Методами генного конструирования создан микробный суперпродуцент химозина, что значительно расширяет возможности обеспечения сыродельной промышленности молокосвертывающими препаратами. Активность сухих препаратов химозина составляет 100 тыс. условных единиц. За условную единицу принимают то количество молока, которое свертывается ферментом при 35 °С в течение 40 мин.

Широкое распространение в молочной промышленности начинает получать и другой ферментный препарат - бета-галактозидаза. Под действием этого фермента молекула молочного сахара расщепляется на глюкозу и галактозу. Последствия такого превращения значительны. Питьевое молоко с гидролизованным молочным сахаром становится доступным для людей, страдающих непереносимостью лактозы. В концентратах молочной сыворотки, прошедших ферментативную обработку бета-галактозидазой, количество растворенных молекул увеличивается в 1,5-1,8 раза. Соответственно возрастает и осмотическое давление в плазме сгущенной сыворотки, что дает возможность хранить гидролизованные сывороточные концентраты в течение нескольких месяцев при комнатной или ниже комнатной (10-15 °С) температуре.[8]

Применение ферментативного препарата повышает и потребительские качества сывороточных концентратов, так как сладость смеси углеводов после гидролиза лактозы повышается в 5-6 раз и приближается к значению такого показателя для сахарозы. Это позволяет изготавливать из молочной сыворотки глюкозо-галактозные сиропы, которые призваны заменить свекловичный сахар в мороженом, сгущенных молочных консервах, кондитерских и хлебобулочных изделиях.

Промышленные препараты бета-галактозидазы имеют два способа их применения. В одном из них фермент находится в свободном состоянии, его вносят в молочный продукт, где происходит энзиматическая трансформация лактозы. Учитывая достаточно высокую стоимость препарата, этот метод не всегда оправдан с экономической точки зрения.

В другом случае фермент на конечном этапе его производства закрепляется на каком-либо инертном носителе. Шарики, этого носителя с зафиксированной, иммобилизованной на его поверхности бета-галактозидазой загружают в реактор-ферментер, через который прокачивается обрабатываемое молоко или сыворотка. Стоимость ферментативной обработки в этом случае снижается, однако возрастают трудности с очисткой и дезинфекцией носителя и фермента.

По мере развития генно-инженерных приемов создания ферментных препаратов и снижения их стоимости можно ожидать широкое внедрение препаратов в технологические процессы производства молочных продуктов. В частности, в качестве перспективных направлений использования энзимов можно отметить ослабление адсорбционных сил, удерживающих белково-липидную оболочку на поверхности жировых капелек. Это позволит резко сократить затраты механической энергии при гомогенизации молока и изготовлении сливочного масла.

Введение специальных ферментных препаратов в сырную массу создаст условия для программного управления процессами созревания сыров и получения готового продукта с заданными свойствами.[14]

В нашей стране и за рубежом проводятся работы по созданию и использованию иммобилизованных ферментов. Иммобилизованные ферменты - это нерастворимые вещества, в которых фермент связан с каким-либо носителем силами адсорбции или ковалентными связями, либо заключен в матрицы или микрокапсулы. Иммобилизованные ферменты сохраняют свою специфичность и активность, они могут быть легко удалены из конечного продукта, т.е. могут быть использованы многократно. Кроме того, иммобилизация повышает стабильность фермента, позволяет проводить гидролиз втечение продолжительного времени и без добавления чужеродных материалов в готовый продукт. Такие ферменты как пепсин, протосубтилин попользуются для производства сывороточного концентрата КОМС. Сывороточный концентрат КОМС вырабатывается путем сгущения подсырной или творожной сыворотки, предварительно обогащенной растворимыми азотистыми веществами и витаминами. Концентрат предназначается для производства безалкогольных напитков или напитков брожения.

Для обогащения сыворотки используют ее белковые вещества, оставшиеся после операции осветления. Белковые вещества в сыворотке диспергируют, если пропустить сыворотку через центробежный насос в течение 10 - 15 мин, ферментные препараты (пепсин, протосубтилин) готовят в виде раствора. В качестве активатора протеолитических процессов используют автолизированные пивные дрожжи. Одновременно они обогащают сыворотку витаминами группы В и аминокислотами.

