О.І. СКРОЦЬКА, канд. біол. наук

© М.М. Антонюк,

О.І. Скроцька, 2013

© НУХТ, 2013

ЗМІСТ

	ВСТУП……...............................................................................................
1.	БІОТЕХНОЛОГІЯ ФЕРМЕНТОВАНИХ МОЛОЧНИХ ПРОДУКТІВ.............................................................................................
1.1.	Процеси, що протікають при ферментації молока…………………....
1.2.	Одержання та підбір чистих культур мікроорганізмів для виробництва молочнокислих продуктів………………………………..
1.3.	Заквашувальні препарати для молочнокислих продуктів………….....
1.4.	Класификація кисломолочних продуктів залежно від складу мікроорганізмів закваски………………………………………………
1.5.	Характеристика мікроорганізмів, що входять до складу заквасок..…
	1.5.1. Молочнокислі бактерії………………………..………………..…
	1.5.1.1. Шаровидні молочнокислі бактерії.............................…...
	1.5.1.2. Паличкоподібні молочнокислі бактерії...........................
	1.5.2. Оцтовокислі бактерії.......................................................................
	1.5.3. Пропіоновокислі бактерії...............................................................
	1.5.4. Біфідобактерії..................................................................................
	1.5.5. Дріжджі............................................................................................
1.6.	Молоко як сировина для виробництва молочнокислих продуктів............
1.7.	Кисломолочні продукти...........................................................................
	1.7.1. Кисломолочні напої........................................................................
	1.7.2. Біфідопродукти...............................................................................
	1.7.3. Сметана............................................................................................
	1.7.4. Кисломолочні сири.........................................................................
1.8.	Масло, пахта, вершки...............................................................................
1.9.	Сичужні сири.......................................................................................................
1.10.	Дієтичні властивості кисломолочних продуктів....................................
	Контрольні запитання…………………………………………...............
2.	БІОТЕХНОЛОГІЯ ХЛІБОБУЛОЧНИХ ВИРОБІВ....................….
2.1.	Дріжджі як основна сировина у виготовленні хлібобулочних виробів........................................................................................................
2.2.	Борошно.....................................................................................................
2.3.	Мікроорганізми напівфабрикатів хлібопекарського виробництва......
	2.3.1. Дріжджі.............................................................................................
	2.3.2. Молочнокислі бактерії....................................................................
2.4.	Закваски для одержання хлібобулочних виробів...................................
	2.4.1. Закваски для пшеничних сортів хліба...........................................
	2.4.2. Закваски для житніх і житньо-пшеничних сортів хліба..............
2.5.	Технологічні схеми приготування хліба.................................................
2.6.	Особливості технології виробництва хліба............................................
2.7.	Процеси, що лежать в основі приготування тіста..................................
2.8.	Смакові й ароматичні речовини хліба.....................................................
	Контрольні запитання……………………………………..…….............

3.	БІОТЕХНОЛОГІЯ ВИНОРОБСТВА..............................................……
3.1.	Класифікація та основні показники складу вин...................................
3.2.	Сировина для виробництва виноградних вин......................................
3.3.	Дріжджі винограду і вина.......................................................................
3.4.	Чисті культури дріжджів у виноробстві...............................................
3.5.	Приготування дріжджової розводки.....................................................
3.6.	Основи виробництва виноградних вин.................................................
	3.6.1. Технологічні особливості одержання виноматеріалів...............
	3.6.2. Обробка і витримка вин................................................................
3.7.	Фізико-хімічні та біохімічні процеси при одержанні виноградних вин………………………………………………………………………
	Контрольні запитання………………………………………................
4.	БІОТЕХНОЛОГІЯ ПИВОВАРІННЯ................................................
4.1.	Сировина для пивоваріння…………………………………………….
4.2.	Дріжджі в пивоварінні............................................................................
	4.2.1. Раси пивних дріжджів..................................................................
	4.2.2. Технологія виробництва дріжджів для одержання світлого пива……………………………………………………………………...
4.3.	Технологічні особливості одержання пива...........................................
	Контрольні запитання………………………………………….............
5.	КОНСЕРВУВАННЯ ОВОЧІВ ТА ІНШИХ ПРОДУКТІВ.............
5.1.	Класифікація квашених плодів і овочів........................................................
5.2.	Технологічні особливості мікробіологічного консервування............
5.3.	Фізичні та біохімічні процеси при квашенні овочів............................
	Контрольні запитання………………………………………….............
6.	ЗАСТОСУВАННЯ ФЕРМЕНТНИХ ПРЕПАРАТІВ У ХАРЧОВІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ…………………………………..
6.1.	Особливості мікробного синтезу ферментів......................…..…………..
6.2.	Класифікація і номенклатура ферментів та ферментних препаратів................................................................................................
6.3.	Характеристика активності ферментних препаратів...........................
6.4.	Ферменти у молочній промисловості...................................................
6.5.	Ферменти у хлібопекарському виробництві........................................
6.6.	Ферменти у виноробстві.........................................................................
6.7.	Ферменти у пивоварінні.........................................................................
6.8.	Трансферази – новий крок у харчовій промисловості……………….
	Контрольні запитання…………………………….……………..……..
7.	ДЖЕРЕЛА ХАРЧОВОГО БІЛКА......................................................
7.1.	Соєвий харчовий білок...........................................................................
	7.1.1.Технологія соєвих ізолятів і концентратів..................................
	7.1.2. Ферментовані харчові продукти із сої........................................
7.2.	Виробництво ціанобактерій...................................................................
	Контрольні запитання..................................................................…………...

8.	ХАРЧОВІ ДОБАВКИ ТА ІНГРЕДІЄНТИ, ОДЕРЖАНІ БІОТЕХНОЛОГІЧНИМИ МЕТОДАМИ..........................................
8.1.	Органічні харчові кислоти......................................................................
	8.1.1. Лимонна кислота............................................................................
	8.1.2. Молочна кислота............................................................................
	8.1.3. Оцтова кислота...............................................................................
	8.1.4. Глюконова кислота........................................................................
8.2.	Амінокислоти...........................................................................................
8.3.	Вітаміни………………………………………………………………….
8.4.	Полісахариди.............................................................................................
	Контрольні запитання.............................................................................
9.	ГЕННО-МОДИФІКОВАНІ ДЖЕРЕЛА ХАРЧОВОЇ ПРОДУКЦІЇ...........................................................................................
9.1.	Генетична інженерія рослин..................................................................
9.2.	Генетична інженерія тварин і птиці......................................................
9.3.	Сучасна біотехнологія мікроорганізмів................................................
	9.3.1.Використання біомаси генетично-модифікованих мікроорганізмів…………………………………………………………
	9.3.2. Способи одержання генетично-модифікованих мікроорганізмів........................................................................................
	Контрольні запитання..............................................................................
	СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ.......................................................................

ВСТУП

Харчова біотехнологія з'явилася і розвивається на основі необхідності вирішення проблем нестачі та неповноцінності харчування. За теперішніх умов важливим є пошук альтернативи біологічним харчовим ресурсам, що можливо вирішити лише методами біотехнології.

Перевагами біотехнологічного отримання нутрієнтів є невимогливість до посівних площ, незалежність виробництва від зміни сезонів, можливість отримувати продукцію стандартної якості.

Напрями розвитку харчової біотехнології можна класифікувати по цільових продуктах:

1) макронутрієнти (переважно білкові препарати на основі біомаси мікроорганізмів);

2) препарати для харчових виробництв на основі чистих культур мікроорганізмів (молочнокислих бактерій, хлібопекарських і спиртових дріжджів);

3) речовини, які регулюють смак і аромат харчових продуктів (ароматизатори і смакоароматичні добавки, підсолоджувачі, харчові кислоти);

4) стабілізатори консистенції харчових продуктів;

5) харчові барвники;

6) речовини, які сприяють збільшенню термінів зберігання продукції;

7) препарати мікронутрієнтів (вітаміни, амінокислоти, поліненасичені жирні кислоти);

8) препарати пробіотиків, пребіотиків, симбіотиків;

9) ферментні препарати, іммобілізовані ферменти і клітини.

Як відомо, найбільш дефіцитним компонентом їжі є білок, який має особливо високу харчову цінність. Харчовий білок можна одержати за допомогою мікроміцетів, водоростей, бактерій. У виробництві продуктів дитячого харчування застосовують білок пивних дріжджів, що не містить токсичних чинників. В основному розробки по одержанню харчового білка проводилися у Великобританії (мікроорганізми Saccharomyces cerevisiae), в Росії (Penicillium roqueforti, Lactobacillus acidophilus), на Україні (з добавкою Spirulina platensis). Однак, останніми роками інтерес до одержання мікробного білка знизився, що можна пояснити несприйняттям такої їжі споживачами, поганою засвоюваністю й алергенністю деяких препаратів, а також зростанням світового виробництва генетично модифікованих рослинних білків.

Для створення нових штамів мікроорганізмів, що володіють заданими властивостями (високою фагорезистентністю, кислотоутворюючою активністю), застосовують методи генної інженерії. Так, у Норвегії штами мутантних бактерій роду Lactococcus (з добрими автолітичними властивостями, що не зброджують лактозу) використовують для прискорення процесу дозрівання і одержання високоякісних сирів. У Росії отримано фагорезистентні молочнокислі лактококи для виробництва сирів, новий штам дріжджів роду Candida для зброджування лактози. Розвивається напрям з отримання нових штамів хлібопекарських і спиртових дріжджів. У Росії відібрано активний штам Saccharomyces cerevisiae, що має хороші хлібопекарські властивості, високий вихід біомаси і підвищений вміст трегалози (підвищує стійкість дріжджів при сушінні).

Одержання харчових ароматизаторів мікробіологічним шляхом часто виявляється вигіднішим і продуктивнішим, порівняно з хімічним синтезом або іншими традиційними способами. Так, у США був розроблений екологічно безпечний біокаталітичний спосіб синтезу ваніліну з глюкози з використанням генетично модифікованого штаму E. coli і грибного ферменту дегідрогенази. Аромат ваніліну, при отриманні його біотехнологічним шляхом, – у декілька разів інтенсивніше звичайного.

Досить перспективним є використання культур мікроміцетів як продуцентів сирних, грибних, рибних ароматизаторів. Розроблено біотехнологічні способи одержання речовин, що імітують аромати суниці, малини, банана, кокоса, яблука, персика, мигдалю. На сьогодні інтерес до біотехнологічного одержання ароматизаторів залишається на досить високому рівні.

Відомі способи мікробіологічного синтезу багатоатомних спиртів (сорбіту, маніту, гліцерину, ксиліту, еритриту, рибіту), що виконують функції цукрозамінників у продуктах для діабетиків. Так, новий підсолоджувач еритрит, що міститься в морських водоростях, грибах, фруктах, можна одержати також з використанням бактерій, мікроміцетів і дріжджів. Найефективніше використовувати для синтезу підсолоджувачів дріжджі роду Candida. На сьогодні особлива увага приділяється біотехнологічному синтезу ксиліту, маніту і L- арабінози.

До традиційних напрямів харчової біотехнології відноситься оодержання харчових кислот – лимонної, молочної, яблучної, оцтової, бурштинової, що використовуються як регулятори кислотності та консерванти. Лимонну кислоту отримують з використанням мікрорганізмів Yarrowia lipolytica, Aspergillus niger, молочну – Endomycopsis fibuligera, Rhisopus oryzae, Lactobacillus casei, бурштинову – Anaerobiospirillum succiniproducens, оцтову – Acetobacter acetigenum. Інтерес до біотехнології харчових кислот останніми роками почав знову зростати.

Стабілізатори консистенції – вид харчових добавок, одержання яких методами біотехнології останніми роками розвивається досить активно. Так, наприклад, гелеутворювач «Курдлан» отримують зброджуванням виноградного цукру за допомогою Alkaligenes fekalis, модифіковані глюкани – за допомогою Saccharomyces cerevisiae, каппа-каррагінан – з водоростей Euchema cottonii, гліцерин – з глюкози за допомогою Rhizopus javanicus, пуллулан – з меляси за допомогою Aureobasidium pullulans.

Більшість харчових барвників синтезують хімічним шляхом. Однак, деякі натуральні пігменти мікроорганізмів можуть бути з успіхом використані як барвники для харчових продуктів. Так, з гриба Monascus одержано натуральний червоний харчовий барвник, стійкість якого у багато разів вища, ніж у β-диціанів (барвників з синьо-зелених водоростей). З мікроорганізмів Flavobacterium multivorum одержано каротиноїд зеаксантин, з бактерій з Канарських островів – рожевий барвник для морозива, крему, мила. Такі барвники нешкідливі та надають стійкого кольору продуктам.

На сьогодні проводяться розробки технологій харчових консервантів мікробіологічним синтезом. Зокрема, методами біотехнології та генної інженерії можна одержати ферменти, бактеріальні пептиди і бактеріоцини, що володіють властивостями консервантів тощо.

Велике практичне значення у виробництві вітамінів належить мікробіологічному синтезу. Таким способом одержують ергостерин, вітамін В12, мікроорганізми використовують як селективні окиснювачі сорбіту в сорбозу при отриманні вітаміну С. Із дріжджів-сахароміцетів може бути одержаний концентрат вітаміну В2, з мікроводоростей Dunalieiia viridis – β-каротин. Кефірні грибки синтезують вітаміни В1, В2, В6, В12 та аскорбінову кислоту, а біфідобактерії – групи В, РР і Н.

Серед можливих способів одержання амінокислот найбільше значення мають мікробіологічний і хімічний. Проте тільки при мікробіологічному синтезі одержують амінокислоти в біологічно активній L-формі. Найбільша кількість розробок присвячена біотехнології лізину (продуценти Brevibacterium lactofermentum і бактерії роду Corynebacterium), також запропоновано способи біотехнологічного одержання ізолейцину, треоніну (при використанні E. coli). Більшість досліджених штамів мікроорганізмів, незалежно від їх систематичної приналежності, переважно продукують β-аланін і глутамінову кислоту. Значно менше штамів і в меншій кількості синтезують аспарагінову кислоту, лейцин, валін, ізолейцин, лізин.

Одним із нетрадиційних, нових та перспективних напрямів харчової біотехнології є одержання пробіотиків, пребіотиків і їх комплексів – симбіотиків. Цей напрям, започаткований ще з початку 90-х років, привертає велику увагу дослідників й до сьогодні.

До функціональних сполук, що позитивно впливають на здоров'я людини, сприяють профілактиці багатьох захворювань, належать поліненасичені жирні кислоти, переважну більшість яких одержують методами біотехнології, зокрема, арахідонову кислоту – з грибів роду Mortierella, γ-лінолеву – Mucorales і Mortierella, ейкозапентаєнову, докозапентаєнову, докозагексаєнову – з грибів порядку Thraustochytriales і Schizochytrium, а також з мікроводоростей Cryptecodinium cohnii.

Значна увага приділяється напряму одержання ферментних препаратів біотехнологічним способом. Особливо багато досліджень присвячено розробленню технології ліпази (Propionibacterium acidipropionici, Rhizopus orysae), глюкоамілази, глюкооксидази і β-фруктофуранозидази (Aspergillus niger), полігалактуронази й інвертази (Endomycopsis fibuliger), протеїнази (Bacillus, Rhizopus, Aspergillus).

Отже, до найбільш перспективних напрямів розвитку харчової біотехнології можна віднести одержання ферментів, стабілізаторів консистенції, ароматизаторів, харчових кислот, а також вдосконалення технології пробіотиків і пребіотиків.

До недавна біотехнологія використовувалася у харчовій промисловості з метою удосконалення існуючих процесів виробництва та більш ефективного використання мікроорганізмів, однак майбутнє належить генетичним дослідженням по створенню більш продуктивних штамів з конкретною метою, впровадженню нових методів у технології бродіння. Таким шляхом можливо підвищити вихід та якість харчової продукції та розширити її асортимент.

1. БІОТЕХНОЛОГІЯ ФЕРМЕНТОВАНИХ

МОЛОЧНИХ ПРОДУКТІВ

Одержання молочних продуктів базується на використанні процесу ферментації, тобто молочнокислого бродіння, що відбувається за участю мікроорганізмів. Завдяки використанню інших супутніх реакцій при наступній обробці сировини одержують різноманітні продукти переробки молока: сметану, пахту, йогурт, сир. Властивості кінцевого продукту при цьому залежать від характеру та інтенсивності реакцій ферментації. Ті реакції, які є супутніми основному процесу утворення молочної кислоти, й визначають особливі властивості продуктів. Так, саме вторинні реакції ферментації, що протікають під час дозрівання сирів, визначають смак окремих їх сортів. В деяких таких реакціях приймають участь пептиди, амінокислоти та жирні кислоти, що наявні в продуктах.

Залежно від характеру зброджування лактози весь асортимент кисломолочних продуктів поділяють на дві групи: молочнокислого і змішаного бродіння (молочнокислого і спиртового).

До продуктів молочнокислого бродіння належать простокваша різних видів, йогурт, ацидофільне молоко, ацидофілін, кисломолочний сир, сметана. В продуктах змішаного бродіння, крім молочної кислоти, накопичується певна кількість етилового спирту (ацидофільно-дріжджове молоко, кефір, кумис). Такий поділ кисломолочних продуктів умовний, так як при бродінні лактози в продуктах першої групи накопичується незначна кількість етилового спирту, вуглекислоти, летких органічних кислот, які характерні і для продуктів другої групи. За хімічним складом і консистенцією кисломолочні продукти поділяють на кисломолочні напої, сметану, кисломолочні сири та сиркові вироби.

Мікрофлора кисломолочних продуктів визначається наступними факторами:

1) Температурою пастеризації молока. Після пастеризації у молоці переважно залишаються термостійкі молочнокислі палички та ентерококи. Ця мікрофлора переважає на обладнанні при виробництві кисломолочних продуктів.

2) Видом заквашувальних мікроорганізмів. Основна мікрофлора закваски, що приймає участь у сквашуванні, а також мікрофлора пастеризованного молока і та, що потрапляє з обладнання.

3) Інтенсивністю розвитку незаквашувальної мікрофлори. При цьому необхідно враховувати, що при ферментації відбувається одночасно розвиток мікроорганізмів незаквашувального походження, які можуть активуватися або пригнічувати мікроорганізми закваски.

4) Дотриманням режимів ферментації. Інтенсивність розмноження мікрофлори кисломолочних продуктів і кінцеве співвідношення між її представниками залежить, перш за все, від якості молока, але може визначатися температурою та тривалістю сквашування (і дозрівання), а також дотриманням режимів охолодження).

Характеристику деяких молочних продуктів наведено у таблиці 1.1.

Таблиця 1.1.