Биотехнологические процессы в хлебопечении реферат
Обновлено: 05.07.2024
Содержание
Введение………………………………………………………………………..3
Прокариоты, виды, характеристика………………………4
Пути рационального использования инбридинга
в животноводстве……………………..9
Выделение и очистка кристаллического альбумина
куриного яйца ……………………….……………..12
Биотехнологические основы хлебопекарного производства……….16
Биотехнологические аспекты производства хлебобулочных изделий…. 16
Использование нетрадиционных видов сырья в хлебопечении…………………………………21
Можно ли назвать хлеб с частичной заменой пшеничной муки высшего сорта на рисовую муку, функциональным продуктом питания? ………..26
Задачи и упражнения……………………………………………………29
Список использованной литературы…………………………………………35
Работа содержит 1 файл
курсовая.docx
- Прокариоты, виды, характеристика………………………4
- Пути рационального использования инбридинга
- Выделение и очистка кристаллического альбумина
- Биотехнологические основы хлебопекарного производства……….16
- Биотехнологические аспекты производства хлебобулочных изделий…. 16
- Использование нетрадиционных видов сырья в хлебопечении…………………………………21
- Можно ли назвать хлеб с частичной заменой пшеничной муки высшего сорта на рисовую муку, функциональным продуктом питания? ………..26
Список использованной литературы…………………………………………35
Биотехнология – это наука об использовании биологических процессов в технике и промышленном производстве. К числу биологических процессов относят те из них, в которых применяют биологические объекты различной природы (микробной, растительной или животной), например, производство ряда продуктов медицинского, пищевого и другого назначения - антибиотики, вакцины, ферменты, кормовой и пищевой белки, полисахариды, гормоны, гликозиды, аминокислоты, алкалоиды, биогаз, удобрения и прочее. Биотехнологическая продукция все шире завоевывает рынок продуктов питания. Биотехнологические методы издавна применяются в хлебопечении, сыроварении, виноделии и других производствах с участием микроорганизмов (бактерий и микроскопических грибов). С сер. 20 в. микроорганизмы начали использовать для промышленного получения вначале антибиотиков, затем витаминов, аминокислот, ферментов, кормовых белков, бактериальных удобрений и др. Микробиологическая промышленность стала важной отраслью экономики во многих странах.
Немаловажным является значение биотехнологии в разработке нового вида пищевых продуктов с лечебно- профилактическими свойствами. Хлеб является одним из основных продуктов питания, поэтому обогащение его полезными компонентами весьма целесообразно.
Хлеб - продукт, содержащий белки (5,5-9,5 %), углеводы (42-50 %), витамины группы B, минеральные соли (кальция, железа, фосфора - 1,4-2,5 %), органические кислоты. Хлебом удовлетворяется почти вся потребность организма человека в углеводах, на треть - в белках, более чем на половину в витаминах группы B, солях фосфора и железа.
Хлеб - пищевой продукт, получаемый выпечкой разрыхлённого посредством дрожжей или закваски теста, приготовленного из муки, воды и соли с добавлением (или без добавления) сахара, жира, молока и т. п. Для приготовления хлеба используют пшеничную и ржаную муку, реже — кукурузную, ячменную и другие. Словом "хлеб" часто называют сельскохозяйственные культуры (пшеницу, рожь, ячмень и др.), а также само зерно этих культур и изготовляемую из него муку. Благодаря высокой питательности хлеба, отличным вкусовым свойствам, неприедаемости, хорошей усвояемости и насыщаемости, лёгкости приготовления, сравнительной устойчивости в хранении хлеба, получил во многих странах широкое распространение. Количество потребляемого хлеба в различных странах подвержено значительным колебаниям, что определяется особенностями питания населения, многовековыми традициями, экономическими возможностями, климатическими условиями, характером работы и т. д.
Раздел 1 Прокариоты, виды, характеристика.
Прокариоты появились 3,5 миллиарда лет назад. Нет оформленного ядра, в центре клетки находится зона с высокой концентрацией ДНК – нуклеоид. Носитель генетической информации – кольцевая ДНК, закрепленная на плазматической мембране. Нет органелл мембранного строения, только рибосомы. Цитоплазма в состоянии гель, поэтому клетки прокариот выдерживают высокие температуры и высушивание. Клеточная оболочка содержит муреин. Размножение простым бинарным делением. Полового процесса нет. Нет многоклеточных форм.
Подцарство Архебактерии считаются наиболее древними прокариотами. От эубактерий отличаются строением и химическим составом клеточной стенки (нет муреина). Кольцевая ДНК построена по типу эукариот – избыточный геном.
Выделяют три группы: 1) метаногенные бактерии; 2) галобактерии; 3) экстремальные термофилы. Галобактерии способны к фотосинтезу, но без выделения кислорода. Пигмент фотосинтеза – бактериородопсин.
Подцарство Эубактерии – это наиболее многочисленная группа микроорганизмов. Клеточная оболочка содержит муреин. По строению клеточной оболочки делят на граммотрицательные и граммположительные по реакции на анилиновые красители (1884 г., К.Грамм).
Могут образовывать споры. Подобие полового процесса – конъюгация: обмен плазмидами, несущими какой-либо фактор.
Плазмиды – это внехромосомные элементы, небольшие кольцевые ДНК, несущие не более 1 гена.
По форме клеток различают кокки, бактерии, бациллы, вибрионы, спириллы, спирохеты.
По типу питания: гетеротрофы, хемотрофы и фотоавтотрофы (без выделения кислорода). Есть как аэробные, так и анаэробные бактерии.
Значение: 1) участвуют в круговороте веществ (сапротрофы),
2) выполняют геологическую роль (серные бактерии, железобактерии и др.), 3) вызывают заболевания у растений, животных и человека, 4) используются в биотехнологических процессах: сыроделие, виноделие, получение кормового белка, аминокислот, витаминов и т.д.
Подцарство Оксифотобактерии Oxyphotobacteriobionta делится на два отдела: Цианобактерии (сине-зеленые водоросли) и Хлороксибактерии. К последнему отделу относят прокариот, объединенных в род прохлорон, открытый в 70-х годах 20 века. Происхождение их неясно. Набор фотосинтетических пигментов идентичен зеленым водорослям и высшим растениям (хлорофиллы а и b). Обитают в симбиозе с асцидиями в тропических и субтропических морях.
- Царство Дробянки (Mychota)
- Цианобактерии
- Систематика цианобактерий
К прокариотам относится около 3000 видов бактерий, в том числе организмы, обычно называемые сине-зелеными водорослями. Сине-зеленые водоросли составляют особое семейство бактерий. Особое положение цианобактерий объясняется наличием у них выделяющей кислород фотосинтетической системы, во многом сходной с системой фотосинтеза высших зеленых растений. Некоторые другие классы бактерий также могут осуществлять фотосинтез, однако они не выделяют кислород. Большинство видов бактерий не способны к фотосинтезу и получают энергию за счет расщепления питательных веществ, поступающих из окружающей среды. Существуют 20 различных семейств прокариот, классификация и названия которых основаны на их внешнем виде, а также способности к передвижению, окрашиванию, потреблению определенных питательных веществ и синтезу определенных продуктов. Некоторые бактерии обладают патогенными (болезнетворными) свойствами, однако большинство из них весьма полезны. К прокариотам относятся также семейства очень мелких клеток, обычно паразитирующих внутри других клеток.
Хотя прокариотические клетки не видны невооруженным глазом и менее знакомы нам по сравнению с высшими животными и растениями, они составляют очень существенную часть биомассы Земли. Вероятно, три четверти всей живой материи на Земле приходится на долю микроорганизмов, большинство из которых – прокариоты. Более того, прокариоты играют важную роль в биологических превращениях материи и энергии на Земле. Фотосинтезирующие бактерии, обитающие как в пресной, так и в морской воде поглощают солнечную энергию и используют ее для синтеза углерода и других компонентов клеток, которые в свою очередь служат пищей для других организмов. Некоторые бактерии могут фиксировать молекулярный азот из атмосферы, образуя биологически полезные азотсодержащие соединения. Таким образом, прокариоты играют роль отправной точки для многих пищевых цепей в биосфере. Кроме того, прокариоты выполняют функцию конечных потребителей, поскольку различные бактерии осуществляют расщепление органических структур в мертвых растениях и животных, возвращая тем самым конечные продукты распада в атмосферу, почву и моря, где они вновь используются в биологических циклах углерода, азота и кислорода.
Прокариотические клетки представляют исключительную ценность для исследований в области биохимии и молекулярной биологии, так как они не сложны по своей структуре, их можно легко и быстро выращивать в больших количествах, а механизмы репродукции и передачи генетической информации у них относительно просты. В оптимальных условиях при 37°С в простой питательной среде, содержащей глюкозу, соли аммония и неорганические вещества, бактерии делятся каждые 20-30 мин. Другая важная особенность прокариотических клеток – это их способность размножаться очень простым способом – неполовым путем. Клетки растут до тех пор пока их размеры не увеличатся вдвое, после чего делятся на две идентичные дочерние клетки, каждая из которых получает одну из копий генетического материала (ДНК) родительской клетки. Прокариотические клетки содержат только одну хромосому, представляющую собой двухцепочечную молекулу ДНК. Кроме того можно легко индуцировать образование генетических мутантов прокариот, а затем выращивать их. Благодаря всем этим свойствам бактерии сыграли важную роль в формировании наших представлений об основных молекулярных процессах, обеспечивающих передачу генетической информации.
Раздел 2 Пути рационального использования инбридинга в животноводстве.
Учение об инбридинге возникло давно. В прошлом родственное спаривание применялось в животноводстве бессознательно, стихийно. В древние времена, когда люди обнаружили вредные действия кровосмешения, существовали строгие законы, запрещающие родственное спаривание. У арабов уже в 18 веке накопилось много фактов отрицательного влияния на потомство племенных лошадей. В период развития капитализма начался процесс породообразования во многих странах. Создание новых пород, отвечающих требованиям рынка, осуществлялось с широким использованием инбридинга. В то время были получены множество известных пород сельскохозяйственных животных, в том числе орловская порода лошадей. Известный селекционер прошлого Р. Беквелл основой создания новых пород считал использование инбридинга любых степеней с целью закрепления в потомстве выдающихся качеств.
Но очень широкое, порой непродуманное, без всякой цели применение тесного инбридинга скоро обернулось для многих заводчиков большой бедой. Бессистемный тесный инбридинг привел к снижению продуктивности и плодовитости, крепости конституции животных. В результате этого взгляды на инбридинг начали меняться. К этому методу спаривания стали относиться осторожно. В ту пору не существовало теорий, объясняющих причины вредных последствий родственного спаривания, но инбридинга стали избегать. Интерес к инбридингу проявился вновь только к концу 19 века. Анализ племенных книг, изучение истории создания многих заводских пород показали положительную роль инбридинга в породообразовании. С начала 20 века вопрос о роли и значении инбридинга, его биологической сущности начинают решать генетики.В России чистопородному разведению отводится важнейшее место в племенной работе с породами всех видов животных. При этом применяют два вида спаривания: неродственное (аутбридинг) и родственное (инбридинг). Спаривание животных, находящихся в родстве, называется инбридингом.
Инбридинг (англ. inbreeding, от in - в, внутри и breeding - разведение), инцухт (нем. Inzucht), скрещивание близкородственных форм в пределах одной популяции организмов. Наиболее тесная форма инбридинга - самооплодотворение.
Основная цель инбридинга - сохранение наследственных особенностей того или иного выдающегося предка. Главное требование к инбридингу - его направленность. Инбридинг нужно проводить только на определенное выдающееся животное.
Инбридинг — это система спариваний родственных (в той или иной степени) животных.
