Контрольная работа по "Биотехнологии"

1. Что такое брожение и его виды по целевым продуктам.

Брожение – процесс  превращения соединений углерода как в анаэробных, так и в аэробных условиях, происходящий под влиянием микроорганизмов.

Виды брожения:

• Спиртовое
• Молочнокислое
• Маслянокислое
• Пропионовокислое
• Ацетонобутиловое
• Уксуснокислое

2. Спиртовое брожение: химизм, продукт, возбудители.

Спиртовое брожение –  это процесс превращения в  анаэробных условиях сахара в этиловый спирт и диоксид углерода.

Помимо основных продуктов  брожения выделяются и побочные:

• Глицерин
• Уксусная кислота
• Уксусный альдегид
• Янтарная кислота
• Сивушные масла

Возбудителями спиртового брожения являются дрожжи, которые выращивают в аэробных условиях, подбирая соответствующие расы для  различных свойств продукта. Saccharomyces cerevisia.

3. Спиртовое брожение: оптимальные условия, виды сырья.

Спиртовое брожение –  это процесс превращения в  анаэробных условиях сахара в этиловый спирт и диоксид углерода.

На условия влияют многие факторы:

1) Химический состав сбраживаемой среды (исходное сырьё).

2) Концентрация и кислотность среды (pH).

3) Содержание спирта в среде (2-5% - угнетает дрожжи, при 12-14% - брожение прекращается).

4) Температура ( 30 С – максимальная, 45-50 С – критическая).

5) Концентрация  сахара в среде (оптимальная  – 10-15%, при 30% - брожение прекращается  полностью).

6) Наличие  посторонней микрофлоры.

7) Наличие  источника Азота (для искусственных  сред)

Виды  сырья для спиртового брожения:

1. Сырьё, содержащее сахар (сахарная свёкла, кормовая патока, фруктовые соки)
2. Сырьё, содержащее крахмал (картофель, все виды злаков)
3. Сырьё, содержащее целлюлозу (древесина и её производные)

4. Гомоферментативное молочнокислое брожение, характеристика организмов.

В результате него образуется только молочная кислота. Применяется при изготовлении кисломолочных продуктов, получении молочной кислоты, квашении овощей, силосовании кормов.

Характеристика возбудителей:

1. Молочнокислый стрептококк. Накапливает до 1% молочной кислоты, оптимальная t – 30-35 С, факультативный анаэроб. Применяется в производстве большинства молочнокислых продуктов в составе заквасок. Обладает антимикробным действием, образуя естественные антибиотики-низины.
2. Сливочный стрептококк. Оптимальная t – 25 С. Накапливает до 1% молочной кислоты. Образует естественный антибиотик-диплококцин. Используется в качестве вспомогательного микроорганизма.
3. Термофильный стрептококк. Оптимальная t – 40-45 С. Образует около 1% молочной кислоты. Входит как составная часть микрофлоры южных молочнокислых продуктов (йогурты, кумыс)
4. Болгарская палочка. Оптимальная t – 40-45 С. Накапливает до 3,5% молочной кислоты. Основной микроорганизм при производстве йогуртов. Токсичен для патогенной флоры.
5. Ацидофильная палочка. Это постоянный обитатель желудочно-кишечного тракта молодняка с/х животных. Накапливает до 2,5% молочной кислоты. Является слизеобразователем. Используется при производстве ацидофилина.
6. Дельбрюкковская палочка. Это зерновая термофильная палочка, которая не может существовать в молоке, не сбраживает лактозу. Оптимальная t – 40-45 С. Образует до 2,5% молочной кислоты. Используется для производства молочной кислоты.
7. Молочнокислая палочка. Оптимальная t – 30 С. Накапливает до 1,5% молочной кислоты. Основной возбудитель при квашении овощей и силосовании кормов.

5. Гетеро-ферментативное молочнокислое брожение, характеристика организмов.

В результате него образуются, молочная кислота, этиловый спирт, CO2, уксусная кислота и ряд побочных продуктов.

Характеристика различных  групп организмов:

1. Ароматобразующие. Придают молочнокислым продуктам приятный вкус и аромат. Оптимальная t – 3-45С.
2. Леуконстокки. Применяются как активные слизеобразователи, улучшающие консистенцию продукта, а также улучшают  аромат. Оптимальная t – 20-25С.
3. Бифидобактерии. Содержатся в период молочного вскармливания в желудочно-кишечном тракте детей и молодняка с/х животных. При их деятельности образуются молочно-уксусные кислоты, подавляющие гнилостную микрофлору. Они - строгие анаэробы.

6. Уксуснокислое брожение: возбудители, французский метод.

Уксусная кислота  образуется уксуснокислыми бактериями, которые окисляют этиловый спирт  до уксусной кислоты с выделением небольшого количества энергии. Процесс, осуществляемый уксуснокислыми бактериями – это типичное окисление в аэробных условиях, так как уксусная кислота далее подвергается окислению бактериями до диоксидного углерода и воды. Уксуснокислые бактерии – бесспоровые аэробные палочки, расположенные в цепочке, растут на поверхности спиртовой жидкости и образуют на ней серовато-бурую плёнку. Процесс окисления спирта в уксусную кислоту особенно активно протекает при t – 30-35С. Все виды (25) уксуснокислых бактерий объединены в род acerobacter.

Французским методом получают уксус наивысшего качества. В этом случае уксуснокислому брожению подвергаются виноградные вина, которые помещают в чаны для брожения. Чан заполняют вином с уксусом. Процесс идёт несколько недель до получения уксуса с содержанием уксусной кислоты 5-6%. За этот срок успевают образоваться ароматические вещества – «букет», придающий продукту высшее качество. 

7. Уксуснокислое брожение: возбудители, немецкий метод.

Уксусная кислота  образуется уксуснокислыми бактериями, которые окисляют этиловый спирт  до уксусной кислоты с выделением небольшого количества энергии. Процесс, осуществляемый уксуснокислыми бактериями – это типичное окисление в аэробных условиях, так как уксусная кислота далее подвергается окислению бактериями до диоксидного углерода и воды. Уксуснокислые бактерии – бесспоровые аэробные палочки, расположенные в цепочке, растут на поверхности спиртовой жидкости и образуют на ней серовато-бурую плёнку. Процесс окисления спирта в уксусную кислоту особенно активно протекает при t – 30-35С. Все виды (25) уксуснокислых бактерий объединены в род acerobacter.

Немецкий способ заключается в создании возможной поверхности окисления спирта. Поверхность создаётся рыхло скрученными буковыми стружками, помещаемыми в чан и смачиваемым подкисленным спиртом.

8. Лимоннокислое брожение.

Aspergilus niger – плесневые грибы, которые производят лимонную кислоту. Для них характерен поверхностный стелющийся рост, однако при достаточной аэрации и строгом соблюдении асептики они могут размножаться в толще твёрдой и в глубине жидкой среды. Получают из мелассы.

9. Масляно-кислое брожение.

Масляно-кислое брожение – процесс превращения сахара масляно-кислыми бактериями в масляную кислоту с образованием CO2и водорода. Возбудители обитают в почве, навозе, в загрязнённых водоёмах и могут быть как строгими анаэробами, так и аэротолерантными. Масляно-кислое брожение – негативный процесс, ведущий к порче продуктов. Идущий при нейтральной или щелочной реакции.

Борьба к этим брожением  – изменение кислотности среды. В пищевой биотехнологии используются эфиры масляной кислоты. Эти эфиры имеют очень приятный запах, используются в кондитерской и парфюмерной промышленности. Например, метиловый эфир – яблочный запах, этиловый эфир – грушовый, амиловый эфир – ананасовый.

10. Пропионовокислое брожение.

Пропионовокислое брожение – это превращение сахара или молочной кислоты и её солей в пропионовую и уксусную кислоты с выделением CO2 в анаэробных условиях. Пропионовокислые бактерии обитают в рубце кишечника жвачных животных, не встречаются в молоке, почве и природных водах. Являются важнейшим компонентом при производстве сыров, где их используют на основе сычужного фермента. Пропионовокислые бактерии не спорообразующие, оптимальная t – 30-35С, pH – 4,5 (кислая среда). При производстве сыров пропионовая кислота придаёт продукту своеобразный вкус и аромат, а выделение углекислого газа вызывает образование пустот. Если консистенция сырного теста эластичная, глазки образуются правильной формы, если сырное тесто хрупкое – то глазки неправильные.

При попадании в  сыр газообразующих бактерий (масляно-кислых), выделяется водород, который образует вспучивание и трещины. Кроме того, пропионовая кислота используется как ингибитор плесневых грибов при хранении зерна и хлеба. Зерно обрабатывается слабым раствором пропионовой кислоты,  а в тесто её вводят в составе закваски, также придаёт приятный вкус и аромат.

11. Продукты распада жиров. Виды порчи жиров.

Различают гидролиз ферментативный гидролиз и неферментативный. Ферментативный гидролиз в пищевых жирах возникает в основном при несоблюдении условий хранения, при поражении жиров плесенями и дрожжами, вырабатывающими липазу.

Рафинированные и  топлёные жиры в некоторой степени  подвержены этому процессу.

Неферментативный гидролиз происходит под действием растворённой в жире воды. Растворимость воды в жире при комнатной t, как правило, не превышает долей %, что обеспечивает незначительную степень гидролиза жиров. Небольшое каталитическое воздействие на процесс гидролиза оказывает ПАВ, сопутствующие жирам фосфолипиды, моноглицериды и др.

Окисление жиров. Окисление жиров атмосферным кислородом приводит к их порче и способствует окислительной полимеризации — высыханию.

 Многие продукты окисления жиров являются токсичными для организма. Установлено, что токсичность окислительных жиров обусловлена высокой химической активностью продуктов их окисления. И в первую очередь, свободными радикалами, перекисями, карбоксильными соединениями. Гидроперекиси легко усваиваются организмом. Наиболее токсичной является гидроперекись липолевой кислоты. Воздействие на организм продуктов окисления губительно, они задерживают развитие растущего организма, могут способствовать образованию злокачественных опухолей.

Прогоркание жиров. Это сложный процесс, начальной стадией которого является ферментативный гидролиз. При этом накапливаются свободные низкомолекулярные жирные кислоты, придающие жирам прогорклый вкус. В ненасыщенных жирах преобладают альдегиды, а в жирах с небольшим количеством ненасыщенных кислот — кетоны. Окисление альдегидов и кетонов ведет к появлению у жиров неприятного резкого запаха.

Осаливание жиров. Происходит при резком повышении температуры плавления и твердости жира. Этот процесс связан с окислением ненасыщенных жирных кислот и накоплением главным образом окси-, полиокси-, эпоксисоединений. При этом растительные масла и маргарин приобретают специфический вкус сала. Процесс осали-вания ускоряется с повышением температуры и под воздействием солнечного света. Темный цвет масел, полученных из семян, пораженных плесенью, обусловлен окислением микотоксинов. Темная окраска хлопкового масла обусловлена наличием в нем продуктов окисления госсипола. Порча жира сопровождается реакциями деструкции и полимеризации. Деструкция фосфодитилхолина с образованием триметиламина вызывает у осаленных жиров селедочный запах.

Образование штаффа. На поверхности сливочного масла или маргарина образуется полупрозрачный темноватый слой — штафф, имеющий своеобразный запах и неприятный горьковатый вкус, в результате одновременного протекания окислительных, гидролитических, микробиологических и физических процессов.

Микробиологические процессы проявляются как ряд превращений ферментативного характера в результате жизнедеятельности протеолитических и психротрофных бактерий.

Высыхание жиров. Это способность жидких, в основном растительных, масел полимеризоваться в присутствии кислорода воздуха. При высыхании на поверхности масла образуются упругие прочные пленки, с течением времени утолщающиеся. Вещества, образующие такие пленки, называются оксинами. Они представляют собой продукты окислительной полимеризации жирных кислот молекулы триглицерида.

12. Возбудители процесса разложения жиров. Способы повышения стойкости жиров.

Возбудителями процессов разложения жира и жирных кислот являются разные бактерии и плесневелые грибы. Среди бактерий к возбудителям процессов разложения относятся роды Bacillus, Pseudomonas, Micrococcus, Serratia, Proteus и Achromobacter. Все эти бактерии, кроме липаз, синтезируют и другие ферменты, расщепляющие белки и углеводы, поэтому они встречаются во многих пищевых продуктах. Психрофильные роды Pseudomonas и Achromobacter являются причиной порчи пищевых продуктов, содержащих жиры.

Способы повышения  стойкости жиров:

1. Использование качественного сырья в процессе производства.
2. Соблюдение технологий в процессе производства.
3. Использование изменения холода, соблюдение сроков и условий хранения.
4. Герметичная упаковка.
5. Использование тех или иных консервантов.

13. Характер процесса гниения и его возбудители.

Гниение - это процесс глубокого разложения белковых веществ микроорганизмами. Распад белков сопровождается выделением аммиака, поэтому этот распад называется минерализацией азота, аммонификацией или гниением.

Вызывается грибами и бактериями. Идет несколькими путями.

Возбудители разложения белков:

1)аэробные микроорганизмы (сенная палочка, капустная бацила)

2)анаэробы – спорообразующие организмы (бутулизм).

Этапы гниения:

1. Гидролиз как микробными протезами, так и протезами погибших организмов.
2. Декарбоксилирование. Происходит в кислой среде с образованием CO2 и первичных аминов.
3. Дезаминирование.  Отщепление аммиака от аминокислоты.
4. Трансаминирование. Перенос аминогруппы аминокислоты на другую аминокислоту.

14. Основные пути превращения аминокислот.

Декарбоксилирование. Происходит в кислой среде с образованием CO2 и первичных аминов, которые ещё называют биогенными аминами. Из них наиболее известны кадаверин, путресцин и агматин. Их ещё называют трупными ядами. Кадаверин образуется из лизина, путресцин – из орнитина, агматин – из аргинина.