Лекция Кіріспе. 1 Биотехнологияның тағам өнімдерінің сапасын қалыптастырудағы ролі

пәнінің

ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ

050701 «Биотехнология»

Семей

2013

2 Сүт – биотехнологиялық өнімдерді өндіру үшін шикізат ретінде

Биотехнология тағам өнімдерінің сапасын қалыптастыруда маңызды роль атқарады. Өйткені өсімдік және жануар шикізаттары микроағзалардың көптеген түрлерінің өсіп-өнуі үшін жақсы орта болып табылады. Бұл роль әсіресе сүт өнімдерін өндіру кезінде жоғары болып табылады. Сүтті ұқсату және сүт өнімдерін өндіру кезінде сүттегі лактозаның ыдырауы негізгі роль атқарады. Латоза сүтқышқылды бактериялар, пропионқышқылды және сіркеқышқылды бактериялардың қатысуымен моносахаридтер мен пировиноград қышқылына ыдырайды. Сүт қышқылды бактериялар мен протеолитикалық микроағзалардың қатысуымен сүт ақуыздары ыдырайды. Липолитикалық бактериялар сүттегі липидтерді ыдыратады. Осы процестердің бағаты мен белсенділігіне байланысты өнімнің сапасы тәуелді болып табылады.

Биотехнология ғылымы осы процестерді зерттеу және реттеу арқылы өнімнің сапасын арттыруға мүмкіндік береді.
2. Сүт – биотехнологиялық өнімдерді өндіру үшін шикізат ретінде

Сүт толық бағалы тағам өнімдерінің бірі болып табылады. Оның құрамына 200-ден артық ір түрлі компоненттер кіреді. Сүттің құрамында ақуыздар, сүт майы, сүт қанты, әр түрлі дәрумендер, 40 түрлі минералдық заттар, әр түрлі ферменттер, гормондар жәте т.б. кездеседі. Және бұл компоненттердің барлығы адам ағзасына сіңу үшін ең қолайлы қатынастарда кездеседі.

Сүттің тағамдық құндылығы оның пайдалы қасиеттерімен білінеді. Қажетті тағамдық заттарының ағзада жеңіл түрді сіңетіндей күйде болуы сүттің балалардың, жас аналардың, егде және ауыру адамдардың тамақтануында ерекше орын алуының себебі болып табылады.

Адам ағзасында сүт ақуыздары жаңа жасушалар мен тканьдардың, биологиялық белсенді заттардың, ферменттердің және гормондардың түзілу көзі болып табылады.

Сүттің жоғары биологиялық құндылығы оның құрамы, құрамдық заттарының үйлесімді (өзара баланста) болуы және ағзада тез сіңуімен байланысты. Сүттегі 18 амин қышқылдарының сегізі алмастырылмайтын амин қышқылдарына жатады. Алмастырылмайтын амин қышқылдары адам ағзасында түзілмейді, бірақ оларсыз ақуыз молекулалары құрастырылмайды. Триптофан, метионин, изолейцин, лейцин, фенилаланин және валин сияқты алмастырылмайтын амин қышқылдары сүт ақуыздарында басқа, ет және балық сияқты өнімдерге қарағанда едәуір көп мөлшерде кездеседі. Сүттің құрамында құрамына күкірт кіретін амин қышқылдары – метионин және триптофан табылады. Метионин қан, холин және фосфолипидтер түзілу, процесіне, ал триптофан ағзада зат алмасу процесіне қатысады.

Сүттің липидтерінде басқа майларда аз кездесетін майда еритын дәрумендер кездеседі.

Сүтте едәуір мөлшерде көмірқышқылды компоненттер кездеседі. Олардың 90 %-ы лактоза түрінде табылады. Лактоза тек сүттен ғана кездеседі. Лактоза адамның жүрегінің, бауырының, бүйректерінің жұмысына қажетті энергия көзі болып табылады.

Негізгі тағамдық компоненнтермен қатар сүтте көп мөлшерде суда және майда еритін дәрумендер кездеседі. Олардың адам ағзасының дұрыс жұмыс істеуіндегі және зат алмасу процесіндегі маңызы өте зор болып табылады. Дәрумендер адам ағзасында синтезделмейді (түзілмейді).

Аз мөлшерде сүтте биологиялық белсенді заттар да кездеседі. Олар ағзаның инфекциялық ауруларға қарсы тұру қабілетін жоғарылатады.

Лекция 2. Сүттің химиялық құрамы және қасиеттері

1Сүттің химиялық құрамы.

2 Сүттің физиккалық қасиеттері
1. Сүттің химиялық құрамы. Сүттің құрамына ақуыздар, майлар, көмірсулар, минералдық заттар, дәрумендер, ферменттер, гормондар және т.б. компоненттер кіреді. Бірақ мал түлігіне байланысты сүттің сандық және сапалық қасиеттері әр түрлі болады (таблица1).

Таблица 1. Мал сүтінің құрамы

Сүт ақуыздарының үлесі 2 - 5 % құрайды. Сүт ақуыздарының негізгі бөлігі болып казеин табылады. Ол 80 % құрайды. Қалған 20 % сарысу ақуыздарының үлесіне келеді және бұнда 15 % альбумен және 5 % глобулин құрайды. Бір аз мөлшерде ақуыздар май түйіршіктерінің қабыршықтарынан табылады.

Сүт қанты – лактоза құрамына глюкоза және галактоза кіретін дисахарид болып табылады. Лактоза екі түрде: α- лактоза және β- лактоза түрнде кездеседі. Лактозаның бұл екі түрі бір-біріне ауыса алады және әр түрлі ерігіштігімен ажырасады.

Сүт майы үш атомды спирт – глицерин және май қышқылдарының күрделі эфирі болып табылады. Сүт майында 140-қа дейін қаныққан және қанықпаған май қышқылдары кездеседі. Сүттен сүт өнімдерін өндіру кезінде сүт майының құрамы маңызды роль атқарады.

Сүтте ағзаның өсуі және дамуына қажетті барлық минералды заттар кездеседі.

Сүт ферменттері ақуызды заттар болып табылады және олардың құрамына дәрумендер мен кейбір микроэлементтер кіреді. Ферменттер ағзада өтетін химиялық реакцияларды жылдамдатады, яғни биологиялық катализаторлар брлып табылады. Микроағзалармен қатар ферменттер көптеген сүт өнімдерін өндіруде үлкен роль атқарады.

Сүт дәрумендері суда еритін және майда еритін дәрумендер түрінде кездеседі. Олар алмастырылмайтын тағамдық заттарға жатады және ағзада зат алмасу процесіне қатысады. Биокатализ және жеке биохимиялық және физиологиялық поцестерді реттеукезінде қажетті компоненттер болып табылады.

Сүттің құрамы сауылу мерзімі (лактация периоды) ішінде едәуір өзгеріп тұрады және үш түрге бөлінеді: уыз, кәдімгі сүт және ескі сүт.

Уыз сүт лактация периодының алғашқы 5 – 7 күнінде сауылады. Құрамы және қасиеттері бойынша кәдімгі сүттен қатты ажырасады. Консистенциясы қою, түсі ақшыл-сары кейде қызыл-сары, тұз дәмі білінеді, иісі ерекше болады. Уыздың құрамында кәдімгі сүтке қарағанда қант аз, темір көп және дәрумендер бірнеше есе көп мөлшерде кездеседі. Уызда иммундық денелер және ферменттер, гормондар лейкоциттер көп болады. Уыз сүт зауыттарына жіберілмейді.

Лактация аяғында сүттің құрамдық заттары қайта өзгеріп уыздың құрамына жақындай түседі. Бұндай сүт те (ескі сүт) зауыттарға қабылданбайды.

Жыл мерзіміндегі өзгерістерден басқа сүттің құрамына мал тұқымы, оның жасы, тамақ рационы, мал ұстау жайы және т.б. факторлар әсер етеді.

2. Сүттің физиккалық қасиеттері

Сүттің физикалық қасиеттеріне оның тығыздығы, тұтқырлығы, беттік керуі, оптикалық қасиеттері, осмостық қысымі, жылу сиымдылығы, жылу өткізгіштігі, қайнау және қату температуралары жатады.

Сүттің химиялық қасиеттері оның активтік және титрлік қышқылдылығымен сипатталады.

Сүттің құрамында ақуыздық заттардың, органикалық және органикалық емес қышқылдық қосындылардың, тұздардың болатыны белгілі. Осы қосылыстар сүттің қышқылдылығын көрсетеді. Сүттің жалпы (титрлік) қышқылдылығы 100 мл сүттегі қышқылдарды бейтараптауға жұмсалған 0,1 н натрий тотығы гидратының мөлшерін анықталады. Бейтараптауға қанша 0,1 н натрий тотығы гидраты жұмсалса, сүттің де сонша қышқыл болғаны. Оны Тернер градусымен есептейді. Жаңа сауған сүттің титрлік қышқылдылығы 16 – 18 °Т болады.

Жаңа сауылған сүтте әр түрлі микроағзалар болады. Олар сүтке сиырдың емшегінен, желінінің сыртынан, сүт сауатын ыдыстан, болмаса сүт жүретін жүйеден түседі. Бірақ сүт 2-3 сағатқа дейін бөлме температурасында бұзылмайды. Оған сүттің бактерицидтк қасиеті себеп болады. Сүттің бактерицидтік қасиеті оның құрамындағы иммундық заттардың, оксониннің, лактениндер мен лизацимдердің мөлшеріне байланысты мәселе. Аталған заттар сүтке түскен әр түрлі микроағзлардың өсіп-өнуіне белгілі бір уақыт кедергі жасайды. Осы сәтті бактерицидтік фаза деп атайды. Сүтті тез арада салқындатса не болмаса сүт өте таза жағдайда сауылса оның бактерицидтік фазасы да ұзаққа созылады. Негізінде сүттің бактерицидтік қасиеті 65 градустан астам температурада қыздырған кезде ғана бұзылады.

Сүтке жоғары сапалы өнім дайындау үшін қолданылатын шикізат ретінде ГОСТ 13264 Мемлекетаралық стандартына сәйкес физика-химиялық, органолептикалық және санитарлық-гигиеналық көрсеткіштер бойынша талаптар қойылады.

Сүт табиғи, дені сау сирдан сауылуы керек, оның таза, жағымды, аздап тәтті жаңа сауылған сүтке тән дәмі мен иісі болуы керек. Сүттің түсі ақтан ақшыл-сарыға дейін болуы керек. Консистенциясы біртекті, тұнбасыз болуы керек.

Физика-химиялық көрсеткіштері бойынша жиналатын сүттің қышқылдығы 16-21 °Т, тазалығы бойынша 3-топтан төмен емес, бактериялық ластануы редуктаза сынамасы бойынша 3-кластан төмен болмауы керек.

Жоғарыда көрсетілгендей, сүттің бактериялық ластану көздері болып малдың өзі және оның қоршауы, сауу жабдықтары, ыдыстар, сүт құбырлары және т.б. табылады.

Шикі сүттің микробтық ластануы әр түрлі көздер бойынша былайша сипатталады (1 мл сүттегі микробтар саны):

Желіннің жасырын инфекциясы – 300 – 4000

Ауаның микробтары (қолмен сауғанда) – 100 – 1500

Сауу кезінде ластану – 500 – 15000

Желіннің мастит кезіндедегі инфекциясы – 2500-ға дейін

Сүтті сауу және жинау жабдықтары – 5000 – 500000

1 мл шикі сүтте төмендегі микроағзалар түрлері кездесуі мүмкін:

- сүтқышқылды стрептококктар - бірнеше мыңнан бірнеше

миллионға дейін

- сүтқышқылды таяқшалар - 100 – 1000

- психротрофтық бактериялар – 100-ден бірнеше миллионға дейін

- колиформалар – 100 және одан да көп

- коринебактериялар және микрококктар – 50 мыңға дейін.

Бұлардан басқа сүтте аз мөлшерде микробактериялар, пропионқышқылды бактериялар, дрожжилар мен зең саңырауқұлақтары, аэробты споратүзеуші бактериялар (бациллалар) және анаэробты споратүзеуші бактериялар (клостридиялар) табылған.

1 Химиялық факторлар

2Физикалық факторлар.

3Биологиялық факторлар.

Ақуыздар, пептондар, пептидтер және амин қышқыолдары микроағзалардың көбеюін ынталандырады. Ақуыздар претеролитикалық процестер өтуі жағдайында азоттық қосылыстардың көзі болып табылады. Пептондар мен пептидтер бактериялардың өсуін жылдамдатады. Амин қышқылдары құрылымдық зат алмасуға қатысады. Сүт қышқылды бактериялар ортада витаминдердің болуын қажет етеді.

Сүтті бактериялардың өсіп-өнуі үшін орта ретінде қолданған кезде азотты заттардың кемшілігін мына амалдардың көмелімен толтырады: сүтқышқылды бактериялардың өзіндік протеолитикалық белсенділігі негізінде; бағытты түрде сүтқышқылды бір-бірін қажетті заттармен қамтамасыз ететін бактериялардың комбинациясын құру арқылы.

Көмірсулар. Лактоза сүттен табылатын бірден-бір көмірсу болып табылады. Лактозаны ыдырату қабілетіне ие микроағзалардың даму процесінде глюкоза және галактоза түзіледі. Бұларды өз кезегінде басқа, лактозаны ашыта алмайтын микроағзалар (сіркеқышқылды бактериялар, дрожжилер) қолдана алады.

Май және май қышқылдары. Сүтқышқылды бактериялар кәдімі сүтте де, майсыздандырылған көк сүтте де жақсы өсіп-өнеді. Яғни майдың оларға ықпалы жоқ.

Минералды заттар. Барлық сүтқышқылды бактериялар әсіресе магний мен натрийді қажет етеді. Темір тұздары қышқыл түзу қуатын жоғарылатады. Аромат түзетін бактериялардың тіршілігі үшін магний қажет болып табылады. Бұл бактериялар сүттің жыл мезгілдерінеде өзгеруіне кедергі болады.

Антибиотиктер. Сүтқышқылды бактерияларға антибиотиктер теріс әсер етеді.

Орта реакциясы. Орта реакциясы, яғни оның қышқылдылығы микроорганизмдердің тіршілігіне үлкен әсер тигізеді. Орта қышқылдылығына төзімділігі бойынша микроағзалар үш топқа бөлінеді:

- ацидофилді – қышқыл ортада жақсы өсіп-өнеді;

- нейтрофилді – нейтрал ортаны жақсы көреді, бірақ кейбір түрлері қышқыл ортада да (рН 5,0-4,5) өсе береді. Оларды термотұрақты деп атайды.

- алкафилді – сілтелі рН 9,0 ортада жақсы өседі. Сүтте бұл топтағы микробтар өте сирек кездеседі.

Микроағзалардың өсіп-өнуі үшін су мөлшерінің абсолют мәні емес, оның қолжетімділігі табылады. Бұл жағдай «су белсенділігі» көрсеткішімен анықталады. Су белсенділігінің мәні 0 – 1 аралығында өзгереді. Су белсенділігі 0,7-ден төмен тағам өнімдері ұзақ уақыт ішінде микробтардың әсерінен бұзылмай сақталады.

Сүт өнімдерін өндіру кезінде микрофлораның өіп-өнуіне ықпал етерін негізгі биологиялық фактор болып әр түрлі микроағзалардың бір-бірімен өзара әрекеттестігі табылады. Сүт және сүт өнімдеріндегі микроағзалары арасында өзара әрекеттестіктің мына түрлері кездеседі: симбиоз, синергизм, комменсализм, метаболизм, антогонизм ижәне паразитизм.

Симбиоз жағдайында микроағзалар бірге өсіп-өнуден өзара пайда көреді.

Синергизм жағдайына екі түрлі микроорганизмдер ортада өсіп-өнуі кезінде екеуі жеке беретін өзгерістер енгізеді.

Комменсализм жағдайында бактериялардың бір түрі екінші түрлі бактериялардың зат алмасу өнімдерімен көректенеді, ал өзі оған пайда келтірмейді.

Метаболизм жағдайында бактериялардың бір түрі екінші түрлі бактериялардың өсіп-өнуіне қолайлы жағдай тудырады.

Антагонизм жағдайында микроағзалардың екі немесе бірнеше түрлерібір-бірімен өзара күресте болады.

Паразитизм жағдайында бактериялардың бір түрі екінші түрлі бактериялардың тірі жасушаларымен көректенеді.

Синегризм, комменсализм және метаболизм ұғымдары симбиоздың түр-түрлері деп қарастырылады.

Бір түрлі микроағзалар әр түрлі жағдайларға (арытқының мөлшері, орта температурасы, орта реакциясы және т.б.) байланысты өзара стимулятор немесе ингибитор ролін атқаруы мүмкін.

1Сүтті механикалық өңдеу.

2Жылумен өңдеу.

Сүтті механикалық өңдеу.
Механикалық өңдеуге мыналар жатады:

- тазалау;

- гомогендеу;

- сепараторлау;

- мембраналық әдістермен өңдеу.

Сүтті тазалау деп оны сауу, тасымалдау кезінде түскен механикалық қосындылардан ажырату процесін айтады. Тазалау сүзу (фильтрлеу) немесе сүт тазалағыш сеператордан өткізу арқылы жүзеге асырылады. Механикалық фильтрлеу сүтті толық тазаламайды: так қана ірі қосындылар ажыратылады, жаңа түскен сүт фильтрдегі ластанған сүтпен араласады және қосымша микробтармен ластанады. Толық тазалау тек сүт тазалағыш сепаратордан өткізгенде жүзеге асырылады. Сепаратордан өткізу тек механикалық қосындырадан ғана емес, аз да болса бактериалардан да тазалайды.

Гомогендеу – сүттегі май түйіршіктерді майдалау мақсатында жүргізілетін механикалық өңдеу процесі болып табылады. Гомогендеу сметана, балмұздақ, сүтқышқылды өнімдер сияқтылар өндіру кезінде міндетті процесс болып табылады. Гомогендеу процесі нәтижеснде сүттің қасиеттері өзгереді. Май түйіршіктерінің бетінің және онда ғы ақуызды компоненттердің адсобциясының үлкеюіне байланысты сүттің тұтқырлығы жоғарылайды. Сүтті шикі түрінде гомогендегенде оның титрлік және активтік қышқылдылығы ұлғаяды.

Гомогендеу сүттегі май түйршіктерін бір өлшеге келтірумен қатар сары май, балқытылған сырдың консистенциясын бір қалыпқа келтіру үшін қолданылады.

Жылумен өңдеу сүтті салқындату, пастерлеу және стерилдеу арқылы жүзеге асырылады.

Осыған орай сүт өнімдерін өндіру кезінде әр түрлі жылумен өңдеу режимдері қолданылады. Патогенді споралар түземеуші микроорганизмдердің ішінен температураға ең шыдамды болып туберкулез ауруын қоздыратын микробтар табылады, сондықтан осы бактериялардың жойылуы пастерлеу режимдерінің сенімділігінің критерийі болып табылады.

Сүт өнеркәсібінде төмендегі пастерлеу режимдері қолданылады:

- ұзақ пастерлеу – 63-65 °С температурада 30 минут ұстап пастерлеу;

- қысқа мерзім пастерлеу - 74-75 °С температурада 15-20 секунд ұстап пастерлеу;

- лезде пастерлеу - 85-90 °С температураға 30 минут ұстаусыз пастерлеу.

Пастерлеу тиімділігі әсер ету температурасы және ауқытынан , механикалық қоспалардың болуы және шикі сүттің бактериялық ластануынан, сонадай-ақ сүт микрофлорасының сапалық құрамынан тәуелді болып табылады.

Пастерлеуден кейін сүтте қалған микрофлораны пастерленген сүттің қалдық микрофлорасы дейміз. Қысқа мерзім пастерлеуден кейін сүтте термофилді сүтқышқылды стрептококктар мен таяқшалар, энтерококктар, микрококктар, бактериялардың споралары қалады. Лезде пастерленген сүттің микрофлорасын термофилді сүтқышқылды таяқшалар және бактериялардың споралары құрайды.

Сүтті пастерлеуден кейін қалған бактериялардың саны шикі сүттегі бактериялардың бастапқы санынан 0,01 % (пастерлеу тиімділігі жоғары) немесе 1,5-2,0 % (пастерлеу тиімділігі төмен) құруы мүмкін.

Сүтқышқылды бактериялар ең аз мөлшерде ұзақ пастерлеуден кейін қалады. Бұндай пастерлеу режимінде казеин молекулары ұлғаяды, сонымен микроағзаларың ферменттері үшін қол жеткісіз болып қалады.

Стерилдеу мақсаты - микроағзалардың вегетативтік түрімен бірге олардың спораларында жою. Стерилдеу тиімділігі шикі сүттегі термотұрақты споралардың үлесінен тәуелді болып табылады. Бұндай споралардың 1 мл стерилденген сүттегі саны 100-ден аспауы керек.

Сүтті үш түрлі тәсілмен стерилдеуге болады:

1-тәсіл. Екі қайтара стерилдеу. Бұнда сүтті 135-140 ° С температурада құбырда (ағынды түрде) стерилдейді, содан соң бөтелкелерге құяды да, аузын жауып стерилдей аппаратында (стерилизаторда) 116-120 °С температурада қайта стерилдейді де соңынан суытады;

2-тәсіл. Ағынды түрде стерилизаторда стерилдеп, асептикалық жағдайда ыдыстау тәсілі. Бұнда сүтке судан алынған бу қосып стерилдейді. Сүт бір сәтте 140 ° С температураға дейін қыздырады, осы температурада 4 секунд ұстайды. Соңынан сүтті 20 °С температураға дейін салқындатады және асептикалық жағдайда ыдыстарға құяды;

3-тәсіл. Алдын ала сүтті пастерлеп барып стерилдеу тәсілі. Алымен сүтті 80 °С температурада 15 секунд ұстап пастерлейді, содан соң 2-тәсіл бойынша стерилдеуден өткізеді.