Практика животноводства знает многочисленные последствия родственного разведения; уродства потомства, недоразвитие, снижение продуктивности, плодовитости и бесплодие. Стремление не применять инбридинг приводило к тому, что многих, даже превосходных особей отправляли на бойню. Нов разные времена инбридинг применяли при выведении пород, потому что наряду с нежелательными последствиями подобного разведения появлялись и выдающиеся особи в результате максимальной консолидированности желательной наследственности. Примеры выведения таких пород: шароле (мясной крупный рогатый скот), романовская овца и др. свидетельствуют о применении тесных инбридингов.
Родственное разведение не увеличивает числа рецессивных аллелей в популяции, не позволяет им проявиться путем увеличения гомозиготности. Обычно имеется много рецессивных генов в скрытом состоянии (не менее 11 для сельскохозяйственных животных).
Инбридинг, сопровождаемый отбором, может способствовать увеличению фенотипического единообразия среди животных. Таким образом формируются родственные группы, семейства, линии. Но инбредные животные часто изнежены, прихотливы к условиям среды. Поэтому при их отборе обращают внимание на крепость конституции.
Большинство генетиков объясняют инбридинг увеличением гомозиготности доминантных (положительный эффект) и рецессивных (отрицательный эффект) генов. В неродственных популяциях рецессивные гены скрыты доминантными аллельными генами и не проявляются.
Также по мере возрастания гомозиготности вредные последствия могут происходить за счет сверхдоминирования (превосходства гетерозигот над гомозиготами), т.к. число гетерозигот уменьшается.
На ухудшение признака при инбридинге может оказывать действие и эпистаз (взаимодействие неаллельных генов).Востоке лепешки выпекали из крутого пресного теста на горячих кам-
нях, в золе или на раскаленных стенках печек, имевших форму пче-
линых улиев. Лепешки были жёсткими и сухими, но зато долго сохра-
нялись. Подобные печки – тандыры сохранились и поныне в Средней
Азии и в Закавказье.
Прошло ещё много столетий, прежде чем в тесто начали добав- лять дрожжи, превратившее жесткую лепешку в пышную и мягкую булку. Историки считают, что кислое тесто впервые появилось у
египтян, которым был известен способ приготовления пива, а значит и
процесс брожения, приблизительно в середине второго тысячелетия до нашей эры.
Хлебопекарные дрожжи – это скопление клеток семейства грибов-сахаромицетов. Они вызывают спиртовое брожение сахаров теста, в результате чего образуется спирт и углекислый газ. Примене- ние дрожжей в хлебопечении основано на том, что при брожении угле- кислый газ разрыхляет тесто, придает ему пористую структуру. Угле- кислый газ как бы растягивает, расширяет тесто, делает его пышным. В процессе брожения в тесте накапливаются сложнейшие органические соединения, которые при выпечке под влиянием высоких температур предают хлебу великолепный вкус и аромат.
Зерно имеет в своем составе разнообразный комплекс ферментов, которые влияют на качество хлеба. Низшие сорта муки отличаются большим содержанием и активностью ферментов, чем высшие, так как ферменты сосредоточены в зародыше и периферийных частях зер- на. Ферментная активность отдельных партий муки одного и того же сорта зависит от многих факторов: условий произрастания, хранения и сушки, режима кондиционирования, продолжительности хранения зерна или муки. Повышенная ферментная активность наблюдается
у муки, полученной из зерна недозревшего, морозобойного, проросше- го или пораженного клопом-черепашкой, а низкая - у муки, получен- ной из зерна, чрезмерно перегретого при сушке. При хранении муки
(зерна) активность ферментов несколько снижается. Ферментативные
процессы в полуфабрикатах при их брожении или выпечке должны протекать с определенной скоростью в зависимости от биологических процессов, качества муки и режимов приготовления теста. При повы- шенной или пониженной (по сравнению с обычным значением) фер- ментной активности муки осложняется технологический процесс, воз- никают дефекты хлеба. В технологическом процессе производства хлеба наиболее важны ферменты, гидролизующие главные вещества муки - белки и крахмал. Интенсивность, с которой сложные вещества муки разлагаются под действием ее собственных ферментов, характе- ризует автолитическую активность муки (автолиз - саморазложение).
Роль дрожжей сахаромицетов в хлебопечении. Дрожжи саха- ромицеты выполняют в основном роль разрыхлителей теста, оказывая существенное влияние на объем готового хлеба и пористость мякиша. Сбраживая сахара муки и мальтозу, образующуюся из крахмала муки под действием амилаз, они образуют углекислый газ и спирт. Химизм спиртового брожения в настоящее время изучен детально. Известно, что наряду с главными продуктами брожения получаются побочные, например - уксусный альдегид, спирты (бутиловый, изобутиловый, изоамиловый), органические кислоты (молочная, янтарная, винная, щавелевая) и некоторые другие вещества, придающие хлебу специфи- ческий вкус и аромат. Кроме того, небольшое количество спирта, кото- рое остается после выпечки в готовом хлебе (до 0,5%), также значи- тельно улучшает вкус и аромат хлеба.
Для разрыхления пшеничного теста применяют дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Их вносят в виде прессованных дрожжей, дрожжевого молока, сгущенных или жидких дрожжей. В брожении
ржаных заквасок участвуют два вида дрожжей сахаромицетов:
Saccharomyces cerevisiae и Saccharomyces minor.
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
![]()
![]()
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.
![]()
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Востоке лепешки выпекали из крутого пресного теста на горячих кам-
нях, в золе или на раскаленных стенках печек, имевших форму пче-
линых улиев. Лепешки были жёсткими и сухими, но зато долго сохра-
нялись. Подобные печки – тандыры сохранились и поныне в Средней
Азии и в Закавказье.
Прошло ещё много столетий, прежде чем в тесто начали добав- лять дрожжи, превратившее жесткую лепешку в пышную и мягкую булку. Историки считают, что кислое тесто впервые появилось у
египтян, которым был известен способ приготовления пива, а значит и
процесс брожения, приблизительно в середине второго тысячелетия до нашей эры.
