МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН имени ШАКАРИМА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
СЕМИПАЛАТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени ШАКАРИМА
Документ СМК 3
УМКД
УМКД 042-18-9.1.50/03-2013
уровня
УчебноРедакция №1
методические
от 18.09.
материалы по
2013г.
дисциплине «Пищевая
биотехнология»
УЧЕБНО - МЕТОДИЧЕСКИЙ
КОМПЛЕКС
ДИСЦИПЛИНЫ
«Технология производства пищевых продуктов 1»
для специальности « 5В073200» – «Стандартизация,
метрология и сертификация» (по отраслям)
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Семей
2013
Содержание
1
Лекции
2
Практические и лабораторные занятия
3
Курсовая работа (проект)
4
Самостоятельная работа студента
Лекция № 1. Биотехнология в производстве пищевых продуктов
Статистические данные ООН по вопросам продовольствия и сельского хозяйства
свидетельствуют о том, что проблема обеспечения населения нашей планеты продуктами
питания внушает серьезные опасения. По этим данным, более половины населения Земли не
обеспечено достаточным количеством продуктов питания, примерно 500 млн. людей
голодают, а около 2 млрд. питаются недостаточно или неправильно. К концу XX в. население
нашей планеты с учетом контроля рождаемости составило 7,5 млрд. человек. Следовательно,
тяжелое уже сейчас положение с продуктами питания может принять в недалеком будущем
для некоторых народов угрожающие масштабы.
Пища должна быть разнообразной и содержать белки, жиры, углеводы и витамины.
Источники энергии — жиры и углеводы в определенных пределах взаимозаменяемы, причем
их можно заменить и белками, но белки нельзя заменить ничем. Проблема питания людей в
конечном счете заключается в дефиците белка. Там, где сегодня люди голодают, не хватает
прежде всего белка. Установлено, что ежегодный дефицит белка в мире, по самым скромным
подсчетам, оценивается в 15 млн. т. Наибольшую популярность как источники белка
приобрели семена масличных культур — сои, семян подсолнечника, арахиса и других,
которые содержат до 30 процентов высококачественного белка. По содержанию некоторых
незаменимых аминокислот он приближается к белку рыбы и куриных яиц и перекрывает
белок пшеницы. Белок из сои широко уже используется в США, Англии и других странах как
ценный пищевой материал.
Эффективным источником белка могут служить водоросли. Увеличить количество
пищевого белка можно и за счет микробиологического синтеза, который в последние годы
привлекает к себе особое внимание. Микроорганизмы чрезвычайно богаты белком — он
составляет 70—80 процентов их веса. Скорость его синтеза огромна. Микроорганизмы
примерно в 10—100 тысяч раз быстрее синтезируют белок, чем животные. Здесь уместно
привести классический пример: 400-килограммовая корова производит в день 400 граммов
белка, а 400 килограммов бактерий — 40 тысяч тонн. Естественно, на получение 1 кг белка
микробиологическим синтезом при соответствующей промышленной технологии
потребуется средств меньше, чем на получение 1 кг белка животного. Да к тому же
технологический процесс куда менее трудоемок, чем сельскохозяйственное производство, не
говоря уже об исключении сезонных влияний погоды — заморозков, дождей, суховеев, засух,
освещенности, солнечной радиации и т. д.
Применяя обычные технологические линии по производству синтетических волокон,
можно получать из искусственных белков длинные нити, которые после пропитки их
формообразующимн веществами, придания им соответствующего вкуса, цвета и запаха могут
имитировать любой белковый продукт. Таким способом уже получены искусственное мясо
(говядина, свинина, различные виды птиц), молоко, сыры и другие продукты. Они уже
прошли широкую биологическую апробацию на животных и людях и вышли из лабораторий
на прилавки магазинов США, Англии, Индии, стран Азии и Африки. Только в одной Англии
их производство достигает примерно 1500 тонн в год. Интересно, что белковую часть
школьных обедов в США уже разрешено на 30 процентов заменять искусственным мясом,
созданным на основе соевого белка.
Используемое в питании больных Ричмондского госпиталя (США) искусственное
мясо получило высокую оценку главного диетолога. Правда, когда больным давали антрекот
из искусственного мяса, они жаловались на его тестоватость, хотя и не знали и даже не
догадывались о том, что получали не естественный продукт. А когда мясо подавалось в виде
мелко нарезанных кусочков, нареканий не было. Обслуживающий персонал также
употреблял искусственное мясо, не догадываясь о подделке. Они воспринимали его как
натуральную говядину. Врачи госпиталя отмечали также положительное влияние рациона на
здоровье пациентов и особенно больных атеросклерозом. В состав такого мяса обязательно
включают специально обработанный искусственный белок, небольшое количество яичного
альбумина, жиры, витамины, минеральные соли, природные красители, ароматизаторы и
прочее, что дает возможность «лепить» изделие с заданными свойствами, учитывая при этом
физиологические особенности организма, для которого продукт предназначен. Это особенно
важно в диете детей и людей пожилого возраста, больных и выздоравливающих, когда
необходимо лимитировать питание по целому ряду пищевых компонентов, что весьма трудно
сделать, используя традиционные продукты. Такое мясо можно резать, замораживать,
консервировать, сушить или прямо использовать для приготовления различных блюд.
Из 20 аминокислот, входящих в состав белков, 8 аминокислот люди не могут
синтезировать, и их относят к незаменимым. Это изолейцин, лейцин, лизин, метионин,
треонин, триптофан, валин, фенилаланин. Аминокислоты — это не только питательные
вещества, но также ароматические и вкусовые агенты, и потому они широко используются в
пищевой промышленности.
Как питательную добавку в пищу чаще всего вносят лизин и метионин. Глутамат
натрия и глицин употребляют как ароматические вещества для усиления и улучшения вкуса
пищи. У глицина освежающий, сладкий вкус. Его вводят в сладкие напитки, и кроме того, он
проявляет там бактериостатическое действие. Цистеин предотвращает подгорание пищи,
улучшает пекарские процессы и качество хлеба. Благодаря некоторым бактериям удается
получать около 100 г/л глутаминовой аминокислоты. Ежегодно в мире производят
микробиологическим способом 270 000 т этой аминокислоты, основная часть которой идет в
пищевую промышленность. По объему продукции второе место после глутаминовой кислоты
занимает лизин — 180 000 т в год. Другие аминокислоты производят в гораздо меньших
количествах.
Аминокислоты в большом количестве применяют как добавку к растительным
кормам, которые дефицитны по метионину, треонину, триптофану и особенно по лизину.
Если в животных белках содержится 7—9 % лизина, то в белках пшеницы — только около 3
%. Внесение в корма лизина до содержания 0,3 % позволяет сократить их расход больше чем
на 20 %. За последние 8 лет количество аминокислот, добавляемых в корма, выросло в 14 раз.
Во многих странах метионин добавляют к соевой муке — белковой добавке кормов. Главная
область практического применения аминокислот — обогащение кормов. Около 66 % общего
количества аминокислот, получаемых в промышленности, используют в кормах, 31 % — в
пище и 4 % — в медицине, косметике и как химические реактивы. На основе аминокислот
готовят искусственный подсластитель — метиловый эфир L-аспартил-L-фенилаланина,
который в 150 раз слаще, чем глюкоза.
Лекция № 2. Дрожжевое производство.
План:
1.Биохимические возможности дрожжевых клеток.
2. Сущность и основные стадии технологического процесса производства дрожжей.
1.
В производстве хлебопекарных дрожжей используют специально
отобранные расы
Sacch. сerevisiae. При отборе культуры принимают во внимание
способность дрожжей сбраживать тесто, т.е. они должны обладать хорошей подъемной силой
и ферментативной активностью, хорошо расти на мелассной среде в условиях глубинной
ферментации и давать высокий выход биомассы. Клетки дрожжей должны легко отделяться
от культуральной жидкости сепарированием или фильтрацией и хорошо сохраняться в
прессованном виде. Подъемную силу дрожжей выражают в минутах, в течение которых
определенное количество дрожжей
развиваясь в определенном количестве теста,
увеличивают его объем на предусмотренную стандартом величину. Для хороших дрожжей
подъемная сила не должна превышать 75 минут, зимазная активность – 30-40 минут,
мальтазная активность – 50-80 минут.
Размеры клеток хлебопекарных дрожжей Saccharomyces сerevisiae равны (3÷8)
× (6÷14) мкм. Форма их круглая или овальная.
2. Технологическая схема производства дрожжей.
Питательную среду для выращивания хлебопекарных дрожжей готовят из мелассы с
добавками солей фосфора и азота, исходя из того, что готовая продукция должна содержать
6-7% азота и 3,6-4,4% Р2О5 в пересчете на сухое вещество.
Мелассу разбавляют водой в соотношении 1:1 – 1:4, подкисляют серной
кислотой до рН 5,0, осветляют центрифугированием в специальных кларификаторах. При
центрифугировании из среды удаляются вещества, которые могут ухудшать цвет и качество
дрожжей. Такой 25-40% -ный раствор мелассы перекачивают в приточные мерные
резервуары. Водные растворы солей (обычно в соотношении 1:10) перекачивают в отдельные
приточные емкости.
В размножении культуры дрожжей различают следующие стадии: лабораторную;
чистой культуры; естественно чистой культуры; товарных дрожжей.
В лаборатории размножение дрожжевой культуры идет через три этапа в 1012%-ной солодовой среде при использовании колб на 100, 1000, 8000 мл, в которых
выращивание дрожжей длится по 24 ч. Границы оптимальной температуры 28-320C, реакция
среды рН 4,5-5,5.
Для ограничения бактериальной инфекции в начальных стадиях стараются
использовать более низкую реакцию среды – рН 4,3-4,6. Допускается также спиртовое
брожение.
В стадии чистой культуры (ЧК) дрожжи размножаются в двух герметических
аппаратах на 12%-ной
мелассной среде, обогащенной солодовым экстрактом и
двузамещенным фосфатом аммония. Емкость первого аппарата 80-100 л, второго – 800-820
л. Среда периодически аэрируется. Длительность ферментации 10-20 ч. Получают 2-4 кг
дрожжей в пересчете на сухое вещество.
Товарные дрожжи обычно получают в три этапа. Сначала размножают первый
посевной материал (задаточные дрожжи), затем вторые задаточные дрожжи и из них
получают товарные дрожжи. Получение первых задаточных дрожжей идет без притока
среды; длительность процесса 6-7 ч. На втором этапе стремятся полностью исключить
спиртовое брожение, поэтому дрожжи выращивают в условиях очень интенсивной аэрации,
лимитируя концентрацию сахара в среде, по проточному методу культивирования. Чаще
всего длительность этого этапа 10-12 ч. Последний этап производства дрожжей длится 10-24
ч.
Рассмотрим следующий этап – выращивание дрожжей, который длится 12 ч. В чистый
аппарат вводят 70-80% теплой воды от необходимого для конечного разведения мелассы
(1:17 – 1:30) количества, добавляют 10% мелассы и раствора солей, устанавливают
оптимальные для культуры дрожжей рН среды, температуру и начинают умеренную аэрацию
(1:1 по объему). В такую среду вводят посевной материал, т.е. вторые задаточные дрожжи –
8-15% по сухой массе от количества усваиваемого сахара. В течение первого часа среду не
добавляют, но в последующие 10 ч ее вводят непрерывным потоком в количестве 5; 6; 7,2;
8,2; 9,2; 10,2; 11,4; 12,8; 11; 9% за час от общего количества среды.
Аэрация в течение всего времени ферментации также меняется. В первый и
последний час культивирования она меньше (1:1), а в период интенсивного размножения
дрожжей достигает 1,5-2,0 объема воздуха на 1 ед. объема среды в минуту.
В таких условиях культура дрожжей проходит все фазы развития и
соответственно этому меняется и технологический режим. Следовательно, в начальной лагфазе потребление кислорода воздуха меньше. В стационарной фазе надо выдержать культуру
до ее полного созревания, т.е. до прекращения интенсивного почкования.
Во время ферментации незначительно возрастает концентрация чреды (от 0,9
до 2,2% по сахаромеру) и титруемая кислотность (от 0,3 до 0,8 мл 1 н раствора кислоты на
100 мл раствора). В таких условиях выход прессованных дрожжей составляет 150%, сухой
биомассы – 37,5% от количества использованного сахара.
Для обеспечения высоких выходов дрожжевой биомассы важно обеспечить в
среде не только оптимальные концентрации сахара, азота, фосфора и других элементов, но и
витаминов группы В, в первую очередь биотина, иногда пантотената кальция. Если в мелассе
этих веществ недостаточно, добавляют кукурузный экстракт, вытяжку из солодовых ростков
и другие добавки.
Разработаны различные методы интенсификации процесса ферментации. На
некоторых заводах для продления процесса ферментации последней стадии практикуют
после 6-7-го часа ферментации ежечасовой отбор культуральной жидкости объемом 15-30% и
добавление такого же количества свежей среды. Для прекращения процесса размножения
отобранную культуральную жидкость выдерживают 1-2 ч в резервуарах и затем сепарируют.
Для повышения концентрации клеток дрожжей в культуральной жидкости
иногда практикуют возвращение сепарированных дрожжей в ферментатор (возвратная
сепарация).
В производстве хлебопекарных дрожжей пытаются использовать метод
непрерывной ферментации, но и быстрое развитие побочной микрофлоры в этих условиях не
дает возможности вести процесс дольше 4-6 сут.
Биомассу дрожжей отделяют от культуральной жидкости, используя
сепараторы, производительность которых 16-35 м3/ч. Сепарирование обычно идет в три
этапа, при двукратной промывке суспензии клеток водой для удаления остатков среды,
бактерий и примесей. Получают концентрат дрожжей, содержащий 80-120 г/л сухой
биомассы . Его охлаждают до 8-100С, фильтруют на вакуум-фильтрах или фильтр-прессах и
получают дрожжевую пасту с 70-75%-ной влажностью.
После кондиционирования пасты водой до стандартной (75%) влажности, дрожжи
формуют в плитки массой 50, 100, 500, 1000 г и упаковывают. Хранят прессованные дрожжи
при температуре 0-40С до 10 суток. Хлебопекарные дрожжи можно высушивать при
температуре
30-400С
до
влажности
8%
и
хранить
до
6
месяцев.
Схема сепаратора
Лекция № 3. Пивоварение.
План:
1.Технология производства солода.
2. Технология производства пива.
1.Солод является основным сырьем для производства пива. Он необходим также в
спиртовом производстве для осахаривания крахмала, в хлебопечении для выработки многих
сортов хлеба и т. д. В пивоварении применяется солод из ячменя.
Главным показателем качества солода является экстрактивность, обозначающая
суммарное количество сухих веществ (в %), переходящих в раствор при обработке
измельченного зерна ферментами солода. Белок должен быть в пределах 9—12%, с его
уменьшением ухудшается вкус и ослабевает пена, а с увеличением белок выпадает в осадок и
пиво мутнеет. Всхожесть не менее 90—95%. Различают три типа пивного солода: светлый,
жигулевский и темный соответственно требованиям МРТУ 18/199—67.
Для выпечки хлеба и приготовления кваса применяют ржаной — так называемый
красный солод.
Для осахаривания сырья в спиртовом производстве применяют зеленый солод и
ферментные препараты. На спиртовых заводах солод готовится из семян злаковых культур —
ячменя, проса, овса, иногда ржи.
Приготовление пивного солода состоит из следующих стадий: очистка и
транспортировка ячменя, замачивание и проращивание зерна, сушка, отделение ростков и
созревание солода.
Подготовка зерна к переработке рассмотрена ранее. Здесь кратко рассмотрим
последующие за очисткой зерна стадии производства.
Замачивание зерна ведется тремя способами: периодическим воздушно-водяным,
непрерывнопоточным (в насыщенной воздухом воде) и воздушно-оросительным.
Зерно промывается в цилиндроконических замочных аппаратах. В центре этого
аппарата установлено устройство, состоящее из трубы, под нижний конец которой подведена
трубка для подачи сжатого воздуха. При мойке сжатый воздух увлекает вверх по центральной трубе смесь воды с зерном, она распределяется по радиально расходящимся к
периферии трубам сегнерова колеса и выходит у стенок в аппарате. После удаления сплава
зерно дезинфицируют смесью СаС12- СаО.
Внизу в конусе аппарата установлены трубчатые барботеры, по которым в слой зерна
при замочке продувается воздух. Замоченное зерно спускают через нижний конус, а сверху
имеется вырез с приваренной коробкой для слива грязной воды и сбора всплывших легких
зерен и примесей. Длительность замочки ячменя 3 сут.
Воздушно-оросительный способ признан наиболее прогрессивным и рекомендован к
внедрению. Сначала в течение 20 ч ведут орошение зерна водой, распыленной форсунками.
Через каждый час в течение 15 мин снизу вентилятором подсасывается воздух. Затем
моечный аппарат заполняют водой и 8 ч выдерживают зернопод водой, проветривая его через
каждые 30 мин пропусканием воздуха через барботер в течение 5 мин. Потом воду спускают
и ведут орошение с отсасыванием до достижения влажности зерном 42—44% Для светлого и
45—47% для темного солода. Длительность замачивания зависит от температуры воды: при
12° С 56 ч, а при 15° С 48 ч.
Проращивание ячменя ведут для накопления в нем ферментов, разрыхления и
разрушения стенок зерна для облегчения извлечения крахмала, белковых и других веществ
при приготовлении сусла. Температура проращивания 18° С для светлого и до 24° С для
темного солода. Постоянная температура в зерновой массе поддерживается проветриванием
грядок путем продувания воздухом, соответствующим дополнительным увлажнением и рыхлением. Проращивание по окончании роста, заканчивают, когда росток достигнет 2/з—3А
длины зерна. К этому моменту стенки эндосперма разрушаются под действием
цитолитических ферментов, а сам эндосперм становится рыхлым и хрупким. В непроросшем
зерне содержится только β-амилаза, расщепляющая крахмал до мальтозы, а α-амилаза
образуется при проращивании, и она разрыхляет молекулу крахмала с образованием
декстринов. Накапливаются также протеиназы и пептидазы, которые гидролизуют белки с
образованием пептидов и аминокислот.
Длительность проращивания светлого солода 7 сут, а темного — 9 сут, но ферменты
накапливаются в основном за первые 5 сут, в последующее время протекает ферментативный
гидролиз. О готовности солода судят по легкости растирания пальцами мучнистой части
эндосперма. При хорошем качестве запах солода свежий, огуречный. При нарушениях
режима запах эфирный, а консистенция мажущаяся; последнее наблюдается также в
перемоченном солоде.
Солодовни применяются двух типов: токовые и пневматические. Токовые
вытесняются пневматическими из-за неперспективности их механизации. В пневматических
солодовнях (рис. 39) температуру в слое солода высотой 0,6—1,0 м и удаление углекислого
газа регулируют продуванием снизу очищенного от пыли кондиционированного по
влажности воздуха с температурой на 2—3° С ниже установленной режимом проращивания.
Для предупреждения сплетения корешков солода применяют ворошители. Пневматические
солодовни ящичного типа состоят из ряда прямоугольных открытых ящиков с кирпичными
или железобетонными стенками с ситчатым дном на высоте 1—1,8 м от основного дна.
Количество ящиков соответствует числу суток проращивания солода, который от начала до
конца остается в одном и том же ящике. Кондиционированный воздух поступает в
подситовое пространство и снизу вверх пронизывает слой солода, охлаждая, увлажняя его и
вытесняя СО2. Вертикальный шнековый ворошитель на тележке с катками движется по
боковым стенкам ящиков и вращением шнеков перемещает нижние слои солода вверх, а
верхние вниз примерно по 2 раза в сутки.
Сразу после замочки в течение суток зерно продувают сухим воздухом, когда
температура поднимется до 14—17° С, начинают продувать кондиционированным воздухом
и поддерживают температуру 17—21° С, а под конец на 8-е сутки — 18—20° С.
Пневматическая ящичная солодовня типа «передвижная грядка» отличается
ежедневным перемещением зерна, выгруженного из замочного аппарата, от одного конца
данного ящика к другому концу, и на 8-е сутки с противоположного конца ворошителем зеленый солод выгружают в приемный бункер, откуда он системой транспортеров
перемещается на сушку.
Таким образом, в пневмоечной солодовне осуществлена полная механизация выгрузи
солода.
Сушка солода имеет целью удаление влаги и накоплени экстрактивных,
ароматических и красящих веществ. Влажность солода снижается с 42—47 до 2—4% в три
стадии. В течение физиологической фазы продолжается проращивание при температур зерна
до 40° С и влажности до 30%. Ферментативная фаза протекает при температуре 40—75° С и
влажности солода 20—30%. Для получения светлого солода длительность этой фазы
сокращают путем быстрого доведения влажности солода до 10%.
Химическая фаза наступает при температуре выше 75° С и заканчивается для светлого
солода при 80° С, для темного — при 105° С. Влажность солода соответственно 3—5 и 1,5—
2,5%. В этой стадии происходят взаимодействие аминокислот и пептидов с редуциругощими
сахарами и образование их комплексного соединения — меланоидинов, придающих солоду
специфичный вкус, цвет и аромат.
Непрерывнодействующая сушилка марки ЛСХА-5 имеет производительность 5 т
солода в сутки, расходует 6—8,7 МДж/ч тепла и 7,8 кВт-ч электроэнергии на 100 кг сухого
солода. Отделение ростков производится сразу после сушки, а высушенный солод созревает
еще 4—6 нед в процессе сорбции влаги из воздуха.
Выход светлого солода 78—79 кг из 100 кг с влажностью 3% и темного 74—76 кг с
влажностью 1,5—2%. Отходы при очистке и сортировке 10—12%.
2. Пиво — слабоалкогольный напиток, насыщенный углекислым газом, с приятной
хмелевой горечью и ароматом. Пиво — питательный напиток, в нем содержатся углеводы,
белки, витамины и органические кислоты; энергетическая способность светлого пива 1700—
2200 кДж/кг, темного — 3400 кДж/кг.
Производство пива состоит из следующих стадий: приготовления охмеленного сусла,
брожения, дображивания, осветления, розлива, пастеризации, обработки бутылок и хранения
пива.
Приготовление пивного сусла производится в варочном отделении (рис. 40). Процесс
варки служит для более полного извлечения и растворения сухих экстрактивных веществ солода, используемых несоложенных материалов и хмеля, создания благоприятных условий
для ферментативного гидролиза крахмала, белка, клетчатки и других составных частей
сырья. Необходима определенная кислотность среды (рН 5,2—5,6), а при ее подщелачивании водой применяют молочную кислоту и др.
Приготовление сусла состоит из полировки и дробления солода, затирания солода и
несоложеных материалов, варки и осахаривания сусла, фильтрации сусла, кипячения его с
хмелем, отделения хмелевой дробины. Полируют солод на полировочной машине СП-54, на
которой производится отбор ростков, пыли и загрязнений, затем солод загружают в замочный
аппарат для увлажнения до 30%, потом отправляют на четырех- или шестивальцовые дробилки для измельчения с минимальным разрушением оболочек. Продукты характеризуются
следующим составом (в %): лузга 12—20, крупная крупка 20—35, мелкая крупка 25—50,
мука 15—20. Затирание зернопродуктов осуществляется преимущественно пo отварочному
способу, так как сейчас наряду с солодом применяются несоложеные материалы, которые
лучше перерабатывать с его помощью. Отварочный способ состоит в том, что для повышения
температуры затора часть его (отварку) отбирают в другой аппарат для кипячения; затем
отварку смешивают с некипяченой частью затора.
В зависимости от количества отварок различают одно-, двух- и трехотварочный
способы затирания. Длительность затирания растет с увеличением числа отварок — 3,5 ч; 4—
5 ч; 6—6,5 ч, аналогично возрастает и расход пара. Жигулевское, Московское и Ленинградское пиво готовят по более рациональному двухотварочному способу.
При затирании в аппарат набирают воду: 3,0—4,0 л на 1 кг сырья температурой до 45°
С, при работающей мешалке вносят солод, ячмень и ферментный препарат, после
смешивания определяют рН затора и в случае необходимости добавляют молочную кислоту,
примерно 0,09% по массе засыпи. При температуре 40° С выдерживают содержимое
примерно 15 мин, затем нагревают до 52° С со скоростью 1° С за 1 мин и делают белковую
паузу1 в 20—30 мин. Вновь поднимают температуру с той же скоростью до 63° С и выдерживают еще 20—30 мин. Затем опять с той же скоростью поднимают температуру до 72°
С и выдерживают 40 мин до полного осахаривания. Отстоявшуюся жидкую часть по стяжной
трубе спускают в другой аппарат, а гущу нагревают за 30 мин до кипения, столько же
кипятят, за 30 мин перекачивают в другой аппарат, смешивают с ранее выкачанной жидкой
частью и при температуре 76° С в течение 15—20 мин осахаривают весь затор.
Осахаренный затор перекачивают на фильтрацию и фильтруют через свою же дробину
при 76—78° С. Сначала отделяют первое сусло, а потом горячей водой вымывают из
дробины оставшийся в ней экстракт. Фильтрация сусла через фильтр-пресс ускоряет процесс
и позволяет повысить выход экстракта на 1%. Дробину удаляют паровым эжектором или
насосом с водой.
После фильтрации сусло кипятят в сусловарочном котле, хмель вводят в зависимости
от сорта пива сразу перед кипячением или в 2—3 приема и в целях его экономии в последнее
время кипятят сусло под давлением 0,02—0,03 МПа. Длительность кипячения 1,5—2 ч. Затем
измеряется объем сусла, и оно передается в хмеле-отборочный аппарат.
На схеме приведен (см. рис. 40) четырехсосудный варочный агрегат. Эти агрегаты
рассчитаны на 3 т сырья и обеспечивают 4 варки в сутки. При замене фильтр-аппарата
фильтр-прессом число варок увеличивается до 5 в сутки. В шестисосудный агрегат входят 2
заторных котла, 2 фильтр-аппарата и 2 сусловарочных аппарата. При загрузке 3 т сырья они
позволяют делать 6 варок в сутки, при большей нагрузке — 5 варок.
Из сусловарочного котла охмеленное сусло самотеком поступает в хмелеотборочный
аппарат для отделения на сите дробины хмеля, он промывается, и промывная вода вместе с
отфильтрованным суслом откачивается насосом для осветления и охлаждения.
Осветлением сусла достигается удаление свернувшихся при кипячении белков,
придающих пиву грубую горечь. Процесс осветления осуществляется отстаиванием или
сепарированием (см. рис. 41). После осветления сусло охлаждается в оросительном
теплообменнике типа «труба в трубе» и пластинчатых теплообменниках до температуры 5—
6° С и обсеменяется посевными дрожжами.
Процесс сбраживания пивного сусла осуществляется в две стадии в двух отдельных
помещениях и при разных условиях и режимах. Первая стадия — главное брожение (см. рис.
40) — ведется в бродильном отделении и заканчивается получением из сусла и дрожжей
зеленого пива. Вторая стадия — дображивание — осуществляется в лагерном подвале,
освобожденное от дрожжей зеленое пиво насыщается СО2, созревает и превращается в
готовый напиток.
Осветленное сусло сбраживают пивными дрожжами низового брожения при
температуре 6—9° С и дображивают при 1—2° С. К концу брожения дрожжи оседают на дно
и осветляют пиво. Оседающие дрожжи повторно используют 10—15 раз в качестве посевных.
Бродильные аппараты бывают открытого и закрытого типа, прямоугольные и
цилиндрические, вертикальные и горизонтальные, из стали и алюминия с внутренним
змеевиком, по которому пропускают охлажденную до 1о С воду для отвода тепла,
выделяющегося при брожении. Вместимость танка рассчитывают на 1—2 варки сусла,
максимально — на его объем, получаемый в течение суток.
Главное брожение начинают с наполнения танка охлажденным суслом-- и посевными
дрожжами в количестве 0,5 л на 100 л, или 0,5% по объему сусла. Длительность главного
брожения сусла концентрацией 11 —13% составляет 7—9 сут, а для более высокой
концентрации — 9—10 сут. Контролируют динамику брожения по убыли экстракта, конец
главного брожения характеризуется остаточным количеством редуцирующих веществ (РВ)
зеленого пива на уровне 1,0 г на 100 мл. Молодое пиво сепарируют, охлаждают, измеряют
объем и передают в лагерный танк. Оставшийся на дне танка слой дрожжей стягивают с
помощью вакуум-аппарата и насосом или монжю передают в дрожжевое отделение. Потери
пива в бродильном отделении составляют около 2% по объему холодного сусла.
Размножают чистую культуру дрожжей сначала в заводской лаборатории, потом в
специальных аппаратах. Такой аппарат Грейнера (ГДР) получил широкое распространение.
Он включает стерилизатор сусла, цилиндры для сбраживания с сосудами для хранения
дрожжей и резервуары предварительного брожения.
В стерилизаторе сусло кипятят, подогревая его паром через змеевик, в течение 1 ч,
затем охлаждают до 12° С. Простерилизованное сусло сжатым воздухом направляют в
цилиндр брожения, куда задают чистую культуру дрожжей, сбраживают и размножают их.
Затем отбирают маточные дрожжи на хранение, а остальную часть стерильным воздухом
передавливают в резервуар предварительного брожения, сбраживают и размножают дрожжи
в течение 3 сут при температуре 9° С и также воздухом перемещают в танк главного
брожения.
После главного брожения получают 2% дрожжей по объему зеленого пива и половину
их используют как семенные дрожжи для засева в бродильный аппарат, а вторую половину
— избыточные дрожжи — без обработки передают в экспедицию для реализации. Семенные
дрожжи процеживают через вибросито, промывают холодной водой с температурой 3°С до
полного осветления. Перед повторным использованием дрожжам дают 2—3-дневный покой,
хранят их в ванночках под слоем ежедневно сменяемой воды, а затем, предварительно
разбавив их 2—3-кратным количеством сусла, перемешивают сжатым воздухом или
углекислым газом и задают в бродильный аппарат.Дображивание и выдержка пива служат для насыщения его углекислым газом,
осветления и созревания, в процессе которого улучшаются вкус и аромат пива. Спиртовое
брожение при дображивании, так же как и при главном брожении, является основным
процессом.
Для насыщения пива до стандартной концентрации СО2 (0,3—0,35%) в молодом пиве
оставляют на дображивание около 1% экстрактивных веществ и повышают его
растворимость снижением температуры до 0—2° С и подъемом давления до 0,03— 0,07 МПа.
Осветление и потеря грубой горечи при дображивании наступают после окончания
брожения, когда дрожжи, оседая, увлекают в осадок частицы белков и хмелевые смолы. При
созревании пива уменьшается содержание альдегидов, увеличивается количество эфиров,
высших спиртов и кислот. Этим обогащаются вкус и аромат пива.
Отсепарированное от дрожжей и охлажденное зеленое пиво в лагерный танк подается
снизу при открытом его шпунтовом отверстии для вытеснения углекислым газом
содержащегося там воздуха. Танк шпунтуют присоединенным шпунтаппаратом. Продолжительность дображивания и выдержки зависит от сорта пива. Так, Жигулевское пиво
выдерживают 21 сут, Рижское и Московское — 42, Мартовское и Украинское — 30,
Ленинградское — 90 сут. При выгрузке готового пива на осветление в танке углекислым
газом поддерживается такое же давление для предотвращения потери ее растворимости.
Отмеченная высокая длительность брожения и дображивания пива исторически
сложилась давно и стала традиционной для классической технологии, отличающейся
периодичностью процесса. Сейчас создана технология непрерывного производства пива.
ВНИИПБП разработан и внедрен на Москворецком пивоваренном заводе
непрерывный метод главного брожения и дображивания пива в обычных танках,
соединенных переточными трубами в батареи. Весь процесс сбраживания Жигулевского пива
по этому способу проходит за 15 сут вместо 28, а коэфициент использования
производственной площади увеличивается более чем в 1,5 раза.
Ускоренный способ приготовления Жигулевского пива основан на сбраживании сусла
без кислорода, поэтому образуется малоальдегидов и созревание его происходит быстрее.
Дображивание ведут в изотермических условиях при температуре 4°С. Охлаждение и
осветление сусла протекает в герметически закрытых аппаратах, суслопровод обрабатывается
углекислым газом, количество посевных дрожжей увеличено с 0,5 до 0,7—1,0 л на 100 л
сусла. Сусло на брожении перемешивают СО2 1 раз в смену, поэтому главное брожение
заканчивается за 5,5 сут. Дображивание ведут при температуре 4—5° С и заканчивают его за
11 сут. Пиво охлаждают до 0—1°С только при его осветлении. Это позволяет увеличить
производительность завода на 30%.
Осветление пива после дображивания ведут на диатомитовых фильтрах или
сепараторах (рис. 41). После смесителя пиво охлаждается до 0—1°С в пластинчатом
холодильнике и направляется на осветление. В фильтрах в качестве фильтрующего слоя
используют хлопчатобумажную массу, диатомит и пластины из бумаги с большим
содержанием асбеста. Фильтр-прессы заменяют сепараторами ВСП, и при этом потери пива
снижаются от 1 до 0,02%, но нужная светлость не достигается, и его повторно фильтруют на
пластинчатых фильтрах.
Диатомитовые фильтры наиболее перспективны, потери в них составляют 0,4%, они
просты в обслуживании. Установка содержит смеситель для подготовки суспензии диатомита
в пиве, которую питающим насосом прокачивают через фильтр до образования на пористом
картоне или ткани фильтрующего слоя диатомита. После появления чистого пива подачу
диатомитовой суспензии прекращают и фильтруют пиво. Длительность работы фильтра без
перезарядки достигает 150 ч. Затем следует перезарядка: диатомит смывается струей воды и
наносится новый слой диатомита.
Если осветленное пиво недостаточно насыщено СО2, то его дополнительно насыщают
в карбонизаторах, выдерживают 2—6 ч для стабилизации растворенной СО2 и подают на
розлив.
Лекция № 4. Производство спирта
План:
1.Сырье для производства спирта.
2.Микроорганизмы, используемые для производства спирта.
3. Периодический способ получения спирта.
4. Непрерывный способ производства спирта.
5. Переработка отходов.
1.Спирт получают из крахмалистого сырья — зерна, картофеля и свеклосахарной
мелассы. Небольшое количество спирта для технических целей получают из гидролизатов
древесины, сульфитных щелоков и т. п. Из зернового сырья перерабатывают пшеницу, рожь,
ячмень, овес, просо, кукурузу и другие виды злаков.
Спирт из этого сырья получают периодически и непрерывно. Большинство заводов
работает по непрерывной схеме брожения. Отдельные заводы специализируются на
переработке в спирт картофеля и зерна, другие используют свекловичную мелассу, третьи —
то и другое. Этиловый спирт используется для технических нужд - для производства
синтетического каучука, как растворитель, для синтеза других веществ, а также на
изготовление напитков и медицинские нужды.
2.Спиртовое брожение — хорошо изученный биохимический процесс. Спиртовое
брожение вызывают чаще всего дрожжи, реже некоторые бактерии (Sarcina) и плесневые
грибы (Mucor). В промышленности дрожжи обычно разделяют на верховые и низовые.
Верховые дрожжи интенсивно ведут брожение и труднее осаждаются. К ним принадлежат
спиртовые и хлебопекарные дрожжи Saccharomyces cerevisiae, а также винные дрожжи из
вида Saccharomyces elipsoideus. К низовым дрожжам относятся виды, используемые в
пивоваренной промышленности. В производстве процесс брожения ведут 2 - 3 суток.
В ходе брожения углеводы распадаются в конечном итоге до этилового спирта,
углекислого газа и воды. Промежуточный продукт - ацетальдегид. Если к питательной среде
добавить сульфиты, которые связывают ацетальдегид, при брожении можно получить
значительное количество глицерина, что и применяется в промышленности. В этом случае
основной конечный продукт брожения - трехатомный спирт глицерин. В процессе
спиртового брожения могут накапливаться изоамиловый, амиловый и изобутиловый спирты
(сивушные масла). Некоторые дрожжи и бактерии способны продуцировать бутанол, а
также 2,3-бутандиол. Эти продукты обычно синтезируют из нефти, однако микробное
получение этанола и других спиртов вызывает все больший интерес.
В России большая часть этанола получается микробиологическим путем из
растительного сырья. Сырьем могут быть гидролизаты древесины, меласса, крахмал,
молочная сыворотка. Отходы производства этанола содержат белки, углеводы, рибофлавин и
др. витамины, и могут использоваться как кормовая добавка.
При получении спирта из древесины перед гидролизом древесину размельчают до
стружек толщиной 3 мм, шириной 10 - 70 мм и длиной 25 мм. Гидролиз идет в больших (до
50 кубометров) гидролизных аппаратах, которые наполняют стружкой, добавляют 0,5%-ный
раствор Н2SО4 и вводят пар давлением 1-1,2 МПа. Варка идет 40—50 мин. Выход сахара 45—
48% от сухой массы древесины. Реакция среды полученного гидролизата кислая, рН 1,8—2,2,
поэтому гидролизат нейтрализуют известковым молоком, в котором содержится 1,1 —1,2
кг/л извести; в гидролизате сравнительно мало азота и фосфора, поэтому предварительно к
каждому кубическому метру гидролизата добавляют 0,3 кг суперфосфата и 0,15 кг сульфата
аммония. При температуре 85°С через гидролизат продувают воздух, рН среды 5-6. Гипс
осаждают, а прозрачную часть гидролизата после охлаждения используют для сбраживания.
Спирт получают и из мелассы. Предварительная подготовка питательной среды очень проста
- мелассу разбавляют и добавляют питательные соли. Для приготовления напитков
используют спирт, полученный только из пищевого сырья. Для технических нужд
используют спирт, полученный из гидролизатов древесины, сульфитного щелока.
Сдвиг в сторону получения микробиологического этанола наблюдается и в др.
странах. Найдены бактерии Zymomonas mobilis, которые вдвое эффективнее сбраживают
углеводы в этанол, чем дрожжи. В Бразилии производство топливного спирта вносит
наибольший вклад в энергобаланс страны и составляет миллиарды литров.
Ферментация мелассы различными видами Clostridium acetobutilicum, другими
бактериями, вызывающими маслянокислое брожение, может быть использована для
получения не только этанола, но и ацетальдегида, уксусной кислоты, этилацетата и
диэтилового эфира. Субстратом для такого брожения могут быть зерновые, меласснозерновые заторы или меласса. Если среду готовят из зерна, например, кукурузы, то сначала
получают муку грубого помола, ее смешивают с водой из расчета 6—8 кг муки на 100 л воды.
Затем затор варят 2 ч под давлением 0,2 МПа и стерилизуют. Охлажденную до 37—42°С
массу сбраживают в течение 2 суток, рН среды 5-7. В процессе брожения из глюкозы
образуется смесь, содержащая 6 частей бутилового спирта, 1 часть этилового спирта и 3
части ацетона. Разработаны методы получения ацетона и бутилового спирта из сульфитного
щелока и гидролизатов древесины. В ацетоно-бутиловом брожении в первый период
образуется уксусная и масляная кислоты, выделяется водород и углекислый газ. Затем
масляная кислота восстанавливается до бутилового спирта.
Штаммы-продуценты первичных метаболитов получают путем индуцированного
мутагенеза, так как в природе мутации, ведущие к сверхпродукции одного из метаболитов
вредны. Нарушения в обмене веществ приводят к снижению конкурентоспособности и
жизнеспособности микроорганизмов. Первичные метаболиты синтезируются природными
микроорганизмами в количествах, необходимых лишь для удовлетворения их потребностей.
Мутантные формы микроорганизмов могут синтезировать аминокислоты вплоть до
концентрации 100 г/л (для сравнения - организмы дикого типа накапливают аминокислоты в
количествах, исчисляемых миллиграммами).
3.Периодический способ получения спирта. Этот способ производства спирта
включает следующие стадии: подготовку сырья к развариванию, подготовку осахаривающих
материалов, разваривание и осахаривание крахмалсодержащих материалов, культивирование
дрожжей, брожение, извлечение спирта из бражки и его очистку на брагоперегонных и
брагоректификационных аппаратах.
Подготовка зерна к развариванию и осахариванию ведется следующим образом.
Взвешенное зерно шнеком распределяется по бункерам-предразварникам, где оно
смешивается с водой в соотношении 1:3,5, подогревается паром до температуры 90° С,
подваривается и перепускается в разварник. Здесь смесь разваривается при повышенном
давлении и температуре 135—150° С в течение 90—120 мин в зависимости от вида злака.
Разваренное зерно выдувается в осахариватель, охлаждается до 60—61° С и обрабатывается
солодовым молоком (из расчета 7—8% солода по массе переработанного зерна) в течение
15—20 мин, далее насосом подается в теплообменник, где охлаждается до 20—25° С. Отсюда
осахаренная масса поступает в бродильные аппараты. Туда же из дрожжанок подают
посевные дрожжи в количестве 6—8% по объему осахариваемого сусла.
Зеленый солод вырабатывается из зерна проса, ячменя, овса со способностью к
прорастанию около 96%. Зерно замачивается в воде до влажности 40—42 % в течение
примерно суток с чередованием замочки и слива воды через каждые примерно 6— 8 ч.
Влажное зерно спускают из замочных аппаратов самотеком, и в результате самосогревания в
куче в течение суток оно начинает прорастать. По мере роста и увеличивания ростков высота
слоя зерна на ситах пневматической ящичной солодовни снижается.
Температура поддерживается на уровне: для ячменя от 17 до 20° С, проса от 25 до 30°
С путем продувания воздуха, кондиционированного по содержанию влаги и температуре.
Примерно один раз в смену осуществляются увлажнение прорастающего зерна водой и
ворошение на ситах специальными механическими ворошителями.
Продолжительность прорастания ячменя на ситах 8 сут. Конец проращивания
определяется по видимым признакам: росток равен одной длине зерна, а корешки имеют
вьющиеся кончики, без плесени, аромат свежий, огуречный.
По аналитическим данным, осахаривающая способность солода составляет ОС = 4-т-6
ед./г, амилолитическая— АС = 20-г-35 ед./г. По технологической инструкции нужно иметь
солод из трех видов зерна: ячменя, овса и проса в соотношении 50 :25 :25.
После накопления ферментов рост зерна останавливается, и в виде зеленого солода
оно гидравлическим способом подается на водоотделительное конусное сито. Промытый
зеленый солод далее измельчается на дробилке, разводится водой до концентрации 6—8%
сухих веществ.
Посевные дрожжи приготовляют на чистой культуре, которую из пробирки переводят
в колбу со стерильным суслом и после 18 ч выращивания вновь переводят на
пастеризованное сусло в аппарат чистой культуры, где культивируют еще в течение 18 ч, а
потом переводят в дрожжанку на пастеризованное сусло, затем в качестве посевного
материала вносят в бродильный аппарат.
При анализе зрелых дрожжей под микроскопом не должно быть видно посторонних
микроорганизмов — молочнокислых и других бактерий.
Исходная концентрация дрожжевого сусла в начале пересевов составляет 10—12%
сухих веществ, а в дрожжанке —16—18%. В посевных дрожжах конец брожения служит моментом для их перевода в бродильный аппарат.
Процесс брожения состоит из трех периодов: взбраживания (20—24 ч), главного
брожения (24—30 ч) и дображивания (18— 24 ч).
При взбраживании размножаются дрожжи, накапливается их биомасса, они
адаптируются к среде, температура которой поднимается до 28—29°С, сбраживают при этом
до 20% углеводов исходного сусла.
В период главного брожения сбраживается 60—65% углеводов сусла, накапливается
основное количество спирта в бражке, выделяется и теплообменником отводится тепло
реакции превращения глюкозы и мальтозы в спирт. Температура поддерживается на уровне
30°С, сбраживаемая масса находится в движении, выделяется и улавливается спирт.
При дображивании сбраживается около 15—20% исходных углеводов, содержание
спирта в зрелой бражке достигает 8—9%, температура поддерживается на уровне 28°С.
Сбраживаемая масса малоподвижна, в конце периода движение прекращается. Окончание
брожения определяют по внешнему виду массы (когда прекратилось выделение углекислого
газа), по содержанию редуцирующих веществ (норма 0,25—0,45 г на 100 мл фильтрата
бражки) и содержанию спирта (8—9 об. %).
В начале перегонки спирта зрелая бражка из бродильных аппаратов собирается в
передаточном резервуаре и насосом подается через дефлегматор в бражную колонну, где
спирт в парообразном виде отделяется от бражки, а получаемая при этом барда выводится из
колонны для использования ее на кормовые цели. Спиртовая жидкость бражной колонны
охлаждается в холодильнике, количественно учитывается объем спирта в ней, и жидкость
поступает в емкость для хранения спирта-сырца.
Далее спирт-сырец поступает в куб ректификационной колонны, нагревается паром до
температуры 90—92°С и в парообразном состоянии заполняет ректификационную колонну,
где осуществляется ректификация спирта. Сначала отбирают головные или низкокипящие
примеси: эфиры, альдегиды и др., объемом до 1 % от навалки, затем начальные III и II сорта
спирта, потом середина — I сорт и даже высшая очистка 80%. После отбора спирта I сорта
идут II и III конечные сорта и, наконец, высококипящее сивушное масло 0,4%, в состав
которого входят амиловый, изоамиловый, пропионовый и другие многоатомные спирты.
II и III начальные и конечные сорта используются в следующих навалках. Качество
вырабатываемого спирта I сорта соответствует требованиям ГОСТ 5962—67. Спирт с одной
из верхних тарелок поступает на холодильник, учитывается контрольными снарядами и
мерниками, направляется в спиртохранилище и дальше цистернами отгружается
потребителям по железной дороге.
4.Непрерывный способ получения спирта. Непрерывная технологическая схема
включает следующие процессы: разваривание измельченного зерна и картофеля, вакуум-
охлаждение и осахаривание крахмала сусла, II ступень вакуум-охлаждения сусла перед его
складкой, спиртовое брожение, ректификация и брагоректификация спирта.
Очищенное и взвешенное зерно или картофель поступает на измельчающие машины и
в измельченном виде передается в сборник, оттуда в смеситель, где перемешивается с водой.
Образовавшаяся смесь подогревается до 90°С и насосом через контактную головку, куда
подается пар для нагревания содержимого до 150° С, перекачивается в разварник с целью
выдержки массы при этой температуре в течение 30—40 мин.
Разваренное сырье охлаждается до 60°С в установке вакуум-охлаждения, смешивается
с комплексным ферментным препаратом или солодовым молоком, крахмал полученного
сусла осахаривается в осахаривателе. Сусло поступает в сепаратор II ступени вакуумохлаждения, мгновенно охлаждается до 24°С и по барометрической трубе направляется в
головной ферментатор бродильной батареи. Параллельно можно насосом подавать сусло из
сепаратора. Перед началом загрузки батареи в нее вводят посевную культуру дрожжей расы
XII в объеме, равном вместимости головного ферментатора. Посевная культура дрожжей
выращивается в трехступенчатой системе посевных ферментаторов. Сначала в течение 8 ч ее
выращивают в дрожжевых ферментаторах, затем содержимое выпускают в посевной
ферментатор большой вместимости и также в течение 8 ч непрерывным притоком сусла
увеличивают их объем до заполнения всей емкости. Затем выпускают ее содержимое в III
ступень посевного узла и также непрерывно в течение 8 ч наращивают объем посевного
материала, а с окончанием заполнения содержимое насосом перемещают в головной
ферментатор бродильной батареи и одновременно включают в него непрерывный приток
осахаренного сусла для осуществления непрерывного спиртового брожения.
В целях борьбы с инфекцией и предотвращения инфицирования ферментации введен
метод профилактической дробной стерилизации оборудования, арматуры и трубопроводов.
Он состоит в том, что приток сусла переводится из 1-го во 2-й ферментатор и в него же
насосом перемещается содержимое 1-го, а внутренние стенки последнего промываются,
пропариваются, охлаждаются, и вновь в нем восстанавливается приток сусла с посевными
дрожжами. Пока заполняется 1-й ферментатор, в 3-й насосом перемещается содержимое 2-го,
стенки его промываются, пропариваются, охлаждаются, и он заполняется перетоком из 1-го.
Затем так же освобождается 3-й ферментатор перемещением его содержимого в 4-й и т.д. до
конца батареи. Периодичность освобождения и профилактических стерилизаций для разных
видов сырья устанавливается экспериментально примерно через 2—3 сут.
Зрелая бражка непрерывно поступает в передаточный резервуар и насосом подается
через дефлегматор в бражную колонну. Спиртовые пары или их конденсат, или то и другое
поступают в эпюрационную колонну, где они освобождаются от головных примесей и в виде
эпюрата поступают в ректификационную колонну. В нижней части этой колонны отбираются
хвостовые примеси, а основной продукт — этанол, перемещаясь вверх по тарелкам,
укрепляется до 96% и с 1—5-й верхних тарелок отбирается в холодильник, контрольный
снаряд, мерник и спиртохранилище. С 15-й тарелки он отбирается в холодильник,
контрольный снаряд, мерник и спиртохранилище. Спирт высшей очистки отбирают с 9-й и
20-й тарелок, и он также проходит через холодильник, контрольные снаряды, меринки и в
спиртохранилище.
Характеристика спирта «Прима»: крепость 96,5%; содержание эфиров 20 мг/л, кислот
12 мг/л, сивушных масел 3 мг/л, метанола 0,13%; проба на окисляемость 22 мин.
При непрерывном производстве спирта в качестве осахаривающих материалов может
применяться зеленый солод, однако предпочтительнее ферментные препараты микробного
происхождения. На рис. 46, в приведена схема так называемого глубинного метода
производства этих препаратов.
В смесителе ингредиентов питательной среды достигается пропорциональное их
внесение в соответствии с рецептурой; далее насосом питательная Смесь перемещается в
контрольную головку и выдерживатели, куда поступает пар под давлением для стерилизации,
при этом температура поддерживается в течение 20-30 мин на уровне 130—135° С, затем
среда охлаждается в теплообменнике и поступает в ферментаторы.
5. Переработка отходов. Из отходов спиртовых заводов вырабатываются кормовые
дрожжи (выращивание на барде), жидкая и твердая углекислота.
Во ВНИИ продуктов брожения разработана новая технология кормовых дрожжей,
получаемых из цельной барды без сепарации. Новая технология позволяет повысить выход
дрожжей из 1 м3 барды в 2 раза, исключает выпуск вторичной барды, которая плохо
реализуется из-за малого содержания в ней растворимых сухих веществ.
Образующийся в ходе брожения СО2 в количестве 95,5% по массе спирта, или 54,2%
по массе переработанного крахмала, имеет критическую температуру сжатия — 31,0°С. При
температуре —12 —15° С и избыточном давлении 6,0—6,5 МПа СО2 превращается в
жидкость плотностью 950 кг/м3 (при 0° С).
Критическая температура для превращения СО2 в твердое тело —5,6—6° С. При
атмосферном давлении после испарения 80% жидкого углекислого газа около 20%
превращается в сухой лед плотностью 1360—1400 кг/м3. Углекислый газ улавливается,
очищается от паров спирта и собирается в газгольдере, затем он подвергается сжатию в
трехступенчатом компрессоре последовательно до 1, 2,5 и 7 МПа. После каждой ступени
устанавливается водяной охладитель для охлаждения сжатого газа, далее он поступает в
маслоотделитель, наполненный селикагелем, для удаления масла, попавшего из компрессора.
В колоннах активного угля этот газ освобождается от пахучих примесей и продуктов
окисления. В фильтре газ освобождается также от остатков влаги.
Посевная культура плесневых грибов и бактерий — продуцентов ферментов
выращивается в аппаратах для их культивирования и передается в ферментатор в момент
подачив него сусла. Температура основной ферментации и посевной культуры 25-30°С,
продолжительность культивирования: посевной 20—24 ч, основной 2—4 сут. Конец
культивирования определяется по накоплению основного фермента до уровня согласно ОСТу
или ВТУ. Ферментация сопровождается продуванием воздуха через барботеры или лучевые
аэраторы в количестве 30—40 м3/ч на 1 м3 питательной среды. Зрелая культуральная
жидкость поступает в сборник и насосом передается на основное производство.
Имеется новый вариант использования глубинной культуры плесневых грибов в виде
концентратов. В этом случае глубинная культура фильтруется от взвесей и концентрируется
в специальной ультрафильтрационной установке с потерей активности до 3—5% вместо
40% на выпарке. Применяются также ферментные препараты, полученные методом
поверхностного
выращивания продуцентов, концентраты с распылительных сушилок,
осажденные органическими растворителями, сернокислым аммонием и др. На рис. 46, б
приведена схема переработки картофеля на спирт. Картофель из буртового поля поступает в
мойку по гидравлическому транспортеру и частично по пути освобождается от примесей. В
мойке он полностью отмывается, освобождается также от соломы и камней в камнеловушке,
норией поднимается вверх, взвешивается на весах, измельчается на дробилке, собирается в
сборнике и поступает в предразварники или разварники.
В периодическом процессе картофель проходит те же операции по его очистке, но
разваривается в цельном виде без измельчения.
Меласса на спирт перерабатывается по схемам одно- и двухпоточного производства
(рис. 47). В однопоточном варианте мелассу разбавляют водой и получают мелассное сусло
концентрацией 22% по массе, при двухпоточном для размножения дрожжей готовят сусло
концентрацией 14% и основное сусло — 33% по массе. Хлебопекарные дрожжи получают
преимущественно в однопоточном варианте, и в этом случае вся неразбавленная взвешенная
меласса подвергается гомогенизации и антисептированиго крепкой серной или соляной
кислотой в смесителе непрерывного действия. Подкисление мелассного сусла до кислотности
0,5 мл 1,0 н. NaOH на 20 мл среды осуществляется в профилактических целях для
предупреждения развития инфекционной микрофлоры. В этих целях также применяются
сульфанол или хлорная известь. Дозы на 1 т мелассы: кислоты до 7 кг, сульфанола 90—150 г
и хлорной извести 300 г по активному хлору.
Вместе с антисептиками в мелассу дозируют дополнительные питательные вещества
из расчета на 1000 дал спирта: ортофосфорной кислоты (70%) 13 кг, карбамида 9 кг. При
изменении состава мелассы и в целях повышения выхода хлебопекарных дрожжей
приведенные дозы питательных веществ увеличивают.
Подготовленная таким образом меласса выдерживается примерно 8 ч, поступает на
рассиропку и вместе с посевными дрожжами подается на размножение дрожжей, а затем
непрерывно сбраживается в батарее ферментаторов в течение около 24 ч. Зрелая бражка
подвергается сепарации для отделения дрожжей, прессования их и фасовки, а
обездрожженная бражка поступает на перегонку и ректификацию. Содержание дрожжей в
бражке до 30 г/л, спирта до 10%, несброженных редуцирующих веществ 0,3—0,4 г на 100 мл,
а выход спирта из 1 т условного крахмала мелассы 66,5 дал (коэффициент перевода сахарозы
в крахмал 0,95).
Лекция № 5. Виноделие.
План:
1.Дрожжи в виноделии.
2. Технология виноградных и плодоягодных вин.
3. Получение коньячного спирта.
1. Винные дрожжи (Sacch. Vini, Sacch. Oviformis) применяются в виноделии. Форма
клеток винных дрожжей эллипсовидная, иногда овальная или круглая, длина клетки 5-12мкм,
ширина 3-8 мкм. Помимо почкования винные дрожжи размножаются и путем образования
круглых гладких спор. Винные дрожжи обитают в плодовоягодных соках, хорошо
сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу и 1/3 рафинозы. Они устойчивы к
собственным продуктам обмена и вытесняют все другие микроорганизмы из обсеменного
виноградного сусла. В производстве применяются большое количество отобранных винных
дрожжей. По морфологическим признакам они мало отличаются друг от друга, но
характеризуются различными физиологическими и биохимическими свойствами , т.е. разной
интенсивностью и энергией брожения, продуктами брожения. Скоростью седиментации
клеток, отношением к температуре, кислотам, сернистому ангидриду, и т.д.
2.Виноград употребляется в свежем, подвяленном и сушеном виде. Из винограда
вырабатывают безалкогольные продукты: сок, концентраты (вакуум-сусло, бекмес) — и
алкогольные продукты: вина (столовые, крепленые, ароматизированные, игристые), спирт,
коньяк (бренди), водки.
Виноградное вино получают спиртовым сбраживанием сока, полученного из винограда.
Все вина делятся на сортовые, приготовленные из винограда одного сорта, и купажные — из
смеси сортов. Согласно отечественной классификации виноградные вина делятся на тихие
{не содержащие избытка углекислого газа) и игристые, насыщенные этим газом.
Получение вин, в частности сухих столовых, осуществляемое на заводах первичного
виноделия, состоит из таких операций, как дробление ягод винограда, отделение гребней,
получение, осветление и сульфитация сусла, сбраживание его отдельно и в контакте с
твердыми частями виноградной грозди (мезгой). Образовавшееся молодое вино направляется
на выдержку для последующего получения марочных вин или специально обрабатывается с
целью обеспечения стабильной прозрачности, гармоничности аромата и вкуса.
Белые сухие столовые вина приготовляют по следующей технологической схеме (рис.
33). Виноград дробится на дробилках-гребнеотделителях, а затем на стекателях отделяется
сусло-самотек. Мезга прессуется, выжимки отделяются, а полученное сусло объединяется с
самотеком, отстаивается, сульфитируется с дозировкой SО2 (в зависимости от условий до 200
мг/л) через дозатор, обрабатывается бентонитом, осветляется и поступает на брожение.
Брожение осуществляется по двум методам: классическому — периодическому в бочках или
больших емкостях, и непрерывному — в одном сосуде или батарее ферментаторов (рис. 34).
После окончания брожения и осветления полученное молодое вино снимается с дрожжевого
осадка и направляется на выдержку или специальную обработку.
Красные вина приготовляют сбраживанием дробленого винограда без отделения мезги
для более полного извлечения из кожицы экстрактивных пигментных веществ. В этих же
целях используют нагревание мезги, экстракцию молодым вином красящих веществ из мезги,
прошедшей прессование, прессование мезги после брожения и др.
Отжим сусла из винограда необходимо производить сразу после его сбора, так как с
течением времени в соке растворяются твердые вещества мезги и на него отрицательно
действует кислород воздуха — нарушается чистота вкуса, появляются горечь и острота.
Стекание сусла самотеком имеет целью по возможности скорее отделить его от мезги и
благодаря этому уменьшить объем отжимаемой мезги, снизить загрузку прессов.
Прессованием или отжимом мезги извлекается сусло или часть его, которая остается после
стекания. При этом выжимки выделяются в твердом состоянии. В целях создания лучшего
дренажа и облегчения прессования практикуется неполное удаление гребней, но при этом
избегают отжатия сока из гребней, ухудшающего качество вина. Для увеличения выхода
сусла мезгу подвергают нескольким последовательным прессованиям.
Извлеченное дроблением, отеканием и отжимом сусло содержит взвеси — обрывки
гребней и кожицы, частицы земли, пектиновые, белковые и слизистые вещества, клетки
дрожжей. Освобождение от мути достигается при отстаивании сусла, которое
предварительно для предупреждения процесса брожения на 1—2 дня обрабатывается
сернистым ангидридом; через 18—36 ч сусло снимают с осадка. Осветление сусла
производят также на сепараторах.
Имеются сторонники сбраживания сусла без очистки.
Осветленное сусло поступает в ферментаторы для сбраживания и получения
виноматериалов.
В плодоягодном виноделии переработка плодов и ягод (рис. 35) предусматривает их
транспортировку, сортировку, мойку в специальных машинах, дробление на барабанных и
дисковых дробилках. В зависимости от размера плодов устанавливается различный зазор
между валками. Так, для смородины, малины, клубники, черники, клюквы, брусники,
голубики, рябины устанавливается зазор 2—3 мм, для вишни с дроблением косточек— 3—4
мм, для сливы, алычи, кизила без дробления косточек— 5—7 мм.
В отличие от виноградного виноделия в производстве вин из плодов и ягод с целью
максимального увеличения выхода сока практикуется обработка мезги или целых ягод
теплом, ферментными препаратами, токами высокой частоты. Мезга черной смородины, сливы, крыжовника, абрикосов обрабатывается препаратом пектаваморином, благодаря
чему достигается увеличение выхода сока на 5—25%. Сок мезги некоторых ягод отбирается
на
стекателях.
Предварительное
отделение
сока
способствует
повышенной
производительности прессов на 10—15%. Далее плодовая мезга поступает на прессование,
которое осуществляется на том же оборудовании, что и в виноделии, затем отстаивается или
пастеризуется и сбраживается. Виноматериал фильтруется, в него добавляется этиловый
спирт.
Виноматериал выдерживается, затем купажируется, вновь выдерживается. Готовое
вино поступает на автоматизированную линию для розлива в бутылки. Отсюда продукция
передается на склад готовых изделий и в торговую сеть.
Вторичное виноделие (рис. 36) предусматривает переработку виноматериалов,
полученных от заводов первичного виноделия, для выпуска высококачественных марочных
вин, изготавливаемых по отдельным технологическим инструкциям и рецептурам.
Виноматериалы в контейнерах и других емкостях поступают на завод и перекачиваются
насосами в резервуары для сбора, выдержки и хранения. Далее в специальных аппаратах
ведутся купажирование виноматериалов, их оклейка, выдержка на клею, фильтрация, тепловая обработка, выдержка в железобетонных термоцистернах. После охлаждения вино
фильтруют, и через напорный резервуар оно поступает на розлив на автоматическую линию.
Готовое разлитое в бутылки вино складируется и реализуется.
Шампанское отличается игристыми свойствами, вкусом,
букетом. Оно получается в результате вторичного сбраживания
высококачественных виноматериалов в герметических резервуарах
или бутылках в изобарических и изотермических условиях (рис.
37). Резервуарный способ может быть периодический и
непрерывный.
Купажированные виноматериалы для шампанского
насосом подаются в наполненный полиэтиленовыми кольцами для
задержки дрожжей биогенератор (ферментатор) и деаэрируются.
Свежие дрожжи сюда подаются из отдельной установки. Далее
деаэрированные
виноматериалы
обрабатываются
в
теплообменнике нагреванием до 65°С, выдерживаются в термоцистерне, затем охлаждаются
до 14° С, фильтруются и плунжерным насосом подаются под давлением В продуктовую
линию для
питания батареи акратофоров. Часть питательной среды из этой линии фильтруется и
через головной дрожжегенератор поступает в отдельную установку последовательно соединенных сосудов для непрерывного
культивирования дрожжей. Дрожжи из последнего дрожжегенератора поступают в
продуктовую линию питания акратофоров и по мере необходимости в ферментатор.
В реакторе из виноматериалов и сахара готовится ликер с концентрацией сахара 70%,
далее он насосом подается на фильтр и в напорные сосуды для резервуарного и
экспедиционного ликера. Резервуарный ликер выдерживается в цистернах и направляется в
продуктовую линию, а экспедиционный после выдержки в цистернах поступает в приемные
резервуары с шампанским.
Бродильная смесь из деаэрированных виноматериалов, резервуарного ликера и
посевных дрожжей по продуктовой линии поступает в бродильную батарею акратофоров.
Шампанизированное вино из батареи вначале проходит через ферментатор, охлаждается до
—5° С в теплообменнике, отстаивается в термос-резервуарах и осветляется на фильтре.
Ферментаторы и термос-резервуары заполнены насадкой, состоящей из полиэтиленовых
колец.
Готовое шампанское через ротаметры поступает в приемные резервуары и далее в цех
розлива, но прежде перед фильтром или перед приемными резервуарами к нему добавляют
экспедиционный ликер до кондиций — полусухого, полусладкого или сладкого.
Установка для непрерывного размножения чистой культуры дрожжей состоит из пяти
последовательно соединенных дрожже-генераторов. При необходимости увеличения ее
производительности число аппаратов удваивается или утраивается.
Виноматериалы из питательной линии поступают в головной дрожжегенератор, затем
последовательно с дрожжами перетекают в другие четыре аппарата, а виноматериал в них
поступает параллельно. В первые четыре аппарата поступает стерильный воздух, а в пятом
происходит адаптация без кислорода с пониженной температурой. Брожение идет под
давлением углекислого газа 0,5— 0,6 МПа, регулируемым гидравлическим затвором.
3.Коньяк изготавливают из коньячного спирта, получаемого непрерывным способом.
Выход коньячного спирта I сорта составляет 97—98%, что на 20% выше, чем на коньячноперегонных аппаратах шарантского типа. Непрерывнодействующая перегонная установка
для получения коньячного спирта (рис. 38) освоена в промышленности и дает спирт
хорошего качества.
Непрерывная перегонка вина на коньячный спирт предусматривает автоматическое
поддержание заданных режимов. Виноматериал из напорного бака поступает в
теплообменник, нагревается, поочередно заполняет резервуары и поступает в эшорационную
колонну для отделения легкокипящей головной фракции. Из эшо-рационной колонны
виноматериал поступает на верхнюю тарелку колонны истощения, коньячный спирт в виде
паров поступает в дефлегматор, укрепляется, конденсируется и охлаждается, затем поступает
в резервуары, купажируется и передается на выдержку. Барда из куба через бардорегулятор
направляется для утилизации. Качество готовой продукции зависит от сорта винограда,
способа перегонки виноматериалов, продолжительности и условий выдержки и купажа
коньячного спирта.
При выдержке коньячного спирта в дубовых бочках или в резервуарах с дубовой
стружкой в течение от 3 до 20 лет и больше формируются ароматические и вкусовые
качества коньяка. В первые годы выдержки главным образом в результате окисления спиртов
увеличивается содержание алифатических альдегидов. В дальнейшем они вступают в
соединение со спиртами и фенолами, образуя ацетали. Для аромата коньячного спирта
наиболее важное значение имеют валериановый, энантовый и масляный альдегиды,
пороговая концентрация которых находится в пределах от 0,1 до 1 мг/л. К источникам
образования ацеталей относятся также дубильные вещества, лигнин, а также фурфурол и
другие карбоксильные соединения. После выдержки коньячный спирт контролируется по
крепости, купажируется по вкусу и поступает на розлив. Готовый коньяк передается в
экспедицию.
Лекция № 6. Хлебопекарное производство.
План:
1. Технологическая схема производства.
2. Способы приготовления теста.
3. Замес и брожение теста.
4. Разделка теста. Выпечка хлеба.
5. Выход хлеба.
1. Технологическая схема приготовления пшеничного хлеба включает следующие операций:
 Замес теста
 Брожение
 Обминка теста
 Брожение
 Деление теста на куски
 Округление кусков
 Предварительная расстойка
 Формование тестовых заготовок
 Окончательная расстойка
 Выпечка
 Охлаждение и хранение хлеба.
2. Способ приготовления теста выбирают в зависимости от вида и сорта перерабатываемой
муки, ее хлебопекарных свойств, метода разрыхления и применяемого оборудования. Тесто
из пшеничной муки готовят в основном двумя способами: опарным и безопарным.
При безопарном способе все ингредиенты, предусмотренные рецептурой, и вода вносятся
при замесе одновременно. Начальная температура теста 28-30ºС. Длительность брожения в
зависимости от качества и количества дрожжей достигает 2-4ч.дозировка дрожжей в
безопарное тесто 1,5-2,5% в зависимости от их качества и желаемой длительности брожения
(расход жидких дрожжей 40-50%).
Опарный способ включает две фазы: приготовление опары и теста. Для опары расходуется
примерно половина общего количества муки, до двух третьей воды и все количество
дрожжей, предусмотренных рецептурой. Соль в опару обычно не вносится. Расход дрожжей
для опарного теста примерно в 2 раза меньше по сравнению с безопарным. Начальная
температура опары 28-30ºС. Длительность брожения опары от 3 до 4,5 ч. На готовой опаре
замешивается тесто, при этом вносят оставшиеся муку и воду, соль в виде раствора.
Начальная температура теста 28-30ºС. Длительность брожения 60-105 мин. Каждый способ
имеет свои преимущества и недостатки. Достоинство опарного способа заключается в том,
что при его применении качество хлеба всегда выше по сравнению с хлебом безопарного
приготовления. Более высокие физические свойства теста опарного приготовления
обуславливают хорошую пористость мякиша хлеба, его высокий объемный выход.
Улучшению физических и вкусовых свойств теста способствует и большое накопление
молочной кислоты. При опарном способе корка хлеба лучше окрашена, с гладким глянцем
вследствие большого содержания в тесте декстринов и сахаров, а также образования при
выпечке комплексных соединений – меланоидинов. Поэтому хлеб из опарного теста вкуснее.
Безопарный способ имеет свои преимущества. За более короткое время брожения на этот
процесс расходуется меньше сухих веществ муки, для приготовления теста требуется меньше
производственных площадей и технологического оборудования. Однако преимущества
связанные с качеством продукта. Превосходят ет не многие экономические выгоды, которые
дает безопарный метод.
Тесто из ржаной муки отличается высокой кислотностью, поэтому оно готовиться на
заквасках. Кислотность ржаного хлеба достигает к концу брожения 10-12º. Тесто для
простого ржаного хлеба из обойной муки готовится на густых по консистенции заквасках
(головках), или на относительно жидких заквасках («квасах»). Широкое распространении
получили способы приготовления ржаного теста на жидких заквасках ( полуфабрикатах).
Закваска – полуфабрикат, при введении которого накапливается возбудители спиртового
брожения дрожжи и кислотообразующие бактерии в необходимом соотношении. На каждую
дрожжевую клетку приходится 50-60 молочнокислых бактерий в густых и до 30 в иждких
заквасках. Для приготовления закваски муку воду и часть спелой закваски предыдущего
приготовления. Готовая закваска делится на 2-3 равные части.1 или 2 части расходуют на
приготовление теста и одну часть на возобновление новой порции закваски.
3. Одной из важных операций является замес теста, при котором из муки, воды, соли и
других ингредиентов образуется тесто, однородное во всем объеме. При замесе на
компоненты муки действует несколько факторов, влияние которых на физические свойство
различно. Те факторы, которые стимулируют поглощение влаги частичками муки, улучшают
физические свойства теста. К ним относятся интенсивный замес теста в начальной стадии
смешивания ингредиентов теста и в стадии окончательной стабилизации его оптимальных
свойств. В периоды замеса теста осмотическое и адсорбционное набухание частичек муки
преобладает над гидролитическими ферментативными процессами. Те факторы, которые
вызывают пептизацию (неограниченное набухание) и растворение основных частичек теста,
т.е. увеличение жидкой фазы, ухудшает физические свойства теста. Вследствие этого оно
разжижается и становится липким. К таким факторам относятся ферментативный гидролиз
белков и крахмала и механическое диспергирование клейковины. Брожение теста начинается
с момента замеса и продолжается в период нахождения теста в бродильных емкостях и при
последующих операциях.
Цель брожения – накопление в полуфабрикатах и тесте вкусовых и ароматических веществ и
приведение теста по газоудерживающей способности и физическим свойствам в состояние,
наиболее благоприятное для разделки и выпечки. На завершающих этапах производства –
расстойке тестовых заготовок и выпечке – основной задачей брожения является разрыхление
теста углекислым газом и образование мякиша с хорошо развитой тонкостенной
пористостью. Совокупность всех процессов, обуславливающих оптимальные свойства теста
для разделки и выпечки, принято называть созреванием теста. При созревании теста кроме
спиртового брожения, происходят другие сложные процессы: развитие кислотообразующих
бактерий и накопление органических кислот, коллоидные. Физические и биохимические
процессы. Температура теста (заквасок и опары) к окончанию брожения увеличивается на 1-2
ºС, что на ход и результат брожения заметного влияния не оказывает. Известны различные
способы интенсификации созревания теста. Ускорение брожения достигается:
а) повышением температуры полуфабрикатов и теста до оптимального значения;
б) увеличением дозировки дрожжей;
в) предварительной активацией дрожжей или подбором более активных рас и штаммов
микроорганизмов при приготовлении жидких дрожжей или жидких заквасок.
4. Термином «разделка» обозначают ряд операций дальнейшей обработки выбродившего
теста. Тесто из пшеничной муки делится на куски, которые затем округляются, подвергаются
предварительной расстойке, формуется в изделия определенного вида и перед выпечкой
проходят стадию окончательной рассто0йки, затем при необходимости заготовки
надрезаются и после этого с помощью автоматического устройства сажаются в печь и на
выпечку. Разделка теста из ржаной муки включает деление его на куски, формирование
кусков и их окончательную расстойку. Для получения одинаковых объемов теста при
делении применяют мерные карманы или отрезают (штампуют) куски теста определенных
размеров, или регулируют частоту качания отсекающего ножа при постоянной скорости
выхода теста из машины. Округление кусков теста, т.е. придание им формы шара,
производится на округлительной машине сразу после деления, затем округленные куски
поступают на предварительную расстойку. При производстве круглых подовых изделий
округление одновременно является формованием изделий, а предварительная расстойка –
единственной и окончательной. Предварительная расстойка
- выдержка округленных
заготовок из пшеничного теста в состоянии покоя в течении 5-8 мин. Этого времени
достаточно, чтобы в куске теста рассосались внутренние напряжения, возникшие в
результате механического воздействия на тесто при делении и округлении (явление
релаксации). Предварительная расстойка осуществляется обычно на ленточных
транспортерах, проложенных вдоль шкафов окончательной расстойки на уровне 2,5-3м от
пола цеха. Формование изделий осуществляется на формующих закаточных машинах сразу
после предварительной расстойки. Изделиям придается форма, свойственная данному сорту
хлеба: цилиндр с тупыми округлениями по концам для батонов и с заостренными концами
для городских булок и т.д. Заключительным звеном приготовления хлеба является выпечка.
Она осуществляется в хлебопекарных печах различной конструкции. Режимы выпечки:
первый период в начальной стадии выпечки хлеба должен протекать при высокой
относительной влажности (до 80%) и сравнительно низкой температуре газовой среды
пекарной камеры (до 110-120ºС). Выпечка по этому режиму длится 2-3мин, т.е. до момента
прекращения конденсации пара на поверхности изделий. В течении оставшейся части
первого периода необходим интенсивный подвод тепла при температуре в пекарной камере
200-220ºС. Во втором периоде, когда прирост объема хлеба прекратилися, интенсивность
подвода тепла к нему значительно снижается. В современных хлебопекарных печах обычно
существует три зоны, различающиеся по режиму выпечки:


Первая зона – относительно низкая температура и высокая влажность газовой среды;
Вторая зона – высокая температура газовой среды и несколько сниженная
относительная влажность газовой среды;
 В третьей зоне – завершающем этапе выпечки – подвод тепла к изделиям должен быть
менее интенсивным.
5. Выход хлеба. Выходом хлеба называют его количество в килограммах, полученное из
100кг муки и всего количества дополнительного сырья, полагающегося по рецептуре данного
сорта хлеба.
Лекция № 7.Плодоовощное консервовирование.
План:
1.
Методы консервирования.
2.
Классификация плодоовощных консервов.
3.
Овощные закусочные консервы.
1. Порча пищевых продуктов, в частности плодов и овощей, вызывается главным
образом
действием
микроорганизмов.
Проникая в плоды и овощи, они быстро
азмножаются и потребляют пищевые вещества. Иногда плоды и овощи или изготовленные из
\ них продукты могут испортиться и в отсутствии микробов в результате различных
биохимических процессов, свойственных самим продуктам. Эти процессы протекают при
наличии ферментов.
В ряде случаев, когда созданы условия, при которых микробы отсутствуют, а
ферменты в процессе технологической обработки остались неповрежденными, пищевые
продукты также подвергаются порче.
Таким образом, для того чтобы надежно предохранить плоды и овощи или продукты
их переработки от порчи, необходимо, чтобы . попавшие в них микроорганизмы были
уничтожены или не могли развиваться и чтобы ферменты, регулирующие биохимические
процессы, были инактивированы.
МЕТОДЫ КОНСЕРВИРОВАНИЯ
По биологическим принципам, на которые опираются методы f консервирования
пищевых продуктов, их можно распределить на три основные группы:
1.
методы консервирования, основанные на принципе биоза т.е.
поддержания жизненных процессов в сырье и использовании его естественного
иммунитета. Этот метод заключается в хранении плодов и овощей в свежем виде, без
применения к ним какой-либо специальной обработки. (боычно кратковременное
хранения).
2.
методы консервирования, основанные на принципе анабиоза, т.е. на
замедлении подавлении жизнедеятельности микроорганизмов и растительного сырья
при помощи различных физических, химических и биологических факторов. При этом
микроорганизмы всегда приводятся в анабиотическое состояние. Жизненные же
процессы в сырье прекращаются совсем. Это такие методы как применение холода,
замораживание, создание высоких концентраций осмотически деятельных веществ
(сахар, соль), квашение, маринование.
3.
методы консервирования, основанные на принципе абиоза, отсутствия
жизни, т.е. на полном прекращении всех жизненных процессов, как в сырье, так и
микроорганизмах. Это такие методы как тепловая стерилизация, применение
переменного электрического тока высокой и сверхвысокой частоты, применение
антисептиков, применение антибиотиков, обеспложивающее фильтрование,
ультрафиолетовое облучение, обработка ионизирующим излучением.
2. Овощные консервы классифицируют на следующие основные группы:

овощные натуральные консервы, предназначаемые для приготовления
первых и вторых блюд и гарниров. При производстве этих консервов сырье
подвергается в основном только механической обработке, при которой натуральные
свойства его почти не изменяются. Характерным представителем является «Зеленый
горошек»;

овощные закусочные консервы – продукты, готовые для
непосредственного употребления в пищу. При их выработке сырье подвергают
обжарке в растительном масле и другим видам кулинарной обработки. К числу этих
консервов относятся «Перец фаршированный», «Икра баклажанная» и др.;

концентрированные полуфабрикаты – томатное пюре и томатная паста,
используемая для изготовления первых и вторых блюд, а также для получения заливок
при выработке некоторых овощных, рыбных и мясных консервов.
Кроме перечисленных групп изготовляют овощные обеденные блюда,
консервированные соусы, овощные соки. Маринады, квашенные и соленые овощи.
Фруктовые консервы подразделяются на следующие группы:

сиропом;
компоты – целые или нарезанные на ломтики плоды, залитые сахарным

фруктовые соки – натуральные, получаемые путем отжатия из плодов,
или с мякотью, которые изготовляют путем смешивание протертой плодовой мякоти с
сахарным сиропом;

варенье, джем, повидло и другие продукты, получаемые в результате
варки целых, нарезанных или протертых плодов с сахаром.
В ассортименте фруктовых консервов имеются также плодовые заготовки и
полуфабрикаты в виде пюре или паст, маринады и другие продукты.
3. Различают три типа овощных закусочных консервов:
фаршированные: очищенные и подвергнутые тепловой обработке перец и баклажаны
или очищенные томаты, фаршированные смесью обжаренных корнеплодов и лука и залитые
томатным соусом;
резаные: нарезанные баклажаны, перец или томаты в смеси с обжаренными
корнеплодами и луком, залитые томатным соусом;
икра овощная: измельченная смесь обжаренных овощей с добавлением томатной
пасты и других компонентов.
Многокомпонентность этих консервов, индивидуализированные технологические
особенности различных видов сырья, нестандартность размеров и формы плодов,
множественность и разнообразие технологических обработок внутри одной технологической
линии делают производство овощных закусочных консервов одним из самых сложных видов
овощеконсервных производств. Этими же причинами объясняется и трудность механизации
этих производств.
В качестве примера приводим схему процесса производства консервов «Перец
фаршированный в томатном соусе».
Основное сырье (перец, баклажаны, томаты), фарш (корнеплоды, лук, зелень).
Технологическая линия для выработки «Перца фаршированного» сложна по составу
оборудования, но слабо механизирована, особенно на чистке, фаршировке, укладке перца в
банки, обрезке концов лука и моркови, дозировке компонентов фарша. Технологический
процесс обработки основного сырья — перца начинается с калибрования по размерам на
тросовых или валико-ленточных машинах. Далее перец моют на вентиляторной моечной
машине и передают на очистку, которая заключается в том, что у плода удаляют плодоножку
с семенным гнездом. Эту операцию производят на машинах или вручную с помощью трубки,
имеющей форму усеченного конуса.
После осмотра (инспекции) и корректировки результатов работы очистной станции
плоды перца бланшируют, как правило, острым паром в течение 3—4 мин на ленте
непрерывнодействующего шпарителя. В данном случае цель этой предварительной тепловой
обработки заключается в том, чтобы размягчить растительную ткань, которая теряет
хрупкость свежего сырья, не деформируется при последующем фаршировании и позволяет
плотнее уложить фаршированные плоды в тару. Бланшированные плоды перца необходимо
сразу же охладить водой для того, чтобы прекратить начинающееся разваривание плодов и
облегчить фарширование, если оно производится вручную. Бланшированные и охлажденные
плоды перца поступают на фарширование.
Подготовка компонентов фарша производится следующим образом. У моркови и
белых кореньев при очистке удаляют остатки ботвы и узкую часть корня. Это делается или
вручную, полуавтоматических машинах. Далее механическим или химическим способом
морковь очищают от кожицы. В первом случае используются машины с абразивной терочной
поверхностью (например, карборундовые), во втором используется погружение корнеплодов
в ванну с кипящим 3%-ным раствором каустической соды (едкого натра) в течение 30с.
После такой обработки морковь тщательно промывается в холодной проточной воде.
Очищенные корнеплоды машинным способом нарезаются на стружку, кубики или
столбики и после просеивания на встряхивающем сите для отделения мелких кусочков
(впоследствии их обрабатывают отдельно) передают на обжаривание.
Обжаривание, которое производят в горячем, нагретом до 130— 150°С растительном
масле, является одним из самых сложных и ответственных процессов в производстве
закусочных консервов. Назначение этого процесса заключается в том, чтобы путем выпаривания из овощей значительной части влаги и впитывания некоторого количества масла
повысить их энергоспособность, а также придать специфический приятный вкус жареного
продукта за счет образования на поверхности сырья золотисто-коричневой хрустящей
корочки.
Сложность и ответственность проведения процесса обжаривания заключается, вовторых, в том, что качество масла при обжаривании неминуемо ухудшается, что в свою
очередь приводит к понижению качества обжариваемого сырья. Кроме того, если не принять
необходимых мер по оптимизации процесса, то масло может быстро, в течение нескольких
дней, прийти в полную негодность, и его приходится удалять из обжарочного аппарата как
неутилизируемый отход производства.
При обжаривании количество масла в аппарате в результате впитывания его и уноса с
обжариваемым сырьем уменьшается. Убыль масла пополняется доливаемым в аппарат
свежим маслом. Таким образом, масло, качество которого в результате тепловой обработки
ухудшилось, разбавляется свежим маслом, что, естественно, улучшает показатели качества.
Поэтому желательно, чтобы степень разбавления «поработавшего» масла свежим была при
обжарке побольше. Об этом судят по показателю, называемому коэффициент сменяемости
масла К, который определяется из выражения
K = M/D,
где М — суточный расход масла; D — количество масла, которое имеется в аппарате к
началу работы.
Из этого выражения следует, что для увеличения сменяемости необходимо стремиться
к увеличению суточного расхода масла М (ибо сколько расходуется масла на впитывание в
сырье, столько доливается свежего) и к уменьшению количества масла D, наливаемого в
печь.
Обжаренную морковь охлаждают (если последующее фарширование производится
вручную) и передают на приготовление фарша.
Следующий компонент фарша — лук проходит те же операции, что и морковь, но на
других машинах. Очистить лук от донца, верхней засохшей части стебля и покровных
листьев гораздо труднее, чем очистить морковь, главным образом из-за того, что обрезка
концов производится вручную. Поэтому механизировать удается только удаление кожицы,
хотя и это делать нелегко, ибо, например, химической чистке кожица не поддается. Сложно
также наладить удаление кожицы путем обжига. Фактически наиболее эффективным
является удаление кожицы лука на пневмоочистительных машинах периодического действия,
где луковицы при трении друг о друга и о волнистое вращающееся дно неподвижного барабана обдуваются сжатым воздухом под напором 0,6—0,8 МПа. После такой обработки также
приходится производить инспекцию и ручную дочистку. После очистки лук машинным
способом нарезается на кружки и передается на обжаривание.
Подготовленные компоненты фарша (морковь, белые коренья: пастернак, петрушка,
сельдерей, измельченная свежая зелень петрушки, сельдерея и укропа) дозируются в
фаршесмеситель и перемешиваются.
Фарширование перца производится на полуавтоматических фаршенабивных
устройствах с поршневым или шнековым нагнетанием. Фарш из сборного бункера подается
через насадку в подставляемый вручную плод. Фаршированные плоды перца вручную или
машинным способом укладываются в банки, куда после их санитарной обработки добавлена
часть положенного по рецептуре томатного соуса. Последний варят в двутелых
эмалированных котлах, разбавляя томатную пасту или пюре водой, добавляя следуемые по
рецептуре сахар, поваренную соль и пряности (горький в душистый перец). Варку
производят в течение 10 мин. Далее после укладки плодов перца добавляют вторую порцию
заливки и герметизируют банки на соответствующих закаточных машинах. Закатанные банки
моют от жира 0,5%-ным раствором каустической соды (жестяные) или в воде (стеклянные) и
передают на стерилизацию. Последняя производится в автоклавах или в
непрерывнодействующих аппаратах.
Овощные закусочные консервы относятся также к малокислотным пищевым
продуктам и стерилизуются при 120° С.
Лекция № 8. Направленный синтез органических кислот.
План:
1. Биохимические закономерности гомоферментативного и гетероферментативного
молочнокислого брожения.
2. Направленный синтез уксусной и пропионовой кислот.
3. Принципы реализации ьмосинтетических процессов через ЦТК на примере
лимонной кислоты.
1.
Биохимические
закономерности
гомоферментативного
и
гетероферментативного молочнокислого брожения.
Молочнокислое брожение является одним из наиболее распространенных бродильных
процессов. Данный вид брожения осуществляют микроорганизмы, относящиеся к родам
Lactobacillus, Streptococcus, Leuconostoc. Данные виды объединены в группу молочнокислых
микроорганизмов по способности утилизировать лактозу, глюкозу и галактозу с
образованием молочной кислоты в качестве основного продукта метаболизма.
По биохимическим закономерностям и составу продуктов метаболизма различают
гомоферментативное и гетероферментативное молочнокислое брожение.
Гомоферментативное брожение характерно тем, что основным и практически,
единственным продуктом является молочная кислота. Суммарное уравнение процесса:
С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ
2СН3СНОНСООН + 2АТФ + 2Н20
У гомоферментативных бактерий лишь около 3% субстрата превращается в клеточную
массу, а выход молочной кислоты может составлять до 98%.
2
Промежуточные реакции катаболизма глюкозы протекают по гликолитическому пути.
Микроорганизмы, способные ассимилировать лактозу, характеризуются наличием фермента
-галактозидазы.
Ключевая реакция процесса – восстановление ПВК до молочной катализируется двумя
стереоспецифичными лактатдегидрогеназами. Коферментами L- и O-лактатдегидрогеназ
является НАД, аллостерическим эффектором, повышающим активность фермента –
фруктозо-1,6-дифосфат. Снижение концентрации субстрата приводит к подавлению
активности лактатдегидрогеназ, в результате чего бактерии трансформируют ПВК в
муравьиную, уксусную кислоты, этанол и другие продукты метаболизма, накапливая
дополнительный запас энергии.
Аналогичные процессы имеют место при смещении рН питательной среды в
слабощелочную сторону. Таким образом, деление на гомо- и гетероферментативные
культуры является весьма условным.
Гетероферментативное брожение характеризуется образованием значительных
количеств СО2; уксусной, пропионовой и других органических кислот; этанола и других
метаболитов, являющихся производными ПВК.
Данный тип молочнокислого брожения подразделяют на брожение идущее с
выделением СО2 и без выделения СО2.
Суммарные уравнения имеют вид:
-в первом случае:
С6Н12О6 + Н3РО4 + АДФ
- во втором случае:
С6Н12О6 + 5Н3РО4 + 5АДФ
СН3СНОНСООН + СН3СН2ОН + СО2 + АТФ
2СН3СНОНСООН + 3СН3СООН + 5АТФ
В обоих случаях расщепление глюкозы осуществляется по гексозомонофосфатному
пути до стадии образования ксилулозо-5-фосфата. Последний под действием фермента
фосфокетолазы расщепляется до 3-фосфоглицеринового альдегида и макроэргического
ацетилфосфата:
3
СН2ОН
С=О
СНО
Н3РО4
НО-СН
НС-ОН
СН2О Ф
НС-ОН
СН2О Ф
СН3
СОО Ф
Н2 О
Фосфоглицериновый альдегид включается в цепь превращений по механизму
гомоферментативного брожения, а ацетилфосфат дает продукты гетероферментативного
брожения.
2. Направленный синтез уксусной и пропионовой кислот.
Уксусная кислота как продукт микробного синтеза может быть получена четырьмя
способами.
1 способ. Окисление этанола уксуснокислыми бактериями. Бактерии родов Acetobacter
(A.aceti; A.xylinum; A.peroxydans) и Gluconobacter (G.oxydans) способны ассимилировать
углеводсодержащие и спиртосодержащие субстраты, накапливая в культуральной жидкости
значительные количества ацетата. Они характеризуются специфическими культуральными и
физиологическими свойствами:
- высокая ацидофильность, растут при рН 4,0; оптимум 5,0-6,0;
- бактерии – строгие анаэробы, повышенная чувствительность к недостатку кислорода
связана с активностью фермента апиразы, под действием которого АТФ быстро
гидролизуется и становится недоступной для метаболизма клеток;
- выраженная способность окислять органические вещества в частично окисленные
продукты, наиболее характерна способность окислять этанол в уксусную кислоту.
Схема биосинтеза уксусной кислоты:
НАД
НАДН
СН3СН2ОН
Н2 О
НАД
СН3СНО
НАДН
СН3СН(ОН)2
СН3СООН
ацетальдешидгидрат
Н2 О
На первом этапе этанол окисляется до ацетальдегида при участии НАД (НАДФ) –
зависимой алкагольдегидрогеназы; далее происходит гидратация ацетальдегида и повторное
окисление, катализируемое НАД (НАДФ) – зависимой ацетальдегидрогеназой.
Оптимальными условиями биосинтеза уксусной кислоты бактериями Acetobacter aceti
являются: температура 30оС; рН 5,0-6,0; интенсивная аэрация среды; состав исходного
субстрата – этанол и уксусная кислота в соотношении 5,5% : 7,5%.
2 способ Образование уксусной кислоты гомоацетогенными бактериями. Бактерии
Cl.aceticum; Cl.thermoautofrophicim; Eubacterium limosum и др. виды способны в анаэробных
условиях утилизировать гексозы, пентозы и молочную кислоту, образуя ацетат в качестве
единственного продукта метаболизма. Некоторые виды этой группы, например
Acetoanaerobicum woodii, Cl.thermoaceticum и Cl.formiaceticum, способны синтезировать
уксусную кислоту в результате ассимиляции муравьиной кислоты и фиксации СО 2.
Оптимальные условия для биосинтеза уксусной кислоты бактериями Cl.thermoaceticum:
температура 60оС; рН 6,7-7,4; условия строго анаэробные.
Обобщенная схема процесса:
ГЛЮКОЗА
СН3-СО-СООН
SKoA
СН3-СО-СООН
НАД
Fd
СО2
FdH2
СО2
СН3-СО~SKoA
НАДН2
НСООН
SKoA
Н3РО4
ТНF
НСОО~ТНF
CH3-COO-Ф
АДФ
НАДН
АТФ
НАД
СН3-СООН
Н2 О
СН2 = ТНF
НАДН
НАД
СН3 - ТНF
ТНF
Н2 О
В12
СН3СООН
СН3 – В12
В12
СН3СООН
3 способ. Биосинтез уксусной кислоты молочнокислыми бактериями помеханизму
гетероферментативного молочнокислого брожения с фиксацией СО2. Метод не перспективен
для получения уксусной кислоты как целевого продукта.
4 способ. Биосинтез уксусной кислоты по механизму пропионовокислого брожения.
Возбудителями пропионовокислого брожения являются бактерии рода Propionibacterium
(P.shermanii; P.pentosaceum; P.prendenreichii) и некоторые виды клостридий (Cl.propionicum).
Специфическим свойством данной группы факультативно анаэробных микроорганизмов
является способность ассимилировать гексозы и, реже пентозы с образованием пропионовой
и уксусной кислот:
3С6Н12О6 + 8АДФ +8Н3РО4
4СН3СН2СООН + 2СН3СООН + 2СО2+ 8АТФ
Схема биосинтеза кислот пропионовокислыми бактериями:
С6Н12О6
(гликолиз)
2СН3СОСООН
СН3-СО-~SKoA
НООС-СН2-СО-СООН
НАДН
1
НООС-СН-СО~SKoA
HS-KoA
Н3РО4
СН3СОО-Ф
АТФ
НАД
НООС-СН2-СНОН-СООН
СН3
6
AДФ
2
СН3СН2СО~SKoA 3
5
HOOC-CH=CH-COOH
НООС-СН2СН2СО~SкoA
СН3-СООН
H2O
ФАДН
4
ФАД
СН3СН2СООН
НООС-СН2СН2-СООН
Пояснения к схеме. Ключевой реакцией биосинтеза пропионовой кислоты является
транскарбоксилирование одной молекулы ПВК с молекулой метилмалонилКоА (фермент 1
- метилманонитлКоА-карбоксилтранфераза кофермент – биотин) с образованием
пропионилКоА и ЩУК. Последняя трансформируется в янтарную кислоту через стадии
образования яблочной и фумаровой кислот (ферменты:
2
- НАД-зависимая малатдегидрогеназа; 3 - фумарат-гидратаза; 4
- ФАД-зависимая сукцинатдегидрогеназа).
Янтарная кислота вступает в реакцию с пропионилкоферментом А (фермент 5 -транс-
тиоэстераза) с образованием конечного продукта и сукцинилКоА. Последний
трансформируется в метилмалонилКоА под действием фермента 6 - L- метилмалонилКоАмутазы (кофермент В12). Оптимальные условия биосинтеза кислот бактериями P.ghermanii –
температура 30оС, рН 5,0-6,0.
12
в клетках клостридий действует другой механизм образования пропионовой кислоты:
НАДН
НАД
Н2О
СН3-СО-СООН
СН3-СНОН-СООН
НSKoA
СН2=СН-СО~SKoA
акрил-КоА
НАДН
НАД
СН3СН2СООН
СН3 СН2-СО~SKoA
3. Принципы реализации биосинтетических процессов через ЦТК на примере лимонной
кислоты.
Некоторые микроорганизмы, в основном относящиеся к группе мицелиальных грибов,
характеризуются уникальной способностью накапливать в культуральной жидкости
значительные количества промежуточных продуктов цикла Кребса, в первую очередь,
лимонной кислоты.
Такой способностью обладают грибы родов Penicillium, Mucor.Наиболее широко
применяются некоторые штаммы Asp.niger.
Грибы-продуценты
лимонной
кислоты
характеризуются
специфическими
биохимическими свойствами:
1.
Введение избыточного количества углеродсодержащих соединений в цикл
Кребса. Этот эффект обеспечивается благодаря способности грибов к фиксации СО2 на ПВК
с образованием оксалоацетата. Другим механизмом восполнения промежуточных продуктов
ЦТК является глиоксилатный цикл.
2.
Активация фермента цитратсинтазы и ингибирование других ферментов цикла,
в первую очередь, изоцитратдегидрогеназы и α-кетоглутаратдегидрогеназы.
3.
Повышенная потребность в молекулярном кислороде на реокисление
образующихся в ЦТК восстановленных форм НАД и ФАД.
Оптимальные условия биосинтеза лимонной кислоты: температура
28-30оС; рН 2,04,0; интенсивная аэрация среды. Повышение температуры и рН приводит к увеличению
выхода других органических кислот, в первую очередь, щавелевой и глюконовой.
Разработан альтернативный способ биосинтеза лимонной кислоты дрожжами рода
Candida (C.lipolytica) на н-алканах. Механизм биосинтеза в данном случае аналогичен.
Лекция № 9. Получение белка.
План:
Ресурсы растительного и животного белка не могут удовлетворить возрастающие
потребности в нем. Запасы белка ограничены урожайностью сельскохозяйственных культур,
размерами посевных площадей, продуктивностью животных, возможностями добычи
продуктов Мирового океана и многими другими условиями. В 2000 г. дефицит белка в мире
составил около 20 млн. т.
Одним из перспективных путей получения белковых веществ является микробный
синтез - это реальное решение проблемы снятия дефицита белка в пище и кормах.
В 60-х годах возникла новая отрасль - производство микробных масс на основе
синтетических сырьевых веществ и других источников углерода и стало возможным более
полно использовать нереализуемые прежде отходы ряда производств.
Микроорганизмы способны накапливать огромные (до 60-70 % сухой массы)
количества белка. Получаемая биомасса непосредственно используется в качестве
прекрасного обогатителя кормов или служит сырьем для получения очищенных белковых
препаратов.
Промышленное производство обогащенных белками микробных масс имеет следующие
преимущества:
1) значительно меньшая трудоемкость по сравнению с получением сельскохозяйственной
продукции;
2) возможность организации производства в любой географической точке Земли, так как
микроорганизмы выращивают в компактных автоматизированных установках, не требующих
больших площадей, а получение микробного белка не зависит от климата, плодородия почв,
времени года;
3) высокая продуктивность;
4) высокий к. п. д. превращения субстрата в продукт;
5) получение продукта с необходимыми свойствами путем генетических манипуляций,
изменения технологического режима, обработки готового продукта;
6) высокое содержание белка в полученной биомассе;
7) возможность всестороннего контроля качества получаемого в установке продукта;
8) использование ранее не применявшегося в производстве кормов и пищевых продуктов
сырья.
Кроме того, микробный, особенно дрожжевой, белок - это настоящий природный
премикс, концентрат незаменимых аминокислот, витаминов и наиболее ценных для развития
животных микроэлементов. С каждым миллионом тонн кормовых дрожжей сельское
хозяйство получает 400-500 тыс. т переваримого белка, содержащего свыше 220 тыс. т
незаменимых аминокислот, в том числе (в тыс. т): лизина более 30, метионина 7,5, цистеина
9, триптофана 12,5.
ПРОДУЦЕНТЫ БЕЛКОВЫХ ВЕЩЕСТВ
Белки, синтезируемые микроорганизмами, концентрируются преимущественно внутри
клетки. Очень небольшое количество белка в виде ферментов клетка выделяет в среду.
Поэтому целевым продуктом производства белковых веществ является биомасса продуцента,
а отходом - фильтрат культуральной жидкости.
Продуценты белка должны удовлетворять ряду требований: иметь минимальное время
генерации; обладать способностью накапливать до 40-70 % белка от своей массы,
максимально усваивая питательные вещества среды; должны быть непатогенными и не
выделять в среду токсические метаболиты; иметь высокую устойчивость и выживаемость в
нестерильных условиях выращивания; легко отделяться от жидкой фазы среды при
сепарировании и флотировании.
В зависимости от источника углерода в среде применяют различные продуценты
белковых веществ.
Для получения белка на гидролизатах растительного сырья наиболее часто
используют дрожжи рода Candida: С. utilis, С. tropicalis, С. maltosa, С. scottii, С. humicola, С.
diddensii, реже дрожжи Trichosporon cutaneum и Cryptococcus diffluens. Наиболее
продуктивными штаммами (по биомассе и количеству белка) при их выращивании на
гидролизатах и гидролизно-спиртовой барде являются С. scottii, С. tropicalis, С. utilis и
некоторые другие.
При выращивании микроорганизмов на сульфитных щелоках и сульфитно-спиртовой барде
используют дрожжи рода Candida, чаще всего С. utilis или С. tropicalis.В настоящее время
применяют совместное выращивание двух культур, которые как бы дополняют друг друга,
например С. utilis и С. tropicalis Выращивают и другие культуры дрожжей: Saccharomyces
cerevisiae, Cryptococcus diffluens.
На торфяных кислотных гидролизатах прекрасно развиваются дрожжи С. tropicalis .
Жидкие углеводороды хорошо усваиваются дрожжами рода Candida, относящимися к
следующим видам: С. tropicalis, С. maltosa, С. lipolytica, С. robusta С. scottii. К
углеводородпотребляющим микроорганизмам относятся также дрожжи родов Torulopsis и
Rhodotorula. Хорошо растут на углеводородах дрожжи Lodderomyces elongisporus, бактерии
Pseudomonas ovalis.
Газообразные углеводороды наиболее хорошо потребляются бактериями родов
Mycobacterium и Pseudomonas. Эта способность найдена и у других групп бактерий и
актиномицетов, относящихся к родам Actinomyces, Flavobacterium, Chromobacterium,
Acremonium, Corynebacterium, Micrococcus, Staphylococcus, Methylococcus.
К микроорганизмам - продуцентам белка, использующим в качестве источника
питания метан и его газообразные гомологи, относятся Pseudomonas и Mycobacterium,
Methylococcus capsulatus, Flavobacterium gasotypicum.
Многие микроорганизмы хорошо растут на кислородсодержащих соединениях, таких,
как метиловый и этиловый спирты. Для получения кормового белка на м е т и л о в о м
спирте наиболее перспективными продуцентами являются бактерии родов Pseudomonas и
Methylomonas, а также дрожжи родов Candida и Hansenula. Наибольшее количество биомассы
накапливают следующие виды дрожжей: С. boidinii, Hansenula polymorpha и др. Среди
бактерий следует назвать Pseudomonas methanolica, Ps. rosea, Ps. utilis, Methylomonas
methanolica, Methylophilus methylotrophus, Flavobacterium tosaensis.
На этиловом спирте выращивают дрожжи родов Candida, Debaryomyces,
Endomycopsis, Hansenula, а также бактерии родов Acetobacter, Acinetobacter, Bacillus,
Brevibacterium, Corynebacterium, Nocardia, Pseudomonas, Zymomonas.
На мелассной и зерно-картофельной барде выращивают С. utilis, С. stellatoidea
Torulopsis pinus,Trichosporon pullulans ,а также грибы Chaetonium pululiferum.
На молочной сыворотке хорошо растут и накапливают значительное количество белка
дрожжи и дрожжеподобные микроорганизмы Kluyveromyces lactis, Kl. fragilis, C.
pseudotropicalis, Bretlanomyces anoraalus, Wingea robertsii. Часть микроорганизмов (С.
humicola, С. cur-vata, Trichosporon cutaneum) способна расти на этом субстрате только в
результате окисления лактозы. С меньшим выходом по биомассе на молочной сыворотке
можно выращивать дрожжи Cryptococcus aerius и С. utilis. На молочной сыворотке
выращивают и базидиомицеты Daedalea confragosa, получая биомассу, обладающую грибным
ароматом.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА МИКРОБНОГО СИНТЕЗА БЕЛКА
Белковые препараты микробного происхождения производят в виде сухих
микробных масс, получаемых выращиванием микроорганизмов на самом разнообразном
сырье и последующим высушиванием.
Независимо от вида сырья технологический процесс производства микробных
белковых препаратов состоит из следующих стадий: подготовка сырья и приготовление
питательных сред для выращивания; культивирование микроорганизмов; выделение
биомассы продуцента из культуральной жидкости; плазмолиз клеток; сушка биомассы;
фасовка и упаковка готового препарата.
Наибольшие различия в технологии микробных белковых препаратов наблюдаются
при подготовке сырья к последующему выращиванию микроорганизмов. Остальные пять
стадий почти не различаются при производстве любого вида перерабатываемого сырья.
Процесс получения микробных белковых препаратов слагается из нескольких стадий,
каждая из которых состоит из ряда операций (рис. 1).
Для выращивания микроорганизмов могут использоваться различные виды сырья:
отходы
древесного и
сельскохозяйственного расти тельного сырья, сульфитные щелоки, жидкие и газообразные
углеводороды, метиловый и этиловый спирты, отходы сельского хозяйства, пищевой, рыбной
и мясоперерабатывающей промышленности. К используемым отходам сельского хозяйства,
плодо- лесоперерабатывающей промышленности относятся:
Рис. 1 Принципиальная схема микробного синтеза белка.
хлопковая и рисовая шелуха, кукурузная кочерыжка, подсолнечная лузга, солома и
пр.оболочка какао-бобов, скорлупа кокосовых орехов, кожура фруктов, овощей, листья,
жмых, мякина, выжимки плодов и овощей, капустная и картофельная мезга, навоз, кора, хвоя,
опилки, древесное волокно, листья, щепа, ветки, обрезки древесины, городские отходы,
старая бумага, картон, сточные воды.
Естественные питательные среды, к которым относится и молочная сыворотка, имеют в
своем составе различные макро- и микросоединения минеральной природы, однако не все
они находятся в доступной для дрожжевой клетки форме или в требуемом количестве.
Сывороточные белки практически не усваиваются дрожжами. Незначительные
количества низкомолекулярных органических и неорганических азотсодержащих
соединений хотя и усваиваются, но не могут удовлетворить потребность организма в азоте.
Если содержание протеина в клетках дрожжей составляет около 50 % от сухих веществ, то,
следовательно, азот является одним из основных компонентов питания, который
необходимо вносить извне. Наиболее дешевыми и доступными для дрожжей источниками
азота являются такие соединения, как сульфат аммония, фосфат аммония, мочевина. Их
вносят в молочную сыворотку в количествах, исходя из предполагаемого выхода биомассы и
содержания в ней протеина. На практике для определения потребности культуры в азоте
вначале вносят азотсодержащие соли в сыворотку в избыточном количестве, а затем
постепенно снижают их количество до минимума, при котором обеспечиваются те же
скорости роста и урожай по сухой биомассе или белку. При культивировании на сыворотке
микроскопических грибов в качестве источника азота используют соли азотной кислоты.
При выращивании дрожжей на молочной сыворотке требуется также внесение
небольших количеств эндогенного фосфора в виде фосфата аммония (сразу частично
покрывается потребность и в азоте), фосфатов калия и натрия или в форме ортофосфорной
кислоты. Однако потребность в фосфоре у дрожжей различных видов и даже штаммов
неодинакова.
Однако имеются отдельные штаммы этого вида, активно растущие на сыворотке без
дополнительного внесения фосфора.
Другие минеральные вещества присутствуют в молочной сыворотке в количествах,
обеспечивающих нормальный рост большинства видов дрожжей. Серу обычно вносят
в виде сульфата аммония. С целью регулирования роста дрожжей и активности
потребления ими питательных веществ сыворотки иногда в нее дополнительно вводят
ионы калия и магния.
Различный состав сырья, неодинаковые количественные и качественные
характеристики источников углерода, азота и других необходимых для жизнедеятельности
микроорганизмов соединений дают разный выход биомассы микроорганизмов из 1 кг
абсолютно сухого сырья (в кг): отходы древесного и сельскохозяйственного сырья 0,18-0,22,
сульфитные щелоки 0,01, н-парафины 0,80, газообразные углеводороды 0,80-1,00, метанол
0,40-0,45, этанол 0,45-0,50, свекловичная меласса 0,22- 0,26, молочная сыворотка 0,02- 0,03.
Лекция № 10. Биологически активные добавки.
План:
1.
2.
3.
Классификация БАД.
Физиологическая роль БАД нутрицевтиков.
Парафармацевтики.
1.Согласно приказу № 117 Министерства здравоохранения "О порядке экспертизы и
гигиенической сертификации биологически активных добавок к пище", биологически
активными добавками к пище являются концентраты натуральных или идентичных
натуральным биологически активных веществ, предназначенных для непосредственного
приема или введения в состав пищевых продуктов с целью обогащения рациона питания
человека отдельными биоактивными веществами и их комплексами. БАД получают из
растительного, животного и минерального сырья, а также химическими или
биотехнологическими способами. К ним также относятся ферментные и бактериальные
препараты (эубиотики), оказывающие регулирующее действие на микрофлору желудочнокишечного тракта. БАД вырабатываются в виде экстрактов, настоев, бальзамов, изолятов,
порошков, сухих и жидких концентратов, сиропов, таблеток, капсул и других форм.
Классификация БАД.
Существуют различные классификации БАД в зависимости от их состава,
функциональной активности, эффектов действия и др. В общем БАД принято делить на
нутрицевтики и парафармацевтики.
Нутрицевтиками называют БАД, применяемые для коррекции химического состава
пищи человека. Нутрицевтики БАД делятся на следующие группы.
o Источники преимущественно белка и аминокислот.
o Источники преимущественно жирных кислот, липидов и жирорастворимых
витаминов (на основе растительных масел или рыбьего жира).
o Источники преимущественно углеводов и сахаров.
o Источники преимущественно пищевых волокон (пектины, отруби,
растительная клетчатка, микрокристаллическая целлюлоза и др.).
o Источники преимущественно водорастворимых витаминов.
o Источники преимущественно макро- и микроэлементов
БАД данной группы представляют из себя продукты, вырабатываемые с
использованием пищевых (не фармацевтических) технологий. Они могут применяться
постоянно с целью профилактики без побочных эффектов; оказывают, как правило,
неспецифический общеоздоравливающий эффект; обычно не имеют противопоказаний
2.Физиологическая роль БАД-нутрицевтиков:
— индивидуализируют рационы питания конкретных людей в зависимости от их
потребностей по полу, возрасту, интенсивности физической и умственной нагрузки,
биоритмов, фенотипа и генотипа, особенностей физиологического состояния в конкретный
период времени;
— быстро и эффективно ликвидируют возникающие дисбалансы по отдельным нутриентам и
их группам, связанные как с индивидуальными нарушениями в питании, так и с
эндемичными микронутриентными дефицитами;
— корректируют нарушенные метаболические процессы у лиц, страдающих хроническими
заболеваниями, прежде всего обменного характера (ожирение, атеросклероз, диабет,
остеоартроз, подагра);
— облегчают всасывание и увеличивают объем поступления питательных веществ у
пациентов, страдающих хроническими заболеваниями желудочно-кишечного тракта;
— усиливают процессы инактивации, связывания и выведения токсических продуктов
метаболизма, и прежде всего, у пациентов, проживающих или работающих в экологически
неблагоприятных условиях, получающих постоянную медикаментозную терапию
синтетическими препаратами, страдающих хроническими заболеваниями печени и почек;
— повышают неспецифическую иммунологическую резистентность и антиоксидантную
защиту, способствуя, таким образом, профилактике и комплексному лечению инфекционных
и онкологических заболеваний.
По своему составу нутрицевтики условно можно разделить на несколько
функциональных подгрупп, отличающихся по специфическим задачам, которые они решают:
— полные или редуцированные комплексы витаминов, минералов или витаминов с
минералами, причем в последние годы четко обозначилась тенденция к увеличению на рынке
доли сбалансированных многокомпонентных препаратов, включающих не только
классические витамины, но и витаминоподобные вещества (коэнзим Q10, холин, инозитол,
липоевою кислоту, L-карнитин и др.), хелатированные (связанные с аминокислотами)
минералы и их коллоидные растворы, обладающих высокой биодоступностью;
— антиоксидантные комплексы, включающие витамины А, С, Е, селен, биофлавоноиды,
ферменты каталазу, пероксидазу и растения с высоким содержанием антиоксидантов —
боярышник, чеснок, чернику и ряд других;
— препараты, содержащие полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) Эти жирные
кислоты выполняют в организме три ключевые биологические функции: обеспечивают
организм энергией, участвуют в образовании клеточных мембран, являются
предшественниками специальных соединений, влияющих на рост, деление клеток, кровяное
давление, иммунные и другие реакции и процессы.)
- препараты — источники фосфолипидов; (лецитин: холин, линоленовая кислота, инозит) –
является обязательным компонентом клеточных мембран, предотвращает жировое
перерождение печени, улучшает функционирование нервной системы, повышает
умственную работоспособность и др. Во взаимодействии с витамином Е снижает
агрессивные эффекты кислорода на ткани, замедляя процесс старения)
— препараты с диетической клетчаткой (пектин, микрокристаллическая целлюлоза, хитин
ракообразных, альгинаты бурых водорослей); (пищевые волокна – это разнообразные по
составу и строению волокнистые вещества растительного происхождения: крахмал,
полимеры неуглеводной природы (лигин), некрахмальные полисахариды: целлюлоза и
нецеллюлозные полисахариды(пектин, инулин, гуар), некоторые источники включают сюда
же и некоторые олигосахариды и сахароспирты. Общим для всех пищевых волокон является
то, чтоони не расщепляются пищеварительными ферментами человека. В толстом
кишечнике, подвергаясь действию микробных ферментов, они образуют веществапрямо или
опосредовательно воздействующие на различные функции пищеварительного тракта и его
микрофлору)
— монопрепараты и комплексы эссенциальных аминокислот;
— "модификаторы суточного рациона", содержащие в сбалансированном составе
высокопитательные полноценные белки (наиболее часто — соевый или яичный),
полисахариды, полиненасыщенные жирные кислоты, полный комплекс витаминов и
минералов (включая микроэлемен ты), диетические волокна, пищеварительные ферменты и
ряд растений — источников легкоусвояемых форм микронутриентов, таких, как люцерна,
хвощ, овес, ламинария, обеспечивающие удобную комплексную программу коррекции
пищевого статуса и контроля за весом;
— препараты из растений-аккумуляторов широкого спектра питательных веществ (люцерна,
шиповник), водорослей (ламинария, спирулина, хлорелла) и продукты пчеловодства (мед,
пчелиная пыльца), оказывающие помимо общеоздоравливающего одновременно и
антиоксидантный, антигипоксантный и иммуномодулирующий эффект.
Конечной целью использования нутрицевтиков является улучшение пищевого статуса
человека, укрепление здоровья и профилактика ряда заболеваний. Однако, нутрицевтические
средства, являющиеся источниками пищевых веществ, применяются в дозах, не
превышающих 6-суточных потребностей человека. При этом содержание витаминов не
должно превышать суточную потребность более чем в три раза для витаминов А, D, В1, В2,
В6, В12, ниацина, фолиевой кислоты, пантотеновой кислоты, биотина и не более чем в 10 раз для витаминов С и Е.
Парафармацевтики – минорные компоненты пищи. Данный вид БАД применяется
для профилактики, вспомогательной терапии и поддержания в физиологических границах
функциональной активности органов и систем, регуляции нервной деятельности; регуляции
микробиоценоза ЖКТ; для адаптации макроорганизма к экстремальным условиям..
Функциональная роль БАД-парафармацевтиков заключается в
физиологических границах функциональной активности органов и систем;
регуляции
в
 Парафармацевтики делятся на:
o БАД на основе переработки животного сырья: мясомолочного сырья и субпродуктов,
рыбы и морепродуктов.
o Бактериальные препараты на основе чистых культур микроорганизмов или
смешанного состава (эубиотики или пробиотики).
Пробиотики - это живые микроорганизмы или вещества микробного или иного
происхождения, оказывающие при естественном способе введения благоприятные эффекты
на физиологические функции биохимические и поведенческие реакции организма хозяина
через оптимизацию его микроэкологического статуса. Т.е. любые живые или убитые
микроорганизмы, а также вещества другого происхождения, оказывающие позитивное
влияние на функционирование микрофлоры хозяина, способствующие лучшей адаптации
последнего к окружающей среде в конкретной экологической нише могут рассматриваться
как пробиотики.
Выделяют следующие категории пробиотиков:
Монопробиотики - субстанции, содержащие представителей только одного вида бактерий;
Ассоциированные пробиотики - субстанции, представляющие собой ассоциацию штаммов
нескольких видов микроорганизмов (от 2 до 30).
Выделяются четыре поколения пробиотиков:
I поколение: колибактерин, бифидумбактерин, лактобактерин.
II поколение: бактисубтил, биоспорин, споробактерин.
III поколение: бифилонг, аципол, линекс, ацилакт.
IV поколение: бифидумбактерин форте, пробифор.
В зависимости от назначения пробиотиков их также различают на:
Синбиотики - комплексные препараты и продукты функционального питания на основе
живых микроорганизмов и пребиотиков - соединений различного состава и происхождения.
поддерживающих рост "дружественных" человеку кишечных микроорганизмов.
Пребиотиками называют вещества, не перевариваемые кишечными соками, но
подвергающиеся микробной ферментации, оказывающие благоприятный эффект на организм
через стимуляцию роста и/или активности кишечной микрофлоры.
Гетеропробиотики - назначаются вне зависимости от видовой принадлежности хозяина, от
которого первоначально были выделены штаммы пробиотических бактерий;
Гомопробиотики - назначаются только представителям того вида животных или человеку,
из биоматериала которых были выделены соответствующие штаммы;
Аутопробиотики - штаммы нормальной микрофлоры, изолированные от конкретного
индивидуума и предназначенные для коррекции его микроэкологии.
Наиболее перспективными являются пробиотики на основе живых микроорганизмов с
установленными специфическими физиолого-биохимическими эффектами, а также генноинженерных штаммов с заданными медико-биологическими и технологическими
характеристиками.
Суточная доза парафармацевтического средства не должна превышать разовую
терапевтическую дозу, определённую при применении этих веществ в качестве
лекарственных средств, при условии приёма БАД не менее двух раз в сутки.
Лекция № 11.Генетически модифицированные продукты
План:
1. Что такое трансгенные продукты?
2. Получение трансгенных продуктов.
3. Стоит ли б оятся последствий?
1. На сегодняшний день существует несколько сотен генетически
изменённых продук тов. Уже на протяжении нескольких лет их употребляют
миллионы людей в большинстве стран мира. Есть данные, что подобными
технологиями пользуются для получения продуктов, реализуемых через сеть
McDonalds. Многие крупные концерны, типа Unilever, Nestle, Danon и другие
использ уют для производства своих товаров генно -инженерные прод укты и
экспортируют их во многие страны мира. Но во многих странах такие
прод укты об язательно должны содержать на упаковке надпись "Сделано из
генетически модифицированного продукта".
Основная масса трансгенов к ультивируется в США, в Канаде,
Аргентине, Китае, меньше - в других странах.
Европа же очень озабочена. Под натиском общественности и
организаций потребителей, которые хотят знать, что они едят, в некоторых
странах введен мораторий на ввоз таких продуктов (Австрия, Франция,
Греция, Великобритания, Люксембург). В других принято жесткое требование
маркировать генетически и змененное продовольствие.
В последние годы все большее влияние на здоровье населения планеты оказывает
качество и структура питания. В 1999 г. опубликованы данные, что ежегодно в мире от
недоедания и белково-калорийной недостаточности погибает 15 млн. человек.
В международном научном сообществе существует четкое понимание того, что в
связи с ростом народонаселения Земли, которое по прогнозам ученых должно достичь к 2050
году 9-11 млрд. человек, необходимо удвоение или даже утроение мирового производства
сельскохозяйственной продукции, что невозможно без применения трансгенных растений,
создание которых многократно ускоряет процесс селекции культурных растений,
увеличивает урожайность, удешевляет продукты питания, а также позволяет получить
растения с такими свойствами, которые не могут быть получены традиционными методами.
Нужно отметить, что ни одна новая технология не была объектом такого
пристального внимания ученых всего мира. Все это обусловлено тем, что мнения ученых о
безопасности генетически модифицированных источников питания расходятся.
Трансгенными могут называться те виды растений, в которых успешно
функционирует ген (или гены) пересаженные из других видов растений или животных.
Делается это для того, чтобы растение реципиент получило новые удобные для человека
свойства, повышенную устойчивость к вирусам, к гербицидам, к вредителям и болезням
растений. Пищевые продукты, полученные из таких генноизмененных культур, могут иметь
улучшенные вкусовые качества, лучше выглядеть и дольше храниться. Также часто такие
растения дают более богатый и стабильный урожай, чем их природные аналоги.
Что такое генетически измененный продукт? Это когда выделенный в лаборатории ген
одного организма пересаживается в клетку другого. Вот примеры из американской практики:
чтобы помидоры и клубника были морозоустойчивее, им "вживляют" гены северных рыб;
чтобы кукурузу не пожирали вредители, ей могут "привить" очень активный ген, полученный
из яда змеи; чтобы скот быстрее набирал вес, ему вкалывают измененный гормон роста (но
при этом молоко наполняется гормонами, вызывающими рак); чтобы соя не боялась
гербицидов, в нее внедряют гены петунии, а также некоторых бактерий и вирусов. Соя - один
из основных компонентов многих кормов для скота и почти 60% продуктов питания. К
счастью, в России, как и во многих странах Европы, генетически измененные
сельхозкультуры (в мире их создано больше 30-ти видов) пока не распространяются такими
бешеными темпами, как в США, где официально закреплена идентичность "натуральных" и
"трансгенных" продуктов питания. Поэтому у нас только самые "продвинутые" покупатели с
подозрением относятся к импортным чипсам, томатным соусам, консервированной кукурузе
и "ножкам Буша".
На данный момент на рынке Казахстана зарегистрировано множество видов продуктов
из модифицированной сои, среди которых: фитосыр, смеси функциональные, сухие
заменители молока, 32 наименования концентратов соевого белка, 7 видов соевой муки,
модифицированные бобы сои, 8 видов соевых белковых продуктов, комплексные пищевые
добавки в ассортименте и специальные продукты для спортсменов, тоже в немалом
количестве.
Также
например
Департамент
государственного
санитарноэпидемиологического надзора России
выдал "сертификаты качества" одному сорту
картофеля и двум сортам - кукурузы.
2.Выяснить, содержит ли продукт измененный ген, можно только с помощью сложных
лабораторных исследований. В 2002 году минздрав России ввел обязательную маркировку
продуктов, содержащих более пяти процентов генетически модифицированного источника.
Реально ее нет практически никогда. По словам главного государственного санитарного
врача России Геннадия Онищенко, результаты проверок показали, что только в Москве в 37,8
процента случаев пищевые продукты, содержащие генетически модифицированное сырье, не
имеют соответствующей маркировки, и это очень высокий показатель. Чтобы получить право
на ввоз, производство
и
реализацию
продукции, содержащей
генетически
модифицированные источники, нужно пройти государственную гигиеническую экспертизу и
регистрацию. Процедура платная для предприятия. Не многие готовы тратить на это
дополнительные средства. Или считают, что подобное указание на этикетке отпугнет
покупателей. На самом деле обязательная маркировка не означает, что данный продукт
вреден для здоровья, считает генеральный директор Национального фонда защиты
потребителей А. Калинин: "Ее нужно рассматривать только как дополнительную
информацию для покупателя, а не как предупреждение об опасности. К настоящему времени
у нас в стране прошли все проверки и зарегистрированы десять видов генетически
модифицированной растениеводческой продукции. Это два вида сои, пять видов кукурузы,
два сорта картофеля, сорт сахарной свеклы и сахар, полученный из нее".
Так что даже специалист, не имея под рукой профессиональных инструментов или даже
целой лаборатории, не скажет вам с уверенностью - есть на вашем столе трансгенные
продукты или нет.
На Западе на прилавках уже давно и открыто лежат генетически измененные продукты.
На этикетках появились даже специальные наклейки, чтобы человек знал, что покупает. У
нас наклеек нет, но продукты, как уверяют экологи, тоже заполняют магазины. В Интернет
длинный список трансгенных товаров, от которых ломятся наши прилавки. Однако все эти
продукты из-за границы. В России генетически измененные культуры можно встретить
только на экспериментальных полях.
Особая гордость российских специалистов - картошка, от которой гибнут колорадские
жуки. Для экологов она же главный раздражитель. Специалисты говорят, что при поедании
трансгенного картофеля, у крыс наступает изменение состава крови, изменение размеров
внутренних органов, а также появляются патологии в значительно большем количестве, чем
при поедании обычного картофеля.
Однако ученые заявляют, что случающиеся проколы не повод запрещать направление в
целом. Трансгенные исследования в десятки раз быстрее мичуринского метода селекции и
даже безопаснее.
Ученые не настаивают на немедленном внедрении своих открытий в производство.
Коровы с молоком невиданной жирности, рыба, живущая, как в соленой, так и в пресной
воде, свиньи без сала – все нужно, прежде всего, для развития науки.
Основное преимущество трансгенных продуктов в их цене. Они значительно дешевле
обычных, поэтому сейчас они покоряют, прежде всего, рынки слабо развитых стран, куда
направляются в качестве гуманитарной помощи.
Но в будущем, несмотря на протесты экологов, чистые мясо и овощи, вероятно, станут
ассортиментом небольших, но очень дорогих магазинов.
3.Когда речь заходит о генетически модифицированных продуктах, воображение тут
же рисует грозных мутантов. Легенды об агрессивных, вытесняющих из природы своих
сородичей трансгенных растениях, которые Америка забрасывает в доверчивую Россию,
неискоренимы. Но, может быть, нам просто не хватает информации?
Во-первых, многие просто не знают, какие продукты являются генетически
модифицированными, или, по-иному, трансгенными. Во-вторых, путают их с пищевыми
добавками, витаминами и гибридами, полученными в результате селекции. А почему
употребление трансгенных продуктов вызывает такой брезгливый ужас у многих людей?
Трансгенные продукты произведены на базе растений, в которых искусственным
путем были заменены в молекуле ДНК один или несколько генов. ДНК - носитель генной
информации - точно воспроизводится при делении клеток, что обеспечивает в ряду
поколений клеток и организмов передачу наследственных признаков и специфических форм
обмена веществ.
Генетически модифицированные продукты - большой и перспективный бизнес. В
мире уже сейчас 60 миллионов гектаров занято под трансгенные культуры. Их выращивают в
США, Канаде, Франции, Китае, Южной Африке, Аргентине (в России пока их нет, только на
экспериментальных участках). Однако продукты из вышеперечисленных стран к нам
ввозятся - та же соя, соевая мука, кукуруза, картофель и другие.
По объективным причинам. Население земли растет год от года. Некоторые ученые
считают, что через 20 лет нам придется кормить на два миллиарда человек больше, чем
сейчас. А уже сегодня хронически голодают 750 миллионов.
Сторонники употребления генетически модифицированных продуктов считают, что
они безвредны для человека и даже имеют преимущества. Главный аргумент, который
приводят в защиту ученые эксперты всего мира, гласит: “ДНК из генетически
модифицированных организмов так же безопасна, как и любая ДНК, присутствующая в
пище. Ежедневно вместе с едой мы употребляем чужеродные ДНК, и пока механизмы
защиты нашего генетического материала не позволяют в существенной степени влиять на
нас”.
По мнению директора центра “Биоинженерия” РАН академика К. Скрябина, для
специалистов, занимающихся проблемой генной инженерии растений, вопрос безопасности
генно-модифицированных продуктов не существует. А трансгенную продукцию лично он
предпочитает любой другой хотя бы потому, что ее более тщательно проверяют.
Возможность непредсказуемых последствий вставки одного гена теоретически
предполагается. Чтобы исключить ее, подобная продукция проходит жесткий контроль,
причем, как утверждают сторонники, результаты такой проверки вполне надежны. Наконец
нет ни одного доказанного факта вреда трансгенной продукции. Никто от этого не заболел и
не умер.
Сейчас 90 процентов экспорта трансгенных пищевых продуктов составляют кукуруза
и соя. Это значит то, что попкорн, которым повсеместно торгуют на улицах, стопроцентно
изготовлен из генетически модифицированной кукурузы, и маркировки на ней до сих пор не
было. Если вы закупаете соевые продукты из Северной Америки или Аргентины, то на 80
процентов это генетически измененная продукция. Отразится ли массовое потребление таких
продуктов на человеке через десятки лет, на следующем поколении? Пока нет железных
аргументов ни "за", ни "против". Но наука не стоит на месте, и будущее - за генной
инженерией. Если генетически измененная продукция повышает урожайность, решает
проблему нехватки продовольствия, то почему бы и не применять ее? Но в любых
экспериментах
нужно
соблюдать
предельную
осторожность.
Генетически
модифицированные продукты имеют право на существование. Абсурдно считать, что
российские врачи и ученые разрешили бы к широкой продаже продукты, наносящие вред
здоровью. Но и потребитель имеет право выбора: покупать ли генетически
модифицированные помидоры из Голландии или дождаться, когда на рынке появятся
местные томаты.
После долгих дискуссий сторонников и противников трансгенных продуктов было
принято соломоново решение: любой человек должен выбрать сам, согласен он есть
генетически модифицированную пищу или нет.
3.
Чем нам грозят генетически модифицированные продукты питания и
сельскохозяйственные культуры и почему необходим глобальный мораторий на их
производство?
Технология генной инженерии - это замена или разрыв генов живых организмов растений, животных, людей, микроорганизмов - получение патентов на них и продажа
получающихся в результате продуктов с целью получения прибыли. Биотехнологические
корпорации провозглашают, что их новая продукция сделает сельское хозяйство устойчивым,
победит мировой голод, излечит эпидемии и значительно улучшит показатели здоровья
общества. На самом деле своими действиями в сфере бизнеса и политики генные инженеры
ясно продемонстрировали, что они попросту хотят использовать генетически
модифицированные продукты для того, чтобы захватить и монополизировать мировой рынок
семян, продовольствия, тканей и медицинских препаратов. Генная инженерия революционно новая технология, находящаяся на самых ранних экспериментальных стадиях
развития. Эта технология позволяет устранить фундаментальные генетические барьеры, не
только между видами одного рода, но и между людьми, животными и растениями. Путем
случайного внедрения генов неродственных видов (вирусов, генов устойчивости к
антибиотикам, генов бактерий - маркеров, промоторов и переносчиков инфекции) и
постоянного изменения их генетических кодов создаются трансгенные организмы,
передающие свои измененные свойства по наследству. Генные инженеры во всем мире
разрезают, вставляют, перекомбинируют, располагают в ином порядке, редактируют и
программируют генетический материал. Гены животных и даже человека случайным образом
встраиваются в хромосомы растений, рыб и млекопитающих, в результате чего создаются
такие формы жизни, которые ранее невозможно было себе представить. Впервые в истории
транснациональные биотехнологические корпорации становятся архитекторами и
"хозяевами" жизни. При наличии минимальных законодательных ограничений или полном их
отсутствии, без специальной маркировки и с пренебрежением к установленным наукой
правилам, биоинженеры уже создали сотни новых видов продуктов, забыв о рисках для
человека и окружающей среды, а также о негативных социально-экономических
последствиях для нескольких миллиардов фермеров и сельских поселений во всем мире.
Несмотря на предупреждения все большего числа ученых о том, что современные
технологии генной инженерии еще не до конца продуманы и могут дать непредсказуемый
результат, а, следовательно, представляют опасность, приверженные идеям биотехнологов
национальные правительства и регулирующие органы вслед за правительством США
утверждают, что генетически модифицированные продукты питания и сельскохозяйственные
культуры являются "по существу эквивалентными" обычной пище и поэтому не нуждаются
ни в маркировке, ни в предварительном тестировании.
В настоящее время в США продается и выращивается около полусотни генетически
модифицированных сельскохозяйственных культур и продуктов питания. Отмечается их
широкое проникновение в пищевые цепи и окружающую среду в целом. Более 70 миллионов
акров земли занято в США под трансгенные культуры, свыше 500 тысяч коров молочных
пород регулярно получают рекомбинантный гормон роста крупного рогатого скота (rBGH)
фирмы Monsanto. Многие полуфабрикаты и готовые продукты в супермаркетах дают
"положительную реакцию" на содержание генетически модифицированных ингредиентов.
Еще несколько десятков трансгенных культур находятся в финальной стадии разработки и
вскоре попадут на полки магазинов и в окружающую среду. Согласно данным самих
биотехнологов, в ближайшие 5-10 лет все продукты питания и ткани в США будут содержать
генетически измененный материал. "Скрытое меню" немаркированных трансгенных
пищевых продуктов и ингредиентов включает в себя соевые бобы и масло, кукурузу,
картофель, рапсовое и хлопковое масло, папайю, помидоры.
Практика генной инженерии в отношении пищевых продуктов и тканей приводит к
непредсказуемым результатам и представляет угрозу для людей, животных, окружающей
среды и будущего устойчивого органического земледелия. Как указал британский
молекулярный биолог доктор Майкл Антониу, манипуляции с генами приводят к
"неожиданному появлению токсинов в трансгенных бактериях, дрожжах, растениях и
животных, причем это явление остается незамеченным до тех пор, пока не нанесет серьезный
ущерб чьему-либо здоровью". Риск от использования генетически модифицированных
продуктов питания и сельскохозяйственных культур можно разделить на три категории: риск
для здоровья людей, риск для окружающей среды и социально-экономический риск. Краткий
обзор этих рисков, как уже доказанных, так и возможных, предоставляет убедительные
аргументы в пользу необходимости глобального моратория на производство трансгенных
культур и организмов.
Токсины
Генетически модифицированные продукты, вне всякого сомнения, могут содержать
токсины и представлять угрозу для здоровья людей. В 1989 году в результате пищевой
добавки L-tryptophan погибло 37 и пострадало (в том числе получило пожизненную
инвалидность) свыше 5000 человек (у которых было обнаружено болезненное и нередко
приводящее к летальному исходу поражение кровеносной системы - эосинофильномиальгический синдром), Было обнаружено, что "картофель-подснежник" значительно
отличается по своему химическому составу от обычной картошки и поражает жизненно
важные органы и иммунную систему у питающихся им лабораторных крыс. Самым
тревожным является то, что заболевание у крыс возникло, видимо, под воздействием
вирусного промотора, используемого практически во всех генетически модифицированных
продуктах.
Пищевые аллергии
Угрозу массового заболевания, вызванного употреблением в пищу трансгенных
продуктов, буквально в последнюю минуту удалось предотвратить в 1996 году ученым штата
Небраска, благодаря тестам на животных обнаружившим, что ген бразильского ореха,
введенный в ДНК сои, способен вызвать смертельно опасную аллергию у людей,
чувствительных к этому ореху. Люди, страдающие пищевыми аллергиями (а им подвержены,
по статистике, 8% американских детей), последствия которых могут быть самыми
различными - от легкого недомогания до внезапной смерти - едва не стали жертвами
воздействия чужеродных протеинов, встроенных в ДНК обычных пищевых продуктов. А
поскольку многие из этих протеинов никогда не были частью рациона человека, тщательное
тестирование на безопасность (включающее в себя длительные исследования на животных и
на людях-добровольцах) необходимо для предотвращения опасных ситуаций в будущем.
Обязательная маркировка генетически измененных продуктов также необходима, чтобы
страдающие пищевыми аллергиями могли избегать таких продуктов и чтобы службы
здравоохранения были в состоянии обнаружить источник аллергена в случае возникновения
заболеваний, вызванных употреблением генетически модифицированной пищи.
Генетически модифицированные продукты стали одним из достижений биологии ХХ
в. Но основной вопрос - безопасны ли такие продукты для человека, пока остается без ответа.
Проблема ГМП актуальна, поскольку в ней экономические интересы многих стран приходят
в противоречие с основными правами человека. Прочитав много газет и журналов, я решила,
что не буду употреблять ГМП, пока у нас нет полной информации о них и всех последствиях
их употребления.
Лекция № 12.Загрязнение продовольственного сырья и пищевых продуктов к
ксенобиотиками химического и биологического происхождения
План:
1.Охрана продуктов питания от чужеродных химических веществ – важная
гигиеническая проблема.
2. Токсические элементы.
1. Охрана продуктов питания от чужеродных химических веществ — важная гигиеническая проблема
Пищевые продукты представляют собой сложные многокомпо-нентные системы, состоящие
из сотен химических соединений. Эти соединения можно условно разделить на следующие три
группы.
I. Соединения, имеющие алиментарное значение. Это необхо-димые организму
нутриенты: белки, жиры, углеводы, витамины,минеральные вещества.
II. Вещества, участвующие в формировании вкуса, аромата, цвета, предшественники
и продукты распада основных нутриентов, другие биологически активные вещества. Они носят
условно неалиментарный характер. К этой группе относят также природные соединения,
обладающие антиалиментарными (препятствуют обмену нутриентов, например антивитамины) и
токсическими свойствами (фазин в фасоли, соланин в картофеле).
III. Чужеродные, потенциально опасные соединения антропогенного или природного
происхождения. Согласно принятой терминологии, их называют контаминантами,
ксенобиотиками, чужеродными химическими веществами (ЧХВ). Эти соединения могут быть
неорганической и органической природы, в том числе микробиологического происхождения.
Основные пути загрязнения продуктов питания и продовольственного сырья:
• Использование неразрешенных красителей, консервантов, антиокислителей или
применение разрешенных в повышенных дозах.
• Применение новых нетрадиционных технологий производства продуктов питания или
отдельных пищевых веществ, в томчисле полученных путем химического и микробиологического
синтеза.
• Загрязнение сельскохозяйственных культур и продуктов животноводства пестицидами,
используемыми для борьбы с вредителями растений и в ветеринарной практике для профилактики
заболеваний животных.
Нарушение гигиенических правил использования удобрений
• (в растениеводстве), оросительных вод, твердых и жидких отходов промышленности и
животноводства, коммунальных и других сточных вод, осадков очистных сооружений и т. д.
• Использование в животноводстве и птицеводстве неразрешенных кормовых добавок,
консервантов, стимуляторов роста, профилактических и лечебных медикаментов или применение
разрешенных добавок и других соединений в повышенных дозах.
• Миграция в продукты питания токсических веществ из пищевого оборудования, посуды,
инвентаря, тары, упаковок вследствие использования неразрешенных полимерных, резиновых и
металлических материалов.
• Образование в пищевых продуктах эндогенных токсических соединений в процессе
теплового воздействия (например, кипячения, жарения, облучения), других способов
технологической обработки.
• Несоблюдение санитарных требований в технологии производства и хранения пищевых
продуктов, что приводит к образованию бактериальных токсинов (микотоксины, батулотоксины и др.).
• Поступление в продукты питания токсических веществ, в том числе радионуклидов, из
окружающей среды — атмосферного воздуха, почвы, водоемов.
Наибольшую опасность с точки зрения распространенности и токсичности имеют
следующие контаминанты:
1. Токсины микроорганизмов — относятся к числу наиболее опасных природных
загрязнителей. Наиболее распространены в растительном сырье. Так, в поступающем по
импорту арахисе обнаруживаются афлотоксины до 26% от объема исследуемого продукта, в
кукурузе — до 2,8 %, ячмене — до 6 %. Патулин, как правило, выявляется в продуктах
переработки фруктов — в соках фруктовых пюре и джемах, что связано с нарушениями технологий
и использованием нестандартного сырья.
2. Токсические элементы (тяжелые металлы). Основной источник загрязнения —
угольная, металлургическая и химическая промышленность.
3. Антибиотики — получили распространение в результате нарушений их применения в
ветеринарной практике. Остаточные количества антибиотиков обнаруживаются в 15-26%
продукции животноводства и птицеводства. Проблема усугубляется тем, что методы контроля и
нормативы разработаны только для немногих изнескольких десятков применяемых препаратов.
Обращает внимание большой уровень загрязнения левомицетином — одним из наиболее опасных
антибиотиков.
4. Пестициды — накапливаются в продовольственном сырье и пищевых продуктах
вследствие бесконтрольного использования химических средств защиты растений. Особую
опасность вызывает одновременное наличие нескольких пестицидов, уровень которых превышает
ПДК.
5. Нитраты, нитриты, нитрозамины. Проблема нитратов и нитритов связана с
нерациональным применением азотистых удобрений и пестицидов, что приводит к накоплению
указанных контаминантов, а также аминов и амидов, усилению процессов нитрозирования в
объектах окружающей среды и организме человека и, как следствие этого, образованию
высокотоксичных соединений — N-нитрозаминов.
По данным Института питания РАМН, в настоящий момент N-нитрозамины встречаются
практически во всех мясных, молочных и рыбных продуктах, при этом 36 % мясных и 51 %
рыбных продуктов содержат их в концентрациях, превышающих гигиенические нормативы.
6. Диоксины и диоксиноподобные соединения — хлорорганические, особо опасные
контаминанты,
основными
источниками
которых являются предприятия, производящие хлорную продукцию.
7. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) —
образуются в результате природных и техногенных процессов.
8. Радионуклиды — причиной загрязнения может быть небрежное обращение с
природными и искусственными источниками.
9. Пищевые добавки — подсластители, ароматизаторы красители, антиоксиданты,
стабилизаторы и т. д. Их применение должно регламентироваться нормативной документацией с
наличием разрешения органов здравоохранения.
Существует
проблема
загрязнения
продовольствия
фузарио-токсинами
—
дезоксиниваленолом (ДОН) и зеараленоном, которая обусловлена вспышками фузариоза зерна.
По результатам мониторинга, проводимого Институтом питания РАМН, за последние пять лет
определен перечень приоритетных загрязнителей, подлежащих контролю в различных группах
продовольственного сырья и пищевых продуктов (табл. 21).
Вполне вероятно, что в дальнейшем этот перечень может быть дополнен.
В третьей главе отдельные группы контаминантов рассмотрены более подробно.
Фальсификация пищевых продуктов и продовольственного сырья — это изготовление и
реализация поддельных пищевых продуктов и продовольственного сырья, не соответствующих своему названию и маркировке. В последние годы в России отмечается массовый характер подобных
фальсификаций, что определяет соответствующие задачи для правоохранительных структур и
органов государственного контроля — в первую очередь для Госстандарта и Госсанэпиднадзора.
В табл. 22 представлены некоторые методы идентификации и выявления фальсифицированных
пищевых продуктов.
Содержание в пищевых продуктах вредных для организма чужеродных соединений
регламентируется специальными документами, которые постоянно корректируются в связи с
идентификацией новых загрязнителей и изучением их токсических свойств, уровнем развития
технологий.
В 1994-1995 гг. наблюдались вспышки острых отравлений вследствие потребления
недоброкачественной продукции. Лидировали в этом списке ликероводочные изделия, что было
связано с их фальсификацией, недостаточным контролем качества со стороны государственных
органов, а также с широким поступлением импортной продукции, не отвечающей требованиям
безопасности.
Остро стоит проблема профилактики хронических пищевых интоксикаций, которые
длительное время протекают скрыто, без выраженных симптомов заболевания. Нарушая обмен
веществ, ЧХВ оказывают общетоксическое действие на организм или отрицательно влияют на
отдельные процессы жизнедеятельности. Они способны вызывать гонадотропный,
эмбриотропный, тератогенный, мутагенный и канцерогенный эффекты, снижать
иммунозащитные силы организма. Все это приводит к ускорению процессов старения организма,
снижению продолжительности жизни, нарушению функции воспроизводства.
В связи с проблемой защиты продовольственного сырья и пищевых продуктов от загрязнения
немаловажный интерес представляет использование природных цеолитов, обладающих способностью сорбировать различные соединения химической и микробиологической природы.
Конкретные меры профилактики вытекают из описанных выше путей загрязнения продуктов
питания. Эти меры должны быть юридически закреплены в соответствующих правовых
документах, доведены до сведения населения.
В разных странах проблема чистоты продуктов питания решалась своим путем и в разное
время. Первый закон, касающийся чистоты пищевых продуктов, вышел в Америке в 1906 г.
Поправки вносились часто, но только в последние 10-20 лет принят и дейст действует закон о
безопасности пищевых продуктов. Большую роль сыграла разработка и внедрение новых методов
исследований: ВЖХ, ГЖХ, полярография, при помощи которых в продуктах обнаруживают следы
загрязнений, которые ранее не удавалось идентифицировать. Встал вопрос о нормировании
большого количества посторонних веществ. Появились новые отрасли генетической токсикологии,
эпидемиологии питания, которые обеспечивали накопление банка данных. Важным этапом этой
работы в нашей стране явилось принятие в январе 2000 г. Закона Российской Федерации «О
качестве и безопасности пищевых продуктов».
Лекция № 13.Загрязнение микроорганизмами и их метаболитами
План:
1.Пищевая интоксикация.
2.Пищевая токсикоинфекция.
1.Загрязнение вызывает две формы заболеваний: пищевое отравление (пищевая
интоксикация) и пищевую токсикоинфекцию. ПИЩЕВАЯ ИНТОКСИКАЦИЯ: ее вызывает
токсин, продуцируемый микроорганизмом, который попадает и развивается в продуктах.
Типичными примерами пищевой интоксикации являются стафилококковое отравление и ботулизм.
Пищевые интоксикации можно условно подразделить на бактериальные токсикозы и
микотоксикозы.
Бактериальные токсикозы
В качестве примера можно привести стафилококковое пищевое отравление.
Вызывается энтеротоксином, который продуцируется бактерией Staphylococcus aureus (S.
aureus) в период ее роста в пищевых продуктах. Идентифицировано шесть энтеротоксинов: А, В, С,
D, Е и F. Выделены и получены две формы энтеротоксина С — С^ и С2.
Бактерия устойчива к нагреванию, сохраняет активность при 70 °С в течение 30 мин., при
80 °С — 10 мин. Еще более устойчивы к нагреванию энтеротоксины S. aureus, окончательная
инактивация которых наступает только после 2,5-3 ч кипячения. S. aureus обладает устойчивостью
к высоким концентрациям поваренной соли и сахара. Жизнедеятельность бактерии прекращается
при концентрации хлорида натрия (поваренной соли) в воде более 12%, сахара — 60 %, что
необходимо учитывать при консервировании пищевых продуктов. При температуре до 4-6 °С
размножение S. aureus также прекращается. Оптимальная температура для размножения
стафилококков — 22-37 °С.
Источником инфекции могут быть и человек, и сельскохозяйственные животные. Через
последних заражается в основном молоко, мясо и продукты их переработки. У человека
стафилококковая инфекция локализуется на кожных покровах, в носоглотке, кишечнике, других
органах и тканях.
Попадая в продовольственное сырье, пищевые продукты и кулинарные изделия,
стафилококки продуцируют токсины с различной интенсивностью, зависящей от уровня
обсеменения, времени и температуры хранения, особенностей химического состава объекта
загрязнения (содержание белков, жиров, углеводов, витаминов, рН среды и т. д.). Наиболее
благоприятная среда для жизнедеятельности бактерий — молоко, мясо и продукты их
переработки, поэтому именно эти пищевые продукты чаще вызывают стафилококковое
отравление.
Молоко и молочные продукты. Загрязнение молока стафилококками может происходить от
коров, больных маститом, при контакте с кожными покровами больных животных и человека,
занятого переработкой молока. Отмечено, что стафилококки размножаются и продуцируют
энтеротоксины в сыром молоке слабее, чем в пастеризованном, поскольку они являются
плохим конкурентом в борьбе с другими микроорганизмами молока. Этим объясняется
отсутствие энтеротоксинов и стафилококков в кисломолочных продуктах, для закваски которых
используются активные молочные культуры. Кроме того, молочная кислота, образующаяся в
процессе изготовления этих продуктов, тормозит размножение данных микроорганизмов.
Попадая в молоко, стафилококк начинает продуцировать энтеротоксины при комнатной
температуре через 8 ч, при 35-37 °С — в течение 5 ч. При обсеменении стафилококками
молодого сыра энтеротоксины выделяются на 5-й день его созревания в условиях комнатной
температуры. По истечение 47-51 дня хранения сыра происходит гибель стафилококков,
энтеротоксины же сохраняются еще в течение 10-18 дней.
В других молочных продуктах энтеротоксины можно обнаружить, если эти продукты были
изготовлены из молока и молочных смесей, обсемененных стафилококками.
Мясо и мясные продукты. Загрязнение мяса стафилококками происходит во время убоя
животных и переработки сырья. Как и в сыром молоке, конкурирующая микрофлора не дает
возможности быстрого размножения этих бактерий в сыром мясе. При определенных
технологических условиях, особенно при ликвидации конкурирующей микрофлоры,
стафилококки могут активно размножаться в мясопродуктах и продуцировать энтеротоксины.
В мясном фарше, сыром и вареном мясе стафилококки продуцируют токсины при
оптимальных условиях (22-37 °С) через 14-26 ч. Добавление в фарш белого хлеба увеличивает
скорость образования токсических метаболитов в 2-3 раза. Концентрация соли, используемая для
посола, не ингибирует S. aureus; рН мяса и мясных продуктов, предотвращающая развитие
бактерий, должна быть не выше 4,8. Копчение колбас при определенной температуре
способствует росту стафилококков. В готовых котлетах, после их обсеменения, энтеротоксины
образуются через 3 ч, в печеночном паштете — через 10-12 ч. Вакуумная упаковка мясопродуктов
ингибирует рост стафилококков.
Для мяса птицы характерны описанные выше данные. Стафилококки не проникают и не
растут в целых сырых яйцах. При тепловой обработке яиц их бактериостатические свойства
уничтожаются, и они могут заражаться стафилококками в результате мойки и хранения.
Другие пищевые продукты. Благоприятной средой для размножения S. aureus являются мучные
кондитерские изделия с заварным кремом. При обсеменении крема в условиях благоприятной для
бактерий температуры (22-37 °С) образование токсинов наблюдается через 4 ч. Концентрация сахара в
таких изделиях обычно составляет менее 50 %; содержание сахара в количестве 60 % и выше
ингибирует образование энтеротоксинов.
Меры профилактики:
1. Не допускать к работе с продовольственным сырьем и пищевыми продуктами людей —
носителей стафилококков (с гнойничковыми заболеваниями, острыми катаральными явлениями верхних
дыхательных путей, заболеванием зубов, носоглотки и т. д.).
2. Обеспечение санитарного порядка на рабочих местах.
3. Соблюдение технологических режимов производства пищевых продуктов,
обеспечивающих гибель стафилококков. Определяющее значение имеют тепловая обработка,
температура хранения сырья и готовой продукции.
Ми кото кс и козы
Наиболее распространенные и хорошо изученные микотоксикозы — афлатоксикоз (см. раздел
3.2.1), фузариотоксикоз и эрготизм.
Ф у з а р и о т о к с и к о з ы . Согласно принятой в нашей стране классификации, к
фузариотоксикозам относят следующие заболевания:
1. Алиментарно-токсическая алейкия — вызывается продуцентами микроскопических грибов
Fusarium sporotrichiella var. Болезнь поражает как людей, так и сельскохозяйственных животных.
Заболевание затрагивает кроветворные органы. У человека количество лейкоцитов снижается до 1000 и
менее в 1 мм3, количество эритроцитов повышается до 1800 тыс., что служит наиболее ранними
и объективными показателями алиментарно-токсической алейкии. Вспышки заболевания наблюдались
у людей после употребления хлеба, изготовленного из пораженного зерна.
2. Отравление
«пьяным
хлебом».
Болезнь
обусловлена
воз
действием
на
организм
токсического
продуцента
гриба
Fusarium
graminearum.
Токсины
гриба
обладают
нейротропным
действием,
сходным с действием алкоголя, отсюда и название болезни.
3. Уровская
болезнь
(болезнь
Кашина
Бека).
Впервые
заболе
вание
выявлено
в
1860
г.
Н.
И.
Кашиным
у
населения,
проживаю
щего в долине р. Уровы (Восточная Сибирь). В 1906 г. болезнь по
вторно зарегистрирована и изучена Е. В. Беком. Предполагают,
что болезнь вызывается токсинами гриба Fusarium sporotrichiella-vappoae, который поражает
злаковые культуры. Болезнь проявляется в нарушении остеогенеза у детей, подростков и юношей,
в задержке роста отдельных костей, деформации скелета. Другая гипотеза связывает возникновение
уровской болезни с высоким содержанием стронция в географической зоне проживания этих людей на
фоне низкого содержания кальция.
Имеется ряд других данных по этиологии рассматриваемого заболевания, что свидетельствует
о необходимости проведения специальных исследований и выявления истинных причин заболевания.
Э р г о т и з м . Возникает при употреблении изделий из зерна, зараженного спорыньей.
Последняя представляет собой склеро-ции гриба Claviceps purpurea, содержит высокотоксичные
алкалоиды (эрготоксин, эрготамин, эргометрин) и биогенные амины (гиста-мин, тирамин и др.). Эти
соединения могут поражать нервную систему (судорожная форма) или нервно-сосудистый аппарат
(гангренозная форма).
Ядовитые соединения спорыньи устойчивы при термической обработке и хранении
хлебопродуктов. Гигиенические нормы допускают содержание спорыньи в муке не более 0,05 %.
Вопросам загрязнения пищевых продуктов микотоксинами и профилактики алиментарных
микотоксикозов посвящен раздел 3.2.1.
2.ПИЩЕВАЯ ТОКСИКОИНФЕКЦИЯ: ее вызывают микроорганизмы — вирусы,
сальмонеллы и т. д., — попавшие в продукт в большом количестве. Загрязнение пищевых продуктов
происходит в основном бактериями, риккетсиями, вирусами, плесенями и паразитами.
Clostridium perfringens — спорообразующие анаэробные грам-положительные бактерии,
широко распространенные в природе вследствие своей стойкости к различным воздействиям. Вегетативные клетки бактерий имеют вид прямых толстых палочек размером 2-6 х 0,8-1,5 мкм. Изучено шесть
штаммов Cl. perfringens: А, В, С, D, Е и F, которые продуцируют многообразные по своим свойствам токсины. Пищевую токсикоинфекцию вызывают главным образом штаммы А и D.
Токсикологическую картину при этом определяет А-токсин. Cl. perfringens развивается при температуре
от 15 до 50 °С и рН 6,0-7,5. Оптимальные температура 45 °С и рН 6,5 обеспечивают
продолжительность генерации около 10 мин. Энте-ротоксины высвобождаются из вегетативных
клеток в период образования из этих клеток зрелых спор. Это может происходить как в пищевых продуктах, так и в
кишечнике человека.
Источником заболевания служат в основном продукты животного происхождения — мясные и
молочные, обсеменение которых происходит как при жизни животных (больных и бациллоносителей),
так и после убоя (при нарушении санитарно-гигиенических норм переработки и хранения сырья).
Источниками инфекции могут быть рыба и морепродукты, бобовые, картофельный салат, макароны с
сыром.
После попадания инфекции в организм инкубационный период длится от 5 до 22 ч. Характерные
признаки заболевания — понос, спазмы и боли в животе.
Профилактические мероприятия предусматривают соблюдение
требований при переработке сырья, хранении готовой продукции.
санитарно-гигиенических
Бактерии рода Salmonella. Изучено более 2000 серологических типов сальмонелл. Бактерии
представляют собой грамположитель-ные палочки, не образующие спор, длиной от 2 до 3 мкм и шириной около 0,6 мкм.
Существует три основных типа сальмонеллеза: брюшной тиф, гастроэнтерит и септицемия. Каждый
штамм сальмонеллы способен вызвать любой из указанных выше клинических типов инфекции.
80-90 % сальмонеллезов вызывается четырьмя видами этих бактерий. Сальмонеллы характеризуются
устойчивостью к воздействию различных физико-химических факторов. Растут при температуре от 5,5 до
45 °С, оптимальная — 37 °С. Сохраняют жизнеспособность при охлаждении до 0 °С в течение 142
дней, при температуре 10 °С — 115 дней. Нагревание до 60 °С приводит к гибели сальмонелл через
1 ч, при 70 °С — через 15 мин, при 75 °С — 5 мин, при кипячении наступает мгновенная гибель.
Заражение пищевых продуктов сальмонеллами может происходить как через животных, так и
через человека.
Основные пищевые продукты, передающие сальмонеллезные токсикоинфекции, — мясо и
мясопродукты, обсеменение которых осуществляется и при жизни животных, и после их убоя.
Животные, больные сальмонеллезами, выделяют сальмонеллы с молоком, следовательно, молоко и
молочные продукты также способствуют распространению сальмонеллезных токсикоинфекции. Кроме
того, переносчиками сальмонелл могут быть работники пищевых предприятий, болеющие скрытыми
формами сальмонеллезов или являющиеся бактерионосителями.
Особую роль в этиологии сальмонеллеза играют прижизненно зараженные пищепродукты:
яйца, мясо уток, гусей, кур, индеек. Меры профилактики:
1. Работа
ветеринарно-санитарной
службы
непосредственно
в
хозяйствах
по
выявлению
животных
и
птицы,
больных
сальмо
неллезом.
2. Проведение
санитарно-ветеринарной
экспертизы
во
время
первичной переработки сырья и изготовления продуктов питания.
Необходимо соблюдать санитарные требования по размораживанию мяса, хранить сырье и
полуфабрикаты при температуре не выше 4-8 °С, использовать холод на всех этапах производственного
процесса, включая транспортировку сырья, полуфабрикатов и готовой продукции, соблюдать
сроки реализации, установленные для каждого продукта, а также режимы тепловой обработки.
Последнее имеет принципиальное значение в предупреждении сальмонеллезных токсикоинфекций,
учитывая губительное действие нагревания (не ниже 80 °С) на бактерии. Не разрешается реализация
населению некипяченого и непастеризованного молока.
3. Осуществление
систематической
борьбы
с
грызунами
как
источником
обсеменения
сырья
и
продуктов
на
пищевых
предпри
ятиях.
4. Соблюдение
соответствующих
санитарных
требований
в
от
ношении воды, льда, инвентаря, посуды и оборудования.
5. На
предприятиях
пищевой
промышленности
и
общественно
го питания:
• необходимо выявлять и направлять на лечение работников, болеющих сальмонеллезом или
являющихся бактерионосителями;
• не допускать таких людей к работе до полного выздоровления;
• ставить на учет хронических бактерионосителей.
Пункты 3-5 имеют значение в профилактике заражения сальмонеллезом продуктов
растительного происхождения, хотя такие случаи встречаются редко.
Бактерии рода Escherichia coli. Патогенные штаммы кишечной палочки способны размножаться в
тонком кишечнике, вызывая токсикоинфекцию (основной симптом болезни — водянистый понос).
Источником патогенных штаммов могут быть люди и животные. Обсеменяются продукты и животного,
и растительного происхождения. Пути заражения те же, что и при сальмонеллезах.
Меры профилактики:
1. Выявление
и
лечение
работников
пищевых
предприятий
—
носителей патогенных серотипов кишечной палочки.
2. Осуществление ветеринарного надзора над животными. Мясо животных, больных
колибацеллезом, считается условно годными подлежит специальной тепловой обработке.
3. Выполнение санитарных норм и режимов технологии изготовления и хранения
пищевых продуктов.
4. Соблюдение санитарного режима на предприятии (мытье и дезинфекция инвентаря и
оборудования и т. д.).
Бактерии рода Proteus. Род Proteus включает пять видов. Возбудители пищевых
токсикоинфекций — в основном Pr. mirasilis и Pr. vulgaris. Оптимальные условия для развития
этих бактерий — температура 25-37 °С. Выдерживают нагревание до 65 °С в течение 30 мин, рН в
пределах 3,5-12, отсутствие влаги до 1 года, высокую концентрацию поваренной соли — 13-17 %
в течение 2 суток. Все это свидетельствует об устойчивости Proteus к воздействию внешних
факторов среды.
Причинами возникновения протейных токсикоинфекций могут быть наличие больных
сельскохозяйственных животных, антисанитарное состояние пищевых предприятий, нарушение
принципов личной гигиены. Основные продукты, через которые передается это заболевание, — мясные
и рыбные изделия, реже блюда из картофеля. Возможны случаи заражения других пищевых продуктов.
Энтерококки. Потенциально патогенными штаммами среди энтерококков (Streptococcus faecalis)
являются Str. faecalis var. Ligue-faciens и Str. faecalis var. Zumogenes. Размножаются при температуре
от 10 до 15 °С. Устойчивы к высыханию, воздействию низких температур, выдерживают 30 мин
при 60 °С; погибают при 85 °С в течение 10 мин.
Источники инфекции — человек и животные. Пути обсеменения пищевых продуктов
такие же, что и при других видах токсикоинфекций.
Ботулизм — представляет собой тяжелое пищевое отравление, вызывается токсинами,
выделяемыми Clostridium botulinum. Изучено семь видов токсинов — А, В, С, D, E, F и G. Наиболее
токсичны ботулотоксины А и Е.
Бактерии Cl. botulinum широко распространены в окружающей среде. В виде спор
попадают в почву при удобрении ее навозом, поэтому продукты растительного происхождения
загрязняются спорами через почву.
Споры, по сравнению с вегетативной формой Cl. botulinum, устойчивы к воздействию
физико-химических факторов окружающей среды. При 100 °С они сохраняют
жизнеспособность в течение 360 мин, при 120 °С — 10 мин. Споры прорастают при
концентрации хлорида натрия до 6-8 %. Размножение бактерий прекращается при рН 4,4 и
температуре 12-10 °С и ниже, при 80 °С они погибают в течение 15 мин. Оптимальной для
жизнедеятельности Cl. botulinum является температура 20-37 °С.
Ботулотоксины характеризуются высокой устойчивостью к действию протеолитических
ферментов, кислот и низких температур, однако инактивируются под влиянием щелочей и
высокой температуры: при 80 °С — через 30 мин, при 100 °С — через 15 мин.
Описанные свойства вегетативных форм Cl. botulinum, спор и токсинов должны
учитываться в технологии изготовления пищевых продуктов.
Меры профилактики:
1. Предупреждение загрязнения туш сельскохозяйственных животных частицами
земли, навоза, а также в процессе их разделки — содержимым кишечника; посол в условиях холода;
соблюдение режимов термической обработки.
2. Использование свежего растительного сырья; предварительная мойка и тепловая
обработка; стерилизация продукта с целью предупреждения прорастания спор, размножения
вегетативных форм и образования токсинов.
Лекция №14. Микотоксины в пищевых продуктах
План:
1.Микотоксины.
1.Микотоксины (от греч. mykes — гриб) (МТ) представляют собой вторичные метаболиты
микроскопических плесневых грибов. Из кормов и продуктов питания выделено около 30 тыс.
видов плесневых грибов, большинство из которых продуцируют высокотоксичные метаболиты, в
частности более 120 микотоксинов. С биологических позиций, микотоксины выполняют в обмене
микроскопических грибов функции, направленные на их выживание и конкурентоспособность в
борьбе за место в различных экологических нишах. С гигиенических позиций — это особо
опасные токсичные вещества, загрязняющие корма и пищевые продукты.
По данным ФАО (1984 г.), более 10% пищевых продуктов и кормов стоимостью более 30
млрд руб. ежегодно теряется вследствие поражения плесневыми грибами. Аналогичная тенденция
сохраняется и по настоящее время.
В продуктах питания и продовольственном сырье наиболее распространены следующие
высокотоксичные МТ: афлатоксины, стеригматоцистин, охратоксины, патулин, исландитоксин,
зеараленон, рубратоксины, цитреовиридин и др.
В табл. 23 представлены сведения об изученных в настоящее время микотоксинах, их
продуцентах и о характере токсического действия.
На рис. 8 показаны пути загрязнения пищевых продуктов токси-генными штаммами
микромицетов и микотоксинами.
Рассмотрим наиболее типичных токсичных представителей ми-котоксинов, а также
микотоксикозы, которые они вызывают.
Афлатоксины (AT). Наиболее опасны и лучше изучены. Продуцируются главным образом
грибами Aspergillius flavus и A. parasiticus. К семейству AT относится более 20 соединений, 4 из
которых — основные: B1t B2, G1t G2. Остальные — их производные или метаболиты. Наиболее
токсичные и широко распространенные AT — В^
Немаловажный интерес в плане загрязнения пищевых продуктов представляет AT Мь
который является метаболитом AT Bt и выделяется с молоком у животных после употребления
зараженного корма.
Развитие
грибов
и
продуцирование
AT
наблюдается
в
арахисе
и
арахисовой
муке,
реже
в
злаковых
культурах
(пшеница,
рожь,
яч
мень,
кукуруза
и
мука
из
них),
бобовых
и
масличных
культурах,
мо
локе,
мясе,
яйцах
и
др.
Оптимальные
условия
для
роста
и
развития
грибов: температура 20-30 °С, влажность — 85-90 %. Менее актив- 1
но
грибы
продуцируют
AT
при
более
низкой
температуре
и
влаж
ности (даже в холодильнике).
AT
характеризуется
широким
спектром
токсического
действия
(см.
табл.
23),
ЛД5о
(наименьшая
доза,
вызывающая
смертность
50
%
подопытных
животных)
AT
B^
для
человека
составляет
около
2
мг
на
1
кг
массы
тела.
Заболевание,
вызываемое
AT,
получило
название афлатоксикоз.
Основную роль в механизме токсического действия AT играет нарушение проницаемости
мембраны
субклеточных
структур
и
по1
давление
синтеза
ДНК
и
РНК.
Последнее
приводит
к
нарушению
синтеза
митохондральных
белков
и
липидов,
других
обменных
про
цессов,
что
проявляется
в
ряде
серьезных
клинических
заболева
ний, Наряду с общетоксическим действием проявляется канцерогенная, мутагенная (генные и
хромосомные мутации), тератогенная, гонадотоксическая и эмбриотоксическая активность AT, что
делает проблему профилактики алиментарных афлатоксинов особо актуальной.
Качественный и количественный состав рациона оказывает значительное влияние на
токсический эффект AT. Этот эффект усиливается при дефиците белков, незаменимых жирных
кислот и ретинола. При избытке белков также наблюдается усиление канцерогенного действия, что
объясняется снижением активности эпоксидгидролазы и глутатионтрансферазы — ферментов, ответственных за детоксикацию AT и их метаболитов.
Согласно данным ВОЗ, человек при благоприятной гигиенической ситуации потребляет с
суточным рационом до 0,19 мкг AT, что не оказывает отрицательного воздействия на организм. Однако чем
выше суточная доза AT (например, в Мозамбике — до 15,5 мкг), тем вероятнее заболеваемость первичным
раком печени.
В России ПДК AT B1 для всех пищевых продуктов, кроме молока, составляет 5 мкг/кг, для
молока и молочных продуктов — 1 мкг/кг; AT М1 — 0,5 мкг/кг. Допустимая суточная доза этих
веществ для взрослого человека массой 60 кг — в пределах 0,3-0,6 мкг (0,005-0,010 мкг/кг
массы тела).
Патулин, продуцируемый пенициллами и аспергиллами, обнаруживается преимущественно в
продуктах, полученных из заплесневелых фруктов и ягод. Во фруктовых и овощных соках, пюре для
взрослых показатель ПДК патулина составляет 50 мкг/кг, для детского питания — 20 мкг/кг.
Система мер профилактики микотоксикозов включает в себя санитарно-микологический
анализ пищевых продуктов (рис. 9). Кроме этого, много внимания уделяется изысканию способов деконтаминации и детоксикации сырья и пищевых продуктов, загрязненных AT. С этой целью используют
механические, физические и химические методы:
•
механический
или
с
—
отделение
помощью
загрязненного
материала
электронно-калориметрических
вручсорти
ную
ровщиков;
• физический
—
термическая
обработка,
ультрафиолетовое
облучение;
• химический
—
обработка
растворами
окислителей,
сильных
кислот и оснований.
Применение механических и физических методов очистки не дает высокого эффекта, кроме
того, химические методы приводят к разрушению не только AT, но и полезных нутриентов, а
также к нарушению их всасывания.
При профилактике алиментарных микотоксикозов основное внимание уделяют зерновым
культурам. В этой связи необходимо соблюдать следующие меры по предупреждению загрязнения зерновых культур и пищевых продуктов МТ:
• своевременная
уборка
урожая
с
полей
и
последующая
его
правильная агротехническая обработка и хранение;
• санитарно-гигиеническая
обработка
складских
емкостей
и
помещений
(чистка
от
ранее
хранившихся
продуктов
и
пыли,
дезинфекция парами формальдегида);
• закладка на хранение только кондиционного зерна;
• выбор
способа
технологической
обработки
в
зависимости
от
загрязнения сырья;
• определение
степени
загрязнения
сырья
и
пищевого
продукта.
Важной задачей является выведение сортов, устойчивых к аспергиллам.
Допустимые уровни содержания микотоксинов в отдельных группах пищевых
продуктов представлены в табл. 24. Установленные медико-биологическими требованиями и
санитарными нормами качества продовольственного сырья и пищевых продуктов критерии
безопасности включают определение следующих четырех групп микроорганизмов:
/ группа — санитарно-показательные микроорганизмы. Определение мезофильных
аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов, что выражается количеством
колониеобразующих единиц (КОЕ) в 1 г или 1 см3 продукта. Показатель «Бактерии группы
кишечных палочек» (БГКП) практически идентичен показателю «Колиформные бактерии». К
этой группе относят грамотрицатель-ные, не образующие спор палочки с учетом как
цитратотрицатель-ных, так и цитратположительных вариантов БГКП, включая роды: Eschericia,
Klebsiella, Enterobacter, Citrobacter, Serratia.
// группа — потенциально патогенные микроорганизмы: коагулазоположительный
стафилококк, Bacillus cereus, сульфитредуци-рующие клостридии, бактерии рода Protea,
парагемолитические галофильные вибрионы.
/// группа — патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы.
IV группа — показатели микробиологической стабильности продукта включают дрожжи и
микроскопические грибы (плесени).
Микробиологические исследования проводят в соответствии с ГОСТ, СанПиН,
методическими указаниями, методическими инструкциями, другими нормативными
документами, содержащимися в медико-биологических требованиях (МБТ).
Лекция № 15. Антиалиментарные факторы.
План:
1.Антиферменты.
2. Антивитамины.
3. Антиаминокислоты.
1.По мнению академика А. А. Покровского, к антиалиментарным факторам относят
соединения, не обладающие общей токсичностью, но обладающие способностью избирательно
ухудшать или блокировать усвоение нутриентов. Этот термин распространяется только на вещества
природного происхождения, являющиеся составными частями натуральных продуктов питания.
Представители этой группы веществ рассматриваются как своеобразные антагонисты обычных
пищевых веществ. В указанную группу входят антиферменты, антивитамины, деминерализующие
вещества, другие соединения.
Антиферменты (ингибиторы протеиназ) — вещества белковой природы, блокирующие
активность ферментов. Содержатся в сырых бобовых, яичном белке, пшенице, ячмене, других
продуктах растительного и животного происхождения, не подвергшихся тепловой обработке.
Изучено воздействие антиферментов на пищеварительные ферменты, в частности, на пепсин,
трипсин, а-амилазу. Исключение составляет трипсин человека, который находится в ка-тионной
форме и поэтому нечувствителен к антипротеазе бобовых.
В настоящее время изучены несколько десятков природных ингибиторов протеиназ, их
первичная структура и механизм действия. Трипсиновые ингибиторы, в зависимости от природы
содержащейся в них диаминомонокарбоновой кислоты, подразделяются на два типа: аргининовый и
лизиновый. К аргининовому типу относят: соевый ингибитор Кунитца, ингибиторы пшеницы,
кукурузы, ржи, ячменя, картофеля, овомукоид куриного яйца и др.; к лизиновому — соевый
ингибитор Баумана - Бирка, овомукоиды яиц индейки, пингвинов, утки, а также ингибиторы,
выделенные из молозива коровы.
Механизм действия этих антиалиментарных веществ заключается в образовании стойких
энзимингибиторных комплексов и подавлении активности главных протеолитических ферментов
поджелудочной железы: трипсина, химотрипсина и эластазы. Результатом такой блокады является
снижение усвоения белковых веществ рациона.
Рассматриваемые
ингибиторы
растительного
происхождения
характеризуются
относительно высокой термической устойчивостью, что нехарактерно для белковых веществ.
Нагревание сухих растительных продуктов, содержащих указанные ингибиторы, до 130 °С или
получасовое кипячение не приводит к существенному снижению их ингибирующих свойств.
Полное разрушение соевого ингибитора трипсина достигается 20-минутным автоклавированием при
115 °С или кипячением соевых бобов в течение 2-3 ч. Ингиби-
торы животного происхождения более чувствительны к тепловому воздействию.
Отдельные ингибиторы ферментов могут играть в организме специфическую роль при
определенных условиях и отдельных стадиях развития организма, что в целом определяет пути их
исследования. Тепловая обработка продовольственного сырья приводит к денатурации белковой
молекулы антифермента, т. е. он влияет на пищеварение только при потреблении сырой пищи.
Например, потребление сырых яиц в большом количестве может оказать отрицательное влияние на
усвоение белковой части рациона.
2.Антивитамины. Согласно современным представлениям, к антивитаминам относят две
группы соединений:
• соединения,
по
механизму
действия
подобные
антиметаболи
там.
Этот
механизм
направлен
на
конкурентные
взаимоотно
шения между витаминами и антивитаминами;
• соединения,
способные
модифицировать
витамины,
умень
шать
их
биологическую
активность
и
приводить
к
их
разру
шению.
Таким образом, антивитамины — это соединения различной природы, обладающие
способностью уменьшать или полностью ликвидировать специфический эффект витаминов,
независимо от механизма действия этих витаминов. Следовательно, к антивитаминам не относятся
вещества, увеличивающие или уменьшающие потребность организма в витаминах (например,
углеводы по отношению к тиамину).
Избыточное потребление продуктов, богатых лейцином, нарушает обмен триптофана, в
результате блокируется образование из триптофана ниацина (витамина РР) — одного из важнейших
водорастворимых витаминов. Наряду с лейцином антивитамином ниацина являются индолилуксусная
кислота и ацетилпиридин, содержащиеся в кукурузе. Чрезмерное потребление продуктов, содержащих
вышеуказанные соединения, может усиливать развитие пеллагры, обусловленной дефицитом ниацина.
В отношении аскорбиновой кислоты (витамина С) антивитаминными факторами являются
окислительные ферменты — аскорбат-оксидаза, полифенолксидазы и др. Особо сильное влияние
оказывает аскорбатоксидаза, содержащаяся в овощах, фруктах и ягодах. Она катализирует
реакцию окисления аскорбиновой кислоты до дегидроаскорбиновой. В организме человека
дегидроаскорби-новая кислота способна проявлять в полной мере биологическую активность
витамина С, восстанавливаясь под воздействием глутатионредуктазы. Вне организма она характеризуется высокой степенью термолабильности —
полностью разрушается в нейтральной среде при 10-минутном нагревании до 60 °С, в щелочной среде
— при комнатной температуре. Поэтому учет активности аскорбаток-сидазы имеет важное значение
при решении ряда технологических вопросов, связанных с сохранением витаминов в пище.
Содержание и активность аскорбатоксидазы в различных продуктах питания не одинаковы.
Наибольшее ее количество обнаружено в огурцах и кабачках, наименьшее — в моркови, свекле,
помидорах, черной смородине и др. Разложение аскорбиновой кислоты под воздействием
аскорбатоксидазы и хлорофилла происходит наиболее активно при измельчении растительного
сырья, когда нарушается целостность клетки и возникают благоприятные условия для
взаимодействия фермента и субстрата. Смесь сырых размельченных овощей за 6 ч хранения теряет
более половины аскорбиновой кислоты. Для окисления половины аскорбиновой кислоты
достаточно 15 мин после приготовления тыквенного сока, 35 мин — в соке капусты, 45 мин — сока
кресс-салата и т. д. Поэтому рекомендуют пить соки непосредственно после их изготовления или
потреблять овощи, фрукты и ягоды в натуральном виде, избегая их измельчения и приготовления
различных салатов.
Активность аскорбатоксидазы подавляется под влиянием фла-воноидов, 1-3-минутном
прогревании сырья при 100 °С, что необходимо учитывать в технологии и приготовлении пищевых
продуктов и кулинарных изделий.
Для тиамина (витамина 8,) антивитаминными факторами являются тиаминаза, содержащаяся в
сырой рыбе, вещества с Р-вита-минным действием — ортодифенолы, биофлавоноиды, основными
источниками которых служат кофе и чай. Разрушающее действие на витамин В, оказывает
окситиамин, образующийся при длительном кипячении кислых ягод и фруктов.
Тиаминаза, в отличие от аскорбатоксидазы, «работает» внутри организма человека, создавая
при определенных условиях дефицит тиамина. Наибольшее количество тиаминазы
обнаружено у пресноводных рыб, в частности, у семейства карповых, сельдевых, корюшковых. У
трески, наваги, бычков и ряда других морских рыб этот фермент полностью отсутствует. Потребление
в пищу сырой рыбы и привычка жевать бетель у некоторых народностей (например, жителей
Таиланда) приводят к развитию недостаточности витамина В^
Возникновение дефицита тиамина у людей может быть обусловлено наличием в кишечном
тракте бактерий (Вас. thiaminolytic, Вас. anekrinolytleny), продуцирующих тиаминазу. Тиаминазную
болезнь в этом случае рассматривают как одну из форм дисбакте-риоза.
Тиаминазы могут содержаться в продуктах растительного и животного происхождения,
обусловливая расщепление части тиамина в пищевых продуктах в процессе их изготовления и
хранения.
Для пиридоксина (витамин В6) антагонистом является линатин, содержащийся в семени
льна. Ингибиторы пиридоксалевых ферментов обнаружены в ряде других продуктов — в
съедобных грибах, некоторых видах семян бобовых и т. д.
Избыточное потребление сырых яиц приводит к дефициту биотипа (витамина Н), так как в
яичном белке содержится фракция протеина — авидин, связывающий витамин в неусвояемое соединение. Тепловая обработка яиц приводит к денатурации белка и лишает его антивитаминных свойств.
Сохраняемость ретинола (витамина А) снижается под воздействием перегретых либо
гидрогенизированных жиров. Эти данные свидетельствуют о необходимости щадящей тепловой
обработки жироемких продуктов, содержащих ретинол.
Недостаточность токоферолов (витамин Е) образуется под влиянием неизученных
компонентов фасоли и сои при тепловой обработке, при повышенном потреблении
полиненасыщенных жирных кислот, хотя последний фактор можно рассматривать с позиций
веществ, повышающих потребность организма в витаминах.
3.Вещества, блокирующие усвоение или обмен аминокислот, влияют на аминокислоты, в
основном на лизин, со стороны редуцирующих Сахаров. Взаимодействие протекает в условиях
жесткого нагревания по реакции Майяра, поэтому щадящая тепловая обработка и оптимальное
содержание в рационе источников редуцирующих Сахаров обеспечивают хорошее усвоение
незаменимых аминокислот.
Деминерализующие факторы (снижающие усвоение минеральных веществ). К ним относят
щавелевую кислоту и ее соли (оксалаты), фитин (инозитолгексафосфорная кислота), таннины, некоторые
балластные вещества, серосодержащие соединения крестоцветных культур и т. д.
Наиболее изучена в этом плане щавелевая кислота. Продукты с высокой концентрацией
щавелевой кислоты способны резкоснижать утилизацию кальция путем образования
нерастворимых в воде солей. Такое взаимодействие может служить причиной тяжелых отравлений за
счет абсорбции кальция в тонком кишечнике.
Смертельная доза для собаки составляет 1 г щавелевой кислоты на 1 кг массы. Содержание ее в
корме кур на уровне 2 % может привести к их гибели. Смертельная доза щавелевой кислоты для
взрослых людей колеблется в пределах 5-150 г и зависит от ряда факторов. Установлено, что
интоксикация щавелевой кислотой проявляется в большей степени на фоне дефицита витамина D. Известны случаи смертельных отравлений людей как от самой щавелевой кислоты, так и от избыточного
потребления продуктов, содержащих ее в больших количествах.
Высокое содержание щавелевой кислоты отмечено в овощах, в среднем, мг/100 г: шпинат —
1000; портулак — 1300; ревень — 800; щавель — 500; красная свекла — 275. В остальных
овощах и фруктах щавелевая кислота содержится в незначительных количествах. Отмечено, что ее
способность связывать кальций зависит от пропорции содержания в продукте кальция и оксалатов.
Фитин, благодаря своему химическому строению легко образует труднорастворимые комплексы
с ионами кальция, магния, железа, цинка и меди. Этим объясняется его деминерализирующий эффект —
способность уменьшать адсорбцию металлов в кишечнике. Достаточно большое количество фитина
содержится в злаковых и бобовых: в пшенице, фасоли, горохе, кукурузе — около 400 мг/100 г,
причем основная часть — в наружном слое зерна. Высокий уровень в злаках не представляет крайней
опасности, так как содержащийся в зерне фермент способен расщеплять фитин. Полнота расщепления
зависит от активности фермента, качества муки и технологии выпечки хлеба. Этот фермент работает при
температуре до 70 °С, максимум его активности — при рН 5,0-5,5 и 55 °С. Хлеб,
выпеченный из рафинированной муки, в отличие от обычной муки практически не содержит фитина.
В хлебе из ржаной муки его мало благодаря высокой активности фитазы. Отмечено, что
декальцинирующий эффект фитина тем выше, чем меньше соотношение кальция и фосфора в продукте
и ниже обеспеченность организма витамином D.
Установлено, что усвояемость железа снижается в присутствии дубильных веществ чая, поскольку
они образуют с ним хелатные соединения, которые не всасываются в тонком кишечнике. Такое
воздействие дубильных веществ не распространяется на гемовое железо мяса, рыбы и яичного желтка.
Неблагоприятное влияние
дубильных и балластных соединений на усвояемость железа тормозится аскорбиновой кислотой,
цистеином, кальцием, фосфором, что указывает на необходимость их совместного использования в
рационе. Кофеин, содержащийся в кофе, активизирует выделение из организма кальция, магния, натрия,
рядя других элементов, увеличивая тем самым потребность в них. Показано ингибирующее действие
серосодержащих соединений на усвоение йода.
Имеющиеся сведения об антипищевых веществах и возможных путях устранения их влияния
представлены в табл. 25.
Компоненты природной пищи,неблагоприятно влияющие на организм
В продовольственном сырье и пищевых продуктах содержатся природные соединения, избыточное
поступление которых может отрицательно влиять на здоровье человека.
Пектины — группа гликопротеиновых веществ, содержащихся в бобовых, арахисе, проростках
растений, икре рыб. Обладают способностью повышать проницаемость стенок кишечника для чужеродных веществ, нарушают всасывание нутриентов, вызывают склеивание эритроцитов
(агглютинацию), оказывают ряд других неблагоприятных воздействий.
Цианогенные гпикозиды. Токсическим компонентом цианоген-ных гликозидов является
цианид (HCN), присутствующий в них в форме цианогидрина, где связан с альдегидом или кетоном.
Циа-ногидрин находится в соединении с сахаром, отсюда название: «цианогенные гликозиды». В
процессе приготовления пищи или при длительном ее хранении образуются специфические ферменты,
отделяющие цианогидрин от молекул сахара и расщепляющие его до цианида, альдегида или кетона.
Из представителей цианогенных гликозидов в растениях целесообразно отметить лимарин,
содержащийся в белой фасоли, и амигдалин — в косточках персиков, абрикосов, других фруктов.
В картофеле, при определенных условиях созревания и хранения, образуются в большом
количестве токсичные гликоалкалои-ды — соланин и чаконин, накопление которых в клубне
приводит к его позеленению. Эти соединения обладают антихолинэстераз-ной активностью.
Употребление в пищу таких клубней нежелательно. Соланин и чаконин могут содержаться в
баклажанах, помидорах, табаке.
В настоящем разделе приведены лишь некоторые компоненты природной пищи, способные
оказывать неблагоприятное действие на организм. Вместе с тем эти данные свидетельствуют о необходимости их учета при составлении рационов для здорового и больного человека.
3 ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
Лабораторная работа № 1.
Тема: Изучение химического состава пищевых продуктов.
Цель работы: Изучить химический состав пищевых продуктов.
Лабораторная работа № 2
Тема: Изучение требований к сырью и вспомогательным материалам.
Цель работы: Изучить основные показатели качества, а также методы отбора проб для
определения качества круп, зерна, муки, плодов и овощей.
Лабораторная работа № 3
Тема: Изучение технологии переработки плодов (фруктов).
Цель работы: Изучить технологию переработки плодов путем приготовления различных
продуктов.
Лабораторная работа № 4
Тема: Изучение технологии переработки овощей.
Цель работы: Приобретение практических навыков
натуральных овощных консервов.
по
технологии
производства
Лабораторная работа № 5
Тема: Изучение технологии хлеба.
Цель работы: Изучить технологию хлеба. Провести выработку хлеба.
Лабораторная работа № 6
Тема: Изучение технологии хлебобулочных изделий.
Цель работы: Приобретение практических навыков по производству сдобных изделий.
Лабораторная работа № 7
Тема: Изучение технологии сахара.
Цель работы: Изучить технологию сахара.
Лабораторная работа № 8
Тема: Изучение технологии крахмала.
Цель работы: Изучить основные органолептические и физико-химические показатели
качества крахмала.
Лабораторная работа № 9
Тема: Изучение технологии виноделия.
Цель работы: Ознакомиться с технологией получения вина, а также с химическими и
микробиологическими методами исследования качества вина.
Лабораторная работа №10
Тема: Изучение технологии пивоварения
Цель работы: Ознакомиться с технологической схемой производства пива.
Лабораторная работа № 11
Тема Изучение технологии спирта.
Цель работы: Иметь представление о технологии производства спирта.
Лабораторная работа № 12
Тема: Изучение процессов созревания мяса.
Цель работы: Определить эффективность специальных ферментных препаратов в составе
посолочных смесей в формировании технологических и качественных показателей мясных
продуктов из низкосортного сырья.
Лабораторная работа № 13
Тема: Изучение технологии колбасных изделий.
Цель работы: Приобрести практические навыки по производству колбасных изделий.
Лабораторная работа № 14
Тема: Изучение технологии кондитерских изделий.
Цель работы: Приобрести практические навыки по производству кондитерских изделий.
Лабораторная работа № 15
Тема: Изучение технологии пищевых жиров.
Цель работы: Ознакомиться с технологией пищевых жиров. Изучить окислительновосстановительные процессы, происходящие при хранении маргарина, сливочного масла.
3 САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТА
1.Микроорганизмы, использующиеся в бродильных производствах для получения
практически ценных продуктов.
2. Биохимическая деятельность микроорганизмов, использующихся в бродильных
производствах для получения практически ценных продуктов.
3. Использование
промышленности.
дрожжей,
плесневых
грибов
и
бактерий
в
пищевой
4. Субстраты, использующиеся в спиртовом производстве (зерно, картофель, сахарная
свекла, меласса и др.).
5.Дрожжи – сахаромицеты, лактосбраживающие дрожжи.
6. Бактерии, используюмые при производстве спирта.
7. Биохимическеи основы сбраживания пивного сусла.
8.Уксуснокислые и молочнокислые бактерии и их роль в виноделии.
9. Плесневые грибы – вредители винодельческого промышленности.
10.Основные микроорганизмы, использующие в хлебопекарном производстве.
11. Микроорганизмы – продуценты молочной, уксусной, лимонной, яблочной,
итаконовой и других кислот, применяющихся в пищевой промышленности.
12. Получение белков из фототрофных микроорганизмов.
13. Культура микроводорослей и цианобактерий в получении белков.
14. Пищевая ценность и перспективы применения микробного белка.
15. Рибофлавин, продуценты рибофлавина, получение и применение витамина В2 .
20. Микроорганизмы – продуценты ферментных препаратов.
21. Биотехнология производства аминокислот.
22. Фототрофные микроорганизмы – продуценты биологически активных добавок к
пище (БАД).
23. Гигиеническая систематика пищевых добавок.
24. Микробиологический и санитарно-гигиенический контроль пищевых продуктов.
25. Консерванты, ароматизаторы, красители, компоненты пищевых добавок.