Производство кисло - молочных продуктов

Характерным признаком Str. thermophilus является широкий диапазон температур роста - от 20 до 50 °С. Оптимальной является температура 37-40 °С, слабый рост наблюдается при 50 °С, температура 53 °С задерживает рост.

Биохимические свойства. Str. thermophilus по энергии кислотообразования превосходит все молочнокислые стрептококки, достигая уровня термофильных лактобактерий. Он сквашивает молоко через 3,5-6 ч, предельная кислотность составляет 110-115 °Т. Сквашивание молока происходит быстрее при добавлении к нему дрожжевого экстракта (0,3 %) и сахарозы (3 %). В этих условиях обнаруживают увеличение размера клеток в 2 раза и больше, чем при выращивании в обычном молоке.

Характерным свойством этого вида считаются  способность сбраживать сахарозу и отсутствие ферментации мальтозы. Каталазу не образует. Некоторые штаммы образуют диацетил, в небольшом количестве синтезируют ацетоин, вследствие чего улучшается качество молочных продуктов. Многие культуры термофильных стрептококков образуют вязкие тягучие сгустки молока.

Str. thermophilus обладает относительно высокой термоустойчивостью. Он выдерживает температуру 75 °С в течение 15 мин и 65 °С в течение 30 мин, вследствие чего составляет значительную часть остаточной микрофлоры в молоке после пастеризации.

Штаммы термофильных стрептококков чаще выделяют из сырого молока, их в комбинации с болгарской палочкой используют в производстве ряженки, варенца, йогурта, мечниковской простокваши, а также кисломолочных напитков и творога ускоренной выработки, сыров с высокой температурой второго нагревания. При этом Str. thermophilus начинает гликолиз и стимулирует рост Lbm. bulgaricum. Стимулирующим фактором является муравьиная кислота, которая образуется в достаточном количестве в микроаэрофильных условиях.

Лактобактерии.

Систематика. В связи с многочисленным количеством видов молочнокислых палочек (67) при их классификации и идентификации выделенных штаммов в последнее время, кроме морфологических особенностей, культуральных свойств и ферментативной активности фенотипические свойства), учитывают также генотипические особенности.

Молочнокислые палочки (лактобактерии) относятся  к семейству Lactobacteriaceae, роду Lactebacterium, включающему три подрода: Thermobacterium (термобактерии), Streptobacterium (стрептобактерии) и Betabacterium (бетабактерии).

К первой группе в подрод Thermobacterium отнесены облигатные гомоферментативные лактобактерии, в подрод Streptobacterium вошла вторая группа, объединяющая факультативные гетероферментативные лактобактерии, третья группа молочнокислых палочек представлена облигатными гетероферментативными лактобактериями, отнесенными к подроду Betabacterium.

В группу I вошли 15 видов гомоферментативных молочнокислых палочек, которые ферментативные углеводы исключительно до молочной кислоты. В подавляющем большинстве это термофилы за исключением 4-х видов, которые развиваются при 15 ^оС и не растут при 45 ^оС.

Во вторую группу отнесены 11 видов факультативных лактобактерий, которые могут ферментатировать углеводы до молочной кислоты или до молочной, уксусной и муравьиной кислот, этиленового спирта и других продуктов.

Представители второй группы являются мезофиллами.

Третья группа лактобактерий объединяют 18 видов  облигатных гетероферментативных лактобактерий, которые ферментатируют углеводы до молочного и уксусной кислот, этанола  и СО₂. По отношению к температуре онип являются мезофиллами, за исключением трех видов, которые растут при 45 ^оС и не культивируются при 15 ^оС.

Морфологические свойства. Лактобактерий представляют собой палочки размером 4-15 х 0,5-0,6 мкм, встречаются изогнутые и булавовидные формы (коринеформы), также короткие коккобактерии. Они, как правило, неподвижны, спор и капсул не образуют, по Грамму красятся положительно. Подвижностью обладают два представителя второй группы (Lbm. agilis, Lbm. curvatus) и три вида термобактерий -Lbm. ruminis, Lbm. salivarius и Lbm. jamanashiensis. Все они являются перитрихами. Клетки стрептобактерий мельче, чем клетки термобактерий, часто располагаются в виде цепочек. Бетабактерии имеют наиболее мелкие и тонкие клетки.

Образование цепочек обусловлено тем, что  деление клеток происходит только в одной плоскости, оно характерно для определенных видов и даже штаммов.

Культуральные свойства. Молочнокислые палочки являются факультативными анаэробами или микроаэрофилами, лучше растут при пониженном содержании кислорода или в атмосфере, содержащей 5-10 % СО₂. Некоторые штаммы при выделении являются анаэробами. По отношению к температуре стрептобактерий и бетабактерии являются мезофилами, термобактерии - термофилами.

Лактобактерий относятся к хемоорганотрофам. На обычных средах они не растут, их выращивают на средах с молоком. При развитии в молоке вызывают образование однородного плотного сгустка с приятным кисломолочным запахом и вкусом.

Биохимические свойства. Лактобактерии находятся на границе аэробного и анаэробного типов дыхания.

В молочной промышленности используют ограниченное число видов молочнокислых палочек.

Среди термобактерий в качестве заквасочных микроорганизмов чаще применяют Lbm. helveticum, Lbm. delbrueckii subsp. bulgaricum (болгарская палочка), Lbm. acidofilum (ацидофильная палочка), Lbm. delbrueckii subsp. lactis (молочная палочка).

Термофильные  молочнокислые палочки являются активными кислотообразователями, они сквашивают молоко через 4-5 ч, предельная кислотность достигает 200-350 ^оТ.

Lbm. delbruckii subsp. bulgsricum доводит предельную кислотность молока до 200-300 ^оТ. Штаммы болгарской палочки образуют ацетальдегид – ароматическое вещество, придающее вкус, запах, подавляющее нежелательную микрофлору кишечника.

Применяют в  составе заквасок для производства простокваши мечниковской, южной, йогурта, ряженки и др.

Lbm.acidophilum является кишечным микробом, который можно выделить из содержимого пищеварительного тракта человека и различных животных. Ацидофильная палочка способна после культивирования в молоке вновь приживаться в кишечнике человека и подавлять там развитие патогенных и нежелательных микроорганизмов сальмонеллы, шигеллы, стафилококки, эшерехии и др.)

Бифидобактерии. Это облигатная и доминирующая часть кишечной микрофлоры здорового человека и теплокровных животных. Она проявляет антагонистическую активность по отношению к патогенным, условнопатогенным и нежелательным микроорганизмам в кишечнике.

В настоящее  время идентифицировано 24 вида бифидобактерий.

Бифидобактерии  применяют при изготовлении кисломолочных  продуктов для детей раннего  возраста и пробиотиков для людей и животных, так, как способствуют нормализации микрофлоры кишечника. Они сообщают продукту диетические и лечебные свойства, так как синтезируют витамины группы В, витамин К, также незаменимые аминокислоты, при этом в качестве азота используют аммиак. Эти микроорганизмы разрушают канцерогенные вещества, образуемые представителями кишечной микрофлоры при азотном обмене, выполняя, таким образом, роль «второй печени».

Бифидобактерии  играют важную роль в жизнедеятельности  человека, поддерживая его здоровье на оптимальном уровне. Она является преобладающей микрофлорой в кишечнике. В 1 грамме содержимого толстого кишечника взрослого человека обнаруживают несколько миллиардов клеток бифидобактерий.

1.3 Биологические и  физико-химические основы получения целевых продуктов

Различают кисломолочные  продукты, получаемые только с использованием гомоферментативного брожения и накоплением только молочной кислоты и продукты, получаемые при гетероферментативном брожении, когда накапливается молочная кислота, этиловый спирт и углекислый газ.

При изготовлении кисломолочных  продуктов для восполнения желаемой микрофлоры в пастеризованном молоке используют закваски, которые готовят  на чистых культурах соответствующих  микроорганизмов. В процессе сквашивания происходят биохимические и физико-химические изменения практически всех составных частей молока.

Для молочнокислого брожения в молоко вносят молочнокислые бактерии в виде закваски и создают условия  для их развития, в процессе которого они выделяют ферменты. Под воздействием фермента лактазы расщепляется молекула лактозы (дисахарид):

С₁₂Н₂₂О₁₁  С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

   Лактоза         Глюкоза        Галактоза

В результате дальнейших ферментативных превращений составляющие лактозы расщепляются до молочной кислоты, т.е. в окончательном виде

        +н₂о

С₁₂Н₂₂О₁₁  4С₃Н₆О₃

         Лактоза          Молочная кислота

Параллельно с молочным брожением, как правило, протекают  побочные процессы, которые обуславливают  накопление продуктов распада лактозы – летучих кислот, спиртов и диацетила (ароматическое вещество). Брожение прекращается, когда микроорганизмы расщепляют лишь незначительную часть лактозы (около 20%), поскольку образующая молочная кислота губительно действует на их дальнейшее развитие.

При внесении в молоко вместе с кисломолочной закваской  дрожжей протекает спиртовое брожение, которое в общем виде можно представить следующим уравнением:

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О = 4С₂Н₅ОН + 4СО₂

     _{Лактоза                                Этиловый спирт    Углекислота}

Спиртовому брожению также подвергается и незначительная часть лактозы.

Другие виды брожения (маслянокислое, уксуснокислое и  пропионовокислое), если они протекают в молоке, вызывают пороки продукта.

Молочная кислота, образующаяся при молочнокислом брожении, отщепляет кальций от казеинового комплекса молока, заменяя его водородом. В результате количество электрических зарядов на частицах казеинаткальцийфосфатного комплекса (ККФК) уменьшается. По достижении рН 4,6-4,7 белковые частицы теряют свой заряд; при спокойном состоянии агрегируют, образуя сгусток:

NH₂-R-(COO)₂Ca + 2C₃H₆O₃ NH₂-R-(COOH)₂ + (C₃H₆O₃)₂Ca

_{ККФК                 Молочная кислота                Казеии (сгусток)     Молочнокислый кальций}

Из гомоферментативных молочнокислых стрептококков для микробиологической переработки молока интерес представляют виды Str. lactis и Str. cremoris, из молочнокислых палочек - Lb. acidophilus, Lb. lactis, Lb. casei, Lb. piantarus, Lb. bulgaricus, Lb. helveticus.

1.4 Материальные расчеты биотехнологической продукции

Бифилайф с массовой долей жира 3,2 %

Масса цельного молока, поступающего на переработку:

Мц.м.норм. = 8000 кг.

Масса цельного молока с  учетом потерь при сепарировании 

(Псеп. = 0,23 %):

Мц.м.теор. = Мц.м.норм. * (100 - Псеп.) / 100                                        (1.1)                                                                                                                     Мц.м.теор. = 8000 * (100 - 0,23) / 100 = 7981,6 кг. 

Масса потерь при сепарировании:

Мсеп. = Мц.м.норм. - Мц.м.теор.                                                             (1.2)                                                       

Мсеп. = 8000 – 7981,6 = 18,4 кг.

Массовая доля жира нормализованной  смеси до заквашивания:

Жн.см.до зак. = (Жн.см. – (0,05 * Жзак.)) / 0,95                                      (1.3)                       

Жн.см.до зак. = (3,2 – (0,05 * 0,05)) / 0,95 = 3,36%.

Масса нормализованной  смеси до заквашивания:

Мн.см.до зак. = Мц.м.теор. * (Жсл. – Жц.м.) / (Жсл. - Жн.см.до зак.) (1.4)

где: Жц.м. = 3,6% - массовая доля жира цельного молока;

Жсл. = 8,4% - масса сливок, получаемых при нормализации молока в потоке и используемых для производства сметаны «Южная»;

Мн.см.до зак. = 7981,6 * (8,4 – 3,6) / (8,4 – 3,36) = 7601,52 кг.

Масса сливок, получаемых при нормализации молока:

Мсл. = Мц.м.теор. * (Жц.м. - Жн.см.до зак.) / (Жсл. – Жц.м.)               (1.5)

Мсл. = 7981,6 * (3,6 – 3,36) / (8,4 – 3,6) = 399,08 кг.

Масса нормализованной  смеси по формуле:

Мн.см. = Мн.см.до зак. / 0,95                                                                     (1.6)

Мн.см. = 7601,52 / 0,95 = 8000,16 кг.

Масса закваски по формуле:

Мзак. = Мн.см. - Мн.см.до зак.                                                                 (1.7)

Мзак. = 8000,16 - 7601,52 = 398,64 кг.

Масса продукта:

Мпр = Мн.см. / 0,001 * Р₁                                                                          (1.8)

где Р₁ = 1014 кг/т;

Мпр = 8000,16 / 0,001 * 1014 = 7889,70 кг.

Потери при выработке:

Пвыр. = Мн.см. – Мпр.                                                                              (1.9)

Пвыр. = 8000,16 - 7889,70 = 110,46 кг.

Баланс:

Мц.м.норм. + Мзак. = Мпр + Мсеп. + Пвыр. + Мсл.                           (1.10)