Изучение физико-химических и биохимических процессов при производстве напитков из пахты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

пахта молочный белок фермент

Современные тенденции научно-технического прогресса молочной отрасли АПК РФ в рамках приоритетного направления «технологии живых систем» предусматривают широкое применение биологических процессов переработки сельскохозяйственного сырья, химического и биологического синтеза пищевых веществ и биологических средств питания и защиты животных. Особую значимость данной концепции придает необходимость расширения ассортимента за счет создания новых видов молочных продуктов из молочного белково-углеводного сырья с заданными составом и свойствами, характеризующихся высоким качеством и биологической ценностью [5].

В процессе промышленной переработки молока на масло получают побочный продукт - пахту, так называемое "вторичное молочное сырье". По своим биологическим свойствам вторичное молочное сырье не уступает цельному молоку. В цельном и обезжиренном молоке, а также в пахте содержится одинаковое количество белков (азотистых веществ) - 3,2%, лактозы - 4,7% и минеральных веществ - 0,7%, в молочной сыворотке - соответственно 0,8; 4,8 и 0,5%. Наиболее ценными компонентами вторичного молочного сырья являются белки, молочный жир, углеводы, минеральные соли. В нем содержатся также витамины, ферменты, органические кислоты и другие вещества, которые переходят из молока.

В настоящее время большое внимание уделяется более полноценному и рациональному использованию всех составных частей молока в процессе его промышленной переработки [6].

Промышленная переработка молока на принципах безотходной технологии, полное извлечение всех компонентов, рациональное использование промежуточных и побочных продуктов, снижение нормативных потерь и исключение неиспользованных отходов являются важнейшими резервами увеличения объемов вырабатываемой молочной продукции и повышения эффективности производства. Безотходная технология обеспечивает исключение загрязнения окружающей среды. Рассматривая ее в рамках агропромышленного комплекса, следует подчеркнуть необходимость повышения товарности молока и сохранения его качества по всей технологической цепи: получение - промышленная переработка - хранение - использование.

Целью данной работы является изучение физико-химических и биохимических процессов при производстве напитков из пахты. Знание химических изменений, происходящих в сырье при его переработке, а так же при развитии в нем посторонней технически вредной микрофлоры, позволяет успешнее вести борьбу с возбудителями пороков молочных продуктов и предупредить их возникновение.

Основными задачами, стоящими перед осуществлением вышеизложенной цели являются:

- изучение физико-химический свойств пахты;

- изучение изменений составных частей пахты в процессе ее переработки.



1. Физико-химические свойства пахты

При производстве 1 т сливочного масла получают до 20 т обезжиренного молока и 1,5 т пахты. Общие ресурсы молочного белково-углеводного сырья в России составляют около 70% от объемов перерабатываемого молока и по расчетам достигают ежегодно 15-20 млн. т, что требует специального подхода к организации их промышленной переработки и является основой для создания безотходных производств по законченному или замкнутому технологическим циклам [8]. Анализ структуры переработки вторичных сырьевых ресурсов молочной промышленности показывает, что для предприятий отрасли задачи полного и рационального использования всех компонентов молока в настоящее время являются наиболее актуальными. Знание состава и свойств вторичного сырья и путей его использования может помочь инженерно-техническим работникам предприятий найти доступные и экономически целесообразные способы его переработки. Образуется на стадиях сбивания или сепарирования сливок при производстве сливочного масла методами сбивания или преобразования высокожирных сливок, и представляет собой их жидкую не сбиваемую часть. Органолептические показатели пахты-сырья, вне зависимости от метода производства масла, должны соответствовать специальным техническим условиям (таблица 1) [11]. Средний ее состав показан ниже (таблица 2). По физико-химическим показателям пахта должна отвечать следующим требованиям (таблица 3).

Таблица 1 - Органолептические показатели пахты

Показатели	Характеристика пахты, полученной при выработке масла
	сладкосливочного	кислосливочного
Вкус и запах	Молочный, свойственный пахте, допускается слабо кормовой	Кисломолочный, характерный для пахты, допускается слабо кормовой
Внешний вид	Однородная жидкость, без осадка и хлопьев
Цвет	От белого до слабо-желтого



Таблица 2 - Состав пахты

Наименование компонентов	Содержание компонентов в пахте, %
	метод сбивания	метод преобразования ВЖ сливок
	периодический	непрерывный
Жир	0,5	0,7	0,5
Белок	3,2	3,2	2,9
Лактоза	4,7	4,7	4,8
Минеральные соли	0,7	0,7	0,6

Белки пахты, как и цельного молока, представлены казеинами и сывороточными белками: казеин - 2,7-2,9%, лактоальбумины - 0,4%, лактоглобулины - 0,1-0,35%.

Таблица 3 - Физико-химические показатели пахты

Наименование показателей	Норма для пахты
	сладкой, получаемой при изготовлении масла методом:	Кислой получаемой при изготовлении масла методом сбивания сливок в маслоизготовителях
	преобразования ВЖ сливок	сбиванием сливок в маслоизготовителях	непрерывного действия	периодического действия
		непрерывного действия	периодического действия
Массовая доля жира, %, не более	0,4	0,7	0,4	0,7	0,4
Массовая доля сухих веществ, %, не более	8,0	8,0	8,0	8,0	8,0
Плотность, кг/, не менее	1027	1027	1027	1027	1027
Кислотность, ? Т, не более	19,0	19,0	19,0	40,0	40,0
Температура при выпуске с предприятия,? С, не более	6,0	6,0	6,0	_	_



В пахту переходит значительное количество фосфолипидов и 17-21% холестерина. Их здесь в 1,4 раза больше, чем в цельном молоке и в 11 раз больше, чем в обезжиренном. По мнению ряда исследователей, в состав фосфолипидов входят нейтральные липиды и фосфатидные кислоты: фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин, фосфатидлинозитол, сфингомиелин, лизофосфатидилхолин и фосфатидилхолин. На долю холинсодержащих соединений приходится от 42 до 52% от общего количества фосфолипидов [8].

Пахта обогащается летучими жирными кислотами: муравьиной, уксусной, пропионовой и масляной, а также кислотами с коньюктированными связями: диеновыми, триеновыми и тетраеновыми. Их содержание зависит от способа сбивания. В количественном отношении летучие жирные кислоты в сливках, масле и пахте распределяются следующим образом: уксусная кислота, которая является во всех продуктах доминирующей, составляет 55,37-85,24%, масляная кислота - 7,18-39,40%, муравьиная - 2,62-10,71% и пропионовая кислота - 0,47-0,77%.

Содержание жирных кислот с коньюгированными связями колеблется в пахте от 0,93 до 1,60%. Основными из них являются диеновые. На долю триеновых и тетраеновых жирных кислот, как в масле, так и в пахте, приходится всего 0,036 и 0,0031%, соответственно. Наименьшим содержанием полинепредельных жирных кислот обладают липиды пахты (0,93%). Более полноценным является продукт, полученный при выработке масла (особенно - кислосливочного) методом сбивания периодическим способом.

Жир пахты выгодно отличается от жира сливочного масла. Если в последнем преобладают олеиновая, пальмитиновая, миристиновая и стеариновая жирные кислоты, образующие атерогенный комплекс, то в жире пахты представлены высокоценные в биологическом отношении линолевая, линоленовая и арахидоновая, обладающие антисклеротическими свойствами. Эти полиненасыщенные жирные кислоты образуют биологический комплекс, который участвует в нормализации жирового и холестеринового обменов, а также способствует укреплению стенок сосудов.

Пахта может служить источником высокоценного молочного белка, содержащего аминокислоты, обладающие липотропными свойствами (метионин, цистин и др.). Биологические свойства белков пахты особенно эффективно проявляются в сочетании с комплексом присутствующих в ней витаминов В₁, В₂, В₁₂, С, Е, пантотеновой кислоты и др. Здесь содержится до 5% лактозы, участвующей в нормализации процессов брожения в кишечнике, что предупреждает интенсивное развитие гнилостных процессов и аутоинтоксикации в результате всасывания продуктов гнилостного распада. Пахта содержит полный комплекс минеральных веществ, в том числе все микроэлементы, имеющиеся в цельном молоке. таким образом, ее можно отнести к продуктам высокой биологической ценности. Вместе с тем, следует констатировать, что наши знания о ценности пахты, ее целебных качествах поверхностны и недостаточны. Ее потенциал как лечебно-профилактического продукта наверняка значительнее наших представлений [10].

Пищевая и биологическая ценность пахты обусловливает необходимость ее полного сбора и использования исключительно для производства продуктов питания. Основные направления ее промышленной переработки можно сформулировать следующим образом. Пахту от сладкосливочного масла, полученную методом сбивания и преобразования высокожирных сливок, желательно использовать при:

- нормализации цельномолочной продукции, производстве напитков, в т.ч. кисломолочных и с наполнителями;

- производстве белковых продуктов (творог, сыр);

- производстве сгущенной и сухой пахты;

- выделении компонентов пахты ультрафильтрацией.

Пахту от кислосливочного масла используют по тем же направлениям, за исключением сгущения и сушки, что связано с повышенной кислотностью исходного сырья.

Ассортимент продуктов из пахты насчитывает несколько десятков наименований (более 50) и постоянно расширяется. Поиск в этом направлении не закончен, особенно для продуктов на основе ультрафильтрации и микробиологического синтеза [5].



2. Изменение составных частей пахты в процессе его переработки

Пахту, полученную при производстве сливочного масла методом сбивания и преобразования высокожирных сливок, широко используют для нормализации молока по жиру и белку. При этом производимая продукция обогащается липидами и белковым комплексом оболочек жировых шариков молока. Расчеты по нормализации ведут, исходя из фактического содержания жира в пахте, что исключает необходимость ее сепарирования и позволяет снизить сверхнормативные потери жира при производстве сливочного масла с реализацией безотходной технологии. В результате научно-производственных опытов и наблюдений было установлено, что пахта, используемая для нормализации, должна иметь кислотность не выше 19°т, а плотность - не ниже 1027 кг/м³. При этом выпускаемая продукция обогащается липидами и белковым комплексом молока оболочек жировых шариков.

При производстве большинства напитков из пахты в нее вносят специально подобранные штаммы молочнокислых, пропионово-кислых бактерий и дрожжей. В результате жизнедеятельности микроорганизмов происходит глубокий распад молочного сахара, липидов и белков пахты с образованием многочисленных химических соединений. Кроме того, бактериальные ферменты и ферменты пахты катализируют разнообразные химические реакции, протекающие в процессе хранения кисломолочных напитков. Ферментативные реакции часто являются причиной порчи молочных продуктов.

2.1 Брожение молочного сахара

В основе изготовления целого ряда кисломолочных продуктов лежат процессы глубокого распада молочного сахара под действием микроорганизмов, называемые брожением. Вместе с тем процессы брожения сахара могут быть причиной порчи молочных продуктов (излишняя кислотность, вспучивание творога, сметаны, сыра и т. д.). Существует несколько типов брожения лактозы, различающихся составом конечных продуктов [9].

Все типы брожения до образования пировиноградной кислоты идут с получением одних и тех же промежуточных продуктов и по одному и тому же пути. Дальнейшие превращения пировиноградной кислоты могут идти в разных направлениях, которые будут определяться специфическими особенностями данного микроорганизма и условиями среды. Конечными продуктами брожения могут быть молочная, пропионовая, уксусная, масляная кислоты, спирт и другие соединения.

Начальным этапом всех типов брожения является расщепление молочного сахара на глюкозу и галактозу под влиянием фермента лактазы (a-

галактозидазы). Далее брожению подвергается глюкоза.

2.1.1 Молочнокислое брожение

Молочнокислое брожение является основным процессом при изготовлении заквасок, сыра и кисломолочных продуктов, а молочнокислые бактерии - наиболее важной группой микроорганизмов для молочной промышленности. При молочнокислом брожении каждая молекула пировиноградной кислоты, образующаяся из молекулы глюкозы, восстанавливается с участием окислительно-восстановительного фермента лактатдигидрогеназы до молочной кислоты [4].



В результате из одной молекулы лактозы образуются четыре молекулы молочной кислоты [9].

Наряду с молочной кислотой могут образовываться и побочные продукты брожения.

Молочнокислые бактерии по характеру продуктов сбраживания глюкозы относят к гомоферментативным или гетероферментативным. Гомоферментативные бактерии, как показывает их название, образуют главным образом молочную кислоту (более 90 %) и лишь незначительное количество побочных продуктов. Гетероферментативные бактерии около 50 % глюкозы превращают в молочную кислоту, а остальное количество - в этиловый спирт, уксусную кислоту и СO2. Однако провести резкую границу между гомо- и гетероферментативными молочнокислыми бактериями по образующимся продуктам брожения иногда бывает трудно. Так, отмечены факты образования отдельными штаммами гомоферментативных молочнокислых бактерий от 8 до 30 % побочных продуктов, а гетероферментативные бактерии под воздействием ряда факторов могут вести себя как гомоферментативные.

2.1.2 Спиртовое брожение

Спиртовое брожение глюкозы имеет место при выработке кефира, кумыса, курунги и других кисломолочных продуктов.

Возбудителями спиртового брожения являются дрожжи.

При спиртовом брожении пировиноградная кислота под действием фермента пируватдекарбоксилазы, катализирующего отщепление углекислого газа, расщепляется на уксусный альдегид и углекислый газ [2].

Уксусный альдегид с участием окислительно-восстановительного фермента алкогольдегдрогиназы восстанавливается в этиловый спирт.

СН3СНО+2Н > СН3СН2ОН

уксусный альдегид этиловый спирт

Суммарноспиртовое брожение лактозы можно представить в следующем виде:

C12H22O11+H2O >4CH3CH2OH+4CO2

Кроме этанола и углекислоты дрожжи могут образовывать в небольшом количестве другие спирты (изобутиловый, пропиловый, глицерин и др.), уксусную, пропионовую и янтарную кислоты, а также ацетоин и диацетил.

2.1.3 Пропионовокислое брожение

Возбудителем брожения являются пропионовокислые бактерии (Propionibacterium), которые превращают глюкозу или молочную кислоту в пропионовую и уксусную кислоты. Одновременно образуется небольшое количество янтарной кислоты. Если брожение начинается с глюкозы, то процесс до образования пировиноградной кислоты идет аналогично гомоферментативному молочнокислому брожению. Если же брожению подвергается молочная кислота, то путем дегидрирования (с помощью лактатдегидрогеназы) она также превращается в пировиноградную кислоту. В дальнейшем одна часть пировиноградной кислоты подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием уксусной кислоты [3].

Другая часть пировиноградной кислоты путем карбоксилирования (при участии карбоксилтрансферазы) превращается в щавелевоуксусную кислоту. Далее щавелевоуксусная кислота восстанавливается в яблочную, которая в свою очередь восстанавливается в янтарную кислоту. Янтарная кислота превращается в пропионил, который расщепляется с образованием пропионовой кислоты.

Суммарное уравнение пропионовокислого брожения глюкозы (если одна треть молекул глюкозы превращается в уксусную кислоту, а две трети - в пропионовую) имеет следующий вид:

Пропионовокислое брожение углеводов и молочной кислоты играет важную роль в процессе созревания твердых сыров с высокой температурой второго нагревания [3].

2.1.4 Маслянокислое брожение

Брожение происходит в молочных продуктах под действием масляно-кислых бактерий (Cl. butyricum и др.), сбраживающих как глюкозу, так и молочную кислоту. Известно несколько типов маслянокислого брожения, различающихся образуемыми продуктами. Так, конечными продуктами одного из типов брожения являются масляная и уксусная кислота, углекислота и водород:

При другом типе маслянокислого брожения наблюдается образование бутилового и изопропилового спиртов или этанола и ацетона.

Таким образом, в процессе маслянокислого брожения наряду с масляной кислотой образуется ряд побочных веществ, часто обладающих резким, неприятным запахом, а также большое количество газов. Маслянокислое брожение - нежелательный процесс в молочной промышленности; продукты жизнедеятельности масляно-кислых бактерий являются причиной появления в кисломолочных продуктах неприятного вкуса, запаха [4].

Помимо этих форм брожения молочного сахара, некоторые бактерии расщепляют его с образованием ароматических веществ, придающих молочным продуктам специфический запах например диацетил, ацетоин и ацетальдегид.

От их содержания и количественного соотношения во многом зависят специфические вкус и запах кисломолочных продуктов. Поэтому особое внимание следует уделить механизму их образования микроорганизмами заквасок.

2.2 Образование ароматических веществ микроорганизмами заквасок

2.2.1 Механизм образования ацетальдегида

Ацетальдегид относится к продуктам метаболизма различных микроорганизмов: молочнокислых бактерий (стрептококков, лактобактерий, лейконостоков), пропионово-кислых, уксуснокислых, бактерий группы кишечной палочки и дрожжей.

Молочнокислые бактерии образуют ацетальдегид в основном из углеводов. Его предшественниками могут быть также аминокислоты, нуклеиновые кислоты и фосфолипиды. Главными источниками ацетальдегида в заквасках, кисломолочных продуктах, сыре следует считать промежуточные продукты брожения глюкозы -- пируват и ацетилфосфат Культуры молочнокислых бактерий накапливают в молоке от 1 до 25 мг/кг ацетальдегида. Наибольшее его количество образуют Lbm. Bulgaricum при совместном культивировании с Str. thermophilum.

В процессе хранения содержание ацетальдегида обычно снижается, что объясняется его превращением в этанол [3].

СН3СНО +2Н > СН3 - СН2ОН

Часть ацетальдегида может также использоваться на образование ацетата, диацетила и ацетоина, а часть вступает в реакции конденсации с аминокислотами и аминами.

2.2.2 Механизм образования диацетила и ацетоина

Четырехуглеродные соединения диацетил, ацетоин являются продуктами метаболизма раз личных микроорганизмов.

На синтез ароматических веществ и других соединений расходуется избыток пирувата, т. е. то его количество, которое не используется клеткой в качестве акцептора водорода при брожениях [3].

Биосинтез диацетила и ацетоина ароматобразующими молочнокислыми бактериями.

Всем истинным процессам брожения свойственно сопряжение стадий восстановления и окисления НАД с точным соблюдением эквивалентности. Избыточное накопление НАД·Н2 может быть вызвано лишь необходимостью осуществления биосинтеза компонентов клетки (например, аминокислот) в процессе ее роста. Таким образом, почти весь образующийся из глюкозы пируват должен использоваться в качестве акцептора водорода, превращаясь при этом в лактат.

Ароматобразующие (цитратсбраживающие) молочнокислые бактерии избыток пирувата в основном образуют из цитрата (другие бактерии и дрожжи для этой цели могут использовать глюкозу).

Ароматобразующие молочнокислые бактерии продуцируют диацетил, как правило, в меньших количествах по сравнению с ацетоином. Так, Str. diacetilactis максимально накапливает 12 мг/кг (некоторые штаммы до 50 мг/кг) диацетила и около 500 мг/кг ацетоина.

2.3 Гидролиз белков

Во время длительного хранения в кисломолочных напитках из пахты при выработке, созревании и хранении происходит ферментативный распад белков (протеолиз) с образованием различных азотистых соединений.

Активно проходит протеолиз во многих кисломолочных продуктах (кумыс, курунга, кефир, творог и др.), в основе созревания, которых, как известно, лежит биохимическое изменение белков.

Продуктами распада белков в напитках из пахты являются пептиды различной молекулярной массы и аминокислоты. Последние могут подвергаться дальнейшим ферментативным изменениям с образованием органических кислот, альдегидов, аминов и других соединений, многие из которых обладают сильно выраженными вкусовыми свойствами. Распад белков и аминокислот под влиянием ферментов молочнокислых, пропионовокислых бактерий и дрожжей заквасок имеет положительное значение - молочные продукты обогащаются растворимыми в воде азотистыми и безазотистыми соединениями, в результате чего готовый продукт приобретает необходимую консистенцию, характерные вкус и запах и легко переваривается в желудочно-кишечном тракте человека [4].

Наоборот, разложение белков и аминокислот гнилостными и другими посторонними микроорганизмами вызывает порчу кисломолочных напитков, так как сопровождается образованием нежелательных, часто дурно пахнущих и ядовитых веществ.

В процессе своей жизнедеятельности микроорганизмы вырабатывают целый комплекс ферментов, в том числе различные протеолитические ферменты.

Протеолитическая активность молочнокислых бактерий стала изучаться особенно тщательно в последние годы. В отличие от глубокого распада белков, вызываемого посторонней микрофлорой, молочнокислые бактерии осуществляют протеолиз специфически мягко, обогащая продукт ценными азотистыми веществами, повышая тем самым его биологическую ценность и вкусовые достоинства. Способность к протеолизу является одним из биохимических свойств молочнокислых бактерий. Гидролиз белков пахты (казеина) ферментами молочнокислых палочек и стрептококков обнаруживается в первые часы и сутки их культивирования.

Продукты протеолитического распада белков, и в первую очередь аминокислоты, при накапливании в процессе созревания и хранения напитков из пахты оказывают значительное влияние на формирование их вкуса, запаха, а также биологическую ценность. Наибольшее количество свободных аминокислот накапливают в процессе своего развития, термофильные палочки, за ними следуют стрептобактерии и стрептококки. Спектр (набор) накапливаемых аминокислот зависит от аминокислотного состава молока, протеолитической активности бактерий и в большой степени - от интенсивности потребления и накопления ими отдельных аминокислот в процессе своей жизнедеятельности.

Для жизнедеятельности молочнокислых бактерий требуется определенный набор аминокислот (8-16), причем для молочнокислых палочек он более разнообразен, чем для стрептококков. Независимо от вида и штамма, большинство молочнокислых бактерий в первую очередь используют валин, аргинин, лейцин, глютаминовую кислоту, фенилаланин, тирозин, триптофан, цистеин. Самое большое количество аминокислот потребляет культура Str. thermophilus: за 6 ч развития она расходует почти все содержащиеся в пахте свободные аминокислоты [4].

В основном все культуры молочнокислых бактерий в процессе сквашивания пахты накапливают глютаминовую кислоту и пролин. Кроме этих доминирующих аминокислот некоторые виды и штаммы накапливают аспарагиновую кислоту, аланин, лейцин, лизин и др. Следовательно, путем соответствующего отбора штаммов молочнокислых бактерий можно обеспечить в готовом продукте определенный набор свободных аминокислот.

Направление и степень распада белков при выработке кисломолочных напитков из пахты зависят от состава микроорганизмов заквасок и условий, созданных для действия их протеолитических ферментов.

Главный компонент заквасок для кисломолочных напитков -молочнокислые бактерии (стрептококки и палочки) - после внесения в свежую пахту быстро размножаются, так как активная кислотность молока (рН 6,8) благоприятствует их развитию. В начале для синтеза белков и ферментов они используют свободные аминокислоты пахты, количество которых в первые часы развития культур уменьшается. Затем под действием экзоферментов бактериальных клеток происходит распад белков молока до пентонов, пептидов и аминокислот.

2.4 Аминокислоты

Аминокислоты, образующиеся в результате распада белков пахты и не использованные микроорганизмами для синтеза клеточных белков и других азотсодержащих веществ, подвергаются дальнейшим ферментативным превращениям. Микроорганизмы расщепляют аминокислоты с образованием многочисленных промежуточных продуктов (органических кислот, альдегидов и пр.), накапливаемых в питательной среде.

Молочнокислые бактерии в условиях нормального роста и развития разлагают аминокислоты незначительно, но при созревании и хранении кисломолочных напитков, когда имеет место автолиз бактериальных клеток с освобождением эндоферментов, происходит более интенсивное изменение аминокислот. Способностью разлагать свободные аминокислоты также обладают встречающиеся в напитках из пахты дрожжи, пропионово-кислые бактерии, микрококки и гнилостные бактерии. К процессам диссимиляции аминокислот относятся реакции дезаминирования, переаминирования, декарбоксилирования и др [3].

Дезаминирование и переаминирование аминокислот. На первой стадии разложения аминокислот микроорганизмами происходит их дезаминирование, в ходе которого отщепляется a-аминогруппа. Процесс дезаминирования аминокислот в зависимости от условий среды может идти окислительным, гидролитическим и восстановительным путями. При этом образуются различные кето-, окси- и карбоновые кислоты: пировиноградная, пропионовая, a-кетоглутаровая, янтарная, изомасляная, изовалериановая, яблочная и др.

Окислительное дезаминирование сопровождается образованием кетокислот:

R-CHNH2-СООН+1/2О2 > R-СО-СООН+NH3

При гидролитическом дезаминировании образуются оксикислоты:

R-CHNH2-СООН+Н2O > R-СНОН-СООН+NH3



В результате восстановительного дезаминирования образуются карбоновые кислоты:

R-CHNH2-СООН+2Н > R-СН2-СООН+NH3

Таким образом, при дезаминировании аминокислота аланин может преобразовываться в пропионовую и пировиноградную кислоты, аспаргиновая и глутаминовая - в янтарную и a-кетоглутаровую кислоты и т.д.

СH3-CHNH2-COOH+2H > CH3-CH2-COOH+NH3

аланин пропионовая кислота

CH3-СНNH2-COOH+1/2O2 > CH3-CO-COOH+NH3

пировиноградная кислота

COOH-CHNH2-CH2-COOH +2H > COOH-CH2-CH2-COOH+NH3

аспарагиновая кислота янтарная кислота

HOOC-CHNH2-CH2-CH2-COOH+1/2O2 >

глутаминовая кислота

COOH-CO-CH2-CH2-COOH+NH3

a-кетоглутаровая кислота

Переаминирование (трансаминирование) аминокислот осуществляется путем переноса аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту.

В результате декарбоксилирования аминокислоты переходит в соответствующие амины:



Образующиеся амины могут подвергаться окислительному дезаминированию с образованием альдегидов.

R - CH2 - CH2NH2+1/2 O2 > R - CH2 - C + NH3

Следовательно свободные аминокислоты подвергаются различным изменением и превращается в кислоты, амины, альдегиды и другие соединения с выделением значительных количеств аммиака и углекислого газа [2].

Некоторые аминокислоты имеют выраженный вкус и могут принимать участие в формировании вкуса и запаха вырабатываемых напитков. Так, сладкий вкус имеют аланин, глицин, пролин, горький - триптофан, лейцин, фенилаланин, вкус мясного бульона - глютаминовая кислота, сернистый - метионин, цистин. Амины также обладают ярко выраженными вкусовыми свойствами. Многие из них имеют неприятные вкус и запах (рыбный, аммиачный, кормовой и др.) и вызывают пороки кисломолочных напитков.

2.5 Гидролиз и окисление липидов

В процессе получения и хранения напитков из пахты молочный жир и другие липидные компоненты (главным образом фосфолипиды) подвергаются биохимическим и химическим изменениям с образованием различных химических соединений, оказывающих значительное влияние на органолептические свойства продукта. В ряде случаев это нежелательные изменения, приводящие к ухудшению вкуса и запаха продуктов или возникновению пороков.



2.5.1 Фосфолипиды

Лецитин, кефалин и другие фосфолипиды являются наиболее неустойчивыми липидными компонентами пахты и вырабатываемых из нее напитков. Они подвергаются изменению как при гидролизе, так и в результате окисления. Гидролиз фосфолипидов может происходить при выработке и хранении кисломолочных напитков. Под действием фосфолипаз микроорганизмов они гидролизуются с образованием лизофосфатидов, высокомолекулярных насыщенных и ненасыщенных жирных кислот, фосфатидных кислот, азотистых оснований и других соединений. Продукты гидролитического расщепления могут далее вовлекаться в различные вторичные реакции. Так, ненасыщенные жирные кислоты окисляются кислородом воздуха с образованием перекисных и карбонильных соединений, часто вызывающих ухудшение органолептических свойств кисломолочных напитков. Азотистые основания (холин, этаноламин) под действием бактериальных ферментов распадаются до триметиламина, ацетальдегида и аммиака, влияющих на вкус и запах напитков из пахты:

Для большинства кисломолочных напитков гидролиз фосфолипидов нежелателен, так как обусловливает появление прогорклого и других посторонних привкусов. При их выработке следует использовать бактериальные закваски с низкой фосфолипазной активностью [3].

Фосфолипиды относительно легко окисляются кислородом воздуха, особенно при наличии в пахте и вырабатываемых из нее напитков солей тяжелых металлов. В первую очередь окисляются фосфолипиды, находящиеся в плазме пахты, затем - фосфолипиды оболочек шариков жира. Активное окисление фосфолипидов обусловлено высоким содержанием в их молекулах полиненасыщенных жирных кислот - арахидоновой и др.

Как уже отмечалось, фосфолипиды являются важными структурными компонентами оболочек шариков жира, поэтому их гидролиз и окисление будут способствовать дестабилизация жировой фазы (в оболочках образуются «дырки», через которые могут выходить жидкие триглицериды) и лучшей атакуемости жира липазами и кислородом воздуха.

2.6 Молочный жир

Изменения молочного жира в молочных продуктах начинаются при их выработке и наиболее интенсивно протекают в процессе хранения, особенно при неблагоприятных условиях. Они могут иметь как биохимическую природу (идти под действием ферментов), так и химическую (под действием высоких температур, кислорода воздуха и света). Превращения молочного жира сводятся в основном к двум химическим процессам -- гидролизу и окислению [7].

2.6.1 Гидролиз жира

Это процесс расщепления триглицеридов жира на глицерин и жирные кислоты при взаимодействии с водой.

Гидролиз триглицеридов ускоряется под действием липолитических ферментов, высоких температур, влажности, а также света. Продуктами биохимического расщепления жиров являются ди-, моноглицериды и свободные жирные кислоты, преимущественно масляная, капроновая, каприловая, каприновая и лауриновая.

Ферментативный гидролиз жира (липолиз) в пахте является нежелательным процессом, так как образующиеся масляная и другие низкомолекулярные жирные кислоты могут вызывать различные пороки вкуса, вырабатываемых из нее напитков. Липолиз в процессе длительного хранения пахты при низких температурах протекает под действием нативных липаз и липолитических ферментов, выделяемых психротрофными бактериями. Степень гидролиза жира зависит от многих факторов: содержания свободного жира, активности нативных липаз, интенсивности механической обработки пахты, обсемененности липолитической микрофлорой, продолжительности хранения и т.д [11].

Следствием гидролиза жира в кисломолочных напитках является выраженность вкуса и аромата, т. е. этот процесс играет положительную роль, но только при условии накопления оптимальных количеств СЖК. Активация процесса с одновременным повышением концентрации СЖК приводит к ухудшению вкуса и запаха большинства вырабатываемых напитков [1].

Основными источниками липолитических ферментов при выработке кисломолочных напитков являются микроорганизмы заквасок. При хранении продуктов усиливается деятельность посторонней липолитической микрофлоры - мезофильных и психротрофных бактерий, микроскопических грибов и дрожжей.

2.6.2 Окисление жира

Под окислением жира следует понимать его глубокий распад с образованием перекисей, альдегидов, кетонов, оксикислот и других соединений. Окисление жира очень часто связано с появлением в напитках нежелательных привкусов и запахов. Оно может вызываться ферментами (ферментативное окисление), но чаще проходит химическим путем - под действием кислорода воздуха и света (перекисное окисление).

Ферментативное окисление обусловливают микроорганизмы, продуцирующие различные ферменты, в том числе ферменты, которые катализируют реакции окисления свободных насыщенных жирных кислот и глицеридов. Окисление жирных кислот происходит по типу a-окисления, причем в кисломолочных напитках оно идет не до конца, а останавливается на стадии образования высокомолекулярных метилалкилкетонов [2].

Перекисное (неферментативное) окисление происходит в результате взаимодействия жира с молекулярным кислородом. Окислению подвергается

в первую очередь свободный жир не защищенный оболочкой, а из жирных кислот преимущественно окисляются ненасыщенные. Окисление свободных и связанных жирных кислот молекулярным кислородом проходит через цепные реакции с образованием промежуточных продуктов перекисного типа. Существенную роль в начальной стадии перекисного окисления играют свободные радикалы - радикалы один из атомов которых имеет свободную валентность.

Скорость окисления жира в первую очередь зависит от состава жирных кислот глицеридов (причем свободные жирные кислоты окисляются быстрее связанных). Насыщенные жирные кислоты окисляются медленнее ненасыщенных, а полиненасыщенные-- быстрее мононенасыщенных, что объясняется различной скоростью образования ими свободных радикалов.

Кроме гидроперекисей возможно образование перекисей циклического характера -- в этом случае кислород присоединяется по месту двойной связи.

Следовательно, на первой стадии окисления образуются различные гидроперекиси и перекиси, являющиеся неустойчивыми и высокоактивными соединениями. Первичные продукты окисления существенно не влияют на органолептические свойства продуктов. После их накопления в жире начинают протекать разнообразные реакции, в результате которых образуются вторичные продукты окисления, часто обладающие неприятным вкусом и запахом, - альдегиды, кетоны, кислоты, эпоксиды, оксисоединения и т.д.

Состав образующихся продуктов и скорость окисления жира молекулярным кислородом зависят от целого ряда факторов: химического состава жира, температуры хранения, влажности и т. д. На процесс окисления влияют некоторые химические вещества, которые либо ускоряют его (прооксиданты), либо замедляют (антиоксиданты) [3].

Скорость окисления жира увеличивается при повышении температуры, влажности, доступе в реакционную среду кислорода воздуха, света и т. д. Сильно ускоряют окисление жира металлы переменной валентности (Си, Fe, Co, Mn, Ni и др.), которые относятся к основным прооксидантам. Их ускоряющее действие может заключаться, во-первых, в инициировании цепей окисления.

Во-вторых, возможный механизм ускорения окисления жиров металлами может заключаться в катализировании процесса распада гидроперекисей, продукты которого дают начало новым цепям окисления.

Окислительные изменения жира в продуктах замедляются, если их ихранить при низких температурах, в темноте, без доступа кислорода воздуха,

а также при отсутствии в них свободного жира и металлов, ускоряющих процесс окисления. Задержку окислительной порчи продуктов вызывают и так называемые антиоксиданты, или антиокислители. Действие истинных антиоксидантов заключается во взаимодействии со свободными радикалами, ведущими цепи окисления. В результате этого происходит обрыв цепей окисления и на какой-то период времени задерживается процесс самоокисления жира:

Из приведенных реакций видно, что активные свободные радикалы ROO0 и R0 заменяются на малоактивные радикалы антиоксиданта A0 [3].



Заключение

В нашей стране накоплен значительный опыт промышленной переработки и использования вторичного молочного сырья, в том числе и пахты: уточнены и углублены данные по пищевой и биологической ценности вторичного молочного сырья и продуктов из него; разработаны основные технологические процессы выделения и использования молочного жира, производства сухих и сгущенных концентратов; отработаны некоторые направления биологической обработки вторичного молочного сырья на пищевые и кормовые цели; разработана технология выделения, обработки и сушки белков молока и их использования в колбасном и кондитерском производстве; улучшена техника и технология производства молочного сахара. Расширяется производство разнообразных напитков из пахты и обезжиренного молока, выпуск низкожирной продукции, молочно-белковых концентратов [1].

Новые технологические процессы предусматривают полное использование всех составных частей молока, комплексную его переработку в различные пищевые и кормовые продукты и полуфабрикаты. На предприятиях создаются специализированные цехи и участки по переработке вторичного молочного сырья. Разрабатываются комплексы оборудования и технологические линии по переработке пахты с использованием традиционных и новых методов обработки, таких как электродиализ, обратный осмос, ультрафильтрация, ферментативный катализ. Новое в науке и технике учитывается при разработке типовых проектов или проектов реконструкции предприятий молочной промышленности.

За рубежом в последнее десятилетие наметилась четкая тенденция к увеличению производства и потребления низкожирных молочных продуктов, при выработке которых широко используется вторичное молочное сырье. Из пахты вырабатывается разнообразный ассортимент напитков.

Однако в целом проблема полного и рационального использования вторичного молочного сырья не решена как в нашей стране, так и за рубежом. Хотя на данный момент изучены все свойства пахты, вопрос об исключении негативных изменений при ее переработке, а именно при производстве напитков остается в некоторых случаях открытым [10].

Использование вторичных ресурсов сырья молочной промышленности является общегосударственной задачей, поскольку при их переработке может быть получено значительное количество полноценных пищевых продуктов.



Список использованных источников

1. Антонова В.С., Соловьев С.А., Сечин М.А. Технология молока и молочных продуктов. - Оренбург: 2001. - 440 с.;

2. Богатова О.В., Догарева Н.Г. Химия и физика молока: Учебное пособие. - Оренбург: ГОУ 2004. - 137 с.

3. Горбатова К.К. Биохимия молока и молочных продуктов: Учебное пособие. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. - 334 с.;

4. Горбатова К.К. Химия и физика белков молока: Учебное пособие. - М.: Колос, 1993. - 192 с.;

5. Кунижев С. М., Шуваев В.А. Новые технологии в производстве молочных продуктов. - М.: ДеЛи принт, 2004. - 2003 с.;

6. И.Г. Лернер. Использование отходов молочной промышленности. - М.: 1964. - 3 - 16 с.;

7. Пиняков Г.Г. Микроструктура молока и молочных продуктов. -

М.: 1963. - 310 с.;

8. Промышленная переработка вторичного молочного сырья / А.Г. Храмцов, К.К. Полянский, С.В. Василисин, П.Г. Нестеренко. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1986. - 31 - 45 с.;

9. Храмцов А.Г. Молочный сахар. - М.: Пищевая промышленность, 1972. - 192 с.;

10. Храмцова А.Г., Василисин С.В. Промышленная переработка вторичного молочного сырья. - М.: ДеЛи принт, 2003. - 100 с.;

11. Шидловская В.П. Органолептические свойства молока и молочных продуктов. - М.: Колос, 2000. (Справочник). - 280 с.

Размещено на Allbest.ru