Біотехнологія молочних продуктів

Спектр продуктів харчування, які одержують за допомогою мікроорганізмів, великий. Це продукти, які отримують у результаті бродіння – хліб, твердий сир, вино, пиво, кисломолочний сир і так далі. Донедавна біотехнологія використовувалася в харчовій промисловості з метою вдосконалення освоєних процесів і більш вмілим використанням мікроорганізмів, але майбутнє тут належить генетичним дослідженням зі створення більш продуктивних штамів для конкретних потреб, впровадженню нових методів у технології бродіння.

Одержання молочних продуктів у харчовій промисловості побудовано на процесах ферментації. Основою біотехнології молочних продуктів є молоко. Молоко (секрет молочних залоз) – унікальне природне поживне середовище. Воно містить 82 – 88% води й 12 – 18% сухого залишку. До складу сухого молочного залишку входять білки (3,0 – 3,2%), жири (3,3 – 6,0%), вуглеводи (молочний цукор лактоза – 4,7%), солі (0,9 – 1%), мінорні компоненти (0,01%): ферменти, імуноглобуліни, лізоцим і т.д. Молочні жири дуже різноманітні за своїм складом. Основні білки молока – альбумін, казеїн. Завдяки такому складу молоко являє собою прекрасний субстрат для розвитку мікроорганізмів. У зброджуванні молока беруть участь стрептококи й молочнокислі бактерії. Шляхом використання реакцій, які супроводжують головний процес бродіння лактози одержують й інші продукти переробки молока: сметану, йогурт, сир і т.д. Властивості кінцевого продукту залежать від характеру й інтенсивності реакцій ферментації. Ті реакції, які супроводжують утворення молочної кислоти, визначають особливі властивості продуктів. Наприклад, вторинні реакції ферментації, що відбуваються при дозріванні твердих сирів, визначають смак окремих їхніх сортів. У таких реакціях беруть участь пептиди, амінокислоти й жирні кислоти, що знаходяться у молоці.

Всі технологічні процеси виробництва продуктів з молока діляться на дві частини: 1) первинна переробка – знищення побічної мікрофлори; 2) вторинна переробка. Первинна переробка молока містить у собі кілька етапів. Спочатку молоко очищається від механічних домішок і прохолоджується, щоб уповільнити розвиток природної мікрофлори. Потім молоко сепарується (при виробництві вершків) або гомогенізується. Після цього провадять пастеризацію молока, при цьому температура піднімається до 80°С, і воно накачується в танки або ферментери. Вторинна переробка молока може йти двома шляхами: з використанням мікроорганізмів і з використанням ферментів. При використанні мікроорганізмів випускають кефір, сметану, сир, кисляк, казеїн, молочнокислий сир, біофруктолакт, біолакт, з використанням ферментів – харчовий гідролізат казеїну, суху молочну суміш для коктейлів і т.д. При внесенні мікроорганізмів у молоко лактоза гідролізується до глюкози й галактози, глюкоза перетворюється в молочну кислоту, кислотність молока підвищується, і при рН 4 – 6 казеїн коагулює.

Молочнокисле бродіння буває гомоферментативним і гетероферментативним. При гомоферментативному бродінні основним продуктом є молочна кислота. При гетероферментативному бродінні утворюється діацетил (надає смак вершковому маслу), спирти, ефіри, леткі жирні кислоти. Одночасно відбуваються протеолітичні й ліполітичні процеси, які перетворють білки молока у більш доступні форми й збагачують додатковими смаковими речовинами.

Для процесів ферментації молока використовуються чисті культури мікроорганізмів, які називаються заквасками. Виключення становлять закваски для кефірів, які представляють природний симбіоз декількох видів молочнокислих грибків і молочнокислих бактерій. Цей симбіоз у лабораторних умовах відтворити не вдалося, тому підтримується культура, виділена із природних джерел. При підборі культур для заквасок дотримуються наступних вимог: – склад заквасок залежить від кінцевого продукту (наприклад, для одержання ацидофіліну використовується ацидофільна паличка, для виробництва кисляку – молочнокислі стрептококи); – штами повинні відповідати певним смаковим вимогам; – продукти повинні мати відповідну консистенцію; – певна активність кислотоутворення; – фагорезистентність штамів (стійкість до бактеріофагів); – здатність до синерезису (властивості згустку віддавати вологу); – утворення ароматичних речовин; – сполучуваність штамів (без антагонізму між культурами); – наявність антибіотичних властивостей, тобто бактеріостатична дія стосовно патогенних мікроорганізмів; – стійкість до висушування.

Культури для заквасок виділяються із природних джерел, після чого проводиться спрямований мутагенез і добір штамів, що відповідають перерахованим вище вимогам. Біотехнології на основі молока включають, як правило, всі основні стадії біотехнологічного виробництва, які можна розглянути на прикладі сироваріння.

Виробництво сиру, або сироваріння (сироваріння) – один з найдавніших процесів, основаних на ферментації. Сири бувають найрізноманітніші – від м'яких до твердих. М'які сири містять багато води, 50 – 60%, а тверді – мало, 13 – 34%. На першому етапі йде підготовка молока (первинна обробка). На другому – готується культура молочнокислих бактерій. Мікроорганізми підбираються в певній пропорції, для забезпечення найкращої якості. Набір бактерій також залежить від температури термообробки. Третя стадія – стадія ферментації, – у сироварінні в деяких випадках відбувається в 2 етапи, до й після стадії виділення. Спочатку молоко інокулюють певними штамами мікроорганізмів, що призводить до утворення молочної кислоти, а також додають сичуговий фермент ренін. Ренін прискорює перетворення рідкого молока в згусток у кілька разів. Ця реакція активується молочною кислотою, яка синтезується бактеріями. Функції реніну можуть виконувати й інші протеїнази, але ренін також бере участь у процесах протеолізу, що відбуваються в сирі при дозріванні. Після утворення згустку сироватку відокремлюють, а отриману творожисту масу піддають термообробці й пресують у формах. Далі згусток солять і ставлять на дозрівання. Іноді отримана маса піддається додатковій обробці, яка полягає в наступному: зараження спорами блакитних цвілевих грибів при виробництві рокфору; нанесення на поверхню спор білих цвілевих грибів при виробництві камамберу й брі; нанесення бактерій, необхідних для дозрівання деяких сирів. Деякі сири після виділення повинні піддатися подальшій ферментації (стадія дозрівання). Мікроорганізми й ферменти в ході цього процесу гідролізують жири, білки й деякі інші речовини молодого сиру. У результаті їхнього розпаду утворюються речовини, що надають сирам характерний смак.

Процеси ферментації при виробництві багатьох молочних продуктів, таких як сметана, кисломолочний сир здійснюються у ферментерах відкритого типу. Як правило, вони займають небагато часу. До одного з найпростіших відносять виробництво кефіру, простокваш, сметани й масла. Наприклад, при виробництві сметани до вершків додають 0,5 – 1% закваски, яка використовується при виробництві масла. Далі продукт витримують, поки концентрація кислоти не досягне 0,6%. На закінчення хотілося б додати, що процеси одержання молочнокислих продуктів досить прості й доступні для відтворення в домашніх умовах. Вони не вимагають суворих умов дотримання стерильності, протікають, як правило, при кімнатній або дещо підвищеній температурі. Природньо, що споконвічно вони були одними з перших "домашніх" біотехнологій, які були пізніше поставлені на промислову основу.