Биотехнология в пищевой промышленности

Ярким примером является картофель, устойчивый к колорадскому жуку. Он был создан путём введения гена выделенного из генома почвенной тюрингской бациллы Bacillus thuringiensis, вырабатывающий белок Cry, представляющий собой протоксин, в кишечнике насекомых этот белок растворяется и активируется до истинного токсина, губительно действующего на личинок и имаго насекомых, у человека и других теплокровных животных подобная трансформация протоксина невозможна и соответственно этот белок для человека не токсичен и безопасен.[5]

В результате трансгенной модификации растения становятся устойчивыми к гербицидам, инсектицидам, вирусам, приобретают новые потребительские свойства. При этом уменьшается количество применяемых пестицидов, снижается их остаточное содержание в продукции, сокращается время технологических операций при переработке, уменьшаются потери, повышается качество продукции, экономятся средства и материальные ресурсы.

Трансгенные продукты, не имеющие отличий в составе и свойствах от традиционных продуктов-аналогов и не содержащие ДНК и белок, разрешено использовать без проведения исследований их безопасности как ГМИ-источников. Их относят к первому классу безопасности и считают безвредными для здоровья потребителей.

Важное  значение приобретают новые технологии получения трансгенных сельскохозяйственных животных и птицы, направленные на повышение продуктивности и оптимизацию отдельных частей и тканей туши (тушек), что оказывает положительное влияние на качество и физико-химические показатели мяса.

 

2. Пищевая биотехнология продуктов из сырья животного происхождения

2.1 Получение молочных продуктов

Получение молочных продуктов в пищевой  промышленности построено на процессах  ферментации. Основой биотехнологии  молочных продуктов является молоко. Молоко (секрет молочных желез) - уникальная естественная питательная среда. Она  содержит 82-88% воды и 12-18% сухого остатка. В состав сухого молочного остатка  входят белки (3,0-3,2%), жиры (3,3-6,0%), углеводы (молочный сахар лактоза - 4,7%), соли (0,9-1%), минорные компоненты (0,01%): ферменты, иммуноглобулины, лизоцим и т.д. Молочные жиры очень  разнообразны по своему составу. Основные белки молока - альбумин, казеин. Благодаря  такому составу молоко представляет собой прекрасный субстрат для развития микроорганизмов. В сквашивании  молока обычно принимают участие  стрептококки и молочнокислые бактерии. Путем использования реакций, которые  сопутствуют главному процессу сбраживания  лактозы получают и другие продукты переработки молока: сметану, йогурт, сыр и т.д. Свойства конечного продукта зависят от характера и интенсивности реакций ферментации. Те реакции, которые сопутствуют образованию молочной кислоты, определяют обычно особые свойства продуктов. Например, вторичные реакции ферментации, идущие при созревании сыров, определяют вкус отдельных их сортов. В таких реакциях принимают участие пептиды, аминокислоты и жирные кислоты, находящиеся в молоке.

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. Сначала  молоко очищается от механических примесей и охлаждается, чтобы замедлить  развитие естественной микрофлоры. Затем  молоко сепарируется (при производстве сливок) или гомогенизируется. После этого проводят пастеризацию молока, при этом температура поднимается до 80°С, и оно 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.[9]

Молочнокислое брожение бывает гомоферментативным и гетероферментативным. При гомоферментативном брожении основным продуктом является молочная кислота. При гетероферментативном брожении образуются диацетил (придающий вкус сливочному маслу), спирты, эфиры, летучие жирные кислоты. Одновременно идут протеолитические и липолитические процессы, что делает белки молока более доступными и обогащает дополнительными вкусовыми веществами.

Для процессов  ферментации молока используются чистые культуры микроорганизмов, называемые заквасками. Исключение составляют закваски для кефиров, которые представляют естественный симбиоз нескольких видов  молочнокислых грибков и молочнокислых  бактерий. Культуры для заквасок выделяются из природных источников, после чего проводится направленный мутагенез и отбор штаммов, отвечающих перечисленным выше требованиям.

В производстве кисломолочных продуктов обязательно  применяются закваски. Закваска – основной источник внесения желаемой микрофлоры в молоко при производстве кисломолочных продуктов. Закваска является чистой посевной культурой микроорганизмов. При внесении закваски молоко обогащается микрофлорой, производящей сквашивание молока и способствующей накоплению вкусовых и ароматических веществ.

В молочной промышленности используются закваски, полученные из чистых культур микроорганизмов.

В молочной промышленности применяют в основном жидкие закваски и закваски, высушенные способом сублимационной сушки; сухие, жидкие и подвергнутые глубокому  замораживанию бактериальные концентраты, бактериальные препараты. Срок хранения сухих заквасок, бактериальных препаратов и концентратов составляет 3-4 месяца, жидких заквасок – 10 суток (в условиях холодильника).

 

Таблица 2. Функциональная роль некоторых бактерий, используемых при переработке молока

Культура	Функция	Область применения
Propionibacterium P. shermaii P. petersonii	Образование вкуса, образование глазков	Производство швейцарского сыра
Lactobacillus L. casei L. helveticus L. lactis L. bulgaricus	Образование кислоты	Созревание, закваска швейцарского сыра, производство сыров типа швейцарского
Leuconostoc L. dextranicum L. citrovorum	Образование вкусовых веществ из лимонной кислоты (главным образом диацетила)	Производство сметаны, сливочного масла, заквасок
Streptococcus S. thermophillus S. lactis S. cremoris	Образование кислоты	Производство йогурта и швейцарского сыра, закваски для сыров

 

Йогурт - один из древнейших продуктов, получаемых путем ферментации. После термообработки молоко заквашивают добавлением 2-3 % закваски йогурта. Температура при брожении поддерживается около 40 ºС. Главную роль здесь играют бактерии Streptococcus thermophillus и Lactobacillus bulgaricus. Для получения желаемой консистенции продукта, вкуса и запаха эти организмы должны содержаться в культуре приблизительно в равных количествах.

Своим характерным  вкусом йогурт обязан молочной кислоте, получаемой из лактозы молока, и  ацетальдегиду. Оба этих вещества вырабатывают Lactobacillus bulgaricus.

Сброженная пахта - броженный продукт получают из свежей пахты, а чаще из снятого мо-лока путем добавления закваски, используемой при производстве масла. Эта закваска представляет собой смесь молочнокислых стрептококков (Streptococcus lactis или Streptococcus cremoris) и образующих ароматические вещества бактерий (Leuconostoc citrovorum и Leuconostoc dextranicum). И те, и другие микроорганизмы нужны для формирования полноценного вкуса и запаха пахты; стрептококки при этом доминируют. Роль молочнокислых стрептококков в закваске заключается в образовании молочной кислоты (она дает желаемый кисловатый вкус), свертывании молока и снижении рН до значений, при которых образующие ароматические вещества бактерии синтезируют наибольшее количество летучих кислот.

Сметана. Ее готовят почти так же, как сброженную пахту. К пастеризованным сливкам добавляют 0,5-1 % закваски, используемой при производстве масла (молочнокислые бактерии). Далее продукт выдерживают, пока концентрация кислоты не достигнет 0,6 %.

Бифидопродукты представляют группу продуктов лечебно-профилактической направленности и относятся эубиотикам (биологически активным добавкам, обеспечивающим нормальный состав и функциональную активность микрофлоры кишечника). В большинстве бифидопродуктов используются бактерии вида Bifidobacterium bifidum.

Ассортимент бифидопродуктов:

- бифидокефир – вырабатывается на цельном или обезжиренном молоке с использованием кефирного грибка и закваски бифидобактерий или бактериального концентрата бифидобактерий;

- бифидойогурт или биойогурт – вырабатывается на цельном молоке с использованием заквасок на ацидофильной или болгарской палочках, термофильном стрептококке и обогащением закваской бифидобактерий или бактериальным концентратом бифидобактерий;

- бифидосметана или биосметана – вырабатывается на сливках с использованием заквасок на молочнокислых бактериях и обогащением за-кваской или бактериальным концентратом бифидобактерий;

- бифилин – вырабатывается из натурального коровьего молока путем сквашивания чистой культурой бифидобактерий, способных подавлять условно-патогенную микрофлору кишечника.

Сыр готовят  из творога, полученного в результате свертывания казеина цельного или  обезжиренного молока. Свертывание  казеина происходит под влиянием микробных ферментов и молочной кислоты или с помощью сычужного  фермента. В свертывании принимают  участие молочнокислые бактерии Streptococcus lactis, S. cremoris, S. diacetilactis, Leuconostoc citrovorum. В результате свертывания белка кальций отделяется от казеина, последний выпадает в виде хлопьев водонерастворимой казеиновой кислоты.

Созревание  сыра длится от нескольких недель до нескольких месяцев (для сыра Чеддер – 8 мес.). В  первые недели созревания число микроорганизмов  в массе сыра увеличивается и  достигает нескольких сотен миллионов  на 1 г сыра, потом число живых  бактерий и дрожжей снижается. Сыр  должен созревать при пониженной температуре (для сыра Рокфор – не выше 9°С).

Коровье масло. При производстве масла для улучшения вкуса и лучшей сохранности используют особые культуры бактерий. Улучшение вкуса было достигнуто путем создания специальных штаммов бактерий, отобранных по способности синтезировать нужные вещества, влияющие на вкус. Первыми для этой цели были использованы штаммы Streptococcus lactis и близких видов, а затем – смешанные культуры, включающие Streptococcus lactis, Leuconostoc citrovorum и L. dextranicum.

Помимо  улучшения вкуса таким путем  удается устранить и некоторые  нежелательные привкусы. Перспективный  способ доработки масла основан  на добавлении липаз (ферментов, расщепляющих липиды). Внедрение его позволит пускать масло в продажу непосредственно  из маслобойки.

Известно, что некоторые люди не переносят  лактозу; для них можно выпускать молоко, обработанное α-галактозидазой – ферментом, который уменьшает содержание лактозы. Для этой цели нужно разработать недорогой промышленный способ производства такого молока. α-галактозидазу получают из дрожжей, плесневых грибов и бактерий.[15]

 

2.2.  Биотехнологические процессы в производстве мясных и рыбных продуктов

Технология  производства многих современных мясопродуктов  обязательно включает в себя молочнокислое  брожение. В сырокопченых колбасах и в рассолах для окороков, грудинки, корейки молочнокислые бактерии подавляют рост гнилостных микроорганизмов  и участвуют в формировании вкуса  и аромата готового продукта. В  мясопродукты, требующие бактериальной  ферментации, обычно добавляют закваску, содержащую специально отобранные штаммы стрептококков, лактобацилл и педиококков. В этом случае на упаковке должно быть указано, что в состав продукта входят бактериальные культуры.

С целью  размягчения мяса, облегчения его  обработки широко применяются ферментные препараты протеолитического действия. Использование ферментных препаратов в промышленных масштабах связано  с технологическими задачами равномерного распределения ферментов при  внесении их в мясо. Применяются следующие способы обработки мяса протеолитическими ферментами:

¾ прижизненное введение препарата путем инъекций;

¾ внутримышечное шприцевание мясной туши;

¾ обработка поверхности мяса путем разбрызгивания раствора фермента или нанесения порошкообразных препаратов на поверхность мяса;

¾ погружение мяса в раствор ферментов после механического рыхления;

¾ восстановление дегидратированного сублимацией мяса в растворе ферментов.[15]

 

3. Пищевая биотехнология продуктов из сырья растительного происхождения

3.1. Бродильные производства

Алкогольные напитки получают путем сбраживания  сахаросодержащего сырья, в результате которого образуются спирт и углекислый газ. Первыми напитками, полученными  на основе спиртового брожения, являются вино и пиво. До появления работ  Пастера в конце XIX века о сути происходящих при брожении процессов  и их механизмах было известно очень  мало. Пастер показал, что брожение осуществляется без доступа воздуха  живыми клетками дрожжей, при этом сахар  превращается в спирт и углекислый газ. Сбраживание осуществляется дрожжами рода Saсcharomyces. В одних случаях используется природный сахар (например, содержащийся в винограде, из которого делают вино), в других сахара получают из крахмала (например, при переработке зерновых культур в пивоварении). Наличие свободных сахаров обязательно для спиртового брожения при участии Sacсharomyces, так как эти виды дрожжей не могут гидролизовать полисахариды.