МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИЙ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «АРКТИЧЕСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ФГБОУ ВО Арктический ГАТУ) Агротехнологический факультет Кафедра пищевых технологий и индустрии питания РЕФЕРАТ по дисциплине: Технология переработки вторичного сырья на тему: Биохимическая сущность получения пахты Выполнила: студентка 1-го курса, гр. gТММП-22 Субботина Дарья Михайловна Проверил: Зав. кафедрой ПТиИП, кандидат с/х наук, доцент Гоголева П.А. Якутск 2023 г. 2 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 3 Физико – химические свойства пахты 5 Изменение составных частей пахты в процессе его переработки 9 Брожение молочного сахара 10 Молочнокислое брожение 11 Спиртовое брожение 12 Гидролиз белков 13 Молочный жир 16 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 17 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 19 3 ВВЕДЕНИЕ Современные тенденции научно-технического прогресса молочной отрасли АПК РФ в рамках приоритетного направления «технологии живых систем» предусматривают широкое применение биологических процессов переработки сельскохозяйственного сырья, химического и биологического синтеза пищевых веществ и биологических средств питания и защиты животных. Особую значимость данной концепции придает необходимость расширения ассортимента за счет создания новых видов молочных продуктов из молочного белково-углеводного сырья с заданными составом и свойствами, характеризующихся высоким качеством и биологической ценностью [5]. В процессе промышленной переработки молока на масло получают побочный продукт - пахту, так называемое "вторичное молочное сырье". По своим биологическим свойствам вторичное молочное сырье не уступает цельному молоку. В цельном и обезжиренном молоке, а также в пахте содержится одинаковое количество белков (азотистых веществ) - 3,2%, лактозы - 4,7% и минеральных веществ - 0,7%, в молочной сыворотке соответственно 0,8; 4,8 и 0,5%. Наиболее ценными компонентами вторичного молочного сырья являются белки, молочный жир, углеводы, минеральные соли. В нем содержатся также витамины, ферменты, органические кислоты и другие вещества, которые переходят из молока. В настоящее время большое внимание уделяется более полноценному и рациональному использованию всех составных частей молока в процессе его промышленной переработки [6]. Промышленная переработка молока на принципах безотходной технологии, использование полное извлечение промежуточных всех и компонентов, побочных рациональное продуктов, снижение нормативных потерь и исключение неиспользованных отходов являются важнейшими резервами увеличения объемов вырабатываемой молочной 4 продукции и повышения эффективности производства. Безотходная технология обеспечивает исключение загрязнения окружающей среды. Рассматривая ее в рамках агропромышленного комплекса, следует подчеркнуть необходимость повышения товарности молока и сохранения его качества по всей технологической цепи: получение - промышленная переработка - хранение - использование. 5 Физико – химические свойства пахты При производстве 1 т сливочного масла получают до 20 т обезжиренного молока и 1,5 т пахты. Общие ресурсы молочного белковоуглеводного сырья в России составляют около 70% от объемов перерабатываемого молока и по расчетам достигают ежегодно 15-20 млн. т, что требует специального подхода к организации их промышленной переработки и является основой для создания безотходных производств по законченному или замкнутому технологическим циклам [8]. Анализ структуры переработки вторичных сырьевых ресурсов молочной промышленности показывает, что для предприятий отрасли задачи полного и рационального использования всех компонентов молока в настоящее время являются наиболее актуальными. Знание состава и свойств вторичного сырья и путей его использования может помочь инженернотехническим работникам предприятий найти доступные и экономически целесообразные способы его переработки. Образуется на стадиях сбивания или сепарирования сливок при производстве сливочного масла методами сбивания или преобразования высокожирных сливок, и представляет собой их жидкую не сбиваемую часть. В пахту переходит значительное количество фосфолипидов и 17-21% холестерина. Их здесь в 1,4 раза больше, чем в цельном молоке и в 11 раз больше, чем в обезжиренном. По мнению ряда исследователей, в состав фосфолипидов входят нейтральные липиды и фосфатидные кислоты: фосфатидилэтаноламин, сфингомиелин, фосфатидилсерин, лизофосфатидилхолин и фосфатидлинозитол, фосфатидилхолин. На долю холинсодержащих соединений приходится от 42 до 52% от общего количества фосфолипидов [8]. Органолептические показатели пахты-сырья, вне зависимости от метода производства масла, должны соответствовать по органолептическим 6 и [11] по физико-химическим показателям пахта должна отвечать следующим требованиям. Таблица – Органолептические и физико – химические показатели пахты Показатель Органолептические показатели: Характеристика СладкоКисло – сливочного сливочного масла масла Вкус и запах Молочный с Кисломолочный, привкусом чистый или со пастеризации, слабым кормовым чистый или со привкусом слабым кормовым привкусом Внешний вид и консистенция Однородная жидкость, без осадка и хлопьев Цвет От белого до светло – желтого, равномерный по всей массе Физико – химические показатели Сладкосливочного Кислосливочного масла масла Массовая доля жира, % не менее 0,2 0,2 Массовая доля СОМО, % не менее 8,0 Массовая доля белка, % не менее 2,6 Титруемая кислотность, ОТ не более 19,0 40,0 Фосфатаза или пероксидаза Плотность, кг/м3 не менее 1,027 Температура при выпуске с 42 О предприятия, С не более Пахта обогащается летучими жирными кислотами: муравьиной, уксусной, пропионовой и масляной, а также кислотами с коньюктированными связями: диеновыми, триеновыми и тетраеновыми. Их содержание зависит от способа сбивания. В количественном отношении летучие жирные кислоты в сливках, масле и пахте распределяются следующим образом: уксусная кислота, которая является во всех продуктах доминирующей, составляет 55,37-85,24%, масляная кислота - 7,18-39,40%, муравьиная - 2,62-10,71% и пропионовая кислота - 0,47-0,77%. 7 Содержание жирных кислот с коньюгированными связями колеблется в пахте от 0,93 до 1,60%. Основными из них являются диеновые. На долю триеновых и тетраеновых жирных кислот, как в масле, так и в пахте, приходится всего 0,036 и 0,0031%, соответственно. Наименьшим содержанием полинепредельных жирных кислот обладают липиды пахты (0,93%). Более полноценным является продукт, полученный при выработке масла (особенно - кислосливочного) методом сбивания периодическим способом. Жир пахты выгодно отличается от жира сливочного масла. Если в последнем преобладают олеиновая, пальмитиновая, миристиновая и стеариновая жирные кислоты, образующие атерогенный комплекс, то в жире пахты представлены высокоценные в биологическом отношении линолевая, линоленовая и арахидоновая, обладающие антисклеротическими свойствами. Эти полиненасыщенные жирные кислоты образуют биологический комплекс, который участвует в нормализации жирового и холестеринового обменов, а также способствует укреплению стенок сосудов. Пахта может служить источником высокоценного молочного белка, содержащего аминокислоты, обладающие липотропными свойствами (метионин, цистин и др.). Биологические свойства белков пахты особенно эффективно проявляются в сочетании с комплексом присутствующих в ней витаминов В1, В2, В12, С, Е, пантотеновой кислоты и др. Здесь содержится до 5% лактозы, участвующей в нормализации процессов брожения в кишечнике, что предупреждает интенсивное развитие гнилостных процессов и аутоинтоксикации в результате всасывания продуктов гнилостного распада. Пахта содержит полный комплекс минеральных веществ, в том числе все микроэлементы, имеющиеся в цельном молоке. таким образом, ее можно отнести к продуктам высокой биологической ценности. Вместе с тем, следует констатировать, что наши знания о ценности пахты, ее целебных качествах поверхностны и недостаточны. Ее потенциал как лечебно- 8 профилактического продукта наверняка значительнее наших представлений [10]. Пищевая и биологическая ценность пахты обусловливает необходимость ее полного сбора и использования исключительно для производства продуктов питания. Основные направления ее промышленной переработки можно сформулировать следующим образом. Пахту от сладкосливочного масла, полученную методом сбивания и преобразования высокожирных сливок, желательно использовать при: - нормализации цельномолочной продукции, производстве напитков, в т.ч. кисломолочных и с наполнителями; - производстве белковых продуктов (творог, сыр); - производстве сгущенной и сухой пахты; - выделении компонентов пахты ультрафильтрацией. Пахту от кислосливочного масла используют по тем же направлениям, за исключением сгущения и сушки, что связано с повышенной кислотностью исходного сырья. Ассортимент продуктов из пахты насчитывает несколько десятков наименований (более 50) и постоянно расширяется. Поиск в этом направлении не закончен, особенно для продуктов ультрафильтрации и микробиологического синтеза [5]. на основе 9 Изменение составных частей пахты в процессе его переработки Пахту, полученную при производстве сливочного масла методом сбивания и преобразования высокожирных сливок, широко используют для нормализации молока по жиру и белку. При этом производимая продукция обогащается липидами и белковым комплексом оболочек жировых шариков молока. Расчеты по нормализации ведут, исходя из фактического содержания жира в пахте, что исключает необходимость ее сепарирования и позволяет снизить сверхнормативные потери жира при производстве сливочного масла с реализацией безотходной технологии. В результате научно- производственных опытов и наблюдений было установлено, что пахта, используемая для нормализации, должна иметь кислотность не выше 19°т, а плотность - не ниже 1027 кг/м3. При этом выпускаемая продукция обогащается липидами и белковым комплексом молока оболочек жировых шариков. При производстве большинства напитков из пахты в нее вносят специально подобранные штаммы молочнокислых, пропионово-кислых бактерий и дрожжей. В результате жизнедеятельности микроорганизмов происходит глубокий распад молочного сахара, липидов и белков пахты с образованием многочисленных химических соединений. Кроме того, бактериальные ферменты и ферменты пахты катализируют разнообразные химические реакции, протекающие в процессе хранения кисломолочных напитков. Ферментативные реакции часто являются причиной порчи молочных продуктов. 10 Брожение молочного сахара В основе изготовления целого ряда кисломолочных продуктов лежат процессы глубокого распада молочного сахара под действием микроорганизмов, называемые брожением. Вместе с тем процессы брожения сахара могут быть причиной порчи молочных продуктов (излишняя кислотность, вспучивание творога, сметаны, сыра и т. д.). Существует несколько типов брожения лактозы, различающихся составом конечных продуктов [9]. Все типы брожения до образования пировиноградной кислоты идут с получением одних и тех же промежуточных продуктов и по одному и тому же пути. Дальнейшие превращения пировиноградной кислоты могут идти в разных направлениях, которые будут определяться специфическими особенностями данного микроорганизма и условиями среды. Конечными продуктами брожения могут быть молочная, пропионовая, уксусная, масляная кислоты, спирт и другие соединения. Начальным этапом всех типов брожения является расщепление молочного сахара на глюкозу и галактозу под влиянием фермента лактазы (aгалактозидазы). 11 Молочнокислое брожение Молочнокислое брожение является основным процессом при изготовлении заквасок, сыра и кисломолочных продуктов, а молочнокислые бактерии - наиболее важной группой микроорганизмов для молочной промышленности. При молочнокислом пировиноградной кислоты, брожении образующаяся из каждая молекула молекулы глюкозы, восстанавливается с участием окислительно-восстановительного фермента лактатдигидрогеназы до молочной кислоты [4]. В результате из одной молекулы лактозы образуются четыре молекулы молочной кислоты [9]. Наряду с молочной кислотой могут образовываться и побочные продукты брожения. Молочнокислые бактерии по характеру продуктов сбраживания глюкозы относят к гомоферментативным или гетероферментативным. Гомоферментативные бактерии, как показывает их название, образуют главным образом молочную кислоту (более 90 %) и лишь незначительное количество побочных продуктов. Гетероферментативные бактерии около 50 % глюкозы превращают в молочную кислоту, а остальное количество - в этиловый спирт, уксусную кислоту и СO2. Однако провести резкую границу между гомо- и гетероферментативными молочнокислыми бактериями по образующимся продуктам брожения иногда бывает трудно. Так, отмечены факты образования молочнокислых отдельными бактерий от 8 штаммами до 30 гомоферментативных % побочных продуктов, а гетероферментативные бактерии под воздействием ряда факторов могут вести себя как гомоферментативные. 12 Спиртовое брожение Спиртовое брожение глюкозы имеет место при выработке кефира, кумыса, курунги и других кисломолочных продуктов. Возбудителями спиртового брожения являются дрожжи. При спиртовом брожении пировиноградная кислота под действием фермента пируватдекарбоксилазы, катализирующего отщепление углекислого газа, расщепляется на уксусный альдегид и углекислый газ [2]. Уксусный альдегид с участием окислительно-восстановительного фермента алкогольдегдрогиназы восстанавливается в этиловый спирт. СН3СНО+2Н > СН3СН2ОН уксусный альдегид этиловый спирт Суммарноспиртовое брожение лактозы можно представить в следующем виде: C12H22O11+H2O >4CH3CH2OH+4CO2 Кроме этанола и углекислоты дрожжи могут образовывать в небольшом количестве другие спирты (изобутиловый, пропиловый, глицерин и др.), уксусную, пропионовую и янтарную кислоты, а также ацетоин и диацетил. 13 Гидролиз белков Во время длительного хранения в кисломолочных напитках из пахты при выработке, созревании и хранении происходит ферментативный распад белков (протеолиз) с образованием различных азотистых соединений. Активно проходит протеолиз во многих кисломолочных продуктах (кумыс, курунга, кефир, творог и др.), в основе созревания, которых, как известно, лежит биохимическое изменение белков. Продуктами распада белков в напитках из пахты являются пептиды различной молекулярной массы и аминокислоты. Последние могут подвергаться дальнейшим ферментативным изменениям с образованием органических кислот, альдегидов, аминов и других соединений, многие из которых обладают сильно выраженными вкусовыми свойствами. Распад белков и аминокислот под влиянием ферментов молочнокислых, пропионовокислых бактерий и дрожжей заквасок имеет положительное значение - молочные продукты обогащаются растворимыми в воде азотистыми и безазотистыми соединениями, в результате чего готовый продукт приобретает необходимую консистенцию, характерные вкус и запах и легко переваривается в желудочно-кишечном тракте человека [4]. Наоборот, разложение белков и аминокислот гнилостными и другими посторонними микроорганизмами вызывает порчу кисломолочных напитков, так как сопровождается образованием нежелательных, часто дурно пахнущих и ядовитых веществ. В процессе своей жизнедеятельности микроорганизмы вырабатывают целый комплекс ферментов, в том числе различные протеолитические ферменты. Протеолитическая активность молочнокислых бактерий стала изучаться особенно тщательно в последние годы. В отличие от глубокого распада белков, вызываемого посторонней микрофлорой, молочнокислые бактерии осуществляют протеолиз специфически мягко, обогащая продукт 14 ценными азотистыми веществами, повышая тем самым его биологическую ценность и вкусовые достоинства. Способность к протеолизу является одним из биохимических свойств молочнокислых бактерий. Гидролиз белков пахты (казеина) ферментами молочнокислых палочек и стрептококков обнаруживается в первые часы и сутки их культивирования. Продукты протеолитического распада белков, и в первую очередь аминокислоты, при накапливании в процессе созревания и хранения напитков из пахты оказывают значительное влияние на формирование их вкуса, запаха, а также биологическую ценность. Наибольшее количество свободных аминокислот накапливают в процессе своего развития, термофильные палочки, за ними следуют стрептобактерии и стрептококки. Спектр (набор) накапливаемых аминокислот зависит от аминокислотного состава молока, протеолитической активности бактерий и в большой степени - от интенсивности потребления и накопления ими отдельных аминокислот в процессе своей жизнедеятельности. Для жизнедеятельности молочнокислых бактерий требуется определенный набор аминокислот (8-16), причем для молочнокислых палочек он более разнообразен, чем для стрептококков. Независимо от вида и штамма, большинство молочнокислых бактерий в первую очередь используют валин, аргинин, лейцин, глютаминовую кислоту, фенилаланин, тирозин, триптофан, цистеин. Самое большое количество аминокислот потребляет культура Str. thermophilus: за 6 ч развития она расходует почти все содержащиеся в пахте свободные аминокислоты [4]. В основном все культуры молочнокислых бактерий в процессе сквашивания пахты накапливают глютаминовую кислоту и пролин. Кроме этих доминирующих аминокислот некоторые виды и штаммы накапливают аспарагиновую кислоту, аланин, лейцин, лизин и др. Следовательно, путем соответствующего обеспечить аминокислот. в отбора готовом штаммов продукте молочнокислых определенный бактерий набор можно свободных 15 Направление и степень распада белков при выработке кисломолочных напитков из пахты зависят от состава микроорганизмов заквасок и условий, созданных для действия их протеолитических ферментов. Главный компонент заквасок для кисломолочных напитков - молочнокислые бактерии (стрептококки и палочки) - после внесения в свежую пахту быстро размножаются, так как активная кислотность молока (рН 6,8) благоприятствует их развитию. В начале для синтеза белков и ферментов они используют свободные аминокислоты пахты, количество которых в первые часы развития культур уменьшается. Затем под действием экзоферментов бактериальных клеток происходит распад белков молока до пентонов, пептидов и аминокислот. 16 Молочный жир Изменения молочного жира в молочных продуктах начинаются при их выработке и наиболее интенсивно протекают в процессе хранения, особенно при неблагоприятных условиях. Они могут иметь как биохимическую природу (идти под действием ферментов), так и химическую (под действием высоких температур, кислорода воздуха и света). Превращения молочного жира сводятся в основном к двум химическим процессам -- гидролизу и окислению [7]. 17 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В нашей стране накоплен значительный опыт промышленной переработки и использования вторичного молочного сырья, в том числе и пахты: уточнены и углублены данные по пищевой и биологической ценности вторичного молочного сырья и продуктов из него; разработаны основные технологические процессы выделения и использования молочного жира, производства сухих и сгущенных концентратов; отработаны некоторые направления биологической обработки вторичного молочного сырья на пищевые и кормовые цели; разработана технология выделения, обработки и сушки белков молока и их использования в колбасном и кондитерском производстве; улучшена техника и технология производства молочного сахара. Расширяется производство разнообразных напитков из пахты и обезжиренного молока, выпуск низкожирной продукции, молочно-белковых концентратов [1]. Новые технологические процессы предусматривают полное использование всех составных частей молока, комплексную его переработку в различные пищевые и кормовые продукты и полуфабрикаты. На предприятиях создаются специализированные цехи и участки по переработке вторичного молочного сырья. Разрабатываются комплексы оборудования и технологические линии по переработке пахты с использованием традиционных и новых методов обработки, таких как электродиализ, обратный осмос, ультрафильтрация, ферментативный катализ. Новое в науке и технике учитывается при разработке типовых проектов или проектов реконструкции предприятий молочной промышленности. За рубежом в последнее десятилетие наметилась четкая тенденция к увеличению производства и потребления низкожирных молочных продуктов, при выработке которых широко используется вторичное молочное сырье. Из пахты вырабатывается разнообразный ассортимент напитков. 18 Однако в целом проблема полного и рационального использования вторичного молочного сырья не решена как в нашей стране, так и за рубежом. Хотя на данный момент изучены все свойства пахты, вопрос об исключении негативных изменений при ее переработке, а именно при производстве напитков остается в некоторых случаях открытым [10]. Использование вторичных ресурсов сырья молочной промышленности является общегосударственной задачей, поскольку при их переработке может быть получено значительное количество полноценных пищевых продуктов. 19 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Антонова В.С., Соловьев С.А., Сечин М.А. Технология молока и молочных продуктов. - Оренбург: 2001. - 440 с.; 2. Богатова О.В., Догарева Н.Г. Химия и физика молока: Учебное пособие. - Оренбург: ГОУ 2004. - 137 с. 3. Горбатова К.К. Биохимия молока и молочных продуктов: Учебное пособие. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. - 334 с.; 4. Горбатова К.К. Химия и физика белков молока: Учебное пособие. М.: Колос, 1993. - 192 с.; 5. Кунижев С. М., Шуваев В.А. Новые технологии в производстве молочных продуктов. - М.: ДеЛи принт, 2004. - 2003 с.; 6. И.Г. Лернер. Использование отходов молочной промышленности. М.: 1964. - 3 - 16 с.; 7. Пиняков Г.Г. Микроструктура молока и молочных продуктов. М.: 1963. - 310 с.; 8. Промышленная переработка вторичного молочного сырья / А.Г. Храмцов, К.К. Полянский, С.В. Василисин, П.Г. Нестеренко. - Воронеж: Издво ВГУ, 1986. - 31 - 45 с.; 9. Храмцов А.Г. Молочный сахар. - М.: Пищевая промышленность, 1972. - 192 с.; 10. Храмцова А.Г., Василисин С.В. Промышленная переработка вторичного молочного сырья. - М.: ДеЛи принт, 2003. - 100 с.; 11. Шидловская В.П. Органолептические свойства молока и молочных продуктов. - М.: Колос, 2000. (Справочник). - 280 с. 20
