Введение к работе
Актуальность проблемы. Стратегической задачей современного общества является сохранение и укрепление здоровья всех слоев населения. К важнейшим элементам ее реализации относится рациональное питание. Правительство РФ постановлением от 10 августа 1998 года утвердило "Концепцию государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации па период до 2005 года", которая предусматривает развитие и создание новых биотехнологических процессов переработки сельскохозяйственного сырья.
В рационе здорового питания важное место занимают молочные продукты и, в частности, сыры.
Теоретические и практические основы производства сыров заложены в работах С.Л.Королева. 11.11.Липатова. 'і.Х.Диланяна. 11.1І.Клнмовского, Л.И. Чеботарева. 11.Ф. Дьяченко, Д.Л.Граникова, В.М.Ііогдапоиа. П.Ф.Крашенипина, Л. В.Гудкова, В.П.Табачникова, Р.В.Саакяна и мпої их других исследователей.
Дальнейшее развито указанные исследования получили в научных школах, руководимыми докторами паук Шалытиной A.M., Храмцо-ві.ім Л.Г.. Чахаровои 11.11.. Остроумовым Л.Л.. Хамагаевон 11.С. С'впри-депко К).Я. и другими.
Основу познания сущности многообразия последовательных и сопряженных биохимических и физико-химических процессов выработки и созревания сыра, обеспечиваемых специальными технологическими приемами, составляют исследования биотехнологической трансформации составных элементов гетерогенной полндисперсной системы "молоко" в уникальный комплекс компонентов, определяющих своеобразие сыра как пищевого продукта.
Выявлены закономерности ключевых реакций структуро- и вкусо-образования, среди которых главенствующее место занимают теоретические аспекты сычужного и кислотного гелеобразования, гомо- и гегеро-ферментативных путей молочнокислого брожения, энзимологическнх преобразований основного молочного белка (казеина).
К одним из главных компонентов сыра относится молочный жир. В этой связи, исследование его функциональных изменений при созревании сыров, выяснение роли липидных компонентов в формировании качества продукта, установление закономерностей липолитических процессов и способов управления ими представляют актуальнейшую проблему молочной промышленности.
Пель н задачи исследований. Целью работы является стабилизация биотехнологии качественных сыров и интенсификация их производства на основе теоретических и экспериментальных исследований закономерностей селективного липолиза и создания способов управления этим процессом.
Реализация поставленной цели предусматривала решение следующих основных задач:
разработать методологическую систему комплексного анализа липидных компонентов молока и сыра;
разработать методы исследования фракционного состава липидных компонентов молока и молочных продуктов, а также оценки липо-литических свойств молочнокислой и пропионовокислой микрофлоры;
изучить липолитическую способность (липазную и фосфолипаз-ную активности, жирнокислотную специфичность) молочнокислых и пропионовокислых бактерий и создать систему их селекции с учетом данных признаков;
исследовать молоко как липолитическую систему и изучить особенности липолитических процессов в анормальном молоке;
установить особенности ферментативной гидролитической трансформации липидных соединений в сырах различных видов и качества;
установить закономерности селективного липолиза в сырах с низкой и высокой температурами второго нагревания и разработать методологию управления этими процессами;
- исследовать липолитическую активность молокосвертывающих
ферментов;
стабилизировать и интенсифицировать технологические процессы производства сыров путем установления закономерностей селективного липолиза, разработки биотехнологических решений регулирования масштабов и специфичности трансформации липидных компонентов, а также создания эффективной системы управления липолитическими процессами в сыре;
использовать, установленные в работе закономерности управления процессами липолиза в сыре, для разработки нормативно-технической документации и широкомасштабного внедрения на предприятиях молочной промышленности биотехнологических решений, направленных на улучшение органолептических показателей сыров и повышение эффективности их производства.
Научная новизна работы. Впервые проведены комплексные исследования по разработке системы управления каталитической трансформацией молочного жира, что позволило создать научное направление -липидология сыра.
Проведены исследования молока как липолитической системы. Установлено, что к важнейшим факторам, определяющим специфику ферментативной конверсии молочного жира при созревании сыра, относится уровень липолизированности молока, которая, в свою очередь, зависит от степени его обсемененности психрофильной микрофлорой. Получены зависимости качественных показателей молока от его липолитической активности и наличия в нем свободных жирных кислот. Доказано, что специфичность липолиза в молоке зависит от активности липопроте-идлипаз технически вредной микрофлоры. Изучены кинетические харак-
теристики липопротеиддипазы, а также ее жирнокислотная специфичность по отношению к молочному жиру. Исследовано анормальное молоко и получены сведения, позволившие установить зависимости между содержанием в нем соматических клеток и активностью липопротеидли-пазы.
Установлен фракционный состав липидов молока и сыра и предложена система их классификации.
Определено содержание продуктов гидролиза триацилглицеринов и фосфолипидов в основных видах сыров с различными органолептиче-скими показателями. Установлены зависимости между уровнем липолиза в сыре и его качеством.
Доказано, что основным инициатором процессов липолиза в молочных продуктах являются липолитические ферменты молочнокислой и пропионовокислой микрофлоры. Получены сведения, характеризующие их липазнуто и фосфолипазную активности. Установлены межвидовые и внутривидовые отличия заквасочных культур по этому признаку.
Доказано, что при выработке сыров необходимо учитывать уровни липазной и фосфолипазной активностей микрофлоры, участвующей в созревании продукта. Предложены принципы селекции молочнокислых и пропионовокислых микроорганизмов по признаку "липолитическая активность" в состав заквасок для различных групп сыров.
Обязательным условием формирования выраженного вкуса и аромата сыров всех видов является высокая липазпая активность бактериальных заквасок. Уровень фосфолипазной активности заквасочных культур является альтернативным для сыров с низкой и высокой температурой второго нагревания: низким и высоким, соответственно. При этом особенное органолептических показателей сыров с высокими температурами втор^гс нагревания также обусловлены определенным типом жирнокпелотноч специфичности.
Изучена липазная активность различных представителей молоко-свертыв^ющих препаратов, проведена их классификация с учетом этого показателя и предложена критериальная система оценки указанных ферментов по данному признаку.
Таким ооразом, разработаны теоретические основы и методология получения бактериальных заквасок для сыров с позиции регулирования липолитических превращений в сырной массе, интенсификации процессов созревания и стабилизации качества продукта.
Практическая ценность и реализация работы в промышленности. На
основании выполненных исследований получены практические результаты, нашедшие широкое применение в молочной промышленности.
Результаты работ включены в ГОСТ 13264-88 "Молоко коровье. Требования при закупках" и в "Сборник технологических инструкций по производству твердых сычужных сыров".
Разработана и утверждена нормативно-техническая документация по производству и применению бактериальных препаратов:
препарат бактериальный сухой БП № 3 для сыров с низкой температурой второго нагревания (ТУ 49 &27-83);
препарат сухой термофильных молочнокислых бактерий ТМБ-Алтай (ТУ 49 818-84);
сухая культура пропионовокислых бактерий (ТУ 49 901-82);
препарат бактериальный сухой мезофильных молочнокислых палочек L.plantaram (ТУ 49 911-82);
сухой препарат микрококков для сыров с низкой температурой второго нагревания.
Только на заводах Алтайского края с указанными препаратами ежегодно вырабатывается около 90 % сыров.
При приготовлении названных препаратов и большинства других типов отечественных бактериальных заквасок для сыров учитываются наши рекомендации по определению липолитической, липазной и фосфолипазной активностям микрофлоры:
инструкция по определению липолитической активности молочнокислых стрептококков;
инструкция по подбору, приготовлению и применению бактериальных заквасок, подобранных по липолитической активности;
методика по подбору штаммов в состав бактериальной закваски с учетом жирнокислотной специфичности;
методика по подбору, приготовлению и применению бактериальных заквасок с учетом фосфолипазной активности для сыров с высокой температурой второго нагревания;
методика по подбору, приготовлению и применению бактериальных заквасок с учетом фосфолипазной активности для сыров с низкой температурой второго нагревания;
методология подбора штаммов молочнокислых бактерий с учетом их фосфолипазной и липазной активностей использована и при селекции культур для других видов молочных продуктов, в частности, для сметаны.
Наши разработки вошли в комплекс исследований, позволивших сократить производственный цикл целого ряда сыров на 20-25 %, (например, продолжительность созревания советского сыра сокращена со 120 до 90 суток, российского сыра - с 75 до 60 суток, костромского сыра -с 60 до 45 суток и т.д.), а также способствовали созданию новых видов сыров (бийский, новосибирский, витязь, озерный и другие).
Широкое внедрение перечисленных разработок, позволяет получать значительный экономический эффект.
Базовые результаты работы защищены авторскими свидетельствами и патентами.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 25 международных, Всесоюзных и Российских конгрессах, научно-технических конференциях и коллоквиумах, на научно-технических сове-
тах Минмясомолпрома, а также па ученых советах ВНИИМС, Алтайского филиала ВНИИМС и КемТИПП.
Публикации. Основные положения диссертации изложены в монографии "Селективный лигюлнз в биотехнологии сыра" (!5,3 п.л.), а также в 62 работах, опубликованных в журналах "Молочная промышленность", "Прикладная биохимия к микробиология", научных трудах ВНИИМС, КемТИПП, Иркутского госуниверситета, ЛТИХП, Международных молочных конгрессов.
Основные положения, выносимые па защиту:
теоретическое обоснование результатов исследований по изучению влияния липолитической активности микрофлоры на формирование различных групп натуральных сыров, а также энзиматнческие способы управления селективным липолизом н сырах;
концепцию селективного диполи^! при производстве сыра как совокупность специальных Оііогехнолої нческих решений, обеспечивающих регулирование масштабов и специфичности ферментативной гидролитической трансформации липидпых компонентов в процессе созревания сыров;
- новые принципы подбора микроорганизмов по липолитической
активности, фосфоліиіазіюй активности и жирнокислотной специфич
ности в состав заквасок и бактериальных препаратов для основных
групп натуральных сыров.
Структура и объем работы. Диссертация включает введение, 10 глав, выводы, список использованной литературы из 493 наименовании и приложения. Основное содержание работы изложено на 324 страницах, включает 115 таблиц и 38 рисунков.