Біохімічні та фізико хімічні процеси при виробництві кислому

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Біохімічні та фізико-хімічні процеси при виробництві кисломолочних продуктів

План
1. Бродіння лактози.
2. Коагуляція казеїну.
3. Біохімічні властивості кисломолочних продуктів.
4. Біотехнологія в переробці молока.

Основні біохімічні процеси, що протікають при виробленні кисломолочних продуктів - це молочнокисле і спиртове бродіння молочного цукру, протеоліз, коагуляція казеїну і гелеутворення, в результаті яких формуються консистенція, смак і запах готових продуктів.
За характером бродіння лактози кисломолочні продукти прийнято ділити на 2 групи: 1 - продукти, в основі виготовлення яких лежить молочнокисле бродіння (кисле молоко, ацидофілін, йогурт, сир, сметана), 2 - продукти зі змішаним бродінням - кефір, кумис, Курунга та ін
Протеоліз більш інтенсивно протікає в продуктах другої групи, в порівнянні з більшістю продуктів першої групи.

1. Бродіння лактози

При виробництві більшості молочних продуктів в молоко або вершки вносять спеціально підібрані штами молочнокислих, пропіоновокислих бактерій і дріжджів.
У результаті життєдіяльності мікроорганізмів відбувається глибокий розпад молочного цукру, ліпідів та білків молока з утворенням численних хімічних сполук.
В основі виготовлення цілого ряду молочних продуктів лежать процеси глибокого розпаду молочного цукру під дією мікроорганізмів, звані бродінням.
Існує кілька типів бродіння лактози, що розрізняються складом кінцевих продуктів.
Початковим етапом всіх типів бродіння є розщеплення молочного цукру на глюкозу і галактозу під впливом ферменту лактази (b-галактозидази).
Далі бродінню піддається глюкоза.
Галактоза за участю урідіндіфосфатглюкози переходить в глюкозо-1-фосфат, який після ізомеризації в глюкозо-6-фосфат включається в схему перетворення глюкози:
Галактоза + АТФ галактокіназа галактозо-1-фосфат + АДФ
Галактозо-1-фосфат + УДФГ галактозо-1-фосфат-уріділілтрансфераза УДФГал + глюкозо-1-фосфат
УДФГал 4-епімераза УДФГ
Всі типи бродіння до освіти піровиноградної кислоти йдуть з отриманням одних і тих же проміжних продуктів і по одному і тому ж шляху - шляху Ембдена-Мейергофа.
Подальші перетворення піровиноградної кислоти можуть йти в різних напрямках, які будуть визначатися специфічними особливостями даного мікроорганізму та умовами середовища.
Кінцевими продуктами бродіння можуть бути молочна, пропіонова, оцтова, масляна кислоти, спирт та інші сполуки.
Молочнокисле бродіння є основним процесом при виготовленні заквасок, сиру і кисломолочних продуктів, а молочнокислі бактерії - найбільш важливою групою мікроорганізмів для молочної промисловості.
Молочнокислі бактерії за характером продуктів зброджування глюкози відносять до гомоферментативное або гетероферментативних.
Гомоферментативное бактерії утворюють головним чином молочну кислоту (понад 90%) і лише незначна кількість побічних продуктів.
Гетероферментативних бактерії близько 50% глюкози перетворюють на молочну кислоту, а решта - у етиловий спирт, оцтову кислоту і СО 2.
Для гомоферментативное бактерій (Str. lactis, Str. Cremoris, Str. Diacetilactis, Lbm. Bulgaricum, Lbm. Acidophilum, Lbm. Casei) характерним є зброджування глюкози по гликолитическому шляху Ембдена-Мейергофа:
C 6 H 12 O 6 + 2Ф н + 2АДФ ® 2C 3 H 6 O 3 +2 АТФ + H 2 O
Перетворення глюкози в пировиноградную кислоту в результаті ряду послідовних реакцій відбувається за участю 10 ферментів.
З 1 моль глюкози утворюється 2 моль молочної кислоти з одночасним синтезом 2 моль АТФ.
Гетероферментативних бактерії не можуть зброджувати глюкозу за гликолитическому шляху, тому що в них відсутній ключовий фермент альдолаза, необхідний для розщеплення фруктозо-1 ,6-дифосфату на дві молекули тріозофосфата.
Тому Str. citrovorus, Str. paracitrovorus, Lbm. brevis зброджують глюкозу пентозофосфатному шляхом:
C 6 H 12 O 6 + Ф н + АДФ ® C 3 H 6 O 3 + C 2 H 5 OH + CO 2 + АТФ
У ході реакцій по пентозофосфатного шляху з кожного моль глюкози утворюється моль молочної кислоти, моль етанолу і CO 2.
В аеробних умовах можливе утворення двох молекул АТФ, тоді ацетілфосфат перетворюється не в етанол, а в оцтову кислоту.
Спиртове бродіння глюкози має місце при виробленні кефіру, кумису, курунгу та інших кисломолочних продуктів.
Збудниками спиртового бродіння є дріжджі Sacch. cartilaginosus, Sacch. fragilus, Sacch. cerevisiae та ін Вони зброджують глюкозу з утворенням етанолу і вуглекислоти:

C 6 H 12 O 6 + 2Ф н + 2АДФ ® 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 +2 АТФ.
Збудником пропіоновокислі бродіння є пропіоновокислі бактерії Propionibacterium, які перетворюють глюкозу або молочну кислоту в пропионовую і оцтову кислоти.
Пропіоновокислі бродіння вуглеводів і молочної кислоти грає важливу роль в процесі дозрівання твердих сирів з високою температурою другого нагрівання:
3C 6 H 12 O 6 + 8Ф н + 8АДФ ® 4CH 3 CH 2 COOH + 2CH 3 COOH + 2CO 2 + 2H 2 O + 8АТФ.
Маслянокислое бродіння відбувається в молочних продуктах під дією маслянокислих бактерій (Cl. butyricum та ін), зброджують як глюкозу, так і молочну кислоту.
Відомо кілька типів маслянокислого бродіння, що розрізняються утворюються продуктами. Наприклад:
2C 6 H 12 O 6 + 2H 2 O + 7Ф н + 7АДФ ® CH 3 CH 2 CH 2 COOH + 2CH 3 COOH + 4CO 2 + 6H 2 + 7АТФ.
При інших типах маслянокислого бродіння спостерігається утворення бутилового і ізопропілового спиртів, етанолу, ацетону.
Маслянокислое бродіння є причиною псування кисломолочних продуктів і є небажаним процесом у молочній промисловості.

2. Коагуляція казеїну

Найважливішими процесами, що відбуваються при виробленні кисломолочних продуктів, є коагуляція казеїну і гелеутворення (перехід колоїдної системи молока з вільнодисперсні стану, золю, в связаннодісперсное стан - гель).
Коагуляція казеїну при виробництві кисломолочних продуктів може здійснюватися двома способами - кислотним або сичужним.
Кислотна коагуляція казеїну викликається молочною кислотою, яка накопичується в молочних продуктах в результаті бродіння лактози. Молочна кислота знижує негативний заряд міцел казеїну і переводить його в ізоелектричній стан (рН 4,6-4,7), в якому макромолекули білка втрачають свою розчинність і стійкість. Крім того, відбувається перехід в плазму фосфату кальцію та органічного кальцію казеінаткальційфосфатного комплексу, що дестабілізує міцели казеїну і викликає їх диспергування.
Сичужні коагуляція казеїну включає 2 стадії - ферментативну і коагуляционную. Механізм як першої, так і другій стадії остаточно не встановлений. Найбільш переконливою вважається теорія протеолитического дії сичужного ферменту (гідролітична теорія). Відповідно до цієї теорії, на першій стадії під дією основного компонента сичужного ферменту химозина відбувається розрив пептидного зв'язку фенілаланін-метіонін в поліпептидних ланцюгах k-казеїну ККФК, в результаті чого молекули k-казеїну розщеплюються на гідрофобний пара-k-казеїн і гідрофільний глікомакропротеід. Гідратне оболонка міцел частково руйнується, сили електростатичного відштовхування між частинками зменшуються і дисперсна система втрачає стійкість. На другій стадії частково дестабілізований міцели казеїну (параказеіна) збираються в агрегати, які потім з'єднуються поздовжніми і поперечними зв'язками в єдину сітку, утворюючи згусток.
Процес гелеутворення - агрегування частинок казеїну і формування єдиної просторової сітки молочного згустку.
Незалежно від способу коагуляції, розрізняють 4 стадії формування згустку:
1 - індукційний період;
2 - здамо флоккуляции - масова коагуляція;
3 - стадія метастабільного рівноваги - ущільнення згустку;
4 - стадія синерезиса - мимовільне ущільнення структури за рахунок перегрупування часток і збільшення числа контактів між ними, тобто стиснення гелю і випресовування з нього дисперсійного середовища.
При структуроутворенні дисперсних систем можуть утворюватися два типи просторових структур - коагуляційні (тиксотропної-оборотні) і конденсаційні (необоротно-руйнуються). Коагуляційні структури мають еластичність, пластичність і малою міцністю, так як частки утримуються тільки міжмолекулярними силами. У конденсаційних структурах частки з'єднані міцними хімічними зв'язками, які забезпечують їх міцність, але роблять їх крихкими, нееластичними.
Згустки кисломолочних продуктів мають, як правило, змішаний характер з переважанням необоротно-руйнуються або тиксотропної-оборотних зв'язків. Співвідношення цих зв'язків залежить від цілого ряду факторів, правильне використання яких дозволяє отримувати згустки з заданими властивостями.

