ПИЩЕВАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ ПРОДУКТОВ ИЗ СЫРЬЯ ЖИВОТНОГО И РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Биотехнология в производстве кисломолочных продуктов и сыра

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 80 °С, и оно закачивается в ганки 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, биофруктолакг, биолакг, 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 pH 4-6 казеин коагулирует.

Производство кисломолочных продуктов нового поколения базируется на знании биотехнологии, в основе которой лежат микробиологические процессы.

Применительно к кисломолочным продуктам биотехнология развивается по следующим направлениям:

  • - совершенствование классических технологий кисломолочных продуктов с использованием штаммов молочнокислых бактерий, созданных с помощью новых методов селекции;
  • - разработка нового поколения кисломолочных продуктов с применением новых видов микроорганизмов-пробиотиков и продуцирующих биологически активные вещества.

Основным биохимическим и физико-химическим процессом протекающим при производстве кисломолочных напитков и сметаны, является молочнокислое брожение. Сущность молочнокислого брожения состоит в том, что молочный сахар под действием ферментов микроорганизмов сбраживается до молочной кислоты, происходят коагуляция казеина и образование сгустка. Молочнокислое брожение бывает гомоферменгативным и гетероферменгативным. При гомоферменгативном брожении основным продуктом является молочная кислота. При гетеро- ферментативном брожении образуются диацетил (придающий вкус сливочному маслу), спирты, эфиры, летучие жирные кислоты. Одновременно идут протеолитические и лииолитические процессы, что делает белки молока более доступными и обогащает дополнительными вкусовыми веществами.

При спиртовом брожении, протекающем при участии молочных дрожжей, молочный сахар сбраживается до этилового спирта и углекислого газа. Одновременно при молочнокислом и спиртовом брожении протекают побочные процессы с образованием летучих кислот, углекислого газа, эфиров и других соединений, которые участвуют в формировании вкуса и запаха продукта.

Основной микрофлорой кисломолочных продуктов являются, молочнокислые бактерии и дрожжи. В лабораториях микроорганизмы выделяют в чистом виде и специально выращивают (культивируют). Такие микроорганизмы, выращиваемые в специальных целях, называются культурами (например, культура молочнокислого стрептококка).

Молоко, сквашенное путем внесения в него определенных культур молочнокислых бактерий или дрожжей, называется закваской и предназначается для сквашивания молока при производстве кисломолочных продуктов.

Основные кисломолочные продукты в зависимости от применяемых при их производстве заквасочных микроорганизмов могут быть разделены на пять групп, представленных ниже.

I - продукты, приготовляемые с использованием многокомпонентных заквасок (кефир, кумыс);

II - продукты, приготовляемые с исполь зованием мезо- фильных молочнокислых стрептококков (творог, сыр домашний, сметана, простокваша обыкновенная);

III - продукты, приготовляемые с использованием термофильных молочнокислых бактерий (йогурт, простокваша мечниковская, южная, ряженка, варенец и др.);

IV - продукты, приготовляемые с использованием мезо- фильных и термофильных молочнокислых бактерий (сметана пониженной жирности, творог, напитки пониженной жирности с плодово-ягодными наполнителями);

V - продукты, приготовляемые с использованием ацидофильных палочек и бифидобактерий (ацидофильное молоко, ацидофилин, ацидофильно-дрожжевое молоко, ацидофильная наста, бифилин, детские ацидофильные смеси).

При производстве кисломолочных напитков применяют два способа: термостатный и резервуарный.

При термостатном способе производства кисломолочных напитков сквашивание молока и созревание напитков протекает в бутылках в термостатных и хладостатных камерах.

При резервуарном способе производства заквашивание, сквашивание молока и созревание напитков происходит в одной емкости (молочных резервуарах).

Кисломолочные напитки, выработанные резервуарным способом, после созревания и перемешивания разливают в стеклянную или бумажную тару, поэтому сгусток у них по сравнению с напитками, полученными термостатным способом, нарушенный - имеющий однородную сметанообразную консистенцию.

Биотехнолог ии 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 самыми разнообразными - от мягких до твердых.

Мяг кие 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 два этапа, до и после стадии выделения. Сначала молоко инокулируюг определенными штаммами микроорганизмов, приводящими к образованию молочной кислоты. Размножение молочнокислых бактерий при скисании молока - это важный технологический процесс, так как они подавляют размножение других бактерий и тем самым обусловливают требуемые вкусовые качества и аромат сыра. Молочнокислые бактерии положительно влияют на желудочно-кишечную микрофлору. После внесения бактерий молоко инкубируют при определенной температуре и в результате оно скисает. Для углубления этого процесса - гидролиза белка, искусственно вносят протеолитический фермент, называемый сычужным ферментом или реннином. Реннин образуется в сычуге - в четвертом отделе желудка ягненка или теленка, вскормленных молоком. С возрастом организм животных вместо сычужного фермента вырабатывает другие протеолитические ферменты, не вызывающие образования сыра.

Функции реннина могут выполнять и другие протеиназы, но реннин также участвует в процессе 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 подвергается дополнительной обработке, 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.

Производство сычужного фермента в мировом масштабе составляет 25 млн литров. Несмотря на это, сычужный фермент является дефицитным и лимитирующим компонентом в технологии производства сыра.

В результате многочисленных поисков получен протеолитический фермент микробного происхождения с аналогичной сычужному ферменту субстратной специфичностью. Этот фермент частично восполнил дефицит сычужного фермента. Другая значительная биотехнологическая новизна заключается в клонировании гена реннина в одну из культур мицелиальных грибов. Это позволило получить абсолютный аналог сычужного фермента.

Для промышленных целей сычужный фермент получают из животных организмов (ягнят, телят, поросят) и из культур грибов.

По данным на 1998 г., аналог реннина, выделенный из грибов, удовлетворяет потребность в этом ферменте на одну зреть. Микробный фермент широко используется в США и Франции - странах с большими традициями производства сыра.

Сразу же после внесения в молоко фермента, выделенного из животных или микроорганизмов, происходит ограниченный протеолиз казеина. Коагулированный казеин образует гелеиодоб- ную массу и соединяется с жиром, после чего сыворотку фильтруют, отжимают остаточную воду и высушивают завертыванием в ткань. Следующим этапом технологии является созревание сыра. Производство сыра из молока — дегидратационный процесс, при котором происходит концентрирование казеина и жира в 6- 12 раз. В процессе созревания некоторых сыров практикуется искусственное размножение микроорганизмов (бактерии и грибы) для придания сыру специфическог о вкуса и аромата.

Вкус, аромат и качество разных сортов сыра определяют следующие факторы: разновидность молока (козье, коровье, овечье), температура приготовления сыра, наличие вторичной микрофлоры.

Если первичная микрофлора - молочнокислые бактерии осуществляют формирование сыра как продукта, то вторичная микрофлора (бактерии, грибы) придают аромат и свойства, определяющие специфический вкус сыра.

Микрофлора, вводимая с закваской, оказывает основное влияние на вкус и аромат сыров, поэтому выбор соответствующих культур является вопросом первостепенной важности.

Молочнокислые закваски, используемые при производстве всех сортов сыра из пастеризованного молока, различаются в основном по оптимальной температуре развития. Так, при производстве молодых несозревших сыров используют окисляющие культуры Streptococcus lactis, хорошо развивающиеся при 15-18 °С, тогда как при производстве мягких сыров пользуются штаммами этого же стрептококка, размножающимися в интервале между 20 и 32 °С. При приготовлении грюйера применяют термофильные культуры, такие, как Streptococcus thermophilus и Lactobacillus helveticus, оптимальная температура размножения которых 40-50 °С. Обычно используют сразу несколько видов бактерий, так как каждый из них должен оказать свое действие на определенной стадии производства. Так, при приготовлении сенполена пастеризованное молоко обсеменяют комбинированными культурами, включающими в себя штаммы окисляющих молочнокислых бактерий с оптимальной температурой развития между 30-34 °С, следовательно, способные действовать во время свертывания, и штаммы, обладающие наибольшей активностью при 20 °С, т. е. действующие в период обезвоживания сыров под прессом.

При производстве чисто сычужных сыров сыродел использует молочнокислую закваску для обезвоживания и созревания сырного теста. По этой причине в сыроделии предпочитают использовать молочнокислую закваску, титруемая кислотность которой не превышает 60-65 °Т. При такой степени кислотности бактерии находятся в стадии максимального размножения и не могут быть частично парализованными излишком кислотности. Кроме того, в молоке удобно распределять закваску, которая не полностью свернулась.

В процессе производства сыров, созревающих при участии плесеней, все чаще и чаще прибегают к грибковым закваскам.

Речь идет о культурах Penicitllium candidum, способствующей созреванию сыров с поверхностной плесенью (Камамбер, Бри и др.) и Penicillium glaucum, вызывающей мраморносгь сыров с типичной плесенью (Рокфор, Бле д'Овернь и др.).

Закваски из Penicillium candidum могут состоять из споровых суспензий, образовавшихся из чистых культур. В сыром молоке всегда содержится достаточное количество подщелачивающей флоры, не требующей дополнительного обсеменения.

Приготовление чистых культур красных бактерий основывается на том же принципе, что и приготовление чистых культур из спор плесеней. Бактерии выращивают в ящиках на среде из пептонизированной молочной сыворотки, pH которой равен 7,5. После выдерживания, когда на поверхности среды уже появились колонии, поверхность промывают стерильной водой, чтобы получить суспензию красных бактерий, которую добавляют к молоку перед свертыванием его сычужным ферментом или разбрызгивают по поверхности сыров перед созреванием.

Закваски из красных бактерий используют только при производстве мягких сыров, созревающих при помощи плесеней, или сыров из промытого зерна, изготовленных из пастеризованного молока. В продаже также встречаются сухие споровые культуры. Закваска Penicillium candidum чаще всего используется именно в виде суспензии. Суспензию нужно распылять но поверхности хорошо обезвоженного сгустка, но ни в коем случае не добавлять ее непосредственно в молоко до заквашивания его сычужным ферментом, что иногда делают с закваской Penicillium glaucum. Таким путем стараются вызвать развитие белой плесени на поверхности, а не внутри сыра.

Что же касается сухих заквасок Penicillium candidum, то их обычно применяют в смеси с солью, вследствие чего обсеменение сыров сочетается с посолкой.

Принцип приготовления чистых споровых суспензий плесеней довольно прост, но требует, тем не менее, соблюдения строгих мер предосторожности.

При использовании обычных методов, прежде всего, выделяют плесень, обладающую удовлетворительными морфологическими и биохимическими свойствами. Этот штамм сохраняют в наклонной пробирке на среде желатинообразной культуры с pH 3,5. Пересадка через каждые 8 и К) дней достаточна для обеспечения жизнеспособности культур.

При помощи этой культуры обсеменяют жидкую питательную среду, состоящую в основном из молочной сыворотки, у которой значение pH было скорректировано для создания оптимальных условий развития плесени. Эта среда выстилает очень тонким слоем нижнюю плоскость ящика, который держат в лежачем положении в помещении с подходящей температурой (от 10 до 20 °С в зависимости от типа плесени) и хорошо проветривают, чтобы обеспечить интенсивное дыхание Penicillium. Через несколько дней на поверхности среды образуется мицели- евый покров, а еще через 8 или 15 дней появляются споры. Чтобы восстановить их, питательную среду осторожно удаляют из ящика. Оставшуюся на дне ящика плесень энергично промывают при помощи 200-300 мл стерильной воды. В результате получают споровую взвесь, которую фильтруют в асептических условиях, чтобы задержать частички мицелия, унесенные во время промывки. Профильтрованная суспензия сохраняется в стерильных бутылочках или ампулах при низкой температуре во избежание преждевременного прорастания спор. Однако следует опасаться замораживания, причем не только потому, что бутылочки могут лопнуть, но и потому, что споры утратят всхожесть. В то же время летом взвесь следует защищать от солнца, т.к. при температуре свыше 40 °С споры ослабевают, а иногда и гибнут.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >