Біотехнологія отримання молочних продуктів

За виробництва продуктів харчування широко застосовують процес ферментації. Цей процес здебільшого є переробкою сільськогосподарських продуктів і продуктів харчування за допомогою цвілі.

У харчовій промисловості ферментацію застосовують головним чином для отримання молочних продуктів. У квашенні молока зазвичай беруть участь стрептококи і молочнокислі бактерії; лактоза при цьому перетворюється на молочну кислоту.

Шляхом використання інших реакцій, які супроводжують головний процес або здійснюються при подальшій обробці, отримують й інші продукти переробки молока. Серед них − пахта, кефір, сметана, йогурт і сир. Властивості кінцевого продукту залежать при цьому від характеру і інтенсивності реакцій ферментації. Ті реакції, що здійснюються поряд із основним процесом утворення молочної кислоти, і визначають зазвичай особливі властивості продуктів. Так, саме вторинні реакції ферментації, що відбуваються при дозріванні сирів, визначають смак окремих їх сортів. У деяких таких реакціях беруть участь пептиди, амінокислоти і жирні кислоти, що присутні в продуктах.

У молоці за ферментації можуть протікати шість основних реакцій, в результаті яких утворюється: 1 − молочна, 2 − пропіонова або 3 − лимонна кислота, 4 − спирт, 5 − олійна кислота або ж, 6 − відбувається колиформне газоутворення. Головна з цих реакцій − утворення молочної кислоти. На ній засновані всі способи ферментації (квашення) молока. Лактоза молока гідролізується при цьому з утворенням галактози і глюкози. Зазвичай галактоза перетворюється на глюкозу ще до квашення. Наявні в молоці бактерії перетворюють глюкозу на молочну кислоту. Утворення згустка казеїну відбувається в ізоелектричній точці цього білка (рН 4,6) під дією молочної кислоти. Цей процес лежить в основі сироваріння.

За виробництва швейцарського сиру ключову роль відіграє маслянокисле бродіння з утворенням вуглекислого газу. Саме воно обумовлює своєрідний смак (букет) цих сирів і утворення вічок. Характерний смак пахти, сметани і вершкового сиру формується в результаті лимоннокислого бродіння. Він поєднує складові смаки діацетилу, пропіонової і оцтової кислот та інших близьких до нихсполук.

Молочні продукти, отримані на основі спиртового бродіння, мало відомі в Європі і Америці. Такий тип бродіння знайшов застосування при переробці молока в Росії, але у виробництві інших продуктів він вважається небажаним. Зазвичай зростання його дріжджів (Torula) прагнуть подавити. Небажані, також, маслянокисле бродіння і колиформне газоутворення.

Різні процеси ферментації молока проходять в контрольованих умовах. Протягом багатьох минулих тисячоліть вони здійснювалися за участю бактерій, початково присутніх у молоці. У наш час для цього використовують різноманітні закваски, що дозволяють отримувати молочні продукти необхідної якості і типу. Культури живих бактерій, що застосовуються при цьому, можуть представляти або один якийсь штам певного виду (культури моноштамів), або декілька штамів або видів (багато штамові або змішані культури). Комерційні культури-закваски складаються з бактерій, що утворюють молочну кислоту і пахучі речовини.

Вибір і склад комбінацій, що використовується з цих штамів і видів бактерій визначаються бажаними властивостями і умовами отримання продуктів, наприклад, швидкістю утворення молочної кислоти.

Використання ферментів у молочній промисловості. Отримання сиру із молочних білків − приклад типової ферментації в твердому середовищі, яка є способом зберігання молока. Якщо не вжити особливих запобіжних засобів, у молоко швидко потрапляють бактерії й інші мікроорганізми, що заквашують його, зброджуючи лактозу на молочну кислоту. В наші дні за рівнем збуту виробництво молочнокислих продуктів посідає друге місце в світі серед видів промисловості, в яких використовуються мікробіологічні процеси (після виробництва алкогольних напоїв).

