Биотехнологическая обработка бесказеиновой фазы

14-05-2014, 17:40

Биотехнологическая обработка бесказеиновой фазы (БФ) проводилась с целью удаления вместе с ионизированными солями других нежелательных компонентов, в т.ч. молочной кислоты, молекулы которой вследствие диссоциации H+ ионов приобретают отрицательный заряд.
Теоретической предпосылкой процесса являются следующие положения. Известно, что одной из главных причин замедления роста молочнокислых бактерий является накопление в среде молочной кислоты — основного продукта их жизнедеятельности. Для поддержания максимальных значений скорости роста μ следует поддерживать данный фактор на оптимальном уровне. Этот уровень соответствует определенному значению активной кислотности среды. Оптимизировать данный фактор можно двумя путями. Первым и наиболее изученным является введение нейтрализаторов. Второй способ устранения влияния молочной кислоты на рост молочнокислых бактерий — ее удаление.
В работе изучен процесс биомембранной обработки МПК, полученного на основе БФ, путем сквашивания. Сущность и приоритет («ноу-хау») заключается в постановке и решении проблемы удаления продуктов метаболизма биомембранными методами. Разработаны научные основы технологии производства кисломолочного напитка, содержащего жизнеспособные клетки ацидофильной палочки, из концентратов БФ с использованием биомембранной технологии.
Подобраны видовой состав микрофлоры закваски и питательной среды, разработано и изготовлено лабораторное оборудование, определены параметры ведения технологического процесса при производстве напитка. Изучены микробиологические и биохимические характеристики готового продукта. Разработаны рекомендации по ведению биомембранного процесса культивирования молочнокислых культур, в том числе в аппаратах непрерывным методом. Эксперименты проводили в условиях периодического и непрерывного культивирования микроорганизмов в среде на основе модельных систем молочного полисахаридного концентрата на специально сконструированной лабораторной установке — биомембранном реакторе с использованием ионоселективных мембран (не реализованное ноу-хау).
Объектами исследований служили модельные растворы лактозы, солей и молочной кислоты, молочно-полисахаридное сырье, микроорганизмы Lactobacillus acidophilus. Выбор ацидофильной палочки в качестве заквасочной культуры обусловлен следующими факторами: физиологичность для организма человека и способность размножаться в кишечнике; высокая антагонистическая активность по отношению к патогенной и условно-патогенной микрофлоре; способность ацидофильной палочки стимулировать рост бифидобактерий в молоке.
Изучена принципиальная возможность биотехнологической обработки молочного полисахаридного концентрата (МПК) с использованием лиофилизированной культуры L. acidophilus, обладающей высокой антагонистической активностью в отношении широкого спектра патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. В качестве объекта исследований использовался МПК, контроля — концентрат обезжиренного молока. Массовая доля сухих веществ в образцах составляла 11,5%. Биотехнологическую обработку после подготовки образцов осуществляли внесением заквасок и термостатированием при (41±2) °С в течение 12 ч. Из образцов отбирали пробы, в которых определяли pH и титруемую кислотность, а также наиболее вероятное число (N) жизнеспособных клеток. В результате проведенных экспериментов получены кинетические зависимости изменения кислотности и N во времени, которые приведены в табл. 13.26.

Следует отметить более высокую кислотообразующую активность на начальном этапе культивирования в системе «молочные компоненты — полисахарид» по сравнению с контролем. Образцы имеют вязкую, слегка тянущуюся однородную консистенцию, с приятным кисломолочным чистым запахом и вкусом, цвет от светло-кремового до белого (контроль).
Установлены кинетические закономерности удаления молочной кислоты из модельных растворов под действием электрического тока через полупроницаемые ионообменные мембраны. В качестве объекта исследований использовался 1,0%-й раствор молочной кислоты в количестве 2,4 дм3. Регулирование кислотности проводили при температуре (40 ± 2) °С, напряжении на электродах 5-25 В, частоте вращения мешалки 3 с-1. Результаты исследований представлены на рис. 13.34.

Из приведенных данных следует, что молочная кислота эффективно удаляется электродиализом в процессе культивирования при напряжении 10-20 В.
На следующем этапе работы в биомембранный реактор было помещено такое же количество сквашенного до титруемой кислотности 270 °Т МПК с массовой долей сухих веществ 25%. Плотность тока составляла 75% от предельного значения. В табл. 13.27 приведена зависимость титруемой кислотности и продуктивности культивирования ацидофильной палочки от напряжения на электродах после 2 ч обработки.

Полученные данные подтверждают, что ведение процесса биомембранной обработки при напряжении 10-15 В снижает титруемую кислотность на 30-40 % после 2 часов, а продуктивность возрастает на порядок.
В результате реализации комплекса исследований установлена принципиальная возможность непрерывного культивирования молочнокислых микроорганизмов с выделением молочной кислоты через полупроницаемые ионообменные мембраны под действием электрического тока и сформулированы рекомендации по ведению процесса, в том числе на промышленных аппаратах, применяемых для деминерализации молочного сырья. Разработаны научно-технические предпосылки производства кисломолочного продукта, содержащего жизнеспособные клетки ацидофильной палочки, с использованием непрерывно-поточного метода сквашивания молочно-полисахаридного сырья. Полученные результаты положены в основу разработки технологии Био-МПК (Биопротектор), в том числе для хлебопекарных улучшителей и кисломолочных продуктов.