Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биотехнология пищевых продуктов. Учебное пособие
.pdf
Использование того или иного продуцента микроорганизма 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 используют в пищу.
Эффективность применения микроорганизма-продуцента для
производственных целей определяется, с одной стороны, скоростью
его роста, с другой – степенью использования питательных веществ
среды. Предъявляют следующие требования для продуцентов белков.
Они должны:
накапливать до 70 % белка (по массе);
максимально усваивать компоненты питательной среды;
не выделять в среду токсические вещества и не представлять
патогенную микрофлору;
иметь высокую выживаемостью и устойчивостью к асептиче-
ским условиях культивирования;
иметь высокую скорость роста и размножения;
легко отделяться от среды.
Промышленные культуры должны отвечать медико-биологическим
требованиям при производстве белковых веществ.
Преимущество дрожжей перед другими видами продуцентов заключается в устойчивости к инфекциям, благодаря размерам клеток
легко отделяться от культуральной среды, способностью усваивать
различные источники азота, углерода и способностью расти на средах
простого состава, приятном запахе и высоких питательных свойствах
биомассы. Биомасса дрожжей может найти применение как для кормовых, так и для пищевых целей, поскольку представляет собой полноценный белковый продукт с высоким содержанием витаминов.
Высокая скорость роста бактерий является преимуществом перед
другими микроорганизмами по содержанию белка и метионина в биомассе. По аминокислотному составу микробный белок приближается к
животному, в связи с чем имеет высокую биологическую ценность, поэтому может быть использован в качестве кормового препарата. Перед
использованием бактерий необходимо тщательно изучить их липидный
41
состав, так как у некоторых из них могут содержаться токсины. К недостаткам бактерий можно отнести маленький размер клеток и плотность, близкая к плотности воды, что затрудняет процесс их выделения
из культуральной жидкости; биомасса микроорганизмов отличаются
высоким содержанием нуклеиновых кислот (массовая доля до 12 % у
дрожжей и до 16 % у бактерий), что приводит к образованию нежелательных продуктов распада в животном организме.
В свою очередь аквакультуры (водоросли), как и микроорганиз-
мы, являются перспективным источником получения белка. Водоросли легко отделяются от субстрата, медленнее растут и поэтому содержат меньше нуклеиновых кислот в биомассе. Общее содержание
полноценного белка в аквакультуре может достигать 75 %.
Получать кормовой и пищевой белок можно с помощью про-
мышленного культивирования различных видов высших и низших
грибов. Некоторые виды микроскопических грибов способны накапливать до 45–50 % белка.
Белок грибов приближается к белку животного происхождения
по аминокислотному скору, клеточные стенки тонкие и легко перевариваются организмом животных, биомасса богата витаминами группы В, содержание нуклеиновых кислот не более 2,5 %.
В лаг-фазе культивирования происходит рост биомассы клеток
в геометрической прогрессии при выращивании микроскопических
грибов глубинным способом. В первые, 5–6 ч происходят сложные
внутриклеточные преобразования. Конидии набухают и образуются
первые гифы. Затем происходит быстрый рост и развитие мицелиальной массы гриба. Мицелий может формироваться в виде кашеобразной массы или шариков [16].
4.2. ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО
МИКРОБНОГО БЕЛКА
Технологический процесс производства микробных белковых
препаратов независимо от вида используемого сырья состоит из следующих основных стадий, представленных на рис. 4.1.
42
Хранение микробного белкового препарата
Сырьё
Подготовка сырья
(измельчение, гидролиз, освобождение от токсичных
веществ и т. д.)
Приготовление питательной среды
Культивирование микроорганизмов
Отделение биомассы продуцента от жидкой фазы
и ее промывка
Концентрирование биомассы и плазмолиз клеток
Сушка микробной пасты до влажности 8–10 %
Фасовка, маркировка и упаковывание готового препарата
Пар
Воздух
Химич. компоненты
Пар
Воздух
Питательные вещества
Пар
Воздух
Вода
Культура
Вода
Пар
Сушильный агент
(воздух)
Рис. 4.1. Основные стадии процесса производства
микробных белковых препаратов
Молочная сыворотка является основным компонентом питатель-
ной среды для производства белковых препаратов в промышленных
условиях. Дрожжи родов Kluyveromyces и Candida на молочной сыворотке хорошо растут и накапливают значительное количество белка. Применение молочной сыворотки не требует специальной слож-
43
ной подготовки, что имеет значительное преимущество, а культуральная жидкость после выращивания микроорганизмов без обработки может быть использована в пищевых и кормовых целях.