У молочній промисловості широко використовують ферменти з метою підвищення якості продукції і розширення асортименту. Для коагуляції білків при виготовленні сиру застосовують сичужний фермент ренін (хімозин), що отримується із шлунку (сичуга) молодих телят. Нині більше 500 сортів сиру виготовляють із застосуванням реніну (хімозинові сорти). Він є ефективним згущувачем казеїну і розщеплює мінімальну кількість молочних білків до водорозчинних компонентів. Щоб задовольнити попит на ренін, розроблено декілька способів отримання аналогічного ферменту мікробного походження. Ще в 20-і роки було запропоновано використовувати в сироварінні протеази цвілевого гриба роду Мисоr, проте ці гриби виявилися непридатними, головним чином через синтез неприйнятних побічних продуктів. У 60-і роки було виділено два термофільних штами мукоральних грибів Мисorpusilus і М. miehei, які синтезують відповідні ферменти, хоча виявилось, що мікробний ренін має вищу порівняно з тваринним протеолітичну активність.

Добрими згущувачами є також протеази інших мікроорганізмів (Pseudomonasmixoides, Bacilluslicheniformis, Edotheaparasitica та ін.). В даний час у сироварінні використовують близько 10% реніну мікробного походження. Є відомості про успішну трансплантацію в клітини бактерій гена, який відповідає за синтез реніну в організмі тварин, що суттєво збільшує можливості використання мікробного реніну.

У молочній промисловості застосовують каталазу, використання якої спільно з пероксидом водню дозволяє виключити процес пастеризації, що проводиться з метою інактивації патогенної і сторонньої мікрофлори. Внаслідок пастеризації частково втрачаються природні ферменти молока. Пероксид водню в концентрації 0,2...0,3% від об'єму молока виконує функції дезінфектора, що суттєво не впливає на ферменти молока (ліпазу, протеазу, фосфатазу). Добавки каталази інактивують залишки пероксиду водню в молоці.

Молочнокислі продукти. У кожного народу є хоча б одне національне блюдо, приготовлене шляхом бродіння. У Вірменії широко споживають мацоні, в Болгарії популярний кефір, у Франції − сири типу Рокфор, в Україні − ряжанка, російська кухня неможлива без житнього хліба і кислого молока. З національних блюд ці продукти перетворилися на загальновизнані, інтернаціональні.

Ще І.І. Мечников наприкінці минулого століття звернув увагу на важливість нормальної діяльності кишкової мікрофлори, а у разі порушення − необхідність її відновлення за допомогою молочнокислих бактерій Lactobacillusacidophilus, що запобігають розвитку чужорідних мікробів. Чисті культури цих бактерій використовують для отримання ацидофіліну. Його виготовляють із стерильного молока (стерилізація 15 хв. за температури 120°С або 30 хв. за температури 110°С), додаючи чисту посівну культуру і витримуючи 20...48 год. за температури 35...37°С до отримання продукту необхідної кислотності. Кількість живих бактерій L. acidophilus в ацидофіліні повинна бути не менше 200 млн. на 1 мл., вміст молочної кислоти в добре приготовленому ацидофіліні 0,65...0,75%. Під час бродіння ацидофільні бактерії синтезують органічні кислоти (в основному молочну), асимілюючи глюкозу, галактозу, лактозу та інші цукри.

Як популярний вітчизняний молочнокислий продукт можна вважати кефір. В глибоку старовину для приготування кефіру кобиляче, козине, овече або коров'яче молоко засівали так званими «зернами кефірів». Це була природна симбіотична мікрофлора, що включає молочнокислі бактерії Lactobacilluscasei, дріжджі Saccharomyceskefir і деякі види супутніх стрептококів. Молоко зброджувалося в бурдюках; внаслідок виділення діоксиду вуглецю напій ставав шипучим. Сучасний кефір головним чином готують шляхом закваски коров'ячого молока.

