Биотехнология продуктов питания

В повседневной жизни мы используем в пищу различные продукты растительного и животного происхождения. Это хлебные изделия, различные сорта сыра, молочные продукты, копченую колбасу и рыбу, соленья, уксус, алкогольные и безалкогольные напитки, которые получают, используя ферменты  микроорганизмов. В современных биотехнологических производствах пищевых продуктов, широко внедряются научные методы, позволяющие повысить качество, безопасность и питательную ценность органических веществ. Разработкой инноваций занимаются научно-исследовательские институты пищевой биотехнологии, которые предлагают новые методы переработки и хранения пищевых продуктов. Это заквасочные культуры микроорганизмов, ферменты, подкислители, усилители вкуса, загустители, подсластители, натуральные красители, ароматизаторы, эмульгаторы и другие. Использование добавок или введение в пищевые продукты важнейших аминокислот, витаминов, минеральных веществ, макроэлементов и микроэлементов, бифидобактерий, лактобактерий, пищевой клетчатки, белков, которые необходимы для полноценной жизнедеятельности человеческого организма. Эти неорганические и органические соединения позволяют улучшать обмен веществ и вырабатывать стойкий иммунитет.

К основным направлениям биотехнологии в пищевой промышленности относятся: создание новых методов переработки и хранения пищевых продуктов; применение пищевых добавок, продуцируемых микроорганизмами; применение ферментов при переработке пищевого сырья; использование микроорганизмов в бродильных производствах; применение микроорганизмов в качестве заквасок; контроль за качеством продовольственного сырья и продуктов питания, а также экологически чистые производственные процессы.

Микроорганизмы, широко используемые в производстве пищевых продуктов, относятся к четырем группам: – бактерии, актиномицеты, дрожжи и плесневые грибы. Полезные бактерии относятся к эубактериям. Это уксуснокислые бактерии представленные родами Gluconobakter и Acetobakter, относящиеся к грамотрицательным бактериям, которые превращают этанол в уксусную кислоту. Анаэробные, образующие споры бактерии, представлены родом Clostridium, виды которого сбраживают сахара, крахмал и пектин. К молочнокислым бактериям относятся представители родов Laktobacilus, Leucоnostoc и Streptococcus.

Актиномицеты это ветвящиеся бактерии, при росте образуют мицелий, что более всего роднит их с грибами. Они вырабатывают биологически активные соединения – антибиотики, гормоны, ферменты, аминокислоты и витамины. Почти все актиномицеты способны синтезировать витамин B₁₂ и его аналоги. Некоторые виды синтезируют витамин B₁  и B₂, биотин, пантотеновую и никотиновую кислоты, пиродоксин. Актиномицеты являются также продуцентами аминокислот, ароматических веществ с запахами фруктов и другие.

Дрожжи – это группа одноклеточных грибов, не имеющих типичного мицелия и размножающихся почкованием. Из 1500 известных видов дрожжей люди научились культивировать и использовать многочисленные штаммы для получения различных ферментных препаратов, органических кислот, полисахаридов, многоатомных спиртов, витаминов и витаминных добавок. Имеется 200 видов биопрдуктов, синтезируемых дрожжами.  Штаммы дрожжей Saccharomyces cerevisiae используются в хлебопечении, а также пивоварении и виноделии.

Микроскопические грибы-плесени, продуцируют ферменты и карбоновые кислоты, используемые в пищевой промышленности. Это ферменты -амилаза, протеаза, пектиназа, целлюлаза, а также пищевые кислоты- лимоная, молочная и уксусная. Микроскопические грибы применяются в производстве сыров.

В пищевой промышленности различные микроорганизмы служат в качестве стартовых культур. Стартовая культура может содержать один штамм микроорганизма или различные штаммы одного вида, а также смешанные культуры. Наиболее важным критерием качества культуры является высокая скорость ферментации получаемого продукта. Сырокопченные колбасы готовят со стартовой культурой стафилококковых бактерий и лактобактерий, а также рода Penicillium. При изготовлении соленых колбас используют стафилококковые бактерии и лактобактерии устойчивые к повышенному содержанию соли.

В хлебопекарном производстве созревание теста основано на коллоидных, биохимических и микробиологических процессах. Биотехнологические процессы в хлебопечении связаны с использованием пекарных дрожжей, домашних заквасок, вызывающих брожение теста. Основные микробиологические процессы протекающие при созревании теста – это спиртовое и молочнокислое брожение.

Хлеб пекут из муки, которую получают из перемолотых семян хлебных злаков, чаще всего из пшеницы. Мука содержит ферменты амилазу и протеазу, которые обеспечивают частичный гидролиз крахмала, с образованием  мальтозы и глюкозы, что создают благоприятный субстрат для роста дрожжей. Дрожжи используют сахара в качестве источника энергии необходимого для роста и деления. В результате аэробного процесса, необходимого дрожжам для роста и анаэробного процесса брожения образуется углекислый газ. Пузырьки газа задерживаются в тесте, заставляя его подниматься. Имеются штаммы дрожжей Saccharomyces cerevisiae, которые при брожении выделяют много углекислого газа. В процессе анаэробного брожения образуется также спирт, который  при выпечке испаряется. Кроме этого, в муке содержится много молочнокислых бактерий, создающие в тесте кислую среду и способствуют росту дрожжей.

В туркменской кухне закваска для теста используется с древнейших времен. Она является основным компонентом, определяющим подъем теста, который готовят в домашних условиях. Такая кислая закваска содержит дикий штамм дрожжей – S.cerevisiae и называется «хамырмая», ее хранят в холодильнике и каждый раз используют для очередной закваски теста.

Основным биотехнологическим процессом получения алкогольных напитков на основе дрожжей является спиртовое брожение, вызываемое дрожжами, при котором происходит разложение простых углеводов до углекислого газа и этилового спирта. Сбраживание сахара осуществляется дрожжами рода Saccharomyces. В одних случаях используется природный сахар, например, содержащийся в винограде, из которого делают вино, в других случаях сахара получают из крахмала, например, при переработке зерновых культур в пивоварении. Субстратом для получения пищевого спирта является картофель и зерно.

Традиционным сырьем для производства пива является ячмень. Ячменым зернам, предварительно дают прорасти, чтобы крахмал превратился в дисахариды и моносахариды. Прорастание семян, останавливают нагреванием до 80 °С. Ячменный солод, измельчают и смешивают с теплой водой, чтобы экстрагировать сахара. Пивное сусло после гидролиза крахмала содержит мальтозу, глюкозу и мальтотриозу. К полученному солодовому суслу добавляют хмель, придающий пиву горьковатый вкус, а также предотвращающий рост посторонних бактерий. Сусло концентрируют кипячением, предварительно удалив хмель и помещают в ферментер. Добавляют пивные дрожжи, которые остаются от прежней ферментации. Чаще всего используют три вида дрожжей Sacchoromyces cerevisiae, Saccharomyces uvarum  и Sacchoromyces carihergensis. Штаммы S. carihergensis, используют для приготовления легких сортов пива. Брожение происходит в анаэробных условиях. В процессе брожения сахар превращается в спирт и двуокись углерода, как и при изготовлении хлеба. Через 2-5 суток содержание спирта достигает 3,5 – 8 %, чаще всего 3,5 – 5%. После окончания процесса брожения дрожжи отделяют от пива. Затем,  пиво  выдерживают некотое время для созревания.

Чтобы приготовить сыр, молоко сбраживают добавляя сычужный фермент или рекомбинантный химозин. Спровоцированная стартовыми культурами ферментация приводит к образованию молочнокислого сгустка, из которого вызревает сыр. В производстве сыров используют самые разнообразные микроорганизмы, чаще всего Penicillium, Streptococcus, Propionibacterium и Laktococcus. Разнообразие сортов сыра объясняется различным происхождением молока – коровье, козье, овечье; технологией производства – анаэробные, аэробные или смешанные условия роста бактериальной культуры, а также методами введения стартовых культур – поверхностное или внутреннее вспрыскивание.

Исторически сложилось, что пищевая биотехнология связана со здравоохранением, так как систематическое употребление функциональных пищевых продуктов способствуюет сохранению и улучшению здоровья людей.

.

Юсуп Мамедов,

кандидат биологических наук.

Комментарии

Нет комментариев