Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биотехнологические основы хлебопекарного производства. Учебное пособие
.pdf
1
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»
ФГБОУ ВО
И.М. ЖАРКОВА, Т.Н. МАЛЮТИНА, В.В. ЛИТВЯК
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ХЛЕБОПЕКАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Утверждено
редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
ВОРОНЕЖ
2019
2
УДК 641.1
ББК Л80 - 9 я7
Ж35
Научный редактор профессор Г. О. МАГОМЕДОВ
Рецензенты:
кафедра товароведения и экспертизы товаров
Воронежског о государственного аграрного университета
им. императора Петра I;
канд. техн. наук Е. А. НАЗИНЦЕВА
(Управление Роспотребнадзора по Воронежской области)
Печатается по решению
редакционно-издательского совета
Воронежского государственного университета инженерных технологий
Жаркова, И. М.
Ж35
Биотехнологические основы хлебопекарного производства
[Текст] : учеб. пособие / И. М. Жаркова, Т. Н. Малютина, В. В.
Литвяк; Воронеж. гос. ун-т инж. технол. – Воронеж : ВГУИТ,
2019. – 143 с.
ISBN 978-5-00032-438-7
Учебное пособие написано в соответствии с требованиями ФГОС ВО и об-
разовательной программы подготовки обучающихся по направлению 19.03.02 –
"Продукты питания из растительного сырья". Предназначено для закрепления
теоретических знаний дисциплин базовой и вариативной части.
Издание рекомендуется также аспирантам, инженерно-техническим работникам пищевой промышленности, слушателям системы повышения квалификации и переподготовки кадров.
Ж 4001010000-41 Без объявл. УДК 641.1
ОК2 (03) - 2019 ББК Л80 - 9 я7
ISBN 978-5-00032-438-7
© Жаркова И. М., Малютина Т. Н.,
Литвяк В. В., 2019
инж. технол.», 2019
Оригинал-макет данного издания является собственностью Воронежского государственного университета инженерных технологий, его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия университета запрещается.
© ФГБОУ ВО «Воронеж. гос. ун-т
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ……………………………………………………….
1. Биотехнология: пути развития и сферы примене-
ния…
1.1. Основные понятия биотехнологии…………….…. 6
1.2. Этапы развития биотехнологии…………………... 8
1.3. Направления биотехнологии……………………… 11
2. Роль микроорганизмов в процессах производства
пищевых продуктов……………………………………….
2.1. Возбудители порчи (пороков) пищевых
продуктов……………………………………………….. 25
2.2. Биохимические процессы, протекающие в полуфабрикатах хлебопекарного производства……… 31
3. Биохимические особенности метаболизма дрожжевых
клеток и молочнокислых бактерий ……………………
3.1. Современные представления о биохимических
свойствах дрожжей……………………………….. 41
3.2. Строение дрожжевой клетки……………………… 46
3.3. Превращения веществ при аэробном и анаэробном метаболизме дрожжей………………………... 50
3.4. Биохимические свойства бактерий……………..… 55
3.5. Роль молочнокислых бактерий в технологии
хлеба………………………………………………… 60
3.6. Чистые культуры бактерий и дрожжей для
хлебопекарного производства………………………... 61
5
6
25
41
4. Хлебопекарные дрожжи ………………………………….. 63
4.1. Хлебопекарные прессованные дрожжи…………. 63
4.2. Сушеные хлебопекарные дрожжи……………..… 65
4.3. Дрожжевое молоко…………………………...…… 66
4.4. Хлебопекарные дрожжи спиртовых заводов…..… 67
4.5. Жидкие дрожжи…………………………………… 67
4
5. Ржаные закваски ………………………………………..… 74
5.1. Густые ржаные закваски………………………...… 74
5.2. Жидкие ржаные закваски…………………….…… 82
6. Пшеничные закваски ……………..………………...……
89
7. Ферменты и ферментные препараты в технологии
хлебобулочных изделий…………………………………..
100
7.1. Общие понятия…………………………………..… 100
7.2. Классификация ферментов………..……….……… 117
7.3. Характеристика отдельных классов ферментов…. 120
7.4. Применение гидролизатов в технологии хлеба..… 132
8. Переработка муки с пониженными хлебопекарными
свойствами………………………………………………… 135
Библиографический список………………………………… 143
5
ВВЕДЕНИЕ
В процессе технологической переработки пищевого сырья,
как растительного, так и животного происхождения, помимо хорошего внешнего вида, вкуса, аромата, должна быть повышена
пищевая ценность готового продукта. Это может быть достигнуто лишь при углубленном знании теоретических основ производства, среди которых ведущая роль принадлежит биохимии.
Несмотря на большое разнообразие существующих пищевых производств, технологические процессы основываются на
сходных биохимических реакциях. Пищевое сырье после длительного или кратковременного хранения на складах, в холодильниках на производстве подвергается либо механическому,
либо термическому или биотехнологическому воздействию или
часто тому и другому. В результате жизненно важные процессы в
тканях и клетках биологического сырья нарушаются и возникают
новые, которые и приводят к превращению сырья в готовый продукт, обладающий характерным для него качеством.
Задача технолога состоит в том, чтобы направить возникающие биохимические процессы в нужную сторону, что обеспечивает получение высококачественного пищевого продукта . Эта
задача может быть решена только при условии углубленного знания биохимических процессов, совершающихся при технологической переработке пищевого сырья и умения этими процессами
управлять.
Использование ферментов при переработке растительного
сырья как направления пищевой биотехнологии сегодня приобретает особые перспективы. Создание эффективных энзиматических композиций, которые обеспечивают целенаправленную модификацию биополимеров сырья, в частности, зернового, способствует разработке и внедрению новых прогрессивных технологических процессов переработки, расширению ассортимента физиологических функциональных пищевых ингредиентов, улучшению органолептических свойств продуктов, получению функциональных продуктов нового поколения.
6
1. БИОТЕХНОЛОГИЯ: ПУТИ РАЗВИТИЯ И СФЕРЫ
ПРИМЕНЕНИЯ
1.1. Основные понятия биотехнологии
Биохимические процессы лежат в основе очень многих
технологических процессов пищевой, медицинской и микробиологической промышленности. В настоящее время технологические процессы, осуществляемые с помощью живых организмов
или их компонентов, называют биотехнологией. «Биотехноло-
гия» от греческого bios – жизнь; tecen – ум ение; logos – наука,
учение; т.е. наука об умении управлять жизнью и процессами
жизнедеятельности.
Биотехнология – это наука, которая изучает методы получения полезных для человека веществ и продуктов в управляемых
условиях, используя микроорганизмы, клетки животных и растений или изолированные из клеток биологические структуры.
Согласно европейской биотехнологической федерации
биотехнология – это наука, которая на основе применения знаний
в области микробиологии, биохимии, генетики, генной инженерии, иммунологии, химической технологии, приборо- и машиностроения использует биологические объекты (микроорганизмы,
клетки, ткани животных, растений) или молекулы (нуклеиновые
кислоты, белки, ферменты, углеводы) для промышленного производства полезных для человека и животных веществ и продуктов.
Основную часть биотехнологии составляет промышленная
микробиология – наука о важнейших микробиологических процессах и их практическом применении для получения промышленным способом ценных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, их биомассы как белкового продукта; о получении
отдельных полезных веществ или препаратов, используемых в
различных отраслях народного хозяйства.
Одним из разделов биотехнологии является пищевая
биотехнология, с помощью которой в настоящее время производят такие продукты, как хлеб, вино, спирт, уксус, кисломолочные
продукты, сырокопченые и сыровяленые мясные продукты и т.д.
7
Кроме того, пищевая биотехнология используется для получения веществ и соединений, применяемых в пищевой промышленности: лимонная кислота, молочная кислота, ферментные
препараты, аминокислоты и некоторые биологически активные
вещества.
Важность пищевой биотехнологии определяется тем, что
использование микроорганизмов или ферментных препаратов, а
также биотехнологических процессов при производстве пищевых продуктов оказывает существенное влияние на потребительские свойства и показатели качества продукции.
Одной из важнейших составных частей биохимии, занимающейся изучением биохимических процессов, протекающих в
сырье растительного и животного происхождения при его хранении и переработке, является техническая биохимия, в частности,
биохимия зерна, биохимия плодов и овощей, биохимия молока,
биохимия мяса и морепродуктов и др.
Техническая биохимия изучает химический состав пищевого сырья и продуктов, превращения, протекающие при их производстве и хранении, а также разрабатывает способы применения
биохимических процессов в промышленности (рис. 1).
Рис. 1. Состав пищевых продуктов
Знание о биотехнологических процессах позволяет определить причины порчи пищевых продуктов и возникновения у них
дефектов. Например, неправильное применение заквасок может
8
привести к ухудшению качества и возникновению дефектов кисломолочной продукции.
С другой стороны, использование новых штаммов микроорганизмов может придать пищевому продукту (пиву, вину и др.)
новые оригинальные оттенки вкуса и аромата. Применение ферментных препаратов, полученных биотехнологическим способом,
способствует оптимизации и интенсификации технологических
процессов производства пищевых продуктов, улучшению их
свойств и продлению сроков хранения.
В последнее время появилось новое направление, включающее практически весь комплекс технических и естественных
наук, – нанотехнология. Нанотехнологические подходы используются в науке очень давно. Ведь любой фермент – это нанокатализатор. Новое развитие указанного направления связано с совершенствованием молекулярно-биологических и технологических методов и может обеспечить значительный прогресс во многих областях пищевой промышленности, биотехнологии, экологизации производства.
