Вопрос № 1. Общие сведения

Лекция № 33 БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Литература:

1. Г.Д. Кавецкий, В.П. Касьяненко «Процессы и аппараты пищевой технологии».- М., КолосС, 2008.-591 с.: ил.

2. Плаксин Ю.М. и др. Процессы и аппараты пищевых производств. – 2 –е изд. перераб. и доп. – М.: КолосС, 2006. – 760с.: ил.

План лекции:

1. Общие сведения.

2. Кинетика биохимических процессов.

3. Массообмен в процессе ферментации.

4. Аппаратура для проведения процессов ферментации.

5. Пастеризация и стерилизация.

6. Мойка оборудования.

Контрольные вопросы:

1. В каких производствах пищевой промышленности используются биохимические процессы?

2. В чем суть биохимических процессов?

3. В каких случаях не возникает проблем со стерилизацией воды, воздуха, оборудования?

4. Какими параметрами характеризуется и какими уравнениями описывается кинетика роста микроорганизмов?

5. Какими условиями описывается кинетика биосинтеза продуктов метаболизма?

6. Как устроены и работают аппараты для ферментации?

7. Какие факторы и параметры определяют процессы пастеризации, стерилизации и мойки оборудования?

Биохимические процессы осуществляются с помощью живых микроорганизмов, которые потребляют из окружающей среды — субстрата — питательные вещества — сахарозу, глюкозу, лактозу и другие углеводы. Микроорганизмы дышат, растут, размножаются, выделяют газообразные и жидкие продукты метаболизма, в ре­зультате чего и происходит накопление биомассы или продуктов метаболизма, ради чего и проводится процесс ферментации. Так, при производстве дрожжей, белково-витаминных концентратов целевым продуктом является биомасса, а в других случаях, напри­мер при производстве антибиотиков, ферментов и др., — продук­ты метаболизма, синтезируемые клетками микроорганизмов. При этом продукт жизнедеятельности микроорганизмов может накап­ливаться в клетке либо выделяться в культуральную жидкость.

Микробиологический синтез используют для получения мно­гих ценных продуктов, производство которых методами химичес­кой технологии невозможно или экономически нецелесообразно. Например, получение ферментов, бактериальных препаратов, белка, антибиотиков, некоторых витаминов возможно только пу­тем микробиологического синтеза.

В пищевой промышленности микроорганизмы используют в хлебопекарном производстве при брожении теста, в бродильных производствах (виноделие, пивоварение, производство пищевого спирта, лимонной, молочной и уксусной кислот, дрожжей), в кон­сервировании, а также при переработке сельскохозяйственного сырья. Производство дрожжей связано с получением больших ко­личеств биомассы. Дрожжи, а также некоторые органические кис­лоты получают методом глубинной ферментации микроорганиз­мов в кислой среде. При этом не требуется высокой степени асеп­тики, так как возможность развития посторонней микрофлоры мала.

Питательные среды и культуральные жидкости содержат сахар, спирты и другие компоненты в концентрациях, при которых рост многих микроорганизмов затруднен. В отдельных случаях приме­няют анаэробные бактерии, для культивирования которых не тре­буется кислород, что также затрудняет рост посторонней микро­флоры.

В связи с этим отпадает необходимость в стерилизации боль­ших количеств жидкости, оборудования, его герметизации, тон­кой очистке воздуха. Выделение готового продукта происходит в сепараторах в жидком виде с последующей сушкой в распыли­тельных сушилках.

При получении бактериальных препаратов и веществ, облада­ющих физиологической активностью, таких, как антибиотики, ферментные препараты, закваски, удобрения, витамины, амино­кислоты, гормональные препараты и др., требуется защита рабо­чей среды на стадии ферментации и на других стадиях технологи­ческого процесса от попадания посторонней микрофлоры.

Посторонняя микрофлора может попасть в рабочую среду с культуральной жидкостью, воздухом, подаваемым в ферментатор, или может развиваться в самом аппарате при недостаточной его стерилизации и герметизации. В качестве продуцентов использу­ется не смесь штаммов, а, как правило, один определенный штамм.

Проведение технологического процесса в условиях, сопутству­ющих развитию посторонней микрофлоры при t=25...35°С, рН 6,2...7,2, и в отсутствии строгой стерилизации и герметизации оборудования может привести к полному подавлению роста целе­вого продукта или к резкому снижению его. Поэтому в этих усло­виях предъявляют повышенные требования к асептике: тонкой очистке воздуха, стерилизации оборудования и культуральной жидкости. Синтез проводят в аппаратах с мешалками непрерыв­ного и периодического действия, которые называются фермента­торами. Целевой продукт выделяют из культуральной жидкости путем фильтрования, сепарирования, экстракции, выпаривания и сушки. Наиболее распространенными методами сушки являются распылительная, сублимационная, вакуумная и сушка в псевдо-ожиженном слое. Анализ и расчет ферментаторов основывается на информации о микрокинетике процесса ферментации, который включает ки­нетику роста биомассы в зависимости от концентрации компо­нентов субстрата и других параметров, а также на изучении зако­номерностей массотеплообмена.

Особенности биохимических процессов следующие: образова­ние или разрушение различных продуктов при помощи живых микроорганизмов, саморегулирование, которое обычно направле­но на ускорение роста биомассы. Кроме того, все внутриклеточ­ные процессы протекают и регулируются белковыми биокатализа­торами — ферментами. Клеточные оболочки мембраны обладают избирательной проницаемостью, на внешнее воздействие регуляторные механизмы клетки реагируют приспособительной реакци­ей, направленной обычно в благоприятную для жизнедеятельнос­ти микроорганизмов сторону.

Дата добавления: 2014-01-04