Глубинное культивирование дрожжей на молочной сыворотке и разработка технологий ферментированных продуктов
|
|
Скачать 439.18 Kb.
|
|
На правах рукописи Шамсутдинова Василя Рифхатовна ГЛУБИННОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ ДРОЖЖЕЙ НА МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ФЕРМЕНТИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ Специальность: 05.18.10 – Технология чая, табака и биологически активных веществ и субтропических культур АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2008 Работа выполнена на кафедре «Биотехнология» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств»
^ ОАО «Останкинский молочный комбинат» Защита состоится: «__» ___________2008 г. в ________час. в ауд. _____ на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.148.04 при ГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГУПП Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, МГУПП, ученому секретарю Совета Д 212.148.04. Автореферат разослан «_____» _____________2008 г. Ученый секретарь Совета Д 212.148.04, д.т.н., проф. Крюкова Е. В. Общая характеристика работы Актуальность темы. Функциональные продукты занимают важное место в питании современного человека. Роль активных ингредиентов в них могут играть дрожжевые клетки, поскольку обладают выраженным лакто- и бифидогенным эффектом, детоксицирующей и противоопухолевой активностью. Кроме того, в процессе ферментации пищевых субстратов дрожжи обогащают их различными физиологически активными веществами. Продукты питания, содержащие дрожжи и их метаболиты, на современном российском рынке представлены в основном национальными кисломолочными напитками смешанного бактериально-дрожжевого брожения типа кефира, тана, катыка. Содержание дрожжей в них не превышает уровня 103-104 кл/г. Другие известные напитки дрожжевого брожения (квас, пиво) представляют собой, как правило, фильтрованные продукты. В то же время значимые клинические эффекты, связанные с лечебно-профилактическим действием дрожжевых клеток, показаны только для биологически активных добавок к пище с суточной дозой потребления, соответствующей миллиардам клеток. Кроме того, для молокоперерабатывающей отрасли актуальна проблема утилизации молочной сыворотки, которая, как известно, обладает высокой пищевой и биологической ценностью, что делает привлекательным ее применение в производстве продуктов питания. Общемировые тенденции увеличения потребления молока и повышения закупочных цен на него в свою очередь определяют экономическую целесообразность использования вторичного молочного сырья. Принимая во внимание все эти обстоятельства, актуальным представляется расширение существующего ассортимента функциональных продуктов за счет новых композиций на основе кислой молочной сыворотки и дрожжей, производство которых возможно осуществлять на материально-технологической базе действующих молокоперерабатывающих предприятий. ^ Целью настоящей работы стало выявление принципов переработки вторичного молочного сырья с использованием дрожжей в условиях молокоперерабатывающего производства и разработка конкретных рецептур и технологий производства серии продуктов на основе творожной сыворотки без осветления, обогащенных биомассой дрожжей, а именно:
В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:
^ Впервые оценена пригодность дрожжевых культур, используемых в производстве традиционных кисломолочных продуктов (Kluyveromyces marxianus subsp. marxianus и Debaryomyces hansenii) и обогатителей пищи и кормов (Candida famata Т8), для производства продуктов питания на основе кислой молочной сыворотки; определены технологии культивирования дрожжей, пригодные для реализации в условиях действующего молокоперерабатывающего производства. Исследован характер развития отобранной дрожжевой культуры K. marxianus subsp. marxianus в различных технологических условиях. Показано, что в условиях глубинного культивирования развитие данного штамма, обладающего дыхательным типом метаболизма, стимулируется аэрацией путем перемешивания либо введением определенных твердых субстратов – зернового сырья: пшеничных отрубей или овсяной муки. Установлено, что взаимоотношения дрожжей-клюйверомицетов и молочнокислых бактерий при совместном культивировании в сывороточных сырьевых основах носят конкурентный характер и ведущая роль в формировании свойств продуктов смешанного брожения принадлежит дрожжам; а в условиях, благоприятствующих