3. Фактори, що впливають на склад і властивості згустків

До факторів, що впливає на властивості згустків, відносяться: склад молока і бактеріальних заквасок; режими пастеризації і гомогенізації; спосіб і тривалість коагуляції білків молока.
Вміст сухих речовин, кількість казеїну і розмір міцел казеїну зумовлюють швидкість кислотної коагуляції білків, визначальну міцність отриманих згустків. Від складу молока залежить розвиток молочнокислих бактерій закваски і, отже, швидкість накопичення молочної кислоти.
Тривале зберігання сирого молока при низьких температурах викликає зміна структури і складу міцел казеїну, в результаті збільшується в'язкість і міцність які виникають кислотних згустків, синерезис сповільнюється. Отже, молоко, що зберігалося при низьких температурах, доцільно направляти на виробництво кисломолочних напоїв, а не використовувати для вироблення сиру.
Введення до складу заквасок енергійних кислотоутворювачами сприяє отриманню щільного згустку з інтенсивним відділенням сироватки, а малоенергічних кислотоутворювачами - більш ніжного згустку. Шляхом комбінування різних видів молочнокислих бактерій можна отримати продукт потрібної консистенції.
З підвищенням температури пастеризації збільшується міцність кислотного і кислотно-сичужного згустків і знижується інтенсивність відділення ними сироватки. Це можна пояснити збільшенням вмісту в згустках денатурованих сироваткових білків, головним чином b-лактоглобулин, які посилюють жорсткість їх просторової структури та вологоутримуючу структуру.
В'язкість кисломолочних продуктів підвищується пропорційно тиску гомогенізації сировини. При гомогенізації збільшується дисперсність жиру з одночасною адсорбцією на поверхні кульок жиру сироваткових білків, що ускладнюють синерезис згустку.
Згустки, які утворюються при кислотної коагуляції білків, складаються з більш дрібних частинок, що мають менші в'язкість і міцність, ніж згустки, отримані при кислотно-сичугової коагуляції.
Визначення моменту готовності згустку перед перемішуванням або розрізанням здійснюється візуально, за міцністю, а також по в'язкості і наростання кислотності. Для кефіру рН згустку повинен бути 4,4-4,5, для ацидофіліну - 4,7-4,55, ряжанки - 4,45-4,35, для жирного та напівжирного сиру - 5,05-5,15.

4. Формування біохімічних властивостей кисломолочних продуктів

Біохімічні властивості кисломолочних продуктів визначаються накопиченням молочної кислоти, етилового спирту, вуглекислоти, ароматичних речовин, розчинних форм азоту, вітамінів, антибіотиків і т.д.
Склад деяких кисломолочних продуктів
Продукт
Кислотність, 0 Т
Вміст,%
Молочної
кислоти
Лактози
Спирту
Вуглекислоти
Кисляк звичайна, Мечниківська
80-110
0,97
4-4,1
-
-
Ацидофілін
75-120
1
3,8
-
-
Йогурт
80-140
1
3,5
-
-
Кефір жирний
85-120
0,98
4,1
0,01-0,03
0,05-0,07
Кумис з коров'ячого молока
100-120
1
3,8
0,2-1
0,1-0,3
Кумис з кобилячого молока
100-120
0,87
5
1,2-1,9
0,1-0,3
Курунга
180-220
1,4-1,8
1-3
0,55-1
0,07-0,08
Сир жирний
200-225
1
2,8
-
-
Сметана 30%-ної жирності
65-100
0,7
3,1
-
-

Таблиця. Співвідношення значень активної і титруючої кислотності молока і молочних продуктів.
Сире молоко
Пастеризоване молоко
титруемая кислотність, про Т
межі
коливань рН
середнє значення рН
титруемая кислотність,
про Т
межі
коливань рН
Середнє
значення
рН
16
6,70 - 6,74
6,72
16
6,63 - 6,65
6,66
17
6,65 - 6,69
6,68
17
6,58 - 6,62
6,61
18
6,58 - 6,64
6,62
18
6,52 - 6,57
6,55
19
6,52 - 6,57
6,55
19
6,46 - 6,51
6,49
20
6,46 - 6,51
6,49
20
6,40 - 6,45
6,43
21
6,40 - 6,45
6,43
21
6,35 - 6,39
6,37
22
6,35 - 6,39
6,37
22
6,30 - 6,34
6,32
23
6,30 - 6,34
6,32
23
6,24 - 6,29
6,26
24
6,24 - 6,29
6,26
24
6,19 - 6,23
6,21
Кількість спирту і вуглекислоти в кисломолочних продуктах визначається видом використовуваних дріжджів, кількістю молочного цукру у вихідній сировині, температурою, рН середовища, а також тривалістю дозрівання продукту.
Накопичення ароматичних речовин (летючих кислот, ацетальдегіду, диацетила та ін) здійснюють ароматобразующіх та інші молочнокислі бактерії, дріжджі. Летючі кислоти (оцтова, пропіонова та ін) особливо активно накопичуються в кефірі, курунгу і сирі, діацетил та ацетоін - в кефірі, кумис, сметані; ацетальдегід - в йогурті.
Протеолітичні процеси особливо інтенсивно протікають при дозріванні кумису. За добу дозрівання зміст пептидів у кумису збільшується в 1,9 разів, а амінокислот - в 2,5 рази.
У порівнянні з вітамінним складом молока, кисломолочні продукти характеризуються підвищеною кількістю вітамінів групи B - тіаміну, рибофлавіну і ніацину, (аскорбінової кислоти, ціанокобаламіну).
Багато кисломолочні продукти містять антибіотичні речовини, здатні затримувати ріст збудників кишкових захворювань, стафілококів, туберкульозної палички. До таких речовин відносяться низин, бензойна кислота, діплококкцін та ін
Низин використовується в молочній промисловості при виробленні плавлених сирів і молочних консервів. У присутності низина зменшується терморезистентності спор бактерій, тому при його використанні можна знизити температуру і скоротити час стерилізації.
Біотехнологія в переробці молока
Перспективні для молочної промисловості ферментні препарати мікробного (цвілеподібного і бактеріального) походження. B даний час на світовому ринку відомі такі ферментні препарати: "Мейта" (Японія), "Фромаза" (Франція), "Супарі" (США), "Пфіцер", "Мікрознм" (ЧССР), "Руссулін" (CCCP). Встановлено, що препарати бактеріального походження мають високу протеолітичної активністю. Вони викликають глибокий гідроліз казеїну, що призводить до різкого зниження якості сиру (появі гіркоти). B цьому випадку необхідно поряд з ферментними препаратами використовувати у складі бактеріальних заквасок штами молочнокислих бактерій, які руйнують гіркі пептиди. Хороші результати отримані при спільному застосуванні цих препаратів з препаратами тваринного походження.
По дії на білки молока найбільш близькі до сичужного ферменту препарати цвілеподібного походження. Так, японський препарат "Мейта", одержуваний з мікроскопічного гриба (Mucor pusi11 us L), і вітчизняний препарат "Руссулін" (продуцент Russula decolorans) мають високу моло-косвертивающую і низьку протеолітичну активність. Випробування препарату "Руссулін" при виробництві сирів з низькою температурою другого нагрівання дали позитивні результати.
Мікрофлора, що вводиться з закваскою, робить основний вплив на смак і аромат сирів, тому вибір відповідних культур є питанням першорядної важливості.
Компанія "Хр. Хансен" працює з культурами для виробництва сиру в усьому світі вже більше 50 років. На сьогоднішній день в асортименті компанії 8 ліній високоякісних культур для різних продуктів у сироваріння, включаючи сири типу "Чеддер".
Закваски прямого внесення (DVS) в сироварінні з успіхом конкурують з промисловими виробничими заквасками, так як перевершують їх як по активності і швидкості підкислення молока в сироробний ванні, так і по впливу в процесі дозрівання, освіти аромату. Перевагою закваски є те, що вона вноситься в молоко без попереднього розведення і активізації, що істотно спрощує технологічний процес виробництва сиру. Іншою перевагою є пряме внесення у ванну, це дозволяє уникнути зміна співвідношення між штамами і втрати технологічних властивостей закваски при пересадки. Збільшується вихід продукту, економляться витрати, пов'язані з приготуванням виробничої закваски.
