Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биотехнология пищевых продуктов. Учебное пособие
.pdf
няемые штаммы Lactobacillus delbrueckii, L. bulgaricus не предъявляют высоких требований к питательной среде и за короткий период
генерации дают высокий выход молочной кислоты.
В качестве компонентов питательной среды для культивирования
молочнокислых бактерий выступают самые разные углеводы, поэтому
в промышленности используют осахаренный крахмал, мальтозу, глюкозу, сахарозу, лактозу мелассу, молочную сыворотку и пр. В каждом
отдельном случае выбирают наиболее подходящий вид молочнокислых
бактерий рода Lactobacillus. Для сбраживания мальтозы или глюкозы
обычно используют штаммы L. delbrueckii, L. bulgaricus или
L. leichmannii. Нередко для сбраживания осахаренного крахмала используют искусственный симбиоз трех видов молочнокислых бактерий
L. bulgaricus или L. delbrueckii и/или с Streptococcus lactis. Выход мо-
лочной кислоты значительно больше при сбраживании мальтозы с использованием L. bulgaricus или L. casei.
В качестве основного сырья для получения молочной кислоты
используют картофельный осахаренный затор и мелассу, которые
разбавляют водой до массовой доли 12 %, после чего вводят дополнительно свободные аминокислоты (источники аминного азота), витамины и другие БАВы в виде дрожжевого, кукурузного экстракта
или вытяжку солодовых ростков. Биологически активные вещества
оказывают положительное влияние на ход молочнокислого брожения.
В промышленных условиях молочную кислоту получают методом
глубинного культивирования, при этом концентрация сахара в питательной среде должна быть не более 20 %, температура выращивания
50→44 °С, рН-среды должна быть выдержана на уровне 6,3–6,5,
для этих целей в культуральную жидкость в процессе ферментации добавляют карбонат кальция. По истечении недели культивирования в
среде остается до 0,5 % сахара и 11–14 % лактата кальция. Из 100 г сахаров получают 80–90 г лактата. С помощью фильтрации на мембранных фильтрах отделяют осадок: карбонат кальция и коллоиды. Затем
фильтрат упаривают до концентрации 27–30 %, охлаждают до 25±2 °С
и выдерживают 36–48 ч в кристаллизаторе. После чего центрифугиро-
21
ванием отделяют кристаллы лактата. Молочную кислоту из лактата получают при помощи H2SO4. Реакция идет при 60–70 °С в соответствии с
уравнением:
Ca(C3H5O3)2 + H2SO4 CaSO4 + 2C3H6O3
С помощью K4[Fe(CN)6]·3H2O отделяют ионы железа от молоч-
ной кислоты (сырец) при температуре 65 °С. Сульфатом натрия осаждают тяжелые металлы. Затем молочную кислоту обрабатывают активированным углем, фильтруют, фасуют и маркируют.
Молочную кислоту применяют для приготовления конфитюров
и джемов с целью улучшения консистенции. Молочную кислоту как
регулятор рН, улучшитель вкуса применяют в производстве многих
сыров, квашении капусты, в сухом концентрате кваса. В хлебобулочном производстве молочную кислоту используют в качестве улучшителя при использовании муки низкого качества, повышая органолептические показатели готового продукта. Влагоудерживающую способность лактатов используют в технологии колбас, сыров, детского
питания, а также с целью ускорения получения молочно-белкового
сгустка при производстве творога.
2.1.3. Получение уксусной кислоты
Для производства уксусной кислоты используют уксуснокислые
бактерии рода Acetobacter. Эти бактерии приспособлены спиртовым
и сахаристым субстратам, хорошо развиваются в кислых условиях
при рН = 4,0. К наиболее часто используемым бактериям в промышленности относят вид Acetobacter curvum. К недостаткам его можно
отнести то, что со временем A. curvum может терять способности
к биосинтезу уксусной кислоты, в связи с чем необходимо постоянно
поддерживают в среде высокую концентрацию спирта и низкую концентрацию питательных веществ.
В качестве сырья для получения пищевого уксуса используют
виноградное вино, пивное сусло, мед, соки различных фруктов и ягод
22
после спиртового брожения или водный раствор этилового спирта для
получения белого уксуса. Кроме спирта среда содержит уксусную
кислоту и минеральные соли азота, фосфора, серы, марганца и калия,
также добавляют источники витаминов в виде различных экстрактов.
Уксусная кислота служит источником углерода и энергии для бактерий.
Первым микробиологическим продуктом, полученным с помощью иммобилизованных клеток, является уксусная кислота. Данный
процесс может быть непрерывным и периодическим. Адсорбирование уксуснокислых бактерий осуществляется на древесной стружке,
коксе, древесном угле и других субстратах. Пропуская раствор этанола через ферментаторы с иммобилизованными бактериями, получают
10–15 %-ный раствор уксусной кислоты.
В столовом уксусе содержится от 5 до 9 % уксусной кислоты.
Уксус с массовой долей кислоты 30 % получают путем вымораживания исходного раствора. С помощью перегонки получают уксусной
эссенцией (70–80 %-ную уксусную кислоту). Ледяная уксусная кислота содержит 98,0–99,8 % кислоты.
Уксус, полученный при брожении, имеет приятные аромат
и вкус, которые обусловливают побочные продукты брожения: сложные эфиры (этилацетат и др.), высшие спирты, органические кислоты.
Уксус, полученный микробиологическим путем (пищевая уксусная кислота, столовый уксус), различается по сортам в зависимости
от характера сбраживаемого субстрата. Уксусную кислоту или уксус
широко используют в пищевой промышленности. Известен яблочный, виноградный, грушевый и другие сорта уксуса.
Уксус также применяют для растворения органических красителей, при получении медикаментов, пластмасс и т. д. [3].
2.2. ПОЛУЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ
Существуют различные способы получения аминокислот. Зачастую используют в производстве отходы мясоперерабатывающей промышленности (отходы обработки животного сырья, кровь и т. д.), яичный белок, казеин молока, клейковину пшеницы, соевый шрот и т. д.
23
В процессе переработки сырья все аминокислоты переходят в гид-
ролизат, поэтому для их выделения необходима сложная многостадийная очистка. Кроме того, аминокислоты считают самым дефицитным
и дорогим продуктом, поэтому их себестоимость высока [2].
Химический синтез аминокислот достаточно эффективен, однако
его недостатком является то, что в процессе синтеза образуется смесь из
биологически активных оптических изомеров L- и D-формы аминокислот. D-форма является балластом, так как не усваивается животными и
человеком, а некоторые аминокислоты обладают токсическими свойствами. Разделение форм изомеров – дорогая и трудоемкая процедура.
Синтетически производят незаменимую аминокислоту – метионин.
Большинство аминокислот производят с помощью микробного
синтеза, причем микроорганизмы синтезируют только L-форму. Это
значительно облегчает выделение и очистку аминокислот и позволяет
получать препараты с низкой себестоимостью. Аминокислоты образуются в культуральной жидкости в процессе биосинтеза микроорганизмов, в связи с чем в результате выращивания культуральную
жидкость подвергают фильтрации.
Первая аминокислота, полученная микробным синтезом.
Глутаминовая кислота. Она относится к заменимым кислотам.
Ее продуцентами являются бактерии, относящиеся к различным видам. В промышленном производстве продуцентами глутаминовой кислоты являются Corinebacterium glutamicum и Brevibacterium
flavum и др. Получают ее с помощью сверхсинтеза глутамата натрия.
Продуцент Corinebacterium glutamicum растет в среде с меньшей,
чем оптимальная, концентрацей биотина (витамина Н), при этом нарушается синтез мембранных фосфолипидов, в результате чего глутамат натрия проходит через мембрану и накапливается в культуральной жидкости. То же самое происходит при добавлении в питательную среду пенициллина: этот антибиотик подавляет синтез клеточной стенки и тем самым способствует выделению аминокислоты.
Лизин образуют многие микроорганизмы: бактерии, актиномице-
ты, сине-зеленые водоросли, некоторые виды микроскопических гри-
24
бов. В нашей стране в качестве продуцентов лизина используют бактерии родов Corinebacterium (C. glutamicum), Micrococcus, Brevibacterium.
Питательной средой является меласса или уксусная кислота.
Триптофан образуют микроорганизмы бактериального и грибного происхождения: Aerobacter, Bacillus, Escherichia (E. coli),
Sacсharomyces (S. сerevisiae), Candida и др. Наиболее активные
продуценты L-триптофана – представители рода Micrococcus, Can-
dida utilis, Bacillus subtilis.
Основными потребителями аминокислот являются сельское хозяйство и пищевая промышленность. Аминокислоты, чаще всего лизин, используют в качестве обогатителя кормов и пищевых продуктов
растительного происхождения для повышения их питательной ценности и для сбалансирования пищи по незаменимым аминокислотам.
Использование 1 т лизина в комбикормовой промышленности позволяет экономить 40–50 т фуражного зерна.
Некоторые аминокислоты используют в качестве приправ, так как
они обладают определенными вкусовыми свойствами и могут сообщать
продукту приятные аромат и вкус. Большое распространение имеют
глутаминовая кислота и ее натриевая соль (глутамат натрия), которая
является эффективным усилителем вкуса мясных и овощных блюд.
Данную аминокислоту добавляют во многие продукты при
консервировании, замораживании и длительном хранении. Растет спрос
на глицин и аланин, которые также применяют в качестве приправ.
Многие аминокислоты обладают оригинальным вкусом и участвуют в образовании вкусовых особенностей пищевых продуктов. Например, аспарагиновая и глутаминовая кислоты, кислые на вкус,
в нейтральных растворах имеют очень приятный оригинальный вкус,
глицин обладает характерным вкусом «освежающей» сладости, которая по интенсивности близка к сахарозе.
Особый интерес представляет подсластитель аспартам, молекулу
которого образуют две аминокислоты – фенилаланин и аспарагино-
вая кислота. Эти аминокислоты синтезируют микробиологическим
путем, а аспартам из этих мономеров – с помощью ферментов. Сладость аспартама в 200 раз превышает сладость сахара.
25
Многие аминокислоты: лизин, аланин, пролин, валин и другие –
могут снимать неприятные запахи и используются в качестве дезодорантов пищевых продуктов.
Для улучшения органолептических показателей мясных продуктов,
придания им специфического приятного вкуса и аромата используют
цистин, лизин, гистидин. Цистеин и цистин с глутаматом натрия
создают имитацию запаха и вкуса мяса, их используют при
приготовлении приправ. Цистеин, кроме того, используется для
создания пористой структуры хлеба. Добавка к порошковому молоку
гистидина и триптофана снимает неприятный «окисленный» привкус.
При температуре 100–120 С и сильнощелочной реакции некото-
рые аминокислоты взаимодействуют с сахарами и образуют пищевые
красители, которые обладают антиокислительным действием.
Таким образом, самые различные аминокислоты находят широ-
кое применение во многих отраслях пищевой промышленности, повышая питательную ценность пищевых продуктов, участвуя в улучшении их органолептических показателей и повышая их стабильность при длительном хранении [5].
2.3. ПОЛУЧЕНИЕ ЛИПИДОВ
С ПОМОЩЬЮ МИКРООРГАНИЗМОВ
Липиды, продуцируемые микроорганизмами, накапливаются
внутри клетки в виде запасных гранул. Требования при отборе
продуцентов липидов те же, что и для продуцентов белка, только
вместо белка в клетке должны накапливаться липиды. В отличие от
продуцентов белка, продуцентам липидов требуются асептические
условия при культивировании.
Для производства микробных липидов в качестве продуцентов
используют дрожжи родов Rhodotorula, Cryptococcus, Candida,
Lypomyces. Наибольшей продуктивностью среди этой группы обладают дрожжи следующих видов: Rhodotorula gracilis, Rh. glutinis,
Cryptococcus terricolus, Lypomyces lipoferus, Lyp. starkeyi и др.
26
Существует два направления возможного получения липидов
с помощью микроорганизмов:
1) специализированное производство, основанное на направлен-
ном биосинтезе липидов микробной клеткой;
2) получение отхода производства в виде микробного жира при
производстве кормовых дрожжей.
Отличительными особенностями культивирования является, то
что при минимальном азотистом питании микроорганизмы накапливают липиды от 35 до 55 % от сухой массы клетки. Состав жиров зависит от используемого источника углерода, поэтому в жировую
фракцию входят стерины, фосфолипиды, моно-, ди- и триглицериды,
свободные жирные кислоты, воски, стериновые эфиры. Извлекают
липиды экстракцией, а оставшуюся биомассу используют как белковую добавку в корма животных, однако содержание белка в ней
в 2 раза меньше, чем в обычных кормовых дрожжах.
Одним из источников жиров служат дрожжи рода Candida, биомасса которой способна накапливать липиды при производстве белковых
веществ, которые извлекают экстракцией с помощью растворителей.
Культивируемые на питательных средах с повышенными содержанием парафинов кормовые дрожжи накапливают значительное количество липидов в биомассе. Они являются весьма нежелательным
компонентом в готовом продукте, поскольку вызывают его прогоркание при хранении. В связи с чем жиры из кормовых дрожжей экстрагируют, отработанные дрожжи высушивают, а жиры освобождают от
растворителя и направляют на дальнейшую переработку. Замена пищевых жиров микробными дает заметный экономический эффект [7].
2.4. ПОЛУЧЕНИЕ ВИТАМИНОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
Благодаря микробного биосинтеза получают витамины В12, В2,
каротиноиды, витамин D и др.
Цианкобаламин (витамин В
). Отличие данного витамина
12
от других витаминов группы В:
27
в природе синтезируется только микроорганизмами;
молекула витамина состоит из двух частей: из нуклеотидной
и кобальтосодержащей.
Концентрация витамина в тканях животных очень низкая (в пе-
чени быка 1 мг/кг). Химический синтез данного витамина очень
сложный и, как следствие, дорогостоящий.
Синтезировать витамин В12 способны уксуснокислые и пропио-
новокислые бактерии рода Propionibacterium и Pseudomonas (P.
denitrificans), грибы. Виды бактерий этих родов имеют большое
промышленное значение.
Концентратом цианкобаламина в кормопроизводстве осуществ-
ляют обогащение кормов сельскохозяйственных животных. Витамин
В12 – это однородный, коричневого цвета порошок, имеет кисловатый
вкус и характерный запах. При обогащении кисломолочных продуктов данным витамином используют концентрат, приготовленный на
молочной сыворотке, или используют в чистом виде пропионовокислые бактерии.
Рибофлавин (витамин В2) присутствует в небольших количест-
вах в природном сырье. Наибольшее его количество содержится
в моркови и печени трески.
Впервые был выделен витамин В2 в кристаллическом виде
в 1933 г. В качестве продуцентов витамина выступают мицелиальные
грибы, дрожжи и бактерии. Чаще всего для биосинтеза рибофлавина
используют дрожжеподобные грибы рода Eremothecium, относящиеся к классу аскомицетов. Биотехнологический процесс культивирования осуществляется глубинным способом при интенсивной аэрации
среды. Культивирование соответствует первому типу периодического
процесса роста культуры, когда максимальное накопление витамина
происходит вместе с максимумом накопления биомассы (числа клеток) ln N через 48 ч., причем синтез рибофлавина начинается лишь
после фазы интенсивной ассимиляции сахара (рис. 2.2).
28
Рис. 2.2. Периодический процесс культивирования
рибофлавина первого типа
Рибофлавин используют как краситель, который придает продуктам оранжево-желтый цвет, и обогащают некоторые сорта пшеничного хлеба.
Каротиноиды являются предшественниками витамина А. Среди
них наиболее распространен -каротин. Каротиноиды не синтезиру-
ются в организме человека, поэтому они поступают с пищей и в печени превращаются в витамин А.
Грибы и дрожжи являются продуцентами каротиноидов. В биотехнологии -каротин чаще всего получают с помощью микроскопи-
ческого гриба рода Blakeslea. Выращивание осуществляют как поверхностным, так глубинным способами на многокомпонентных питательных средах. В процессе культивирования среду интенсивно
аэрируют и добавляют экстракты цитрусовых в качестве катализатора
роста культуры. Образование каротиноидов в культуре микроорганизмов не идет параллельно с образованием биомассы: интенсивный
синтез каротиноидов начинается, когда в среде использован весь азот,
а рост культуры (числа клеток) ln N уменьшается, что соответствует
периодическому процессу культивирования третьего типа (рис. 2.3).
Используют -каротин при изготовлении пищевых продуктов и
как краситель. Его применяют с целью замены нитрита натрия и
обеспечения высокой интенсивности и устойчивости цвета в мясопе-
29
рерабатывающей промышленности, при производстве паст, паштетов,
леденцовой карамели, кексов и других кондитерских изделий. В не-
которых странах используют -каротин в качестве красителя при
производстве сливочного масла. При нагревании до 30 С его добав-
ляют в масло, где он хорошо растворяется.
Рис. 2.3. Периодический процесс культивирования
каротиноидов третьего типа
-каротин используют в качестве стабилизатора цвета охлажден-
ного и замороженного мяса. При этом раствор -каротина наносят
на поверхность мяса.
Кроме того, он обладает антиокислительными свойствами, которые
используются для продления срока хранения пищевых продуктов.
Можно с уверенностью сказать, что витамины, синтезированные
микроорганизмами, используют не только в качестве антиоксидантов,
красителей и стабилизаторов цвета, но и для повышения пищевой
ценности пищевых продуктов [7].
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Перечислите основные этапы, которые включает схема получения лимон-
ной кислоты.
2. Опишите механизм синтеза лимонной кислоты.
3. Продуценты и условия сверхсинтеза лимонной кислоты.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]