Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина»

Кафедра «Продукты питания животного происхождения»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Пищевая биотехнология»

Тема: «Применение микробной ферментации в молочной промышленности»

Проект выполнил обучающийся

Богданова Е.А.

Группа 251/1

Направление подготовки

19.03.03 - Продукты питания животного происхождения

Факультет Биотехнологии и ветеринарной медицины

Руководитель проекта д.б.н. профессор Мамаев А.В.

ОРЕЛ - 2016



Введение

С древних времен известны отдельные биотехнологические процессы, используемые в различных сферах практической деятельности человека. К ним относятся хлебопечение, виноделие, приготовление кисло-молочных продуктов. Однако биологическая сущность этих процессов была выяснена лишь в XIX веке, благодаря работам Л. Пастера. В первой половине XX века сфера приложения биотехнологии пополнилась микробиологическим производством ацетона и бутанола, антибиотиков, органических кислот, витаминов, кормового белка.

Немаловажный вклад в биотехнологические разработки внесли советские исследователи: в СССР в 30-е годы были построены первые заводы по получению кормовых дрожжей на гидролизатах древесины, сельскохозяйственных отходах и сульфитных щелоках, под руководством В. Н. Шапошникова успешно внедрена технология микробиологического производства ацетона и бутанола. Большую роль в создание основ отечественной биотехнологии внесло учение Шапошникова о двухфазном характере брожения. В 1926 году в СССР были исследованы биоэнергетические закономерности окисления углеводородов микроорганизмами. В последующие годы биотехнологические разработки широко использовались в нашей стране для расширения «ассортимента» антибиотиков для медицины и животноводства, ферментов, витаминов, ростовых веществ, пестицидов.

С момента создания в 1963 году Всесоюзного научно-исследовательского института биосинтеза белковых веществ в нашей стране налаживается крупнотоннажное производство богатой белками биомассы микроорганизмов как корма. В 1966 году микробиологическая промышленность была выделена в отдельную отрасль (Главное управление микробиологической промышленности при Совете Министров СССР - Главмикробиопром). Имеются ценные разработки по получению новых источников энергии биотехнологическим путем (технологическая биоэнергетика), отметим большое значение биогаза - заменителя топлива, получаемого из недр земли.

Значительные успехи, достигнутые во второй половине XX века в фундаментальных исследованиях в области биохимии, биоорганической химии и молекулярной биологии, создали предпосылки для управления элементарными механизмами жизнедеятельности клетки, что явилось мощным импульсом для развития биотехнологии. Выяснение роли нуклеиновых кислот в передаче наследственной информации, расшифровка генетического кода, раскрытие механизма индукции и репрессии генов, совершенствование технологии культивирования микроорганизмов, клеток и тканей растений и животных позволили разработать методыгенетической и клеточной инженерии, с помощью которых можно искусственно создавать новые формы высокопродуктивных организмов. Генетическая и клеточная инженерия рассматривается как принципиально новое направление биологической науки, которое сегодня ставят в один ряд с расщеплением атома, преодолением земного притяжения и созданием средств электроники (Ю. А. Овчинников, 1985).

В разработку генноинженерных методов советские исследователи включились в 1972 году. Следует указать на успешное осуществление проекта «Ревертаза» - получение в промышленных масштабах обратной транскриптазы в СССР.

С 1970 года в нашей стране ведутся интенсивные исследования по селекции культур для непрерывного культивирования в промышленных целях.

Развитие методов для изучения структуры белков, выяснение механизмов функционирования и регуляции активности ферментов открыли путь к направленной модификации белков и привели к рождению инженерной энзимологии. Иммобилизованные ферменты, обладающие высокой стабильностью, становятся мощным инструментом для осуществления каталитических реакций в различных отраслях промышленности.

Все эти достижения поставили биотехнологию на новый уровень, качественно отличающийся от прежнего возможностью сознательно управлять клеточными процессами. В современном звучании биотехнология - это промышленное использование биологических процессов и агентов на основе получения высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и животных с заданными свойствами.

Биотехнология - междисциплинарная область научно-технического прогресса, возникшая на стыке биологических, химических и технических наук.



1. Перспективы использования микробных ферментов

Спектр продуктов питания, получаемых при помощи микроорганизмов, обширен. Это продукты, получаемые в результате брожения - хлеб, сыр, вино, пиво, творог и так далее. До недавнего времени биотехнология использовалась в пищевой промышленности с целью усовершенствования освоенных процессов и более умелого использования микроорганизмов, но будущее здесь принадлежит генетическим исследованиям по созданию более продуктивных штаммов для конкретных нужд, внедрению новых методов в технологии брожения.

Получение молочных продуктов в пищевой промышленности построено на процессах ферментации. Основой биотехнологии молочных продуктов является молоко. Молоко (секрет молочных желез) - уникальная естественная питательная среда. Она содержит 82-88% воды и 12-18% сухого остатка. В состав сухого молочного остатка входят белки (3,0-3,2%), жиры (3,3-6,0%), углеводы (молочный сахар лактоза - 4,7%), соли (0,9-1%), минорные компоненты (0,01%): ферменты, иммуноглобулины, лизоцим и т.д. Молочные жиры очень разнообразны по своему составу. Основные белки молока - альбумин, казеин. Благодаря такому составу молоко представляет собой прекрасный субстрат для развития микроорганизмов. В сквашивании молока обычно принимают участие стрептококки и молочнокислые бактерии. Путем использования реакций, которые сопутствуют главному процессу сбраживания лактозы получают и другие продукты переработки молока: сметану, йогурт, сыр и т.д. Свойства конечного продукта зависят от характера и интенсивности реакций ферментации. Те реакции, которые сопутствуют образованию молочной кислоты, определяют обычно особые свойства продуктов. Например, вторичные реакции ферментации, идущие при созревании сыров, определяют вкус отдельных их сортов. В таких реакциях принимают участие пептиды, аминокислоты и жирные кислоты, находящиеся в молоке.

Все технологические процессы производства продуктов из молока делятся на две части:

1) первичная переработка - уничтожение побочной микрофлоры;

2) вторичная переработка.

