Naujausių mokslinių pasiekimų maisto produktų biotechnologijos srityje mokslinė studija Maisto gamybos biotechnologija

Transcript

1 Kauno technologijos universitetas Maisto produktų technologijos katedra Naujausių mokslinių pasiekimų maisto produktų biotechnologijos srityje mokslinė studija Maisto gamybos biotechnologija A. Pukalskas

2 Kaunas,

3 Biocheminės inžinerijos principai Kas yra biotechnologija. Šiuo metu pramonėje vis daugiau naudojami biotechnologiniai procesai, kurie daugiausiai priklauso nuo mikroorganizmų. Šie procesai naudojami ne tik retų vaistų, pramoninių chemikalų, bioproduktų, kuro bet ir maisto gamybai. Nors biotechnologiniai procesai apima visų gyvų organizmų formų veiklą, šios pramonės šakos vystyme dažniausiai naudojami mikroorganizmai, dėl jų greito ir santykinai paprasto biomasės auginimo, kurį galima užtikrinti naudojant pigias žaliavas (pramonines atliekas) ir didelio metabolizmo būdų įvairumo. Visos šios charakteristikos įgalina platų gaminamų produktų pasirinkimą, bei galimybę patobulinti mikroorganizmų rūšis genetiškai, kad gauti naujus produktus. Priešdėlis bio žodyje biotechnologija reiškia gyvybę ir nurodo kad procesas apima gyvas ląsteles, įskaitant mikroorganizmus ir gyvūnų bei augalų ląstelių kultūras. technologija apima ląstelių auginimą bioreaktoriuose, sudarant optimalias augimo ir norimo produkto gamybos sąlygas, kad galutiniame rezultate gauti komercinį produktą. Tiek pats terminas biotechnologija, tiek biotechnologiniai procesai nėra labai nauji. Jau 6000 metų prieš mūsų erą buvo žinomi duonos rauginimo, alkoholio fermentavimo, acto susidarymo iš vyno procesai. Tačiau šie procesai vykdavo spontaniškai, jie nebuvo kontroliuojami. Esminis lūžis įvyko 1953 ME metais, kai Watson ir Crick atrado DNR struktūrą metai laikomi naujosios biotechnologijos pradžia, kai buvo pradėtos naudoti modifikuotos E.coli bakterijos. Kaip tik genų inžinerija ir sudarė sąlygas sparčiam biotechnologijos populiarumo didėjimui. Kas yra maisto biotechnologija. Maisto biotechnologija, tai šiuolaikinių biotechnologijos principų taikymai maisto produktų gamybai. Į tai galima įtraukti fermentaciją, seniausią žinomą biotechnologinį procesą, o taip pat augalinių ir gyvūninių ląstelių auginimą bei maisto priedų gamybą. Kaip naujos technologijos galiausiai paveiks maisto pasiūlą? Biotechnologija įtakos žaliavų gamybą ir konservavimą, bei planuojamus jų maistinių ir funkcinių savybių pokyčius. Tai taip pat turės įtakos gamybos procesų kitimą, kas įgalins pagerinti žaliavų panaudojimą ir produktų išeigas. Šiuolaikinė biotechnologija nebūtinai pakeis maisto pramonę, tačiau ji tikrai turės įtakos procesų rentabilumui. Tokios technologijos kaip fermentų, ar ląstelių įmobilizavimas ir genų inžinerija jau dabar turi didelės įtakos maisto žaliavų perdirbimui. Greitų, nebrangių ir didelio jautrumo biojutiklių maisto analizei sukūrimas ir tobulinimas taip pat yra perspektyvi vystymosi sritis. Technologija turi būti efektyvi ekonomiškai, bet tuo pačiu ir atitikti kintančius vartotojų poreikius, nepanaikinant tradicinių bei nacionalinių maisto ruošimo ypatumų. Todėl naujų produktų atsiradimo ir vystymosi reguliavimui būtina gerai subalansuota įstatyminė bazė. 3

4 Biochemijos principai. Biochemija, tai mokslas apie reakcijas vykstančias gyvuose organizmuose, todėl jis labai susijęs su biotechnologija. Biocheminiai procesai (metabolizmas) yra biotechnologijos pagrindas. Visi gyvi organizmai yra sudaryti iš tų pačių pagrindinių sudedamųjų dalių: angliavandenių, lipidų, baltymų, nukleino rūgščių ir žinoma vandens. Visos šios medžiagos vienaip ar kitaip dalyvauja metabolizmo procesuose, kurie pritaikomi biotechnologijoje. Vienas iš svarbiausių metabolizmo procesų yra baltymų sintezė. Organizmai gali produkuoti ne tik struktūrinius baltymus, bet ir fermentus, kurie naudojami biotechnologijoje. Mikrobiologijos principai. Mikrobiologija, tai mokslas apie gyvus organizmus, kurių neįmanoma pamatyti plika akimi. Mikroorganizmams priklauso prokariotai, pirmuonys, dumbliai, grybai, pelėsiai, bakterijos ir virusai. Mikroorganizmai vaidina svarbų vaidmenį fotosintezės procesuose, bei anglies, azoto, deguonies ir įvairių mikroelementų kitimo cikluose. Mikroorganizmai taip pat atsakingi už daugelį žmonių, gyvūnų ir augalų ligų. Biotechnologijos požiūriu yra svarbus mikroorganizmų panaudojimas maisto ir kitų vartojimo prekių gamyboje. Dauguma organizmų turi panašią struktūrą, sudarytą iš ląstelių, turinčių panašią cheminę sudėtį. Pagrindinės gyvųjų ląstelių cheminės medžiagos yra DNR RNR ir baltymai (ribosomos, fermentai). Mikroorganizmų augimas vyksta pagal tokią schemą: inertinė fazė; augimo fazė; stacionari fazė; ir letali fazė. Uždarame inde mikroorganizmų augimą limituoja arba mitybinės terpės sueikvojimas, arba toksinių metabolizmo produktų susikaupimas. Biotechnologijai labai svarbios visos šios fazės. Norint pasiekti geras produkto išeigas būtina kiek įmanoma sutrumpinti inertinę fazę ir padidinti mikroorganizmų augimo greitį augimo fazėje, bei prailginti šios fazės trukmę. Tai daroma tam, kad gauti kuo didesnį mikroorganizmų tankį proceso pabaigoje. Pakeitus terpės tipą mikroorganizmams reikalingas tam tikras laiko tarpas prisitaikymui, todėl gaunama dar viena inertinė fazė. Mikroorganizmus galima kultivuoti ir nepertraukiamo veikimo fermentatoriuose. Pastoviai į fermentarių tiekiant maisto medžiagas ir pašalinant susidariusius metabolizmo produktus įmanoma išlaikyti mikroorganizmus pastovioje fiziologinėje būsenoje. Tai dažnai naudojama atliekant mikroorganizmų tyrimus, kai reikia kad jų fiziologinė būsena laikui bėgant nekistų. Nesant genetinės atrankos gali išsivystyti ląstelių populiacija, kuri nekeičiant terpės augs neribotą laiką. Aparatai, užtikrinantys mikroorganizmų augimą maksimaliu greičiu vadinami turbidostatais ir chemostatais. Tokio tipo aparatuose, ne tik pastoviai tiekiamos maisto medžiagos ir šalinami metabolizmo produktai, tačiau ir palaikomas pastovus ląstelių tankis (matuojant tam tikrus parametrus). Nepertraukiamo veikimo mikrobų kultivavimo sistemos suteikia tokius privalumus: 1. tiekia pastovų kiekį mikroorganizmų ląstelių, jų eksponentinės augimo fazės greičiu; 2. įgalina kultūras nepertraukiamai augti ypatingai mažose maisto medžiagų koncentracijose, kas yra labai svarbu tyrinėjant mikrobų veiklą ekstremaliomis sąlygomis, ar atrenkant tam tikrus mutantus; 4

5 3. įgalina padidinti (lyginant su periodinio veikimo fermentatoriais) gamybos išeigas ir tuo pačiu sumažinti kaštus. Nežiūrint į šiuos privalumus, nepertraukiamo veikimo procesai retai naudojami pramonėje dėl užteršimo galimybės ir dėl mikroorganizmų mutacijų galimybės, dėl ko gali susidaryti naujų savybių kultūros, kurios gamina mažus norimo produkto kiekius. Aplinkos faktoriai veikiantys organizmų augimą. Ištirpusios medžiagos. Turi įtakos medžiagų transportui į ląstelę (ir iš ląstelės). Jei osmosinis slėgis ląstelėje tampa mažesnis nei aplinkos osm. Slėg., vanduo pasišalina iš ląstelės, sumažėja citoplazmos tūris ir gali suirti ląstelės membrana. Taigi ląstelės gali būti suardomos panaudojant osmotinį šoką. Pavyzdžiui koncentruotu NaCl tirpalu. Tačiau yra bakterijų gyvenančių dideliame osmosiniame slėgyje, jos vadinamos osmofilais (pernešančios dideles NaCl koncentracijas halofilais). Temperatūra. Mikroorganizmų augimo greičio priklausomybę nuo temperatūros galina išreikšti H Arenijaus lygtimi log 10 V = RT konstanta; T- temperatūra K; C ; V- reakcijos greitis; H-reakcijos energija; R-dujų Tačiau ši lygtis galioja tik tam tikrose temperatūrų ribose, kuriose mikroorganizmai išgyvena. Paprastai yra laikoma, kad gyvybė gali egzistuoti nuo -5C iki 95C temperatūros ribose. Mikroorganizmai dažnai skirstomi į tris pagrindines grupes: psichrofilus (apie 0C); mezofilus (30-45C); termofilus (daugiau kaip 55C). Deguonis. Įvairių mikroorganizmų deguonies poreikis labai skirtingas. Aerobai gali augti tik esant O2, o anaerobai tiek esant, tiek nesant O2. Anaerobai būna dviejų rūšių: augantys griežtai bedeguonėje aplinkoje (jiems O2 toksiškas) ir deguoniui tolerantiški kurie nenaudoja O2 metabolizmo procesuose, tačiau deguonis jų nenužudo. Dauguma anaerobų produkuojamų fermentų deguonies poveikyje denatūruoja, todėl į tai reikia atsižvelgti juos išskiriant ir gryninant. ph. Kadangi baltymų struktūra ir fermentų aktyvumas priklauso nuo ph, tikėtina, kad ir ląstelių transporto mechanizmai, reakcijos, ir augimo greitis priklausys nuo ph. Paprastai bakterijų augimui optimalus ph yra 6,5-7,5. dauguma mikroorganizmų toleruoja ph kitimą +/- 1-2 nuo optimalios reikšmės. Tačiau yra ir išimčių; acidofilai auga esant ph 2,0. O Thiobacillus thiooxidans gali augti esant ph mažiau už 1 gamindamas sieros rūgštį. Yra ir bakterijų augančių daugiau kaip 10 ph. Dar vienas faktorius, įtakojantis mikroorganizmų augimą yra UV spinduliavimas.(sukelia mirtinas mutacijas). 5

6 Biotechnologijos principai. Kiekybiškai pagal gamybą visi biotechnologijos produktai gali būti suskirstyti į tris grupes: 1. Mažų kiekių, ypatingo grynumo medžiagos; jų gaminama nuo 100 kg iki 100 tonų per metus. Šiai kategorijai priklauso vakcinos, nukleotidai, kai kurios amino rūgštys, fermentai (naudojami medicinoje), monokloniniai antikūnai. Didžiausia dalis kaštų tenka šių produktų gryninimui ir išbandymui, kad produktai atiktiktų jiems keliamus reikalavimus. 2. Vidutiniais kiekiais gaminamos medžiagos. Jų gaminama apie tonų per metus. Šiems gaminiams keliami ne tokia dideli reikalavimai kaip ypat. Gryn meddž. Šiai grupei priklauso: glutamo rūgštis (naudojama kaip skonio pastiprintojas); antibiotikai, naudojami žemės ūkio kultūrų apsaugai; maisto ir pramoniniai fermentai; organinės rūgštys (citrinų, pieno, glukurono); ir tirpikliai (acetonas, butanolis). Dauguma fermentuotų gėrimų ir maisto produktų taip pat priklauso šiai kategorijai. 3. Produktai gaminami nepertraukiamo veikimo reaktoriuose, kurių kiekis viršija tonų per metus. Šiems produktams galima priskirti etanolį, biodujas (metaną), ir biopolimerus. Bioreaktoriuose paprastai gaunamas, ne grynas produktas, o biomasė, kurioje norimas produktas sudaro tam tikrą dalį. Kad gauti grynus (paruoštus vartojimui) produktus jie dažniausiai gryninami. Tai gali būti atliekama pagal tokią schemą: 6

7 MIELĖS Maistinės mielės ir jų produktai. Mielės, yra vienaląsčiai organizmai, priskiriami grybams. Gamtoje jos randamos ant kai kurių augalų vaisių. Šiuo metu yra žinoma apie grybų rūšių, tačiau tik apie 350 rūšių priskiriamos mielėms. Mielių panaudojimas duonos kepimui ir alaus gamybai žinomas jau nuo 4000 pr.m.e. Komerciškai kultivuojamos tik Saccharomyces, Candida ir Kluyveromyces mielės. Mielės skirstomos į aktyvias ir neaktyvias. Aktyviosios naudojamos fermentacijai, o neaktyviomis vadinamos džiovintos, kurios naudojamos kaip maisto papildai ar skonio ir aromato komponentai. Pramoniniai procesai, kuriuose naudojamos mielės, gali būti suskirstyti į keturias pagrindines grupes: 1. mielių gamyba duonos gamybai arba kaip baltymų šaltinio; 2. neaktyvių mielių kaip maisto priedų, ar skonio, aromato, struktūros pagerintojų gamyba; 3. alkoholinių gėrimų gamyba naudojant mieles; ir 4. duonos gaminių gamyba naudojant mieles. 7

8 Kepimo mielių pagaminama apie 1,8 milijonai tonų per metus. Kepimo mielės gaminamos keturių formų: presuotos, grietinės konsistencijos, aktyvios džiovintos ir greito poveikio aktyvios džiovintos. Paskutinės dvi rūšys skiriasi tarpusavyje tik aktyvumu ir stabilumu. Presuotos mielės yra viršutinio rūgimo Saccharomyces cerevisiae. Jų sudėtyje yra iki 27 % sausųjų medžiagų. Presuotos mielės gali būti laikomos šaltai apie 4 savaites, tačiau tokiu būdu per savaitę netenkama 3-5 proc. aktyvumo. Presuotas mieles užšaldžius jos išlaiko savo aktyvumą keletą mėnesių, tačiau atšildžius išblunka jų spalva ir jos suminkštėja. Grietinės konsistencijos mielės savo sudėtyje turi iki 85 proc drėgmės. Jos naudojamos kepyklose. Džiovintos aktyvios mielės gaminamos panašiai kaip ir presuotos, tik po to ekstruderiu jos išspaudžiamos į 3 mm diametro pluoštą, kuris po to susmulkinamas iki mm diametro ir džiovinamas apie 6 val C temperatūroje. Išdžiovintame produkte būna apie 7,5-8,3 proc. drėgmės. Toks produktas susmulkinamas ir supakuojamas azoto atmosferoje. Džiovintos mielės pasižymi didesniu stabilumu nei presuotos. Tokios būklės jos išsilaiko iki 3 mėn net nešaldant ir laikant ore. Tačiau dėl didelės kainos kepimo pramonėje tokios mielės nenauudojamos. Gaminant greito poveikio džiovintas mieles atrenkami specialūs Saccharomyces cerevisiae štamai, kurie džiovinimo metu išlaiko aktyvumą. Taip pat naudojama greito džiovinimo technologija (pakibusių ore dalelių). Neaktyvios mielės ir jų produktai. Gali būti gaminami panaudonjant specialų substratą, arba kaip fermentacijos pramonės šalutiniai produktai. Galutinis produktas, priklausomai nuo žaliavos, gali turėti skirtingas skonines savybes. Šio tipo mielės džiovinamos ant karštų volų, tokiu būdu gaunamos inaktyvuotos (negyvos) mielių ląstelės. Iš mielių pagaminti maisto papildai gali būti naudojami neviršijant 0,4 g/dieną folio rūgšties ir 2 g/dieną nukleino rūgščių kiekio suaugusiam žmogui. Viršijant šį kiekį gali išsivystyti podagra ar artritas. Skystos ar džiovintos mielės gali būti naudojamos gaminant autolizatus, ekstraktus, fermentus ir kitus biopreparatus. Mielių autolizatai ar ekstraktai gaminami optimizuojant autolizės parametrus, kad pasiekti didžiausią mielių ląstelių ištirpimą. Bendru atveju autolizė vyksta, kai mielės pakaitinamos iki C, tai nužudo ląsteles, tačiau suaktyvina ląstelėse esančių hidrolitinių fermentų veiklą (proteazių, karbohidrazių ir nukleazių). Ląstelių mirtis sukelia nekontroliuojamą hidrolitinių fermentų veiklą, todėl jie veikia visus ląstelių komponentus. Ląstelių proteolitiniai fermentai skaldo baltymus iki peptidų ir amino rūgščių, o nukleazės nukleinines rūgštis iki nukleotidų ir nukleozidų. Svarbiausi iš jų yra 5 -GMP (guanozino monofosfatas) ir 5 -IMP (inozino monofosfatas). Šie nukleotidai veikia sinergistiškai su glutamatu taip pat esančiu mielių ekstrakte taip labai pastiprindami skonio ir aromato savybes, tai vadinamasis umami efektas. Fermentų poveikyje ląstelių membranos pradeda irti ir praranda savo vientisumą, todėl ląstelėse buvę junginiai patenka į terpę. Tada filtruojant pašalinus netirpias medžiagas likutis sukoncentruojamas iki pastos konsistencijos, arba išdžiovinamas purkštuvinėje džiovykloje. Autolizės procesas gali būti greitinamas pridedant į terpę proteazių ir glukonazių. Be autolizės dažnai ląstelių suardymui naudojama plazmolizė ir hidrolizė. Plazmolizei naudojamos druskos, kad sukurti osmosinį slėgį, arba etilo acetatas, kad pakeisti ląstelių sienelių pralaidumą ir taip 8

9 padidinti ekstrakcijos laipsnį. Tokio tipo produktai mažiau naudojami pramonėje dėl didelio pašalinių medžiagų kiekio (druskų). Hidrolizatai ruošiami veikiant neyvas mielių ląsteles įvairios koncentracijos HCl ir po to naudojant virimą, atšaldymą ir neutralizavimą NaOH, filtravimą ir koncentravimą. Šis procesas duoda geriausiaas išeigas, tačiau jo metu suardomos kai kurios amino rūgštys, vitaminai, be to produkte yra didelės druskų koncentracijos. Taip pat sojų ar kiti baltymų hidrolizatai yra pigesni nei mielių hidrolizatas. Dar mielių ekstraktai gali būti gaminami kaitintas mieles paveikiant pieno rūgšties bakterijomis, po to pasterizuojant, nuskaidrinant ir išdžiovinant purkštuvinėje džiovykloje. Gaminant mielių ekstraktus jiems gali būti suteikiamas mėsos ar sūrio aromatas. Tai gali būti pasiekiama arba tiesiog pridedant aromato į ekstraktą, arba parenkant kaitinimo sąlygas, kad aromato junginiai susidarytų ekstrakte. Mielių sudėtyje yra gana didelis kiekis baltymų, vitaminų ir mineralinių medžiagų, todėl jos gali būti naudojamos produktų praturtinimui šiomis medžiagomis. Be to mielės pasižymi produkto struktūrą gerinančiomis savybėmis, todėl jos naudojamos tirštinimui, ir stabilizavimui. Alkoholiniai gėrimai tai tam tikro skonio ir aromato etanolio tirpalai, kurie gali būti gaminami panaudojant labai įvairias žaliavas, pavyzdžiui grūdus (alaus gamyba), vynuoges ir kitus vaisius (vyno gamyba), ar bet kurį kitą angliavandenių šaltinį (distiliuoto etanolio gamyba). Dažniausiai fermentacija vykdoma naudojant Saccharomyces mieles, bet kartais (pavyzdžiui vyno gamyboje), pasinaudojama natūraliomis mielėmis esančiomis žaliavoje. Saccharomyces nesugeba hidrolizuoti polisacharidų, todėl pradžioje žaliavoje esantis krakmolas turi būti paverčiamas cukrais. Alaus tipai. Dauguma alaus rūšių, gamintų iki antros 19a pusės buvo fermentuojamos mielėmis, kurios proceso pabaigoje iškildavo į paviršių ir galėdavo būti nugriebiamos (paviršinio rūgimo mielės). Alaus gamybos pradžioje gamintojai nevertindavo nugriebiamų mielių ir jas išmesdavo. Todėl sėkmingas fermentacijos procesas priklausydavo nuo mielių, kurios likdavo neišplautuose kubiluose, ant pagalbinių priemonių ir žaliavų. Bet tokios nehigieniškos sąlygos taip pat sudarė galimybes vystytis nepageidaujamoms mielėms ir bakterijoms, kurios sudarydavo nepageidaujamą alaus aromatą ir drumstumą. Dėl šių priežasčių, iki šiuolaikinių technologijų atsiradimo, būdavo dideli skirtumai tarp skirtingų gaminių partijų ir daug gamybinio broko, dėl acto rūgšties bakterijų veiklos. 16 a iš Flandrijos į Britaniją buvo atvežti apyniai. Atsirado konkurencija tarp tradicinio elio (neturinčio apynių) ir naujojo alaus gamintojų. Bavarijoje buvo pradėtos naudoti žemutinio rūgimo mielės, kurios, lyginant su viršutinio rūgimo, suteikdavo produktui žymiai geresnes savybes. Todėl jos greitai paplito pasaulyje ir išstūmė viršutinio rūgimo mieles. Alus gaminamas naudojant šio tipo mieles vadinamas lageriu. Salyklo gamybos pagrindiniai principai. Salyklas, tai gūdai (dažniausiai miežiai), daiginti tam tikrą laiką ir išdžiovinti. Iš pradžių grūdai laikomi daiginimui tinkamose sąlygose, o kai prireikia dygimą sustabdyti grūdai išdžiovinami karšto oro srovėje. 9

10 Pasiekus atitinkamą drėgmės kiekį grūduose, salyklas gali būti laikomas keletą mėnesių. Daiginimo metu grūdo maistinės medžiagos (endospermas), dalinai suskaldomos fermentais, kurie veikia ląstelių sieneles, krakmolo granules ir baltymus. Jei džiovinimui naudojama žemos temperatūros oro srovė, gaunamas blyškios spalvos ir jame išlieka daug aktyvių fermentų. Naudojant aukštesnes temperatūras (ypatingai džiovinimo pradžioje), gaunamas tamsesnės spalvos ir mažai aktyvių fermentų turintis salyklas. Kai kurios salyklo rūšys, naudojamos spalvos ir aromato suteikimui neturi išlikusių aktyvių fermentų. Alaus gamybos pagrindiniai principai. a. salyklo malimas, kad gauti labai rupius miltus b. Vandens pridėjimas į malinį, išgaunant košės tirštumo mentalą. Salyklo fermentai hidrolizuoja suskaldytą endospermą. c. Vandens ekstrakto (misos) atskyrimas į kitą indą ir pakartotinis mentalo užpylimas karštu vandeniu. d. Misos virimas su apyniais. Šis procesas sustabdo fermentų veikimą, sterilizuoja misą, koaguliuoja kai kuriuos baltymus; apyniai suteikia misai charakteringą skonį ir kvapą. e. Misos nuskaidrinimas, atvėsinimas ir aeravimas, kad sudaryti terpę tinkamą augti mielėms ir fermentacijos procesui. f. Misos fermentavimas, kad dauguma angliavandenių būtų paversti alkoholiu ir anglies dvideginiu. Šalutiniai mielių apykaitos produktai sudaro skonį ir aromatą. g. Alaus brandinimas ir nuskaidrinimas. Aromato modifikavimas ir alaus savybių išlaikymas. h. Alaus išpilstymas, dažniausiai po sterilaus filtravimo ar pasterizacijos. Taip pat mažos pakuotės gali būti pasterizuojamos jau pripildytos. Alaus stiprumas fermentacijos pradžioje dažniausiai išreiškiamas specifiniu tankiu. Tačiau šis dydis taip pat priklauso ir nuo kintamo fermentuojamų medžiagų kiekio. Taigi alkoholio kiekis, esantis aluje nebūtinai bus proporcingas specifiniam tankiui. Yra tik keletas alaus rūšių, kurių specifinis tankis mažesnis už 1,030, kadangi toks alus linkęs užsikrėsti pelėsiais, bakterijomis. Daugelyje šalių specifinis tankis pakeičiamas sacharozės tirpalo, turinčio tą patį specifinį tankį, koncentracija. Apytikriai 1,008 yra 2 proc. 1, proc. T.y. kiekvienas sacharozės procentas atitinka apie 0,004 vienetus. Šios reikšmės dažniausiai pateikiamos kaip Balingo laipsniai. 10

11 Miežiai. Alaus gamybai tiktų kelios grūdinių kultūrų rūšys, tačiau techniškai lengviausia gaminti alų naudojant miežius. Kukurūzai nenaudojami salyklo gamybai, nes juose esantys riebalai greitai apkarsta. Kviečių salyklas naudojamas gaminant kai kurias duonos rūšis, bet jo gamybą apsunkina ant grūdo paviršiaus daiginimo metu lengvai augantys mikroorganizmai. Ne mažiau miežių pasirinkimui turi įtakos ir tai, kad šios rūšies alus labiausiai patinka vartotojui. Be to miežiuose yra didelis kiekis krakmolo, o tai sąlygoja dideles fermentuojamo ekstrakto išeigas. Miežių sudėtyje taip pat yra baltymų, kurių kiekis dažniausiai būna pakankamas, kad susidarytų pakankamai amino rūgščių, reikalingų mielių augimui ir azoto medžiagų, svarbių putos suformavimui. Reikalavimai salykliniams miežiams. Tolygus grūdų sudygimas beveik neįmanomas, nebent visi grūdai būtų vienodo dydžio. Taip yra dėl to, kad didesni grūdai sugeria drėgmę santykinai lėčiau, nei mažesni. Kitas aspektas, tai, kad daiginami miežiai neturi būti sudygę prieš derliaus nuėmimą, o taip pat nepageidaujami nedaigūs grūdai, kurių gali atsirasti dėl neteisingo džiovinimo. Salyklo gamybai reikalingi didsnio nei 98 proc daigumo grūdai. Kitas reikalavimas, jau minėtas mažas baltymų kiekis, apytikriai 9,5-11,5 proc. Dažniausiai reikalavimas keliamas bendram azotinių medžiagų kiekiui, kuris turi būti apie 1,55-1,85 proc. Bendru atveju salyklo gamybai reikalingi miežiai turintys kuo daugiau krakmolo ir kuo mažiau baltymų, bei lukštų. Pastaruoju metu pradėtas kreipti dėmesys ir į mažą polifenolinių junginių (arba taninų) kiekį. Šie junginiai turi mažai įtakos krakmolo kiekiui, bet įtakoja pagaminto alaus saugojimo laiką. Taip pat pageidautina, kad miežiai iš kurių gaminamas salyklas turėtų pakankamą fermentų kiekį, kad neiškiltų problemų užmišant mentalą. Misa turi lengvai atsiskirti nuo saladinų, dėl šios priežasties miežiuos turi būti mažas b-gliukanų kiekis. Tai tik pagrindiniai reikalavimai, tačiau miežiai gali būti netinkami salyklo gamybai ir dėl kitų priežasčių, pavyzdžiui p-elėsių, ar vabalų bei graužikų. Yra 6 eilių ir dvieilių miežių. Šešiaeiliai paprastai turi daug baltymų, bet jų privalumas tas, kad juose yra ir daug fermentų. Naudojant šių miežių salyklą galima pridėti nedaigintos žaliavos ir gauti gerą mentalą nenaudojant papildomų fermentų. Taip pat tokių miežių salyklas tinka kitoms reikmėms, kur reikia didelio fermentų aktyvumo ir ne toks svarbus išekstrahuojamų medžiagų kiekis (kepimui, ar viskio gamybai). Dvieiliai miežiai turi daugiau krakmolo ir nors jų fermentinis aktyvumas ne toks didelis kaip 6- eilių, jis pakankamas kad gauti geros kokybės mentalą. Miežių daiginimo biochemija. Baltymų kitimas. Miežių baltymai gali būti suskirstyti į albuminus (tirpius vandenyje) ir globulinus (tirpius druskos tirpaluose), šiai grupei priklauso ir fermentai. Karštame alkoholyje tirpūs baltymai vadinami prolaminais (hordeinais), o praskiestuose šarmuose ar rūgštyse tirpūs baltymai glutelinais. Hordeinai tai grūdo maisto atsargos, kurias proteazės suskaldo į peptonus ir galiausiai amino rūgštis. Glutelinai, tai daugiausiai struktūriniai baltymai, kurie daiginimo metu pakinta labai nežymiai. Daiginimo metu dalis angliavandenių sunaudojama kvėpavimui, todėl baltymų kiekis grūde santykinai padidėja. Tačiau kai kurie mažiau sudėtingi azoto naudojami šaknų baltymų formavimui. Po džiovinimo 11

12 šaknelės pašalinamos, todėl galutiniame produkte baltymų kiekis sumažėja. Maišant mentalą svarbus rodiklis yra medžiagų išekstrahuojamų karštu vandeniu iš malto salyklo kiekis. Šis dydis vadinamas bendru tirpaus azoto kiekiu. Daiginamuose miežiuose yra gana daug proteazių rūšių. Net penkios endopeptidazės fermentai suskaldyti peptidinę grandinę bet kurioje vietoje (jų aktyvumas daiginimo metu padidėja apie 20 kartų), tačiau svarbiausios yra karboksipeptidazės, kurios atskelia amino rūgštis nuo peptidinės grandinės galo (tik tas kurios turi laisvą karboksilinę grupę). Tarp daugelio kitų atlaisvintų amino rūgščių yra ir prolinas, kurį mielės skaido tik aerobinėse sąlygose, todėl po fermentacijos aluje lyginant su kitomis amino rūgštimis santykinai padidėja prolino kiekis. Imant bendru atveju, dalis salyklo baltymų koaguliuoja užmaišant mentalą, dalis atšaldant misą, ar alaus gamybos metu sudarydami nepageidaujamą drumstumą. Tačiau dalis baltymų išlieka aluje viso gamybos proceso metu ir yra svarbūs alaus putos susiformavimui. Krakmolas. Tai vienas svarbiausių augalų angliavandenių. Miežiuose jis yra amilozės ir amilopektino pavidalu. Salyklo gamybos metu krakmolas skyla į poligliukozės molekules. Paprastų (mono) sacharidų susidaro labai nedideli kiekiai, kurie reikalingi kad užtikrinti kvėpavimo ir biosintezės procesams. Amilopektinas skyla greičiau nei amilozė. Fermentai, galintys skaldyti neželatinizuotą krakmolą yra: fosforilazė, a-gliukozidazė, a-amilazė, b-amilazė, ir išsišakojimus skaldantys fermentai. Salyklą džiovinant šių fermentų aktyvumas, išskyrus a-amilazę, b-amilazę labai smarkiai sumažėja. Šie fermentai ir yra svarbiausi užmaišymo ir misos virimo procesuose. Jie suskaldo krakmolą iki sacharidų, kuriuos gali įsisavinti mielės. (a_amilazė dekstrinai; b-amilazė maltozė) 12

13 Endospermos ląstelių sienelės. Susideda dugiausiai iš hemiceliuliozių, kurios netirpsta karštame vandenyje, ir klijingų medžiagų, kurios vandenyje tirpsta. Sienelės sudaro apuie 10 proc grūdo medž ir is jų apie 1/5 tirpios. Alaus gamyboje svarbiausios medž yra b-gliukanai. Miežių rūš Ys su daug gliukanų nenaudojamos alui, nes gliukanai ištirpsta virimo metu ir gali želatinizuotis fermentacijos, ar brandinimo metu. Tačiau yra fermentų, kurie skaldo gliukanus (pvz, celiulazė b1-4 jungt) neapdorotuose miežiuose, ar aktyvuojami daiginimo proceso metu (laminarinazė b1-3 jungt.). Tam tikras šių fermentų kiekis išlieka aktyvus ir salyklo džiovinimo metu. Svarbiausiai yra tai, kad gliukanai būtų suskaldomi iki medžiagų tirpių šaltame vandenyje (kad neiškristų nuosėdos). Jei gaunami fermentuojami cukrūs, tai tik papildomas privalumas. Riebalai. Jie suaro apie 3,5 proc grūdo masės. Apie 10 proc iš jų sunaudojama kvėpavimo procesams. Riebalai pagrinde susikaupę aleurono sluoksnyje. 2/3 lipidų yra neutralūs riebalai (triacil gliceroliai) ¼ - fosfolipidai ir likę glikolipidai. Alaus gamybai svarbios yra laisvos RR, kurių tam tikras kiekis yra tarp neutralių riebalų. Jos svarbios mielių ląstelių membranų sintezei. Lipidus skaldo esterazės, fosfatazės ir glikozilazės, o RR oksiduoja peroksidazės ir oksigenazės Fosfatai. Sudaro apie 1 proc. Tai fosfolipidai, nukleino r. Ir fito rūgštis (inozitolio darinys 3,12 pav). Inozitolis yra B grupės vitaminas ir dauguma mielių rūšių jį naudoja. Fito r. Skaldoma fitazės į monoinozitolį ir fosforo r. Fito r. Taip pat sujungia kalcio jonus, taip parūgštinama terpė. Salyklo atrinkimas alaus virimui. Salyklas pagrindinė žaliava. Iš jo išgaunamas substratas ir fermentai, kurie perveda tirpų ekstraktą į misą. Iš salyklo ne tik lengvai ir pigiai reikia išgauti ekstraktą, bet taip pat reikia kad jame būtų pakankamas lukštų kiekis, kad susidarytų pakankamas filtravimo sluoksnis. Ekstrakto sudėtis nulemia fermentacijos eigą, o taip pat įtakoja alaus aromatą, spalvą ir stabilumą. Bendru atveju svarbiausi tikrinami salyklo rodikliai yra: drėgmės kiekis; bendras azoto, arba baltymų kiekis; ekstrakto kiekis iš smulkiai ir stambiai sumalto salyklo; tirpaus azoto kiekis ekstrakte; ekstrakto sufermentavimas; spalva. Alaus gamyba. Salyklas naudojamas gaminti fermentuojamam ekstraktui, kuris vadinamas misa. Iš pradžių užmaišomas mentalas. Šio proceso metu aktyvuojami fermentai, amilazės ir proteazės. A ir b amilazės suskaldo salyklo krakmolą iki fermentuojamų cukrų, kuriuos jau gali panaudoti mielės. Kaitinimas taip pat suteikia būsimam alui charakteringą spalvą ir aromatą. Vandens ekstraktas (misa) atskiriamas nuo saladinų ir filtruojamas. Saladinai gali būti naudojami gyvulių šėrimui. Nuskaidrinta misa verdama su apyniais apie 1-1,5 valandos, kad apyniais kad suteikti tam tikrą aromatą. Alaus gamyboje naudojami Humulus lupulus apynių žiedai, kurių sudėtyje yra humulonų (a-rūgščių), kurie netirpūs vandenyje, tačiau fermentacijos proceso metu jie izomerizuojsi ir suteikia alui kartų skonį. 13

14 O O O O CH 2 CH(CH 3 ) 2 CH 2 CH(CH 3 ) 2 O OH OH HO O OH α-karčiųjų rūgščių kiekis yra apynių kokybės rodiklis. Apyniuose taip pat yra nedideli kiekiai eterinių aliejų, kuriuose daugiausiai yra terpenai: humaladienonas, kaprifilenas, epoksidas, linaloolis, geraniolis, ir ketonai. Kai kurie iš jų išlieka iki gamybos proceso pabaigos ir suteikia alui apynių aromatą. Misos virimo metu ji sukoncentruojama, sterilizuojama, inaktyvuojami fermentai, išekstrahuojamos apynių tirpiosios medžiagos, koaguliuoja baltymai ir karamelizuojami cukrūs. Kad padidinti fermentuojamų cukrų kiekį virimo metu į misą gali būti pridedama cukraus tirpalo, ar kukurūzų krakmolo sirupo. Po virimo misa nuskaidrinama filtruojant ar centrifuguojant ir ataušinama šilumokaityje iki fermentacijai tinkamos temperatūros. ph sureguliuojamas iki 5,2 pridedant pieno ar fosforo rūgšties. Iš karto atvėsinus misa aeruojama, kad mielėms būtų pakankamai deguonies. Į misą, kurioje yra fermentuojami cukrūs, įvairios maisto medžiagos ir deguonis, pridedamos mielės. Mielės greitai sunaudoja deguonį ir nedideliais kiekiais esančias maisto medžiagas ir tada naudoja cukrus ir amino rūgštis. Nors fermentacija yra anaerobinis procesas šioks toks deguonies kiekis turi būti prieinamas mielės, kadangi naujos mielės neturi būtinų lipidų (sterolių ir nesočių RR) atsargų, o jie yra būtini ląstelių membranų komponentai. Fermentuojant žemutinio rūgimo mielėmis procesas vykdomas 7-15 C temperatūroje ir trunka 8-10 dienų, o viršutinio rūgimo C 3-5 dienas. Pagrindiniai mielių metabolizmo produktai yra CO2 ir etanolis, kurie gaminami fermentuojant cukrus. Tačiau susidaro ir šalutiniai produktai, tokie kaip diacetilas, diketonai, isobutiraldehidas ir vandenilio sulfidas. Visi jie formuoja alaus aromatą. Išsiskiriantis CO2 dažniausiai surenkamas, išvalomas ir vėlesnėse gamybos stadijose gali būti naudojamas papildomai alaus karbonizacijai. Dalis likusių mielių taip pat gali būti išvalomos vėl naudojamos gamyboje. Sufermentuotas alus atskiriamas nuo mielių nuosėdų ir supilamas į talpas brandinimui. Per 2-6 savaites esant temperatūrai artimai 0 C aluje vyksta antrinė fermentacija, naudojant likusius cukrus; vėl nusėda mielės, dervos, baltymai ir kitos nepageidaujamos medžiagos. Šioje stadijoje gali būti įdedama karamelės, kad pakeisti alaus spalvą. Kad gauti didesnį kartumą gali būti pridedama izomerizuoto apynių ekstrakto. Subrandintas alus filtruojamas ir pasterizuojamas 60 C 6-8 min, arba C 15 sekundžių. Tada išpilstomas. Pasterizacija gali būti atliekama ir jau išpilsčius alų. Kadangi alaus aromatą stipriai įtakoja deguonis, stengiamasi kiek įmanoma sumažinti alaus sąveiką su oru. Šiuolaikiniai pilstymo įrenginiai prieš įpilant alų iš butelio pašalina orą ir pripildo jį CO2. Taip pat galima eliminuoti ir kitą tradicinės technologijos trūkumą alaus susidrumstimą dėl šaldymo. 14

15 Susidrumstimą sukelia baltymų-polifenolių kompkleksai. Jie gali būti suardomi fermentu papainu, arba polifenoliai gali būti pašalinami adsorbuojant juos silikageliu. Lengvas ir Ledo alus. Pastaruoju metu gana populiarus mažai kalorijų turintis alus. Tokio tipo aluje dažniausiai yra sumažintas dekstrinų (krakmolo) kiekis. Įprastos mielės negali fermentuoti dekstrinų, todėl alaus gamintojai suranda būdų kaip sumažinti šių sudėtingų angliavandenių kiekį misoje. Metodai būtų tokie: 1. įprasto stiprumo alaus skiedimas vandeniu; 2. misos virimo ir fermentacijos metu pridedama grybinės kilmės a-amilazės ar gliukoamilazės ir bakterinės pululanazės; 3. naudojami skysti priedai (gliukozės, fruktozės ar sacharozės tirpalai); 4. misos virimo ir fermentacijos metu pridedama salyklo fermentų preparatų; 5. naudojamos amilolitinės mielės. Dažniausiai yra pridedama amilazės, kad gauti alų su sumažintu angliavandenių kiekiu, bet be kokybės defektų. Tačiau gliukoamilazė naudojama šiam tikslui yra grybinės kilmės išgaunama iš Aspergillus niger arba A. oryzae ir yra termiškai stabili. Taigi toks fermentas gali išlikti aktyvus po pasterizacijos, o tai gali sukelti tokius produkto defektus kaip saldumas ar aromato nepastovumas. Dėl šios prižasties apsimoka genetiškai modifikuoti mieles, kad jos gamintų termiškai labilią gliukoamilazę (išskiriamą į ląstelės išorę) ir sugebėtų fermentuoti misoje esančius dekstrinus. Tačiau mielių gaminamos gliukoamilazės trūkumas tas, kad ji neskaldo krakmolo molekulių išsišakojimuose (t.y. per a- 1,6 jungtis). Ledo alus savo pavadinimą įgavo dėl to, kad jo gamyba vykdoma žemesnėje nei užšalimo temperatūroje. Distiliuotas alkoholis. Tai fermentacijos ir po jos sekančios distiliacijos rezultatas. Gamybos žaliavos pasirenkamos priklausomai nuo to, kikį produktą numatoma gaminti. Brendis yra distiliuotas vynas, romas gaminamas iš cukrašvendrių ar melasos, ruginis viskis iš rugių, Škotiškas viskis iš miežių salyklo, burbonas iš rugių ir salyklo. Iš kitos pusės Vodka (degtinė) gali būti gaminama iš įvairių žaliavų (nuo grūdų iki bulvių). Distiliuotų alkoholių gamybos procesai panašūs į alaus. Pirmiausiai yra sumalami grūdai. Tai padidina žaliavos paviršiaus plotą ir tuo pačiu tirpių medžiagų išekstrahavimą. Užmaišymo procesas tai virinimas su vandeniu, kad ibrinktų krakmolo granulės ir suidarytų gelio struktūra. Dažniausiai naudojamas virinimas atmosferos slėgyje, tačiau kartais naudojami ir slėgiminiai virimo katilai. Virimo metu dedama amilazių, kad būtų dalinai suskaldyta gelio struktūra. Po to atvėsinus turinį iki 67 C pridedama dar salyklo ar mikrobinės kilmės (Bacillus Aspergillus) amilazių kad toliau būtų skaldomi angliavandeniai. Kai apcukrinimas baigiamas, į mentalą dedama 2-3 tūrio proc mielių. Dažniausiai prieš įpilant mieles mentalo ph sumažinamas iki 3,9-4,1 fermentuojant su Lactobacillus delbrueckii 4-8 valandas C temperatūroje. Tokiu atveju prieš supilant mieles mentalas pasterizuojamas C temperatūroje, kad inaktyvuoti bakterijas. Fermentuojama dažniausiai C temperatūroje. Reikia stengtis užtikrinti, kad temperatūra neviršytų 32 C, kas sumažintų išeigą ir suformuotų nepageidaujamą kvapą dėl bakterijų 15

16 veiklos. Mentale esantiems cukrams sufermentuoti paprastai pakanka 48 valandų, tačiau kad optimizuoti alkoholio išeigą ir išgauti charakteringą aromatą dažniausiai fermentacija vykdoma 3 paras. Iš gautos masės alkoholis išgaunamas naudojant daugiapakopį distiliatorių. Po distiliacijos gaunami šalutiniai produktai naudojami gyvulių šėrimui. Galutinis alkoholio kiekis distiliate turi būti apie 40 proc. Jei galutinis produktas bus degtinė, distiliatas apdorojamas aktyvuota anglimi, kad pašalinti nepageidaujamus kvapus ir spalvą. Jei galutinį produktas viskis ar brendis, distiliatą reikia brandinti tam tikro medžio statinėse. Statinės mediena suteikia papildomą aromatą ir sušvelnina esamą distiliato aromatą. Kiekviena alkoholinio gėrimo rūšis turi savo reikalavimus iš kokios medienos turi būti brandinimo statinės ir kiek laiko tunka brandinimas. Viskyje brandinimo metu vyksta tokie procesai: išekstrahuojami medienoje esantys junginiai; oksiduojasi tiek iš medienos išekstrahuotos, tiek distiliate buvusios medžiagos; vyksta reakcijos tarp įvairių organinių junginių susidarant antriniams produktams. DUONA IR DUONOS GAMINIAI Duonos būna įvairių rūšių, besiskiriančių savo sudėtinėmis dalimis, gamybos būdu, forma, svoriu ir t.t. Tačiau bet kokioje duonoje yra tie patys keturi pagrindiniai ingredientai: kvietiniai miltai, druska, mielės ar raugas ir vanduo. Dauguma duonos rūšių taip pat turi papildomų sudėtinių dalių, kurios pagerina produkto kokybę: riebalų, cukrų, pieno miltų, kiaušinių, medaus, vaisių, prieskonių ir kitų aromato komponentų, tokių kaip kakava. Kiti priedai, tokia kaip fermentai, kildintojai, emulsikliai, oksidatoriai ir reduktoriai buvo sukurti tam, kad kompensuoti skirtingus miltų technologinius parametrus. Šios sudėtinės dalys turi įtakos kepalo tūriui, minkštimo minkštumui, struktūros tolygumui, plutos spalvai, aromatui bei maistinei vertei. Miltai sudaro pagrindinę duonos gaminių sąnaudų dalį. Kvietiniai miltai turi unikalų baltymą gliuteną, kuris sąveikaudamas su vandeniu maišant suformuoja viskoelastinę baltyminę struktūrą. Kepimo metu tešlos baltymai koaguliuoja, krakmolas dalinai želatinizuojasi ir susiformuoja duonos struktūra. Kad gauti norimos kokybės produktą kvietiniai miltai turi turėti reikiamą kiekį reikiamos kokybės baltymų. Vanduo hidratuoja baltymus, kurie dalinai yra adsorbavęsi ant krakmolo ir suformuoja tešlos vandens fazę, kurioje ištirpę cukrai ir druska bei dispergavęsi mielės. Mielės reikalingos kad anaerobinės fermentacijos metu gamintų CO2 ir kildintų tešlą. CO2 gamybos greitis priklauso nuo fermentinio aktyvumo, koncentracijos, tešlos sudedamųjų dalių o taip pat aplinkos faktorių (ph, temperatūros). Mielės taip pat padeda sukelti esminius pokyčius gliuteno struktūroje, kuri susiformuoja kad joje susilaikytų susidaręs CO2. Be to mielės taip pat gamina įvairius šalutinius metabolitus, kurie formuoja duonos aromatą. Kepant krosnyje vyksta Majaro reakcijos tarp redukuojančių cukrų ir tešlos baltymų, jų metu plutoje susidarantys junginiai taip pat įtakoja duonos aromatą. Kaip minėta ankščiau mielės komerciškai būna kelių tipų: skystos, presuotos, džiovintos ir t.t. Tačiau kai kurių duonos rūšių gamyboje naudojamos ir pienarūgštės bakterijos. Jos gamina organines rūgštis, kurios ne tik įtakoja produkto aromatą, bet ir pagerina duonos savybes laikymo atžvilgiu. Raugų 16

17 starterinėse kultūrose (komercinėse) būna apie bakterijų grame ir 1, mielių ląstelių grame. Šios padermės yra specialiai pritaikytos tešloms ir jos dažniausiai priklauso Laktobacillus genčiai. Raugai ypač reikalingi kepant ruginių miltų duoną. Tokie duonos gaminiai rauginimo metu pakyla ir jų struktūra tampa pakankamai elastinga, kad išlaikytų susidarantį CO2. Raugo mikroorganizmai rauginimo metu stipriai ardo pentozanus o tai sumažina ruginės tešlos klampumą. Druska pastiprina duonos skonį, tačiau ji lėtina fermentaciją. Riebalai naudojami duonos pramonėje, kad suteikti produktui švelnumo ir trapumo. Tai svarbu sausainių, biskvitų ir kt. konditerijos gaminių gamyboje. Gamybos procesas. Kiekvienai duonos rūšiai pagaminti reikalinga tam tikra gana sudėtingų operacijų seka. Pirmiausiai parinktos žaliavos turi būti užmaišomos į tešlą. Užmaišymas sukelia ilgą sudėtingų pokyčių ir skirtingų junginių sąveikų grandinę. Visa tai vyksta dėl mechaninės jėgos panaudojimo. Du pagrindiniai tešlos užmaišymo proceso tikslai yra: tolygus sudėtinių dalių pasiskirstymas visame tūryje ir gliuteno struktūros tešloje susiformavimas. Fizikiniai pokyčiai vykstantys užmaišymo metu yra miltų hidratavimas ir deguonies sujungimas. Viso užmaišymo proceso išdavoje susiformuoja kompleksinis viskoelastinis polimerų gelis. Tešla gali būti užmaišoma keliais būdais: viena pakopa, dviem pakopom (pradžioje stengiamasi išmaišyti sudėtines dalis o po to minkyti kad susiformuotų reikiama struktūra), nepertraukiamai (pradžioje naudojant dalį sufermentuotos tešlos. Šis metodas nepasiteisino ir dabar naudojamas tik mažais kiekiais gaminamiems kai kuriem hamburgeriams), trumpas užmaišymas (kai naudojami redukuojančios ir oksiduojančios medžiagos, pvz askorbo rūgštis; taip pat nepaplitęs). Galutinis duonos gamybos procesas yra kepimas. Kepimo metu žalia tešlos masė karščio poveikyje transformuojasi į lengvą, poringą, lengvai įsisavinamą ir aromatingą produktą. Paprastai duonos kepalas praeina per keletą skirtingų temperatūrų ir drėgnumų zonų. Baltai duonai pilnai iškepti reikia apie 1 minutės vienai uncijai (25 g) C temperatūroje. Kepimo pradžioje (0,5-2) minutes turi būti paduodami garai. Taigi pusės kilogramo kepalas iškeptų per maždaug 20 minučių. Teoriškai neįmanoma tiksliai nustatyti optimalių kepimo sąlygų. Tai gali būti atliekama tik praktiškai, atsižvelgiant į esamos kepimo krosnies parametrus. Labiausiai pastebimi karščio sukelti duonos pokyčiai yra: tūrio padidėjimas, plutos susiformavimas, mielių ir fermentų inaktyvavimas, baltymų koaguliavimas, dalinis krakmolo želatinizavimas, o taip pat masės stabilizavimas. Be šių pokyčių taip pat susiformuoja ir skonio bei aromato junginiai: karamelizuoti cukrūs, pirodekstrinai, melanoidinai, aldehidai, ketonai, esteriai, rūgštys ir alkoholiai. Kaitinimo greitis, drėgmės kiekis, ir kepimo trukmė kartu paėmus įtakoja gatavos duonos kokybę. Vėsinimas taip pat labai svarbus duono gamybos etapas. Duoną atvėsinti prieš pakavimą reikia tam, kad apsaugoti kepalus nuo deformacijos, bei nepageidaujamos drėgmės ondensacijos pakuotės viduje. Bendras reikalavimas vėsinimui yra toks, kad kepalo viduje temperatūra turi nukristi iki C per kiek 17

18 įmanoma trumpesnį laiką nepašalinant per daug drėgmės. Paprastai atvėsinus duonoje turi būti apie 38 proc drėgmės. Komerciškai dažniausiai naudojami trys vėsinimo metodai: įprastas, kondicionuotu oru ir vakumu. Įprastas metodas yra paprasšiausias ir labiausiai paplitęs. Tačiau šiuo metodu sunku kontroliuoti dręgmęs nuostolius. Naudojant kondicionuotą orą duona atvėsinama per maždaug 90 minučių. Rekomenduojamos sąlygos yra: temperatūra C, drėgnumas 85 proc. ir paduodamo oro greitis toks, kad išėjimo taške oro temperatūra pakiltų 8-11 C. Tokiomis sąlygomis pusės kilogramo duonos kepalo temperatūra per 90 min. Pasieks 32 C. Vėsinimas vakumu labai paspartina laisvos drėgmės pasišalinimą iš duonos tuo pačiu prarandant slaptąją vandens garavimo šilumą. Šiuo metodu galima pasiekti staigų atvėsinimą. Jis gali būti naudojamas produktams, kurie linkę sukristi vėsinimo metu. Tačiau metodas neturi platesnio pritaikymo. Naujovės. Didžiausia problema laikant duoną yra jos žiedėjimas. Tai yra krakmolo retrogradacija. Dedama daug pastangų, kad sulėtinti šį procesą. Tai daroma modifikuojant duonos gamybą ir pridedant žiedėjimą stabdančių medžiagų ir drėgmę sulaikančių medžiagų, (emulsiklių ir amilazių). Pastaruoju metu atsiranda šaldytos tešlos pusfabrikačiai bei dalinai kepta duona. Užmaišyta tešla staigiai užšaldoma iki 18 C ir supakuojama į polietileno pakuotes. Staigus užšaldymas naudojamas tam, kad nesuardyti mielių ląstelių. Dalinis iškepimas pasiekiamas sureguliavus kepimą taip, kad nesusiformuotų normali pluta. Tai pasiekiama iš pradžių kepant žemoje temperatūroje, o po to staigiai pakeliant temperatūrąč kad staigiai susiformuotų tešlos struktūra. Produktas išimamas iš krosnies prieš tai kol pluta parunda. Duonos gamybos biotechnologiją taip pat bandoma supaprastinti pagerinant kviečių kokybę, t.y. gliuteno komplekso savybes. BAKTERIJŲ PAGALBA VYKDOMI PROCESAI Pieno produktai. Tai patogūs naudoti, maistingi, stabilūs, natūralūs ir sveiki produktai. Pienarūgštės bakterijos glaudžiai susiję su maistu, mityba ir sveikata. Dėl šios priežasties jos laikomos vienu iš pagrindinių šiuolaikinės biotechnologijos tyrimų objektų. Raugintų pieno produktų charakteringą skonį ir kvapą bei tekstūra ir suteikia pienarūgštės bakterijos. Pien r. Bakterijoms priklauso kelios rūšys mikroorganizmų, tai lactobacillus, lactococcus, streptococcus, leuconostoc ir pediococcus genčių bakterijos, kurios yra gram teigiamos, ir sporų neformuojančios. Pastaruoju metu pienarūgštėms priskiriamos ir bifidobakterijos, kadangi jos naudojamos jogurtų gamyboje. Pienarūgštės bakterijos gali būti lengvai auginamos ant nebrangių terpių ir gaminti antrinius metabolitus, tokius kaip bakteriocinus, niziną, fermentus, biomasę, organines rūgštis ir vitaminus. Polisacharidus 18

