Биотехнологические процессы в хлебопекарном производстве. Биотехнологическое производство хлеба

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ХЛЕБОПЕЧЕНИИ | sibac.info

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ХЛЕБОПЕЧЕНИИ

Васильева Вера Эдуардовна

студент 1 курса, кафедра стандартизации и сертификации пищевых продуктов ИВМОмГАУ им. П. А. Столыпина, г Омск

Тарасова Елена Юрьевна

научный руководитель, ст. преподаватель кафедры стандартизации и сертификации пищевых продуктов ИВМОмГАУ им. П. А. Столыпина, г. Омск

Качество пищевых продуктов, в том числе хлеба – это совокупность характеристик, которые обуславливают потребительские свойства пищевой продукции и обеспечивают ее безопасность для человека. [4, c. 311]

Качество хлеба зависит от качества сырья, в первую очередь от хлебопекарных свойств муки, способов и режимов проведений отдельных стадий технологического процесса приготовления хлеба и применения специальных добавок, являющихся улучшителями качества хлеба. [4, c. 312] Процесс производства хлебобулочных изделий слагается из шести этапов: 1) приемка и хранение сырья; 2) подготовка сырья к пуску в производство; 3) приготовление теста; 4) разделка теста; 5)выпечка и 6)хранение выпеченных изделий и отправка их в торговую сеть. [1, c. 8] В процессе приготовления хлеба на разных этапах одновременно происходят различные микробиологические, биохимические, физические и коллоидные процессы. Правильный контроль и учет всех технологических процессов способствует получению хлебобулочного изделия, отвечающего всем необходимым требованиям.

Приготовление теста начинается с замеса. Замес теста – это перемешивание сырья, предусмотренного рецептурой, до получения однородной гомогенной массы, обладающей определенными реологическими свойствами.[4, c. 159] Образование теста при замесе происходит в результате ряда процессов, из которых важнейшими являются физико-механические, коллоидные и биохимические. Все эти процессы протекают одновременно и зависят от продолжительности замеса, температуры, количества и качества сырья, используемого при замесе теста.

Физико–механические процессы протекают под воздействием месильного органа, который перемешивает частицы муки, воду, дрожжевую суспензию и растворы сырья, обеспечивая взаимодействие всех составных компонентов рецептуры.

Коллоидные процессы протекают при замесе более активно. Так все составные компоненты муки (белки, крахмал, слизи, сахара и др.) начинают взаимодействовать с водой. Все, что способно растворяться (сахара, минеральные соли, водорастворимые белки) переходят в раствор и наряду со свободной водой, формируют жидкую фазу теста. Нерастворимые в воде белковые вещества, образующие клейковину (глиадиновая и глютеиновая фракции белков), в тесте связывают воду не только адсорбционно, но и осмотически. Осмотическое связывание воды в основном и вызывает набухание этих белков. Набухшие белковые вещества образуют в тесте губчатосетчатую структурную основу, каркас который и обуславливает специфические реологические свойства пшеничного теста – его растяжимость и упругость. [4, c. 160]

При замесе теста наряду с физико-механическими и коллоидными процессами протекают и биохимические, вызываемые действием ферментов муки и дрожжей. Основные биохимические процессы – это гидролитический распад белков под действием протеолитических (протеолиз) и крахмала под действием амилолитических ферментов (амилолиз). Вследствие этих процессов увеличивается количество веществ, способных переходить в жидкую фазу теста, что приводит к изменению его реологических свойств. [4, c. 161]

После операции замеса следует брожение теста. Основное назначение этой операции – приведение теста в состояние, при котором оно при газообразующей способности и реологическим свойствам, накоплением вкусовых и ароматических веществ будет наилучшим для разделки и выпечки. [4, c. 165]

Разрыхление теста углекислым газом (диоксидом углерода), позволяющее получить хлеб с хорошо разрыхленным пористым мякишем, становится основной задачей процесса брожения на стадиях расстойки и выпечки хлеба.

Сумму процессов, приводящих тесто в результате обминок и брожения, в состояние оптимальное для разделки и выпечки, объединяют общим понятием созревание теста. [1, c. 124]

Созревание теста основано на коллоидных, биохимических и микробиологических процессах. [2, c. 212]

Основные микробиологические процессы, протекающие при брожении теста – это спиртовое и молочнокислое брожение.

Спиртовое брожение вызывается ферментами дрожжевых клеток, которые обеспечивают превращение простейших сахаров (моносахаридов) в этиловый спирт и диоксид углерода. При этом молекула сахара гексозы (мальтозы, фруктозы) превращается в две молекулы этилового спирта и две молекулы диоксида углерода.

Дрожжи сбраживают сначала глюкозу и фруктозу, а затем сахарозу и мальтозу, которые предварительно превращаются в моносахариды под действием ферментов сахаразы и мальтазы. Источником сахаров в тесте являются собственные сахара зерна, перешедшие в муку, но главную массу составляет мальтоза, образовавшаяся в тесте при расщеплении крахмала. [4, c. 166]

Молочнокислое брожение – это вид брожения, который вызывается различными видами молочнокислых бактерий. В полуфабрикатах хлебопекарного производства наиболее активны нетермофильные бактерии, т.к. температура брожения обычно не превышает 30‑35°С. [4, c. 167‑168]

Коллоидные и биохимические процессы. Состояние белковых веществ под действием кислот, ферментов, влаги, добавленных улучшителей хлеба, механической обработки теста значительно изменяется. Один из наиболее важных факторов – повышение кислотности, которое ускоряет как набухание, так и пептизицию белковых веществ. Под действием кислот резко снижается количество отмываемой из теста клейковины, возрастает количество водорастворимых веществ. Белковые вещества набухают и частично гидролизуются под действием протеолитических ферментов муки, дрожжей, бактерий. Часть белков набухает неограниченно, переходя в раствор. Протеолиз в тесте идет медленно, при этом главным образом меняется структура белковой молекулы, а разложения белков на отдельные аминокислоты практически не происходит. Тесто в процессе брожения становится менее вязким и более пластичным, улучшается состояние клейковинного каркаса. Под действием выделяющегося диоксида углерода пленки клейковины растягиваются, а при делении и округлении слипаются снова, что способствует улучшению механических свойств теста, образованию мелкой и равномерной пористости в мякише изделий.

Крахмал при брожении теста частично осахаривается, превращается под действием β-амилазы в мальтозу. Мальтоза, непрерывно образующаяся из крахмала, является основным сахаром теста, так как другие сахара муки сбраживаются в первые часы брожения. [4, c. 169‑170]

Обминка теста – кратковременное перемешивание теста в период брожения, цель которого – улучшение структурно-механических войств теста (получение наибольшего объема хлеба с мелкой, тонкостенной и равномерной пористостью мякиша). [2, c. 221]

Разделка теста включает в себя деление теста на куски, округление, предварительную расстойку, формование тестовых заготовок и окончательную расстойку. Разделка осуществляется с целью получения тестовых заготовок заданной массы, имеющие оптимальные органолептические и реологические свойства для выпечки. [4, c. 225]

Округление кусков теста осуществляется с целью:

проработки заготовки для создания однородной структуры, для равномерного распределения и частичного удаления диоксида углерода;
получения гладкой однородной оболочки, в результате чего поры на поверхности куска теста закрываются, и уменьшается газопроницаемость поверхностного слоя заготовки;
придания куску теста круглой формы, что способствует оптимальному протеканию процесса расстойки и дальнейшей обработки заготовки. [4, c. 229‑230]

После округления тестовых заготовок наступает стадия предварительной расстойки. Основное значение этой операции – приведение тестовой заготовки в оптимальное состояние для последующего формования. В результате механических воздействий, оказываемых на тесто в процессе деления на куски, и последующего их округления, в кусках теста возникает внутреннее напряжение и частично разрушаются некоторые звенья клейковинного структурного каркаса. При предварительной расстойке внутренне напряжение в тесте рассасывается, а разрушенные звенья структуры теста частично восстанавливаются. [4, c. 231]

Окончательная расстойка. Цель – восстановить нарушенную при формовании структуру теста и обеспечить разрыхление тестовой заготовки за счет выделения диоксида углерода. [4, c. 234]

Выпечка – заключительная стадия приготовления хлебобулочных изделий, окончательно формирующая их в продукт, готовый к употреблению. В процессе выпечки внутри тестовой заготовки происходят интенсивные теплофизические, биохимические, микробиологические и коллоидные процессы, в результате которых формируется эластичный, сухой на ощупь мякиш, образуются специфические вкусовые и ароматические вещества, приобретаются характерная окраска и толщина корки. [2, c. 279]

В процессе выпечки происходят следующие изменения с тестовой заготовкой:

прогрев;

образование корки и мякиша;
формирование вкуса и аромата;
увеличение объема;
уменьшение массы. [4, c. 264]

Тестовые заготовки прогреваются постепенно, начиная с поверхности до внутренних слоев. При прогревании слоя до температуры выше 100°С он превращается в корку. Температура слоя на границе между коркой и мякишем всегда равна 100°С и именно в этом слое происходит испарение влаги. [4, c. 264]

Корка образуется в результате прогрева тестовой заготовки и изменений крахмала и белка при нагревании. В первые минуты выпечки в результате конденсации пара крахмал на поверхности заготовки клейстеризуется, переходя частично в растворимый крахмал и декстрины. Денатурация белковых веществ на поверхности изделия происходит при температуре 70‑90°С. Денатурация белков, наряду с обезвоживанием верхнего слоя, способствует образованию плотной неэластичной корки. [4, c. 265] Образование мякиша хлеба зависит от коллоидных процессов, протекающих при прогревании тестовой заготовки и связанные главным образом с изменением состояния крахмала и белковых веществ. Клейстеризация крахмала из-за недостатка влаги идет медленно и заканчивается только при нагревании центрального слоя теста – хлеба до температуры 96‑98°С. [4, c. 266]

Специфическая окраска корки в основном обусловлена образованием в ней темноокрашенных продуктов окислительно-восстановительного воздействия несброженных восстанавливающих сахаров и продуктов протеолиза белков (реакция меланоидообразования). [4, c. 265]

Увеличение объема происходит главным образом в первые минуты выпечки в результате спиртового брожения и образования этилового спирта и диоксида углерода, перехода спирта в парообразное состояние при температуре 79°С, а также теплового расширения паров спирта и газов в тестовой заготовке. Увеличение объема тестовой заготовки улучшает внешний вид, пористость, усвояемость изделия. [4, c. 267]

Упек – это уменьшение массы тестовой заготовки при выпечке за счет испарения части воды и улетучивания некоторых продуктов брожения. [4, c. 268]

Одной из основных задач хлебопекарной промышленности является выработка хлеба и булочных изделий высокого качества. Управление биотехнологическими процессами, лежащими в основе хлебопечения, позволит выработать продукцию, удовлетворяющую требованиям потребителей. На кафедре стандартизации и сертификации пищевых продуктов Омского Государственного Аграрного Университета имени П. А. Столыпина проводятся исследования по управлению качеством хлебобулочных изделий.

Список литературы:

Ауэрман Л. Я. Технология хлебопекарного производства: Учебник.- 9-е изд.; перераб. и доп. /Под общ. ред. Л.И. Пучковой. – СПб: Профессия, 2005.‑416 с., ил.
Пащенко Л. П., Жаркова И. М. Технология хлебобулочных изделий. – М.; КолосС, 2008. – 389 с., ил. – (Учебник и учеб. пособия для студентов высш. учеб. Заведений).
Немцова З. С., Волкова Н. П., Терехова Н. С. Основы хлебопечения. – М.: Агропромиздат, 1986. – 287 с.
Цыганова Т. Б. Технология хлебопекарного производства: Учеб. для нач. проф. образования: Учеб. пособие для сред. проф. образования. – М.:ПрофОбрИздат,2002,‑432 с.

sibac.info

Биотехнологические процессы в хлебопекарном производстве — КиберПедия

Среди древнейших созданий человеческого разума и рук есть творение, значимость которого с годами не уменьшается, а увеличива- ется. Это – хлеб. И не только потому, что «без хлеба нет обеда». Хлеб издавна символизировал народное благополучие.

Когда «родился» хлеб? Ученые утверждают, что еще во времена мезолита (10-15 тыс. лет назад) человек начал возделывать злаки, кото- рые были прародителями ячменя, пшеницы, овса, ржи. На Ближнем

Востоке лепешки выпекали из крутого пресного теста на горячих кам-

нях, в золе или на раскаленных стенках печек, имевших форму пче-

линых улиев. Лепешки были жёсткими и сухими, но зато долго сохра-

нялись. Подобные печки – тандыры сохранились и поныне в Средней

Азии и в Закавказье.

Прошло ещё много столетий, прежде чем в тесто начали добав- лять дрожжи, превратившее жесткую лепешку в пышную и мягкую булку. Историки считают, что кислое тесто впервые появилось у

египтян, которым был известен способ приготовления пива, а значит и

процесс брожения, приблизительно в середине второго тысячелетия до нашей эры.

Хлебопекарные дрожжи – это скопление клеток семейства грибов-сахаромицетов. Они вызывают спиртовое брожение сахаров теста, в результате чего образуется спирт и углекислый газ. Примене- ние дрожжей в хлебопечении основано на том, что при брожении угле- кислый газ разрыхляет тесто, придает ему пористую структуру. Угле- кислый газ как бы растягивает, расширяет тесто, делает его пышным. В процессе брожения в тесте накапливаются сложнейшие органические соединения, которые при выпечке под влиянием высоких температур предают хлебу великолепный вкус и аромат.

Зерно имеет в своем составе разнообразный комплекс ферментов, которые влияют на качество хлеба. Низшие сорта муки отличаются большим содержанием и активностью ферментов, чем высшие, так как ферменты сосредоточены в зародыше и периферийных частях зер- на. Ферментная активность отдельных партий муки одного и того же сорта зависит от многих факторов: условий произрастания, хранения и сушки, режима кондиционирования, продолжительности хранения зерна или муки. Повышенная ферментная активность наблюдается

у муки, полученной из зерна недозревшего, морозобойного, проросше- го или пораженного клопом-черепашкой, а низкая - у муки, получен- ной из зерна, чрезмерно перегретого при сушке. При хранении муки

(зерна) активность ферментов несколько снижается. Ферментативные

процессы в полуфабрикатах при их брожении или выпечке должны протекать с определенной скоростью в зависимости от биологических процессов, качества муки и режимов приготовления теста. При повы- шенной или пониженной (по сравнению с обычным значением) фер- ментной активности муки осложняется технологический процесс, воз- никают дефекты хлеба. В технологическом процессе производства хлеба наиболее важны ферменты, гидролизующие главные вещества муки - белки и крахмал. Интенсивность, с которой сложные вещества муки разлагаются под действием ее собственных ферментов, характе- ризует автолитическую активность муки (автолиз - саморазложение).

Роль дрожжей сахаромицетов в хлебопечении. Дрожжи саха- ромицеты выполняют в основном роль разрыхлителей теста, оказывая существенное влияние на объем готового хлеба и пористость мякиша. Сбраживая сахара муки и мальтозу, образующуюся из крахмала муки под действием амилаз, они образуют углекислый газ и спирт. Химизм спиртового брожения в настоящее время изучен детально. Известно, что наряду с главными продуктами брожения получаются побочные, например - уксусный альдегид, спирты (бутиловый, изобутиловый, изоамиловый), органические кислоты (молочная, янтарная, винная, щавелевая) и некоторые другие вещества, придающие хлебу специфи- ческий вкус и аромат. Кроме того, небольшое количество спирта, кото- рое остается после выпечки в готовом хлебе (до 0,5%), также значи- тельно улучшает вкус и аромат хлеба.

Для разрыхления пшеничного теста применяют дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Их вносят в виде прессованных дрожжей, дрожжевого молока, сгущенных или жидких дрожжей. В брожении

ржаных заквасок участвуют два вида дрожжей сахаромицетов:

Saccharomyces cerevisiae и Saccharomyces minor.

cyberpedia.su

Пищевая биотехнология

БИОТЕХНОЛОГИЯ

БИОТЕХНОЛОГИЯ - производственное использование биологических агентов (в частности микроорганизмов) для получения полезных продуктов и осуществления целевых превращений. В биотехнологических процессах также используются такие биологические макромолекулы как белки - чаще всего ферменты, рибонуклеиновые кислоты.

Биотехнология - это наука об использовании биологических процессов в технике и промышленном производстве. Название ее происходит от греческих слов bios - жизнь, teken - искусство, logos - слово, учение, наука. В соответствии с определением Европейской федерации биотехнологов (ЕФБ, 1984) биотехнология базируется на интегральном использовании биохимии, микробиологии и инженерных наук в целях промышленной реализации способностей микроорганизмов, культур клеток тканей и их частей. Уже в самом определении предмета отражено его местоположение как пограничного, благодаря чему результаты фундаментальных исследований в области биологических, химических и технических дисциплин приобретают выраженное прикладное значение.

Основным направлением компании ООО "Пропионикс" является пищевая биотехнология:

Биотехнология пищевая (пищевая биоиндустрия) - раздел биотехнологии, занимающийся разработкой теории и практики создания пищевых продуктов общего, лечебно-профилактического назначения и специальной ориентации.

История биотехнологии. Использование в промышленном производстве микроорганизмов или их ферментов, обеспечивающих технологический процесс, известно издревле, однако систематизированные научные исследования позволили существенно расширить арсенал методов и средств биотехнологии. Люди выступали в роли биотехнологов с незапамятных времен: занимались хлебопечением и сыроделием, производили другие кисломолочные продукты и варили пиво, используя различные микроорганизмы даже не подозревая об их существовании. Сам термин "биотехнология" появился в нашем языке недавно, ранее его заменяли словами "промышленная микробиология" или "техническая биохимия". Впервые термин «биотехнология» применил венгерский инженер Карл Эреки в 1917 году.

По видимому, древнейшим биотехнологическим процессом было брожение. Об этом свидетельствует описание способа приготовления пива, обнаруженное на дощечке, найденной при раскопках Вавилона, которая датируется 6-м тысячелетием до н. э. Известно, что в третьем тысячелетии до н. э. шумеры могли изготовлять уже около двадцати сортов пива. Не менее древними являются и такие процессы, как виноделие, получение кисломолочных продуктов и выпекание хлеба. Иными словами, биотехнология — это наука о методах и технологиях производства различных веществ и продуктов с использованием природных биологических объектов и процессов. И это есть ее традиционное, классическое понимание…

Несведущий в микробиологии видит практическое значение микроорганизмов в первую очередь во вреде, который они причиняют человеку, животным и растениям. Этими болезнетворными (патогенными) микроорганизмами и их специфическими особенностями занимаются такие науки, как медицинская и ветеринарная микробиология, а также фитопатология. Хотя микроорганизмы и в других сферах природы, и в промышленности выступают иногда в роли вредителей, их роль как полезных организмов существенно преобладает. Они уже давно завоевали себе прочное место в домашнем хозяйстве, а в промышленности они совершенно необходимы. Их используют в самых различных отраслях от первичной переработки сельскохозяйственных продуктов до катализа сложнейших этапов химических синтезов.

*Применительно к направлению деятельности ООО "Пропионикс" см. также:

Глобальные технологические тренды - Биотехнологии – Еда как источник здоровья (Трендлеттер НИУ ВШЭ # 15 • 2015)

Классические микробиологические производства: Как было уже отмечено выше, на примере пивоварения и виноделия с использованием различных дрожжей, выпечки хлеба и приготовления молочных продуктов с помощью молочнокислых бактерий, а также получения пищевого уксуса при участии уксуснокислых бактерий становится очевидным, что микроорганизмы относятся к старейшим культурным «растениям».

В Японии и Индонезии соевые бобы издавна перерабатываются с помощью мицелиальных грибов, дрожжей и молочнокислых бактерий. Если не считать получения этанола, в промышленном производстве индивидуальных веществ микроорганизмы начали использовать лишь в последние шестьдесят лет.

Уже в период первой мировой войны с помощью управляемого дрожжевого брожения получали глицерин. Молочная и лимонная кислоты, в больших количествах необходимые для пищевой промышленности, производятся с помощью молочнокислых бактерий и гриба Aspergillus niger соответственно. Из дешевых, богатых углеводами отходов путем брожения, осуществляемого клостридиями и бациллами, можно получать ацетон, бутанол, 2-пропанол, бутандиол и другие важные химические соединения.

Новые микробные производства: Классические виды брожения дополняются новыми применениями микробов в химических производствах. Из грибов получают каротиноиды и стероиды. Когда выяснилось, что Corynebacterium glutamicum из сахара и соли аммония с большим выходом синтезирует глутаминовую кислоту, были выделены бактерии и разработаны методы, с помощью которых можно в больших масштабах производить многие аминокислоты, нуклеотиды и реактивы для биохимических исследований.

Микроорганизмы используются химиками в качестве катализаторов для осуществления некоторых этапов в длинной цепи реакций синтеза; микробиологические процессы по своей химической специфичности и по выходу продукта превосходят химические реакции; ферменты, применяемые в промышленности, - амилазы для гидролиза крахмала, протеиназы для обработки кож, пектиназы для осветления фруктовых соков и другие - получают также из культур микроорганизмов. Все это и многое другое показывает огромный потенциал т.н. прикладной микробиологии и биохимии.

См. также: Микробиология (общеобразовательный материал)

Пищевая и сельскохозяйственная биотехнологии

Применительно к профилю компании ООО "Пропионикс" следует отметить два важных направления биотехнологии: пищевую и сельскохозяйственную. Данные направления хорошо раскрыты в комплексной программе развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 года (утв. Правительством РФ от 24 апреля 2012 г. N 1853п-П8)

Стратегической целью Программы является выход России на лидирующие позиции в области разработки биотехнологий, в том числе по отдельным направлениям биомедицины, агробиотехнологий, промышленной биотехнологии и биоэнергетики, и создание глобально конкурентоспособного сектора биоэкономики, который наряду с наноиндустрией и информационными технологиями должен стать основой модернизации и построения постиндустриальной экономики.

Долгосрочной целью реализации Программы является выход в 2020 году на объем биоэкономики в России в размере около 1% ВВП и в 2030 году - не менее 3% ВВП

В программе выделены основные приоритетные направления развития биотехнологий в России. К ним относятся: 1. Биофармацевтика 2. Биомедицина 3. Промышленная биотехнология 4. Биоэнергетика 5. Сельскохозяйственная биотехнология 6. Пищевая биотехнология 7. Лесная биотехнология 8. Природоохранная (экологическая) биотехнология 9. Морская биотехнология

Пищевая биотехнология

Современная пищевая биотехнология представляет собой индустрию пищевых ингредиентов - вспомогательных технологических добавок, вводимых в пищевые продукты в процессе их изготовления для повышения их полезных свойств. Подавляющее большинство пищевых ингредиентов в настоящее время импортируется, в связи с чем организация их производства в России является актуальной, социально востребованной задачей.

"Пищевой белок"

Человек традиционно получает белки, жиры и углеводы (основные компоненты пищи) из животных и растительных источников. Уже сегодня эти источники не покрывают все увеличивающиеся потребности человечества. Современные методы биотехнологий в сочетании с применением ультра- и нанофильтрационных систем делают экономически обоснованным извлечение пищевого белка из широкого класса сырьевых продуктов и отходов пищевой промышленности. Таким образом, комплекс мероприятий направлен на распространение технологий, превращающих малоценные отходы в белковые продукты и компоненты с высокой добавленной стоимостью.

"Ферментные препараты"

Ферменты, применяемые в пищевых производствах, являются продуктами с высокой добавленной стоимостью, в России практически не производятся. Развитие данного направления позволит создать компактный по масштабам, но высокоэффективный сектор, являющийся с одной стороны базой развития всех направлений пищевой отрасли, направленных на глубокую переработку сырья, с другой стороны, производство пищевых ферментов обладает высоким экспортным потенциалом.

"Пребиотики, пробиотики, синбиотики"

Развитие производства и пищевого инжиниринга продуктов данной группы является необходимым элементом для формирования в России рынка здорового питания. Задачей данного комплекса мероприятий является создание пробиотических продуктов, расширение исследований и практики внедрения в ассортимент предприятий новых продуктов и комплексных решений.

"Функциональные пищевые продукты, включая лечебные, профилактические и детские"

К функционально пищевым продуктам относят пищевые продукты систематического употребления, сохраняющие и улучшающие здоровье и снижающие риск развития заболеваний благодаря наличию в их составе функциональных ингредиентов. Они не являются лекарственными средствами, но препятствуют возникновению отдельных болезней, способствуют росту и развитию детей, тормозят старение организма. В соответствии с мировой практикой продукт считается функциональным, если регламентируемое содержание микронутриентов в нем достаточно для удовлетворения (при обычном уровне потребления) 25-50% от среднесуточной потребности в этих компонентах. Развитие направления является важной социальной задачей, снижающей нагрузку на сектор медицины и социально-экономический ущерб от болезней.

"Пищевые ингредиенты, включая витамины и функциональные смеси"

Пищевые ингредиенты используются для повышения питательной ценности, удлинения срока хранения, изменения консистенции и усиления вкуса и аромата продуктов. Используемые производителями пищевые ингредиенты, как правило, имеют растительное или бактериальное происхождение. Многие аминокислотные добавки, усилители вкуса и витамины, добавляемые в пищевые продукты, производятся с помощью бактериальной ферментации. В результате реализации комплекса мероприятий биотехнология должна обеспечить производителям пищевых продуктов возможность синтеза большого количества пищевых добавок, которые в настоящее время слишком дороги либо малодоступны из-за ограниченности природных источников этих соединений.

"Глубокая переработка пищевого сырья"

Биотехнология предоставляет множество возможностей усовершенствования методов переработки сырья в конечные продукты: натуральные ароматизаторы и красители; новые технологические добавки, в том числе ферменты и эмульгаторы; заквасочные культуры; новые средства для утилизации отходов; экологически чистые производственные процессы; новые средства для обеспечения сохранения безопасности продуктов в процессе изготовления.

Сельскохозяйственная биотехнология

Прим.: Здесь актуальным для ООО "Пропионикс" являются направления Сельскохозяйственной биотехнологии, отмеченные в программе под пп 5.7. и 5.9 (кормовой белок и биологические компоненты кормов и премиксов):

"Кормовой белок"

Согласно терминологии указанной программы, кормовой микробиологический белок (кормовые дрожжи)* - это сухая концентрированная биомасса дрожжевых клеток, специально выращиваемая на корм сельскохозяйственным животным, птице, пушным зверям, рыбе. Добавление кормового белка в корма резко улучшает их качество и способствует повышению производительности в животноводстве. Комплексом мероприятий будет предусмотрено развитие производства кормового белка в России и создание новых научно-технических заделов, совершенствующих технологии его производства и виды использования.

*Прим.: Однако здесь следует отметить, что использование бактерий в качестве продуцента белкового корма является более эффективным, так как бактерии образуют до 75% белка по массе, в то время как дрожжи - не более 60%. Например, использование различных штаммов пропионовокислых бактерий (Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii), позволяет получать кормовой белок со значительными технологическими и качественными преимуществами.

"Биологические компоненты кормов и премиксов"

Современный уровень технологий кормления сельскохозяйственных животных опирается на широкое применение биологичских компонентов (ферменты, аминокислоты, БВК, пробиотики и другие). В результате развития животноводства в России, которое в основном опирается на импорт технологий и поголовья, сформировался емкий рынок этих продуктов биотехнологии. Однако формирование рынка не привело пока к развитию производственной и технологической базы, появлению новых продуктов, созданных на основе научных достижений российских ученых.

В 2010 году в животноводстве в качестве кормов было использовано 45 млн. т зерна, что говорит о крайне низкой эффективности кормопроизводства в стране. Доля зерна в комбикормах составляет 70% (в странах Европейского Союза - 40-45%), кроме того, в непереработанном виде было использовано более половины из общего количества зерна предназначенного для кормов.

Важно отметить, что производство комбикормов и премиксов в значительной степени ведется без использования биопрепаратов (ферментов, ветеринарных и кормовых антибиотиков, пробиотиков и так далее). При таком кормлении конверсия корма в получение животноводческой продукции существенно отстает от мировых показателей, что снижает конкурентоспособность российского животноводства. Комплексом мероприятий будут созданы условия для развития производственной и технологической базы биотехнологических компонентов кормов и премиксов.

Реализация указанных комплексов мероприятий позволит решить вопросы создания высокоэффективного сельского хозяйства и обеспечения населения полноценным сбалансированным питанием.

См. также:

«Если без науки не может быть современной промышленности, то без нее не может быть и современной науки»

Дмитрий Иванович Менделеев

*На данный момент вся микробиологическая продукция компании «ПРОПИОНИКС» отнесена к результатам промышленной биотехнологии, не использующей методы генной инженерии, т.е. к «традиционной» биотехнологии, но с инновационными подходами к производству. Этим гарантируется высокое качество биоконцентратов и доверие потребителей к выпускаемым пищевым биопродуктам.

