Биотехнологическое получение пищевых продуктов (хлеб, сыр, йогурт)

Введение

Биотехнологии заняли прочное место в пищевой промышленности. В основе производства многих пищевых продуктов (хлебобулочные изделия, кисломолочные продукты и т. д.) лежит использование биохимических процессов, протекающих в микроорганизмах, так как практически все используемые в качестве сырья органические вещества могут служить для них субстратом. Используемые микроорганизмы могут выполнять разную роль: синтезировать необходимые ферменты и другие метаболиты, необходимые для производства того или иного продукта, а некоторые из них культивируются для непосредственного употребления. Использование биотехнологии позволяет улучшить качество продукции, повысить её питательную ценность и снизить издержки производства.
В рамках данной работы будут рассмотрены биотехнологические аспекты производства таких пищевых продуктов, как хлебопродукты, сыр и йогурт. Эти пищевые продукты производятся с использованием молочнокислых бактерий и дрожжей


1 История пищевой биотехнологии

Применение микроорганизмов или их энзимов для получения пищевых продуктов известно еще с незапамятных времен. Люди выступали в роли биотехнологов, занимаясь сыроделием, хлебопечением, производством кисломолочных продуктов, применяя биохимическую активность микроорганизмов, даже не имея представления, что лежит в основе данных процессов. Систематизация научных знаний позволила существенно расширить методы и средства биотехнологии [1].

2 Производство хлебопродуктов

В основе производства лежит сложный цикл биохимических и микробиологических процессов, которые происходят в тесте во время смешивания воды с мукой и завершающихся выпеканием [2].
Как правило, в составе муки, используемой для выпекания ржаного и пшеничного хлеба, содержатся вещества, нужные для развития микроорганизмов. Помимо крахмала в муке содержится до 2% легкоусвояемых углеводов (глюкоза, фруктоза, мальтоза), влияющие на первоначальные стадии брожения. Гидролиз крахмала амилолитическими ферментами, в ходе которого образуются простые углеводы, обеспечивает процесс брожения и газообразование при приготовлении теста. Также в состав муки входят белковые азотсодержащие, небелковые азотсодержащие (свободные аминокислоты и амиды) вещества и небольшое количество минеральных веществ [2].
Мука всегда имеет в своем составе большое количество дрожжей и микроорганизмов, которые вносятся с добавками в тесто. Брожение теста обеспечивают молочнокислые бактерии и дрожжи, для которых создаются в этом случае благоприятные условия: оптимальная влажность, малое содержание молекулярного кислорода и наличие субстрата. Микробные процессы и происходящие биохимические метаморфозы в тесте определяют окраску, сохранение свежести, пористость хлеба [2].
Как правило, при изготовлении хлебопродуктов из пшеничной муки используются спрессованные дрожжи. Данные дрожжи производят на специализированных дрожжевых заводах; в состав питательной среды входит меласса и необходимые питательные элементы. Выращенные на такой питательной среде дрожжи при аэрации сепарируют, промывают и прессуют [2].
Для получения хлебопекарных дрожжей используют быстрорастущие расы верхового брожений, которые должны удовлетворять следующим требованиям: иметь крупные клетки, отлично сбраживать сахара при повышенной концентрации сухих веществ в составе теста, быть осмотолерантными и устойчивым к негативным примесям мелассы, иметь высокую удельную скорость роста, обладать мальтазной активностью и большой подъёмной силой. Подъёмная сила дрожжей обусловлена активностью бродильных ферментов клетки, энзиматического комплекса, а мальтазная активность демонстрирует о скорости потребления мальтозы [2].
При хлебопечении используют и сухие дрожжи влажностью 7-10%, изготовленные путем высушивания прессованных

. В отeчественном производстве используют различные расы Saccharomyces cerevisiae [2].
Ржаной хлеб зачастую готовят с применением густых заквасок, основу которых составляют чистые культуры гомо- и гетероферментативных молочнокислых бактерий дрожжей [2].
Жидкие закваски являются полуфабрикатом на производстве, где одновременно на осахаренных заварках развиваются непрерывно-поточным способом дрожжи и мезофильные молочнокислые бактерии. Применение жидких заквасок вызывает снижение рН в тесте [2].
Жидкие дрожжи также являются полуфабрикатом, но их основной компонент, обеспечивающий брожение, представлен микроорганизмами. Для получения данного продукта охлажденная до 50 оС осахаренная заквашивается бактериями L. delbrueckii. В другой емкости на закисшем заторе выращиваются дрожжи, применяемые для разрыхления теста [2].
Осмофильные и неосмофильные виды способны вызывать порчу хлебопекарных изделий. Появление неосмофильных дрожжей обуславливает три вида порчи. S. cerevisiae и некоторые другие дрожжи, заражая хлеб после выпечки, способны ухудшить качество хлеба и обеспечить появление устойчивого запаха. Образующие гифы дрожжи дают на хлебе видимый рост. Hyphopichia burtonii могут стать причиной возникновения на темных сортах хлеба белого налета [2].
Такие осмофильные дрожжи, как Zygosaccharomyces rouhii и Zygosacch. Bisporus особенно опасны для кондитерских хлебопекарных изделий [2].

3 Производство сыра

Качество производимой продукции напрямую зависит от качества перерабатываемого сырья, к которому в сыроделии предъявляются высокие требования. Основным сырьём для получения является молоко, обладающее определенными свойствами. Важнейший этап превращения молока в сыр - это свертывание молока. Сыроделие относится к числу производств, где микробиологические процессы выполняют важнейшую роль. Существует огромное количество протеолитических ферментов микробного происхождения, способных коагулировать комплекс казеина [3].
Молочнокислые бактерии являются неотъемлемой частью производства сыров. Они вносятся в сырьё в виде специально подготовленных и отобранных комплексов – заквасок [3].
Молочнокислые бактерии в ходе брожения преобразуют лактозу в молочную кислоту, углекислый газ, в летучие жирные кислоты и карбонильные соединения; инициируют гидролиз липидов; расщепляют некоторые белки до пептидов. При интенсивном молочнокислом брожении происходит значительное накопление аминокислот [3].
Благодаря биохимической активности микроорганизмов происходит подавление вредной микрофлоры [3].
Эффективность использования заквасок, их влияние на качество выходного продукта во многом зависит от видового и группового состава закваски, физиологических и биохимических свойств микрофлоры, составляющей закваску [3].
Одним из важных свойств молочнокислой микрофлоры является её ферментативная активность (гликолитическая, липолитическая и протеолитическая) [3].
Гликолитическая активность микроорганизмов обуславливает их способность сбраживать лактозу в молочную кислоту. Активная кислотность сыра зависит от кислотообразующей способности бактерий. Повышенная активная кислотность вредна для происходящих биохимических процессов, вызывает ингибирование роста биомассы и подавление ферментативной активности [3].
В результате гидролиза липидных и фосфолипидных компонентов сырья образуются в незначительном количестве свободные жирные кислоты и другие вещества, которые оказывают влияние на аромат и вкус сыра [3].
Большое значение имеет протеолитическая активность молочнокислых бактерий, так как она способствует убыстрению процесса созревания и благоприятно влияет на его вкусовые свойства [3].
Газообразующая способность микрофлоры играет большую роль для сыров с развитым рисунком