развитию пробиотических лактобацилл, развитие последних стимулируется присутствием дрожжей пропорционально их содержанию. При этом живые дрожжи в большей степени, чем инактивированные, стимулируют развитие лактобацилл, однако сами при этом не развиваются. Таким образом, in vitro показано, что клетки дрожжей K. marxianus subsp. marxianus являются потенциальным регулятором микрофлоры пищеварительного тракта. Результаты анализа выявленных зависимостей послужили обоснованием предложенных в работе технологий производства новых продуктов на основе молочной сыворотки, обогащенных биомассой дрожжей, и подтверждением их функциональных свойств. ^ Практическим результатом исследований являются рецептуры и технологии производства серии из четырех новых продуктов на основе творожной сыворотки, обогащенных биомассой дрожжей. Дана физико-химическая и микробиологическая характеристика новых продуктов, оценена их пищевая и биологическая ценность (в том числе в сравнении с существующими аналогами), доказано их соответствие требованиям безопасности, предъявляемым к продуктам питания. Предложенные в работе технологии позволяют получать продукты с новым для отечественного рынка функциональным компонентом – дрожжевыми клетками в высокой концентрации. Данные технологии легко реализуемы на материально-технической базе действующего молокоперерабатывающего производства и позволяют эффективно использовать наименее востребованное вторичное молочное сырье – творожную сыворотку; предполагают исключение энергоемкого этапа осветления сыворотки, что способствует максимальному сохранению ее полезных свойств. Для напитка ферментированного пастеризованного на основе пермеата и фруктового сока разработаны проекты технических условий и технологической инструкции, в том числе экспериментально обоснованы срок и условия хранения, проведен расчет экономической эффективности производства. Определены срок и условия хранения продукта ферментированного пастеризованного овсяно-сывороточного с ягодами. Также разработаны технологический регламент, технические условия и технологическая инструкция для дрожжевого полуфабриката, получаемого путем поверхностной твердофазной ферментации пшеничных отрубей, увлажненных творожной сывороткой, культурой C. famata Т8. Результаты проведенных автором исследований будут полезны биотехнологам, занимающимся вопросами совершенствования технологий получения продуктов питания и биологически активных добавок к пище. ^ Основные положения работы докладывались на российских и международных конференциях и симпозиумах: Научно-практической конференции «Значение биотехнологии для здорового питания и решение медико-социальных проблем» (Калининград, 2005); Всероссийской научно-технической конференции-выставке «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (Москва 2005, 2006 и 2007); III съезде общества биотехнологов России им. Ю.А. Овчинникова (Москва, 2005); IV ежегодной международной молодежной конференции ИБХФ РАН-ВУЗЫ (Москва, 2005); VII Международном Форуме «Высокие технологии XXI века» (Москва, 2006); IV и V Международной научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового питания» (Москва, 2006, 2007), Международной научно-практической конференции «Биотехнология. Вода и пищевая продукты» (Москва, 2008). Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано 14 печатных работ, в том числе 4 статьи в научных журналах (3 из них – в изданиях, рекомендованных ВАК). ^ Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, библиографического списка, включающего 206 источников (в том числе 51 – на иностранных языках) и 11 приложений. Работа изложена на 181 странице машинописного текста, иллюстрирована 44 рисунками, включает 50 таблиц. ^ В литературном обзоре охарактеризован состав, пищевая и биологическая ценность разных видов молочной сыворотки, рассмотрены экологический и экономический аспекты проблемы утилизации молочной сыворотки, основные направления ее переработки и использования; проанализирован ассортимент и технологические особенности производства различных существующих на сегодняшний день напитков из молочной сыворотки, приведены данные об их пищевой и биологической ценности. Также суммированы научные свидетельства о функциональном действии дрожжевых препаратов в контексте современной концепции функционального питания и знаний о составе и функциях микрофлоры пищеварительного тракта. Приведенные литературные данные служат обоснованием поставленной цели и задач настоящего исследования. II. экспериментальная часть ^ Объектами исследования являлись образцы разрабатываемых продуктов, сырья и полуфабрикатов для них, отбиравшиеся по ходу экспериментальных выработок, различавшихся условиями (составом сырьевых композиций, видами и дозировкой заквасок, режимами сквашивания, аэрации и пастеризации), а также образцы существующих продуктов-аналогов. Все образцы анализировали общепринятыми методами (см. табл. 1 и 2) и дегустировали. В работе использовали следующие материалы: два вида творожной сыворотки (сухую кислую и ультрафильтрат); обезжиренное молоко; зерновое сырье (отруби пшеничные пищевые и овсяную муку); солодовый экстракт «Малтекс»; фруктовое сырье (концентрированные соки винограда и яблока различной кислотности, яблочное пюре, свежезамороженные ягоды черники и клюквы); ферментный протеолитический препарат «Флавозим»; сахар-песок; штаммы дрожжей C. famata Т8 (получен из коллекции кафедры «Биотехнология» МГУПП, в данной работе использован в качестве эталона), не сбраживающий лактозу D. hansenii и лактозосбраживающий K. marxianus subsp. marxianus в виде заквасок прямого внесения в лиофильно-высушенной форме промышленного изготовления, а также бактериальные лиофильно-высушенные закваски прямого внесения – термофильную моноштаммовую Lactobacillus acidophilus и мезофильные многоштаммовые, состоящие из Lactococcus lactis subsp. lactis, L. lactis subsp. cremoris, Leuconostoc mesenteroides subsp. cremoris, Lactobacillus sp., двух фагоальтернативных типов – «А» и «Б». Таблица 1 Определяемые физико-химические показатели
Определяемые микробиологические показатели
^  Н Рис. 1. Развитие дрожжей C. famata Т8 в условиях поверхностного твердофазного культивирования на пшеничных отрубях, увлажненных творожной сывороткой до 50-55% влажности.  Рис. 2. Развитие C. famata Т8 при глубинном культивировании в условиях аэрации на гетерогенных средах, содержащих пшеничные отруби и творожную сыворотку: 1 – посевная дозировка 2 – контроль: творожная сыворотка без добавок (0 % отрубей) 3 – творожная сыворотка с 1 % отрубей 4 – творожная сыворотка с 2 % отрубей 5 – творожная сыворотка с 3 % отрубей 6 – творожная сыворотка с 4 % отрубей 7 – творожная сыворотка с 5 % отрубей 8 – творожная сыворотка с 6 % отрубей 9 – творожная сыворотка с 7 % отрубей 10 – творожная сыворотка с 8 % отрубей а примере эталонного штамма C. famata Т8 установили, что глубинное культивирование является более интенсивным с точки зрения прироста биомассы относительно посевной нагрузки (см. рис. 1 и 2), чем поверхностное. Преимуществами глубинного способа выращивания также являются: высокий уровень механизации и автоматизации процесса и возможность ведения процесса в условиях стерильности. Таким образом, осуществление глубинного культивирования в условиях молочных комбинатов проще, целесообразнее и экономически выгоднее. Ввиду технологического удобства сочли целесообразным ограничиться использованием дрожжевых заквасок прямого внесения промышленного изготовления, имеющих соответствующие разрешения – D. hansenii и K. marxianus subsp. marxianus, предварительно показав, что в условиях глубинного культивирования без аэрации промышленный штамм K. marxianus subsp. marxianus накапливает биомассу несколько активнее, чем эталонный C. famata Т8 (табл. 3), а введение отрубей стимулирует развитие данных культур. Затем установили, что не сбраживающая лактозу D. hansenii не развивается в сывороточных сырьевых основах при 30°С без аэрации даже при добавлении солодового экстракта – растительного сырья, богатого различными легкометаболизируемыми углеводами, и в присутствии молочнокислых ацидофильных палочек; а лактозосбраживающая K. marxianus subsp. marxianus, напротив, пригодна для ферментации сывороточных сырьевых основ (рис. 3). Таблица 3. Развитие дрожжевых культур на гетерогенных средах, содержащих творожную сыворотку и пшеничные отруби, в условиях глубинной ферментации без аэрации
 Рис. 3. Развитие культур дрожжей D. hansenii и K. marxianus subsp. marxianus в процессе ферментации композиций на основе кислой молочной сыворотки и солодового экстракта при 30°С в зависимости от состава сырьевых основ и присутствия термофильной бактериальной закваски L. acidophilus. Варианты ферментируемых композиций: 1 – сыворотка 6% + D. hansenii; 2 – сыворотка 6% + D. hansenii + L. acidophilus; 3 – пермеат 6% + D. hansenii; 4 – пермеат 6% + D. hansenii + L. acidophilus; 5 – сыворотка 6% + K. marxianus subsp. marxianus; 6 – сыворотка 6% + K. marxianus subsp. marxianus + L. acidophilus; 7 – пермеат 6% + ^ ; 8 – пермеат 6% + K. marxianus subsp. marxianus + L. acidophilus; 9 – сыворотка 12% + K. marxianus subsp. marxianus; 10 – сыворотка 12% + K. marxianus subsp. marxianus + L. acidophilus; 11 – сыворотка 3% + «Малтекс» 3% + ^ ; 12 – сыворотка 3% + «Малтекс» 3% + D. hansenii + L. acidophilus; 13 – сыворотка 3% + «Малтекс» 3% + K. marxianus subsp. marxianus; 14 – сыворотка 3% + «Малтекс» 3% + K. marxianus subsp. marxianus + L. acidophilus; 15 – сыворотка 6% + «Малтекс» 6% + ^ ; 16 – сыворотка 6% + «Малтекс» 6% + K. marxianus subsp. marxianus + L. acidophilus.   С Рис. 4. Развитие культуры L. acidophilus в МРС-бульоне при температуре 38ºС в зависимости от содержания клеток K. marxianus subsp. marxianus: а – в присутствии термически инактивированных дрожжевых клеток; б – при совместном культивировании с дрожжами. овместное культивирование дрожжей и термофильных молочнокислых палочек в сывороточных сырьевых основах при температуре, оптимальной для развития дрожжей (30ºС), замедляло накопление дрожжевой биомассы (см. рис. 3), бактерии при этом не развивались. При этом in vitro, в условиях, соответствующих физиологическому оптимуму для лактобацилл (при температуре 38ºС в питательной среде МРС) наблюдали стимулирующее влияние присутствия клюйверомицетов на развитие культуры молочнокислой палочки-пробиотика L. acidophilus при введении дрожжей как в жизнеспособной, так и в термически инактивированной форме (рис. 4). Живые дрожжи в большей степени стимулировали накопление биомассы лактобацилл, чем инактивированные; и на уровне тенденции прослеживалась пропорциональность между интенсивностью развития культуры лактобацилл и содержанием дрожжевых клеток. При этом дрожжи, внесенные в жизнеспособном состоянии, практически не изменяли свою численность. ^ Учитывая полученные результаты, при разработке сывороточных напитков смешанного брожения типа Тан использовали мезофильную бактериальную закваску. Напитки вырабатывали по двум технологическим схемам, предполагающим инокуляцию сывороточных основ заквасками прямого внесения либо использование производственной бактериально-дрожжевой закваски на обезжиренном молоке. Содержание сухих веществ сыворотки в сырьевых основах варьировали в пределах 6-9%, дозировку ферментированного молока рассчитывали так, чтобы обеспечить содержание белка в продукте на уровне 1%, обычном для существующих кисломолочных аналогов этого напитка. Установили (рис. 5), что титруемая кислотность сырьевых основ до ферментации была прямо пропорциональна содержанию сухих веществ сыворотки. Введение производственной закваски обеспечивало существенный прирост титруемой кислотности в результате сквашивания (по сравнению с вариантами без молока), а рН, соответственно, оказывался обратно пропорционален количеству введенного в продукт ферментированного молока. Сокращение массовой доли лактозы в напитках в ходе ферментации зависело от ее исходного содержания, при этом дрожжи потребляли ее активнее, чем бактерии, а введение молочной части в продукт существенно стимулировало этот процесс. Убыль лактозы в большинстве случаев не сопровождалась накоплением лактатов, видимо, ввиду того, что часть лактозы окислялась до диоксида углерода, приводя к естественной сатурации напитка, причем выраженность этого процесса также была пропорциональна начальному содержанию лактозы в сырьевой основе. При этом очевидно, что окисление молочной кислоты до диоксида углерода было обусловлено жизнедеятельностью дрожжей, но не бактерий. Интенсивность развития дрожжевого и бактериального компонента закваски практически не зависела от исходного содержания сухих веществ сыворотки в сквашиваемой основе. Несмотря на то, что в вариантах, содержащих одновременно дрожжи и мезофильные бактерии, на момент заквашивания количество последних более чем в 100 раз превосходило количество дрожжей, в процессе ферментации сырьевой основы дрожжи увеличивали свою численность более чем на 3 порядка (варианты 1, 2, 3, 4 и 6 на рис. 6). В то же время бактерии (вариант 5 там же) практически не развивались (даже в отсутствие дрожжей), сохраняя свой титр постоянным, и к концу сквашивания примерно на порядок отставали от дрожжей по численности. Таким образом, к концу сквашивания общая численность молочнокислых микроорганизмов в продукте определялась, фактически, содержанием в нем дрожжей, а не бактерий.     Рис. 5. Изменение титруемой (а) и активной (б) кислотности, содержания лактозы (в), молочной кислоты (г) в сывороточных напитках типа Тан в процессе сквашивания в зависимости от их состава, технологии производства и использованных заквасок. Из всех изложенных выше результатов следует, что ведущая роль в формировании свойств ферментированных сывороточных напитков типа Тан в процессе их сквашивания принадлежала дрожжевому компоненту закваски,     –   до сквашивания; – после сквашиванияРис. 6. Изменение общей численности заквасочных микроорганизмов (дрожжей и бактерий вместе, а-б) и дрожжей (в отдельности, в-г) в процессе сквашивания сывороточных напитков типа Тан в зависимости от их состава (а и в – при содержании сухих веществ сыворотки 7%; б и г – 8%), технологии производства и использованных заквасок. Варианты ферментируемых композиций: 1 – сывороточная основа, заквашенная молоком, ферментированным дрожжами и мезофильной бактериальной закваской «А»; 2 – сывороточная основа, заквашенная молоком, ферментированным дрожжами и мезофильной бактериальной закваской «Б»; 3 – сывороточная основа, заквашенная дрожжами и бактериальной закваской «А» прямого внесения; 4 – сывороточная основа, заквашенная дрожжами и бактериальной закваской «Б» прямого внесения; 5 – сывороточная основа, заквашенная только мезофильной бактериальной закваской «А» прямого внесения; 6 – сывороточная основа, заквашенная только дрожжевой закваской прямого внесения. однако именно использование смешанных бактериально-дрожжевых производственных заквасок на молоке обеспечило максимальную близость органолептического профиля разработанного напитка к уже известным потребителю аналогам. ^ Каждая выработка включала приготовление сырьевой основы согласно рецептуре, ее пастеризацию, заквашивание культурой дрожжей, сквашивание, и финальную тепловую обработку напитка. Обнаружили, что, как и в опытах с солодовым экстрактом, при культивировании без аэрации дрожжи активно развивались в течение первых суток ферментации, далее переходя в стационарную фазу роста (рис. 7г). Потребление органического вещества     –   0 ч; – 24 ч; – 40 чРис. 7. Изменение физико-химических параметров сырьевых композиций (а-в) в процессе развития в них дрожжей K. marxianus subsp. marxianus (г) при температуре 30оС. Варианты ферментируемых композиций: 1 – сыворотка сухая, 12%; 2 – сыворотка сухая, 6% + яблочный сок (ТК=2,7%), 6%СВ; 3 – сыворотка сухая, 6% + яблочный сок (ТК=1,3%), 6%СВ.  Рис.8. Количество жизнеспособных клеток дрожжей в сывороточно-соковых основах через 20 ч. ферментации при температуре 30ºС без аэрации в зависимости от состава сырьевых основ. Варианты ферментируемых композиций: 1 – пермеат, 6%СВ + виноградный сок, 6%СВ; 2 – пермеат, 6%СВ + виноградный сок, 8%СВ; 3 – пермеат, 6%СВ + яблочный сок (ТК=1,3%), 6%СВ; 4 – пермеат, 6%СВ + яблочный сок (ТК=2,7%), 6%СВ; 5 – пермеат, 6%СВ + яблочный сок (ТК=4,7%), 2%СВ + виноградный сок, 4%СВ; 6 – пермеат, 6%СВ + яблочный сок (ТК=4,7%), 2%СВ + вин. сок, 6%СВ; 7 – сыворотка сухая, 6% + яблочный сок (ТК=1,3%), 3%СВ + яблочное пюре, 3%СВ; 8 – сыворотка сухая, 6% + яблочный сок (ТК=4,7%), 3%СВ + яблочное пюре, 3%СВ; 9 – сыворотка сухая, 6% + виноградный сок, 3%СВ + яблочное пюре, 3%СВ; 10 – сыворотка сухая, 6% + виноградный сок, 2%СВ + яблочное пюре, 4%СВ. дрожжами в ходе сквашивания определялось интенсивностью их развития (рис. 7в), активная кислотность напитков практически не изменялась (рис. 7а), а незначительное накопление титруемых кислот наблюдалось только в вариантах с соком (рис. 7б). Также установили, что накопление дрожжей ограничивалось порядком 107 КОЕ/см3 независимо от вида сыворотки, введения в основу фруктового сырья, в том числе пюре, кислотности фруктового сырья и суммарного содержания сухих веществ в среде в опробованных пределах (рис. 8). Однако развитие дрожжей существенно влияло на вкус напитков, а длительное сквашивание при разных температурах показало, что оптимальным с точки зрения накопления дрожжевой биомассы и в отношении вкуса продукта является сквашивание в течение суток при температуре 30о (рис. 9). Т  Рис. 9. Развитие культуры дрожжей K. marxianus subsp. marxianus в сырьевых основах, содержащих сухую творожную сыворотку (6%) и концентриванный яблочный сок (6% СВ) в процессе ферментации в зависимости от температуры. акже установили, что аэрация перемешиванием на качалке более чем на порядок повышает выход биомассы дрожжей по сравнению культивированием без аэрации независимо от дозировки закваски (рис. 10в), но отрицательно влияет на вкус напитка (наилучший вкус получается при культивировании без аэрации и дозировке дрожжей 105 КОЕ/см3). Утилизация органического вещества из среды дрожжами находилась в прямой (рис. 10а), а накопление титруемых кислот (рис. 10б) – в обратной зависимости от обеспеченности культуры кислородом, при постоянстве рН, что можно объяснить доокислением лактатов до углекислоты и воды в условиях аэрации.  105 106 107 105 106 107 105 106 107   –  с аэрацией встряхиванием на качалке (200 об./мин.); – без аэрацииРис. 10. Значения физико-химических параметров (а-б) и численности клеток дрожжей (в) в сырьевых основах, содержащих по 6% сухих веществ пермеата и яблочного сока, через 20 часов ферментации K. marxianus subsp. marxianus при 30оС в зависимости от аэрации среды Главным недостатком напитков на цельной сыворотке стало выпадение осадка коагулированного белка. Введение протеазы в момент заквашивания не обеспечило его удаление даже при наибольшей из дозировок фермента. В связи с этим для выработки прозрачных напитков подошел ультрафильтрат. Белок цельной сыворотки удалось стабилизировать введением яблочного пюре, однако вкус таких напитков, в сравнении с прозрачными, был менее сбалансированным, с резкой нотой брожения. Поэтому для напитков с мякотью испытали схему производства, включающую получение в условиях а  эрации производственной закваски дрожжей с высоким содержанием клеток для купажирования с неферментированным сырьем. Поскольку при аэрации накопление дрожжей практически не зависело от состава сырьевой основы, а предельной численности они достигали за 16 часов ( Рис. 11. Изменение количества жизнеспособных клеток дрожжей в сырьевых основах разного состава в процессе ферментации дрожжами K. marxianus subsp. marxianus при 30ºС при аэрации, обеспечиваемой перемешиванием на качалке рис. 11), сочли, что для производственной закваски технологичнее всего использовать 6%-ю (нативную) сыворотку без добавок, а время ферментации ограничить указанным сроком. Далее установили, что барботаж воздухом не обеспечивает дополнительного прироста биомассы дрожжей по сравнению с аэрацией перемешиванием, но при этом провоцирует более интенсивное развитие остаточной бактериальной микрофлоры, и, следовательно, нецелесообразен. Использование полученной таким путем закваски в дозировке 10% от общего объема продукта позволило получить фруктово-сывороточный напиток с мякотью с необходимыми свойствами. ^ Прототипом при разработке овсяно-сывороточного продукта послужил традиционный карельский ферментированный овсяный кисель с ягодами, представленный в торговле ТМ «Велле» и «Йоса», получаемый путем сквашивания овсяных отваров на воде бактериальными заквасками. Выработки включали приготовление овсяно-сывороточной основы по рецептуре, ее пастеризацию, заквашивание культурой дрожжей, сквашивание, соединение с фруктовой добавкой и финальную тепловую обработку продукта для инактивации дрожжевых клеток и остаточной посторонней микрофлоры. Д  Рис. 12. Зависимость накопления биомассы дрожжей от состава ферментируемых овсяно-сывороточных основ ля определения оптимального состава овсяно-сывороточной основы этого продукта опробовали несколько вариантов рецептур с разным содержанием овсяной муки и сыворотки. Установили, что содержание дрожжей в основах в конце суточного сквашивания при 30оС определялось составом ферментируемой основы, в частности, содержанием в ней сухих веществ, и превышало 108 КОЕ/см3, начиная от 14 % СВ в основе (рис. 12). По результатам дегустаций наилучшим оказался образец с 6% сухой сыворотки и 8% овсяной муки. В процессе ферментации активная кислотность овсяно-сывороточной основы продукта изменялась незначительно, а титруемая, определяясь на старте составом основы, к концу сквашивания достигала 80–90ººТ во всех образцах независимо от их состава и своего исходного значения. Выбор наилучшего из 3 вариантов рецептур фруктовых добавок, различавшихся соотношением ягод и сахара, и их дозировок в готовом продукте, соответствующих определенному содержанию сахарозы в нем (8, 9, 10, 12 и 16%), осуществляли одновременно по результатам дегустаций. Определили, что наиболее сбалансированный вкус свойственен продукту, выработанному с использованием 16% фруктовой добавки, содержащей сахар и лесные ягоды в массовом соотношении 1 : 1 (что соответствует 8%-му содержанию сахарозы в продукте). Далее на основании дегустаций и анализа динамики развития дрожжей при разных температурах уточнили режим сквашивания овсяно-сывороточных основ: оптимальным, как и в случае фруктовых напитков, оказалось сквашивание в течение суток при 30оС. Оценка обсемененности сырьевых основ разного состава после пастеризации в лаборатории в течение 15 мин при 75°С и в трубчатом пастеризаторе (95°С, 5 мин) показала, что оба режима обеспечивают инактивацию дрожжевых клеток и соответствие продукта требованиям действующих санитарных правил и норм, что, с учетом существующей производственной практики, позволяет рекомендовать последний из режимов для выпуска всех разрабатываемых продуктов (рис. 13). В  Рис. 13. Бактериальная обсемененность неосветленной творожной сыворотки: 1 – непастеризованной; 2 – пастеризованной на водяной бане; 3 – пастеризованной в ферментере LiFlus 40L; 4 – пастеризованной в трубчатом пастеризаторе. процессе хранения 3-х партий овсяно-сывороточного продукта с ягодами в течение 14 суток при температурах 4–6 и 10–12оС происходило небольшое нарастание титруемой и падение активной кислотности, что, однако, практически не сказалось на вкусовых характеристиках продукта. Существенных изменений микробиологических показателей продукта также не наблюдалось, что и позволило установить срок годности для него равным не более 10 дней при температуре 4-6оС. ^ Сравнение содержания некоторых углеводов, органических кислот и этанола в сырьевых основах при разных условиях культивирования, а также результаты определения потерь продукта за счет эмиссии диоксида углерода (табл. 3; рис. 5вг) показали, что происходящая в процессе сквашивания убыль лактозы, пропорциональная выходу биомассы дрожжей, не сопровождается существенным накоплением продуктов молочнокислого или спиртового брожения; при этом в условиях аэрации удваивается концентрация яблочной кислоты – одного из звеньев цикла Кребса. Все это позволяет предположить, что K. marxianus subsp. marxianus в сывороточных сырьевых основах развиваются преимущественно за счет дыхательных реакций (что хорошо соотносится с имеющимися литературными данными) и способны эффективно использовать растворенный кислород даже при относительно низких парциальных давлениях (при глубинном культивировании без аэрации). Так как существенное повышение выхода биомассы клюйверомицетов наблюдается только при аэрации либо добавлении зернового сырья (см. табл. 3 и рис. 10 и 12), а в отсутствие этих мер их численность не превышает порядка 107 КОЕ/см3 независимо от состава сырьевых основ (см. рис. 3, 6, 7 и 8), можно предположить, что развитие дрожжей ограничивается не исчерпанием лимитирующих субстратов в средах, а накоплением в них ингибирующего конечного продукта метаболизма, скорее всего, диоксида углерода. Аэрация и добавление зернового сырья позволяют снизить его эффективную концентрацию: в первом случае – за счет удаления из среды, а во втором – за счет физического связывания (сорбции). Поскольку добавление нерастворимых компонентов другого рода (таких как фруктовое пюре или казеиновый сгусток ферментированного молока), напротив, не обеспечивает повышения выхода биомассы дрожжей (см. рис. 6вг и 8), стимулирующие свойства твёрдой фазы в гетерогенных средах, видимо, определяются целым комплексом факторов, включая наличие и характер метаболизируемых субстратов твердой фазы, а также ее сорбционные свойства. Таблица 3 Результаты сбраживания сывороточных сырьевых основ дрожжами*
* – содержание веществ приведено в г/дм3. Исследование физико-химических и микробиологических свойств новых продуктов позволило определить их пищевую ценность и выявило их полное соответствие требованиям безопасности, предъявляемым действующими СанПиН к продуктам питания, а сравнение с существующими аналогами показало, что новые продукты превосходят их по ряду параметров, а также принципиально отличаются от них наличием в составе сыворотки и клеток дрожжей в высокой концентрации (табл. 4). Итогом работы стали рецептуры новых продуктов на основе творожной сыворотки и технологии их производства (рис. 14-17), параметры которых адаптированы к условиям действующего молокоперерабатывающего производства. Таблица 4 Характеристика разработанных продуктов в сравнении с существующими аналогами
* – существующие аналоги от производителей: 1-2 – ООО «Велле», 3-4 – ООО «Продукт “Чистая линия”» ^ в соответствии с ГОСТ 26809-86  Подготовка молока, охлаждение и хранение при t=4±2°С ^ Сепарирование при t=50±2°С Пастеризация обезжиренного молока t=95±2°С, 3 мин Охлаждение до температуры заквашивания 30±2°С ^ по ГОСТ 26809-86  Внесение закваски – по норме; Перемешивание – 30 мин ^ (для повышения содержания СВ сыворотки) Сквашивание t=30±2°С, 12 часов ^ пастеризация при температуре 95±2°C, 5мин охлаждение до температуры заквашивания 30°C  Внесение сквашенной молочной основы в пастеризованную сыворотку ^ (температура 26±4°C) Термостатирование (досквашивание) t=30±2°С, 22±2 часа ^ при t=4±2°С Рис. 14. Блок-схема производства ферментированного молочно-сывороточного напитка типа Тан ^ Приготовление сырьевой основы согласно рецептуре^ пастеризация t = 95±2°C, 5мин; охлаждение до температуры заквашивания 30±2°C ^ Сквашивание при температуре 30±2°C, 22±2 часа^ предварительный нагрев t=60±5°C; деаэрация Р = 0,06 МПа пастеризация – t =95±2°C, 5мин; охлаждение до t = 6±2°C ^ Хранение и транспортирование продукта при температуре 4±2°C (не более 30 суток)Рис. 15. Блок-схема производства напитка ферментированного пастеризованного нефильтрованного на основе пермеата и яблочного сока. ^ Приемка и хранение фруктового сырья   ^ пастеризация при температуре 95±2°C, 5мин охлаждение до температуры заквашивания 30±2°C Внесение закваски – по норме ^ согласно рецептуре промежуточное хранение t=6±2°C Сквашивание при температуре 30°C, 16±2 часа, перемешивание 200±20 об/мин ^ ^ согласно рецептуре Гомогенизация предварительный нагрев t=60±5°C; деаэрация Р = 0,06 МПа; гомогенизация Р = 6МПа t=65±2°C ^ пастеризация при t = 95±2°C, 5мин; охлаждение до t = 6±2°C Фасовка, маркировка готового продукта (температура 8±4°C) ^ при температуре 4±2°C Рис. 16. Блок-схема производства пастеризованного фруктово-сывороточного напитка с мякотью, обогащенного дрожжами. ^ Приготовление овсяно-сывороточной сырьевой основы согласно рецептуре  ^ согласно рецептуре; охлаждение и промежуточное хранение при температуре 18±4°C (не более 12 часов) Пастеризация при температуре 95°C, 5мин; охлаждение до температуры заквашивания 30±2°C  Внесение закваски – по норме Сквашивание при температуре 30±2°C, 22±2 ч часа Охлаждение до температуры 6±2 ºC ^ Тепловая обработка продукта пастеризация при t = 95±2°C, 5мин; охлаждение до t = 6±2°C Фасовка готового продукта (температура 8±4°C)  ^ Рис. 17. Блок-схема производства ферментированного пастеризованного овсяно-сывороточного продукта с ягодами. ВЫВОДЫ 1. Экспериментально установлено, что творожная сыворотка является перспективным субстратом для культивирования дрожжей как при поверхностном твердофазном, так и при глубинном способе культивирования.
4. Фактором, ограничивающим развитие клюйверомицетов в сывороточных сырьевых основах, является накопление в них диоксида углерода. Его удаление (при аэрации) или связывание (при введении зернового сырья) обеспечивает повышение выхода биомассы дрожжей. Данные приемы лежат в основе получения сывороточно-фруктового напитка с мякотью, обогащенного производственной закваской дрожжей, и ферментированного овсяно-сывороточного продукта с ягодами соответственно. 5. Эффективность повышения выхода дрожжевой биомассы в результате введения в сывороточные сырьевые основы нерастворимых компонентов зависит от свойств последних. При этом независимо от стимулирующих свойств нерастворимых компонентов их введение в рецептуры продуктов позволяет использовать творожную сыворотку без осветления. 6. Совместное развитие дрожжей и молочнокислых бактерий в сывороточных сырьевых композициях при 30оС носит конкурентный характер: присутствие бактерий сдерживает накопление дрожжевой биомассы, при этом бактериальные культуры (как термофильные, так и мезофильные) не развиваются. В связи с этим ведущая роль в формировании свойств продуктов смешанного брожения принадлежит дрожжам.
^
Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю д.т.н., профессору Борисенко Е.Г., заведующей кафедрой «Биотехнология» МГУПП д.т.н., профессору Ивановой Л.А. за внимание и поддержку, ведущему инженеру-микробиологу Управления технологии и качества ОАО «Вимм-Билль-Данн» к.б.н. Мозговой И.Н. за помощь в планировании и выполнении работы, а также всем сотрудникам кафедры «Биотехнология» и коллективу Управления технологии качества ОАО «Вимм-Билль-Данн». |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям