Ферментативні мікробіальні процеси в м’ясному виробництві — №2

Для виробництва харчових продуктів людина використовує мікробіологічні процеси вже з давніх давен. Відомо, що наші далекі пращури в доісторичні часи вміли випікати хліб, варити квас, пиво, виробляти сири, вино та інші продукти. Не розуміючи причин і сутності перетворень, що відбувались в цих процесах, людина емпіричним шляхом шукала і знаходила кращі, більш ефективні варіанти технології їх проведення, орієнтуючись на кінцевий результат.

Наукове розуміння сутності мікробіологічних перетворень прийшло лише в XIX ст. завдяки фундаментальним роботам геніального французького мікробіолога Луї Пастера. Але цілеспрямоване промислове використання мікробіологічного синтезу почалось тільки у минулому, XX ст., коли мікробіологією були розроблені ефективні методи селекції та промислового застосування багатьох родин, видів, штамів і рас мікроорганізмів. Цьому сприяли також блискучі успіхи інших наук — цитології, молекулярної біології, мутаційної генетики, генної інженерії, які дозволили ретельно вивчити на клітинному і молекулярному рівні найтонші реакції обміну. На підставі цих досягнень стало можливим цілеспрямовано змінювати генетичний код мікробіальної клітини, надавати їй бажані для практичного використання властивості, спрямовувати мікробіологічний синтез на отримання необхідних людині речовин. Технології виробництва, які базуються на використанні направленого мікробіологічного та біохімічного синтезу, отри­мали назву Біотехнологій.

В даний час біотехнології набувають все більшого поширення. За їх допомогою виробляють харчові продукти, білкові препарати і амінокислоти, вітаміни, ферменти і антибіотики, кислоти, спирти, засоби захисту рослин, кормові та технічні продукти. Перевагами біотехнологій є те, що мікроорганізми мають найвищу серед живих істот швидкість росту і розмноження. Так, швидкість росту дріжджів в 500 разів більша швидкості росту сільськогосподарських рослин і в 1000 разів більша, ніж у тварин. За одну годину вирощування в одному кубічному метрі живильного середовища можна отримати 3 кг дріжджової біомаси, що відповідає 1,25 кг білка, тобто 30 кг білка за добу. Щоб отримати таку кількість білка гороху, необхідно 18 гектарів посівів, а білків м’яса — стадо зі 100 корів. Бактеріальна клітина здатна за добу переробляти живильного середовища в 30-40 разів більше власної маси.

Мікробіологічні процеси відбуваються переважно при відносно низьких температурах (до 70°С), атмосферному тиску, в простому за конструкцією обладнанні, завдяки чому техічнологічні процеси в біотехнологіях не складні, на їх організацію і проведення не потрібно значних капіталовкладень.

Значною перевагою біотехнологій є також те, що субстратом для них можуть бути відходи переробки рослинної та тваринної сировини (деревина, солома, очерет, лузга, сироватка, барда, меляса, стічні води, відходи нафтопереробки), природний газ, мул та інші.

Мікроорганізми — це бактерії та мікроскопічні гриби, що надзвичайно поширені в природі. Величезна кількість їх населяє ґрунти, водойми, повітря. Це так звані «дикі» форми (банальна мікрофлора). Крім них, багато видів отримано методами селекції або штучно методами мутаційної генетики та генної інженерії. Їх називають «культурною» або «корисною» мікрофлорою. Якщо мікробіологічні процеси збуджуються банальною мікрофлорою і протікають самоплинно, їх називають природними. Такі процеси доволі часто мають місце при зберіганні продовольчої сировини. Якщо ж процеси ініціюються чистими культурами або ж для певних видів дикої мікрофлори створюються оптимальні умови і процеси відбуваються керовано — їх називають направленими або біотехнологічними.

Біотехнологічні процеси за їх збудниками та сутністю поділяють на процеси бродіння та дозрівання. В харчових виробництвах широко використовують перші. Бродіння відбу­вається в середовищах, які містять цукристі речовини. В залежності від виду збудника і умов проведення бродіння може мати декілька шляхів і кінцеві продукти будуть різними. Розрізняють спиртове, молочнокисле, маслянокисле, оцтово­кисле, лимоннокисле і пропіоновокисле бродіння. Дозрівання — це складний біотехнологічний процес, в якому беруть участь ферменти сировини або внесені ферментні препарати і мікробіологічні процеси. При дозріванні зміни відбуваються не тільки у вуглеводних, а й у білкових, жирових сполуках, ор­ганічних кислотах тощо.

Мікробіологічні процеси використовують з різною метою: для виробництва певних продуктів, для утилізації відходів, для очищення стічних вод та повітря, для консервування. В найбільших масштабах мікробіологічний синтез здійснюють для виробництва потрібної продукції. Любий біотехнологічний процес складається з двох етапів: культивування мікроорганізмів та виділення і очищення цільових продуктів.

Культивування або вирощування мікробіальної біомаси в залежності від виду мікроорганізму — продуцента може здійснюватися двома способами — поверхневим або глибинним. Процес може бути періодичним і безперервним (поточним). Поверхневий спосіб вже застарів і зараз має обмежене використання. При цьому способі розчин субстрату (живильне середовище) розливається шаром 18-20 см у спеціальні плоскі кювети, які засівають чистою культурою продуцента. Для кращого до­ступу кисню шар пухкого носія (висівки, тирса) змочують субстратом і засівають продуцентом. Кювети витримують при оптимальних для мікроорганізмів умовах в спеціальних ростильних камерах. У цих умовах продуцент швидко розмножується, зростає його біомаса, витрачається субстрат і накопичується цільовий продукт. Суміш залишків субстрату, мікроорганізмів і продуктів його життєдіяльності називається культуральною рідиною. На другому етапі процесу з цієї рідини видаляють і очищують цільовий продукт. Поверхневий спосіб має просту технологію і обладнання, але він малопродуктивний, періодичний і придатний для вирощування тільки аеробної мікрофлори.

Глибинний спосіб полягає у вирощуванні мікроорганізмів в спеціальних ємкостях (ферментаторах, реакторах). Процес може відбуватися як періодично, так і безперервно (хемостатний спосіб). В останньому випадку на певній стадії вирощування в хемостат потоком додається субстрат і одночасно відводиться культуральна рідина, тобто здійснюється проток. Цим способом можна вирощувати як анаероби, так і аероби. Для цього через культуральну рідину продувають весь час очищене повітря. Регулюючи швидкість протоку, досягають стаціонарний режим процесу. Глибинний спосіб більш складний за технологією, потребує спеціального обладнання і значних витрат, зате він значно продуктивніший, дає можливість існувати і автоматизувати технологічний процес, має більш широке застосування, а тому на даний час є найбільш поширеним.

Незалежно від способу організації технологічний процес мікробіологічного синтезу має два етапи, кожен з яких включає багато стадій. Основними стадіями на етапі культивування продуценту є такі:

· Підготовка субстрату і живильного середовища;

· Зберігання вихідної (чистої) культури продуцента та приготування посівного матеріалу;

· засівання живильного середовища виробничою культурою продуцента;

· вирощування мікробіальної біомаси та проведення мікробіологічного процесу.

На другому етапі процесу здійснюється розділення культуральної рідини на складові та їх обробка з метою виділення цільових і супутніх продуктів. Цей етап включає такі техно­логічні стадії:

♦ відокремлення біомаси від культуральної рідини;

♦ дезінтеграція біомаси та розділення суспензії мікробіальних клітин;

♦ екстрагування біомаси, концентрування та очищення екстрактів;

♦ очищення та концентрування культуральної рідини;

♦ видалення цільового та супутніх продуктів, їх очищення і висушування.

Сутність мікробіологічних виробництв полягає в пере­робці певної сировини (субстрату) за допомогою мікроор­ганізмів у необхідні продукти. Для того, щоб процес був ефективним, необхідно створювати оптимальні умови для росту і життєдіяльності продуцента. Чим кращі умови, тим він більше розмножується, а чим більша його біомаса, тим швидше і повніше перетворюється субстрат, більше вихід цільового продукту. Для більшості видів мікроорганізмів важливе значення мають такі фактори, як склад і концентрація живильних речовин, температура, рН середовища, його щільність і в’язкість, наявність повітря, присутність активаторів та інгібіторів, освітлення та інші.

Склад і концентрація живильних речовин обумовлюються потребами мікроорганізмів. Для нормального розвитку мікроорганізмів у живильному середовищі повинні міститися такі елементи: вуглець, азот, фосфор, а також вітаміни, макро — та мікроелементи. Вони повинні бути у вигляді сполук доступних для засвоєння у водному середовищі, краще в гомогенному або в тонкоподрібненому стані. Джерелом вуглецю частіше за все стає вуглеводовмісний субстрат — основна перероблювана сировина: крохмаль зерна або картоплі, гідролізати клітковини, меляса. Також можуть використовуватись вуглеці природного газу, продукти переробки нафти та вугілля. Для забезпечення азотом у живильне середовище додають речовини, що їх не містить субстрат (білки, білкові гідролізати, амінокислоти, похідні амоніаку, нітрати, а також газоподібний азот.

Фосфор вводять в середовище у вигляді солей фосфорних та поліфосфорних кислот. Макроелементи (К, Мg, Са, Fе), мікроелементи (Zn, Со, Сu, Мn), вітаміни та біологічно активні речовини у вигляді водорозчинних сполук також вводятьсяв середовище. Концентрація живильних речовин та їх співвідношення її. неабияке значення. Надлишкова концентрація може мінімізувати розмноження і ріст мікроорганізмів або викликати їх плазмоліз і відмирання. Оптимальний склад живильного середовища для кожного виду продуцента встановлюється експериментально. Для того, щоб створити продуценту оптимальні умови, субстрат піддають попередній обробці, яка включає очищення, тонке подрібнення, кислотний або ферментативний гідроліз (для клітковиновмісного субстрату), клейстеризацію (для крохмалю), розведення до потрібної концентрації та інші підготовчі операції. Далі в розчин або суспензію субстрату додають живильні сполуки (білки, мінеральні речовини, вітаміни тощо) і отримують таким чином живильне середовище. В ньому встановлюють оптимальні значення температури, рН, щільності, в’язкості та інші необхідні параметри.