Для виробництва сиру Чеддер доцільне використання мезофільних гомоферментативное культур R-703, 704,707,708. Дані закваски здатні працювати в молоці зі зниженими якісними характеристиками. Вони менш чутливі до чинника сезонності. Використання закваски прямого внесення (DVS) забезпечує економію витрати електроенергії.
У Росії в умовах неідеального для сироваріння качестка та мікробіологічної чистоти молока застосування культур прямого внесення особливо актуально.
Дієтичними вважаються продукти, збагачені вітамінами і мінеральними речовинами  корисними - без добавок. Найбільший інтерес представляють функціональні продукти, тобто поєднують в собі властивості обох попередніх.
Зробити продукт функціональним можна шляхом комбінування жирів різного походження. Технологічний процес виробництва сирів з частковою заміною молочного жиру рослинним не створює додаткових проблем: не потрібно ні установки спеціального обладнання, ні змін існуючих параметрів виробництва. Існує жирова система "Союз", використання якої при виробленні сиру дозволяє отримати значний ефект: скорочується термін дозрівання сиру і поліпшується ступінь використання сировини, тому що збільшується вихід сиру і знижуються втрати жиру. Ці фактори сприяють збільшенню оборотності і, таким чином, призводять до значного зростання економічної ефективності.
За новою рецептурою вдається знизити витрати на сировину шляхом заміни молочного жиру жировими системами "Союз" на 50%, при жирності суміші 2,5% і витраті суміші 12 т. / т. економія сировини становить приблизно 4 т. молока на 1т. сиру. З урахуванням ситуації, на сировинному ринку ситуації виробництво комбінованих продуктів в сироварінні буде активно розвиватися в найближчі роки.
Переваги застосування спеціалізованих рослинних жирів, повністю або частково замінюють молочний жир, очевидні. До найважливіших з них відносяться: зниження собівартості продукції при збереженні або підвищенні її якості; стабільність виробництва за відсутності залежності від сезонних коливань надходження молока; збільшення асортименту і термінів зберігання готової продукції при поліпшених дієтичних характеристиках; мінімальні капіталовкладення для переорієнтації виробничих потужностей. Вітчизняні продукти, що випускаються за цією технологією, стали успішно конкурувати з імпортними аналогами як за ціною, так і за якістю.
У Португалії та Нідерландах досліджувалося питання стимулюючого впливу гідролізатів коров'ячого молока на зростання пробіотичних культур, що впливають на дозрівання сирів. Був зроблений висновок, що використання суміші B. Lactis і L. Acidophilus в термофільних заквасках при виробництві сиру Чеддер сприяє зростанню бактерій і накопичення молочної та оцтової кислот, а також підвищенню харчової пробіотичної цінності кінцевого продукту.
Для твердих сичужних сирів пропонуються два барвника: водорозчинний барвник "аннато А-320-WS", отриманий з насіння аннато; водорозчинна суспензія бета-каротину BC-140-WSS, ідентичного натуральному. Аннато є кращим барвником завдяки унікальній властивості зв'язуватися з молекулами білка, утворюючи при цьому стійкі з'єднання, і не губитися з сироваткою. Барвник має маленьку дозування і низьку собівартість у од. продукту.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Кулінарія та продукти харчування | Реферат
75.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Біохімічні та фізико-хімічні процеси при виробництві кисломолочних продуктів
Фізико хімічні процеси в чорній металургії
Фізико-хімічні процеси в чорній металургії
Фізико-хімічні властивості бензину
Фізико хімічні властивості бензину
Склад і фізико-хімічні властивості молока
Фізико хімічні основи хроматографічного процесу
Фізико хімічні властивості міді та заліза
Фізико хімічні основи процесу пайки
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru