Біохімічні та фізико-хімічні процеси при виробництві кисломолочних продуктів
План
1. Бродіння лактози.
2. Коагуляція казеїну.
3. Біохімічні властивості кисломолочних продуктів.
4. Біотехнологія в переробці молока.
Основні біохімічні процеси, протікають при виробленні кисломолочних продуктів - це молочнокисле і спиртове бродіння молочного цукру, протеоліз, коагуляція казеїну і гелеутворення, в результаті яких формуються консистенція, смак і запах готових продуктів.
За характером бродіння лактози кисломолочні продукти прийнято ділити на 2 групи: 1 - продукти, в основі виготовлення яких лежить молочнокисле бродіння (кисле молоко, ацидофілін, йогурт, сир, сметана); 2 - продукти зі змішаним бродінням - кефір, кумис, курунга та ін
Протеолиз більш інтенсивно протікає в продуктах другої групи, у порівнянні з більшістю продуктів першої групи.
1. Бродіння лактози
При виробництві більшості молочних продуктів в молоко або вершки вносять спеціально підібрані штами молочнокислих, пропіоновокислих бактерій і дріжджів.
В результаті життєдіяльності мікроорганізмів відбувається глибокий розпад молочного цукру, ліпідів і білків молока з утворенням численних хімічних сполук.
В основі виготовлення цілого ряду молочних продуктів лежать процеси глибокого розпаду молочного цукру під дією мікроорганізмів, звані бродінням.
Існує кілька типів бродіння лактози, що розрізняються складом кінцевих продуктів.
Початковим етапом всіх типів бродіння є розщеплення молочного цукру на глюкозу і галактозу під впливом ферменту лактази (b-галактозидази).
Далі бродінню піддається глюкоза.
Галактоза за участю урідіндіфосфатглюкози переходить в глюкозо-1-фосфат, який після ізомеризації в глюкозо-6-фосфат включається в схему перетворення глюкози:
Галактоза + АТФ галактокіназа галактози-1-фосфат + АДФ
галактози-1-фосфат + УДФГ галактози-1-фосфат-уріділілтрансфераза УДФГал + глюкозо-1-фосфат
УДФГал 4-епімераза УДФГ
Всі типи бродіння до утворення піровиноградної кислоти йдуть з отриманням одних і тих же проміжних продуктів і по одному і тому ж шляху - шляху Ембдена-Мейергофа.
Подальші перетворення піровиноградної кислоти можуть йти в різних напрямках, які будуть визначатися специфічними особливостями даного мікроорганізму і умовами середовища.
Кінцевими продуктами бродіння можуть бути молочна, пропіонова, оцтова, масляна кислоти, спирт та інші з'єднання.
Молочнокисле бродіння є основним процесом при виготовленні заквасок, сиру і кисломолочних продуктів, а молочнокислі бактерії - найбільш важливою групою мікроорганізмів для молочної промисловості.
Молочнокислі бактерії по характером продуктів зброджування глюкози відносять до гомоферментативних або гетероферментативних.
гомоферментативних бактерії утворюють головним чином молочну кислоту (більше 90%) і лише незначна кількість побічних продуктів.
гетероферментативних бактерії близько 50% глюкози перетворюють на молочну кислоту, а решта - у етиловий спирт, оцтову кислоту та СО 2 .
Для гомоферментативних бактерій (Str. lactis, Str. cremoris, Str. diacetilactis, Lbm. bulgaricum, Lbm. acidophilum, Lbm. casei) характерним є зброджування глюкози по гліколітичного шляху Ембдена-Мейергофа:
C 6 H 12 O 6 + 2Ф н + 2АДФ В® 2C 3 H 6 O 3 +2 АТФ + H 2 O
Перетворення глюкози в пировиноградную кислоту в результаті ряду послідовних реакцій відбувається за участю 10 ферментів.
З 1 моль глюкози утворюється 2 моль молочної кислоти з одночасним синтезом 2 моль АТФ.
гетероферментативних бактерії не можуть зброджувати глюкозу по гліколітичного шляху, так як у них відсутня ключовий фермент альдолаза, необхідний для розщеплення фруктозо-1 ,6-дифосфату на дві молекули тріозофосфата.
Тому Str. citrovorus, Str. paracitrovorus, Lbm. brevis зброджують глюкозу пентозофосфатного шляхом:
C 6 H 12 O 6 + Ф н + АДФ В® C 3 H 6 O 3 + C 2 H 5 OH + CO 2 + АТФ
В ході реакцій по пентозофосфатного шляху з кожного моль глюкози утворюється моль молочної кислоти, моль етанолу і CO 2 .
В аеробних умовах можливо утворення двох молекул АТФ, тоді ацетілфосфат перетворюється не в етанол, а у оцтову кислоту.
Спиртове бродіння глюкози має місце при виробленні кефіру, кумису, курунги та інших кисломолочних продуктів.
Збудниками спиртового бродіння є дріжджі Sacch. cartilaginosus, Sacch. fragilus, Sacch. cerevisiae та ін Вони зброджують глюкозу з утворенням етанолу і вуглекислоти:
C 6 H 12 O 6 + 2Ф н + 2АДФ В® 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 +2 АТФ.
Збудником пропіоновокислого бродіння є пропіоновокислі бактерії Propionibacterium, які перетворюють глюкозу або молочну кислоту в пропионовую і оцтову кислоти.
пропіоновокислих бродіння вуглеводів і молочної кислоти відіграє важливу роль у процесі дозрівання твердих сирів з високою температурою другого нагрівання:
3C 6 H 12 O 6 + 8Ф н + 8АДФ В® 4CH 3 CH 2 COOH + 2CH 3 COOH + 2CO 2 + 2H 2 O + 8АТФ.
Маслянокислоє бродіння відбувається в молочних продуктах під дією маслянокислих бактерій (Cl. butyricum та ін), що зброджують як глюкозу, так і молочну кислоту.
Відомо кілька типів маслянокисле бродіння, що розрізняються утворюються продуктами. Наприклад:
2C 6 H 12 O 6 + 2H 2 O + 7Ф н + 7АДФ В® CH 3 CH 2 CH 2 COOH + 2CH 3 COOH + 4CO 2 + 6H 2 + 7АТФ.
При інших типах маслянокислого бродіння спостерігається утворення бутилового і ізопропілового спиртів, етанолу, ацетону.
Маслянокислоє бродіння є причиною псування кисломолочних продуктів і є небажаним процесом в молочної промисловості.
2. Коагуляція казеїну
Найважливішими процесами, відбуваються при виробленні кисломолочних продуктів, є коагуляція казеїну і гелеутворення (перехід колоїдної системи молока з свободнодісперсного стану, золю, в связаннодісперсное стан - гель).
Коагуляція казеїну при виробництві кисломолочних продуктів може здійснюватися двома способами - кислотним або сичужним.
Кислотна коагуляція казеїну викликається молочною кислотою, яка накопичується в молочних продуктах в результаті бродіння лактози. Молочна кислота знижує негативний заряд міцел казеїну і переводить його в ізоелектричної стан (рН 4,6-4,7), в якому макромолекули білка втрачають свою розчинність і стійкість. Крім того, відбувається перехід в плазму фосфату кальцію та органічного кальцію казеінаткальційфосфатного комплексу, що дестабілізує міцели казеїну і викликає їх диспергування.
сичужний коагуляція казеїну включає 2 стадії - ферментативну і коагуляційних. Механізм як першої, так і другій стадії остаточно не встановлений. Найбільш переконливою вважається теорія протеолітичної дії сичужного ферменту (гідролітична теорія). Відповідно до цієї теорії, на першій стадії під дією основного компонента сичужного ферменту Хімозин відбувається розрив пептидного зв'язку фенілаланін-метіонін в поліпептидних ланцюгах k-казеїну ККФК, в результаті чого молекули k-казеїну розщеплюються на гідрофобний пара-k-казеїн і гідрофі...