19 gaminačios bakterijos naudojamos tąsių ar gleivingų pieno produktų gamyboje. Keletas Lactobacillus rūšių (amylovorus ir amylophilus) gamina amilazes ir gliukoamilazes. Genų inžinerijos pagalba tikimasi gauti tokias pienarūgštes bakterija, kurios ne tik greitai suformuotų rauginto produkto struktūrą, bet ir būtų atsparios bakteriofagų infekcijai. Pieno produktų gamyba. Raugintos grietinėlės sviestas. Šis produktas gaminamas į pieną dedant mezofilinių starterinių kultūrų, kad suteikti galutiniam produktui aromatą (padidinant diacetilo kiekį). Diacetilas susidaro bakterijoms metabolizuojant citratą ir jis pagerina sviesto laikymo savybes. Paprastai tokiam sviestui gaminti naudojamos Lactococcus lactis bakterijos, arba raugas iš Lactococcus lactis, Leuconostoc citrovorum ir Leuconostocdextranicum. Grietinėlė atskiriama nuo pieno centrifūguojant. Tada grietinėlė pasterizuojama ir į ją pridedama pasirinktos starterinės kultūros. Subrandinta grietinėlė mušama į sviestą. Atsiskiria dvi fazės: riebalai ir pasukos. Kadangi pasukos yra labai rūgščios, jų panaudojimas gana ribotas. Jogurtas. Gaminamas rauginant pieną Streptococcus termophilus ir Lactobacillus bulgaricus bakterijomis. Rūgštis susidaro pagrinde dėl Streptococcus termophilus veiklos, o Lactobacillus bulgaricus suformuoja jogurtui charakteringą aromatą. Abi šios kultūros gali gaminti ir išskirti į ląstelės išorę polimerus, kurie suteikia jogurtui klampumą. Kad užtikrinti charakteringą jogurto skonį, konsistenciją ir aromatą pageidautina, kad pradiniame rauge abi bakterijų kultūros būtų apytikriai vienodais kiekiais,; jei šių sąlygų nebus laikomasi Lb. bulgaricus taps dominuojančios. Standartizuotas pienas turintis 0,5-3,0 proc. riebalų ir proc. sausųjų medžiagų homogenizuojamas, ir pasterizuojamas pakaitinant iki 85 C 30 min (arba 95 C min arba 120 C 5 sekundes). Po to atšaldoma iki fermentavimo temperatūros, pridedama raugo ir inkubuojama C temperatūroje. Priklausomai nuo poreikio jogurtas gali būti rauginamas didelėse talpose ir po to homogenizuojamas ir išpilstomas į mažą tarą (maišytas jogurtas), arba rauginamas jau išpilstytas į talpas (nusistovėjęs) ir iš karto po rauginimo laikomas šaldytuve. Kad išvengti besitęsiančio rūgimo laikymo metu po rauginimo jogurtas pasterizuojamas Pastaruoju metu pradėti gaminti biologiškai aktyvūs jogurtai kurių sudėtyje be St. termophilus dar yra Lb acidophilus ar Bifidobakterium bifidum. Šios probiotinės bakterijos gali gyventi žmogaus virškinimo trakte. Sūris. Bendru atveju sūrio gamyba tai dehidracijos procesas kurio metu pieno kazeinas, riebalai ir mineralinės medžiagos sukoncentruojamos nuo 6 iki 12 kartų priklausomai nuo gaminamo sūrio rūšies. Nors kiekvienos sūrio rūšies gamybos procesas skiriasi, bet pagrindinės gamybos operacijos daugumai sūrio rūšių yra: rūgštinimas, koaguliavimas, dehidracija, ir sūdymas. Starterinių bakterijų kultūrų pagrindinė funkcija yra rūgščių gamyba. Pieno rūgštis sudaro nesunokinto sūrio šviežio rūgštumo aromatą ir pieno sutraukos sudarymą. Kazeinas koaguliuoja dėl bendro renino (sukelia dalinę proteolizę) ir rūgšties poveikio. Starterinės kultūros taip pat gamina lakius aromato junginius (diacetilas, aldehidai), sintetina ir išskiria proteolitinius ir lipolitinius fermentus, dalyvaujančius sūrio nokimo procesuose, o taip pat stabdo patogenų ir kitų ydas sukeliančių mikroorganizmų augimą. Koaguliavusi sutrauka sufomuoja 19

20 gelį kuris sujungia visus esančius riebalus. Dehidracija apima po koaguliavimo vykdomą apdorojimą, kurio metu suardom gelio struktūra, ko pasekoje išsiskiria pasukos (jose yra diduma vandens, pieno sukrų, baltymų). Daugumos nokinamų sūrių sutrauka kaitinama pasukose kol mišinio temparatūra pasiekia C, priklausomai nuo rūšies. Sūdymas turi daugybę funkcijų kontroliuojant mikrobų augimą ir aktyvumą, kadangi sumažina vandens aktyvumą, sureguliuoja α ir β proteolizės greitį bei fizikinius sūrio baltymų pokyčius. Druska sustabdo tolesnį starterinių bakterijų augimą ir sustabdo laktozės fermentaciją. Pieno rūgšties bakterijų kiekis ir tipas starterinėse kultūrose gali būti labai įvairus. Jis parenkamas priklausomai nuo to kokios rūšies sūris bus gaminamas ir kokias charakteristikas norima išgauti. Daugumoje sūrių tipų ph per naktį pasiekia 4,95-5,3; tuo pačiu dažniausiai pasikeičia starterinės kultūros sudėtis, padaugėja lactobacillius o kai kuriais atvejais pediococcus bakterijų. Jauname sūryje yra ir lactobacillus augimą stimuliuojančių ir stabdančių faktorių. Bet sūriui nokstant dauguma augimą stabdančių faktorių pranyksta. Augimą stimuliuojantys faktoriai daugiausiai susidaro iš α kazeino, kadangi β kazeinas nepakankamai suskyla. Mikrobiologiniai ir biocheminiai pokyčiai sūrio nokimo metu. Sūrių nokinimas, tai sūrio laikymas tam tikrose sąlygose (temperatūra, drėgmė) atitinkamą laiką, kurio metu susiformuoja reikiama forma, aromatas ir tekstūra. Susiformuojantis sūrio aromatas yra tiek sudėtingas, kad jo tiksliai atkartoti panaudojant cheminių junginių mišinį neįmanoma. Pavyzdžiui Čedaro sūryje yra identifikuoti 86 aromato junginiai. Šviežias sūris dažniausiai yra kietas ir tamprus bet nokinimo metu jis įgauna vienalytę struktūrą ir švelnią konsistenciją dėl vykstančių pirminių biocheminių procesų, tokių kaip proteolizė, glikolizė ir lipolizė. Šie pokyčiai užgožiami antrinių katabolitinių procesų: deamininimo, amininimo, transamininimo, dekarboksilinimo, oksidacijos ir esterinimo. Medžiagos, dalyvaujančios sūrio nokimo procese tikriausiai yra fermentai susidarę iš renino, o taip pat ir pirminiai pieno fermentai (pavyzdžiui plazminas) bei bakterinų kultūrų (propiono r. bakterijų, Brevibacterium linens ir pelėsių (Penicilium roąueforti, P. candidum). Pienarūgščių bakterijų starterinės kultūros pasiekia savo augimo maksimumą per keletą savaičių. Negyvos ląstelės lėtai autolizuojamos jų pačių hidrolitiniais fermentais o produktai (cukrai, nukleino r) vartojami nestarterinių pienarūgščių bakterijų. Plačiai priimta komponentų pusiausvyros teorija konstatuoja, kad Čedaro sūrio aromatas yra sinergistinio junginių susidarančių tam tikrais kiekiais kvapo efekto išdava. Sūrio aromatą formuoja sieros junginiai, metil ketonai, aldehidai, esteriai, alkoholiai, laktonai, ir LR rūgštys, susidarančios po daugybės tarpusavyje susijusių biocheminių reakcijų, kuriose dalyvauja pieno baltymai, ir riebalai. Trys pirminiai procesai, vykstantys sūrio nokinimo metu (proteolizė, glikolizė ir lipolizė), suformuoja sūrio struktūros ir aromato pagrindą, tačiau galutinai juos suformuoja (modifikuoja) antriniai pokyčiai, kurie dar nėra iki galo ištirti. 20