Производство творога

     Бифидобактсрий — обитатели кишечника человека, животных, насекомых и т. п. Установлено, что представители рода Bifidobacterium coставляют от 50 до 90% микробного содержимого фекалий человека. Способность молочнокислых бактерий синтезировать органические антибиотики (низин, диплококцин, лактолин, бревин и др.) и продуцировать органические кислоты позволяет предположить, что эти организмы — антагонисты гнилостной и болезнетворной кишечной микрофлоры человека и животных.

     Молочнокислые бактерии имеют огромное практическое значение. Их широко используют при изготовлении кисломолочных, квашеных продуктов, сыров, кислосливочного масла и т. п. Молочнокислые бактерии, встречающиеся обычно в молоке, вызывают его сквашивание. В различных климатических зонах земного шара в молоке обитают неодинаковые виды молочнокислых бактерий. Молоко в северной зоне обычно содержит Streptococcus lactis, в южной — палочковидные бактерии L. bulgaricus и др. В связи с этим кислое молоко разных зон неодинаково по вкусовым качествам. В каждой стране существуют свои национальные кисломолочные продукты.

     В производственных условиях кисломолочные  продукты готовят, заражая пастеризованное молоко соответствующими чистыми культурами бактерий. В этих целях используют молочнокислый стрептококк (S. lactis), болгарскую палочку (L. bulgaricus), ацидофильную палочку (L. acidophilus) и др.

     Ряд молочнокислых продуктов готовят, используя закваску, содержащую симбиотические комплексы микроорганизмов. Например, для приготовления кефира в молоко вносят так называемые кефирные зерна, внешне напоминающие миниатюрные головки цветной капусты. Они содержат Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus lactis, дрожжи Saccharomyces kefiri, сбраживающие лактозу. Продуктами брожения служат молочная кислота и спирт.

     Смешанное брожение лежит также в основе приготовления кумыса из кобыльего молока. В данном случае молочнокислое брожение осуществляют термофильные молочнокислые палочки, близкие к Lactobacillus bulgaricus, и дрожжи рода Torula, сбраживающие лактозу. Сбраживаемое молоко периодически взбалтывают, в результате чего казеиновый сгусток мелко дробится. Йогурт готовят внесением в пастеризованное гомогенизированное молоко чистых культур Streptococcus thermophilus и Lactobacillus bulgaricus, а биойогурт получают сквашиванием молока культурами Lactobacillus acidophilus и Streptococcus thermophilus.

     Деятельность  молочнокислых бактерий лежит в  основе изготовления сыров. Процесс сыроделия представляет собой коагуляцию казеина молока под влиянием сычужного фермента, выделяемого из желудка жвачных животных. Получившиеся сгустки отделяют от сыворотки, прессуют, выдерживают в растворе соли, а затем оставляют лежать до созревания. Во время созревания в сырной массе идут сложные процессы, при которых значительная часть казеина под действием ферментов молочнокислых бактерий переходит в аминокислоты. Для изготовления некоторых сыров используют также пропионовокислые бактерии, плесневые грибы и т. д. Для улучшения качества сыров нередко применяют закваски молочнокислых бактерий. 
 
 
 
 
 
 

Спиртовое брожение. 

     Этиловый  спирт (этанол) - один из широко распространенных продуктов сбраживания Сахаров микроорганизмами. Даже растения и многие грибы в анаэробных условиях накапливают этанол. Главные продуценты этанола-дрожжи, особенно штаммы Saccharomyces cerevisiae. Дрожжи, как и большинство других грибов, осуществляют аэробное дыхание, но без доступа воздуха они сбраживают углеводы до этанола и С0₂. У ряда анаэробных и факультативно-анаэробных бактерий этиловый спирт тоже является главным или побочным продуктом сбраживания гексоз или пентоз.

     Спиртовое брожение осуществляется так называемыми  дрожжеподобными организмами, а  также некоторыми плесневыми грибками. Суммарную реакцию спиртового брожения можно изобразить следующим образом:

     

     Механизм реакции спиртового брожения чрезвычайно близок к гликолизу. Расхождение начинается лишь после этапа образования пирувата. При гликолизе пируват при участии фермента ЛДГ и кофермента НАДН восстанавливается в лактат. При спиртовом брожении этот конечный этап заменен двумя другими ферментативными реакциями – пируватдекарбо-ксилазной и алкогольдегидрогеназной.

     В дрожжевых клетках (спиртовое брожение) пируват вначале подвергается декарбоксилированию, в результате чего образуется ацетальдегид. Данная реакция катализируется ферментом пируватдекарбоксилазой, который требует наличия ионов Mg и кофермента (ТПФ):

     

     Образовавшийся  ацетальдегид присоединяет к себе водород, отщепляемый от НАДН, восстанавливаясь при этом в этанол. Реакция катализируется ферментом алкогольдегидрогеназой:

     

     Таким образом, конечными продуктами спиртового брожения являются этанол и СО2, а  не молочная кислота, как при гликолизе.

     В начале спиртового брожения дигидроксиацетоефосфат так же выполняет роль акцептора  водорода, пока не накопится ацетальдегид, необходимый для окисления . Этим объясняется особый период индукции в начале брожения, во время которого появляется глицерин. Одновременно глицеральдегид-3-фосфат превращается согласно реакциям гликолитического пути в пируват, а после декарбоксилирования – в ацетальдегид.

     Однако  ацетальдегид не может восстанавливаться  в этанол, так как  уже использован для образования глицерина из дигидроксиацетонфосфата. Поэтому при образовании в процессе брожения одной молекулы глицерина накапливается одна молекула пирувата или ацетальдегида, которая в этанол не превращается. Следовательно, в начале спиртового брожения преобладает глицеринпируватное брожение, приводящее к образованию глицерина и пирувата. Последний обнаруживается в небольших количествах, так как основная его часть идет на образование вторичных продуктов – уксусной, молочной, янтарной, пропионовой  и других кислот, а так же диацитила, ацетоина, различных альдегидов и сложных эфиров.

     Кроме вторичных продуктов при спиртовом брожении образуются побочные продукты – высшие спирты, или так называемые сивушные масла.

     Обычно  спиртовое брожение протекает при  кислой реакции среды (рН 4-5). Если реакцию  питательного субстрата поддерживать на щелочном уровне (около рН 8), то одним из основных продуктов брожения будет глицерин:

       Резко повышается выход глицерина, если брожение протекает еще и  в присутствии бисульфита натрия. В таком случае ацетальдегид связывается  бисульфитом натрия и не может  быть восстановлен водородом в этиловый спирт:

       

     Акцептором  водорода служит промежуточное соединение — дигидроксиацетонфосфат, превращающееся сначала в глицерин-3-фосфат, а после отщепления фосфатной группы — в глицерин. В некоторых случаях бывает целесообразно получать глицерин и амиловый спирт при спиртовом брожении. Подобные производства существуют.

     Наибольшее  практическое значение имеет вид  дрожжей Saccharomyces cerevisiae. К нему относят расы, используемые в хлебопечении, производстве спирта, пивоварении, виноделии, производстве кваса. 
 
 

     Микроорганизмы  вызывающие спиртовое  брожение 

     Дрожжи  сбраживают не все сахара. Обычно они  хорошо усваивают гексозы. Пентозы могут ассимилировать лишь весьма ограниченное число видов. Неплохо используют дрожжи дисахариды, но каждый вид микроорганизма способен усваивать лишь строго определенный их набор. Перед сбраживанием более сложные сахара под влиянием ферментов дрожжевой клетки распадаются на моносахариды.

     Отдельные виды могут усваивать простые  декстрины. Крахмал становится пригодным для спиртового брожения лишь после предварительного осахаривания при помощи солода (или другими способами). На многих заводах для спиртового брожения используют целлюлозу, предварительно подвергая ее кислотному гидролизу. В аэробных условиях дрожжи способны окислять органические кислоты и другие соединения.

     Источником  азотного питания для дрожжей  служат небольшие пептиды, аминокислоты, а также аммонийные соли, реже нитраты и нитриты. Дрожжевая клетка вырабатывает многие витамины, а присутствие отдельных ростовых веществ в среде усиливает рост дрожжей. Большинство дрожжей растет в границах рН 3—8 при оптимуме рН 3,5—6,5. Обычно они развиваются в относительно широком температурном диапазоне от 0 (или —7 °С) до 50 °С. Оптимальная температура для роста большинства видов 28—30 °С.

     Штаммы  Saccharomyces cerevisiae подразделяют на расы верхового и низового брожения. Первые используют для брожения, протекающего при температуре 14—25 °С. В таких условиях обильно выделяется диоксид углерода, наблюдается пенообразование. Клетки микроорганизмов поднимаются на поверхность бродящей жидкости. Верховые расы используют в спиртовой промышленности, хлебопечении и т. д., но при некоторых условиях употребляют и другие дрожжи.

     Дрожжи  низового брожения применяют в производстве при температуре 6—10 °С и ниже (до 0 °С). При этом брожение совершается спокойно и масса дрожжевых клеток остается на дне сосуда. Низовые расы обычно используют в пивоварении и виноделии, где применяют расы Saccharomyces cerevisiae, адаптированные, однако, к жизнедеятельности при пониженной температуре. В виноделии важную роль играют также дрожжи Saccharomyces vini, S. cerevisiae var. ellipsoides.

     Как указывалось выше, дрожжи могут расти  при нейтральной реакции среды, но активнее процессы идут при некотором подкислении. На практике для предупреждения развития посторонней бактериальной микрофлоры при размножении дрожжей создают кислую среду. 
 
 
 

БИОХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КИСЛОМОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ 

     Кисломолочные продукты играют важную роль в питании  людей, особенно детей, лиц пожилого возраста и больных. Диетические свойства кисломолочных продуктов заключаются, прежде всего, в том, что они улучшают обмен веществ, стимулируют выделение желудочного сока и возбуждают аппетит. Наличие в их составе микроорганизмов, способных приживаться в кишечнике и подавлять гнилостную микрофлору, приводит к торможению гнилостных процессов и прекращению образования ядовитых продуктов распада белка, поступающих в кровь человека.

     Диетическая ценность кисломолочных продуктов  определяется их химическим составом 

БРОЖЕНИЕ  МОЛОЧНОГО САХАРА 

     Важнейшим биохимическим процессом, протекающим  при выработке кисломолочных продуктов, является брожение молочного сахара, вызываемое микроорганизмами бактериальных заквасок. Его скорость и направление определяют консистенцию, вкус запах готовых продуктов.

По характеру  брожения молочного сахара кисломолочные продукты можно разделить на две группы. К первой группе относят продукты, в основе приготовления которых лежит главным образом молочнокислое брожение (простокваша, йогурт, ацидофилин, творог, сметана), ко второй группе - продукты со смешанным брожением, при изготовлении которых происходит молочнокислое и спиртовое брожение (кефир, кумыс, ацидофильно-дрожжевое молоко).

     При молочнокислом брожении каждая молекула пировиноградной кислоты, образующаяся из молекулы глюкозы, восстанавливается с участием окислительно-восстановительного фермента лактатдегидрогеназы до молочной кислоты: 

 
 

     В результате из одной молекулы лактозы  образуется четыре молекулы молочной кислоты 
 

     Многие  молочнокислые бактерии при сбраживании  сахара кроме молочной кислоты образуют ряд других химических веществ, придающих кисломолочным продуктам специфические вкус и аромат. К ним относятся летучие кислоты (уксусная, пропионовая и др.), карбонильные соединения (диацетил, ацетоин, ацетальдегид), спирт и углекислый газ.

В зависимости  от продуктов, накапливаемых в процессе брожения, все молочнокислые бактерии подразделяют на гомоферментативные и гете-роферментативные. Молочнокислые бактерии (Lac. lactis, Lac. cnemoris, Lac. diacetilactis, St. thermophilus, L. bulgaricus, L. acidophilus), образующие в качестве основного продукта брожения молочную кислоту, относят к гомо-ферментативным; бактерии (Leuc. cremoris, Leuc. dextranicum и др.), которые кроме молочной кислоты в значительных количествах образуют и другие продукты брожения, - к гетероферментативным.

  Путем определенного комбинирования различных видов молочнокислых бактерий и регулирования температуры сквашивания можно получить продукт с нужными вкусовыми, ароматическими достоинствами, консистенцией и диетическими свойствами.

      В кисломолочных продуктах со смешанным брожением (кефир, кумыс и т.д.) наряду с молочной кислотой образуется большое количество этилового спирта и углекислого газа. Возбудителем спиртового брожения в этих продуктах являются дрожжи. При спиртовом брожение пировиноградная кислота под действием фермента пируватдекарбоксилазы катализирующего отщепление углекислого газа, расщепляется  на уксусный альдегид и углекислый газ

                пировиноградная кислота                  уксусный альдегид

      Уксусный альдегид с участием  окислительно-восстановительного фермента  алкогольдегидрогеназы восстанавливается  в этиловый спирт:  

 

      Суммарное  спиртовое брожение лактозы можно  представить в следующем виде :