Первичная переработка молока включает в себя несколько этапов. Сначала молоко очищается от механических примесей и охлаждается, чтобы замедлить развитие естественной микрофлоры. Затем молоко сепарируется (при производстве сливок) или гомогенизируется. После этого проводят пастеризацию молока, при этом температура поднимается до 80оС, и оно закачивается в танки или ферментеры. Вторичная переработка молока может идти двумя путями: с использованием микроорганизмов и с использованием ферментов. С использованием микроорганизмов выпускают кефир, сметану, творог, простокваши, казеин, сыры, биофруктолакт, биолакт, с использованием ферментов - пищевой гидролизат казеина, сухую молочную смесь для коктейлей и т.д. При внесении микроорганизмов в молоко лактоза гидролизуется до глюкозы и галактозы, глюкоза превращается в молочную кислоту, кислотность молока повышается, и при рН 4-6 казеин коагулирует.

Молочнокислое брожение бывает гомоферментативным и гетероферментативным. При гомоферментативном брожении основным продуктом является молочная кислота. При гетероферментативном брожении образуются диацетил (придающий вкус сливочному маслу), спирты, эфиры, летучие жирные кислоты. Одновременно идут протеолитические и липолитические процессы, что делает белки молока более доступными и обогащает дополнительными вкусовыми веществами.

Для процессов ферментации молока используются чистые культуры микроорганизмов, называемые заквасками. Исключение составляют закваски для кефиров, которые представляют естественный симбиоз нескольких видов молочнокислых грибков и молочнокислых бактерий. Этот симбиоз в лабораторных условиях воспроизвести не удалось, поэтому поддерживается культура, выделенная из природных источников. При подборе культур для заквасок придерживаются следующих требований:

- состав заквасок зависит от конечного продукта (например, для получения ацидофилина используется ацидофильная палочка, для производства простокваши - молочнокислые стрептококки);

- штаммы должны отвечать определенным вкусовым требованиям;

- продукты должны иметь соответствующую консистенцию, от ломкой крупитчатой до вязкой, сметанообразной;

- определенная активность кислотообразования;

- фагорезистентность штаммов (устойчивость к бактериофагам);

- способность к синерезису (свойству сгустка отдавать влагу);

- образование ароматических веществ;

- сочетаемость штаммов (без антагонизма между культурами);

- наличие антибиотических свойств, т.е. бактериостатическое действие по отношению к патогенным микроорганизмам;

- устойчивость к высушиванию.

Культуры для заквасок выделяются из природных источников, после чего проводится направленный мутагенез и отбор штаммов, отвечающих перечисленным выше требованиям. Биотехнологии на основе молока включают, как правило, все основные стадии биотехнологического производства, которые можно рассмотреть на примере сыроварения.

Производство сыра, или сыроделие (сыроварение) - один из древнейших процессов, основанных на ферментации. Сыры бывают самые разнообразные - от мягких до твердых. Мягкие сыры содержат много воды, 50-60%, а твердые - мало, 13-34%. На первом этапе идет подготовка молока (первичная обработка). На втором - готовится культура молочнокислых бактерий. Микроорганизмы подбираются в определенной пропорции, обеспечивающей наилучшее качество. Набор бактерий также зависит от температуры термообработки. Третья стадия - стадия ферментации, - в сыроварении в некоторых случаях происходит в 2 этапа, до и после стадии выделения. Сначала молоко инокулируют определенными штаммами микроорганизмов, приводящими к образованию молочной кислоты, а также добавляют сычужный фермент реннин. Реннин ускоряет превращение жидкого молока в сгусток (створаживание) в несколько раз. Эта реакция активируется молочной кислотой, вырабатываемой бактериями. Функции реннина могут выполнять и другие протеиназы, но реннин также участвует в процессах протеолиза, происходящих в сыре при созревании. После образования сгустка сыворотку отделяют, а полученную творожистую массу подвергают термообработке и прессуют в формах. Далее сгусток солят и ставят на созревание. Иногда полученная масса происходит дополнительную обработку, которая заключается в следующем: заражение спорами голубых плесневых грибов при производстве рокфора; нанесение на поверхность спор белых плесневых грибов при производстве камамбера и бри; нанесение бактерий, необходимых для созревания некоторых сыров. Некоторые сыры после выделения должны подвергнуться дальнейшей ферментации (стадия созревания). Микроорганизмы и ферменты в ходе этого процесса гидролизуют жиры, белки и некоторые другие вещества молодого сыра. В результате их распада образуются вещества, придающие сырам характерный вкус.

Процессы ферментации при производстве многих молочных продуктов, таких как сметана, творог, многие сыры идут в ферментерах открытого типа. Как правило, они занимают немного времени. К одним из самых простых относят производство кефира, простокваш, сметаны и масла. Например, при производстве сметаны к сливкам добавляют 0,5-1% закваски, используемой при производстве масла. Далее продукт выдерживают, пока концентрация кислоты не достигнет 0,6%.

Итак, процессы получения молочнокислых продуктов весьма просты и доступны для воспроизводства в домашних условиях. Они не требуют строгих условий соблюдения стерильности, протекают, как правило, при комнатной или чуть повышенной температуре. Собственно, изначально они были одними из первых "домашних" биотехнологий, которые были позднее поставлены на промышленную основу.

Перспективны для молочной промышленности ферментные препараты микробного (плесневого и бактериального) происхождения. B настоящее время на мировом рынке известны следующие ферментные препараты: "Мейто" (Япония), "Фромаза" (Франция), "Супарен" (США), "Пфицер", "Микрознм" (Чехия), "Руссулин" (РФ). Установлено, что препараты бактериального происхождения обладают высокой протеолитической активностью. Они вызывают глубокий гидролиз казеина, что приводит к резкому снижению качества сыра (появлению горечи). B этом случае необходимо наряду с ферментными препаратами использовать в составе бактериальных заквасок штаммы молочнокислых бактерий, которые разрушают горькие пептиды. Хорошие результаты получены при совместном применении этих препаратов с препаратами животного происхождения.

кисломолочный закваска ферментация сырье

2. Биохимические процессы при ферментации живыми организмами

Основные биохимические процессы, протекающие при выработке кисломолочных продуктов - это молочнокислое и спиртовое брожение молочного сахара, протеолиз, коагуляция казеина и гелеобразование, в результате которых формируются консистенция, вкус и запах готовых продуктов.

По характеру брожения лактозы кисломолочные продукты принято делить на 2 группы: 1 - продукты, в основе изготовления которых лежит молочнокислое брожение (простокваша, ацидофилин, йогурт, творог, сметана); 2 - продукты со смешанным брожением - кефир, кумыс, курунга и др.

Протеолиз более интенсивно протекает в продуктах второй группы, по сравнению с большинством продуктов первой группы.

Брожение лактозы

При производстве большинства молочных продуктов в молоко или сливки вносят специально подобранные штаммы молочнокислых, пропионовокислых бактерий и дрожжей.

В результате жизнедеятельности микроорганизмов происходит глубокий распад молочного сахара, липидов и белков молока с образованием многочисленных химических соединений.

В основе изготовления целого ряда молочных продуктов лежат процессы глубокого распада молочного сахара под действием микроорганизмов, называемые брожением.

Существует несколько типов брожения лактозы, различающихся составом конечных продуктов.

Начальным этапом всех типов брожения является расщепление молочного сахара на глюкозу и галактозу под влиянием фермента лактазы (-галактозидазы).

Далее брожению подвергается глюкоза.

Галактоза при участии уридиндифосфатглюкозы переходит в глюкозо-1-фосфат, который после изомеризации в глюкозо-6-фосфат включается в схему превращения глюкозы:

Галактоза + АТФ галактокиназа галактозо-1-фосфат + АДФ

Галактозо-1-фосфат + УДФГ галактозо-1-фосфат-уридилилтрансфераза УДФГал + глюкозо-1-фосфат

УДФГал 4-эпимераза УДФГ

Все типы брожения до образования пировиноградной кислоты идут с получением одних и тех же промежуточных продуктов и по одному и тому же пути - пути Эмбдена-Мейергофа.

Дальнейшие превращения пировиноградной кислоты могут идти в разных направлениях, которые будут определяться специфическими особенностями данного микроорганизма и условиями среды.

Конечными продуктами брожения могут быть молочная, пропионовая, уксусная, масляная кислоты, спирт и другие соединения.

Молочнокислое брожение является основным процессом при изготовлении заквасок, сыра и кисломолочных продуктов, а молочнокислые бактерии - наиболее важной группой микроорганизмов для молочной промышленности.

Молочнокислые бактерии по характеру продуктов сбраживания глюкозы относят к гомоферментативным или гетероферментативным.

Гомоферментативные бактерии образуют главным образом молочную кислоту (более 90%) и лишь незначительное количество побочных продуктов.

Гетероферментативные бактерии около 50% глюкозы превращают в молочную кислоту, а остальное количество - в этиловый спирт, уксусную кислоту и СО2.

Для гомоферментативных бактерий (Str. lactis, Str. cremoris, Str. diacetilactis, Lbm. bulgaricum, Lbm. acidophilum, Lbm. casei) характерным является сбраживание глюкозы по гликолитическому пути Эмбдена-Мейергофа:

C6H12O6 + 2Фн + 2АДФ 2C3H6O3 +2АТФ + H2O

Превращение глюкозы в пировиноградную кислоту в результате ряда последовательных реакций происходит при участии 10 ферментов.

Из 1 моль глюкозы образуется 2 моль молочной кислоты с одновременным синтезом 2 моль АТФ.

Гетероферментативные бактерии не могут сбраживать глюкозу по гликолитическому пути, так как у них отсутствует ключевой фермент альдолаза, необходимый для расщепления фруктозо-1,6-дифосфата на две молекулы триозофосфата.

Поэтому Str. citrovorus, Str. paracitrovorus, Lbm. brevis сбраживают глюкозу пентозофосфатным путем:

C6H12O6 + Фн + АДФ C3H6O3 + C2H5OH + CO2 +АТФ

В ходе реакций по пентозофосфатному пути из каждого моль глюкозы образуется моль молочной кислоты, моль этанола и CO2.

В аэробных условиях возможно образование двух молекул АТФ, тогда ацетилфосфат превращается не в этанол, а в уксусную кислоту.

Спиртовое брожение глюкозы имеет место при выработке кефира, кумыса, курунги и других кисломолочных продуктов.

Возбудителями спиртового брожения являются дрожжи Sacch. cartilaginosus, Sacch. fragilus, Sacch. cerevisiae и др. Они сбраживают глюкозу с образованием этанола и углекислоты:

C6H12O6 + 2Фн + 2АДФ 2C2H5OH + 2CO2 +2АТФ.

Возбудителем пропионовокислого брожения являются пропионовокислые бактерии Propionibacterium, которые превращают глюкозу или молочную кислоту в пропионовую и уксусную кислоты.

Пропионовокислое брожение углеводов и молочной кислоты играет важную роль в процессе созревания твердых сыров с высокой температурой второго нагревания:

3C6H12O6 + 8Фн + 8АДФ 4CH3CH2COOH + 2CH3COOH + 2CO2 + 2H2O + 8АТФ.

Маслянокислое брожение происходит в молочных продуктах под действием маслянокислых бактерий (Cl. butyricum и др.), сбраживающих как глюкозу, так и молочную кислоту.

Известно несколько типов маслянокислого брожения, различающихся образующимися продуктами. Например:



2C6H12O6 + 2H2O + 7Фн + 7АДФ CH3CH2CH2COOH + 2CH3COOH + 4CO2 + 6H2 + 7АТФ.

При других типах маслянокислого брожения наблюдается образование бутилового и изопропилового спиртов, этанола, ацетона.

Маслянокислое брожение является причиной порчи кисломолочных продуктов и является нежелательным процессом в молочной промышленности.

Коагуляция казеина

Важнейшими процессами, происходящими при выработке кисломолочных продуктов, являются коагуляция казеина и гелеобразование (переход коллоидной системы молока из свободнодисперсного состояния, золя, в связаннодисперсное состояние - гель).

Коагуляция казеина при производстве кисломолочных продуктов может осуществляться двумя способами - кислотным или сычужным.

Кислотная коагуляция казеина вызывается молочной кислотой, которая накапливается в молочных продуктах в результате брожения лактозы. Молочная кислота снижает отрицательный заряд мицелл казеина и переводит его в изоэлектрическое состояние (рН 4,6-4,7), в котором макромолекулы белка теряют свою растворимость и устойчивость. Кроме того, происходит переход в плазму фосфата кальция и органического кальция казеинаткальцийфосфатного комплекса, что дестабилизирует мицеллы казеина и вызывает их диспергирование.

