- •Микробиология производства хлеба, кондитерских и макаронных изделий
- •Федеральное агентство по образованию
- •Микробиология производства хлеба, кондитерских и макаронных изделий
- •Введение
- •1. Микроорганизмы, используемые в хлебопекарном производстве
- •1.1. Дрожжи
- •1.1.1. Строение дрожжевой клетки
- •1.1.2. Классификация дрожжей
- •1.1.3. Размножение дрожжей
- •1.1.4. Характеристика дрожжей, используемых в хлебопекарном производстве
- •Оценка дрожжей по показателю мальтазной активности
- •1.1.5. Штаммы (расы) хлебопекарных дрожжей
- •Хлебопекарные свойства некоторых рас и штаммов дрожжей
- •1.1.6. Спиртовое брожение, осуществляемое дрожжами
- •1.2. Молочнокислые бактерии
- •1.2.1. Характеристика молочнокислых бактерий, используемых в хлебопекарном производстве
- •1.2.2. Гомоферментативное молочнокислое брожение
- •1.2.3. Гетероферментативное молочнокислое брожение
- •1.3. Пропионовокислые бактерии
- •1.4. Бифидобактерии
- •2 Глюкоза
- •Контрольные вопросы
- •2. Дрожжи – биологические агенты брожения теста
- •2.1. Разновидности хлебопекарных дрожжей
- •2.1.1. Прессованные дрожжи
- •2.1.2. Сушеные дрожжи
- •Показатели качества сушеных дрожжей
- •2.1.3. Дрожжевое молоко
- •2.1.4. Осмотолерантные дрожжи
- •2.1.5. Дрожжи полусушеные замороженные
- •2.1.6. Дрожжи, чувствительные к холоду
- •2.1.7. Дрожжи, устойчивые к пропионату кальция
- •2.1.8. Дрожжи для готовых смесей (премиксов)
- •2.1.9. Жидкие дрожжи
- •Биохимические и технологические свойства новых селекционированных штаммов дрожжей
- •2.2. Посторонняя микрофлора дрожжей
- •2.2.1. Дикие дрожжи
- •2.2.2. Бактерии
- •Контрольные вопросы
- •3. Закваски, применяемые для приготовления хлебобулочных изделий из пшеничного и ржаного теста
- •3.1. Пшеничная мезофильная и дрожжевая закваски
- •3.2. Пропионовокислая закваска
- •3.3. Комплексная закваска
- •3.4. Ацидофильная закваска
- •3.5. Витаминная закваска
- •3.6. Эргостериновая закваска
- •3.7. Закваски для ржаного теста
- •Видовой и штаммовый состав сухого лактобактерина
- •Контрольные вопросы
- •4. Микробиологические и биохимические процессы, происходящие в тесте
- •Подготовка сырья þ замес теста þ брожение þ разделка и расстойка теста þ выпечка изделий þ охлаждение и хранение изделий.
- •Контрольные вопросы
- •5. Микрофлора зерна и муки
- •5.1. Микрофлора зерна
- •5.2. Микрофлора муки
- •6. Микробная порча хлебобулочных изделий
- •6.1. «Картофельная болезнь» хлеба
- •6.1.1. Причины заболевания хлеба
- •6.1.2. Методы диагностики «картофельной» болезни хлеба
- •6.1.3. Меры предупреждения «картофельной» болезни хлеба
- •Ампула с культурой l. Fermentum пробирка с 10–15 см3 солодового сусла колба с 250 см 3 солодового сусла колба с 1000 см3 солодового сусла.
- •6.2. Плесневение хлеба
- •6.3. «Меловая» болезнь хлеба
- •6.4. «Красная» болезнь хлеба
- •Контрольные вопросы
- •7. Микробиологический и санитарный контроль хлебопекарного производства
- •7.1. Контроль сырья и полуфабрикатов
- •Зависимость степени поражения хлеба «картофельной» болезнью от протеолитической активности спорообразующих бактерий
- •7.2. Контроль прессованных дрожжей
- •7.3. Контроль теста
- •7.4. Контроль готовой продукции
- •Степень контаминации хлеба картофельной палочкой
- •8. Микробиология кондитерского производства
- •8.1. Микрофлора сырья и полуфабрикатов
- •8.2. Микрофлора готовых кондитерских изделий
- •8.3. Санитарно-микробиологический контроль производства кондитерских изделий
- •Микробиологические показатели качества кондитерских изделий
- •Контрольные вопросы
- •9. Микробиология макаронного производства
- •Подготовка сырья þ приготовление макаронного теста þ þ прессование теста þ разделка сырых изделий þ сушка изделий þ þ охлаждение высушенных изделий þ упаковка готовых изделий.
- •9.1. Микробиологическая порча макаронных изделий
- •9.2. Микробиологический контроль макаронного производства
- •Контрольные вопросы
- •10. Способы предотвращения микробной порчи хлебобулочных, кондитерских и макаронных изделий
- •10.1. Изменение содержания свободной воды в мучных изделиях
- •Содержание и активность воды в пищевых продуктах
- •Активность воды и рост микроорганизмов в пищевых продуктах
- •10.2. Применение консервантов
- •Контрольные вопросы
- •Заключение
- •Список Рекомендуемой литературы
- •Содержание
- •Микробиологические процессы при производстве хлеба, кондитерских и макаронных изделий
1.2. Молочнокислые бактерии
1.2.1. Характеристика молочнокислых бактерий, используемых в хлебопекарном производстве
Молочнокислые бактерии, относящиеся к роду Lactobacillus cемейства Lactobacillaceae, являются постоянными спутниками хлебопекарного производства. Еще в 1987 г. М.Ф. Попов показал, что в ржаных заквасках присутствуют не только дрожжи, но и специфические бактерии, способные разрыхлять тесто и накапливать в нем кислоту благодаря газообразующей и кислотообразующей способности. Холлигер в 1902 г. обнаружил в ржаных заквасках и тесте три различных типа негазообразующих бактерий – продуцентов молочной кислоты. Автор видел роль этих бактерий не только в том, что они продуцировали кислоту в тесте, но и в их антагонистическом действии на посторонние микроорганизмы, вносимые с мукой: гнилостные, маслянокислые, уксуснокислые. Геннеберг в 1909 г. впервые представил сведения об участии в брожении кислого теста гетероферментативных молочнокислых бактерий и считал, что брожение теста происходит за счет жизнедеятельности как дрожжей, так и бактерий. Датский ученый Кнудсен (1924 г.) из большого количества заквасок кислого теста выделил молочнокислые бактерии, которые разделил на две группы – А и В. К группе А автор отнес гомоферментативные бактерии Streptobacterium plantarum, а к группе В – представителей подгруппы бетабактерий, образующих помимо молочной кислоты значительное количество других продуктов, главным образом летучих кислот.
Русский ученый В.Л. Омелянский, изучавший в 1924 г. самопроизвольное брожение теста, подтвердил, что этот процесс происходит в результате жизнедеятельности специфических газообразующих бактерий, характерных для микрофлоры муки. Он показал, что эти микроорганизмы могут служить в качестве закваски для поднятия ржаного теста.
Вопрос об использовании чистых культур бактерий кислого теста для приготовления заквасок в нашей стране был поставлен в начале 20-х гг., исходя из того, что применение таких заквасок предотвратит нежелательное влияние посторонней микрофлоры муки на процесс брожения и позволит использовать выделенные штаммы в заданных количествах.
Создание заквасок для пшеничного и ржаного теста на чистых культурах дрожжей и молочнокислых бактерий способствовало интенсификации процесса приготовления хлеба и улучшению качества готовой продукции.
Молочнокислые бактерии объединены в одну группу по способности накапливать в качестве основного продукта брожения молочную кислоту. Они широко распространены в природе: встречаются в почве, на поверхности растений, в растительных, мясных и молочных продуктах, кишечнике человека и животных.
Молочнокислые бактерии растут при оптимальном значении рН 6,5–6,8. Однако они являются кислотоустойчивыми и в полуфабрикатах хлебопекарного производства выдерживают рН 3,0–3,5. Характерным свойством молочнокислых бактерий является их спиртоустойчивость. Они способны размножаться при высоких концентрациях этанола - 18–24 об. %. Рост молочнокислых бактерий ингибируют высокая концентрация сахара (свыше 10 %), хлорида натрия (свыше 3 %), а также накапливающиеся при брожении молочная и уксусная кислоты.
При росте в жидкой среде молочнокислые бактерии образуют равномерную муть и небольшой осадок. На поверхности агаризованной среды молочнокислые бактерии формируют мелкие гладкие блестящие колонии со сферической поверхностью серовато-белого цвета (S-тип, от англ. smoot – гладкий). В некоторых случаях наблюдаются звездчатые или волокнистые колонии, врастающие в субстрат (R-тип, от англ. rough – шероховатый). Гораздо реже встречаются слизистые колонии (О-тип). Глубинные колонии имеют вид чечевицы или треугольника.
Лактобациллы представляют собой прямые палочки разных размеров - от коротких (2–5 мкм) до длинных (12–15 мкм) и толщиной 0,5–1,0 мкм с закругленными или обрубленными концами.
Молочнокислые бактерии, как правило, неподвижны, грамположительны, не образуют спор (за редким исключением), не продуцируют пигментов, не восстанавливают нитраты в нитриты, не образуют индол и сероводород, желатину не разжижают. Размножаются, как и большинство бактерий, простым делением.
Температурные пределы роста 20–53 °С, оптимальная температура - 30–45 °С.
По отношению к кислороду воздуха молочнокислые бактерии являются факультативными анаэробами. Они не способны синтезировать АТФ за счет дыхания, что отражает отсутствие у них цитохромов и других гемсодержащих ферментов.
Молочнокислые бактерии лишены фермента каталазы, расщепляющего пероксид водорода на воду и молекулярный кислород. Эту функцию у них выполняет фермент пероксидаза.
Отсутствие каталазной активности является одним из диагностических признаков молочнокислых бактерий, поскольку они представляют собой фактически единственный вид бактерий, лишенных каталазы, но способных расти в присутствии кислорода воздуха.
Молочнокислые бактерии очень требовательны к источникам питания; им необходимы витамины, значительное количество аминокислот. Установлено, что в питательной среде должны содержаться пантотеновая и никотиновая кислоты, рибофлавин, пиридоксин, биотин и фолиевая кислота. Из углеводов они преимущественно сбраживают гексозы и, гораздо реже, пентозы. В зависимости от метаболической активности молочнокислые бактерии разделяют на гомоферментативные и гетероферментативные. Первые образуют при ферментации сахаров до 95 % молочной кислоты и ничтожное количество побочных продуктов. Вторые, наряду с молочной кислотой, накапливающейся в количестве 60-70 %, образуют этанол, уксусную и муравьиную кислоты, диоксид углерода.
Следует отметить, что границы между гомо- и гетероферментативным типами брожения в известной степени условны и могут варьироваться при изменении окислительно-восстановительного потенциала среды. В девятом издании определителя бактерий Берджи лактобациллы объединены в семейство Lactobacillaceae, род Lactobacillus, который подразделен на три группы:
1 - облигатно-гомоферментативные лактобациллы, расщепляющие гексозы до молочной кислоты по гликолитическому пути Эмб-дена–Мейергофа–Парнаса, но не способные сбраживать пентозы.
2 - факультативно-гетероферментативные лактобациллы, способные сбраживать гексозы с образованием молочной кислоты по этому же пути и способные ферментировать пентозы с образованием молочной и уксусной кислот;
3 - облигатно-гетероферментативные лактобациллы, сбраживающие гексозы и пентозы по пентозофосфатному пути с образованием молочной, уксусной кислот и диоксида углерода. Согласно классификации, предложенной в 60-х гг. ХХ в. Рогозой (M. Rogosa) и Шарп (M. Sharhe), в пределах рода выделены три подгруппы: термобактерии (Thermobacterium), стрептобактерии (Streptobacterium) и бетабактерии (Betabacterium).
На рис. 1.6 показана систематика лактобацилл, наиболее часто используемых в хлебопекарной промышленности.
Семейство Lactobacillaceae
Род Lactobacillus
Подроды
Thermobacterium Streptobacterium Betabacterium
Облигатно-
гомофермен-
тативные
Факультативно-
гетерофер-ментативные
Облигатно-
гетерофер-ментативные
L. delbrueckii L. сasei L. brevis
L. plantarum L. fermentum
L. buchneri
L. sanfrancisсo
Рис. 1.6. Систематика лактобацилл
К первой группе относятся термофильные лактобациллы, образующие в процессе брожения преимущественно молочную кислоту – облигатно-гомоферментативные – и имеющие температурный оптимум в диапазоне 40–60 °С.
Вторая группа лактобацилл гексозы сбраживает с образованием главным образом молочной кислоты, а пентозы – с образованием молочной кислоты, диоксида углерода и этанола, в связи с чем ее относят к факультативно-гетероферментативным молочнокислым бактериям. Молочнокислые палочки, входящие в эту группу, часто соединены в цепочки, за что и получили название стрептобактерий, их оптимальная температура роста 25–30 °С.
В третью группу входят облигатно-гетероферментативные лактобациллы, продуктами брожения которых являются молочная кис-лота, этанол, диоксид углерода, а также большое количество летучих кислот. Температурный оптимум лактобацилл этой группы 25–30 °С.
L. delbrueckii. Вид получил название по имени немецкого бактериолога Дельбрюка. Этот вид включает три подвида, которые прежде определялись как четыре разных вида: L. delbrueckii, L. bulgaricum, L. lactis и L. leichmanii. В настоящее время установлено, что эти виды имеют гомологию ДНК более чем на 80 %, поэтому прежние виды переведены в ранг следующих подвидов: L. delbrueckii subsp. delbrueckii, L. delbrueckii subsp. bulgaricum и L. delbrueckii subsp. lactis. Клетки имеют вид крупных палочек с закругленными концами размером (5–9)(0,5–0,8) мкм, расположенных одиночно или попарно.
Палочка Дельбрюка размножается при оптимальной температуре 45–50 °С. Сбраживает глюкозу, галактозу, мальтозу, сахарозу с образованием D-изомера молочной кислоты, газ не образует. Требовательна к присутствию в среде источников азота и витаминов. Используется при получении жидких дрожжей.
L. сasei. Этот вид имеет четыре подвида: L. casei subsp. casei, L. casei subsp. pseudoplantarum, L. casei subsp. tolerans и L. casei subsp. rhamnosus. Последний подвид может быть выделен в отдельный вид. Клетки имеют вид палочек с прямоугольными концами, располагающихся чаще всего цепочками. Размер клеток (2–4)(0,7–1,1) мкм. Штаммы этого вида образуют L-изомер молочной кислоты. Оптимальная температура роста 30–32 °С, отдельные штаммы могут расти при более высокой температуре (38±2) °С. Лактобактерии этого вида обнаружены в заквасках и принимают активное участие в брожении теста.
L. plantarum. Клетки этого вида представляют собой палочки размером (3–8)(0,9–1,2) мкм. Сбраживает углеводы с образованием DL-изомеров молочной кислоты. L. plantarum продуцирует антибиотик лактолин, подавляющий кишечные палочки и споровые формы бактерий. Оптимальная температура роста около 30 °С. Палочка plantarum постоянно встречается в заквасках, участвуя в брожении теста.
L. brevis. Палочки с закругленными концами размером (2–4)(0,7–1,0) мкм, располагаются одиночно или цепочками разной длины. Вызывает гетероферментативное молочнокислое брожение, образуя при этом DL-изомеры молочной кислоты. Этот вид специфичен для заквасок. За счет накопления летучих кислот при брожении придает готовому хлебу определенный аромат.
L. fermentum. Палочки короткие размером (2–3)(0,5–1,0) мкм; располагаются одиночно. При сбраживании углеводов образует DL-изомеры молочной кислоты. Как и L. brevis, является специфичным для заквасок.
L. buchneri. Палочки мелкие с закругленными концами размером (2–4)(0,7–1,0) мкм; располагаются одиночно, попарно или в виде цепочек. Вызывает гетероферментативное молочнокислое брожение, образуя DL-изомеры молочной кислоты. В заквасках встречается довольно редко.
L. sanfrancisсo. Ранее этот вид считался подвидом L. brevis. Палочки очень мелкие с закругленными концами размером (0,7–4) (0,30–0,35) мкм. При сбраживании углеводов по гетероферментативному пути образует DL-молочную кислоту. Впервые выделен из сырого теста в 1984 г. в г. Сан-Франциско, откуда и получил свое название.
Молочнокислые бактерии играют существенную роль в формировании вкуса и аромата хлеба, особенно ржаного. В результате сбраживания сахаров в тесте молочнокислые бактерии образуют молочную, уксусную, пропионовую, муравьиную кислоты, спирт и диоксид углерода. Молочная кислота придает ржаному хлебу приятный кисловатый вкус, а летучие кислоты – специфический аромат. Большое значение в образовании ароматического комплекса хлеба играют вторичные продукты метаболизма молочнокислых бактерий: альдегиды, ацетоин, диацетил, оксиметилфурфурол, фурфурол, диоксиацетон. Диоксид углерода способствует разрыхлению теста. Образуемые молочнокислыми бактериями кислоты не влияют на жизнедеятельность дрожжей и в то же время подавляют рост гнилостных, маслянокислых, уксуснокислых бактерий, представителей бактерий группы кишечной палочки. Гомо- и гетероферментативные лактобациллы осуществляют также протеолиз белков пшеничной и ржаной муки, способствуя накоплению в тесте азотосодержащих и водорастворимых соединений.