Фундаментально-научную основу пищевых технологий составляет биохимия и биотехнологии, а биохимические знания
абсолютно необходимы для разработки рациональных схем соответствующих производств.
1.2. Этапы развития биотехнологии
В начале XIX в. русский академик К. С. Кирхгоф впервые
получил жидкий ферментный препарат амилазы из проросшего
ячменя и описал ферментный процесс.
В 1857 г. Луи Пастер установил, что микробы играют ключевую роль в процессах брожения, и показал, что в образовании
отдельных продуктов участвуют разные виды микроорганизмов.
Его исследования послужили основой развития в конце XIXначале XX вв. бродильного производства органических растворителей (ацетона, бутанола и др.), в том числе этилового спирта.
1875 г. – разработан метод получения чистых культур микроорганизмов, гарантирующий содержание в посевном материале
клеток только определенного вида ( Р. Кох).
9
В 1893 г. установлена способность плесневых грибов синтезировать лимонную кислоту (К. Вемер).
1894 г. – создан первый ферментный препарат, полученный
из плесневого гриба, выращенного на влажном рисе ( И. Такамине).
В 1923 г. было организовано первое микробиологическое
промышленное производство лимонной кислоты, а затем молочной, глюконовой и других органических кислот. Наиболее широко используется лимонная кислота – ее применяют при производстве безалкогольных напитков, кондитерских изделий и многих
других пищевых продуктов.
192 5 г. – установлена возможность искусственного мутагенеза микроорганизмов (грибов) под влиянием рентгеновского
облучения (Г. А. Надсон, Г. С. Филиппович).
В 30- е годы в СССР было организовано производство микробиологическим способом технических препаратов ферментов и
витаминов (рибофлавина, эргостерина).
Следующий важный этап – организация промышленного
производства антибиотиков, основанного на открытии химиотерапевтической активности пенициллина в 1940 г. (Флемминг,
Флори и Чейни).
В военные годы (1941-1945) возросла потребность в дрожжах как источнике белковых веществ. Изучалась способность
дрожжей накапливать белоксодержащую биомассу на непищевом
сырье (древесные опилки, гороховая, овсяная шелуха). В блокадном Ленинграде, Москве были созданы установки, на которых
производили пищевые дрожжи. В военной Германии биомассу
дрожжей добавляли в колбасу и супы.
1948 г. – советским ученым Букиным с помощью микроорганизмов был получен витамин В
, который не способны синте-
12
зировать ни растения, ни животные.
1961 г. – установлена способность мутантов бактерий к
сверхсинтезу аминокислот (С. Киносита, К. Накаяма, С. Китада).
В 1961-1975 гг. было налажено промышленное производство аминокислот микробиологическим путем: глутамина, лизина и др.
Еще в 60-х годах ряд нефтяных и химических компаний
начали исследования и разработки по созданию биотехнологических процессов получения белка одноклеточных организмов,
10
предназначенного для добавления в пищу животным и людям.
Одной из причин этого был недостаток белковой пищи в мире.
Наиболее конкурентоспособными оказались процессы на основе
метанола и крахмала. На основе углеводородного сырья (жидких
и газообразных углеводородов) в 70-х годах в СССР впервые было создано многотоннажное производство кормовых дрожжей.
В конце 60-х годов начали применяться иммобилизованные
формы микробных ферментов, которые нашли широкое применение в пищевой промышленности.
1972 г. – разработана технология клонирования ДНК
(П. Берг).
1975 г. – с возникновением генной инженерии появилась
возможность направленно создавать для промышленности микроорганизмы с заданными свойствами.
В 1981 г. проведена микрохирургическая трансплантация
эмбрионов животных с целью быстрого размножения высокопродуктивных экземпляров (Вилландсон).
Развитие биотехнологии в огромной степени определяется
исследованиями в области микробиологии, биохимии, энзимологии, генетики микроорганизмов, а также наличием коллекций
культур, должным образом оформленных и постоянно изучаемых.
1990-2000-е гг. ознаменовались весьма серьезными успехами для биотехнологии как отрасли промышленности. С помощью
микропроцессоров было сконструировано множество приборов
для биотехнологии, особенно для работы с ДНК. В связи с мощным развитием ИКТ, появлением специализированных компьютерных программ процессы автоматизации в биотехнологическом
производстве и исследованиях достигли нового уровня как в области производства, так и в сфере научных исследований, в результате чего производительность, точность и т. п. параметры
увеличились в значительной степени. В частности, фабрики по
производству биотехнологической продукции со временем требовали все меньшего участия человека. При массовом производстве лекарств и сельскохозяйственной продукции это значительно удешевляет продукт, делая его более доступным.
С 2000-х годов одним из приоритетных направлений биотехнологии становится создание более продуктивных штаммов
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]