Хлебопекарные дрожжи – это скопление клеток семейства грибов-сахаромицетов. Они вызывают спиртовое брожение сахаров теста, в результате чего образуется спирт и углекислый газ. Примене- ние дрожжей в хлебопечении основано на том, что при брожении угле- кислый газ разрыхляет тесто, придает ему пористую структуру. Угле- кислый газ как бы растягивает, расширяет тесто, делает его пышным. В процессе брожения в тесте накапливаются сложнейшие органические соединения, которые при выпечке под влиянием высоких температур предают хлебу великолепный вкус и аромат.
Зерно имеет в своем составе разнообразный комплекс ферментов, которые влияют на качество хлеба. Низшие сорта муки отличаются большим содержанием и активностью ферментов, чем высшие, так как ферменты сосредоточены в зародыше и периферийных частях зер- на. Ферментная активность отдельных партий муки одного и того же сорта зависит от многих факторов: условий произрастания, хранения и сушки, режима кондиционирования, продолжительности хранения зерна или муки. Повышенная ферментная активность наблюдается
у муки, полученной из зерна недозревшего, морозобойного, проросше- го или пораженного клопом-черепашкой, а низкая - у муки, получен- ной из зерна, чрезмерно перегретого при сушке. При хранении муки
(зерна) активность ферментов несколько снижается. Ферментативные
процессы в полуфабрикатах при их брожении или выпечке должны протекать с определенной скоростью в зависимости от биологических процессов, качества муки и режимов приготовления теста. При повы- шенной или пониженной (по сравнению с обычным значением) фер- ментной активности муки осложняется технологический процесс, воз- никают дефекты хлеба. В технологическом процессе производства хлеба наиболее важны ферменты, гидролизующие главные вещества муки - белки и крахмал. Интенсивность, с которой сложные вещества муки разлагаются под действием ее собственных ферментов, характе- ризует автолитическую активность муки (автолиз - саморазложение).
Роль дрожжей сахаромицетов в хлебопечении. Дрожжи саха- ромицеты выполняют в основном роль разрыхлителей теста, оказывая существенное влияние на объем готового хлеба и пористость мякиша. Сбраживая сахара муки и мальтозу, образующуюся из крахмала муки под действием амилаз, они образуют углекислый газ и спирт. Химизм спиртового брожения в настоящее время изучен детально. Известно, что наряду с главными продуктами брожения получаются побочные, например - уксусный альдегид, спирты (бутиловый, изобутиловый, изоамиловый), органические кислоты (молочная, янтарная, винная, щавелевая) и некоторые другие вещества, придающие хлебу специфи- ческий вкус и аромат. Кроме того, небольшое количество спирта, кото- рое остается после выпечки в готовом хлебе (до 0,5%), также значи- тельно улучшает вкус и аромат хлеба.
Для разрыхления пшеничного теста применяют дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Их вносят в виде прессованных дрожжей, дрожжевого молока, сгущенных или жидких дрожжей. В брожении
ржаных заквасок участвуют два вида дрожжей сахаромицетов:
Saccharomyces cerevisiae и Saccharomyces minor.
Технология приготовления теста
Замес теста. Замес теста - важнейшая технологическая опера-
ция, от которой в значительной степени зависит дальнейший ход тех- нологического процесса и качество хлеба. При замесе из муки, воды, дрожжей, соли и других составных частей получают однородную мас- су с определенной структурой и физическими свойствами, чтобы в по- следующем при брожении, разделке, расстойке, тесто хорошо перера- батывалось. Количество воды на замес берут с учетом сорта муки и её влажности. При избытке воды тесто имеет слабую консистенцию и расплывается. Если в тесте недостаточно воды, оно уплотняется, мед- ленно созревает и не достигает нужного объема. Тесто при замесе тщательно перемешивают. Это, во-первых, необходимо для того, что- бы смешать основное и вспомогательное сырье и получить плотную однородную массу, а во-вторых, во время перемешивания тесто обога- щается кислородом, который необходим для нормального брожения. Плохо перемешанное тесто имеет неоднородную массу, неравномерно бродит и созревает. Если тесто перемешивать слишком долго, из него будет удален воздух, без которого нарушается нормальное брожение теста, то есть тесто не будет иметь подъемной силы. В результате изде- лия получатся небольшими по объему, с плотным не разрыхленным мякишем. Продолжительность замеса теста зависит от ряда условий, в том числе от количества муки, ее влажности и других физических
свойств. С начала замеса в полуфабрикатах происходят различные процессы - физические, биохимические и др. Существенная роль в об- разовании пшеничного теста принадлежит белковым веществам. Не- растворимые в воде белки муки, соединяясь с водой при замесе, набу- хают и образуют клейковину. При этом белки связывают воду в коли- честве, примерно в два раза большем по сравнению со своей массой;
75% этой воды связывается осмотически. Набухшие белковые веще- ства муки образуют "каркас теста" губчатой структуры - клейковину, что и определяет растяжимость и эластичность теста. Основная часть муки (зерна крахмала) адсорбционно связывает большое количество воды. Значительная её часть поглощается пентозанами муки. Тесто представляет собой полидисперсную систему, состоящую из твер- дой, жидкой и газообразной фаз. От соотношения фаз в этой поли- дисперсной системе зависят физические свойства теста. Наряду с фи- зическими и коллоидными процессами в тесте под действием фермен- тов муки и дрожжей начинают проходить и биохимические процессы. Наиболее значительное влияние оказывают ферменты муки, которые дезагрегируют белок. Соприкосновение теста во время замеса с кисло- родом воздуха снижает дезагрегационное влияние ферментов. В мень- шей мере действуют и ферменты, расщепляющие крахмал.
Разрыхление теста. Чтобы получить вкусный пористый, с хо- рошим мякишем хлеб, следует предварительно разрыхлить тесто. В основном используется биологический способ разрыхления. Он ос- нован на спиртовом брожении сахара. Дрожжи образуют в тесте угле- кислый газ, который разрыхляет хлебные полуфабрикаты.
