Биотехнология молочных продуктов

Биотехнология молочных продуктов.

Спектр продуктов питания, получаемых при помощи микроорганизмов весьма обширен. Это продукты, получаемые в результате брожения – хлеб, сыр, вино, пиво, творог и т. д.

До недавнего времени биотехнология использовалась в пищевой промышленности с целью усовершенствования освоенных процессов и более умелого использования микроорганизмов, но будущее принадлежит генетическим исследованиям по созданию более продуктивных штаммов для конкретных нужд, внедрению новых методов в технологии брожения.

Получение молочных продуктов в пищевой промышленности построено на процессах ферментации. Основой биотехнологии молочных продуктов является молоко.

Состав молока: 82-88 % воды и 12-18 % сухого остатка. В состав сухого остатка входят белки (3,0-3,2 %), жиры (3,2-6,0 %), углеводы (молочный сахар – лактоза – 4,7 %), соли (0,9-1 %), ферменты, иммуноглобулины, лизоцим и др. (~ 0,01 %).

 Основные белки молока: альбумин, казеин. Молоко – прекрасный  субстрат для развития микроорганизмов. В сквашивании молока обычно  принимают участие стрептококки  и молочнокислые бактерии. Путем  использования реакций, которые  сопутствуют процессу сбраживания  лактозы (после превращения в  глюкозу и галактозу) получают  и другие продукты переработки  молока: сметану, йогурт, сыр и др. Вторичные реакции ферментации  и определяют вкус продуктов, например сыра. (Первичная реакция  ферментации – образование молочной кислоты в результате молочнокислого брожения.)

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:

А) Сначала молоко очищается от механических примесей;

Б) Охлаждается, чтобы замедлить развитие естественной микрофлоры;

В) Затем молоко сепарируется (при производстве сливок) или гомогенизируется;

Г) После этого производится пастеризация, при этом температура поднимается до 80˚ С;

Д) Затем молоко закачивается в танки 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, биофруктолакт, биолакт; 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; затем глюкоза превращается в кислоту, кислотность молока повышается и при рН 4-6 казеин коагулирует.

Молочнокислое брожение бывает гомоферментативным и гетероферментативным. В первом случае образуется, в основном, молочная кислота. При гетероферментативном брожении образуется диацетил (придающий вкус сливочному маслу), спирты, эфиры и летучие жирные кислоты. Процессы гидролиза белков и жиров делают белки молока более доступными и обогащают дополнительными вкусовыми веществами.

Для процессов ферментации используются чистые культуры микроорганизмов, называемые заквасками. Исключение составляют закваски для кефиров, которые представляют естественный симбиоз нескольких видов молочнокислых грибков и молочнокислых бактерий. Этот симбиоз в лабораторных условиях произвести не удалось, поэтому поддерживается культура, выделенная из природных источников.

При подборе культур для заквасок руководствуются следующими требованиями:

- состав заквасок зависит  от конечного продукта (например, для получения ацидофолина используется ацидофильная палочка, для производства простокваши – молочнокислые стрептококки);

- штаммы должны отвечать  определенным вкусовым требованиям;

- продукты должны иметь  соответствующую консистенцию: от ломко-крупчатой до вязкой сметанообразной;

- должна быть определенная  активность кислотообразования;

- необходима устойчивость  штаммов к бактериофагам;

- способность к синерезису (свойству сгустка отдавать влагу);

- необходима сочетаемость штаммов (без антагонизма между культурами);

- наличие антибиотических  свойств, т.е. бактериостатическое действие  по отношению к патогенным  микроорганизмам;

- устойчивость к высушиванию.

Культуры для заквасок выделяются из природных источников, после чего проводится направленный мутагенез и отбор штаммов, отвечающих перечисленным выше требованиям.

Биотехнологии 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, основанный на ферментации. Сыры бывают самые разнообразные: от мягких до твердых. Мягкие сыры содержат много воды – 50-60 %, а твердые – мало – 13-34 %. На первом этапе идет подготовка молока (первичная обработка, см. выше). На втором – готовится культура молочнокислых бактерий. Микроорганизмы берутся в определенной пропорции, обеспечивающей наилучшее качество. Набор бактерий зависит также от температуры обработки. Третья стадия – стадия ферментации (в сыроварении в некоторых случаях происходит в два этапа, до и после стадии выделения).

Сначала молоко снабжают определенными штаммами микроорганизмов, приводящих к образованию молочной кислоты, а также добавляют сычужный фермент – реннин. Реннин ускоряет превращение жидкого молока в сгусток (створаживание) в несколько раз. Эта реакция активируется молочной кислотой, вырабатываемой бактериями. Реннин также участвует в процессах протеолиза, происходящих при созревании.

После образования сгустка сыворотку отделяют, а полученную массу подвергают термообработке и прессуют в формах. Далее сгусток солят и ставят на созревание. Иногда полученная масса проходит дополнительную обработку, которая заключается в следующем: заражение спорами голубых плесневых грибков при производстве рокфора или спорами белых плесневых грибов при производстве каламбера и бри; некоторые сыры после выделения должны подвергаться дальнейшей ферментации (стадия созревания). Микроорганизмы и ферменты в ходе этого процесса гидролизуют жиры, белки и некоторые другие вещества молодого сыра. В результате этого образуются вещества, придающие сырам характерный вкус.

Процессы получения молочнокислых продуктов (наряду с сырами, сметаны, творога, кефира, простокваши и др.) весьма просты и доступны в домашних условиях, не требуют строгих условий стерильности, протекают, как правило, при комнатной и чуть повышенной температуры. Изначально они были одними из первых «домашних» биотехнологий, которые были позднее поставлены на промышленную основу.