Лекция 1. Биотехнология в пищевой промышленности

БИОТЕХНОЛОГИЯ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Перспективность и эффективность применения биотехнологических
процессов в различных сферах человеческой деятельности, от получения пищи и напитков до новых материалов обусловлена их компактностью и одновременно крупномасштабностью, высоким уровнем механизации и производительности труда. Эти процессы поддаются контролю, регулированию и автоматизации. Биотехнологические процессы, в отличие от химических, реализуются в «мягких» условиях, при нормальном давлении,
активной реакции и невысоких температурах среды; они в меньшей степени загрязняют окружающую среду отходами и побочными продуктами, мало зависят от климатических и погодных условий, не требуют больших земельных площадей, не нуждаются в применении пестицидов, гербицидов и других, чужеродных для окружающей среды агентов. Поэтому биотехнология в целом и ее отдельные разделы находится в ряду наиболее приоритетных направлений научно-технического прогресса и является ярким примером
«высоких технологий», с которыми связывают перспективы развития многих производств.
Биотехнология предоставляет массу возможностей усовершенствования
методов переработки сырья в конечные продукты: натуральные
ароматизаторы и красители; новые технологические добавки, в том числе ферменты и эмульгаторы; заквасочные культуры; экологически чистые производственные процессы; новые средства для обеспечения сохранения безопасности продуктов в процессе изготовления.
Биотехнология подает большие надежды и в улучшении показателей
продуктов функционального питания. Программы разработки и внедрения на рынок нутрицевтиков - продуктов- лекарств, систематическое употребление которых оказывает регулирующее действие на определенные системы и органы организма, улучшая здоровье человека, приняты во многих странах.
Такие продукты содержат повышенное по сравнению с обычными количество незаменимых аминокислот, витаминов, минералов и других биологически активных веществ. Биотехнология используется для повышения содержания этих и других полезных соединений в продуктах функционального питания.
Мясо и молоко - одни из важнейших продуктов питания. Мясо содержит
полноценные белки, липиды, углеводы, витамины, минеральные вещества и другие соединения. Мясом принято считать скелетную мускулатуру животных. В зависимости от вида животного мясо называют говядиной, телятиной, свининой, бараниной, олениной и т.д.
Кроме мяса от животных получают жиры. В зависимости от источника
получения и качества животные жиры делят на пищевые и технические.
Особое место среди животных жиров занимает молочный жир. Технический жир получают восстановлением, экстрагированием или прессованием жиросодержащего сырья убойных животных. Он не пригоден для пищи и используется для других целей, например, для приготовления мыла, смазочных средств и др.
Молочные продукты являются важнейшим источником поступления в
организм кальция, полноценного белка и витаминов. Молоко - естественная питательная среда для развития молочнокислых бактерий (Lactobacillus, Streptococcus и др.). Важнейшим биохимическим процессом, вызываемым микроорганизмами бактериальных заквасок, является брожение молочного сахара (лактозы). Его скорость и направление определяет консистенцию, вкус и запах готовых продуктов. По характеру брожения молочного сахара кисломолочные продукты можно разделить на две группы. К первой группе относят продукты, в основе которых лежит, главным образом, молочнокислое
брожение (простокваша, йогурт, творог, сметана), ко второй группе -
продукты со смешанным брожением, при изготовлении которых происходит молочнокислое и спиртовое брожение (кефир, кумыс, курунга). Накопление молочной кислоты при молочнокислом брожении лактозы имеет существенное значение для образования белкового сгустка, определяющего консистенцию кисломолочных продуктов. Скорость свертывания белков молока, качество сгустков, эффективность развития микроорганизмов бактериальных заквасок существенно зависит от состава и свойств исходного сырья.
Производство мясных продуктов. Биотехнологические процессы в
мясе начинаются сразу после убоя животных и заключаются в автолизе, при котором под действием ферментов происходят глубокие биохимические изменения, сопровождающие снижением рН, изменением влагосвязывающий способности, структурно-механических и органолептических свойств мяса.
При этом на первом этапе эти изменения приводят к так называемому
посмертному окоченению, а затем к его разрешению, способствующему
созреванию мяса и формированию присущих созревшему мясу свойств.
Особенности автолиза, в частности уровень имеющегося на начальном этапе гликогена, приводит к получению мясного сырья с нетрадиционным ходом процесса автолиза, так называемого мяса с признаками PSE и DFD, требующих специфических подходов к его дальнейшему использованию при хранении и производстве различных пищевых мясных продуктов. При производстве ферментированных мясных продуктов - сырокопченых и сыровяленых колбас и изделий из мяса, прежде всего разных видов окороков и ветчин, широко используется потенциал как изначально присутствующих в
мясе микроорганизмов, так и специально вносимых бактериальных
препаратов, прежде всего молочнокислых культур, которые в сочетании с углеводами способствуют направленному формированию специфических свойств готовых продуктов. При этом известен широкий ассортимент ферментированных мясных продуктов и колбас, имеющих различные технологические и потребительские свойства, в значительной мере определяемые региональными особенностями.
Для получения особых сортов колбасных изделий в фарш вводят
специальные бактериальные препараты (стартовые культуры, закваски)
определенных видов микроорганизмов, которые способствуют созреванию (ферментации) и приданию содержимого батона колбасы специфических органолептических свойств, обеспечивая микробиологическую безопасность и кулинарную готовность в отсутствии высокотемпературной обработки.
Получение молочных продуктов. Основой биотехнологии молочных
продуктов является молоко, которое благодаря своему составу представляет прекрасный субстрат для развития микроорганизмов. В сквашивании молока 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. Вторичная переработка молока может идти двумя путями: с использованием микроорганизмов и с использованием ферментов. С использованием микроорганизмов выпускают кефир, сметану, творог, простокваши, казеин, сыры, биолакт, с использованием ферментов - пищевой гидролизат казеина, сухую молочную смесь для коктейлей и т.д.
На молочных заводах в качестве отхода часто выступает молочная
сыворотка, содержащая до 5% лактозы, которая сама по себе не имеет
широкой сферы применения. Обработка ее ферментом позволяет получить раствор глюкозы, на котором можно выращивать дрожжи, изготавливать спирт и многое другое.