Контрольная работа по "Биотехнология бакзаквасок и ферментных препаратов"

Государственное образовательное  учреждение 
высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский  государственный  университет 
низкотемпературных  и пищевых технологий

 

 

Кафедра технологии молока и пищевая  биотехнология

 

 

Контрольная работа

по курсу «Биотехнология бакзаквасок и ферментных препаратов»

 

Вариант № 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                  Ф.И.О.    Михайлова Анна Викторовна                                    

 

 

                                   Курс  3        специальность    240902  

 

 

                                   шифр       С396245   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт Петербург

2012

 

Вопрос 1. Принципы подбора  культур в состав заквасок.

 

         Кисломолочные продукты получают сквашиванием молока или сливок чистыми культурами молочнокислых бактерий, иногда с участием дрожжей и уксуснокислых бактерий. В процессе сквашивания протекают сложные микробиологические и физико-химические процессы, в результате которых формируются вкус, запах, консистенция и внешний вид готового продукта.

К кисломолочным продуктам  относятся кисломолочные напитки, сметана, творог и творожные изделия. К кисломолочным напиткам относятся различные виды простокваш (обыкновенная, мечниковская, южная ацидофильная, варенец, ряженка, йогурт и др.), кефир (жирный, таллинский нежирный и др.), кумыс (из кобыльего, коровьего молока и др.), ацидофильные напитки (ацидофилин, ацидофильное и ацидофильно-дрожжевое молоко и др.) Производятся кисломолочные напитки с сахаром, фруктово-ягодными сиропами и другими наполнителями.

         Заквасками называют чистые культуры или смесь культур микроорганизмов, используемых при изготовлении кисломолочных продуктов, кислосливочного масла и сыров.

Чаще в качестве заквасок применяют молочнокислые и пропионовокислые бактерии, иногда плесневые грибы. В состав естественной симбиотической закваски для кефира кроме молочнокислых бактерий входят также дрожжи и уксуснокислые бактерии.

          Основную микрофлору сквашивания вносят с закваской, однако остаточная микрофлора пастеризованного молока также размножается в процессе сквашивания. Часть микрофлоры незаквасочного происхождения активизируется в присутствии микроорганизмов закваски, часть подавляется, а некоторые микроорганизмы, например бактериофаг, подавляют развитие микрофлоры закваски. Интенсивность размножения всей микрофлоры кисломолочных продуктов и конечное ее соотношение зависят во многом от качества молока, температуры и длительности сквашивания (созревания), скорости и конечной температуры охлаждения.

          Для поддержания заквасок в  наиболее активном состоянии  необходимо постоянно производить  замену заквасочных штаммов, что  связано с изменением биологических  свойств заквасочных микроорганизмов  при их длительном культивировании  и хранении.

         Этим  обусловлена необходимость выделения  чистых культур молочнокислых  бактерий с целью получения  производственноценных штаммов заквасочных микроорганизмов.

          Выделение чистых культур молочнокислых  бактерий включает ряд этапов: выбор источников, отбор образцов, посев на жидкую питательную  среду для обогащения молочнокислой  микрофлорой, посев на плотную  среду для выделения чистой  культуры, пересев чистой культуры (колоний) в стерильное молоко, исследование биологических свойств  выделенных штаммов в целях  их идентификации и определении  производственной ценности.

        Источниками выделения мезофильных молочнокислых бактерий являются сырое молоко, оборудование, самоквасные кисломолочные продукты, а также растения, корни растений, иногда почва, расположенная в зоне корневой системы.

         Важным  показателем качества закваски  является ее пригодность для  производства заданного продукта, что должно быть проверено  исследованиями в производственных  условиях.

При составлении заквасок необходимо учитывать специфические  свойства вырабатываемого продукта, температурные режимы производства, взаимоотношения между микроорганизмами, возможность развития бактериофага и др.

        В  зависимости от назначения в  состав заквасок вводят штаммы, обладающие определенными особенностями. Так, закваски для производства масла должны иметь свойства кислото- и ароматобразования, незначительную протеолитическую активность. Для масла, предназначенного для непосредственного использования, подходят закваски D и LD, поскольку желательно быстрое и сильное ароматобразование. Для масла, предназначенного для длительного хранения, больше подходят закваски L, поскольку в этом случае необходим постоянный мягкий аромат.         Для простокваши и сметаны наиболее пригодными считаются закваски D, так как желательно быстрое ароматобразование. В эти закваски подбирают штаммы, образующие при свертывании молока сгустки вязкой консистенции без отделения сыворотки.

          При составлении закваски для  творога вводят штаммы, сообщающие  продукту хорошие вкус и запах,  образующие сгустки, легко отделяющие  сыворотку.

          Для получения кисломолочных  продуктов с лечебными свойствами  в состав закваски вводят ацидофильные  палочки и бифидобактерии, образующие антибиотические вещества. В состав заквасок для сыров вводят молочнокислые бактерии, обладающие относительно высокой протеолитической активностью, придающие специфические вкус и аромат продукту.

           При составлении заквасок необходимо  учитывать также температурные режимы производства молочных продуктов. Если процесс осуществляется при 20-30 °С, то в закваску вводят преимущественно мезофильные микроорганизмы, а при 40-45 °С -термофильные.

Важнейшим критерием годности для объединения отдельных штаммов  в многоштаммовые закваски является сочетаемость видов и штаммов. По возможности должны произойти взаимная стимуляция заквасочных микроорганизмов и антагонистическое действие, т. е. подавление развития посторонней нежелательной микрофлоры.

Антагонистическое действие штаммов может иметь несколько  причин: образование антибиотиков, продуктов обмена, оказывающих ингибирующее действие; разная скорость адаптации  штаммов к конкретной питательной  среде; темп размножения (продолжительность  генерации)и др.

На основе использования  антагонизма были созданы низиновые и антагонистические закваски. Низиновые закваски составляют штаммы Lac. lactis, образующие антибиотик низин, который препятствует прорастанию спор маслянокислых бактерий.

         В  состав антагонистической закваски  входят штаммы Lbm. plantarum, кохорые образуют незначительные количества пероксида водорода, задерживающего развитие маслянокислых бактерий. В закваску для творога вводят штаммыLac. cremoris, образующие антибиотик диплококцин, ингибирующий развитие кишечных палочек.

        Чтобы  избежать антагонистического воздействия  на заквасочные штаммы, проводят  предварительный отбор их комбинаций  по основным органолептическим  параметрам. Как и в случае  с отдельными штаммами, комбинации  проверяют на пригодность и  постоянство признаков.

Для производства отбирают многоштаммовые закваски, у которых в результате большого количества пассажей установилось равновесие признаков и штаммов.

          Штаммы, вводимые в состав заквасок, проверяют на чувствительность  к бактериофагам. Для проверок  используют широко распространенные  бактериофаги, известные своей агрессивностью  к многочисленным штаммам. В  питательную среду (плотную или  жидкую), инфицированную бактериофагом,  высевают проверяемый штамм бактерий. При этом, если наступает лизис бактерий, на плотной питательной среде появляются зоны просветления, так называемые негативные колонии, в которых нет роста бактерий. В жидких средах чувствительные к бактериофагу штаммы бактерий не развиваются (нет помутнения) или происходит слабый гликолиз (медленное накопление молочной кислоты), или он отсутствует совсем.

В состав заквасок вводят штаммы, которые не лизируются ни одним штаммом или лизируются немногими штаммами бактериофагов. Для предотвращения развития бактериофага применяют многоштаммовые закваски. При этом, если в закваске появляется фаг, он лизирует один-два штамма, остальные продолжают развиваться, обеспечивая кисломолочный процесс.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос 2. Схема получения бакконцентратов в общем виде.

 

Подбор и подготовка питательной среды

 

 

Накопление биомассы

 

 

Охлаждение культурной среды

 

 

Смешивание биомассы с защитной средой

 

 

Консервирование биомассы

 

 

Замораживание                                                         Высушивание

 

                                                                 

                                                                  Расфасовка 

 

Хранение  

 

      На заводах и в лабораториях по производству бактериальных препаратов

выпускают жидкие и сухие  бактериальные концентраты, а также  маточные

закваски в виде сухих  и жидких заквасок.

      Жидкие закваски готовятся на стерильном молоке. Фасуют жидкие закваски во флаконы по 20, 50 и 100 см3. Достоинством таких заквасок является высокая активность микрофлоры, бактериальная чистота, недостатком небольшой срок хранения (до 3 недель при 4-60С и до 5 дней при комнатной температуре). Используются такие закваски на молочных предприятиях, расположенных недалеко от лабораторий по производству бактериальных препаратов. Концентрация живых клеток в жидких заквасках составляет 107-108 клеток в 1 см3.

      Сухие закваски – обезвоженные жидкие закваски в защитной среде. Жидкую закваску в количестве 30% вносят в защитную среду – водный раствор, содержащий сахарозу (10%), цитрат натрия (5%), глутамат натрия (2,5%) и желатозу (5%). Смесь перемешивают, фасуют в пенициллиновые флаконы по 1см3 (одна порция), замораживают и высушивают путем сублимационной сушки. Сухую закваску можно хранить не более 8 месяцев при температуре 3-80С. Количество молочнокислых бактерий в 1 г сухой закваски составляет 107-108 клеток. Допускается наличие посторонних микроорганизмов (не более1-2 клеток в 1 г закваски).  Наличие БГКП в 1 г сухой закваски недопустимо. К недостаткам сухих заквасок относятся снижение активности молочнокислых бактерий и возможность попадания посторонней микрофлоры.

       Сухие и жидкие бактериальные концентраты готовятся путем культивирования чистых культур молочнокислых бактерий на специальных  жидких питательных средах с последующим отделением клеток от культуральной жидкости. Далее полученный концентрат вносят в защитную среду, охлаждают, разливают по пенициллиновым флаконам и для получения сухих концентратов проводят  удаление влаги способом сублимационной сушки. В качестве питательных сред используют молочную сыворотку с добавлением кукурузного экстракта (или аминокислотно-минерально-витаминного комплекса), буферных солей (цитрата или ацетата натрия) и стимуляторов роста (сульфата марганца, аскорбиновой кислоты и др.). Концентрация клеток молочнокислых бактерий в жидких концентратах не менее 1,5х1011 в 1 см3, в сухих – не менее 1,5-3,0х1011 в 1 г. Срок хранения сухих концентратов – не более 8 месяцев при температуре 3-80С, жидких – до 2 месяцев при той же температуре.

        Некоторые сухие закваски  готовят из бактериальной массы (бактериального концентрата) в защитной среде. Такие сухие закваски по составу микрофлоры идентичны сухому бактериальному концентрату и отличаются от него лишь по количеству клеток бактерий. Они содержат примерно в 100 раз меньше бактериальных клеток, чем бактериальный концентрат, из-за большого разведения бактериальной массы защитной средой.

       Для производства  кисломолочных продуктов вырабатывают  сухой бактериальный концентрат  трех видов: мезофильных молочнокислых стрептококков, термофильных молочнокислых стрептококков и ацидофильных молочнокислых палочек, а также жидкий бактериальный концентрат мезофильных молочнокислых стрептококков. Технологический процесс производства сухого бактериального концентрата. 
        Средой для наращивания молочнокислых бактерий служит сыворотка с добавлением кукурузного экстракта (или аминокислотно-микроэлементно-витаминного комплекса), буферных солей и стимуляторов роста. В качестве буферных солей используют трехзамещенный лимоннокислый натрий или уксуснокислый натрий. Стимуляторами роста молочнокислых бактерий являются сернокислый марганец, аскорбиновая кислота, апилак. В питательной среде, приготовленной на сыворотке, содержится излишнее количество лактозы, которое ингибирует рост молочнокислых бактерий. Для устранения ингибирующего действия в питательную среду добавляют определенное количество воды. Молочнокислые бактерии различаются по потребности к тем или иным буферным солям и стимуляторам роста, в связи с этим предложены различные питательные среды для наращивания клеток мезофильных молочнокислых стрептококков, термофильных молочнокислых стрептококков и ацидофильных молочнокислых палочек. 
        При приготовлении среды в сыворотке устанавливают реакцию (рН 4,5—4,6), оптимальную для выделения белков, нагревают сыворотку до 95°С и выдерживают ее для более полного их выделения в течение 60 мин. После этого сыворотку осветляют путем сепарирования. В осветленную сыворотку добавляют компоненты среды согласно рецептуре, устанавливают реакцию среды, оптимальную для роста того или иного вида молочнокислых бактерий; среду стерилизуют. При 0,05 МПа (112°С) в течение 60 мин и охлаждают до температуры, оптимальной для роста микроорганизмов. 
После этого вносят комбинацию культур в количестве 5%, наращивают клетки в течение 5—7 ч, затем используют заквадку. Если закваску используют не сразу, то ее охлаждают до 3—10°С и хранят в течение непродолжительного времени (8—10 ч). 
        Допускаются приготовление и использование закваски на стерильном обезжиренном молоке.

Для получения бактериальной  массы стерилизация и охлаждение среды, наращивание клеток молочнокислых  бактерий осуществляются в ферментере, имеющем мешалку, в котором автоматически  регулируются температура и рН на заданном уровне. В подготовленную стерильную среду, охлажденную до оптимальной температуры развития того или иного вида молочнокислых бактерий, подают закваску в количестве 5—8% (на сывороточной среде) или 3—5% (на обезжиренном молоке). Среду с закваской тщательно перемешивают. Наращивание клеток молочнокислых бактерий проводят при оптимальной температуре в условиях периодического культивирования при постоянной нейтрализации культуральной жндкопги, поддерживая рН на оптимальном уровне 25%-ным водным раствором аммиака, насыщенным раствором Na2C03, или 30%-ным водным раствором NaOH и при 'постоянном перемешивании с частотой вращения мешалки 2,5—5,0 о-1. 
         После окончания процесса культуральную жидкость охлаждают (до 3—8°С) и сразу направляют, на бактофугирование для получения бактериальной массы. В случае необходимости охлажденную культуральную жидкость хранят не более 8—10 ч. 
        Отделение клеток от среды осуществляется в конце логарифмической фазы роста, когда в культуральной жидкости (в 1 мл) содержатся сотни миллионов — единицы миллиардов активных клеток. 
Клетки из культуральной жидкости выделяют на бактофуге. Возможно использовать для этой цели центрифугу и молокоочиститель. 
Полноту отделения клеток из культуральной жидкости контролируют визуально и микроскопированием бактофугата. Бактериальная масса содержит сотни миллиардов клеток в 1 г; выход бактериальной массы из культуральной жидкости составляет 0,5—0,8%. 
Полученную бактериальную массу смешивают с защитной средой в определенном соотношении и получают суспензию клеток молочнокислых бактерий. 
         Полученную суспензию клеток молочнокислых бактерий помещают на лотки слоем 6—8 мм или фасуют по 5 мл во флаконы (вместимостью 10 мл). После этого суспензию клеток замораживают в морозильном шкафу при температуре —40-^—50°С. Высушивание суспензии клеток проводят в камерной сублимационной установке при остаточном давлении 0,13—1,3 Па. Удаление основной влаги проводится при низкой отрицательной температуре (—35-^—45°С), досушивание— при положительной температуре (40—45°С); продолжительность сушки суспензии клеток на лотках 6—12 ч, во флаконах 24—42 ч. 
         Сухой бактериальный концентрат, высушенный на лотках, размельчают и фасуют во флаконы порциями 1—1,5 г. Флаконы закрывают резиновыми прокладками, металлическими колпачками и наклеивают этикетки. Сухой бактериальный концентрат, высушенный во флаконах, укупоривают таким же образом. 
         Сухой бактериальный концентрат содержит от 150 до 300 млрд. клеток в 1 г в зависимости от вида. Массовая доля влаги в нем не должна превышать 3,5%. В сухом бактериальном концентрате допускается наличие посторонней нспатогенпой микрофлоры не более 10 клеток в 1 г. Срок хранения сухого бактериального концентрата при температуре 3—10°С 3 мес со дня выработки, в том числе на предприятии-изготовителе не более 15 дней.

 

 

 

        Жидкий  бактериальный концентрат мезофнльпых молочнокислых стрептококков, так же как и сухой, применяется при производстве творога и сметаны.Он отличается от технологического процесса приготовления сухого бактериального концентрата лишь исключением двух операций: замораживания и сушки. Бактериальную массу смешивают с защитной средой, содержащей водный раствор поваренной соли, суспензии желатозы, раствора фитина и водной суспензии апилака в соотношении 1 : 1 или 1:2 (в зависимости от количества клеток). 
         Жидкий бактериальный концентрат содержит не менее 150 млрд. клеток в 1 г. В жидком бактериальном концентрате допускается наличие посторонней непатогенной микрофлоры (не более 20 клеток в 1 г). 
В настоящее время при производстве бактериального концентрата и заквасок, приготовляемых на основе бактериальной массы, бактериальные клетки наращиваются в периодическом режиме культивирования при поддержании температуры и рН на заданном уровне, в замкнутом объеме питательной среды — в ферментере. При этом действующие на клетки многочисленные факторы меняются по ходу развития культуры. Вначале микроорганизмы размножаются в условиях избытка питательных веществ, которые во время их интенсивного роста постепенно используются. Одновременно с этим в среде накапливаются продукты обмена. Они тормозят деятельность ферментов, участвующих в синтезе компонентов клеток. В соответствии с непрерывно происходящими в среде изменениями культура сама претерпевает ряд закономерных морфолого-биохимических изменений. Так, клетки, образовавшиеся в начале культивирования, отличаются от клеток, выросших позднее. Это ведет к гетерогенности культуры. Наращивание клеток в условиях непрерывного (проточного) культивирования предусматривает постоянный приток питательной среды и одновременное удаление продуктов жизнедеятельности. В результате этого микроорганизмы приобретают способность к продуктивному незатухающему во времени росту. 
         Технологический процесс производства сухого бактериального концентрата при непрерывном способе культивирования молочнокислых бактерий в значительной мере аналогичен технологическому процессу производства сухого бактериального концентрата при периодическом способе культивирования. Отличительной особенностью технологического процесса при непрерывном способе культивирования являются стерилизация и охлаждение питательной среды в потоке наращивание клеток в проточных условиях. Это дает возможность получить бактериальный концентрат более активный, чем при его производстве периодическим способом, а также увеличить выход продукции с существующего оборудования. 
         Процесс культивирования микроорганизмов проходит в две стадии. В первой стадии в ферментер с подготовленной питательной средой вносят закваску, перемешивают и культивируют при оптимальной температуре роста микроорганизмов, поддерживая рН на постоял-ном уровне путем нейтрализации и при постоянном перемешивании. Во второй стадии в резервуар вносят все компоненты среды (кроме воды) и растворяют. Полученную смесь насосом непрерывно отбирают из резервуара и в потоке смешивают с водопроводной водой. Питательную среду направляют в теплообменник, где стерилизуют, а затем охлаждают до оптимальной температуры роста. Охлажденную питательную среду непрерывным потоком направляют в ферментер, в котором проводилась первая стадия культивирования микроорганизмов, поддерживая рН на постоянном уровне и постоянно перемешивая культуральную жидкость. Одновременно из ферментера непрерывно отбирают культуральную жидкость в количестве, равном притоку питательной среды в ферментер.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

 

1. Л.В. Красникова – «Роль микроорганизмов  в производстве цельномолочных продуктов» (текст лекций) 1988г.
2. В.Банникова Л.А. и др. Микробиологические основы молочного производства: Справочник/Л.А. Банникова, Н.С. Королёва, В.Ф. Семенихина; под. ред. канд. техн. наукЯ.И. Костина. М.: Агропромиздат. 1987.
3. Банникова Л.А. Селекция молочнокислых бактерий и их применение в молочной промышленности. -М.: Пищевая промышленность, 1975.
4. Горбатов К.К. Биохимия молока и молочных продуктов М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.
5. Тумунова С. Б. Разработка технологии производства сухого концентрата бифидобактерий. Дисс. . кандидата технических наук. Улан-Удэ, 1995.