Биотехнология пищевых продуктов. Учебное пособие

Самара

Самарский государственный технический университет

2022

Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2022. – 182 с.

ISBN 978-5-7964-2340-0

Составлено в соответствии с программой дисциплины «Пищевая биотех­нология» и предназначено для студентов, обучающихся по направлению 240700-62 «Биотехнология» очной и заочной форм обучения. Даны основные термины и определения в области биотехнологии, описаны процессы получе­ния полезных веществ с помощью микроорганизмов. Более подробно рассмот­рены вопросы, касающиеся одной из наиболее перспективных и развивающих­ся отраслей, – пищевой биотехнологии.

Р ец е н з е н т : канд. техн. наук, доцент О.Е. Темникова

ПРЕДИСЛОВИЕ

Биотехнология – одна из динамично развивающихся наук, ис­пользующих живые организмы и биологические процессы в практи­ческих интересах человека. Имея грандиозные перспективы, она в большой степени зависит от развития фундаментальных наук: мик­робиологии, биохимии, генетики, молекулярной биологии, а также от таких наук, как физика, математика и экономика. Термин «биотех­нология» возник в начале 70-х годов XX в. и до сих пор единого оп­ределения как среди ученых, так и среди специалистов не имеет. В сущности, биотехнология – это не что иное, как использование культур клеток микроорганизмов (бактерий, дрожжей, грибов), рас­тений или животных, метаболизм и биосинтетические возможности которых обеспечивают выработку специфических веществ в про­мышленных условиях.

Возникновение и развитие биотехнологии базируется прежде всего на использовании микроорганизмов. Например, 6000 лет назад шумеры Двуречья уже владели искусством пивоварения, чуть позже древнеегипетские пекари стали выпекать хлеб, в середине XIX в. В Европе появились крупные предприятия по производству спирта. Современное техническое использование живых клеток связано с изучением методов получения полезных для человека веществ и продуктов в управляемых реакциях. Возможности микроорганизмов в этом направлении безграничны. Однако понятие «биотехнология» значительно шире, так как известно использование для аналогичных целей растительных и животных тканей, протопластов, клеточных ферментов и других биологически активных систем, обеспечиваю­щих биосинтез, трансформацию или конверсию веществ.

3

Современная биотехнология позволила во многих отраслях про-

мышленности заменить традиционные методы получения продуктов, необходимых человеку: синтез искусственных приправ, полимеров, получение биогаза, этанола, метанола, выделение некоторых метал­лов. Выращивание дрожжей, бактерий с целью получения белка од­ноклеточных, аминокислот, витаминов, ферментов, увеличение про­дуктивности сельскохозяйственных животных благодаря клонирова­нию и селекции, использование перспективных тканевых и клеточ­ных структур, производство гормонов, вакцин, антибиотиков также представляют биотехнологические процессы.

Всего за 5–7 лет производство сельскохозяйственных продуктов на

базе использования трансгенных культур возросло в 30–40 раз. Пло­щадь, занимаемая трансгенными культурами, на 2002 г. составляет свыше 55 млн га и ежегодно увеличивается на 8–10 %.

нологии в производстве пищевых продуктов. Глубокие знания биоло-

4

Надеюсь, что изложенные в учебном пособии материалы позво­лят современным инженерам в области пищевой биотехнологии ов­ладеть теоретическими основами биотехнологических процессов и механизмами их использования при получении пищевых продуктов и различных форм пищи.

ВВЕДЕНИЕ

Биотехнология – это промышленное использование биологиче­ских процессов и продуктов биосинтеза для получения высокоэффек­тивных форм микроорганизмов, культур клеток, тканей растений и животных с заданными свойствами.

5

6

7

Усилители вкуса

Компоненты, которые усиливают оттенки вкуса, присутствующие

в натуральных пищевых продуктах. Основным усилителем вкуса

8

считают натриевая соль глутаминовой кислоты (глутамат натрия), которую получают методом культивирования культуры Micrococcus

glutamicus.

Расщепляя нуклеиновую кислоту с помощью фермента нуклеазы микроскопического гриба Penicillium citrinum, в промышленном масштабе получают нуклеотиды (содержащие гуанин и инозин), которые применяются как усилители вкуса.

-каротин добавляют в рецептуру при производстве колбас в качестве заменителя нитрита натрия, а также -каротин используется в конди-

терском производстве и при производстве сливочного масла и мака­ронных изделий.

Некоторые аминокислоты при температуре более 100 °С в щелоч­ной среде вступают во взаимодействие с сахарами, образуя краситель.

Загустители

В промышленности стали впервые производить ксантан с 1967 г. Его получают с помощью продуцента Xanthomonas campestris при культивировании на питательных средах, содержащих сахарозу, глюко­зу, кукурузную декстрозу, крахмал, барду, творожную сыворотку. Загуститель обладает высокой вязкостью в широком диапазоне рН, не зависящей от температуры и присутствия солей. Ксантаны безопасны для человека, в связи с чем используются в пищевой промышленности с 1969 г. для производства замороженных и консервированных пище­вых продуктов, соусов, приправ, заправок, продуктов быстрого приго­товления, кремов, а также фруктовых напитков. Водные растворы ксан­тана при взаимодействии с полисахаридом семян лжеакации образуют гели, которые используют для получения кормов для домашних живот­ных (например, мясное рагу для кошек).

9

mesenteroides на средах, содержащих сахарозу, который использует-

ся в качестве стабилизатора при производстве мороженого.

Из растительных источников наиболее часто получают альгина-

ты, используемые в пищевой промышленности в качестве гелеобра­зующих агентов или загустителей при стабилизации йогурта, а также с целью предотвращения кристаллизации льда при производстве мо­роженого и т. д. Получают альгинаты из морских водорослей (напри­мер, Laminaria spp.), однако по своей природе этот источник непо­стоянен. Поэтому в промышленных масштабах альгинаты производят посредством культивирования бактерии рода Azotobacter при избыт­ке углерода. Причем тип получаемого альгината можно изменять, варьируя различные параметры выращивания (например, соотноше­ние кальция и фосфора в питательной среде).

Первыми люди начали использовать Saccharomyces cerevisiae