Сычужная коагуляция казеина включает 2 стадии - ферментативную и коагуляционную. Механизм как первой, так и второй стадии окончательно не установлен. Наиболее убедительной считается теория протеолитического действия сычужного фермента (гидролитическая теория). Согласно этой теории, на первой стадии под действием основного компонента сычужного фермента химозина происходит разрыв пептидной связи фенилаланинметионин в полипептидных цепях казеина ККФК, в результате чего молекулыказеина расщепляются на гидрофобный параказеин и гидрофильный гликомакропротеид. Гидратная оболочка мицелл частично разрушается, силы электростатического отталкивания между частицами уменьшаются и дисперсная система теряет устойчивость. На второй стадии частично дестабилизированные мицеллы казеина (параказеина) собираются в агрегаты, которые затем соединяются продольными и поперечными связями в единую сетку, образуя сгусток.

Процесс гелеобразования - агрегирование частиц казеина и формирование единой пространственной сетки молочного сгустка.

Независимо от способа коагуляции, различают 4 стадии формирования сгустка:

1 - индукционный период;

2 - сдадияфлоккуляции - массовая коагуляция;

3 - стадия метастабильного равновесия - уплотнение сгустка;

4 - стадия синерезиса - самопроизвольное уплотнение структуры за счет перегруппировки частиц и увеличения числа контактов между ними, т.е. сжатие геля и выпрессовывание из него дисперсионной среды.

При структурообразовании дисперсных систем могут образовываться два типа пространственных структур - коагуляционные (тиксотропно-обратимые) и конденсационные (необратимо-разрушающиеся). Коагуляционные структуры обладают эластичностью, пластичностью и малой прочностью, так как частицы удерживаются только межмолекулярными силами. В конденсационных структурах частицы соединены прочными химическими связями, которые обеспечивают их прочность, но делают их хрупкими, неэластичными.

Сгустки кисломолочных продуктов имеют, как правило, смешанный характер с преобладанием необратимо-разрушающихся либо тиксотропно-обратимых связей. Соотношение этих связей зависит от целого ряда факторов, правильное использование которых позволяет получать сгустки с заданными свойствами.

3. Методы получения молочно- кислых заквасок

Кисломолочные продукты получают сквашиванием молока или сливок чистыми культурами молочнокислых бактерий, иногда с участием дрожжей и уксуснокислых бактерий. В процессе сквашивания протекают сложные микробиологические и физико-химические процессы, в результате которых формируется вкус, запах, консистенция и внешний вид готового продукта. К кисломолочным продуктам относятся: кисломолочные напитки, сметана, творог и творожные изделия. К кисломолочным напиткам относятся: различные виды простокваш, кефир, кумыс, ацидофильные напитки.

Заквасками называют чистые культуры или смесь культур микроорганизмов, используемых при изготовлении кисломолочных продуктов. Чаще в качестве заквасок применяют молочнокислые и пропионовокислые бактерии, иногда плесневые грибы. Интенсивность размножения всей микрофлоры кисломолочных продуктов и конечное её соотношение зависят во многом от качества молока, температуры и длительности сквашивания (созревание), скорости и конечной температуры охлаждения. Классификация заквасок.

Закваски, выращиваемые в специальных научно-производственных лабораториях, называют маточными или лабораторными. Они являются основой для получения производственных или потребительских заквасок.

Потребительские закваски подразделяют на:

· материнские, (первичные);

· промежуточные, (вторичные);

· производственные (третичные).

Материнские закваски получают при посевах маточных заквасок, промежуточные и производственные - соответственно при посевах материнских и промежуточных заквасок.

Различают одноштаммовые закваски, состоящие из одного штамма микроорганизма, многоштаммовые- из нескольких штаммов одного вида и смешанные закваски, в состав которых входят многие штаммы разных видов микробов. Штаммы чистых культур молочнокислых бактерий выделяют из молока, кисломолочных продуктов, растений в специальных лабораториях и поставляют на предприятия в виде сухой или жидкой закваски, сухого или замороженного бактериального концентрата, штаммов молочнокислых бактерий и дрожжей, кефирных грибков. Жидкие закваски представляют собой штаммы молочнокислых бактерий, выращенных в стерильном молоке, а после сушки их используют в сухом виде. Сухой бактериальный концентрат получают путём сушки смеси его суспензии с защитной средой. Срок хранения сухих заквасок и бактериального концентрата не более 3 месяцев, а жидких - не более 2 недель при температуре 4±2 ?С.

По составу микрофлоры основные закваски, применяемые в молочной промышленности, подразделяют на 3 группы: бактериальные, грибковые и смешанные (см. таблица 1).[14]

Таблица 1

Закваски	Микроорганизмы	Продукт
Бактериальные: Мезофильные молочнокислые стрептококки Термофильные молочнокислые бактерии Бактерии, участвующие в созревании сыра	Lac.lactis, Leu.cremoris, Lac.cremoris, Lac. diacetylactis, Leu.dextranicum Str.thermophilus, Lbm.bulgaricum, Lbm.acidophilum, Lbm.helvtticum, Lbm. lactis Пропионовокислыебактерии, Lbm.caseisubsp. rhamnosus, Brevibacterium linens	Творог, сметана, простокваша, сыры Мечниковская и южная простокваши, ряженка, йогурт, варенец, крупные твердые сыры Сыры с высокой температурой второго нагревания, мягкие сыры
Грибковые: Культура рокфора Культура камамбера	Penicillium roqueforti, Pen. camambtri, Pen.candidum, Pen.album	Сыр рокфор Сыр камамбер
Смешанные бактериально-грибковые	Lac.lactis, Lbm.buchntri, Lbm.brevis, Lbm.acidophilum, дрожжи Saccharomyceslactis и рода Torulopsis уксуснокислые бактерии	Кефир, кумыс



При производстве заквасок необходимо выполнять следующие основные требования:

1) Заквасочное отделение должно быть изолировано от производственных помещений и максимально приближено к цехам-потребителям заквасок. На входе в отделение должен быть тамбур, где можно сменить санитарную одежду. В заквасочном отделении должны быть отдельные помещения для приготовления заквасок на чистых культурах; для получения кефирной закваски; для мойки и дезинфекции посуды и инвентаря.

2) Воздух в заквасочных отделениях должен быть стерильным. Для стерилизации воздуха предусматривают бактерицидные лампы.

3) В заквасочных отделениях не допускается прохождение транспортных магистральных коммуникаций для паро -, водо -, и холодоснабжения, а также вентиляции и канализации.

4) Приготовление заквасок должно соответствовать Инструкции по приготовлению и применению заквасок для кисломолочных продуктов на предприятиях молочной промышленности.

5) Закваски с истекшим сроком хранения, а производственная - с повышенной кислотностью к использованию не допускаются.

6) Транспортирование заквасок в заквасочники должно осуществляться по максимально коротким трубопроводам. Небольшое количество закваски допускается переносить в закрытых емкостях. Перед тем как влить закваски, края емкостей необходимо протереть спиртом и профломбировать.

Закваски готовят в такой последовательности (см. таблица 2). Из смеси отдельных штаммов чистых культур молочнокислых бактерий или готовых жидких и сухих заквасок в лаборатории предприятия получают лабораторную закваску на цельном или обезжиренном молоке. Её используют для приготовления первичной производственной закваски. Лабораторную закваску также можно использовать непосредственно в производстве. При необходимости из первичной производственной можно приготовить вторичную производственную закваску. Для восстановления активности жидких или сухих заквасок после их оживления в стерилизованном молоке рекомендуется провести ещё одну или две пересадки в стерилизованном молоке.

Общий технологический процесс приготовления заквасок состоит из следующих операций:

· Отбор молока;

· Подготовка;

· Тепловая обработка;

· Охлаждение;

· Сквашивание молока;

· Охлаждение закваски.

Закваску приготавливают из молока не ниже I сорта плотностью 1028кг/м. Закваску не разрешается готовить на молоке, полученном от животных, больных маститом, туберкулёзом. Кроме того, не разрешается использовать молоко в течение 15 суток, предшествующих отелу, и первые 7 суток после отела. Лабораторную и производственную закваски можно готовить на цельном или обезжиренном молоке.

Молоко, предназначенное для приготовления закваски, подвергают тепловой обработке - пастеризуют при температуре 92-95?С с выдержкой 20-30 минут и стерилизуют при 121?С с выдержкой 15-20 минут. Молоко, прошедшее тепловую обработку, нельзя переливать в другую посуду, так как оно при этом загрязняется посторонней микрофлорой. Закваска, приготовленная на стерилизованном молоке, более активна, поскольку исключается обсеменение посторонней микрофлорой. После тепловой обработки молоко сразу охлаждают до температуры сквашивания: её рекомендуется устанавливать на 2-3?С ниже той температуры, при которой производят данный кисломолочный продукт. В охлажденное молоко вносят закваску, перемешивают и оставляют до образования плотного сгустка кислотностью 65-75? Т и далее используют. Если это невозможно, то её охлаждают до 3-10?С. Продолжительность хранения производственной закваски после сквашивания не более 24 часа, при этом допускается повышение кислотности не более чем на 10?Т. Если используют охлажденную закваску, то для повышения активности её вносят в теплое пастеризованное молоко температурой 30-40?С в соотношении 2 части молока на 1 часть закваски. Смесь перемешивают, оставляют на 1 час и затем используют.

При приготовлении заквасок большое значение имеет периодичность (частота) смены чистых культур. Если в производстве закваски длительно применяют одни и те же культуры, то в ней может накапливаться бактериофаг. Поэтому закваски разных партий следует менять не реже 1 раза в неделю. В производстве кисломолочных продуктов целесообразно использовать лабораторную или производственную закваску.

Лабораторная закваска.

Эту закваску приготавливают в микробиологической лаборатории, оборудованной необходимыми техническими средствами и оборудованием, с использованием чистых культур молочнокислых бактерий на стерилизованном молоке. Чистые культуры в виде отдельных штаммов сохраняют в лаборатории, пересевая их в пробирки со стерильным обезжиренным молоком через 15-20 дней. Между пересевами штаммы хранят в холодильнике при температуре 3-5?С. Закваски в сухом или жидком виде необходимо использовать по возможности сразу после их получения в лаборатории. Пересадку лабораторной закваски проводят на стерилизованном молоке, не допуская при этом попадания посторонней микрофлоры. При обнаружении её готовят новую закваску из другой партии готовой закваски.

Лабораторную закваску готовят на стерилизованном цельном или обезжиренном молоке. Для стерилизации молоко разливают в молочные бутылочки, колбы, алюминиевую или нержавеющую посуду или другую специальную тару и закрывают ватными пробками или металлическими колпачками с пергаментной прокладкой. После стерилизации молоко охлаждают до температуры заквашивания 26-30?С(для сметаны, творога и обыкновенной простокваши) или 38-42?С (для ацидофильного молока, ряженки). Перед внесением закваски в подготовленное молоко проверяют ценность упаковки с закваской. Упаковку с сухими заквасками открывают таким образом. Край пробирки обжигают в пламени горелки и всё содержимое высыпают в подготовленную молоко при тщательном перемешивании. Для жидких заквасок перед открытием упаковки обжигают её края и удаляют пробку, а затем фламбируют край пробирки. После этого закваску выливают в подготовленное молоко. Одну порцию сухой закваски вносят на 2 литра молока, жидкой - на 2,5 литра, отдельные штаммы и смеси добавляют в количестве 0,5-1% к объёму заквашиваемого молока. Тару с заквашенным молоком закрывают пробками и ставят в термостат или заквасочник, в которых поддерживается постоянная температура для благоприятного роста микрофлоры. Продолжительность приготовления лабораторной закваски составляет 12-18 часов.

Лабораторная закваска имеет ровный плотный сгусток, кислотность 80-85?Т. Полужидкую лабораторную закваску охлаждают, не перемешивая, и хранят охлажденной до использования. Если сгусток не имеет плотной консистенции или явно выраженного вкуса, то закваску не бракуют, а готовят на её основе небольшое количество производственной закваски. Срок хранения лабораторной закваски при 3-6?С составляет 72 часа, а при 8-10?С - 24 часа.