Ферментацию сыворотки проводят при периодическом перемешивании в течение 3,5 - 4 ч при температуре 29°С или в течение 1 ч при 40°С. Обогащенную сыворотку нагревают до 93°С, охлаждают до 62°С, фильтруют через бязь и направляют па сгущение. Негидролизованный белок поступает на повторный гидролиз.

Ферментные препараты используются также при производстве молочного сахара-сырца улучшенного. Сущность технологии заключается в том, что в подсгущенную сыворотку для гидролиза остаточных азотистых соединений сиропа вносят ферментный препарат панкреатин при температуре 50 - 55°C [4].

5. Органолептические и функционально-технологические свойства ферментированного сырья

Ферментированные продукты - это продукты, вырабатываемые из цельного молока или его производных (сливок, обезжиренного молока и сыворотки), получаемые сквашиванием самоквасом или заквасками. К кисломолочным продуктам относятся творог, сметана, простокваша, кефир, ряженка, ацидофилин и др.

Ферментированные пищевые продукты, обладающие свойствами относительного поддержания популяций бифидобактерий во время хранения указанных продуктов, обычно не имеют удовлетворительных органолептических свойств, в частности в связи с тем, что вещества, такие как экстракт дрожжей, имеют высокую концентрацию в продуктах.Они характеризуются определенными физико-химическими, органолептическими и технологическими показателями; могут меняться под влиянием различных факторов (стадии лактации, болезни животных, условий содержания и кормления и т. д.), а также при фальсификации молока. Поэтому их определение позволяет оценить натуральность, качество и пригодность к переработке.[4]

Физико-химические свойства. Они обусловливаются составом и свойствами компонентов, содержащихся в нем, следующими показателями: кислотностью, плотностью, вязкостью, окислительно-восстановительным потенциалом и др.

Кислотность обусловливается главным образом наличием кислых солей и белков и характеризуется титруемой и активной кислотностью.

Титруемую кислотность выражают в градусах Тернера. Под градусами Тернера понимают количество миллилитров 0,1 н. раствора щелочи, которое расходуется на нейтрализацию 100 мл молока. В значительной степени титруемая кислотность молока зависит от рационов кормления. Поэтому титруемая кислотность является одним из критериев оценки качества молока при приемке на молочном заводе.

Активная кислотность (водородный показатель (рН)) выражается концентрацией водородных ионов. Водородный показатель - отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода, находящихся в растворе. Величина его изменяется при разбавлении (повышается) или концентрировании (понижается) молока, при термической обработке. Наиболее сильно влияют на изменения рН молока процессы обмена веществ молочнокислых бактерий.В производственных условиях измерение рН необходимо проводить в тех случаях, когда концентрация водородных ионов оказывает решающее влияние на качество и выход молочных продуктов.
От величины рН зависят многие производственные показатели: коллоидное состояние белков молока и стабильность полидисперсной системы молока; условия развития полезной и вредной микрофлоры и ее влияние на процессы сквашивания и созревания; активность дативных и бактериальных ферментов; скорость образования типичных компонентов вкуса и запаха отдельных молочных продуктов. Таким образом, показатель рН служит для молока показателем качества и фактором управления технологическими процессами.

Плотность молока - представляет собой массу молока в единице объема при 20°С (кг/м3), определяемую ареометрическим методом. Плотность зависит от температуры молока и его составных частей. Из-за непостоянства состава молока она колеблется в пределах от 1026 до 1032 кг/м3. Плотность молока изменяется в течение лактационного периода и под влиянием других факторов. Плотность молока от больных животных ниже плотности нормального молока. При добавлении к молоку воды плотность его уменьшается (10% добавленной воды снижает плотность в среднем на 3 кг/м3). Снятие сливок или разбавление обезжиренным молоком вызывает повышение плотности.