ССЫЛКИ ПО ОСНОВНЫМ РАЗДЕЛАМ:

ПРОБИОТИКИ
ЗАКВАСКИ ДЛЯ ДОМАШНИХ КИСЛОМОЛОЧНЫХ БИОПРОДУКТОВ
ЗАКВАСКИ ДЛЯ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ЗАКВАСКИ ДЛЯ МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ЗАКВАСКИ ДЛЯ ДОМАШНЕГО ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ХЛЕБА
ЗАКВАСКИ (СТАРТОВЫЕ КУЛЬТУРЫ) ДЛЯ МЯСОПРОДУКТОВ
ЗАКВАСКИ ДЛЯ ХЛЕБОПЕКАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА
ЗАКВАСКИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СОРТОВ СЫРА
ПРОПИОНОВОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ (ПРОПИОНИБАКТЕРИИ)
БИФИДОБАКТЕРИИ

propionix.ru

Примеры биотехнологических процессов

Рассмотрим несколько примеров биотехнологического производства различных продуктов.

Исторически наиболее ранними и широко распространёнными способами биотехнологии являются бродильные процессы. В качестве примера брожения можно привести схему процесса производства хлеба (см. рис. 5). Аналогом приготовления среды здесь является получение опары (суспензии муки в воде), в которую добавляют дрожжи и подвергают брожению. Брожение происходит и на дальнейших стадиях - замесе теста, формовании заготовок, расстойке, выпечке.

Рис. 5. Производство хлеба В конце XIX века было налажено производство лимонной кислоты на основе сахарсодержащего сырья, например, мелассы. Лимонная кислота является одной из основных пищевых кислот, используемых в пищевой промышленности в качестве подкислителя, консерванта, усилителя вкуса, эмульгатора.

В настоящее время для её производства применяют глубинную ферментацию с использованием плесневого гриба Aspergillus niger в герметичных ферментерах (блок-схема производства приведена на рис. 6). Использование этого штамма грибов позволяет добиться 99% выхода кислоты в пересчёте на израсходованную сахарозу. В качестве дешёвого углеводородного сырья для синтеза применяют мелассу, крахмал и глюкозный сироп. В последнее время была предложена высокоэффективная экологически безопасная технология, основанная на использовании в качестве продуцента цитрата натрия и лимонной кислоты специально селекционированного высокоактивного и стабильного штамма дрожжей.

Рис. 6. Блок - схема производства лимонной кислоты В качестве сырья используется непитьевой этиловый спирт, в том числе технический, спиртсодержащие полупродукты и отходы спиртовых заводов.

Процесс ферментации - превращения спиртсодержащего сырья в лимонную кислоту и (или) цитрат натрия, использующийся для изготовления экологически чистых синтетических моющих средств, осуществляется в непрерывном или периодическом режимах в стандартных ферментационных аппаратах в условиях перемешивания и аэрации. Технология позволяет производить цитрат натрия различной квалификации, а также лимонную кислоту пищевого и технического назначения. По сравнению с традиционной, новая технология обеспечивает значительное снижение себестоимости конечного продукта благодаря стабильной активности штамма-продуцента, невысокой стоимости исходного сырья, существенному сокращению стадий производства, снижению удельных затрат электро- и теплоэнергии, снижается количество твердых отходов и объем сточных вод.

Важнейшим продуктом микробиологической промышленности является пищевая уксусная кислота. Ее получают по реакции окисления этанола. Этот процесс протекает при участии уксусно-кислых бактерий, относящихся к родам Acetobacter и Gluconobacter. Поскольку уксусно-кислые бактерии не превращают углеводы непосредственно в уксусную кислоту, исходное сырье сначала подвергается спиртовому брожению, а затем получившийся спирт окисляется до уксусной кислоты. Окисление спирта протекает в аэробных условиях.

Биотехнологическим путем получают также молочную кислоту, применяющуюся в качестве сырья для биоразлагаемого полимера полилактата. Итаконовую кислоту, использующуюся в производстве пластмасс и красителей, получают путем ферментации на средах, содержащих сахара или парафины нефти. Яблочную кислоту, применяющуюся в пищевой промышленности в качестве окислителя, можно синтезировать из н-парафинов при помощи дрожжей рода Candida, из этанола путем ферментации при участии бактерий, а также из фумаровой кислоты с использованием иммобилизованного фермента фумараза. Биотехнологическим путем производят также глюконовую кислоту. Эта кислота и ее соли используются в пищевой промышленности, медицине.

На рис. 7 представлена блок - схема производства паприна (кормовых дрожжей). В СССР в 70 - 80 гг. паприн являлся одним из продуктов крупномасштабного производства белково - витаминных концентратов (БВК) для животных. Данное производство представляет собой получение инактивированной биомассы, важной особенностью которого является возврат в ферментер отработанной культуральной жидкости (ОКЖ), в результате чего исключаются стоки на стадии сепарации.

Рис. 7. Производство паприна Одно из ведущих мест в биотехнологии занимает синтез аминокислот. Аминокислоты находят применение в различных целях: для обогащения кормов, как добавки в пищевые продукты, содержащие растительные белки, в химической промышленности. Синтез аминокислот биотехнологическими методами более предпочтителен, чем химическими, так как в этом случае не образуется смесь оптических изомеров аминокислот. Рассмотрим производство важной незаменимой аминокислоты лизин (рис. 8).

Рис. 8. Производство кормового лизина В промышленности получают L-изомер этой аминокислоты. Использование L-лизина позволяет оптимизировать состав пищи, уменьшить затраты на производство корма для животных и свести до минимума выделение азота. Данная аминокислота является в настоящее время основной пищевой добавкой при производстве свинины и мяса домашней птицы. Процесс получения лизина включает несколько подготовительных стадий: получение посевного материала, приготовление сложной многокомпонентной среды, ее стерилизация, компримирование и стерилизация воздуха.

На стадии концентрирования образующуюся в процессе ферментации культуральную жидкость сначала выпаривают под вакуумом и затем сушат. Объем мирового производства лизина составляет сейчас около 600 000 т в год. Среди его производителей лидируют японские, американские и немецкие компании. Прирост производственных мощностей лизина составляет 7-10% в год.

Помимо лизина, важнейшей аминокислотой, производство которой увеличивается с каждым годом, является серосодержащая аминокислота метионин. Объем его мирового производства - около 400000 т в год. Основной сферой применения метионина является производство пищевых добавок для корма домашней птицы. Кормовой DL-метионин является смесью D- и L-изомеров и производится химическими методами. В последнее время, однако, растет также производство L-метионина фармацевтического назначения.

Фармацевтические аминокислоты находят применение как парэнтеральные (внутривенные) препараты, а также в производстве диабетических пищевых добавок. Для получения энантиомерно-чистого L-метионина необходимо использовать биотехнологические методы. Лидером в производстве фармацевтического L-метионина является немецкая фирма Degussa, использующая новейшую технологию ферментного разложения. Следует отметить, что Degussa является в настоящее время единственным производителем всех четырех основных аминокислот, используемых для производства корма: L-лизина, DL-метионина, L-треонина и L-триптофана.

С.В. Макаров, Т.Е. Никифорова, Н.А. Козлов

medbe.ru

Пищевая биотехнология — реферат

Микроорганизмы, используемые при получении этанола

Производство этилового спирта при помощи дрожжей основано на давно устоявшейся технологии. В спиртовом производстве используют пригодные для этих целей штаммы рода Saсcharomyces. Основную массу вырабатываемого в настоящее время спирта получают при помощи дрожжей рода S. сerevisiae, иногда S. uvarum (carlsbergensis), S. diastaticus.

Одним из лимитирующих факторов в ферментационном производстве этанола является неспособность микроорганизмов переносить высокие концентрации спирта и вызываемая этим остановка процесса брожения по достижении относительно высокой концентрации спирта. Штаммы дрожжей, используемые в спиртовой промышленности, должны сохранять жизнеспособность вплоть до концентрации этанола 12-15 % (по объему). Кроме того, если в качестве сырья используется зерно, дрожжи должны обладать способностью гидролизовать полисахариды до глюкозы. Это необходимо для полного превращения крахмала в этиловый спирт и углекислый газ.

Ожидается, что работа по созданию новых штаммов дрожжей, устойчивых к еще более высоким концентрациям спирта, будет успешной. Пока углеводы не переведены в форму, усваиваемую дрожжами, брожение не происходит. Добавление гидролизующих крахмал ферментов ускоряет этот процесс. Для этого обычно применяют амилазу из культуральной жидкости штаммов Bacillus subtilis и амилоглюкозидазу, выделяемую из культур грибов штаммов Aspergillus niger и близких форм. Ферменты используются и при подготовке сусла, и при спиртовом брожении.

Особенности производства различных видов спиртопродуктов

При выработке спиртопродуктов разных видов очень важно использовать соответствующий штамм дрожжей. При выработке рома для производства сортов с сильным запахом обычно применяют штаммы дрожжей Schizosaccharomyces, а с менее интенсивным – быстродействующие дрожжи Sacсharomyces. Отметим, что процесс образования спирта ускоряется бактериями Clostridium sacсharobutyricum. Самый лучший ром получают в том случае, когда соотношение бактерий к дрожжам составляет 1:5. Культуру бактерий вносят, когда концентрация спирта достигает 3,5-4,5 %, а сахара – 6 %.

Производство сакэ, или рисовой водки (Япония), похоже скорее на пивоварение, чем на виноделие, поскольку сбраживаемым углеводом является крахмал. Последний превращается в сбраживаемые сахара под действием Aspergillus oryzae, споры которого смешивают с размолотым и сваренным на пару рисом и инкубируют пять-шесть дней при 35º С. Полученный продукт смешивают с распаренным рисом и засевают штаммом Sacсharomyces сerevisiae (мото). Брожение продолжается не менее трех недель. Приготовление сакэ – сложный и труднорегулируемый процесс, требующий освоения различных способов брожения (в полутвердом и затопленном состоянии) и последовательного регулирования микробных популяций: сначала плесневых грибов (Aspergillus oryzae), затем бактерий (Lactobacillus и Leuconostoc spp.) и наконец дрожжей (S. сerevisiae). К концу брожения сакэ содержит не менее 20 % спирта по объему. Концентрация спирта перед выходом в торговую сеть доводится обычно до 16 % по объему.

5.2Хлебопечение

Биотехнологические процессы в хлебопечении связаны с использованием хлебопекарных дрожжей, других заквасок, вызывающих брожение, а также некоторых ферментных препаратов. Для производства хлеба в основном применяют дрожжи Saсcharomyces сerevisiae. Обычно их выращивают в ферментерах периодического действия на мелассе – отходе сахарного производства. Реже используют дрожжи вида Candida milleri. Дозировка прессованных дрожжей при производстве хлебобулочных изделий обычно составляет 1,0-1,5 % к массе муки. При производстве хлеба ферментационный процесс осуществляется в пастообразной среде (опара, тесто).

В Германии и США из ржаной муки выпекают хлеб «с кислинкой». Основа технологии здесь та же, что и при выпечке хлеба из пшеничной муки, но при замесе ржаной муки и воды добавляют опару, заквашенную смешанной культурой лактобацилл. Содержащаяся в этой закваске (опаре) кислота и придает хлебу особый вкус.

5.3 Применение ферментов при выработке фруктовых соков

Применение ферментов, полученных из микроорганизмов – один из главных путей, которые биотехнологи используют и будут использовать для интенсификации технологических процессов в пищевой промышленности. Наибольшие успехи были достигнуты при производстве фруктовых соков: здесь используют такие ферменты, как пектиназы, целлюлазы, гемицеллюлазы, амилазы и протеиназы. Эти ферменты применяются не только в давно освоенных производствах; с их помощью удалось расширить ассортимент и добиться бόльшего выхода продукции из сырья.