При глубоком исследовании микробной биомассы, выращенной
на молочной сыворотке, была выявлена ее высокая технологическая и
экономическая эффективность для мясного и молочного животноводства, птицеводства и целого ряда других направлений.
Дрожжи рода Candida и Trichosporon используют для получения белка на растительных гидролизатах. Кроме того, Candida способны к биосинтезу белка на сульфитных щелоках (раствор, получаемый при сульфитной варке целлюлозы) и жидких углеводородах,
а бактерии родов Mycobacterium и Pseudomonas хорошо потребляют
газообразные углеводороды.
Применение биомассы микроорганизмов в качестве белковой добавки в корма требует всестороннего изучения ее состава и свойств
на перевариваемость и усвояемость. Подвергать анализу на токсичность должны не только живые клетки, белковые продукты, но и продукты их метаболизма. С целью предотвращения вторичного роста
должно быть отсутствие в них живых клеток продуцента.
Наиболее эффективным путем использования микробного белка
для ликвидации белкового дефицита в питании человека является его
применение непосредственно для пищевых целей. Начиная с 1985 г.
в пищевой промышленности микробный белок используют для изготовления различных продуктов и полуфабрикатов.
В производстве пищевых продуктов используют три основные
формы микробного белка.
1. Цельная биомасса (без специального разрушения клеточных
стенок).
2. Частично очищенная биомасса (разрушение клеточных стенок
и удаление нежелательных компонентов).
3. Выделенные из биомассы белки.
Полученные изоляты белков являются наиболее доступными
формами использования белковых препаратов. Тем не менее недо-
44
статком их применения связывают с тем, что используют щелочи и
кислоты, высокую температуру и давление при их выделении, что
несомненно приводит к частичному разрушению аминокислот.
При биосинтезе белка с помощью микроорганизмов следует под-
бирать культуры, у которых аминокислотный скор по незаменимым
аминокислотам был бы близок к эталону белка (яичный белок, белок
коровьего или женского молока), установленному Всемирной органи-
зацией здравоохранения (ВОЗ).
ВОЗ сделала заключение, что белок микроорганизмов можно ис-
пользовать в продуктах питания, но допустимое количество нуклеино-
вых кислот, вводимых вместе с микробным белком в диету взрослого
человека, не должно превышать 2 г в сутки. Медико-биологические
исследования показали, что введение микробного белка в рацион пи-
тания отрицательных последствий не вызывает, но возможны аллерги-
ческие реакции, желудочные заболевания и т. д. [7].
4.3. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВЫХ ПРЕПАРАТОВ
ИЗ ХЛЕБОПЕКАРНЫХ ДРОЖЖЕЙ И ИХ ЭКСПЕРТИЗА
Хлебопекарные дрожжи в России начали выращивать в еще XIV–
XV вв., которые используют в различных биотехнологических про-
цессах. В 1972 г. в Германии началось производство прессованных
дрожжей.
В качестве источника пищевого белка биомассу дрожжей исполь-
зуют только в экстренных случаях, что связано с плохой перевариваемостью дрожжей.
Тем не менее наши представления постепенно меняются относительно питательной ценности дрожжей. Биотехнологи освоили технологию выращивания богатой белками биомассы хлебопекарных
дрожжей Saccharomyces cerevisiae, которую с успехом используют в промышленных условиях на простых синтетических средах (например, на этиловом спирте микробного или химического происхождения). В свою очередь химики разработали метод выделения из
дрожжевой биомассы очищенных белковых концентратов. Хлебопе-
45
карные дрожжи могут в процессе метаболизма выделять этиловый
спирт благодаря наличию в клетках фермента алкогольдегидрогеназы, но рост дрожжей на этаноле имеет множество особенностей.
Стимулирующее действие на этанольные дрожжи в синтетической
среде оказывают минимальные добавки аминокислот.
При выращивании хлебопекарных дрожжей на лабораторном
биореакторе с помощью синтетической питательной среды при
непрерывном режиме культивирования с добавлением 0,5 %
дрожжевого экстракта достигается концентрация биомассы 8–9 г/л
(в пересчете на сухое вещество) при выходе 65–80 % от использованного субстрата. Кроме того, можно использовать кукурузный
экстракт или депротеинизированный сок картофеля [9].
При экспертизе товарных дрожжей определяют: органолептиче-
ские показатели (внешний вид, цвет, запах и вкус, консистенцию);
влажность дрожжей (для прессованных дрожжей по ГОСТ доля влаги
не должна превышать 75 %); содержание мертвых клеток (не более
5 %); способность дрожжей к размножению (доля почкующихся клеток должна составлять 40–70 % от общего количества); биологическую чистоту (годными для производства считаются дрожжи, содержащие не более 1 % бактерий и не более 0,5 % диких дрожжей);
подъемную силу. Подъемная сила дрожжей характеризуется временем, прошедшем с момента внесения теста в форму до подъема теста
до 70 мм. Подъемная сила дрожжей должна быть не более 70 мин.
Хлебопекарные дрожжи широко используют в различных отрас-
лях пищевой промышленности: хлебопекарной, пивоваренной,
при получении этилового спирта, вин и т. д. [7].
4.4. ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО
ХЛЕБОПЕКАРНЫХ ДРОЖЖЕЙ
Обычно для промышленного производства дрожжей используют
питательную среду, основным компонентом которой является м ел а с с а – отход сахарного производства (свекловичная или из сахарного тростника). Дрожжи выращивают в биореакторах (ферментерах)
периодического действия аэробным глубинным способом при
46
рН 4,4–4,5 по так называемому приточному методу. В чистый аппарат
вводят 70–80 % теплой воды от необходимого конечного разведения
мелассы (1 : 17 – 1 : 30, в зависимости от первоначальной концентрации
сахаров), добавляют 10 % мелассы и растворы солей, устанавливают
оптимальные рН среды и температуру и начинают умеренную аэрацию
(1 об/(об, мин)). В такую среду вносят посевной материал. В течение
1-го часа среду не добавляют, а в последующие 10 ч ее вводят непре-
рывным потоком определёнными порциями: 5; 6; 7,2; 8,2; 9,2; 10,2;
12,8; 11,0 и 9 % в час от общего объема питательной среды. Аэрация в
течение всего процесса ферментации также меняется. В первый и последний час культивирования она меньше (1 : 1), а в период интенсивного размножения дрожжей достигает 1,5–2,0 об / (об, мин). В таких
условиях дрожжи проходят все стадии развития. В стационарной фазе
роста культуру выдерживают до полного прекращения интенсивного
почкования.
Во время ферментации незначительно возрастут концентрация
среды (от 0,9 до 2,2 по сахариметру) и титруемая кислотность (от 0,3
до 0,8 мл 1 М раствора кислоты на 100 мл среды). В таких условиях
выход прессованных дрожжей составляет 150 % от количества использованного сахара (или 37,5 % сухой биомассы).
После ферментации дрожжи отделяют от среды путем центрифу-
гирования или фильтрации на фильтр-прессе, затем биомассу тщательно промывают водой. Товарные дрожжи могут быть сухими и
прессованными.
Прессованные дрожжи хранят при пониженной температуре
(4–6 °С), так как при комнатной температуре бактерии и микромице-
ты быстро повреждают дрожжевые клетки. В биомассе дрожжей содержится около 50 % белков, свободные аминокислоты и витамины.
Для длительного хранения хлебопекарные дрожжи высушивают до
содержания влаги 8–9 % [2].
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Перечислите преимущества микробного белка перед другими источниками.
2. Укажите требования к продуцентам белка.
47
3. Перечислите достоинства и недостатки получения белка с помощью дрож-
жей, микроскопических грибов, бактерий, водорослей.
4. Опишите основные стадии процесса производства микробных белковых
препаратов.
5. Использование молочной сыворотки в качестве питательной среды при
производстве белковых препаратов.
6. Основные формы использования микробного белка.
7. Состав питательной среды при промышленном производстве хлебопекар-
ных дрожжей.
8. Назовите, какие способы культивирования используют при производстве
хлебопекарных дрожжей.
9. Укажите, в чем суть приточного метода.
10. Отделение биомассы дрожжей от культуральной жидкости.
11. Назовите товарные формы хлебопекарных дрожжей.
12. Определите, по каким показателям проводят экспертизу качества хлебопе-
карных дрожжей.
13. Назовите, что такое биологическая чистота дрожжей.
14. Укажите, что такое подъемная сила хлебопекарных дрожжей.
Глава 5. ПИЩЕВАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ
ПРОДУКТОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ СЫРЬЯ
ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
5.1. ПОЛУЧЕНИЕ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ
5.1.1. Применение заквасок в производстве
кисломолочных продуктов
Закваска – комплекс микроорганизмов, используемый для создания желаемой микрофлоры при производстве пищевых продуктов. Закваска является чистой культурой микроорганизмов, предназначенной
для посева. Молоко при внесении закваски обогащается микрофлорой,
способствующей процессу сквашивания молока и впоследствии способствующей накоплению вкусовых и ароматических веществ.
В VI–VII вв. кочевые народы Средней Азии применяли простоквашу или сливки высокого качества для сквашивания молока и сливок с
48
целью получения кисломолочного напитка – айрана. Также к закваскам
естественного происхождения относили пахту, сквашенные сливки или
кислое молоко. Их нельзя отнести к чистым закваскам, поскольку они,
помимо основных заквасочных культур микроорганизмов, содержали и
постороннюю микрофлору, вызывающую порчу продукта. В связи с
чем данные закваски не давали гарантию получения продуктов высоко-
го качества. В промышленном масштабе бактериальные закваски стали
применять в маслоделии в конце XIX века.
В молочной промышленности используются закваски, полученные из чистых культур микроорганизмов, которые готовят в специальных лабораториях. Состав микрофлоры подбирают таким образом,
чтобы обеспечить для каждого вида продукта свойственный ему запах, вкус, консистенцию.
В молочной промышленности применяют в основном жидкие закваски и закваски, высушенные способом сублимационной сушки;
сухие, жидкие и подвергнутые глубокому замораживанию бактериальные концентраты, бактериальные препараты. Срок хранения сухих
заквасок, бактериальных препаратов и концентратов составляет 3–
4 месяца, жидких заквасок – 10 суток (в условиях холодильника) [7].
5.1.2. Режимы приготовления заквасок
Закваску готовят на цельном или обезжиренном молоке хорошего
качества, которое стерилизуют при температуре 121 С с выдержкой
15–20 мин (при приготовлении лабораторной закваски) или пастеризуют при 92–95 С с выдержкой 20–30 мин (при приготовлении произ-
водственной закваски). Сразу после термической обработки молоко охлаждают до температуры заквашивания и вносят в него закваску в количестве 1–3 % в зависимости от условий производства. В результате
биохимических процессов в молоке происходит образование белого
сгустка, частично расщепляются белки молока, формируется вкус и
аромат продукта. При приготовлении лабораторной закваски проводят
несколько последовательных пересевов каждые сутки в возрастающие
объемы (1:10) до получения объема, необходимого в производстве.
49
После каждого пересева и перед выпуском в производство заква-
ску контролируют по органолептическим, химическим и микробиологическим показателям [11].
5.1.3. Пороки заквасок
В заквасках могут быть различные пороки. Например, в заква-
сках, состоящих из мезофильных молочнокислых стрептококков,
наиболее распространенными пороками являются следующие.
1. Развитие термоустойчивых молочнокислых палочек. Причина:
результат нарушения температурных режимов пастеризации, неэффективного охлаждения готовой закваски.
2. Снижение способности к образованию аромата в продукте.
Причина: низкое качество исходной закваски, содержащей недостаточное количество ароматобразующих стрептококков, а также низкое
качество молока; нарушение температурных режимов сквашивания;
недостаточная продолжительностью созревания. Данный порок образуется при производстве сыра и масла.
3. Развитие бактериофагов. Причина: наличие в молоке ингиби-
рующих веществ, которые приводят к снижению качества закваски.
4. Тягучесть закваски. Причина: способность молочнокислых
стрептококков образовывать слизистые сгустки. Данный порок образуется при производстве творога и сметаны. При появлении тягучести
закваски следует её поменять на другую и следить за температурными режимами сквашивания продукта.
5. Излишняя тягучесть продукта. Причина: развитие термоус-
тойчивых молочнокислых палочек.
6. Ослизнение кефирных грибков. Причина: нарушение условий
выращивания кефирных грибков.
7. Снижение активности кефирных грибков. Причина: рост в за-
кваске молочнокислых палочек, вследствие которого повышается кислотность и подавляется развитие молочнокислых стрептококков, являющихся активными кислотообразователями.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]