Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Разработка промышленных технологий получения и применения препарата на основе молочно-кислых бактерий для пищевой промышленности

ВАК РФ 03.00.23, Биотехнология

Автореферат диссертации по теме "Разработка промышленных технологий получения и применения препарата на основе молочно-кислых бактерий для пищевой промышленности"

р Г Б 0« 1 п ДПР 199:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ШЖГЕТ РОССИЙСКОЙ «ВДЕРАЦИИ Ю ШСИШУ ОЕРАЗОВШ®

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АКАДЕМИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

На правах рукописи

УДК: 663.18:577.124.23(043.3) +664.843.52:663.18(043.3) +579.67(043.3)

ПИЧУГИНА Татьяна Викторовна

РАЗРАБОТКА ЙРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ПРЕПАРАТА НА ОСНОВЕ МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ ДЛЯ ПИЩЕВОЙ ПРОШПЕШОСТИ

Специальность 03.00.23 - биотехнология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва. - 1995

Работа выполнена в НШ "Биотехнология" и Московской Государственной ордена Трудового Красного Знамени акадеиаи лицевых производств.

Научный руководитель

Консультант

Официальные оппоненты

Ведущая организация

- доктор биологических наук Д.М.Исакова

- доктор технических наук, профессор Ы.З.Гернет

- доктор биологических наук,

- : профессор И.М.Грачева

- кандидат технических наук Е.ВЛекасина

- АООТ "Биоыаш"

Защита состоится " ¿¿¿¿Л&^гУ '1995 г. на заседании Специализированного совета К.053.51.04 Московской Государственной ордена Трудового Красного Значена академии .швцешгх производств по адресу: 125080, Москва, А-80, Волоколамское шоссе, П, ата.Х^7 в /'О час.

Автореферат разослан ¿¿ОЛ&ГМ*./¿С. 1995 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета, кандидат технических наук

О.И. Тихомирова

I. ОБЩАЯ лАРАКЕЕРИСХИКА. РАБОТЫ

Актуальность темы. Применение биотехнологнческих процессов в производстве продуктов питания позволяет использовать нетрадиционные лоточника сырья, улучшать, потребительские свойства го- • тсвой продукции, совершенствовать технологию производства. Р-зше-пзз Вии ва&еч осноЕттвается на более полном использовании полезных свойств ьакроорганизмов - основных участников процесса;

Молочнокислые бактерии (МКБ) широко и издавна применяются в пищевой промышленности цри производстве кисломолочных, некоторых мясных и рнбных продуктов, сыров, при приготовлении разного и пшеничного хлеба, в биологическом консервировании овощей а фруктоз.

Пой биологическом способе консервирования сохранение продукта достигается вследствие развития в нем молочнокислых бактерий. Вещества, образующееся в процессе их жизнедеятельности, оказывают подавляющее воздействие на микроорганизмы, являщяеея возбу-дат&лямц порчИс Полученные в результате молочнокислого брожения продукты приобретает приятные органолептаческие свойства и оказывают благоприятное воздействие на организм человека: нормализуете состсз кишечной микрофлоры, способствуют лучшему усвоению лактозы, снижают уровень холестерина в крови. Кроме того, после ■ сбраживания повышается пищевая ценность продуктов. Немаловажен я тот факт, что при биологическом консервировании в продукт не вводятся химические консерванты и он не подвергается большому термическому воздействии.

Регулирование процесса молочнокислого брожения мояно осуществить с домощэ специально отселекционированных штаммов МКБ, применяемых в вида чзакваски. Использование таких препаратов в оптимальных'условиях позволяет направленно использовать биохимз-

ческуи актишость микроорганизмов, ускорить процесс брожения, исключить развитие вредных микробов, избегать порчи продукции. Они обеспечивают быстрое накопление молочной кислоты, подасле-• ние ■ развития нежелательной микрофлоры, экономически эффективное превращение сахара в 1-молочную кислоту, получение продукции о хорошим вкусом, ароматом а структурой.

В последние годы у нас в .стране и за рубежом ведутся работы по созданию сухих форм препаратов ва основе МКБ для применения в пищевой промышленности. Однако, несмотря на проводимые исследования пока отсутствует технология, позволявшая получать стандартные, удобные в применении препараты заквасок, которые гарантируют развитие наиболее данных форм микроорганизмов, стаг-бидизирувт технологический процесс и гарантирует получение продукта высокого качества.

Разработка универсальной технологии препаратов на основе МКБ с заранее заданными свойствами и оптишзацяя. способов их применения в пищевой дрошяледяоста позволит сократить потери сырья, получать продукцию с высокими органолептичсскими показателями, расширить ассортимент диетических и детских продуктов питания.

Разработка препарата, предназначенного для использования в консервной промышленности, проводилась в соответствии с темой 5.3.1.2.4. Ш НШ СЭВ до 2000 года и межотраслевым планом НШКР Ш-П-ШЧЮ/Иа-ЖЗ Шниедбиопроыа и Госагрспроыа СССР.

Цель-и задачи исследования. Цель настоящей работы состояла в формулировании научно-обоснованных требований, предъявляемых потребителем к разрабатываемому препарату,' в разработке на их основе эффективной формы и проюиденннх технологий получения я применения препарата на основе МКБ. '

В соответствий о цельв работы последовательно решались сладупцие задача;

- формулирование требований конкретной отрасли пищевой про-мьчкенаостя к раэрэбагываекоьу препарату;

" - исследование физиологических ж технологических свойств дерспекз-чвннг явдммез МБ 2 создание препарата на их основе;

- изучение влияния препарата на фззико-химичесвие, микро-бЕологические и органолептические показателй готовой продукции;

- разработка технологии производства препарата;

- проведение опытно-промышленных испытаний и разработка технологической инструкции по применению препарата. . ч

Экспериментально обоснована целесообразность применения препаратов на основе 1.1КБ в перерабатывающих от-ррслях шздэвой промышленности. Исследовано влияние препаратов за потребительские качества готовой продукции. Разработан препарат для применения доз отологическом консервировании овощей и фруктоз '(патент 1805860 СССР. (0публ.30.03.93. Еюлл. Л 12).

Впервые, с применением методика определения ыдсытых повреждений проведена сравнительная оценка воздействия технологических факторов и параметров на вьвшзаемооть МШ5, позволяющая прогнозировать поведение культуры на различных этапах производства биомассы и в последующем хранении, и. на основе этого рекомендовать оптиказпуп технологии производства.

Принципы, полоненные в основу решения поставленной задачи, создали предпосылки для разработки серии препаратов, предназначенных для использования з пищевой промышленности: в хлебопечении' (патент по заявке # 4936610/13/04149 от 15.05.91), з.производстве

V

лактоферментированных соков и напитков (патенты до заявкам Л 930149228/13/014163 от 22.03.93 И # 35-014927/13/014169 от 22ЛЗЛЗ).

Практическая ценность. Полученные данные могут быть применены в научно-исследовательских работах, связанных с использование« МКБ а продуктов их метаболизма в производстве продуктов питания, в т.ч. диетических и детских,^а таете в технологии микробного синтеза. 1 , \

По итогам работе разработана и утверадена следупцая нормативно-техническая документация:_____

- опытно-промышленный регламент на производство сухой закваска на основе молочнокислых бактерий для квашения овощей н фруктов ОПР 64-5.562-24-62;

- технические условия на закваску ТУ оп^ 64-13-149-89 со орокоы действия до 01.05.95;

- технологическая инструкция по производству квашеной капусты и соленых овощей с применением сухой молочнокислой закваски.

Ориентировочный экономический эффект от применения закваски • составляет 1,34 руб./? продукции или 456 тыс.руб./год з ценах 1989 г. ,

Применение препарата при переработке плодоовощного сырья способствует снгоюнто потерь массы овощей при консервировании, повышенна питательной ценности готовой продукции и ее органолеп-тических показателей.

Производство препаратов мояет быть организовано практически на любом предприятии микробиологической отрасли на узе имеющемся оборудовании по универсальной технологии, позволяющей выпускать высокоактивные, готовые к употреблению, горошкообразнне формы,-

В настоящее врезан налажен выпуск промышленных партий консервированной продукций с применением разработанного препарата в 20 регионах бншгго Совза ССР.

та, Основные результаты работы доле гены на

Всесоюзной конференции пБиотехника-86" (Грозный, 1935 г.), науч- . но-технических конференциях Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-конструкторского института прикладной биохимии (Москва, 1983-1985 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 печатных ра- . боты, получены I патент и 2 решения о выдаче патента на изобретение. ,

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введепш, обзора литературы, экспериментальной часта, выводов, списка используемой литературы, приложений.

Работа изложена на -страницах машинописного текста, со- -держит таблиц а рисунков.

2, ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзоре обобщены данные научно-технической литературы о применении предал?тов на основе МКБ при производстве консервированной продукциидРзвеДены Данные об' их "составе а свойствах. Рассмотрев» ропросп, связанные с промышленным производством заквасок.

Дт/п научно-обоснованного внЗора перспективных штаммов МКБ а создания на их основе препарата, бшш сформулированы требования отрасли, предъявляемые к разработке. Разрабатываемый препарат должен отвечать следукпшм требованиям:

- обеспечивать направленное молочнокислое брезгала е, додзвлать развитие неблагоприятной микрофлоры и предотвращать образование негелательнкх продуктов брокепия;

- обеспечивать получение продукции гарантированно высокого качества с сохранением основных питательных компонентов сырья, с

ч

высокими органолептическими показателями;

- сокращать потери массы.сырья при ферментации;

- иметь удобную в применении товарную форму, не требующую предварительной подготовки;

- препарат доявен производиться по технологии, обеспечивающей его крупнотоннажное производство без использования дефицитного и дорогостоящего сырья. \

з. экспшшншшя теть

3.1. Материалы и методы исследования

Объектом исследований являлись культуры гомо- и гетерсфермен-татзвных МОЛОЧНОКИСЛЫХ бактерий Lao-tobacillus species И 7СА2, Lactobacillus plantarum B3L, Lactobacillus casei üb, Lactobacillus breris, bactobacillua buchnftrl, Streptococcus iaecium Ы, Streptococcus faecium H-3I85, Leaconostoc meaentaroides.

При выборе перспективных итаммов проводили изучение физиологических свойств культур а влияния технологических факторов на • бактериальную клетку. При этом определяли: активность кислотооб-

г

разования методом титрования - по ГОСТ 25555.0-62, способность сбраживать углеводы (Егоров Н.С., 1976); термоустойчивость - статическим капиллярным методом (Богданова Н.В., Мазохина H.H., 1963); ксероустойчивость - контактным способом (Тутова Э.Г.-, 1986 г.); галофильность - по накоплению биомассы при культивировании на жидкой питательной среде с добавлением поваренной соли и определению оптической плотности культурадьной жидкости; амн-долитическую активность - во ГОСТ 20264.0-74.

Для контроля технологического процесса получения концентрата шновультуры осуществляли проведение следующих анализов: определение содерканая абсолютно сухих вещестз - по ГОСТ 134963-70, остаточной влажности в сухой биомассе - по ГОСТ 24061-80, ааинного азота - методом формального титрования (Великая Е.И., Суходол В.Ф.,

1983), редуцируэдах веществ - по методу Бертрана-Шсорля (Максаков Б.Я., Дюкаров В.З, и др., 1377), концентрацию хизнксдособных клеток молочнокислых бактерий - методом Пастера-Коха {Егоров Н.С., 1976).. ( - ,

■ При подборе нетболзе аффективного препарата использовали перечисленные. выше монокультуры и их композиции. Контролем служили образцы, полученные традиционным способом спонтанного бро-гения.

Все лабораторные испытания проводили в 3-х повто|ностях.

Наиболее эффективные "варианты препарата были направлены для испытаний в страны -исполнители теш 5.3.1.2.4 СЭВ, а такне исяы- , таны з производственных условиях на Ненинском консервном комбинате, в цехе Пролетарского и Москворецкого оптово-розничных плодоовощных объединений.

Переработку овошей проводили по действушим технологическим инструкция!.;.

Критериям оценки эффективности служили следувдие основные показатели :ачества готовой продукции: массовая доля титруемых кислот - по ГОСТ 25G55.Q-82; содернание низших лирных кислот, в т.ч. молочной, уксусной и др. - методом Леппера-Флинга (Разумов B.Ä., 1986); общее содержание молочнокислых бактерий - по ГОСТ 10444.II—дрогшей - по'ГОСТ 10444.12-75, плесневых грибов - по ГОСТ 10444.13-75; органолентические показатели - до принятой методике; величина естественной убыли массы при ферментации определялась путем взвешивания, образцов или -контрольных се- • ток с точностью ДО +Р,1 г.

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили общепринятым меаодом-¿Дакин Г.Ф., 1990).

3.2. Результата исследований и их анализ

3.2.1. Исследование физиологических и технологических

свойств шташов молочнокислых бактерий

*

Анализ публикаций показал, что при биологическом консервировании целесообразно пользоваться препаратами, содержащими специально отселекционированныв штаммы молочнокислых бактерий. Эти

л

штаммы должны гарантировать развитие наиболее цешшх форм микроорганизмов, не нарушать общий ход смены микрофлоры, определяющий получение продукта высокого качества и позвашшций стабилизирован технологический процесс, а такае обладать определенными свойствами, возводящими организовать промшлекзоэ производство высококачественного препарата. Это услошэ требовало вселадованЕЯ влияния физиологических и технологических факторов на клгтка МКБ.

С этой целью проведено дополнительное изучение некоторых -свойств шташов, отобранных по результатам анализа паспортных характеристик, таких как активность кислотообразованпя, накопление биомассы, способность сбраживать углеводы, галофильвость, терио- и ксероустойчивость. -

Наибольшей активностью кислотообразования обладала гомофер-ыентативные шташш Б-ГавсЛит-И, а.£аес±шп М3185, 1.саае1 КБ, Ь.зрес1еа И76А1, Ь.р1шЛагиа Ь5Т - ОТ 3,48±0,13г/л до 15,96+ 0,09 г/л, а 5» faeci.ua Ы3185 н Ь.саае! МБ - наибольшим накоплением биомассы: до 4,80+0,34 млрд.хл/мл и 4,19+0,53 илрдлсл/мл.

Из углеводов, широко представленных в растительном сырьа, глшозу сбраашали вез перечисленные вташн, фруктозу не сбражн-вал штамм ъ.саае! МБ, а сахарозу - шашыа.Гаес1ша М и в^аеехша. ¡,(3185. Кроме того, кузатуральные аадкоста ъ.с&згХ МБ • и 1.Брес1ез М76АТ обладала аыалолитаческой активность!), равной 182+17 ед АС/ш н 250+П ед А0/ш соответствэнно.

При концентрации поваренной соли, разной в течение 48 часов не наблзодался рост ни у одного штамма; при 7^-но-л концентрация не развивалась Культуры L.casei МБ, L. speciea M 76AÏ, i^.brevis, L.buohneri ; у первых двух отсутствовал рост в среде с 6#-кой концентрацией соли. Отмечен таете различна! характер длта^ика накопления биомассы в солесодеркащах средах. Отмечено удлинение .пат-фазы до 24-26 часов yX.plantarum И, L.meaeateroir- . des, S.faeeiiim К, S-faecium M3Ï85 ПОИ содержании СОЛИ В среде от 5% до а у i.brevis и L.buchnerl . - от 4^ ЯР последние две культуры не развивалась в течение указанного времени при 7&-НОЙ концентрация.

Прц изучении термограмм культур било установлено, что их терморезистентность убывает в следупцем порядке:-s.faeciumbJ3I85, L.piantarum ГЛТ, L.brevis , т.е. наименее чувствительны кокко-вщцше гомоферментатявзые формы, наиболее - палочковидные гетеро-ферментативгше, а паточковиднке гомоферментативные занимают промежуточное положение (рис.1). Получить достоверные результаты по тзрморезвстентности b.masenteroides не удалось. Моано предположить, что из Есех изученных культур она является самой устойчивой и, одновременно, наименее технологичной. Бричиной этого может быть активное образование культурой.: слизевых сгустков полисаха-ридной природы.

Изучение зависимости выживаемости бактериальных клеток от со-дераания остаточной влага в них выявило зону критической влажности в диапазоне от 40Î? до 152 (рис.2). В этой интервале гибель клеток у зсзх штаммов была наибольшей. Пра значении остаточной влажности менее 15% выживаемость резко возрастала и достигала уровня 85-7$. ч

В результате изучения, отдельных свойств штаммов молочнокислых бактерий для дальнейшей работы были отобраны, как перспективные,

ra

11

\\

\

\

и\ eoN

-

о

СП

g

о из

о со

■о

о

со X

О а> С*! О

m

3 CG di

o t» Г

ф ф § (б Ur-¡

£

HiCQ^bl I I I

ci

о fi

tí---

S ooo -

So О О — — —о

2 имгмгчоооо

3 ir\ux> ОО 1Л л II II И U\UMÍ\UJ

.р.р.рП-1Г\Ш II II II II +Э ~ - ~4>+>-Р — — * IIMTNUN -О ОО

со со со - - - сю о о Т-Т-Т-ЙЙВ «lAuvn

asa s 10-P-P4J

&ш § 3 3 « « о ш <n

■я -не-в Йт?т?т!

Ы ФФФЗпшкзофо

g. в»01в!гЦгЧгЧОЙЙ Й

i i i i i i i i л i

lf\U>D-a> СГ>0

еледуташе культуры:s.faecium М - как активный продуцент молочнуй киолотн; s.faeciun M3I85 - как продуцент молочной кислоты и штамм, обладающий, по паспортной характеристике, антагонистическими свойствами по отношеншо к условно-патогенным и патогенным шпероорга-E23H3M;L.casei МБ и L.speoie3. M7GAT - как обладающие амплолити-ческой активностью.-способствующей увеличении концентрации кошо-зектов углеводного пггания в ферментационной среде ;L.piantarum ИГГ - как традиционно участвующий- в брожении представитель широко распространенной группы адгафитвнх микроорганизмов, обеспэчивашшй хороши а оргалолептичэские показатели готовой продукции и обладающий повышенной терморазистентностьв среди^штаммов этого вида; L.brevia и L.buchneri как представители гетероферментативных молочнокислых бактерий.

Штамм L.mesenteroidea , наряду с положительными свойствами, т."хлш, как термо- з галоустойчнвость, гетароферментативность, способность сбраживать широкий спектр Сахаров, обладал и активным слизэобразованием. Это обстоятельство затрудняло изучение свойств штамма и может оказаться причиной его низкой технологичности и ослизнения готовой продукции.

Из перспективных штаммов был составлен рад композиций для последуицйх испытаний.

3.2.2. Влияние препаратов на физико-химические, микробио- 1 логические и органолептическив показатели готовой продукции.

На порвом этапе эффективность препаратов проверялась при консервировании перца, огурцов, капусты, моркови на экспериментальной базе БЗШ консервной и овощесушильной промышленности.

Критериями оценки эффективности были показатель титруемой кислотности к дегустационная оценка продукции.

Qo накоплению массовой доли титруемых кислот душе результаты были получены с гарантами № 1,2,3,10,12,15, но ни один из них не дал однозначного положительного результата при переработке, всех указанных видов., сырья. При дегустационной оценке высокие баллы получили овощи, приготовленные с препаратами 3,9,10,12.

В состав препаратов, давших наибольший положительный результат, НХОДШЩ культуры S-'aecium М, L.species К?6АХ, L.plarrtarum t&i L.caaei ЫБ, S.Xaecium M3I85 , КОТОрые бЬШИ ИСПОЛЬЗОВаНЫ . в дальнейших исследованиях; Культураb-meafinteroides. , дававшая хорошее кислоюобразование, была исключена из перспективных по результатам дегустации.

На втором этапе проводили испытания препаратов & 3,10,12 иг первой серии, а такке двух новых композиций, составленных с учетом результатов первого этапа и подучивших порядковые номера 19 и 25.

Во второй серии опытов изучали динамику накопления массовой доли титруемые кислот (рис.3), содержание молочной, уксусной, масляной и др. низших жирных кислот (рис.4), аскорбиновой кислоты и этилового спирта.

При консервировании капусты в течение первых 3-х суток брожения по пераш двум показателям лучший результат дал вариант № 25. Содержание этилового спирта во всех образцах было незначительным а колебалось от 0,1640,04$ до 0,19н£,05#, а в контроле, составляло 0,23+р,04^. Кроме того, во всех опытных образцах было несколько увеличено, по сравнению с контрольным, содержание аскорбиновой кислоты.

Подобные результаты быт получены при биоконсервировании моркови и огурцов. . л

При проведении микробиологических анализов определяли содержание молочнокислых бактерий, дрожжей и плесневых гргбов (табл.1).

1,0

0,9

С',7

0,6

0,5 0,4

0,3 0,2

0.1

-

13 25

3 ТР

и , 12

> К

1 —

13 -

с,

кисл'^

100

80

60

40

20

88

83

85

I

79

84

60

1 2 3 4 5 \сут.

Рис. 3. Динамика накопления массовой доли титруемых кислот при консервировании •капусты.

25

19 10

12 К

Рис. 4. Накопление низших жирных кислот при консервировании капусты. ., I I-молочная; _ Е22-уксусная, масляная и та

1в I

К

7

19'

• р

/

р,час

0,4

0,3 0,2

ОД

1

Г

Г. ¡г 3

N N

Л

I 2 3 - 4 5 t1cyт.

Рис. 5. Зинамика накопления

биомассы молочнокислых бактерий при консврви-■ совании капусты.

культ'

Рис. 6. Зависимость удельной

скотюстй поста бактерий от темпетатуры культивирования/

^ З.£аес1щд Ы-3185;

2 - Б^аеехит М;

3 - Ь. саге! ЫЗ;

4 - 1>.р1агЛггит 1йТ.

Таблица I

Микробиологические показатели ферментационной среды

т

Исполь-J_

Содержание микроорганизмов, кд/мл

*, Плесневые грибы

Молочнокислые бактерии

| нач. Г | через! через ¡ 3 суц 2 ыес 1- i нач. i ' I------ ; через ¡ 3 сут 5 через 5 2 мес 1- i нач. . . . ; через ; 3 сут ¡ через i 2 мес

19 4-I03 6'Ю2 I'IO2 2'IQ2 2-Ю2 CI01 8-I05 5'107 I'IO6

25----- 4'103 8'102 1'Ю2 2*102 2'Ш2 <I0I ?'Ю5- 8*107 2*I0S

Контр. 4-I03 7-I04 1-Ю3 2*Ю2 4'103 2'102 ПО3 Г ГО7 4'106

Константы скорости инактивации молочнокислых бактерий

Таблица 2

Кульзура..

¡ Характегастика внеш- ¡ Константа скоростит

i него воздействия - ' пядит^-вятта. -илто--1-

инактивации. -мин

I

45° I

55'

о!

65°

S.faecium М Ь.рТапАагша ЕЕ'

I

I • 1 «а о ч

goo |

«ой -2

0,7 0,087 2,7 0,061 0,7 2,7

i

о

о а>

0,577 0,287 0,839 0,487

мех.шорс. 0,185 0,258 0,418 центр.диск 0,185 .. 0,240 пнев.форс. 0,185 0,222 0,392-

Ъ.plantarum MI S.faecium II

Контроль Контроль

0,140 0,213 0,343 0,043 0,194

Вкзсекие препаратов обеспечивало быстрое накопление биомассы МКБ и молочной кислоты (рис.5). Определенное количество кислоты ингибаровало не только развитие дрожжей и плесневых грибов, но и самих молочнокислых бактерий, что предотвращало перекгсание и способствовало сохранении хорошего вкусатотовой продукции.

Как показали испытания, в большинстве опытов, применение препаратов способствовало некоторому снижению потерь массы сырья при ферментация. В производственных условиях при переработке бело качанной капусты потери уменьшились на 1,2$ и на 0,4% при переработке огурцов.

Применение сухих препаратов обеспечивало получение готовой продукции в соответствии с требованиями действунянх стандартов. По результатам дегустаций, лучшими признаны образцы капусты, изготовленные с препаратами № 19 и 25, огурцов и моркови - с препаратом К 25.

Капуста, приготовленная с препаратом Л 25, одобрена Центральной Дегустационной Комиссией Подотдела по производству консервов и картофелепродуктов Госагропрома СССР. Этот препарат был рекомендован для использования при выработке опытно-промышленных ^партий солено—квашеной продукции.

На основе лабораторных и производственных испытаний препара- -тов при консервировании белокачанной капусты, огурцов, моркови, • был рекомендован к применению препарат й 25, содержащий штаммы &-£аесхиа Ы, ^1аес1ша И3185, 1..саае1 МЬ, Ь.р1апгагит МТ.

Рекомендуемая доза препарата - 0,01 г на I кг сырья или 1хЮ6

п

+1x10 кл жизнеспособных молочнокислых бактерий на I кг сырья.

Способ применения сухого препарата - в виде суспензии в воде или растворе поваренной соли путем ее равномерного внесения в .массу сырья.

3-2.3. Разработка технологии производства сухой

биомассы монокультур молочнокислых бактерий

Разрабатываемая технология должна обеспечивать крупнотоннажное производство эффективной, готовой к употреблению, порошкообразной формы препарата с высоким содержанием жизнеспособных бактериальных клеток. В соответствии с этим была выбрана схема раздельного культивирования штаммов с последухщим концентрированием клеточной биомассы и ее обезвоживанием. На последнем этапе предусматривалось смешивание сухих концентратов монокультур а соотношениях, определяемых ТУ на препарат и активностью составлявших его частей.

Питательная среда. Для культивирования молочнокислых бактерий обычно используют натуральные среды. Наибольший интерес представляла среда, содержащая ферментолизаты кукурузной муки и дрожжей, взятых в количестве 2S? по РВ и по ACS соответственно, и имеющая показатель рН 6,8*7,0 ед. Поиск оптимальных условий культивирования гомоферментативных штаммов 1Щ> на этой среде. осуществляли методом полного факторного эксперимента (ШЭ). В качестве факторов варьирования были выбраны следующие показатели: - содержание аминпого азота Xj, — содержание редуцирующих веществ Xg, — концентрация водородных ионов Хд. Параметрами оптимизации являлась показатели содержания жизнеспособных клеток в культуральной жидкости и активность ккслотообразования У,,.

В результате реализации эксперимента в соответствии с планом матрица были получены адекватные регрессионные уравнения:

Jz = 4,0B343,663XIJi2-ti),8I3XIX223;

у2 = 20,200+1, 'SO^i+I,875Xg+I,6,J5XjXg+2,025Xj]!g.

Анализ уравнений показал, что для получения наибольшего количества жизнеспособных клеток МКБ, обладашшх высокой активностью кислотообразования, необходимо поддерживать следупцие параметры

культивирования: начальное содержание а минного азота - 90 мг$, редуцирующих веществ - 1,5$, значение pH среда в течение всего культивирования 7,0 ед.

Культивирование, Схема культивирования включала следутацие этапы: ашулированная культура - рабочая культура на агаризованной еоерт-посевная культура в колбе-культивирование в ферментере» Осуществляли раздельное выращивание штаммов МКБ. На всех этапах использовали питательную среду указанного выше состава.

Культивирование, в ферментере проводили в стерильных условиях при коэффициенте Заполнения 0,743,8 и оптимальной для каждого штамма температуре в диапазоне от 36° -до 43°С, выбранноЗ с учетом удельной скорости роста (ряс.8),'Дяя интенсификации процесса осуществляли непрерывное перемешивание культурной жидкости з периодическую нейтрализацию образующейся кислоты аммиачной водой. Продолжительность культивирования штаммов в лаборатОршк условиях составляла 7-10 ч, в производственных - 12-18 ч. По окончании ферментации со-дернание кизнеспособных клеток МКБ в культуральной жидкости составляло от 3 до 10 млрд./мл. ^ __,

Динамика периодического культивирования МКБ на примере штамма s.faecium M3I85 представлена на рис.?.

Концентрирование. Концентрирование биомассы осуществляли в центробежном поле до содераания сухих веществ в концентрате Ш-15^: Указанная концентрация обеспечивала благоприятный режим последующего обезвоживания, сохраняющий максимальное количество яизнеспособ-ных клеток в сухом материале при оптимальном для последующего хранения значении остаточной влажности {Питерских Г.Д., 1986, Бубнов Н.В., 1989). .

Обезвояивание биомассы. Широкое распространение получили два вида сушка - сублимационная и распылительная, наглый из которых имеет свои преимущества и недостатки. На началыхи-зтапз наработка

. 4 6 8

Рио. 7. Динамика культивирования штамма 3;£аес1ит М-ЗП65,

1 - содержание амшшого азота; -

2 - содержание редуциругацих вещеотв; 3.- содержание биомаосы;

. . 4 - раоход аммиачной вода.

культ, час.

■ I • 2 3.4 'ь> мин.

8. Кривые инактивации молочнокислых бактерии.

-1 - 3.гаео1иш М-3185,

2 - Ii.plагЛагшп МТ, ^=Ч-5°0{ .

3 - Ь.р1ап-Ьагшп'ЫТ^=55°0|

4 - Ь.р.гапЪагид &П?^=65°0{

5 - 8.£аоо1\зт М-3165,-Ь=6540.

экспериментальных образцов использовали сублимационное высушивание, обеспечивавциее высокую выживаемость бактериальных клеток -в концентрате (Долинов К.Е., 1969, Матвеев В.Е., 1980, Халене-ва М.П., 1985) без применения защитных сред при остаточном давлении 100 щи:и;температуре ;+35°-н45°С. Активность сухих концентратов- при этом колебалась от 140 до 440 млрд. кл/г при их остаточной влажности от 3,86 до 6,00$.

Однако; при-хранении'зцсушенных монокультур при температуре 44°С, содержание жизнеспособных клеток в них уменьшалось в 4-5 раз по сравнению с первоначальным. Особенно интенсивное отмирание наблюдалось в первые недели хранения. В связи с этим более подробно бшш изучены факторы, влияющие на процесс сушки биомассы. Так как наиболее интенсивная гибель клеток наблюдалась з начальном периоде хранения, то было сделано предположение о возмож-пом наличии скрытых повреждений, обусловленных технологическими факторами, в частности, скоростью охлаждения при замораживании.

Для выявления скрытых поврендений был использован тест ускоренного старения. При этом в качестве основной физиологической характеристики культуры использовали показатель константы скорости инактивации (К^) при разных температурах, определяемый по тангенсу угла наклона кривых инактивации, представленных на рис.8.

С возрастанием температуры : интенсивнее идет гибель клеток одного и того же вида, а следовательно, увеличивается значение константы. Сравнивая значения констант, полученных в одинаковых условиях дйя разных культур, можно' оценить их относительную устойчивость (рис.8).

С помощью теста были проведены исследования по определению Кдц в зависимости от скорости охлаждения при замораживании. Было показано, что значение К^ культур, замороженных при охлаждении со скоростью 0,7°С/кан больше, чем со скоростью 2,'Аз/мин (табл.2).

Поэтому, для уменьшения потерь жизнеспособных клеток как в процессе сублимационного высушивания, так и последующего хранения, целесообразно осуществлять замораживание биомассы с максимально возможной скоростью охлаждения.

При промышленной производстве препарата кроме сублимационной, предусмотрена и распылительная сушка биомассы, причем, наиболее эффективна сушка с пониженной температурой теплоносителя, при которой высушиваемый материал не прогревается выше 40°-45°С. На прямоточной сушильной установке с дисковым распылителем при температуре теплоносителя на входе в сушильную камеру 70°-75°C и на выходе из нее 40°-45°С были получены сухие концентраты с содержанием жизнеспособных клеток от 305 до 410 млрд/г и остаточной влажностью от 6,2 до 7, В этом случае основным позрегдеэ-щам живую клетку фактором являлось механическое воздействие распиливающих устройств. Оценку воздействия способов распылоник -дискового, пневматической или механической форсунками - на жизнеспособность" клеток такке проводила с помощью теста ускоренного старения и значения К^ (табл. 2). Полученные результаты показывают, что наибольшим травмирушда действием обладает механическая форсунка, наименьший - пневматическая.

- Сравнивая-значения коыстант скорости инактивации, полученных в одних и тех же условиях для клеток, замороженных с разными скоростями" охлаждения и распыленных различными устройствами, можно дать- относительную оценку повреждащего воздействия технологических' факторов и, на ее основе, рекомендовать тот или иной способ обезвоживания. Например, для L.piantarue 1ЕГ предпочтительнее распылительное высушивание при пониженной температуре теплоносителя и механическим распылением (Кш = 0,418 ми5*), чем сублимационное со скоростью охлаждения 2,7°С/мин Цщ - 0,487 мш1).

; Кроме того, данный подход делает возможным прогнозирование

доведения культуры в процессе хранения. Так, можно ожидать, что культура L. plantaran щ> высушенная низкотемпературным распылительным способом с пневматической форсункой (11^=0,392 мин~^), будет лучше храниться, чем обезвоженная сублимацией при 7 ош= '¿, 7°С/мин (К^д = 0,487 ше"1). Это предположение было подтверждено последушим наблюдением по хранении препаратов.

Стандартизация. Из полученных концентратов монокультур ГО-

Ci

товилд препарат с общим содержанием жизнеспособных', клеток 50x10" кд/г, используя в качестве наполнителя поваренную соль. Количество вносимого наполнителя определялось расчетным путем, исходя из массы готового препарата я содержания жизнеспособных клеток в концентратах: ' . Н = М - m^-n^-m^-m^ , где

Н - количество вносимого наполнителя, г; 1« - количество приготавливаемого стандартизованного препарата, г;

т-^т^л^ш^ - количества концентратов монокультур, .входящих в состав препарата, в г., которые расчитывавтся по формулам: т^ТстхМДхТр п^ =ТстхМ/4хТ2; т^ =ТстхМ/4£13; m4 = ТстМ/4ХТ4,

где: Тст - содержание жизнеспособных клеток в стандартизованном

препарате, Тст = 50х109 кд/г; Ej.ij.Ej,^ - соответственно содержание жизнеспособных клеток в концентратах монокультур, входящих з состав препарата, кл/г.

4. РАЗРАБОТКА НОТНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКШШШЕЙЙ

Результаты исследований были использованы при разработке опытно-промышленного регламента на производство сухой закваски • на основе молочнокислых бактерий для квашения овощей а Фруктов. -Технологическая схема производства представлена на рис.9. Алла-

протосубтшшн ГЗх

посевной,материал

— /

о «э

Рас. 9. Технологическая схема производства сухого препарата. 1,11'-весы; 2-реактор для приготовления, ватяжки глюкаваморша,- 3-нутч-фильтр; 4--сборник вытяжки; 5,6-гидролизеры: 7-ферментер; 8-сборшж.аммиачной вояк; у-сборник культуральной жидкости; .■ . 10-сёпаратор; 11-сборник фугата; 12-сборкик пасты; 13-распклительная оуимка; 14-циклон; 15-сборник сухого Продукта; 16- холодильная камэра; 17-смеситель.

го

РО

ратуряое оформление технологического процесса предусматривает максимальное использование существующего оборудования и возможность получения сухой биомассы как сублимационным, так и распылительным способами.

Разработаны и согласованы технические условия на "Закваску сухую для квашеная 2 соления овощей я фруктов".

Совместно с ВНИИНЭП разработана "Технологическая инструкция по производству квашеной капусты и соленых овощей с применением сухих молочнокислых заквасок".

По разработанной научно-технической документации партии препаратов вырабатывались на Вильнюсском опытно-промышленном заводе

\

ёерментккх препаратов, б цехе .4 32 Бердского химического завода я др. предприятиях.

Оянтно-промшлекнне испытания препарата, прозодшгась совместно с ВНИШЮП на Неканском консервном комбинате, Москворецком и Пролетарском оптово-розничных объединениях г.Москан.

'В сезон 1991-1992 гг. заявки на разработанный препарат были получены яз 20 регионов бывшего Союза ССР.

5. ВЫВОДЫ

I. В результате изучения биохимических п микробиологических процессов, происходящих при биологическом консервировании и осо-. бенностей данной технологии, сформулированы требования отрасли к разрабатываемому препарату.

2: Разработан высокоэффективный сухой препарат для биологического консервирования плодоовощного сырья, содеркащий культуры З.Гаес1шв Ы, 3^аес1ша М3185, Ь.сазе! НВ, Ь.рХагЛапш МГ 3 рав-• ных частях.

3. Усовершенствована методика проведения теста ускоренного старения, позволяющая проводить эксперимент з условиях, максималь-

но приближенных к производственным. Показано, что применение теста позволяет дать сравнительную оценку повреадапцему действию технологических факторов и, в соответствии с этим, выбирать оптимальные технологические режимы, обсслечивапцие максимальный выход жизнеспособных бактериальных клеток;

4. Экспериментально подтверждена целесообразность использования теста ускоренного старения для прогнозирования жизнеспособности клеток при длительном хранении.

5. Разработана промышленная технология производства препарата для биологического консервирования плодов и овощей, позволяющая получать готовую форму с содержанием жизнеспособных клеток 50x10® кд/г, остаточной влажностью не более 1П% и сроком хранения 12 месяцев.

6. Разработаны рекомендации и технологическая инструкция по применению препарата. Его целесообразно вносив в массу сырья в количестве 10 мг/кг сырья. Установлено, что ярменекзе препарата снижает потери сырья при ферментации на 1,2-2,1%'и обеспечивает увеличение накопления молочной кислотн на 25-35$.

7. Разработан принципиальный подход к созданию препаратов на основе молочнокислых бактерий для отраслей пищевой промышленности, позволявший создать ряд препаратов, применяемых к хлебопечении, при производстве ферментированных соков ъ напитков.

Список работ, опубликованных по материалам . диссертации

I. Пичугина Т.В., Сатиров Р.Х., Климова И.В. Изучение терко- -резистентности молочнокислых бактерий. Труды БВЖБиохиммашпроект, М., 1983, Выпуск 8, часть I, с.27-31. Публикация в открытой печати запрещена.

2. Питерских Г.П., Овечкан П.Н., Бубнов Н.В., Пичугина Т.В.

Перспективные методы высушивания материалов в дисперсном состоянии. Труды БШБиохиымашроект, M., 1985, Выпуск 10, часть I, с.4-12. Публикация-в открытой печати запрещена.

Пути совершенствования распылительной сушка биопрепаратоз на ос-Еове молочнокислых бактерий. Тезисы докл. Всесоюзной конф. "Биотехника - 85", Грозный, 1986, с.35-36.

4; Закваска для квашения плодов и способ квашения (Пичугина Т.В., Исакова Д.М., Афанасьева B.C., Кузнецова Е.И., Дронова Г.Н., Голод Б.И., Рогачев В.И.). Патент 1805860 СССР МКИ А23В 7/10. v Заявл. 18.04.SI № 4927171/13. Опубл. 30.03.93. Балл, й 12.

5. Способ производства овощных лактоферментированных соков (Пичугина Т.В., Афанасьева В.И., Кузнецова E.H., Клименко C.B., Кзасекксз О.И.) - Решение Государственной научно-технической экспертизы изобретений о выдаче патента на изобретение по заявке ¡'г 93-014928/13/014168 от 22.03.93.- . ...

6. Способ производства напитка из столовой свеклы (Пичугина Т.З,, Афанасьева B.C., Кузнецова Б.Н., Клименко C.B., Квасен-ков О.И.) - Решение Государственной научно-технической экспертизы изобретений о выдаче патента на изобретение по заявке Ä 93-OI4927/I3/OI4I69 от 22.03.93.

3- питерских Г.П., Бубнов Н.В., Овечкин П.Н., Пичугина Т.В.