Ведущее место в производстве соков принадлежит пектиназам. В 1 л виноградного сока содержится 0,2-0,4 г пектина, еще больше его в яблочном и виноградном соках. При хранении сока пектин оседает. Освобождение сока от пектина обязательно при изготовлении сиропов путем упаривания, так как присутствие пектина может вызвать желеобразование. Обработка соков пектолитическими ферментами снижает содержание пектина до 50 мг/л. Пектолитические ферментные препараты хорошо зарекомендовали себя при получении гомогенных пюре для детского и диетического питания.

5.4 Консервированные овощи и другие продукты

Для консервирования овощей их пропитывают рассолом, в котором они подвергаются брожению. Первая стадия – рост в рассоле аэробной микрофлоры на поверхности овощей. Затем в процесс включаются молочнокислые бактерии рода Lactobacillus и дрожжи, относящиеся к родам Saccharomyces и Torulopsis. В результате брожения образуются молочная и уксусная кислоты. В дальнейшем дрожжи вытесняют молочнокислые бактерии. Брожение завершается, когда использованы все сбраживаемые углеводы овощей. Однако некоторые виды дрожжей, относящиеся к родам Candida, Debaryomyces и Pichia, продолжают расти на поверхности рассола. Это может привести к чрезмерному образованию кислоты, приводящему к ухудшению вкуса продукта, и последующей порче.

В современной технике консервирования овощей используют микробные штаммы, в частности, штаммы молочнокислых бактерий, подвергшиеся селекции. Пастеризация на последней стадии консервирования уничтожает микроорганизмы и гарантирует качество продукта.

5.5 Продукты из сои

Соевый соус готовят на основе кашицы из набухших и отваренных бобов сои. В нее вносят закваску, содержащую различные микроорганизмы, главным образом, Aspergillus orizae (оризе). В ходе выдержки в течение 3-5 сут при температуре 25-30 °С гриб активно разрастается на поверхности. Затем в смесь добавляют соль (до 20 %) и оставляют ее созревать на 0,5-2 года при низкой температуре. В настоящее время применяют чистые культуры Aspergillus orizae, поэтому срок выдержки сокращается до одного-трех месяцев. Кроме плесневого гриба для получения соевого соуса применяют бактерии Pediococcus soyae, дрожжи Saccharomyces rouxii и некоторых видов дрожжей рода Torulopsis. Их специально добавляют в соевую смесь в виде исходных чистых культур или они размножаются из уже имеющихся в смеси клеток. В результате брожения смесь насыщается молочной и другими кислотами и этанолом. По окончании процесса жидкость сливают с соевой массы или отделяют под прессом и получают соевый соус.

5.6 Микромицеты в производстве продуктов растительного происхождения

В пище жителей Юго-Восточной Азии, стран Востока в рационе доминируют крахмал, другие углеводы и не хватает белка. Для обогащения крахмалосодержащих продуктов белками и придания им вкуса мяса в этих странах на растительных продуктах выращивают специально подобранные и естественным путем селекционированные виды плесневых грибов. На основе соевых бобов на Востоке вырабатывают множество традиционных пищевых продуктов, их особый вкус определяется деятельностью микроорганизмов. Это, главным образом, грибы, в частности представители рода Aspergillus.

Характерным элементом восточной кухни является продукт под названием темпе. В Индонезии темпе представляет собой плотную лепешку, изготовленную из соевых бобов, арахиса или кокосовых орехов. Лепешки употребляют в пищу обросшими плесневыми грибами рода Rhizopus. Арахисовое темпе содержит до 50 % белковых веществ и по вкусу напоминает мясные изделия.

Перспективы развития пищевой биотехнологии

Для пищевой биотехнологии перспективны следующие направления развития.

Создание новых штаммов микроорганизмов, используемых в качестве заквасок в молочной промышленности, в виноделии, пивоварении.
Разработка новых штаммов - продуцентов веществ и соединений, применяемых в пищевой промышленности (органических кислот, пищевых добавок, компонентов биологически активных добавок и др.).
Получение с помощью микроорганизмов ферментов для разных отраслей пищевой промышленности – молочной (сыры), пивоваренной, безалкогольной, мясной (сыровяленые и сырокопченые колбасы, мясные изделия), пищеконцентратов и т.д.
Использование отходов пищевой промышленности (молочной, сахарной и др.), а также других отраслей промышленности (химической, целлюлозно-бумажной) в качестве основных компонентов питательных сред для культивирования микроорганизмов.

Таким образом, развитие пищевой биотехнологии определяется не только совершенствованием, повышением эффективности традиционных биотехнологических процессов, но и разработкой совершенно новых процессов производства пищевых продуктов.

В связи с возможной нехваткой продовольствия в отдаленном будущем перспективно получение белковой биомассы с помощью микроорганизмов-продуцентов. Преимущества данного направления: большая скорость роста микроорганизмов и синтеза целевого продукта; использование небольших (по сравнению с засевными) площадей; возможности создания новых высокопродуктивных штаммов с помощью селекции, мутаций, генной инженерии; возможность получать белковые препараты разной степени очистки.

С помощью более умелого использования микроорганизмов в пищевой промышленности, усовершенствования технологических процессов, можно повысить выход и качество выпускаемой продукции и расширить ассортимент продовольственных товаров.

Список литературы

Гореликова Г.А. Основы современной пищевой биотехнологии: Учебное пособие. - Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. – Кемерово, 2004. – 100 с.
http://ru.wikipedia.org/wiki/Биотехнология
http://www.cbio.ru/modules/news/article.php?storyid=2440
http://mi32.narod.ru/03-02/bioteh.html
http://www.biotechnolog.ru/prombt/prombt1_7.htm

myunivercity.ru