na ich wzrost. Nieoczekiwanie okazało się, że inulina długołańcuchowa ograniczała wzrost trzech szczepów z gatunków Lactobacillus plantarum i Weissella cibaria: Lactobacillus plantarum KKP 2044p, Weisella cibaria KKP 2042p oraz Weisella cibaria KKP 2043p. Jednocześnie w przypadku tych szczepów obecność inuliny w małym stopniu obniżyła ilość syntetyzowanego przez bakterie kwasu mlekowego i octowego, natomiast nie wpływała na syntezę takich związków jak diacetyl, acetoina i aldehyd octowy. Bowiem istotne jest, że związki te wpływają korzystnie na cechy organoleptyczne ciast i pieczywa. Zastosowane w wynalazku szczepy należą do gatunków; L.plantarum, są to Gram-dodatnie fakultatywnie anaerobowe pałeczki oraz Weissella cibaria, które należą do rodzaju Leuconostocaceae i reprezentowane są przez Gram dodatnie, katalazo dodatnie pałeczki. Obydwa gatunki należą do bakterii heterofermentacyjnych w wyniku prowadzonej przez te bakterie fermentacji mlekowej, z cukrowców oprócz kwasu mlekowego powstają również inne produkty, jak etanol i kwas octowy. Cel wynalazku został osiągnięty gdyż opracowana kultura starterowa umożliwia wprowadzenie większego, niż dotychczas stosowany w produkcji pieczywa, dodatku inuliny, tj. 8% w stosunku do mąki. Dzięki kulturze według wynalazku uzyskuje się pieczywo o zawartości inuliny powyżej 6% w produkcie gotowym charakteryzującym się ponadto korzystnymi cechami smakowo-zapachowymi. Wynalazek ilustrują przykłady wykonania, nie ograniczające jego zakresu. P r z y k ł a d I Kulturę starterową do otrzymywania zakwasu do pieczywa z inuliną w postaci biomasy otrzymano w ten sposób, że w przypadku każdego szczepu oddzielnie namnażano inokulum, prowadzono hodowlę bakterii i wydzielano biomasę bakterii poprzez odwirowanie. Następnie zmieszano biomasę szczepów bakterii: Lactobacillus plantarum KKP 2044p, Weisella cibaria KKP 2042p oraz Weisella cibaria KKP 2043p, w proporcji 1:1:1 w stosunku wagowym. Otrzymano preparat o zawartości bakterii 2 x j.t.k./g. P r z y k ł a d Il Kulturę starterową do otrzymywania zakwasu do pieczywa w postaci biomasy otrzymano jak w przykładzie I. Następnie zmieszano biomasę szczepów bakterii: Lactobacillus plantarum KKP 2044p, Weisella cibaria KKP 2042p oraz Weisella cibaria KKP 2043p, w proporcji 2:1:1 w stosunku wagowym. Otrzymano preparat o zawartości bakterii 2,5 x j.t.k./g. Przykład zastosowania wynalazku W celu określenia wpływu zakwasu, wyprowadzonego z kulturą starterową, do pieczywa z dodatkiem inuliny na jakość pieczywa, wykonano próbne wypieki. Najpierw wytworzono zakwas piekarski I. fazowo według następującego schematu: Mąka pszenna typ g 1. Woda 1000 cm 3 2. Kultura starterowa 5 g Ogółem 2005 g Do zapoczątkowania fermentacji kwasu zastosowano kulturę starterową otrzymaną w przykładzie I. Fermentację kwasu prowadzono w temperaturze 30 C przez 18 h. Następny etap stanowiło wytwarzanie ciasta i wypiek chleba z kwasem piekarskim wprowadzano do ciasta 20% mąki typ 550 ciasta przygotowywano w oparciu o następujące receptury:

4 4 PL B1 Surowce Próby kontrolne Z dodatkiem inuliny Bez kwasu na kwasie Bez kwasu na kwasie 1. Kwas piekarski g g 2. Mąka pszenna typ g 600 g 750 g 600 g 3. Mąka pszenna typ g 250 g 250 g 250 g 4. Inulina HPX (8%) g 80 g 5. Margaryna (6%) 60 g 60 g Drożdże (4%) 40 g 40 g g 7. Cukier (3%) 30 g 30 g g - 8. Odtłuszczone mleko w pr. 30 g 30 g - 30 g (3%) 15 g 15g 30 g 15 g 9. Sól (1,5%) g 10 g 10. CMC 3) (1%) 10 g 10 g 11. Polepszacz 1) (1%) 12. Woda 2) 2) 1) Super Soft firmy Zeelandia 2) ilość wody pozwalająca na uzyskanie optymalnej konsystencji ciasta 3) karboksymetyloceluloza 10 g 2) 2) Wydajność ciasta ustalano na podstawie organoleptycznej oceny konsystencji biorąc także pod uwagę wpływ poszczególnych rodzajów inuliny na wodochłonność farinograficzną mąki. Po mieszeniu ciasto poddawano fermentacji w masie w temperaturze C przez 30 min. Po tym czasie ciasto dzielono na kęsy o masie 590 g, które poddawano rozrostowi w formach, w komorze fermentacyjnej o temperaturze 35 C i wilgotności względnej powietrza 75%. Rozrost prowadzono do stanu rozrostu normalnego, który oceniano organoleptycznie na podstawie sprężystości kęsa. Bochenki wypiekano w piecu komorowym w temperaturze 240 C, przez ok. 45 min (próby kontrolne) oraz w temperaturze 220 C, przez ok. 50 min (próby z inuliną) z zaparowaniem. Fermentacja ciasta, prowadzona przez wybrane szczepy bakterii wprowadzone z kulturą starterową nie tylko poprawiała jego strukturę lecz również korzystnie wpływała na właściwości smakowozapachowe pieczywa, dzięki syntetyzowanym przez te szczepy związkom, tworzącym aromat. Wyniki są przedstawione w tabeli 1 i 2. T a b e l a 1 Wartość kaloryczna pieczywa tostowego otrzymanego z kulturą starterową według wynalazku w porównaniu do pieczywa tostowego i tostowego z inuliną. Składniki % (kontrola) z 20% udziałem kwasu piekarskiego Rodzaj pieczywa z inuliną z 20% udziałem kwasu piekarskiego i inuliny Onulina 0 0 6,5 6,4 Błonnik 5,5 6,4 6,9 7,1 Białko 12,5 12,2 12,5 11,8 Popiół 0,5 0,7 0,9 1,1

5 PL B1 5 ciąg dalszy tabeli 1 Tłuszcz 2,45 3,10 0,30 0,28 Woda 37,9 40,3 42,4 43,1 Węglowodany z różnicy Wartość energetyczna kcal/100 g 41,8 37,3 37,85 30,2 239,1 232,3 204,1 184,1 Inulina* - oznaczenie metodą enzymatyczną Pieczywo z inuliną z zastosowaniem kultury starterowej według wynalazku wykazuje kaloryczność obniżoną o ponad 20% w stosunku do pieczywa produkowanego według receptury tradycyjnej. W ocenie konsumenckiej pieczywo o obniżonej kaloryczności było zbliżone do pieczywa tradycyjnego, co zważywszy na wyeliminowanie z receptury wysokoenergetycznych składników uznano za spełnienie wymagań odnośnie pieczywa funkcjonalnego. Pieczywo z inuliną bez udziału kwasu piekarskiego otrzymanego z kulturą starterową zostało ocenione niżej W ocenie organoleptycznej zwłaszcza w odniesieniu do zharmonizowania próbki. Jakość sensoryczną uzyskanego tostowego pieczywa zakwasowego z dodatkiem inuliny, w porównaniu do chleba bez dodatku kultury starterowej. Chleba z dodatkiem kultury starterowej, chleba z inuliną oceniono stosując 10-cio punktową skalę dla poszczególnych wyróżników, ocenę sensoryczną przeprowadził panel dziewięciu osób. Wyniki analizy sensorycznej poddano analizie statystycznej korzystając z programu STATISTICA 8. Wyniki te podano w tabeli 2. T a b e l a 2 Ocena organoleptyczna pieczywa otrzymanego przy zastosowaniu kultury starterowej składającej się z wyselekcjonowanych szczepów LAB (Lactobacillus plantarum KKP 2044p, Weisella cibaria KKP 2042p oraz Weisella cibaria KKP 2043p) Wyróżniki oceny organoleptycznej (kontrola) ocena pieczywa, średnia punktów z 20% udziałem kwasu piekarskiego z inuliną z 20% udziałem kwasu piekarskiego i inuliny Porowatość miękiszu 1,6 1,2 4,3 3,4 Chrupkość miękiszu 8,4 8,2 7,0 6,8 Ogólna intensywność zapachu 1. Zapach pieczywa/skórki świeżego chleba 6,3 8,0 6,4 7,5 6,8 6,6 4,2 5,1 2. Zapach słodki 4,9 4,6 5,5, 4,4 3. Zapach drożdżowy 3,3 3,6 5,2 4,0 4. Zapach kwaśny 2,0 2,7 1,1 2,0 4. Zapach mączny 2,5 1,9 3,2 1,9 4. zapach maślany 3,2 4,1 1,7 2.2 Wyróżniki smaku Ogólna intensywność smaku 6,7 6,5 5,7 6,1 1. Smak słony 2,1 2,6 2,6 2,5

6 6 PL B1 ciąg dalszy tabeli 2 2. Smak kwaśny 1,0 2,9 0,7 1,8 3. Smak gorzki 1,9 1,7 1,6 1,4 4. Smak słodki 5,0 4,9 3,9 3,9 5. Smak przypieczony 5,3 5,6 4,8 4,8 6. Smak orzechowy 1,3 1,8 2,1 2,0 Zharmonizowanie próbki 6,9 7,2 5,7 6,8 Pieczywo z inuliną z udziałem 20% zakwasu otrzymanego z kulturą starterową uzyskało bardzo dobre noty w ocenie sensorycznej, zbliżone do pieczywa bez dodatku inuliny. W pieczywie z dodatkiem inuliny wyeliminowano dodatek będących nośnikiem smaku tłuszcz i cukier. Zastosowanie zakwasu niweluje odczucie pustego smaku tego typu produktów co ma potwierdzenie w ocenie ogólnej intensywności smaku i ocenie zharmonizowania próbki pieczywa. Ponadto dzięki zastosowaniu do przygotowania zakwasu kultury starterowej z wyselekcjonowanych bakterii charakteryzujących się niskim stopniem metabolizowania inuliny, otrzymano pieczywo o wysokiej zawartości inuliny. Zastrzeżenia patentowe 1. Bakteryjna kultura starterowa do pieczywa z inuliną, zawierająca mieszaną kulturę bakterii fermentacji mlekowej w postaci biomasy, znamienna tym, że w jej skład wchodzą szczepy: Lactobacillus plantarum KKP 2044p, Weisella cibaria KKP 2042p oraz Weisella cibaria KKP 2043p, przy czym stosunek poszczególnych szczepów w mieszaninie wynosi jak od 1 do 2 : jak od 0,5 do 1.5 : jak od 1 do 1,5, najkorzystniej jak 1:1:1. 2. Bakteryjna kultura starterowa według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera co najmniej 1 x jtk/g bakterii w biomasie. Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)