Вязкость молока -свойство жидкости оказывать сопротивление при перемещении одной ее части относительно другой. На вязкость молока влияют наличие эмульгированных и коллоидно-растворимых частиц, концентрация жира, величина жировых шариков и распределение их по размерам, наличие агломератов жировых шариков, содержание казеина и его состояние (гидратация, величина мицелл), состояние сывороточных белков, обработка молока после доения, нагревание молока, время лактации и т. д.
Вязкость влияет на физико-химические процессы в производстве молока и молочных продуктов. Высокая вязкость отрицательно сказывается на скорости разделения молока и отделении сгустка в творожных сепараторах, сепараторах-молокоочистителях, сливкоотделителях и бактериофугах.
Отрицательно сказывается высокая вязкость при выработке сметаны и других высокожирных продуктов. Показатель вязкости имеет важное значение при производстве кисломолочных продуктов. Вязкость жидких кисломолочных продуктов зависит от напряжения и скорости сдвига (для неньютоновских жидкостей). Жидкие кисломолочные продукты относятся к аномально вязким (псевдопластичным) жидкостям. Структура продукта определяет его консистенцию. Измерение реологических свойств жидкости кисломолочных продуктов значительно дополняет характеристику их структуры и консистенции.

Органолептические свойства.Они характеризуется определенными органолептическими, сенсорными (от лат. Sensus - чувство, ощущение) свойствами:

· внешним видом,

· текстурой (консистенцией, структурой и смазывающими свойствами),

· цветом,

· вкусом,

· запахом и ароматом.

Эти свойства выявляются благодаря зрительным, осязательным, обонятельным, вкусовым и слуховым ощущениям человека. Органолептический анализ -это качественная и количественная оценка ответной реакции органов чувств человека на свойства продукта. Качественную оценку выражают словесным описанием, а количественную - численно и графически. Органолептические свойства наряду с химическим составом и пищевой ценностью определяют выбор продукта потребителем.Консистенция и структура кисломолочных продуктов определяется сырьем и технологией, а также зависит от способа производства. Органолептические показатели кисломолочных продуктовобусловлены зоотехническими и ветеринарными факторами, химическим составом, условиями получения, технологии, пищевых наполнителей и добавок, вида и качества заквасок, хранения и транспортирования.

Внешний вид и цвет кисломолочных продуктов обусловливается технологией (температурой пастеризации и продолжительностью термообработки), качеством используемых заквасок, пищевых наполнителей и добавок.

Структура и консистенция должны соответствовать требованиям стандарта. Структура продукта связана с его консистенцией. Вязкость зависит от содержания жира, кислотности, режима тепловой обработки и гомогенизации молока, дисперсности белковых частиц. Структура и консистенция кисломолочных продуктов определяется методом производства, видом и количеством внесенных пищевых добавок и наполнителей.

Запах, вкус и аромат зависят от тепловой обработки молока, интенсивности молочнокислого и спиртового брожения, развития ароматобразующих молочнокислых бактерий с образованием диацетила, ацетоина, 2,3-бутилен-гликоля.

При нарушении условий хранения в кисломолочных продуктах происходит ухудшение органолептических свойств в связи с интенсивностью действия ферментов и ферментов заквасочной и посторонней микрофлоры.

Технологические свойства. К ним относят термоустойчивость и сычужную свертываемость.

Термоустойчивость-способность молока выдерживать нагревание при высоких температурах без видимой коагуляции белков. Основными показателями устойчивости белковых молекул в растворе являются поверхностный заряд и степень гидрофильности частиц. Следовательно, факторы, уменьшающие отрицательный заряд казеиновых мицелл и степень их гидратации, будут снижать термоустойчивость молока. К ним относят количественные и качественные изменения химического состава молока, и в первую очередь фракционного состава казеина, степень денатурации сывороточных белков, солевой состав и рН молока. Колебания состава молока зависят от времени года, стадии лактации, породы коровы, рационов кормления и т. д.На термоустойчивость молока влияет также содержание ионов кальция и магния. Повышение кислотности приводит к снижению термоустойчивости, так как в результате уменьшается заряд белковых частиц и часть коллоидных солей кальция переходит в растворимое состояние. Это приводит к агрегации казеиновых частиц и их коагуляции при нагревании.
Термоустойчивость молока контролируют при производстве стерилизованных продуктов, молочных консервов, продуктов детского питания.

