Использование продуктов микробного синтеза для пищевых целей

 

	МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ ФГБОУ ВПО МГАВМиБ Факультет ветеринарной медицины Кафедра биотехнологии	Реферат

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

 «Использование продуктов микробного синтеза для пищевых целей»

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка 4 курса 9 группы

факультета ветеринарной медицины

Прыгина Юлия Михайловна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва  2014

Содержание:

1. Введение.
2. Биотехнология производства продуктов питания и напитков.

- функциональные пищевые  продукты

- ферментация овощей

- биотехнологии в производстве  чая, кофе

- производство сыра

3. Технология производства алкогольных напитков, сахарозаменителей, соков, кислот, водорослей

- технология производства  алкогольных напитков

- соки

- пиво

- технология производства  сахарозаменителей

- съедобные водоросли

- уксусная кислота

- лимонная кислота

- молочная кислота

Введение.

Биотехнология - это производство необходимых человеку продуктов и биологически активных соединений с помощью живых организмов, культивируемых клеток и биологических процессов.

С незапамятных времен биотехнология применялась преимущественно в пищевой и легкой промышленности, а именно -- в виноделии, хлебопечении, сбраживании молочных продуктов, при обработке льна, кож и т.д., т.е. в процессах, основанных на применении микроорганизмов. В последние десятилетия возможности биотехнологии необычайно расширились.

Объектами биотехнологии служат вирусы, бактерии, протисты, дрожжи, а также растения, животные или изолированные клетки и субклеточные структуры (органеллы).

Основная цель биотехнологии - промышленное использование биологических процессов и агентов на основе получения высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и животных с заданными свойствами. Биотехнология возникла на стыке биологических, химических и технических наук.

Биотехнологический процесс - включает ряд этапов: подготовку объекта, его культивирование, выделение, очистку, модификацию и использование продуктов.

I. Биотехнология производства продуктов  питания и напитков

Функциональные пищевые продукты

Со временем становится все более очевидным, что существует самая тесная связь между продуктами питания и здоровьем человека. Неоднократно было доказано, что пищевые продукты или их отдельные компоненты могут быть единственной причиной многих патологий. Новые технологические подходы к производству пищевых продуктов дают возможность связать научные новшества массового производства пищевых продуктов с возможностью получения полноценной и здоровой пищи. Тесная взаимосвязь между здоровьем и пищевыми продуктами дала начало новому течению в производстве пищевых продуктов - "функциональной пище". Идея употребления здоровой пищи не нова. В 1950-х гг. была предложена идея пересмотра состава пищевых продуктов. Помимо этого, революционный лозунг 1960-х гг. "Назад к природе!" - вызвал значительные изменения в составе ингредиентов пищевых продуктов. Значительно уменьшилось содержание жиров, холестерола, сахара и соли. Снизился калорийный уровень пищевых продуктов. Подобным принципом руководствовались организации, производящие пищевые продукты до 1980-х гг. Сегодня подход к пищевым продуктам опять претерпел изменения. По современным представлениям, пища должна быть не только здоровой, но и функциональной, что подразумевает ее целенаправленное влияние на организм.

По мировым масштабам Япония является лидером по производству функциональных пищевых продуктов. В этой стране производство пищевых продуктов строго контролируется, хотя выпуском их заняты больше сотни специализированных компаний. Интересно, что более 70% производимой продукции -- напитки, а остальное -продукты разного вида. Использование функциональной пищи служит двум целям: в нужном количестве дать организму метаболически необходимые пищевые компоненты и защитить его от возможных заболеваний. Поскольку в производстве новых пищевых продуктов используются только нетоксичные и непатогенные натуральные компоненты, становится необходимым изыскание соответствующих источников для их массового производства. Роль биотехнологии заключается в получении экологически чистой функциональной пищи или корма в массовом количестве. С помощью биотехнологии (ферментативный катализ, культивирование микроорганизмов, культивирование растительных и животных клеток) возможно быстрое решение проблемы как массового производства пищевых продуктов, так и получения различных функционально важных ингредиентов.

Первыми продуктами, приготовленными с помощью микробных ферментов, были, по всей вероятности, пиво и сыр. Ферменты микроорганизмов или технологии, основанные на использовании самых микроорганизмов, представляют важнейший сектор современной пищевой промышленности. Сегодня производство пищевых продуктов является самой распространенной сферой промышленности и по обороту составляет 20-25% бюджета практически любой страны. Производство высококачественной продукции определяется многими факторами, среди которых важнейшими являются качество семян, порода животных, качественные показатели селективно подобранных многолетних растений и др. Стабильный коммерческий оборот пищевых продуктов в первую очередь связан с качеством сельскохозяйственной продукции. Связь между сельским хозяйством и потребителем продукции осуществляется через пищевую промышленность. Задача последней - произвести из сельскохозяйственного сырья продукты с высокой пищевой ценностью, привлекательные внешне, с хорошим вкусом и ароматом.

По оценке специалистов, исследования (в том числе и патенты), связанные с получением новых пищевых продуктов, не превышают 2% от себестоимости продукции. Как правило, продукция производится в большом объеме и, исходя из интересов потребителя, имеет низкую цену. Современные методы биотехнологии дают возможность массового производства отдельных пищевых компонентов, например таких, как пищевые органические и аминокислоты, которые широко применяются при производстве продуктов и напитков. Эти продукты имеют среднюю цену. Дорогостоящие пищевые компоненты, производимые в меньшем количестве, это: белки высокой чистоты и белки исключительного аминокислотного профиля, биологически активные пищевые добавки, заменители сахара, ароматизаторы и др.

Предполагается, что в ближайшем будущем пищевая промышленность найдет свое развитие в увеличении урожайности растений, повышении продуктивности микроорганизмов и животных. Этого можно достичь с помощью всех способов (классическая селекция, мутагенез, клеточная и генная инженерия) и без унификации увеличится производственный потенциал отрасли, улучшится качество продуктов питания, будет обеспечена их высокая экологическая чистота. Значительные изменения ожидаются в результате внедрения генной инженерии в технологию производства пищевых продуктов. Использование трансгенных высокоурожайных, стойких к заболеваниям и быстрорастущих растений, микроорганизмов и животных может дать начало новым направлениям отрасли. Современная биотехнология тесно связана со всеми отраслями пищевой промышленности, начиная с качественного улучшения организмов, участвующих в технологических процессах, и кончая качеством пищевых продуктов. Ожидается активное вмешательство биотехнологии в процессы, которые связаны с брожением. Пищевые продукты (хлеб, сыр, кефир, йогурт), напитки (вино, пиво, коньяк, бренди, виски, саке, водка), овощные соленья (полученные ферментативным путем) в результате многочисленных биохимических реакций превращаются в легкоусвояемые пищевые компоненты с улучшенными вкусовыми качествами и высокой стойкостью к микробным загрязнителям. Если к этому добавить и современные возможности, связанные с такими процессами, как культивирование микроорганизмов в гигантских реакторах (500-1000 м3), мембранная фильтрация, производственная сепарация, селективная лучевая обработка продуктов и современная, основанная на ферментных превращениях, биохимическая инженерия, станет ясно, что продиктованная временем модернизация отрасли уже начата и все больше ускоряет темпы. Превращения, происходящие в процессе производства пищевых продуктов, представляют собой естественные биологические процессы и протекают с помощью ферментов. С другой стороны, для ускорения или усовершенствования технологических процессов в реакционную среду искусственно вводят ферменты.

 

Ферментация овощей.

В одном из древнейших методов консервирования овощей, основанном на действии ферментов, используется рассол, в котором присутствуют молочнокислые бактерии. Роль консервантов здесь выполняют поваренная соль и молочная кислота. Во многих странах этот метод применяют в производственных масштабах. В частности, капуста, огурцы, другие овощи и маслины консервируются в рассоле с помощью брожения. Иногда овощи требуют предварительной обработки. Например, до помещения маслин в 18%-й рассол их обрабатывают гидроксидом натрия для удаления терпкого вкуса, вызванного присутствием глюкозида - олеорупеина. В рассоле овощи подвергаются последовательному воздействию разных микроорганизмов. На начальном этапе благодаря наличию кислорода в ферментационной среде развивается аэробная микрофлора. Несмотря на это, довольно быстро развиваются молочнокислые бактерии и дрожжи, в результате образуются молочная и уксусная кислоты. На последней стадии брожения создаются более благоприятные условия для преимущественного развития дрожжей. Брожение заканчивается при исчерпании сбраживаемых углеводов. Для регулирования процесса брожения вместо спонтанно размножающейся микрофлоры стали использовать чистые культуры -- бактерии молочнокислого брожения. Точное соблюдение температуры (7,5 °С) и концентрации соли (2,25%) дает возможность получить соленые (отброженные) овощи высокого качества.В результате брожения овощи обогащаются метаболитами, которые придают им соответствующий вкус и аромат. В то же время при брожении пища обогащается белковыми соединениями. География пищевых продуктов, полученных молочнокислым брожением, имеет явную ориентацию на Восток, например соленая рыба - чисто восточная еда.