Брожение. Процессы брожения в тесте начинаются с момента замеса и продолжаются до полного прогревания его в печи. Брожение теста можно разделить на два этапа: от замеса до разделки и от начала
разделки до выпечки. На первом этапе происходит созревание его, на-
копление вкусовых и ароматических веществ и оптимальное измене- ние физических свойств. Разрыхление теста на этой стадии брожения существенного значения не имеет, так как углекислый газ во время раз- делки практически полностью удаляется из тестовых заготовок. Со- зревшее тесто направляют на разделку. На втором этапе в тесте про- должается брожение. При разделке, расстойке и в начале выпечки те- сто разрыхляется образующимся в нем углекислым газом, что необхо- димо для получения хлеба с хорошо разрыхленным и пористым мяки- шем. В пшеничном тесте преобладает спиртовое брожение, одна- ко наряду с ним всегда протекает и молочнокислое брожение.
Спиртовое брожение вызывается дрожжами. При приготовле- нии опары или теста дрожжи развиваются, питаются, размножаются, сбраживают основные сахара. В течение первых 1,5-2 часов брожения дрожжи разлагают сахара муки - глюкозу, фруктозу, сахарозу. Послед- няя под действием ферментов, содержащихся в дрожжах (фермент са- харозы), превращается во фруктозу и глюкозу, которые затем также сбраживаются дрожжами. Скорость превращения сахарозы муки в глюкозу и фруктозу очень велика. Уже через несколько минут после замеса теста собственные сахара муки сбраживаются и могут играть существенную роль только в первый период брожения теста. В даль- нейшем дрожжи сбраживают мальтозу. Прессованные дрожжи, как правило, выращивают на средах, не содержащих мальтозы, поэтому для сбраживания ее ферментная система дрожжевой клетки должна быть в течение определенного периода перестроена. Часть сахара, на- ходящегося в тесте, затрачивается на увеличение дрожжевой массы при размножении дрожжей в опаре или заквасках. На интенсивность размножения дрожжей в полуфабрикатах влияют их исходные количе- ства, консистенция полуфабриката, его температура, влажность и со- держание питательных веществ, необходимых клетке. В густых полу- фабрикатах дрожжи размножаются медленнее, чем в жидких, так как обмен веществ в густой среде затруднен. Решающее влияние на ход спиртового брожения оказывает температура полуфабриката. Она ко-
леблется от 23 0 С до 35 0 С. Чем выше температура полуфабриката, тем интенсивнее совершается спиртовое брожение. Так, при температуре
35 0 С интенсивность брожения в два раза выше, чем при температуре
25 0 С. Процесс брожения во многом зависит от содержания в полу- фабрикатах растворимых азотистых веществ, минеральных соедине- ний, сахара и витаминов, необходимых дрожжам, а также рН среды и
концентрации поваренной соли. В ряде стран набор минеральных, азо-
тистых и ростовых веществ является обязательным компонентом пше- ничного теста. рН теста обычно совпадает с оптимальным для спирто- вого брожения значением (4-6). Весьма небольшие дозировки поварен- ной соли (около 0,1% к массе муки) положительно влияют на жизне- деятельность дрожжей.
Молочнокислое брожение. Значительную роль в созревании по- луфабрикатов хлебопекарного производства играют молочнокислые бактерии, представляющие обширную группу микроорганизмов, обра- зующих в результате брожения молочную кислоту и другие вещества. По ферментативной деятельности молочнокислые бактерии разделяют на гомоферментативные и гетероферментативные. При гомофермен-
тативном брожении образуется от 85% до 90% молочной кисло- ты, при гетероферментативном образуется около 20% - 40%. При молочнокислом брожении, помимо молочной кислоты, образуются ук- сусная кислота, муравьиная кислота, этиловый спирт, диоксид углеро- да и другие вещества. Важным является спиртоустойчивость молочно- кислых бактерий при совместном использовании их с дрожжами. Гете- роферментативные молочнокислые бактерии и некоторые виды Lactobacillus plantarum сбраживают пентозы. Дрожжи сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, простые декстрины, не сбра- живают лактозу, крахмал, клетчатку. Они усваивают этиловый спирт, молочную кислоту, уксусную кислоту. В пшеничное тесто молочно- кислые бактерии попадают с мукой, другим сырьем (например, с дрожжами) и из воздуха. В ржаное тесто они вносятся с заквасками. Содержание молочнокислых бактерий в заквасках весьма значитель- ное, поэтому молочнокислое брожение в ржаных полуфабрикатах про- текает очень интенсивно. В накоплении кислот в пшеничном и ржа- ном тесте принимают участие молочнокислые бактерии, которые обра- зуют кислоты: уксусную, щавелевую, винную, муравьиную и прочие.
В пшеничном тесте образуется в основном молочная кислота. Доля же всех остальных кислот сравнительно невелика от 25% до 30%. В ржа- ном тесте, вследствие специфических особенностей микрофлоры ржа- ных заквасок, доля молочной кислоты составляет около 30%, а в ос- новном образуется уксусная кислота. На интенсивность кислотооб- разования в бродящих полуфабрикатах и на состав кислот, прежде всего, влияет температура, а также консистенция полуфабрика- тов и исходное количество кислотообразующих бактерий. Процесс кислотонакопления в густых средах идет более интенсивно, чем в жид- ких заквасках. Молочнокислые бактерии расщепляют собственные сахара муки, вносимую по рецептуре сахарозу, а также мальтозу, обра- зующуюся из крахмала. В молочнокислом брожении при обычной
температуре тестоведения от 28 0 С до З0 0 С основное значение имеют нетермофильные бактерии с оптимумом действия около 35 0 С.
Изменения в степени кислотности теста и состава кислот, образую-
щихся при брожении, влияют на ферментативные и коллоидные про-
цессы, жизнедеятельность микрофлоры теста и на образование аромата
и вкуса хлеба. При повышении кислотности теста ускоряются процес- сы набухания и пептизации белков, молочная кислота препятствует развитию вредной микрофлоры. На повышение кислотности теста влияют прессованные дрожжи, в которых содержится некоторое коли- чество кислотообразующих бактерий. Накопление кислот в определен-
ном количестве и соотношении их в совокупности со спиртами, обра- зующимися при брожении, определяют вкус и аромат хлеба. Повыше- ние кислотности теста снижает активность основных ферментов муки: амилолитических и протеолитических. Конечная кислотность опары и теста есть основной способ определения готовности теста.
При брожении теста наряду с вышеописанными продолжаются коллоидные и физические процессы: интенсивное набухание коллои- дов, набухание и пептизация белковых веществ. В благоприятных ус-
ловиях при повышении кислотности теста и накоплении спирта уве-
личивается гидрофильность коллоидов теста. Набухание белков может проходить с различной интенсивностью и скоростью. В тесте из силь- ной муки набухание проходит медленно, ограниченно, заканчивается только к концу брожения. Это уменьшает количество жидкой фазы в тесте и улучшает его физические свойства. Обминка теста из сильной муки ускоряет процесс набухания белков и также улучшает физиче- ские свойства теста. В тесте из слабой муки структура белков непроч- ная, поэтому набухание происходит очень быстро, а белки частично пептизируются. Это приводит к быстрому увеличению количества жидкой фазы в тесте и его разжижению, что ухудшает физические свойства теста. Тесто из слабой муки не следует интенсивно обминать, так как при механическом воздействии указанные выше процессы ус- коряются и могут ухудшить физические свойства теста. При броже- нии теста изменяется структура его клейковинного каркаса. В резуль- тате разрыхления теста углекислым газом, образующимся при спирто- вом брожении, увеличивается его объем и клейковинные пленки из на- бухших белков муки растягиваются. При дальнейшем механическом воздействии в технологическом процессе (обминка и разделка теста) клейковинные пленки вновь слипаются, образуя в тесте новую струк- туру клейковинного губчатого каркаса. Новая структура способствует газоудержанию и сохранению формы изделий при окончательной рас- стойке и выпечке хлеба. Мякиш выпеченного хлеба приобретает рав- номерную, тонкостенную и мелкую пористость. Таким образом, в про- цессе брожения теста основные составные части его (крахмал, белки) претерпевают значительные изменения. В процессе брожения темпе-
ратура теста повышается на 1 - 2 0 С. Это обусловлено тем, что разложе-
ние сахара сопровождается положительным тепловым эффектом. Кро- ме того, адсорбционное связывание влаги крахмалом и другими веще- ствами муки также сопровождается выделением тепла. Масса теста из- меняется и к концу брожения уменьшается на 2-3%, поскольку в окру- жающую среду улетучивается часть углекислого газа, спирта, летучих
кислот и испаряется вода. В основном эти потери происходят за счет сухого вещества теста (сахара), который при спиртовом брожении раз- лагается на спирт и углекислый газ.
Выпечка хлеба. В период выпечки интенсивно протекают про- цессы ферментативного гидролиза углеводов, когда под действием амилаз крахмал переходит в глюкозу.
Новые разработки клеточной инженерии по созданию высокопро- дуктивных штаммов хлебопекарных дрожжей и молочнокислых бакте- рий способствуют интенсификации производственных процессов. В основе процессов приготовления хлебобулочных изделий лежит сово- купность сложнейших изменений сырья под воздействием микроорга- низмов. Современный хлебозавод представляет собой предприятие, основные отделения которого полностью механизированы (рис. 33).
Основы биотехнологии хлебопечении и мучных кондитерских изделий – одна из важнейших профессиональных дисциплин. Основы биотехнологии хлебопечения и кондитерских изделий изучает биохимические и микробиологические процессы в технологии хлебопечения и кондитерских изделий, технологии производства заквасок для хлеба из пшеничной и ржаной муки.
Лекция 1
ВВОДНАЯ
Введение в дисциплину
Биотехнология — это использование организмов, биологических систем или биологических процессов в промышленном производстве. К отраслям биотехнологии относятся генная, хромосомная и клеточная инженерия, клонирование сельскохозяйственных растений и животных, использование микроорганизмов в хлебопечении, виноделии, производстве лекарств и др.
Производство хлеба включает сложный цикл микробиологических и биохимических процессов, происходящих в тесте с момента смешивания муки с водой и заканчивающихся выпечкой. В сортах муки, используемой для выпечки пшеничного и ржаного хлеба, входят компоненты, необходимые для развития многих микроорганизмов. Кроме крахмала в муке содержится до 0,7-1,8 % (в пересчете на сухое вещество) сбраживаемых сахаров - глюкозы, фруктозы, мальтозы, сахарозы, раффинозы, существенно влияющих на первые стадии брожения теста. Образующиеся при гидролизе крахмала амилолитическими ферментами муки углеводы (мальтоза и др.) - основные субстраты, обеспечивающие процесс брожения и хорошее газообразование при изготовлении теста. Азотсодержащие вещества муки состоят главным образом из белков. В незначительном количестве содержатся и небелковые азотистые вещества - свободные аминокислоты и амиды. Кроме того, протеиназы муки обогащают тесто водорастворимыми азотсодержащими соединениями. В состав муки входит до 2 % минеральных веществ, в том числе микроэлементы.
Мука всегда содержит значительное количество различных микроорганизмов. Вносятся они и с добавками к тесту. Важнейшую роль в брожении теста играют дрожжи и молочнокислые бактерии, для которых имеются все необходимые условия: влажность 40-50 %, незначительное содержание молекулярного кислорода и наличие питательных веществ. Микробиологические процессы и связанные с ними биохимические изменения в тесте определяют пористость, окраску, прочность среза и сохранение свежести хлеба, придают ему вкус и аромат.
Основные процессы, протекающие при производстве хлеба
Хлеб —это пищевой продукт, получаемый выпечкой разрыхленного дрожжами и/или молочнокислыми бактериями теста, которое готовится различными способами из ржаной, пшеничной муки или их смеси, c добавлением хлебопекарных дрожжей, соли, воды и дополнительных видов сырья, предусмотренных ре - цептурой изделия.
Производство хлеба включает несколько стадий технологического процесса: подготовку сырья, его дозировку, замес полуфабрикатов, их брожение, разделку, и том числе окончательную расстойку и отделку, выпечку хлеба, его укладку, хранение
и транспортировку в торговую сеть для реализации. Технология приготовления хлеба может включать специальные стадии, такие как различные методы подготовки отдельных видов сырья; приготовление полуфабрикатов c определенными свойствами — заварок; различных видов закваски; бездрожжевого набухающего полуфабриката; высокоосахаренных ферментативных полуфабрикатов; заквасок c направленным культивиpовaнием микроорганизмов; активацию дрожжей; выpащивание жидких
дрожжей; ошпаpку тестовых заготовок, о6жарку хлеба; сушку; замораживание и дефростацию тестовых заготовок и другие. На каждой стадии производства хлеба происходит комплекс сложных процессов —физико-химических, коллоидных, биохимических и микробиологических, которые взаимосвязаны c химическим составом, функциональными и технологическими свойствами хлебопекарного сырья, жизнедеятельностью микрофлоры полуфабрикатов, активностью биологических катализаторов – ферментов, параметрами и условиями технологического процесса.
Конечная цель хлебопекарного производства –это приготовление высококачественной продукции, обладающей хорошими потребительскими свойствами, физико-химическими показателями, сбaлансированным составом по пищевой ценности, хорошей усвояемостью и соответствующей медико-биолoгическим требованиям. Достижение этой цели основывается на управлении оптимальными параметрами при проведении каждой стадии; регулировании сложным комплексом процессов, происходящих со структурными компонентами сырья и полуфабрикатов; обеспечении жизнедеятельности микрофлоры полуфабрикатов и теста.
В основе технологии приготовления хлеба лежат процессы жизнедеятельности микрофлоры муки и полуфабрикатов: хлебопекарных дрожжей, молочнокислых бактерий, a также других видов микроорганизмов, обеспечивающих разрыхление теста за счет выделения диоксида углерода, насыщение жидкой фазы теста растворенной угольной кислотой, повышение общей и активной кислотности полуфабрикатов, накопление в тесте специфических веществ, формирующих вкус и аромат готового хлеба.
Важнейшей составляющей технологии хлебопекарного производства является комплекс биохимических процессов, включающих взаимодействие ферментов муки и других видов сырья со структурными компонентами теста и обусловливающих их модификацию, что определяет ход технологического процесса, свойства полуфабрикатов и качество готовой продукции. Микробиологические и биохимические процессы технологии хлеба взаимосвязаны между собой и составляют биотехнологические основы хлебопекарного производства. Комплекс биохимических и микробиологических процессов протекает на всех стадиях приготовления в зависимости от назначения и выбора конкретной стадии или приема, параметров и условий, достигаемого технологического эффекта они различаются по направленности процессов
и степени их интенсивности.
Спиртовое брожение
B зависимости от способов тестоприготовления в хлебопекарных полуфабрикатах происходит преимущественно спиртовое брожение, вызываемое чистыми культурами хлебопекарных дрожжей, либо спиртовое брожение сочетается c молочнокислым брожением. Наряду c дрожжами и молочнокислыми бактериями в полуфабрикатах проявляет жизнедеятельность целый ряд микроорганизмов, попавших c мукой, дополнительным сырьем или за счет направленного культивирования определенных их видов. Из Семейства сахаромицетов в хлебопекарном производстве применяется вид Saccharomyces cerevisiae, отдельные штаммы которого значительно различаются посоставу ферментов и отношению к условиям внешней среды. Из бродящих ржаных за-квасок выделен вид дрожжей Saccharomyces minor, который также используется в технологии приготовления хлеба. B зависимости от условий дрожжевые клетки сахаромицетов получают необходимую для жизнедеятельности энергию за счет сбраживания углеводов при анаэробных условиях или за счет их окисления при аэробных условиях.
Для полуфабрикатов хлебопекарного производства характерен анаэробный тип обмена веществ – спиртовое брожение. Процесс спиртового брожения – с6раживание дрожжевыми клетками углеводов в отсутствии кислорода c образованием конечных продуктов – этанола и диоксида углерода осуществляется через ряд промежуточных продуктов c участием многочисленных ферментов, называемых зимазным комплексом. Гексозы расщепляются до центрального промежуточного продукта пировиноградной ки-слоты, которая является исходным субстратом для образования диоксида углерода и этaнола. Превращение сахара в пировиноградную кислоту включает окислительную стадию. Водород, отнимаемый от промежуточных продуктов расщепления сахара и связанный на специфических коферментах НАД + и НАД + Фn (неорганический фосфат), используется для восстановления пировиноградной кислоты или продуктов ее расщепления с образованием конечных продуктов брожения. Энергия, получаемая в результате процесса брожения и используемая клеткой, запасается в форме аденозинтрифосфата (АТФ), часть которой идет на фосфорилирование гексоз, сопровождаемое превращением АТФ в аденозиндифосфат (АДФ).
Фактический баланс спиртового брожения при активной кислотности среды дрожжевого теста (рн 6,0) близок к теоретическому, однако и в этом случае кроме этанола и диоксида углерода в бродящих полуфабрикатах образуется ряд продуктов: глицерин, масляная, уксусная, молочная, яблочная кислоты и др. C увеличением концентрации водородных ионов количество побочных продуктов процесса спиртового брожения возрастает. Количество диоксида углерода, выделяющегося и тесте при сбраживании сахаров, составляет около 70% от теоретически возможного по суммарной формуле, поскольку часть сбраживаемого сахара затрачивается на энергетические и пластические процессы, происходящие в дрожжевой клетке пpи жизнедеятельности.
Процессы обмена веществ в дрожжевой клетке протекают c участием ферментов, которые подразделяются на экзо- и эндоферменты в зависимости от локализации в дрожжевой клетке, и конститутивные и адаптивные (индуцируемые) и зависимости от их синтеза. Экзоферменты выделяются клеткой во внешнюю среду для действия на субстрат, эндоферменты действуют внутри клетки. У конститутивных ферментов субстратом для их индукции служат метаболиты , образующиеся в клетке при ее жизнедеятельности вне зависимости от наличия их в питательной среде, y адаптивных индуктором является субстрат, содержащийся в питательной смeси. B состав ферментных систем дрожжевой клетки входят Р-фруктофуранозидаза, a-глюкозидаза, глюкокиназа, мальтопермеаза, карбоксилаза, фруктоизомераза и другие.
Зимазный комплекс ферментов дрожжей обеспечивает превращение моносахаров в этанол и диоксид углерода. Глюкоза сбраживается непосредственно, фруктоза – после изомеризации ее в глюкозу фруктоизомеразой дрожжей. Сахароза предварительно гидролизуется в глнокозу и фруктозу конститутивной Р-фруктофуранозидазой, легко выделяющимcя во внешнюю среду, так как этот фермент относится к экзоферментам и расположен с внешней стороны мембраны дрожжевой клетки.
Мальтоза с6раживается в мучных полуфабрикатах после глюкозы, фруктозы и сахарозы. При наличии мальтозы в среде брожения клетка секретирует фермент мальтопермеазу, который осуществляет транспорт мальтозы внутрь клетки, и фермент а-глюкозидазу (мальтазу), расщепляющий мальтозу на две молекулы глюкозы, которые непосредственно сбpaживаются дрожжами при участии их зимазного комплекса ферментов. Ферменты, участвующие в сбраживании мaльтозы (мальтопермеаза, a-глюкoзидаза), формируются только при наличии мальтозы в среде и после того как
дрожжевые клетки войдут в контакт с этим дисахаридом, поскольку являются адаптивными.
Разная продолжительность индуцирования ферментов дрожжевой клеткой приводит
к тому, что сахара теста сбpаживаются прессованными дрожжами не одновременно и непропорционально их содержанию в субстрате, a скорость ее газообразования на-растает до максимума c перепадами.
Адаптация дрожжей со сбраживания глюкозы, фруктозы и сахарозы на сбрaживание мaльтозы требует определенной продолжительности и связана c процессом адаптации дрожжевых клеток к мальтозной среде, который включает секрецию a-глюкозидазы и транспорт мальтозы мальтопермеaзой внутрь клетки, поскольку a-глюкозидаза локализуется в цитоплазме дрожжей. Закономерности сбраживания сахаров дрожжевой клеткой отражает динамика скорости газообразования дрожжей в полуфабрикатах, на основе анализа которой можно регулировать продолжительность их созревания для достижения наилучшего качества хлеба.
На достаточно интенсивный процесс брожения теста на всех его стадиях расходуется не менее 3,0-3,5% сбраживаемых сахаров. B случае приготовления теста c добавлением сахара-песка или других видов сахаросодержащих продуктов, предусмотренных рецептурой теста, динамика газообразования имеет несколько иные закономерности. При наличии сахарозы (сахара-песка) более 4% мальтоза практически не сбраживается дрожжами. Оптимальный ход технологического процесса обеспечивается постоянно возрастающей интенсивностью брожения, максимум ко-торой должен быть достигнут на последней стадии его брожения –в процессе расстойки тестовых заготовок.
Высушенные дрожжевые клетки обнаруживают еще одну форму брожения, при которой глюкоза превращается в пировиноградную кислоту и глицерин. Некоторым расам осмофильных дрожжей свойственен тип сбраживания углеводов – полиспиртовый, в результате которого кроме этанола образуется d-арабит, эритрит, маннит и глицерин.
На скорость спиртового процесса влияют следующие факторы: температура теста, активная кислотность среды, наличие и состав минеральных солей, биостимуляторов, витаминов, органических соединений азота (аминокислот и амидов), основного продукта спиртового бpожения – этанола. Существенное значение для характера протекания спиртового брожения имеют физиологические, биотехнологические и физика-химические свойства дрожжей, связанные c теpмотолерантностью,
осмочувствительностью, кислотоустойчивостью, сахароустойчивостью, криотолерантностью и др.
Знание основных закономерностей спиртового брожения дрожжей в мучных полуфабрикатах является основой для регулирования процесса их созревания, выявлении критерия оптимизации отдельных стадий технологического процесса для обеспечения стабильного качества готовой продукции.
При доступе кислорода спиртовое брожение вытесняется прямым окислением углеводов до диоксида углерода c выделением большого количества энергии:
В аэробных условиях образование этанола не происходит. В присутствии кислорода декарбоксилирование пирувата приводит к образованию ацетил Ко-А в цикле трикарбоновых кислот, контролирующим механизмом которых являются изоцитрат-дегидрогеназы, различающиеся по коэнзимной специфичности, внутриклеточной локализации, физико-химическим и кинетическим свойствам.
Как правило, прессованные хлебопекарные дрожжи, наряду с основной культурой Saccharomyces cerevisiae, содержат некоторое количество других видов дрожжевыхгрибов. Наиболее часто встречаются представители семейства несахаромицетов — родов Саndida sp. И Torulopsis. Оказывая в целом отрицательное влияние на технологические свойства пpессованных дрожжей, эти виды дрожжей, развиваясь в полуфабрикатах, могут внести определенные изменения в биохимические процессы, происходящие в бродящей среде, поскольку они характеризуются иными свойствами: способностью использовать арабинозу и ксилoзу, потреблением лимонной кислоты (дрожжи рода Torтtlopsis), индифферентным отношением к мальтозе и сахарозе (дрожжи рода Candida sp.).
Читайте также:
