Краткие теоретические сведения

Лабораторная работа №13

Исследование и разработка биотехнологии

Кисломолочных напитков

Цель работы. Исследовать процессы кислотообразования в разных фазах развития микроорганизмов и освоить биотехнологию производства кисломолочных напитков.

Краткие теоретические сведения

Для производства ферментированных продуктов используют специально подобранные и выращенные культуры микроорганизмов. Бактериальные закваски поступают на молочные предприятия в сухом, замороженном или жидком виде. Воспроизводство микроорганизмов в промышленных масштабах относится к биотехнологии. Используя современные методы, можно подобрать такие штаммы микроорганизмов, которые обладают широким спектром технологических свойств. Ассоциаты микроорганизмов могут быть созданы искусственно или эволюционно (например, кефирные грибки, которые представляют собой симбиоз дрожжей, молочнокислых и уксуснокислых бактерий). Молочнокислые бактерии трансформируют лактозу, белки, цитраты и другие минорные компоненты молока во вкусовые и ароматические соединения, обусловливая специфические органолептические показатели; подавляют развитие технически вредной и патогенной микрофлоры образованием молочной кислоты и снижение pH среды, образованием специфических антибактериальных веществ (антибиотиков, бактериоцинов, перекиси водорода).

К наиболее важным свойствам микроорганизмов относятся: протеолитическая активность, ответственная за стабильность белковых структур; липолитическая и фосфолипазная активность; галактозидазная активность; способность к масштабному образованию диацетила, ацетоина, летучих жирных кислот; скорость и глубина гликолитического распада лактозы до молочной кислоты; способность к продуцированию диоксида углерода и других газов; сорбция кислорода при метаболических реакциях; способность изменять развитие микроорганизмов группы кишечной палочки и маслянокислых бактерий; способность к жизнедеятельности под воздействием поваренной соли; резистентность к фаготипам.

По характеру сквашивания кисломолочные продукты условно делят на две группы: полученные в результате только молочнокислого брожения (простокваша, йогурт) и смешанного - молочнокислого и спиртового (кефир, кумыс). При молочнокислом брожении на молочный сахар воздействует фермент лактаза, выделяемый молочнокислыми бактериями. Процесс идет через ряд последовательных превращений - расщеплении лактозы на глюкозу и галактозу, которые образуют пировиноградную кислоту, которая восстанавливаясь, образует молочную кислоту. Побочными продуктами данной реакции являются диацетил, углекислота, низкомолекулярные жирные кислоты.

При смешанном брожении на лактозу воздействуют молочнокислые бактерии (образуют молочную кислоту) и дрожжи (расщепляют пировиноградную кислоту на уксусный альдегид и углекислый газ; из уксусного альдегида под действием реакции восстановления образуется этиловый спирт).

Молочнокислые бактерии по способности образовывать в качестве главного продукта молочную кислоту подразделяют на гомоферментативные и гетероферментативные. Гомоферментативные при сбраживании гексоз (глюкозы, фруктозы, маннозы и галактозы), дисахаридов (лактозы, мальтозы, сахарозы) и полисахаридов молочную кислоту и незначительное количество фумаровой и янтарной кислот, этилового спирта, летучих кислот и углекислоты.

Гетероферментативные бактерии образуют значительно большее количество уксусной кислоты, этилового спирта, углекислого газа и других побочных продуктов, используя для этих целей до 50% сбраживаемых углеводов.

В зависимости от числа видов микроорганизмов, входящих в состав микрофлоры, бактериальные закваски и бактериальные концентраты подразделяют на моновидные, состоящие из микроорганизмов одного вида, а также поливидные, состоящие из двух или более видов микроорганизмов.

В зависимости от температурных границ роста микроорганизмов, входящих в состав микрофлоры, выделяют мезофильные (температурный интервал жизнедеятельности от 5 до 40˚С с оптимумом 25-30˚С), термофильные (температурный интервал жизнедеятельности от 15 до 60˚С с оптимумом 40-50˚С) и смешанные.

Таблица 2.1-Свойства молочнокислых бактерий

В зависимости от физического состояния и способа производства бактериальные закваски и бактериальные концентраты выпускают жидкие; сухие, получаемые сублимационной сушкой, сухие, получаемые распылительной сушкой; сухие, получаемые сушкой адсорбентами; замороженные; на плотных средах. Выбор отдельных видов и штаммов микроорганизмов для включения их в состав промышленного бактериального препарата проводится с учетом особенностей технологии кисломолочных продуктов.

Приготовление лабораторных заквасок и активизацию бактериальных концентратов проводят в специально выделенном помещении при бактериологической лаборатории. Для приготовления лабораторной закваски применяют стерилизованное цельное или обезжиренное молоко, а для производственной – пастеризованное или стерилизованное молоко. Стерилизация молока осуществляется при температуре (121±2)˚С с выдержкой 5-30 мин в зависимости от вида емкости. Стерилизованное молоко охлаждают до оптимальной температуры развития микрофлоры, вносят сухую или жидкую закваску и выдерживают в термостатах при данной температуре. После образования сгустка (через 14-20 ч) закваску охлаждают и хранят при температуре (4-6)˚С.

Из лабораторной закваски на чистых культурах приготавливают первичную производственную закваску на стерилизованном или пастеризованном молоке. Молоко пастеризуют при температуре (95±1)˚С с выдержкой в течение (45±1) мин, охлаждают до требуемой температуры, вносят закваску и оставляют до образования сгустка. После пастеризации молоко запрещается перекачивать в другую емкость во избежание загрязнения его микрофлорой.

АЙНАШ

Для приготовления кефирной закваски используют натуральные или сухие кефирные грибки. Сухие грибки восстанавливают, т.е. активизируют, помещая их в обезжиренное пастеризованное и охлажденное до (18-22)˚С молоко и выдерживая при указанной температуре до образования сгустка (20-24) ч. Кефирные грибки отделяют от готовой закваски и помещают в свежее пастеризованное и охлажденное молоко. Для полного восстановления активности микрофлоры сухих кефирных грибков достаточно 2-3 пересадки. Сухие кефирные грибки при восстановлении увеличиваются по массе в 5 раз.

Для получения грибковой закваски кефирные грибки помещают в пастеризованное и охлажденное до (20±2)˚С обезжиренное молоко из расчета 1 часть грибков на 30-50 частей молока. По мере роста кефирных грибков 1-2 раза в неделю их отделяют с таким расчетом, чтобы соотношение между количеством грибков и молока оставалось постоянным (1:30-1:50).

Порядок выполнения работы.

Работа выполняется по трем подгруппам. Магистранты, выполняющие первый вариант, изготовляют кисломолочный напиток на закваске термофильных стрептококков, второй – болгарской палочки, третий - ацидофильной палочки.

Перед внесением закваски молоко пастеризуют при (76+2)⁰С в течение 25-30 секунд, охлаждают до температуры заквашивания, определяют массовую долю лактозы и титруемую кислотность, которая соответствует оптимальной для каждого вида закваски.

С целью более интенсивного сквашивания целесообразно при выполнении настоящей работы дозу закваски (3-5%) увеличить в 3-3,5 раза (то есть закваску вносят в количестве 10-15% к масса молока, согласовав предварительно с преподавателем).

На каждую подгруппу необходимы: молоко обезжиренное сырое (на одну подгруппу 500 см³), заквасочные культуры молочнокислых термофильных стрептококков, болгарской и ацидофильной палочек.

Приборы и материалы:

–термостат,

–микроскоп,

–электроплитка,

–предметное и покровное стекло,

–термометр от 0 до 100˚С,

–петля микробиологическая,

–колбы емкостью 250 см³,

–пипетки градуированные стерильные (5см³),

–раствор метиленового голубого,

– Анализатор качества молока Лактан 1-4

Ход анализа.

Массовую долю молочного сахара (лактозы) в молоке определяют анализатор качества молока Лактан 1-4. Определение органолептических показателей кисломолочных продуктов (вкуса, запаха, внешнего вида, консистенции) проводят с учетом рекомендаций, приведенных в таблице 2.2.

Таблица 2.2- Органолептические показатели кисломолочных напитков

Препараты для микробиологического контроля готовят путем нанесения петлей на чистое предметное стекло небольшой капли исследуемого материала (продукт можно развести водой) и распределяют на площади около 1см². Препарат высушивают при комнатной температуре, фиксируют на пламени горелки и красят метиленовым голубым. Под микроскопом просматривают 4-5 полей зрения с целью обнаружения присутствия посторонних микроорганизмов и интенсивности развития заквасочной микрофлоры.

Оформление отчета

Отчет по работе должен содержать название работы, цель, краткие теоретические положения, методы исследования. По результатам изменения кислотности в процессе сквашивания строят графики. На графике выделяют фазу медленного нарастания кислотности, соответствующую lag-фазе, и фазу интенсивного нарастания кислотности. На другом графике строят зависимость изменения массовой доли лактозы от продолжительности сквашивания. В выводах по работе записывают биохимические свойства заквасочной микрофлоры.

Контрольные вопросы

• Что такое биотехнология применительно к получению молочных продуктов?

• Назовите основные принципы подбора заквасок для кисломолочных продуктов.

• Как определяют массовую долю лактозы и титруемую кислотность в молоке?

• Какие типы брожения в молоке может вызывать микрофлора?

• Что такое симбиотическая закваска?

• Назовите основные режимы культивирования микроорганизмов при получении кисломолочных продуктов.

• Какие молочные продукты получают с использованием биотехнологии?

• Чем кефир отличается от йогурта?

АСЕМ

Лабораторная работа №14