Производственная закваска.

Все технологические операции по приготовлению производственной закваски проводят в одной емкости - заквасочной установке. Для приготовления производственной закваски используют цельное или обезжиренное молоко, которое пастеризуют при 92?С с выдержкой 20-30 минут и постоянно перемешивают во время выдержки. Пастеризованное молоко охлаждают до температуры заквашивания и вносят в него лабораторную закваску в количестве 1-3%. Перед её внесением необходимо взболтать содержимое, а горлышко бутылки или края пробирки с лабораторной закваской обжечь пламенем спиртовой горелки. Молоко для производственной закваски сквашивают при температуре на 2-3?С ниже температуры приготовления кисломолочных продуктов. При внесении лабораторной закваски молоко перемешивают. После заквашивании для равномерного распределения закваски молоко перемешивают в течение первых 2 часов, а затем оставляют покое до образования сгустка. Готовую закваску используют для выработки кисломолочных продуктов. Лабораторную и производственную закваски рекомендуется использовать сразу.

Производственную закваску необходимо готовить ежедневно и в достаточном количестве для заквашивания молока и сливок, перерабатываемых в течение смены или суток. Закваску со слабой активностью или обсемененную посторонней микрофлорой следует заменять новой. Производственную закваску, приготовленную на стерилизованном молоке, хранят при температуре 3-6?С 72 часа, а на пастеризованном - не более 24 часа после охлаждения.

При приготовлении заквасок для кисломолочных продуктов можно применить также трехпересадочный способ, разработанный специалистами ВНИИМса. Этот способ предназначен для получения производственной закваски с любым составом микрофлоры. Приготовление закваски трехпересадочным способом заключается в последовательном приготовлении (пересадке) первичной и вторичной лабораторных заквасок, а из вторичной - производственной закваски.

Также можно приготовить кефирную закваску, закваску из болгарской палочки, закваску ацидофильной палочки, закваску из термофильного молочнокислого стрептококка, комбинированную закваску из термофильного стрептококка и болгарской палочки.[13]

В специальных научно-производственных лабораториях выделяют штаммы молочнокислых микроорганизмов, изучают их свойства, селекционируют, составляют и получают закваски, которые направляют на предприятия молочной промышленности, где вырабатывают производственные закваски.

В цехах по производству заквасок готовят сухой и жидкий бактериальные концентраты, маточные закваски в виде сухих и жидких заквасок, а также получают натуральные и сухие кефирные грибки (зерна).

Сухой бактериальный концентрат в нашей стране чаще вырабатывают трех видов: мезофильных молочнокислых стрептококков, термофильных молочнокислых стрептококков и ацидофильных молочнокислых палочек. Жидкий бактериальный концентрат готовят из мезофильных молочнокислых стрептококков.

Процесс приготовления сухого бактериального концентрата включает следующие основные этапы: выращивание заквасочных микроорганизмов, бактофугирование полученной культуры, высушивание суспензии клеток, фасованиебакконцентрата.

Питательной средой для выращивания молочнокислых бактерий является молочная сыворотка с добавлением кукурузного экстракта (или аминокислотно-микроэлементно-витаминного комплекса), буферных солей и стимуляторов роста. В качестве буферных солей используют цитрат натрия или ацетат натрия. Стимуляторами роста молочнокислых бактерий являются сульфат марганца, аскорбиновая кислота и др.

Молочнокислые бактерии различаются по потребности в стимуляторах роста, в связи с этим предложены различные питательные среды для выращивания мезофильных, термофильных молочнокислых стрептококков и ацидофильных палочек.

При приготовлении среды в сыворотке устанавливают рН 4,5-4,6 (оптимальную для выделения белков), нагревают ее до 95 ?С и выдерживают 60 мин для более полного выделения белков. После этого сыворотку осветляют путем сепарирования.

В осветленную сыворотку добавляют компоненты среды согласно рецептуре, устанавливают оптимальную рН, стерилизуют при 0,05 МПа (112 ?С) в течение 60 мин и охлаждают до температуры, оптимальной для роста микроорганизмов.

Стерилизация и охлаждение питательной среды, а также наращивание клеток молочнокислых бактерий осуществляются в ферментере, имеющем мешалку, в котором автоматически регулируются температура и рН на заданном уровне.

В подготовленную стерильную среду, охлажденную до оптимальной температуры развития того или иного вида молочнокислых бактерий, подают закваску в количестве 5-8 % (на сывороточной среде) или 3-5 % (на обезжиренном молоке).

Наращивание клеток мезофильных молочнокислых стрептококков ведут в ферментере при температуре 30 ?С в течение 10-12 ч, термофильных молочнокислых стрептококков и ацидофильных палочек - при 40 °С на протяжении 8-9 ч при автоматическом поддерживании рН. При этом рН культуральной жидкости достигает для стрептококков 6,5-6,8, для ацидофильных палочек 5,7-6,0.

После окончания выращивания культуру охлаждают до 3-8°С и направляют на бактофугирование для получения бактериальной массы.

Отделение клеток от среды осуществляют в конце логарифмической фазы роста, когда в культуральной жидкости (в 1 см3)содержатся сотни миллионов - единицы миллиардов активных клеток. Бактериальную массу из культуральной жидкости выделяют на бактофуге. Для этой цели можно использовать центрифугу и молокоочиститель.

Бактериальная масса после бактофугирования содержит сотни миллиардов клеток в 1 см3; выход бакмассы составляет 0,5-0,8 %.

Полученную бактериальную массу смешивают с защитной средой в соотношении 1 : 2 - 1 : 4. В состав защитной среды для мезофильных молочнокислых стрептококков входят: обезжиренное молоко с содержанием 16 % сухих веществ - 30% и 70 % водного раствора, содержащего сахарозу (5%), желатозу (5%), цитрата натрия (5%), глутамата натрия (2%). В состав защитной среды для ацидофильной палочки вместо цитрата натрия вносят 5 % уксуснокислого натрия. Защитная среда для термофильного стрептококка включает 20 % обезжиренного молока и 80 % водного раствора, содержащего по 2,2 % сахарозы, желатозы, лимоннокислого натрия и 1,2 % глутамата натрия.

Желатоза представляет собой желатин после стерилизации под давлением 0,15 МПа в течение 2,5-3,0 ч. После стерилизации желатин теряет способность образовывать гель.

Полученную суспензию клеток молочнокислых бактерий высушивают. Для этого ее разливают на лотки слоем 6-8 мм или фасуют по 2 см3 во флаконы. Суспензию высушивают в установке для сублимационной сушки сначала при низкой отрицательной температуре --35-(-45)°С, досушивание -- при положительной температуре (40-45 °С). Продолжительность сушки суспензии на лотках 6-12 ч, во флаконах 24-42 ч. Сухой бактериальный концентрат, высушенный на лотках, размельчают и фасуют во флаконы порциями по 1-1,5 г.

Концентрат содержит от 150 до 300 млрд клеток в 1 г. Массовая доля влаги в нем не должна превышать 3,5 %. Допускается наличие посторонней непатогенной микрофлоры не более 10 клеток в 1 г.

Продолжительность свертывания молока при внесении одной порции концентрата на 1 дм3 молока при оптимальной температуре составляет: у мезофильных стрептококков 4,0-5,5 ч, у термофильных молочнокислых стрептококков 3,0-4,5, а у ацидофильных палочек 2.5-3,5 ч.

Срок хранения концентрата при температуре 3-10 °С 8 мес со дня выработки.

Жидкий бактериальный концентрат мезофильных молочнокислых стрептококков так же как и сухой, применяется при производстве творога и сметаны. Его готовят так же, как и сухой. Приготовление отличается лишь исключением двух операций: замораживания и сушки. Концентрат разливают во флаконы по 5±0,5 см3 (полпорции) и по 10 ± 0,5 см3 (порция), укупоривают, охлаждают до температуры +8-(-5)?С и хранят не более двух месяцев со дня выработки. Жидкий бактериальный концентрат содержит не менее 150 млрд. клеток в 1 см3. Допускается содержание посторонней непатогенной микрофлоры не более 20 клеток в 1 см3.

Сухие закваски приготовляют на основе бактериальной массы (из бактериального концентрата) или высушиванием комбинаций культур бактерий в защитной среде. Сухие закваски, приготовленные на основе бактериальной массы, по составу микрофлоры идентичны сухому бактериальному концентрату и отличаются от него лишь по количеству клеток молочнокислых бактерий. Они содержат примерно в 100 раз меньше бактериальных клеток, чем бактериальный концентрат, из-за большего разведения бактериальной массы защитной средой.

Для приготовления сухой закваски из комбинации культур в стерильное обезжиренное молоко вносят комбинированную закваску в количестве 0,5-1 % и выдерживают при оптимальной температуре до образования сгустка.

Выращенную комбинацию культур в количестве 30 % вносят в защитную среду - водный раствор, содержащий сахарозу (10 %), трехзамещенный лимоннокислый натрий (5 %), глутамат натрия (2,5 %) и желатозу (5 %). Смесь перемешивают, фасуют во флаконы по 1 см3 (одна порция), замораживают и высушивают при сублимационной сушке. Режим замораживания и сушки заквасок аналогичен режимам получения сухого бактериального концентрата. Сухую закваску можно хранить не более 8 мес при температуре 3-8 °С. Сухая закваска имеет вид порошка или таблеток. Цвет белый или кремовый.

Продолжительность свертывания молока (при внесении одной порции закваски для творога и сметаны на 2-2,5 л, остальных заквасок на 100 см3 молока) составляет для закваски из бактериальной массы 5-9 ч, для закваски из комбинации культур 16- 18 ч.

Количество молочнокислых бактерий в 1 г сухой закваски составляет 10 -10 . Количество посторонних микроорганизмов допускается 1-2 клетки в 1 г, бактерии группы кишечных палочек не должны обнаруживаться в 1 г закваски.

Жидкие закваски готовят на стерильном обезжиренном или цельном молоке. Молоко стерилизуют в течение 10-15 мин при температуре 121°С, охлаждают до (37±1) °С и для проверки на стерильность термостатируют при этой температуре в течение двух суток. Перед заквашиванием молоко контролируют микроскопированием окрашенного препарата. При просмотре не менее чем в 10 полях зрения микроскопа должны отсутствовать вегетативные клетки и споры.

После этого в молоко вносят комбинацию культур и выдерживают его при оптимальной температуре развития до образования сгустка. Закваску фасуют в стеклянные флаконы по 20, 50 и 100 см3, флаконы укупоривают и маркируют (этикетируют). Жидкие закваски имеют срок годности: 10 сут. при 3-8 °С и 5 сут при комнатной температуре хранения.

Закваска имеет жидкую консистенцию с небольшой крупкой, реже - сметанообразную. Допускается отделение сыворотки. Вкус и запах закваски кисломолочные, характерные для соответствующего вида, освежающие, без посторонних привкусов и запахов. Цвет белый с кремовым оттенком по всей массе. Допускается буроватый оттенок. Кислотность 80-100 °Т. При микроскопии мазков из закваски должны отсутствовать инволюционные формы и посторонние микроорганизмы.

При производстве закваски и бактериального концентрата бактериальные клетки могут наращивать численность впериодическом режиме или в условиях непрерывного (проточного) культивирования.

На молокоперерабатывающие предприятия должны поступать высококачественные закваски или их концентраты, проверенные учреждением, которое их разрабатывает и производит. Задача молокоперерабатывающего предприятия состоит в том, чтобы сохранить их полную эффективность.

Производственные закваски на предприятии получают в отделениях чистых культур или в специальном боксе при микробиологической лаборатории предприятия. Приготовление производственной закваски из чистых культур и кефирной закваски (грибковой и производственной) проводят в отдельных изолированных помещениях заквасочного отделения. На небольших предприятиях допускается приготовление заквасок чистых культурах и кефирной в одном помещении. В помещениях необходимо поддерживать чистоту. Не допускается одновременно проводить посевы по контролю готовой продукции, контролю условий производства и готовить закваски, термостаты и холодильники, предназначенные для приготовления и хранения производственных заквасок и активизации бактериальных концентратов, не должны использоваться для других целей. Воздух в отделении чистых культур или боксе дезинфицируют с помощью бактерицидных ламп.

Предприятию от учреждения - изготовителя вместе с получаемыми заквасками выдается копия удостоверения о качестве, где указывается дата выработки и срок годности закваски, данные результатов анализов заквасок по кислотности, активности, микроскопическому препарату, количеству жизнеспособных клеток молочнокислых, пропионовокислых, бифидобактерий, также по количеству спор мезофильных аэробных бацилл, бактерий группы кишечных палочек, дрожжей и патогенных микроорганизмов, в том числе по сальмонеллам.

Закваски и бактериальные концентраты нужно использовать вскоре после получения из специальных цехов или лабораторий. До употребления их хранят в холодильнике при температуре не выше 8 °С. Нельзя применять закваски и бактериальные концентраты с истекшим сроком хранения, Флаконы с заквасками вскрывают непосредственно перед употреблением и используют все содержимое флакона сразу.

Поступающие на предприятие закваски ослаблены в результате транспортирования и воздействия температуры, поэтому их необходимо восстановить с помощью предварительного культивирования. Критерием оценки восстановления закваски является определение сквашивающей активности. Их выращивают на стерилизованном молоке, допускается использование пастеризованного молока (92-95 °С 20-30 мин).

Эффективная закваска должна проявлять наибольшую активность не позднее чем после второй пересадки. При этом культивирование заквасок необходимо остановить в конце логарифмической фазы, что достигается у большинства заквасок при рН 5,5-5,3 или кислотности 78-80 °Т.

Приготовление производственной закваски из чистых культур на стерильном молоке проводят в молочных бутылках, колбах, в специальных ушатах или бидонах с крышками вместимостью от 3 до 20л.

Посуду и инвентарь, используемые для приготовления заквасок, моют и дезинфицируют в отдельном помещении заквасочного отделения. Дли дезинфекции используют растворы препаратов хлора, содержащие 150-200 мг/л активного хлора. Мелкий инвентарь и посуду стерилизуют в автоклаве или сушильном шкафу.

Режимы приготовления производственных заквасок зависят от вида закваски и конкретных условий производства.

Из жидкой сухой заквасок или отдельных штаммов на предприятиях готовят материнскую (первичную) закваску, которую используют для получения вторичной или производственной закваски. Материнскую закваску можно применять также для заквашивания молока или сливок, т.е. в качестве производственной закваски.

Для приготовления материнской закваски используют только стерилизованное молоко, для производственной закваски используют стерилизованное и пастеризованное молоко. Активизацию бактериального концентрата проводят на стерилизованном молоке, допускают использование пастеризованного молока.

Для получения материнской закваски мезофильных молочнокислых стрептококководну порцию сухой закваски вносят в 2 л стерилизованного молока и термостатируют при 26 °С в течение 12-16 ч. Для приготовления вторичной (промежуточной) закваски в стерилизованное молоко вносят 0,5-1 % материнской закваски и культивируют посевы 10-12 ч. Если в закваске преобладает Lac.cremoris, то период сквашивания продлевают до 12-14 ч., или увеличивают количество посевного материала до 2-3 %. Производственную закваску мезофильных стрептококков получают посевом в пастеризованное молоко 0,5-1% или 2-3 % вторичной производственной закваски и выращиванием посевов также в течение 10-12 ч. или 12-14 ч.

Материнскую закваску термофильного стрептококкаи болгарской палочки получают внесением одной порции сухой закваски в 100 см3 стерилизованного молока. Посевы культивируют при 43 °С в течение 5-7 ч. Для приготовления производственной закваски посевной материал вносят в молоко в количестве 1 % и сквашивают его в течение 3 ч. Таким же образом готовят закваски ацидофильной палочки. Однако культивирование проводят при температуре 38 °С в течение 5-5,5 ч.

4. Особенности использования препаратов на низкосортном сырье

Проблема рационального использования сырья и расширения сырьевой базы отрасли за счет более полного применения вторичных сырьевых ресурсов особенно остро встала в настоящее время в связи с резким уменьшением поголовья скота, удорожанием кормов и рядом других причин.

Вместе с тем структура использования молочной сыворотки в нашей стране в меньшей степени отвечает требованиям пищевой промышленности в сравнении с Западной Европой. Если за рубежом почти 50 % сыворотки используется на пищевые цели, то у нас -лишь 12,2 %. При этом 22,4 % от всего объема сыворотки сбрасывается в канализацию.

Применение ферментных препаратов является лучшим стимулятором роста продуктивности любого процесса, условием улучшения качества вторичного продукта и повышения его выхода из единицы перерабатываемого сырья. Применение ферментных препаратов в молочной промышленности долгое время носило ограниченный характер. Развитие биоинженерных технологий способствует все более широкому использованию специально изготовленных энзимных препаратов для интенсификации технологических процессов производства молочных продуктов.

Наряду с прикладной микробиологией промышленное использование ферментов относится к важным секторам современной биотехнологии. Биохимические превращения, активируемые ферментами, проходят при обычной температуре, без заметного перепада давления, на несколько порядков превосходя промышленные химические процессы по скорости и энергетической эффективности.

Применение ферментных препаратов в молочной промышленности долгое время носило ограниченный характер. Развитие биоинженерных технологий способствует все более широкому использованию специально изготовленных энзимных препаратов для интенсификации технологических процессов производства молочных продуктов.[12]

Традиционно ферментные препараты в молочной промышленности использовали для концентрирования казеиновой и жировой частей молока. После внесения сычужного фермента (химозина) или его заменителей в специально подготовленное молоко, из расчета 10-30 частей на миллион, происходит активированное ферментом формирование белковой структуры, которая в последующем самопроизвольно сжимается, выделяя меж-мицеллярную жидкость -сыворотку с растворенными в ней солями, лактозой и сывороточными белками. В результате измельчения сгустка и его перемешивания через несколько часов заканчивается процесс получения казеинового концентрата с включенными в его структуру жировыми шариками. По затратам энергии этот процесс значительно эффективнее, чем выпаривание в вакуум-выпарной установке и фракционирование на центрифугах.В формировании консистенции, вкуса и запаха сыров и творога помимо химозина участвуют и другие ферменты. Они поступают в сырную массу из клеток заквасочных культур, внесенных в молоко перед выделением сырной (творожной) массы.

...