Сычужная свертываемость-способность молока свертываться под действием сычужного фермента с образованием довольно плотного сгустка. На сычужную свертываемость молока влияют в первую очередь содержание казеина и ионов кальция: чем выше их содержание, тем быстрее свертывается молоко и плотнее образующийся белковый сгусток.

Содержание казеина и ионов кальция, а также кислотность молока учитывают при оценке сыропригодности молока.[18]

Ферменты.Они представляют собой специфические вещества, катализирующие биохимические реакции. Под действием ферментов молекулы белков, жиров и углеводов расщепляются до простых веществ, выделяя энергию, необходимую для поддержания жизнедеятельности живого организма.

В молоке от здоровых животных, получающих хороший рацион, содержится более 20 ферментов. Большая часть ферментов образуется в клетках молочной железы животного и попадает в молоко во время секреции, другая часть, вероятно, попадает в молоко из крови животного (нативные ферменты). Микроорганизмы молока в процессе своей жизнедеятельности также выделяют много ферментов (микробные ферменты), их насчитывают более 50.

В технологии ферменты играют важную роль. На действии ферментов основано производство сыра и кисломолочных продуктов. Они могут приводить также к нежелательным изменениям составных частей молока и молочных продуктов при хранении, вызывая пороки качества. Наибольшее практическое значение имеют ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные процессы (оксидоредуктазы), и ферменты, катализирующие расщепление составных частей молока: белков, жиров и углеводов (гидролитические ферменты).

К оксидоредуктазам относят дегидрогеназы, оксидазы, пероксидазу и каталазу. Дегидрогеназы и оксидазы ускоряют реакции окисления веществ путем отщепления от них водорода. Пероксидаза и каталаза окисляют различные органические соединения с помощью пероксида водорода.

Нативные дегидрогеназы (редуктазы) находятся в молоке в незначительном количестве. В основном они накапливаются при размножении микроорганизмов. По способности продуцировать редуктазы бактерии располагаются в таком порядке (по степени убывания): пептонизирующие белки, маслянокислые, гнилостные, кокки, молочнокислые, бактерии группы кишечной палочки. Активность редуктаз можно определить по продолжительности восстановления добавленного к молоку индикатора метиленового синего (редуктазная проба). С увеличением числа бактерий в молоке возрастает его восстанавливающая способность. На этом свойстве основано определение общего количества бактерий в молоке по редуктазной пробе. Дегидрогеназы, вырабатываемые молочнокислыми бактериями и дрожжами, играют большую роль при молочнокислом и спиртовом брожении в технологии кисломолочных продуктов.
К оксидазам относят главным образом нативнуюксантиноксидазу. Она окисляет различные альдегиды и пуриновые основания до соответствующих кислот. К оксидазам относят также малоизученную аскорбатоксидазу, катализирующую окисление аскорбиновой кислоты, и некоторые другие ферменты.

Пероксидаза содержится в молоке в значительных количествах, попадает в него из клеток молочной железы и бактериями не выделяется. Она окисляет с помощью пероксида водорода различные полифенолы и ароматические амины. Температура инактивирова-нияпероксидазы около 80°С без выдержки, поэтому по ее присутствию можно определять эффективность пастеризации молока (проба на пероксидазу). Технологического значения пероксидаза не имеет. [11]

Каталаза - фермент, способствующий разложению пероксида водорода. В молоке находятся нативная и микробная каталазы. Повышенное количество каталазы может указывать на наличие в цельном молоке примеси молозива или маститного молока. Активность каталазы определяют для контроля молока, полученного от больных животных.

К гидролитическим ферментам, или гидролазам, относят ферменты, катализирующие процессы гидролитического расщепления. Они разрывают внутримолекулярные связи, за исключением углеродных, присоединяя молекулы воды. К гидролитическим ферментам относят протеазы (протеолитические ферменты), липазы, лактазы, фосфатазы, амилазы.
Протеазы катализируют расщепление белков и продуктов их распада до аминокислот, разрывая пептидные связи. В молоке содержится небольшое количество нативной протеазы. Предполагается, что желирование стерилизованного молока происходит в результате инактивации протеазы при ультравысокотемпературной обработке молока. Нативная протеаза вызывает гидролиз ?-казеина с образованием ?-казеинов.

Протеазы, выделяемые микрофлорой молока, участвуют в процессах созревания сыров, вызывают пороки вкуса в молоке и масле, способствуют росту микроорганизмов, так как при расщеплении белков образуются необходимые для развития микроорганизмов аминокислоты. Под действием протеаз образуются пептоны и протеозы, а также полипептиды и аминокислоты, способствующие развитию аромата в сыре. Если ферментативный гидролиз белка останавливается на стадии образования пептонов или слишком много пептонов появляется на стадии созревания, то это придает сыру горький привкус.

Активность протеолитических ферментов, выделяемых разными микроорганизмами, неодинакова. Например, молочнокислые палочки выделяют более активные протеазы, чем стрептококки. При производстве сыров и некоторых кисломолочных продуктов для свертывания белков молока применяют протеолитические ферменты животного (сычужный фермент), растительного (пепсин) и микробного происхождения.
Липазы катализируют гидролиз эфирных связей триглицеридов молочного жира с отщеплением свободных жирных кислот, ди- и моноглицеридов. Липазы имеют большое значение в молочной промышленности, так как могут быть причиной ярко выраженных пороков вкуса и запаха в молоке и молочных продуктах. Даже следы свободных низкомолекулярных жирных кислот придают молоку и маслу очень неприятный прогорклый вкус.

В молоке присутствуют нативная и бактериальная липазы. Первая находится в молоке в двух видах: мембранная, связанная с оболочками жировых шариков, и плазменная, связанная с казеином. В свежем молоке липаза обычно не активна. Она может активизироваться в процессе хранения молока и молочных продуктов, в результате механического воздействия на молоко (встряхивания, перекачивания насосами и т.д.), замораживания молока или быстрой смены температур в процессе обработки или хранения. Высокой активностью обладают липазы микробного происхождения, выделяемые психротрофными бактериями и плесневыми грибами.

Они могут вызывать прогорклый вкус молока, масла и других молочных продуктов. В некоторых сырах, созревающих при участии плесени или слизи, бактериальная липаза обусловливает образование специфических вкуса и аромата. Действие липазы оптимально при температуре 37°С. Нативная липаза инактивируется при температурах около 80°С, бактериальная липаза - при температурах около 90°С.

Лактаза катализирует гидролиз лактозы с образованием глюкозы и галактозы, которые, в свою очередь, распадаются впоследствии на более простые соединения: кислоты, спирт, углекислый газ и др. Этот процесс является основополагающим при производстве кисломолочных продуктов и сыров. В молоке находится лактаза микробного происхождения. Действие лактазы оптимально при температуре 40°С.

Фосфатазы катализируют гидролиз сложных эфиров фосфорной кислоты, образующихся в организме при обмене веществ. Они попадают в молоко из клеток молочной железы и разделяются по своему действию на щелочную (при рН около 9,0) и кислую (при рН около 4,5) фосфатазы. Щелочная фосфатаза адсорбируется на поверхности жировых шариков, кислая фосфатаза связана с альбуминовой фракцией молока. Температуры, вызывающие тепловую денатурацию щелочной фосфатазы, сопоставимы с температурами, вызывающими денатурацию белков клеток патогенной микрофлоры молока при пастеризации (63°С в течение 30 мин, 72°С в течение 15 с и 80°С без выдержки). Отсутствие щелочной фосфатазы в пастеризованном молоке служит доказательством эффективности данных режимов. Фосфатазы способны к реактивации и могут быть обнаружены в молоке через некоторое время после пастеризации.

Амилаза катализирует гидролиз полисахаридов до декстринов и мальтозы. Она попадает в молоко из клеток молочной железы. Действие амилазы оптимально при рН 7,4 и температуре 37°С. Режимы пастеризации молока приводят к инактивации амилазы.

Лизоцим - очень важный фермент, обнаруженный в молоке, катализирует разрушение полисахаридов клеточных стенок бактерий. Это приводит к гибели последних, и таким образом лизоцим обеспечивает бактерицидные свойства свежевыдоенного молока.

Заключение

Таким образом, курсовой проект по теме «Применение микробной ферментации в молочной промышленности» является заключительным этапом обучения по дисциплине «Пищевая биотехнология» и имеет цель - систематизация, закрепление и расширение теоретических и практических знаний по данной дисциплине и применение этих знаний при решении конкретных производственных, технологических и научных задач. Курсовой проект выполнен по актуальной тематике и включает аналитический обзор литературы с обсуждением и выводами по новейшим научным, научно-техническим, научно-популярным и учебным изданиям, основы биотехнологических процессов пищевых производств с акцентом на молочную отрасль. В основе работы лежит аналитический обзор по актуальной проблеме развития биотехнологии в перерабатывающей отрасли с применением экологически безопасных приемов и методов.

Также в работе освещен вопрос безоговорочной значимости ферментов (энзимов) в процессах производства молочной промышленности. Кроме того, ферменты необходимы для любого живого организма. Без ферментов невозможен правильный обмен веществ в организме. Любая биохимическая реакция для своего нормального протекания требует ферментов, которые участвуют и в процессах пищеварения, и в процессах вывода шлаков, и в процессе обновления клеток организма, и в защите организма от инфекций.

Ферменты (энзимы) - биологические катализаторы белковой природы, способные во много раз ускорять химические реакции, протекающие в животном и растительном мире. Велико значение ферментов в пищевой промышленности. Сыроварение, виноделие, производство кисломолочных продуктов, пивоварение, хлебопечение, производство животных жиров, лимонной кислоты - всё это и многое другое - технологические процессы пищевой промышленности, в которых главным действующим лицом являются ферменты.[17]

Список литературы

1) Антонова, И.А. Пищевая биотехнология. Книга 1. Основы пищевой биотехнологии / И.А. Рогов, Л.В. Антонова, Г.Л. Шуваева.[Текст]- М: Колос, 2010. - 440 с.

2) Бекер, М. Е. Биотехнология микробного синтеза / М. Е. Бекер.[Текст]- М.: Зинатне, 2010. - 350 с.

3) Волова, Т.Г. Биотехнология / Т.Г. Волова.[Текст]- издательство СОРАН, Новосибирск, 2012. - 231 с.

4) Голубев, В. Н. Пищевая биотехнология / В. Н. Голубев, И. Н. Жиганов.[Текст]- Издательство ДеЛиПринт, 2011. - 285 с.

5) Горбатова, К.К. Физико-химические и биохимические основы производства молочных продуктов / К.К. Горбатова. [Текст]- СПб.: ГИОРД, 2011. - 352 с.

6) Дебабов, В. Г. Биотехнология / В. Г. Дебабов, В.А. Лившиц // Биотехнология.[Текст]- М.: Высшая школа, 2013. - 245 с.

7) Карычев, Р.З. Переработка молока / Р.З. Карычев, О. М. Соколова // [Текст]-2009. - №10.- С 12-13

8) Оноприйко, А.В. Технология молочных продуктов / А.В. Оноприйко, А.Г Хримцова.[Текст] -Издательство «Март», Ростов-на-Дону, 2012. - 322 с.

9) Охрименко, О.В. Биохимия молока и молочных продуктов: методы исследования / О.В. Охрименко. [Текст]-Вологда: ИЦ ВГМХА, 2011. - 201с.

10) Родионов, Г.В. Технология производства и переработки животноводческой продукции / Г.В. Родионов.[Текст]- М.: КолосС, 2011. - 512 с.

11) Шидловская, В.П. Органолептические свойства молока и молочных продуктов: Справочник / В. П. Шидловская.[Текст]- М.: Колос, 2010.-280 с.

Размещено на Allbest.ur