Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биотехнологические основы хлебопекарного производства. Учебное пособие
.pdf
21
ляют при подготовке пивного сусла, при спиртовом брожении,
чтобы перевести крахмал в форму, усваиваемую дрожжами. Тем
самым можно ускорить или полностью заменить солодование
зерна в пивоварении. Кроме того, амилолитические ферменты
применяют в хлебобулочном производстве, способствуя улучшению структуры мякиша хлеба.
Целлюлолитические ферменты, участвующие в гидролизе
целлюлозы, представляют собой комплекс, состоящий из нескольких ферментов с различной специфичностью действия: эндоглюканазы, экзоглюкозидазы, β-глюкозидазы и др. Целлюлазы
и гемицеллюлазы могут быть получены только с помощью микроорганизмов. Целлюлазы, продуцируемые грибами родов Fusa-
rium, Trichoderma, Penicillium, применяют в спиртовой, пищеконцентратной промышленностях, где сырьем являются растительные материалы или отходы переработки растений, например, в
производстве растворимого кофе.
Пектолитические ферменты продуцируют грибы родов As-
pergillus (Aspergillus niger), Penicillium, бактерии Erwinia carato-
vora, Clostridium sp. Пектиназы представляют комплекс фермен-
тов, состоящий из полигалактуроназы, пектинметилэстеразы и
др. Эти ферменты используют при производстве осветленных
соков из плодов и ягод, для осветления вин. Применение пектиназ в производстве соков обусловлено тем , что они катализируют
гидролиз пектиновых веществ растительных клеток, тем самым
освобождая сок из клеточных структур. Применение пектиназ в
виноделии увеличивает скорость фильтрации сусла, способствует
его осветлению и стабилизации. При этом возрастает содержание
экстрактивных веществ, витамина С, флавоноидов, обладающих
Р-витаминной активностью.
В производстве кисломолочных продуктов используется
реннин – ферментный препарат, осуществляющий свертывание
молока. Получают его с помощью микроорганизмов Endothia
parasitica и Mucor sp. Ввиду нехватки сырья для получения сычужного фермента в последние годы ведутся интенсивные работы по поиску его заменителей ферментами микробного происхождения для сыродельной промышленности. Хорошими сгустителями являются протеазы, полученные из штаммов микроскопиче-
22
ских грибов рода Mucor и бактерий родов Bacillus, Pseudomonas
и др. В настоящее время в сыроделии применяется около 10 %
реннина микробного происхождения.
Наибольшее распространение получили препараты, в которых ферменты в активной форме прикреплены к нерастворимой
основе. Такие ферментные препараты называют иммобилизованными. Преимуществом их применения является возможность многократного использования. В этом случае обрабатываемый раствор пропускают через основу с иммобилизованным ферментом.
Требования к микроорганизмам-продуцентам. Продуценты
(также автотрофные организмы, автотрофы) – организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических.
В биотехнологии применяют обычно чистые культуры микроорганизмов-продуцентов, так как это позволяет получать продукт с
заранее известными свойствами. Применяют штаммы микроорганизмов – микроорганизмы одного вида, выращенные в определенных условиях, вследствие чего обладающие определенными
свойствами, отличными от других чистых культур данного вида.
Не все микроорганизмы могут быть использованы в промышленных условиях, а лишь те микроорганизмы-продуценты,
которые обладают способностью под воздействием внешних факторов (состав среды, условия культивирования, рН среды и др.)
образовывать в больших количествах преимущественно то соединение, которое является главным (целевым) продуктом данного производства.
Микроорганизмы-продуценты должны:
- расти на дешевых и доступных питательных средах;
- максимально усваивать питательные вещества среды;
- обладать высокой скоростью роста биомассы и давать вы-
сокий выход целевого продукта;
- проявлять синтезирующую активность, направленную в
сторону получения желаемого продукта; образование побочных
продуктов должно быть минимальным;
- быть генетически однородными, стабильными в отношении продуктивности, требований к питательному субстрату и условиям культивирования;
- быть устойчивыми к посторонней микрофлоре;
23
- быть безвредными для людей (не обладать патогенными
свойствами) и для окружающей среды;
- обладать хорошей способностью выделения.
Эффективность применения микроорганизма-продуцента
для производственных целей определяется, с одной стороны,
скоростью его роста, с другой – степенью использования питательных веществ среды.
Сверхсинтез – способность микроорганизма синтезировать
определенный продукт в количествах, превосходящих физиологические потребности. Это явление часто встречается в природе.
Микроорганизмы с такими свойствами первыми были использованы в хозяйственной деятельности человека, и таким образом
был проведен стихийный отбор наиболее продуктивных форм.