Мікрофлора іншого молочнокислого продукту – йогурту змішана, його отримують за зброджування цільного молока сумішшю двох симбіотичних молочнокислих бактерій: Lactobacillusbulgaricus і Streptococcustermophilus, але домінує болгарська паличка Lactobacillusbulgaricus що зброджує глюкозу, галактозу і лактозу. Для отримання бажаної консистенції продукту, смаку і запаху ці організми повинні міститися в культурі приблизно в рівних кількостях. Кислоту на початку закваски утворює в основному S. thermophillus. Змішані закваски потрібно часто оновлювати, оскільки повторні пересівання несприятливо позначаються на співвідношенні видів і штамів бактерій: у них починає домінувати L. Bulgaricus. Бродіння підтримується за температури близько 40°С. Індикатором для визначення закінчення бродіння є значення рН 4,7...4,6. Своїм характерним смаком йогурт зобов'язаний молочній кислоті, що отримується з лактози молока, і ацетальдегіду. Обидві ці речовини виробляються L. bulgaricus.

Сироватка − це побічний продукт сироваріння. Не так давно її відносили до відходів промисловості, але останнім часом у цій галузі намітилися зміни: все популярнішим стає використання сироваткидля виробництва підсолодощів за допомогою лактази. В Англії отримувані при цьому глюкозу і галактозу використовують у хлібопеченні, кондитерській промисловості і для виробництва морозива. Лактазу отримують із Aspergillusniger. Одержання цукрів із сироватки налагоджено як в СІП A (Corning/Kroger), так і в Англії (Corning/DairyCrest).

Із молочних продуктів найпростіше отримувати масло. Вершки використовують з концентрацією від 30...32 до 30...40% залежно від сорту масла, що виробляється. За їх збивання емульсія масла у воді перетворюється на емульсію води в маслі. При виробництві масла для поліпшення смаку і кращого збереження використовують особливі культури бактерій. Поліпшення смаку було досягнуто шляхом створення спеціальних штамів бактерій, що відібрані за здатністю синтезувати певні речовини, що впливають на смак. Першими для цієї мети були використані штами Streptococcuslactis і близьких видів, а потім − змішані культури, включаючи Streptococcuslactis, Leuconostoccitrovorum i L. dextranicum.

Окрім поліпшення смаку, таким шляхом удається усунути деякі небажані присмаки. Перспективний спосіб доопрацювання масла заснований на додаванні ліпаз. Впровадження його дозволить пускати масло в продаж безпосередньо з маслоробки.

Пахту отримують за бродіння знятого або напівзнятого молока під дією суміші молочнокислих і споріднених ним бактерій. Зброджений продукт отримують зі свіжої пахти, а частіше зі знятого молока шляхом додавання закваски, що використовується за виробництва масла. Ця закваска є сумішшю молочнокислих стрептококів (S. lactis або S. cremoris) і утворюючих ароматичні речовини бактерій (L. citrovorum і L. dextranicum). Ті та інші бактерії необхідні для формування повноцінного смаку і запаху пахти; стрептококи при цьому домінують. Роль молочнокислих стрептококів у заквасці полягає в утворенні молочної кислоти (вона дає бажаний кислуватий смак), згортанні молока і зниженні рН до значень, за яких, створюючи ароматичні речовини, бактерії синтезують найбільшу кількість летких кислот.

Сметана. її готують майже так само, як заброджену пахту. До вершків додають 0,5... 1,0% заквасок, що використовуються за виробництва масла. Далі продукт витримують, поки концентрація кислоти не досягне 0,6%.

Серед інших ферментних молочних продуктів є кумис, який отримують з кобилячого молока за допомогою молочнокислих бактерій (Lactobacilluscaseiu й ін.), стрептококів і дріжджів, що зброджують лактозу, а також вілія, яку п'ють у Фінляндії.

Приготування сиру. Сир готують з отриманого в результаті згортання казеїну цільного або знежиреного молока. Згортання казеїну відбувається під впливом мікробних ферментів і молочної кислоти, або за допомогою сичужного ферменту. У згортанні беруть участь молочнокислі бактерії Streptococcuslactis, S. cremoris, S. diacetilactis, Leuconostoccitrovorus. Внаслідок згортання білка кальцій відокремлюється від казеїну, останній випадає у вигляді пластівців водонерозчинної казеїнової кислоти. Для виготовлення різних видів сиру використовують овече, козине, коров'яче або кобиляче молоко. Залежно від технології сироваріння сироватку повністю або частково відокремлюють від сиру на фільтр-пресі. Сир засівають культурами мікроорганізмів відповідно до отримуваного сорту. Процес приготування сиру починається з додавання до молока культури бактерій (одного або декількох видів). Щоб молоко згорнулося, до суміші додають протеолітичний фермент. Традиційно для цього використовували сичужний фермент, але останнім часом він все частіше замінюється мікробіологічними ферментами. Молоко, що згорнулося, відокремлюють від сироватки, пресують, щоб віджати частину води, і заготрають у тканину для висушування. У процесі твердіння продукту мікроорганізми ростуть на зовнішній поверхні сиру, забезпечуючи тим самим його смак і запах. Велика різноманітність сортів сиру пояснюється природою і властивостями мікробних культур, що є вихідними при згортанні молока, температурою виготовлення і наявністю або відсутністю вторинної мікробної флори, що зростає на сирі.

М'які сири містять 50...80% води і включають такі кінцеві продукти, як речовини, що з'являються у процесі дозрівання сиру за росту на його поверхні цвілі (Penicillium) і дріжджів. До таких сирів відносяться брі і камамбер. Напівм'які сири варять недовго, щоб зменшити вміст води до 45%. Деякі з них просочують розсолом, який індукує розмноження на поверхні дріжджів і бактерій. У твердих сирах не більше 40% води. Вони можуть містити лише бактеріальну флору (чеддер) або бути заражені спорами Penicilliumroquefortii. Ріст цвілі в м'якоті сиру надає йому характерного смаку і аромату (донський блакитний, горгонзола, рокфор). За виготовлення сиру грюїєр до молока додають пропіоновокислі бактерії: вони виробляють двоокис вуглецю, через що утворюються дірки, характерні для сирів такого типу.

За дозрівання під впливом ферментів, що виділяються мікроорганізмами, хімічний склад і фізичні властивості сиру суттєво змінюються. Гострий присмак сиру Рокфор обумовлений дією мікробної ліпази − ферменту, що розщеплює жири молока з утворенням жирних кислот (капронової, каприлової, капринової й ін.) Дозрівання сиру триває від декількох тижнів до декількох місяців (для сиру «Чеддер» − 8 міс). У перші тижні дозрівання кількість мікроорганізмів у масі сиру збільшується і досягає декількох сотень мільйонів на 1 г маси сиру, потім чисельність живих бактерій і дріжджів знижується. Сир повинен дозрівати за пониженої температури (для сиру «Рокфор» − не вище 9°С).

У виробництві молочнокислих продуктів важливим компонентом є закваска − чиста посівна культура. Цехові і заводські мікробіологічні лабораторії, а також галузеві науково-дослідні інститути безперервно стежать за чистотою і якістю заквасок.

Молочний цукор. За виробництва 1 т сиру утворюється 9 т сироватки і пахти. У кожній тонні сироватки міститься близько 5 кг високоякісного білка, вітаміни групи В, комплекс вільних амінокислот, усі найважливіші мінеральні елементи, у тому числі фосфор і кальцій. Але головною цінністю сироватки є лактоза. У 1 т сироватки міститься близько 50 кг молочного цукру − цінної сировини для харчової і мікробіологічної промисловості. Лактоза має низьку солодкість, але за дії на неї лактази розщеплюється на два моносахариди − глюкозу і галактозу.

У нас і за кордоном розроблено декілька біотехнологічних прийомів для раціонального використання сироватки і пахти. На вторинній молочній сировині можливо вирощувати культури кормових дріжджів, що володіють лактазною активністю (Saccharomycesfragilis, Zygosaccharomyceslactis, Candidapseudotropicalis й ін.). З цих дріжджів можна виділити лактазу. Дуже перспективним є виділення з депротеїнизованої сироватки цукрів шляхом біогідролізу молочного цукру за допомогою іммобілізованої лактази. Ступінь конверсії молочного цукру становить 80%. Продукти гідролізу (глюкоза і галактоза) успішно застосовують у різних галузях харчової промисловості, наприклад, для приготування морозива. Додавання цих цукрів у морозиво перешкоджає кристалізації цукру, і його можна зберігати тривалий час (до 4 міс).

Дата добавления: 2017-02-01