Использование крахмалосодержащего сырья в производстве пищевой молочной кислоты Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

663.533.004.14:661.733.20

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КРАХМАЛОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПИЩЕВОЙ молочной КИСЛОТЫ

И.М. ВАСИЛИНЕЦ, Э.А. ГАДЖИЕВ, В.В. ЕВЕЛЕВА, И.Н. ФИЛИМОНОВА, Т.М. ЧЕРПАЛОВА

Санкт-Петербургская академия холода и пищевых технологий

Всероссийский научно-исследовательский институт пищевых ароматизаторов, кислот и красителей

Работы по получению молочной кислоты из крахмалосодержащего сырья ведутся во многих странах мира — США, Франции, Японии, Польше и др. Общая схема получения молочной кислоты, предлагаемая исследователями, включает кислотный или ферментативный гидролиз крахмалосодержащего сырья, очистку сиропов, молочнокислое брожение, выделение молочной кислоты, ее очистку и концентрирование.

Сырьем служит крахмал кукурузный или картофельный и гидролизаты крахмала [1-8]. Гидролиз осуществляется кислотой (соляная, серная) или ферментами (бактериальная а-амилаза, ами-логликозидаза, с-амилаза сои, комплекс ферментов бактериальный или полученный из плесени) [ 1, 2, 7]. В качестве продуцентов молочной кислоты применяют культуры Lactobacillus delbrilckii [1, 5, 6], Lactobacillus plantarum [7], Rhizopus oryzae [2], Streptococcus lactis [3], Lactobacillus casei [ 1 ] и др. Исходная концентрация по сахару крахмалосодержащих растворов, поступающих на брожение, составляет от 5 до 12% [7]. Брожение проводят при температуре от 30 до 66'С, продолжительность процесса варьирует от 48 до 168 ч [2, 7]. Процессы гидролиза крахмала и молочнокислого брожения осуществляют по времени раздельно или одновременно.

Достаточно большой информационный материал, однако, касается в основном этапа сбраживания. Вопросы качества готового продукта практически не освещены.

Наши исследования были направлены на оптимизацию технологических параметров получения молочной кислоты на доступном отечественном сырье с использованием промышленного продуцента. В качестве крахмалосодержащего сырья использовали промежуточный продукт производства карамельной патоки — кукурузный сироп, являющийся продуктом неполного гидролитического расщепления крахмала. Углеводный состав кукурузного сиропа включает около 35% декстринов, 22% тетра- и трисахаридов, 22% мальтозы и 21% глюкозы.

Кукурузный сироп, использованный в опытах, характеризовался следующими показателями: pH 3,75-4,95; содержание редуцирующих веществ 30,8-40,0%; содержание хлоридов 0,06-0,08%; доброкачественность 37,7—44,7%. Показатели са-хара-сырца: редуцирующие вещества не менее 90%, хлориды отсутствуют.

При постановке опытов были внесены изменения в технологию подготовки закваски и молочнокислых бактерий Lactobacillus delbrilckii и сбраживания сахаросодержащих растворов [9].

Поскольку кукурузный сироп содержит значительное количество недоосахаренного крахмала,

который оказывает ингиоирующее действие на клетки молочнокислых бактерий, что было установлено нами ранее, его не использовали для приготовления сред при пересевах заквасок.

При подготовке закваски Lactobacillus delbmckii к опытному сбраживанию проводили трехступенчатый пересев молочнокислых бактерий с последовательным увеличением объема питательной среды с 10 до 1000 мл. Основу питательной среды составляли сахарные растворы 10%-й концентрации, в которые вводили стерильный химически осажденный мел и солодовые ростки, обработанные спиртом-ректификатом.

Сбраживали углеводосодержащее сырье следующих вариантов: 1 — сахар-сырец; 2 — кукурузный сироп; 3, 4, 5 — смесь сахара-сырца и кукурузного сиропа в соотношении по внесенному сахару 52 и 48, 27 и 73, 19 и 81% соответственно.

В табл. 1 приведены показатели процесса молочнокислого брожения, позволяющие оценить влияние состава сбраживаемого раствора на выход целевого продукта.

Таблица 1

Вари- Продолжительность брожения, сут Содержание в сброженном растворе, % Съем лактата кальция с 1 м3 сбраживаемого раствора в сутки, кг Выход лактата кальция,

анты редуци- рующих веществ лактата кальция /о от теоретически возможного

1 5,7 0,24 9.2 15,6 70,3

2 12,7 4,34 15,3 11,1 39,0

3 8,7 0,12 12,4 14,1 75,6

4 9,7 0,12 13,8 13,5 74,4

5 10,0 0,48 14,0 12,9 68,5

Установлено, что наибольший выход целевого продукта при оптимальном уровне конечного содержания лактата кальция и его съеме с единицы сбраживаемого раствора в сутки достигается при сбраживании смеси сахара-сырца и кукурузного сиропа в соотношении 52 и 48% по внесенному сахару.

В табл. 2 приведены показатели, характеризующие процессы очистки молочной кислоты активным осветляющим углем на стадиях выделения ее из сброженных растворов и концентрирования вакуум-выпариванием. Показано, что полученные растворы молочной кислоты, содержащие достаточно большое количество остаточных редуцирующих сахаров (вариант 2), практически не поддаются осветлению активным углем.

Проведенные исследования показали, что при использовании нетрадиционного крахмалосодержащего сырья для повышения эффективности очистки сброженных растворов и последующей очистки растворов молочной кислоты необходимо изменение технологии обработки сброженных лактатосодержащих растворов.

Вари

анты

2

3

4

5

В

для с родн] их вь

H0CTI

цион

толь?

тока

ПЄСТ} 12]. ния £

гихп

КИСЛ(

На

НИЯ I

содер ка по ТОНИ' с обр гю CJ разнс чивае колле но и обраб ния і мирої нии б [15].' раств' обесп привс творо Осі ся к сложі ми яв

Пр]

сброж гатної вости взаим тонит, нием резулі ся в т По/ сброж мам: крист;

1.733.20

I

твие на ло уста-али для ок.

obacillus юводили х бакте-ьема пи-итатель-.1 10%-й >ный хи-ростки,

следую-урузный фузного ару 52 и

а молоч-ть влия-а выход

Таблица, 1

Выход иктата :альция, і от тео-зтически юзмож-ного

70.3 39,0 75,6.

74.4

68.5

іелевого ного со-диницы ІТСЯ при фузного :енному

еризую-I актив-[ЄНИЯ ее гавания генные ; доста-щирую-оддают-

1то при госодер-:ти очи-\ очист-ю изме-шктато-

Таблица 2

Вари- Общий расход активного угля на 1 т 40%-й молочной кислоты Эффект осветления, /о, на стадиях Цвет пищевой молочной кислоты

анты выделения концентри- рования

1 60 77 — Желтый

2 70 45 — Коричневый

3 65 69 70 Желтый

4 65 79 — >>

5 65 79 73 »

В настоящее время в пищевых производствах

для очистки растворов широко используются природные адсорбенты — бентониты, что обусловлено их высокой адсорбционной способностью, безвредностью и доступностью [10-13]. Высокие адсорбционные свойства бентонитов обеспечивают не только осветляющий эффект, но и очистку от токсичных элементов (медь, цинк, свинец) [13], от пестицидов, белков, фенольных соединений [11, 12]. Бентонитовые глины применяют для отделения биомассы, эмульгированных парафинов и других примесей сброженных растворов органических кислот [14].

Нами проверена целесообразность использования бентонитов для очистки сброженных лактатосодержащих растворов. Установлено, что обработка последних водной гелеобразной суспензией бентонита является более эффективной по сравнению с обработкой известковой суспензией, принятой по существующей технологии. Введение гелеобразной суспензии в сброженный раствор обеспечивает не только практически полное осаждение коллоидов (до 100%) в течение нескольких минут, но и адсорбцию красящих веществ (до 20%) без обработки известковой суспензией и без повышения температуры обрабатываемого раствора. Формирование осадка осуществляется при выдерживании без перемешивания при 50°С в течение 0,5 ч [15]. Традиционный способ обработки сброженных растворов при 80°С в течение 12 ч не только не обеспечивает полного осаждения коллоидов, но и приводит к заметному повышению цветности растворов.

Осветление сброженных растворов, относящихся к коллоидным системам, представляет собой сложный комплекс процессов, в которых основными являются флокуляция и адсорбция.

При внесении бентонитового геля в кислый сброженный раствор происходит разрушение агрегатного равновесия. Потеря агрегативной устойчивости сопровождается, по-видимому, адгезионным взаимодействием макромолекул с частицами бентонита по механизму гетероадагуляции с образованием агрегатов, флокулирующих друг с другом, в результате чего процессы флокуляции завершаются в течение нескольких минут.

Получение молочной кислоты из осветленных сброженных растворов осуществляли по двум схемам: с кристаллизацией лактата кальция и без кристаллизации.

На стадии переработки кристаллов лактата кальция при выделении молочной кислоты дополнительно вводили активный осветляющий уголь, углекислый барий и железистосинеродистый калий.

Таблица 3

Показатели Фактические результаты Норма для высшего сорта по [16]

Внешний вид Прозрачная жидкость желтого цвета Прозрачная жидкость светло-коричневого цвета

Общая молочная кислота, % 40,0 40,0±1

Прямо титруемая молочная кислота, % 38,4 Не менее 37,5

Массовая доля, %:

ангидридов 1,3 Не более 2,5

золы 0,4 » 0,6

железа 0,007 » 0,007

сульфатов 0,04 >> 0,3

хлоридов 0,04 >> 0,1

редуцирующих веществ 0,3 >> 1,0

Цветность, уел. град 6 » 6,5

Свободная серная кислота Выдерживает испытание Должна выдерживать испытание

В табл. 3 приведены результаты определения физико-химических показателей, характеризующих качество готовой молочной кислоты, полученной из смеси сахаро- и крахмалосодержащего сырья.

Разработанная технология с использованием нетрадиционного сырья при существенном снижении расхода дорогостоящего активного осветляющего угля марки ОУ-А позволяет получать кислоту молочную пищевую высшего сорта в соответствии с требованиями действующего стандарта [16]. Технологическая схема получения молочной кислоты из смеси сахара-сырца и кукурузного сиропа в принципиальном плане соответствует схеме действующей технологии, но отличается особенностями ведения отдельных стадий.

ЛИТЕРАТУРА

1. Непрерывное получение молочной кислоты из сырого крахмала в ферментационной системе, использующем обратимую растворимую самоосаждающуюся амилазу и иммобилизованные клетки Lactobacillus casei / Hoshino Kazuhiro, Taniguchi Masayuki, Marumoto Hideji a.o. // Agr. and Biol. Chem. — 1991. — 55. — № 2. — P. 478-485.

2. Прямая ферментация кукурузы в £(+)-молочную кислоту клетками Rhizopus oryzae // Biotechnol. Letters. — 1989,

— 11. — № 4. — P. 299-300 / Микробиологическое производство за рубежом: ЭИ/ВНИИСЭНТИ. — М., 1990.

— Вып. 4. — С. 25-26.

3. Получение L-молочной кислоты из крахмала совместно иммобилизованной смешанной культурой Aspergillus awamori and Streptococcus lactis / Kurosawa Hiroshi, Ischikawa Hidenori / / Biotechnol. and Bioeng. — 1988. — 31. — № 2. — P. 183-187.

4. Ферментация молочной кислоты из кукурузной муки /Fiedl М., Hamaol A.. Smith D. // J. of Food Science. — 1981. — 46. — № 3. — P. 900-902.

5. Исследование подготовки крахмального раствора для молочнокислого брожения / Maslowski В., Cwiakala А. // Przemysl Spozywczy. — 1994. — 48. — Лг° 5. — Р. 148-149.

6 Maslowski В. / / Prace Naukowe АЕ, № 387. — Wroclaw. 1987. — S. 107.

7. Ферментация гидролизатов крахмала с помощью Lactobacillus plantarum / Shamala F.R., Sreekantian K.R. // J. lnd Microbiol. — 1988. — 3. — № 3. — P. 175-178.

8. Новый метод получения лактата кальция непосредственно

из сырых отрубей белого риса путем ферментации / Shamtsian Mark М., Okubo Tsutomu, Murai Masakazu a.o. // J. Starch and its Relat. Carbohydr. and Enzymes. — 1993. 40. — № 3. — P. 305-3110.

9. ТИ 18-8-1-83. Технологическая инструкция по производству пищевой молочной кислоты. Введ. 01.07.83. — Л., 1983. — 48 с.

10. Кердиваренко М.А. Молдавские природные адсорбенты и технология их применения. — Кишинев: Картия Молдовеняска, 1975. — 191 с.

11. Таран Н.Г., Быченко И.Б., Середа А.М. Адсорбция полифенольных веществ при осветлении соков и вин бентонитами // Изв. вузов. Пищевая технология. — 1977. — № 5. — С. 41-44.

12. Шуваев В.А., Бабаджанян К.Г., Кунижев С.М., Минь-

ко И.А. Использование адсорбента — бентонита для осветления молочной сыворотки /' Всесоюз. науч.-техн. конф. "Совершенствование технологических процессов

Жоизводства новых видов пищевых продуктов и добавок, пользование вторичного сырья пищевых ресурсов.”

Ч. 1. — Киев, 1991. — С. 179.

13. Дульнева И.П., Коунова И.Б. Улучшить качество сока / / Пищевая пром-сть. — 1988. — № 8. — С. 31.

14. Раминя И.О., Эджиньш И.М., Расо Р.В., Карклиня И.Р. Осветление биомассы, эмульгированных парафинов и других примесей ферментированных растворов органических кислот / / Изв. АН Латв. ССР. — 1988. — № 2.

— С. 83-87.

15. Евелева В.В., Черпалова Т.М., Филимонова И.Н. Использование нетрадиционного сырья для получения молочной кислоты / Сб. тез. II Всерос. науч.-техн. конф. "Прогрессивные экологически безопасные технологии хранения и комплексной переработки сельскохозяйственной продукции. Ч. 1. — Углич, 1996. — С. 168.

16. ГОС1 490-79. Кислота молочная пищевая. Технические условия. Введ. 01.01.82. — М.: ИПК Изд-во стандартов, 1997. — 31 с.

Кафедра пищевой биотехнологии

Поступила 19.03.98

664.145.004,4

ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ МАРМЕЛАДА ПРОФИЛАКТИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ ПРИ ХРАНЕНИИ

Г.М. ЗАЙКО, О.А. ИВОЛИНА

Кубанский государственный технологический университет

Сочетание таких важных компонентов, как пектин и /?-каротин позволяет создавать продукты питания с протекторной направленностью. Нами разработаны технология и рецептуры мармелада профилактического назначения с содержанием в нем 2% пектина 0,12% /?-каротина (табл. 1).

Таблица 1

Таблица 2

Наименование

Содержание в рецептурах, г на 1 кг изделия

компонентов 1 2 3 4 5 6

Пектин яблочный 20 10 20 10 20 20

Пектин свекловичный — 10 — 10 — —

Вода 800 400 — — — —

Сахар-песок 600 600 600 450 450 600

в том числе для сахарокаротиновой смеси 100 100 100 100 100 100

/3-каротин 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12

Лимонная кислота 4 4 4 4 4 4

Пюре яблочное — 400 800 — — 400

Сок виноградный — — — 800 — —

Сок яблочный — — — — 800 —

Экстракт пектиновый яблочный 400

В полученных образцах стандартными методами определены качественные показатели и рассчитана энергетическая ценность продукта (табл. 2).

Наименование показателей Рецептура

1 2 3 4 5 6

Общая кислотность, град 5,3 6,7 10,9 13,4 9,5 6,3

Массовая доля редуцирующих веществ, % 19,0 12,1 11,0 19,4 19,6 12,6

Влажность, % 21,1 20,8 23,3 20,2 17,8 23,2

Массовая доля ^-каротина, мг% 12 12 12 12 12 12

Массовая доля золы, % 0,07 0,09 0,11 0,08 0,08 0,09

Общее микробное число клеток, м.о./г 64 65 75 65 55 50

Калорийность, ккал/100 г изделия 228 260 291 215 202 272

Разработанные образцы по органолептическим показателям соответствуют характеристикам данного вида изделий: консистенция студнеобразная, вкус кисло-сладкий, цвет от ярко- до темно-оранжевого, без постороннего привкуса и запаха.

С целью установления оптимального срока хранения мармелада профилактического назначения, в течение которого продукт сохраняет свои свойства, изучено изменение физико-химических показателей качества изделий в процессе хранения. Для этого образцы мармелада, приготовленные в соответствии с рецептурами (табл. 1), хранили при 20-22°С и относительной влажности воздуха 70%. Отбор проб производили через каждые 15 дней в течение 3 мес для определения органолептических и физико-химических показателей.

Результаты исследований представлены на рисунке и в табл. 3.

из

н

(

вне ся 1 ско, кон лыв мич А ет,

I