В промышленности применяют 3 вида штаммов:
- природные, нередко улучшенные естественным или ис-
кусственным отбором,
- измененные в результате индуцированных мутаций,
- полученные методами клеточной или генной инженерии.
Зачастую путем отбора не удается получить высокоактив ные продуценты, поэтому возникает задача изменения природы
организма в нужном направлении. Для этого применяют методы
селекции.
Селекция – это направленный отбор мутантов, т.е. микроорганизмов, наследственные признаки которых претерпели изменения в нужном для человека направлении.
Природные штаммы микроорганизмов не обладают способностью выделять и накапливать в питательной среде такое
количество нужного продукта, которое обеспечило бы низкую
стоимость и требуемый объем производства. Следовательно, задачей селекции является не только усиление природной способности микроорганизмов продуцировать определенное количество
конкретного вещества (аминокислоты, антибиотики, ферменты
и др.), но и создание продуцента «заново» из штамма дикого
типа, способного синтезировать вещество, но не способного его
продуцировать.
Эти задачи осуществляются получением у природных
штаммов наследственных изменений – мутаций, влияющих
24
на фенотип (физиологические и морфологические признаки)
клетки. Спонтанные (происходящие случайным образом) мутации помогают микробным популяциям приспосабливаться к новым условиям существования. Мутации приводят к усилению
природной способности микроорганизмов синтезировать и продуцировать определенное вещество, а также к появлению новой
способности – синтезировать вещество в избытке (сверх своих
потребностей) и продуцировать его.
Однако мутации образуются случайным образом, поэтому
более широко используется генная или генетическая инженерия –
генетическая рекомбинация in vitro (в пробирке). Рекомбинация –
это обмен генами между двумя хромосомами. Рекомбинантными
ДНК называют молекулы ДНК, полученные вне живой клетки, в
пробирке, путем соединения природных или синтетических фрагментов ДНК с молекулами, способными реплицироваться ( удваиваться) в клетке. Этот подход был разработан на бактериях, в частности на кишечной палочке, в клетки которой вводили гены животных и человека и добивались их репликации. Метод рекомбинации in vitro заключается в выделении ДНК из разных видов,
получении гибридных молекул ДНК и введении рекомбинантных
молекул в живые клетки с целью проявления нового признака,
например, синтеза специфического белка.
Использование того или иного продуцента при производстве белковых препаратов определяется составом питательной среды и назначением белка. Требования менее строги, если белок
предназначен для кормовых целей и должны быть высокими,
если белковые препараты используются в пищу.
Продуценты белков должны отвечать требованиям:
- накапливать 40-70 % белка от своей биомассы;
- максимально усваивать питательные вещества среды;
- обладать высокой устойчивостью и выживаемостью в не-
стерильных условиях выращивания;
- иметь высокую скорость размножения и роста;
- легко отделяться от среды.
Промышленные культуры, используемые для биосинтеза
белковых веществ, должны также отвечать медикобиологическим требованиям.
25
2. РОЛЬ МИКРООРГАНИЗМОВ В ПРОЦЕССАХ
ПРОИЗВОДСТВА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
2.1. Возбудители порчи (пороков) пищевых продуктов
В качестве примера рассмотрено влияние плесневых грибов
микромицетов на состав зерновки при неблагоприятных условиях
хранения; посторонней микрофлоры дрожжей, воды, воздуха и
мелассы на показатели их качества.
1. Токсичные микроорганизмы зерна и продуктов его переработки. Обычно мицелий микромицетов развивается на поверхности зерна и проникает внутрь зародыша и эндосперма. Это
происходит за счет наличия трещин в оболочках зерна и из-за
того, что клетчатка плодовой и семенной оболочек гидролизуется
мощными ферментативными системами микромицетов. О развитии микромицетов свидетельствует повышение кислотного числа
жира зерна в результате воздействия их липаз. Наибольшее значение для гигиены питания человека имеют токсины, выделяемые микромицетами родов Fusarium и Aspergillus, На зерне, ос-
тавшемся в поле неубранным и перезимовавшим на корню или в
валках, развивается Fusarium sporotrichiella. Употребление в пи-
щу человеком фузариозного зерна вызывает тяжелое заболевание
– септическую ангину. Токсины находятся в липидной фракции
зерна и являются стерололактонами. В липидах токсичного зерна
обнаружены ядовитые для человека жирные кислоты – изокротоновая и рициноловая. Наиболее токсичны перезимовавшие под
снегом просо, гречиха, менее токсичны пшеница, рожь, ячмень.
Влажное зерно может быть поражено микромицетами и
быть токсичным. В таком зерне под влиянием микроорганизмов
происходят заметные деструктивные процессы. Глубоким изменениям подвергаются липиды токсичного зерна. Содержание их
снижается. Кислотное и пероксидное числа, а также число каприловой кислоты в таком зерне по сравнению с доброкачественным
выше. Ферментативный гидролиз липидов под действием липаз с
образованием пероксидов и накопление каприоловой кислоты –
продукта окислительного распада высокомолекулярных жирных
кислот сопровождаются прогорканием жира.
26
Плесневые грибы поражают продукты и растительного и
животного происхождения на любом этапе их получения, в производственных и домашних условиях. Несвоевременная уборка
урожая, недостаточная его сушка до хранения, недостаточная защита от влаги при транспортировании и хранении приводит к
размножению микромицетов и образованию в пищевых продуктах токсических веществ.
Рост Fusarium на зерне ржи, пшеницы, ячменя и бобовых
культур приводит к ухудшению качества зерна и значительному
изменению его химического состава: в результате гидролизуется
белок и накапливаются продукты его распада (аммиак, амиды,
пептиды, свободные аминокислоты и другие вещества), разрушаются крахмал и частично клетчатка. Возможно накопление
токсичных веществ, вызывающих заболевание у людей и животных. Пшеничная мука, полученная из пораженного Gibberella
zeae (совершенной формой Fusarium moniliforme) зерна, образует
влажное, липкое тесто. Хлеб получается с тусклым желтым мякишем и темноокрашенной коркой. Отмечаются уменьшение и
ухудшение качества пшеничной клейковины: она становится расплывчатой, липкой или, наоборот, малорастяжимой, короткорвущейся, нередко темного цвета и с неприятным запахом.
Зерна, пораженные фузариозом, щуплые, легковесные, невсхожие. Мука, полученная из зерна, содержащего мицелий гриба, непригодна для питания. Она может содержать ядовитые продукты обмена гриба типа глюкозидов и алкалоидов.
Микотоксины (греч. mykos – гриб и toxicon – яд) – вторичные метаболиты микроскопических (плесневых) грибов, отличающиеся высокой токсичностью: многие из них обладают мутагенными, тератогенными и канцерогенными свойствами. Продуценты микотоксинов широко распространены в природе и могут
поражать пищевые продукты на любом этапе их производства: в
поле («на корню»), во время уборки урожая, его транспортировки
или хранения, приготовления пищи в домашних условиях.
Пищевые продукты, подв ергнутые тепловой обработке, в
том числе и хлебобулочные изделия, могут быть потенциальной
причиной микотоксикозов. Они чаще возникают при употреблении в пищу продуктов переработки зерновых и зернобобовых
27
культур, содержащих токсины, накапливающиеся в них в результате жизнедеятельности некоторых видов микроскопических
плесневых грибов. Насчитывается более 250 видов плесневых
грибов, которые при определенных условиях могут продуцировать токсические вещества. Описано более 100 видов микотоксинов, вызывающих заболевания у людей. Наиболее изучены и
имеют практическое значение плесневые грибы из рода Aspergill us
(вызывают афлатоксикозы), Fusarium (фузариотоксикозы),
Penicillium (патулинотоксикоз), Claviceps purpurea (эрготизм).
При размоле зерна в муку попадает большинство микроорганизмов, находящихся на его поверхности. Их содержание выше
в муке высоких выходов. При хранении муки в нормальных условиях ее микрофлора неактивна. При влажности муки выше
15 % и в результате неправильного хранения активность микроорганизмов повышается и мука подвергается порче: прогоркает и
прокисает.
Прокисание муки – результат размножения молочнокислых
бактерий, сбраживающих сахара муки с образованием кислот.
Прогоркание – частично химический процесс окисления жиров
муки кислородом воздуха, частично биохимический – результат
ферментативного гидролиза жиров липолитическими ферментами некоторых бактерий и плесневых грибов.
Мука может быть источником загрязнения микромицетами
атмосферы производственных помещений. В связи с этим возможно повторное заражение хлебобулочной продукции после
выпечки. При хранении хлеба, особенно в домашних условиях,
возможна его порча, в том числе и в результате развития микромицета Aspergillus flavus, в этом случае хлеб приобретает токсические свойства, причем максимальное содержание афлатоксина
обнаружено непосредственно в зоне развития мицелия, поэтому
плесневелый хлеб, особенно ту его часть, в которой визуально
обнаружена плесень, нельзя употреблять в пищу.
Основные пути загрязнения пищевых продуктов токсичными штаммами микромицетов и микотоксинами представлены
на рис. 2.
28
Токсикогенные штаммы
Пищевые прод
укты
Растения, сельскохозяйственные
культуры (зерновые, масличные,
бобовые, орехи, фрукты и др.)
На корню
При уборке урожая
При транспортировке
Загрязненная почва и почвенная пыль
В процессе приготовления пищевых продуктов (на предприятиях,
При хранении
в домашних условиях)
растительного
происхождения
Человек
Рис. 2. Пути загрязнения пищевых продуктов
2. Посторонняя микрофлора дрожжей. Нежелательными
спутниками дрожжей при их культивировании и сбраживании
углеводов могут быть посторонние микроорганизмы – бактерии и
дикие дрожжи, вносимые с сырьем, водой и воздухом. Попадая в
дрожжевые и бродильные аппараты, они могут накапливаться в
29
значительных количествах и даже вытеснять производственную
культуру дрожжей. Контаминирующие микроорганизмы потребляют питательные вещества, образуя органические кислоты и
другие продукты, инактивируют ферменты, снижая бродильную
энергию дрожжей, в результате чего процесс брожения ингибируется и созревание полуфабрикатов замедляется.
Хлебопекарные дрожжи, выделенные из инфицированной
мелассно-спиртовой бражки, имеют низкую ферментативную активность и стойкость. К посторонним микроорганизмам относятся молочнокислые бактерии: цилиндрические или палочковидные, грамположительные, неподвижные, неспорообразующие,
гетероферментативные. Молочнокислые, как и другие бесспоровые, бактерии погибают при 70-75 °С. Оптимальная температура
для роста большинства молочнокислых бактерий 20-30 °С. Термофильные их виды лучше развиваются при 49-51 °С.
Наиболее часто встречаются следующие виды молочнокислых бактерий: Lactobacillus plantarum, L. brevis, L. fermentum,
Leuconostoc mesenteroides, Leuconostoc agglutinans. Первые три
представляют собой палочки различной длины, последние два –
очень короткие палочки, чаще дипло- и стрептококки. Бактерии
Leuconostoc mesenteroides имеют слизистую капсулу, поэтому
очень устойчивы к высокой температуре и кислотам. В жидких
средах погибают при 112-120 °С в течение 20 мин; в 0,5 %-ном
растворе серной кислоты жизнеспособны в течение 1 ч. Бактерии
Leuc. agglutinans обладают способностью прилипать к дрожжам и
склеивать (агглютинировать) отдельные их клетки (рис. 3).
Рис. 3. Leu conostoc mes enteroides
30
Уксуснокислые бактерии – грамотрицательные, палочковидные бесспоровые строгоаэробные организмы, развивающиеся
в тех же условиях, что и дрожжи. Бактерии способны окислять
этиловый спирт в уксусную кислоту, пропиловый спирт – в пропионовую кислоту, бутиловый спирт – в масляную кислоту. Некоторые виды бактерий способны окислять также глюкозу в глюконовую кислоту, ксилозу и арабинозу – в ксилоновую и арабановую кислоты. Этиловый спирт является главным источником
жизнедеятельности уксуснокислых бактерий.
Наиболее распространенные виды бактерий – Acetobacter
aceti, Acet. pasteuranum, Acet. oxydans. Они имеют форму палочек
длиной 1-3 мкм, часто соединены в цепочки. Оптимальная температура для роста 20-35 °С. Acetobact er aceti выдерживает концентрацию этилового спирта 10-11 %. При накоплении в сбраживаемом сусле 0,01 % уксусной кислоты задерживается, а при 0,2 %
подавляется жизнедеятельность дрожжей.
3. Микрофлора воды и воздуха. Микрофлора воды и воздуха представлена различными бактериями. В ней находятся бактерии следующих видов: Escherichia coli, Escherichia freundi (Bacil-
lus citrovorus), Klebsielle aerogenes, Actobacter cloacae, Bacillus
subtilis, Bacillus mesentericus, Pseudomonas nonliguefaciens. Осо-
бенно заражена ими вода из открытых водоемов и прудов. Так, в
1 см3 прудовой воды содержится несколько сотен кислотообра-
зующих бактерий. Санитарная пригодность воды устанавливается по наличию в ней общего числа микроорганизмов и отдельно
кишечной палочки Escherichia coli. Титр коли показывает, на ка-
кое количество (в см3) воды приходится одна кишечная палочка
(титр коли должен быть не менее 300), а индекс коли – какое количество палочек находится в 1 дм3 воды (индекс коли не более 3).
Вода, используемая для приготовления теста, должна отвечать
требованиям, предъявляемым к питьевой воде.
Воздух, используемый при транспортировании сыпучих
продуктов, например, муки, аэрировании сусла в дрожжегенераторах, аэрировании питательной смеси при культивировании
жидких дрожжей и т.д., также следует очищать, так как вместе
с ним вносится значительное количество микроорганизмов,
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]