 

Биотехнологии в производстве чая, кофе

В странах Восточной Азии, Африки и Латинской Америки безалкогольные ферментированные напитки готовят из чайных и кофейных растений. В восточных странах с незапамятных времен чай использовали в качестве бодрящего напитка, однако технология производства чая была разработана лишь в XX в. Разнообразие чайного продукта зависит от вида растений и технологии переработки листа. Известны три технологии приготовления чая - черного, зеленого и находящегося между ними по степени окисленности дубильных веществ желтый чай. Готовый чай по степени ферментации делится на следующие категории:

- неферментированный чай, в котором степень окисления  дубильных веществ (катехинов) не  превышает 12%;

- слабоферментированный  чай, степень окисления дубильных  веществ - до 12-30%;

- ферментированный чай, степень окисления дубильных веществ - в пределах 35-40%.

Каждая категория готовой продукции по степени окисления, в свою очередь, делится на более мелкие группы. Неферментированный - это зеленый чай. Для инактивации окислительных ферментов сырье фиксируют водяным паром и горячим влажным воздухом. В результате на следующих стадиях переработки в чайном листе не происходят процессы ферментативного окисления.

Чай второй категории - слабоферментированный, подвергается частичной ферментации; к нему относятся: желтый, оолонг (красный) и черный чай.

Если во время производства зеленого чая основной задачей является сохранение катехинов в нативном состоянии, то во время производства ферментированного черного чая стараются максимально окислить комплекс катехинов в чайном листе. Черный чай, приготовленный по указанной технологии, характеризуется интенсивным настоем и специфическим ароматом.

Для получения черного чая свежесобранные листья подвергают следующим технологическим операциям: завяливанию, скручиванию, ферментации и сушке. Завяливание является важным технологическим этапом, при котором происходят основные биохимические изменения в чайном листе, определяющие вкус и образование ароматических соединений во время процесса скручивания и ферментации. Во время скручивания чайного листа повреждается структура и нарушается целостность клетки, в результате обеспечивается контакт окислительных ферментов и их субстратов. В чайном листе ферментация осуществляется за счет эндогенных ферментов. Этим производство чая отличается от многих других процессов пищевой промышленности, где ферменты добавляют искусственно. В технологическом цикле производства чая ферментация является центральным процессом, от которого в значительной степени зависит качество готовой продукции.

 

Производство сыра.

Молоко было, одним из первых продуктов, претерпевших микробиологическую переработку естественным образом. Это происходит за счет того, что в молоке легко размножаются бактерии и оно скисает. В этом процессе один из основных этапов - превращение молочного сахара - лактозы в молочную кислоту. На протяжении тысячелетий усовершенствовался процесс спонтанного скисания молока, результатом чего явилась разработка технологии получения сыра и других продуктов молочнокислого брожения.

Для производства сыра в молоко вносят культуру бактерий, род и вид которых зависит от типа производимого сыра.Размножение молочнокислых бактерий при скисании молока - это важный технологический процесс, так как они подавляют размножение других бактерий и тем самым обусловливают требуемые вкусовые качества и аромат сыра. Молочнокислые бактерии положительно влияют на желудочно-кишечную микрофлору. После внесения бактерий молоко инкубируют при определенной температуре и в результате оно скисает. Для углубления этого процесса -- гидролиза белка, искусственно вносят протеолитический фермент, называемый сычужным ферментом или ренином. Ренин образуется в сычуге - в четвертом отделении желудка ягненка или теленка, вскормленных молоком. С возрастом организм животных вместо сычужного фермента вырабатывает другие протеолитические ферменты, с другой субстратной специфичностью, не вызывающие образования сыра.Производство сычужного фермента в мировом масштабе составляет 25 млн. л. Несмотря на это, сычужный фермент является дефицитным и лимитирующим компонентом в технологии производства сыра. В результате многочисленных поисков получен протеолитический фермент микробного происхождения с аналогичной сычужному ферменту субстратной специфичностью. Этот фермент частично восполнил дефицит сычужного фермента. Другая значительная биотехнологическая новизна заключается в клонировании гена ренина в одну из культур мицелиальных грибов. Это позволило получить абсолютный аналог сычужного фермента. Для промышленных целей сычужный фермент получают из животных организмов (ягнят, телят, поросят) и из культур грибов.