Исследование процесса ферментации творожной сыворотки

1

• Авторы
• Файлы

Ожиганова Е.В. Бурыкина И.М. Статья в формате PDF 121 KB Требования последних десятилетий предъявляют высокие требования к обеспечению экологической безопасности промышленных предприятий, в том числе молочных заводов. В настоящее время главное внимание обращается на разработку безотходных и ресурсосберегающих технологий, экологически чистых производств.

Традиционные способы переработки молока, основанные на процессах биотехнологии (сквашивание, ферментация) и применении химических реагентов (кислот, щелочей, солей), приводят к образованию подсырной, творожной и казеиновой сыворотки. Постоянно растущий объем производства молочной сыворотки, ее пищевая и биологическая ценность обуславливает необходимость поиска прогрессивных способов ее промышленной переработки.

Основная масса молочной сыворотки используется нерационально, что обуславливает необходимость изыскания новых возможностей ее переработки. В нашей стране накоплен большой опыт промышленной переработки и использования молочной сыворотки в различных отраслях промышленности.

Объем  молочной сыворотки  на  предприятиях молочной промышленности составляет до 75% от общего количества молока переpaбатываемого на сыр и творог. Биологическая ценность молочной сыворотки обусловлена содержащимися в ней белковыми азотистыми соединениями, углеводами, липидами, минеральными солями, витаминами, органическими кислотами, ферментами, иммунными телами и микроэлементами.

В сыворотку переходит почти половина общего количества сухих веществ молока и 36 % его питательных веществ.

Несмотря на высокую пищевую и биологическую ценность, натуральная молочная сыворотка не находит широкого применения из-за неустойчивости к микробному воздействию (брожение, скисание) и трудностей, связанных с ее трaнcпортировкой.

В настоящее время большая часть сыворотки в необработанном виде используется для кормления сельскохозяйственных животных. Установлено, что при скармливании необработанной молочной сыворотки у животных часто наблюдаются желудочно-кишечные расстройства, обусловленные присутствием значительного количества лактозы.

Обработка же сыворотки ферментами с целью расщепления лактозы исключает возможность возникновения у животных заболеваний, связанных с лактазной непереносимостью.

В основу предлагаемой технологии положен биологический способ обработки сыворотки, позволяющий расщеплять лактозу с получением более усвояемых моносахаридов - глюкозы и галактозы.

Наиболее часто гидролиз лактозы проводят с помощью фермента β - галактозидазы. Предложенная нами технология переработки сыворотки предполагает проведение гидролиза лактозы с помощью фермента, образуемого специально подобранным штаммом термофильного стрептококка, являющегося активным продуцентом β - галактозидазы. Продуценты внутриклеточной β - галактозидазы являются наиболее перспективными, так как в этом случае отпадает необходимость в разрушении клеточной стенки микроорганизмов.

Большинство штаммов заквасочных культур обладают избирательной ферментативной активностью по отношению к лактозе, однако ее фактическое расщепление происходит в незначительной степени. Гидролиз лактозы нередко вызывает дальнейший рост этих культур.

Для проведения гидролиза лактозы в молочной сыворотке были выбраны штаммы Streptococcus thermophilus, обладающие высокой β-галактозидазной активностью (уровень активности от 12 500 до 15 000 ед/мг белка). В результате эксперимента для дальнейшей работы выделен высокоактивный штамм Str. thermophilus В -5392. Клетки этих микроорганизмов выделяют фермент в культуральную жидкость (сыворотку), где он накапливается и используется для гидролиза лактозы. Применяемый штамм Str. Thermophilus использует в качестве источника углерода лактозу, утилизируя галактозную половину молекулы лактозы, при этом глюкоза секретируется в среду.

Использование при сквашивании штаммов Lactobacillus acidophilus повышает антогонистическую активность продукта, увеличивает срок хранения продукта за счет ингибирующего действия Lactobacillus acidophilus и образованных ими метаболитов. Кроме того, ацидофильная палочка способна создавать в желудочно-кишечном тpaкте условия, нeблагоприятные для развития патогенных микроорганизмов.

Для обеспечения оптимальных условий развития микроорганизмов закваски необходимо было снизить уровень кислотности творожной сыворотки. На пpaктике для нейтрализации сыворотки используются различные химические вещества (растворы аммиака, гидроксида натрия и др.).

Поддержание постоянного значения рН среды в процессе роста предотвращает падение активности развития микроорганизмов. При постоянном значении рН среды происходит накопление свободной (внеклеточной) β-галактозидазы.

Для сквашивания сыворотки использовали закваску термофильного стрептококка Str. thermophilus и ацидофильной палочки Lactobacillus acidophilus в количестве (3-5) % от объема сыворотки.

Ранее был проведен подбор раствор для нейтрализации (раскисления) сыворотки и был выбран раствор питьевой соды (гидрокарбоната натрия), он является химически безопасным и доступным. Пищевая сода - вещество традиционно используемое в пищевой промышленности. Выбранная концентрация раствора пищевой соды позволяет качественно провести нейтрализацию до рН (6,5±0,5) перед началом процесса ферментации.

Процесс ферментации сыворотки связан с накоплением в ней молочной кислоты, которая тормозит развитие молочнокислых микроорганизмов.

Таблица 1. Изменение рН и общего количества молочнокислых микроорганизмов в процессе ферментации творожной сыворотки

Образец	Продолжительность ферментации, ч	рН	Кол-во молочнокислых микроорганизмов, К.О.Е. в 1 см3
Опыт: ферментация творожной сыворотки при постоянном раскислении	2	6,4±0,2	5,2 х 10 8
	4	6,6±0,1	8,4 х 10 8
	6	6,2±0,2	4,6 х 10 9
Контроль: ферментация творожной сыворотки без постоянного раскисления	2	6,4±0,2	5,4 х 10 8
	4	5,7±0,2	4,8 х 10 8
	6	5,0±0,1	9,2 х 10 7

В опытном образце при создании благоприятных условий для развития молочнокислых микроорганизмов происходит логарифмический рост количества молочнокислых микроорганизмов. В то время, как в контрольном образце нарастание титруемой кислотности и снижении рН тормозит развитие лактобактерий, а следовательно снижается количество выpaбатываемой βгалактозидазы, а значит процесс гидролиза лактозы и накопления глюкозы и галактозы идет медленнее.

Отличительной особенностью предлагаемой нами технологии является то, что для более полного гидролиза лактозы ферментацию проводили при постоянном раскислении сыворотки. При снижении в процессе сквашивания рН до 5,5-6 проводили дополнительную нейтрализацию 10%-ым раствором пищевой соды.

Процесс ферментации считали законченным,если в течение 30 мин не происходит изменения рН, это свидетельствует об окончании процесса накопления биомассы молочнокислых микроорганизмов, а значит и процесса гидролиза лактозы.

В предложенной технологии ферментация сыворотки под действием молочнокислых микроорганизмов  осуществляли  при  постоянном значении температуры (40±5) °С. Выбранный процент внесения закваски обеспечивает достижение полного гидролиза лактозы за 4-6 часов сквашивания.

Количество лактозы в свежей сыворотке составило  -  3,5±0,3%,  в ферментированной 1,3±0,2%.

Углеводы являются важным питательным компонентом готового ферментированного продукта. В отличие от других продуктов на основе сыворотки, где очень высока концентрация лактозы, основными углеводными компонентами данного продукта являются продукты гидролиза лактозы - глюкоза и галактоза, которые очень легко усваиваются организмом животных. В ходе реакции молочной кислоты с гидрокарбонатом натрия образуется лактат натрия, присутствие которого в продукте также способствует лучшему усвоению основного корма.

---