Паралельно з підготовкою середовища готують і посівну культуру продуцента. Мікробіальний синтез тим ефективніший, чим більш чистою є культура продуцента. Вихідною є так звана «музейна» культура, найбільш чиста культура даного виду. Її готують у спеціальних лабораторіях науково-дослідних установ або виробничих підприємств. Зберігається вона, переважно, у висушеному вигляді в стерильних умовах для запобігання інфікування дикими видами мікроорганізмів. У деяких випадках чисті культури зберігаються на спеціальних живильних середовищах. Із цієї чистої культури шляхом послідовного багатократного пересіювання на спеціальні середовища в умовах стерильності отримують необхідну кількість «виробничої» культури, яку іноді ще називають посівним матеріалом або посівною культурою.

Перед засіванням живильне середовище повинно бути простерилізовано. Якщо воно є суспензією то її попередньо гомогенізують, щоб досягти ефективної стерилізації. Гомогенізація і стерилізація можуть виконуватись в періодичному або безперервному режимі. При періодичному режимі середовище подають в ємність, яка має мішалку, а на внутрішній поверхні — ребра-відбивачі. При інтенсивному перемішуванні суспензія стає однорідною. Для нагріву і стерилізації ємність має парову рубашку і змійовик, крізь які подається гостра водяна пара. Але такий спосіб є надто довгим і потребує великих витрат енергії. Внаслідок довготривалості процесу стерилізації в середовищі відбувається частковий гідроліз, розпад ферментів, вітамінів, утворюються меланоїдини. Тому частіше використовують безперервну стерилізацію в потоці. Середо­вище подасться по трубі в нагрівач, де воно в потоці декілька секунд стерилізується при 150-160″С, потім швидко охолоджується і закачується в попередньо простерилізований гострою парою ферментатор.

Підготовлене середовище засівається посівним матеріалом, інтенсивно перемішується і витримується для культивування біомаси та перетворення нею субстрату на цільовий продукт. Якщо мікроорганізм-продуцент є аеробом і потребує для свого розвитку кисень, то через живильне середовище постійно продувають стиснене стерильне повітря. Така аерація не тільки постачає кисень в середовище, а й відводить і реактора і забезпечує постійне перемішування середовища. Для очищення від пилу та мікроорганізмів атмосферне повітря спочатку проходить фільтри (з паперу, тканин, пористихабо зернистих матеріалів, рідини), потім стискається, стерилізується і подається в ферментатор. Аерація призводить до утворення рясної піни і виносу з повітрям частини середовищау вигляді аерозолю. Для запобігання цьому в конструкції ферментатора передбачені устрої піногасіння і вловлювання.

Tagged with: , , , , , , ,
Posted in Науково-практичні основи технологіі м’яса і м’ясних продуктів
Перелік предметів:
  1. Інформаційні технологіі в галузі
  2. Інформаційні технологіі в системах якості стандартизаціісертифікаціі
  3. Історія української культури
  4. Бухоблік у ресторанному господарстві
  5. Діловодство
  6. Мікропроцесорні системи управління технологічними процесами
  7. Науково-практичні основи технологіі молока і молочних продуктів
  8. Науково-практичні основи технологіі м’яса і м’ясних продуктів
  9. Організація обслуговування у підприємствах ресторанного господарства
  10. Основи наукових досліджень та технічноі творчості
  11. Основи охорони праці
  12. Основи підприємницькоі діяльності та агробізнесу
  13. Політологія
  14. Технологічне обладнання для молочноі промисловості
  15. Технологічне обладнання для м’ясноі промисловості
  16. Технологічний семінар
  17. Технологія зберігання консервування та переробки молока
  18. Технологія зберігання консервування та переробки м’яса
  19. Технологія продукціі підприємств ресторанного господарства
  20. Технохімічний контроль
  21. Технохімічний контроль
  22. Управління якістю продукціі ресторанного господарства
  23. Вища математика 3к.1с
  24. Вступ до фаху 4к.2с.
  25. Загальні технології харчових виробництв
  26. Загальна технологія харчових виробництв 4к.2с.
  27. Мікробіологія молока і молочних продуктів 3к.1с
  28. Математичні моделі в розрахунках на еом
  29. Методи контролю харчових виробництв
  30. Основи фізіології та гігієни харчування 3к.1с
  31. Отримання доброякісного молока 3к.1с
  32. Прикладна механіка
  33. Прикладна механіка 4к.2с.
  34. Теоретичні основи технології харчових виробництв
  35. Технологія зберігання, консервування та переробки м’яса
  36. Фізика
  37. Харчові та дієтичні добавки
  38. Фізичне виховання 3к.1с

На русском

  1. Методы контроля пищевых производств
  2. Общая технология пищевых производств
  3. Теоретические основы технологий пищевых производств
  4. Технология хранения, консервирования и переработки мяса
LiveInternet