Kauno technologijos universitetas

Maisto produktų technologijos katedra

Naujausių mokslinių pasiekimų maisto produktų biotechnologijos srityje

mokslinė studija “Maisto gamybos biotechnologija”A. Pukalskas

Kaunas, 2007

2

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. 1970-1972 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

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

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

Arenijaus lygtimi CRTHV +∆−=

303.2log10 ; V- reakcijos greitis; ∆H-reakcijos energija; R-dujų

konstanta; T- temperatūra K;

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

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 100-20.000 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 20000 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

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 50000 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

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

0.3-1 mm diametro ir džiovinamas apie 6 val 25-45 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 40-55 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

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

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. 1,040 – 10 proc. T.y. kiekvienas sacharozės procentas atitinka apie 0,004 vienetus. Šios reikšmės

dažniausiai pateikiamos kaip Balingo laipsniai.

10

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

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

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

O

OOH

OH

CH2CH(CH3)2

O O

HO

O

OH

CH2CH(CH3)2

O

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 – 15-22 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 71-74 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

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 41-54 C

temperatūroje. Tokiu atveju prieš supilant mieles mentalas pasterizuojamas 71-87 C temperatūroje, kad

inaktyvuoti bakterijas. Fermentuojama dažniausiai 21-24 C temperatūroje. Reikia stengtis užtikrinti, kad

temperatūra neviršytų 32 C, kas sumažintų išeigą ir suformuotų nepageidaujamą kvapą dėl bakterijų

15

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

starterinėse kultūrose (komercinėse) būna apie 2×107 - 9×1011 bakterijų grame ir 1,7×105- 8×106 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) 218-232 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 35-40 C per kiek

17

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 22-25 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

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 14-16 proc. sausųjų medžiagų homogenizuojamas,

ir pasterizuojamas pakaitinant iki 85 C 30 min (arba 95 C - 5-10 min arba 120 C 5 sekundes). Po to

atšaldoma iki fermentavimo temperatūros, pridedama raugo ir inkubuojama 30-45 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

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 37-41 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

Pieno rūgšties pokyčiai. Paprastai laktatai paverčiami acetatais ir kitais karbonilo junginiais juos

oksidinant (NADH oksidaze) arba juos gali veikti lactobacillus ar pediococcus bakterijos.

Propionibacterium bakterijos (Pr shermanii Pr freudenreichii) pakeičia laktatą į propionatą ar acetatą.

Čedaro sūryje yra d- laktato kuris susidaro iš likusios laktozės veikiant lactobacillus bakterijoms arba gali

susidaryti racemizuojantis l-laktatui. Pieno rūgšties metabolizmas labai ryškus sūriuose kurie brandinami

su paviršiniais pelėsiais (Brie ar Kamembero). Pirmą dieną pieno rūgšties (l-laktato) kiekis tokiuose

sūriuose siekia 1 proc ir jis pagaminamas išskirtinai mezofilinių starterinių kultūrų, tačiau antriniai

mikroorganizmai, tokie kaip Geotrichum candidum ir Penicillium caseicolum greitai užima visą sūrio

paviršių ir galiausiai perdirba pieno rūgštį iki CO2 ir H2O, taip padidindami pH.

Amino rūgščių pokyčiai nokinimo metu labai svarbūs sūrio aromato junginių susiformavimui. Dauguma

laisvų amino rūgščių yra dekarboksilinamos, deamininamos, transamininamos, iš jų pašalinama siera ir

t.t. Susidarę junginiai taip pat kinta (paveikslas) Pagrindiniai produktai, gaunami iš amino rūgščių

metabolizmo yra (1) aminai, gaunami jas dekarboksilinant; (2) amoniakas, rūgštys, keto rūgštys,

arboniliniai junginiai ir alkoholiai, susidarantys po deamininimo; (3) kitos amino rūgštys susidarančios

dėl peramininimo reakcijų; (4) vandenilio sulfidas, dimetil sulfidas, metantiolis, tioesteriai, ar kiti sieros

junginiai susidarantys atskeliant nuo amino r. sierą. Šiuos amino rūgščių pokyčius didžiausia dalimi vkdo

antrinė mikroflora, taip suformuodama sūrio aromatą. Lakūs sieros junginiai, ypatingai metantiolis yra

labai svarbūs čedaro sūrio tipiniam aromatui. Tiksli tiesioginė metandtiolio įtaka aromato formavimui

nėra žinoma, tačiau sąveikaudamas su kitais junginiais jis sudaro čedaro sūriui būdingus aromato

junginius.

Riebiųjų rūgščių pokyčiai. Čedaro sūris, pagamintas iš nugriebto pieno neturi jam būdingo aromato. Tai

įrodo, kad riebalai yra būtini aromato suformavimui. Kai pienas pasterizuojamas (72 C/ 15 sek) beveik

visa pieno lipazė inaktyvuojama, tačiau starterinių kultūrų esterazės ir lipazės hidrolizuoja mono ir

digliceridus iki laisvų riebiųjų rūgščių. Mono ir digliceridus taip pat gali hidrolizuoti ir karboksiesterazės

21

arba mono ir diglicerid lipazės. Laisvos riebiosios rūgštys labai svarbios daugelio sūrių (ypatingai stipriai

pikantiškų itališkų Parmezano Provolono) aromatui. Iš jų susidaro metil ketonai, antriniai alkoholiai,

laktonai ir t.t. (paveikslas) Svarbiausios reakcijos yra esterių sintezė ir metil ketonų susidarymas.

Daugelis mielėse, pieno rūgšties bakterijose ar kituose mikoorganizmuose esančių fermentų (tokių kaip

karboksiesterazės ar arilesterazės) gali sintetinti esterius silpnuose alkoholio-vandens tirpaluose. Šis

reiškinys daug ryškiau pastebimas gėrimų gamyboje, tačiau egzistuoja ir nokinant sūrius. Kai kurių

pelėsių (Aspergillus ir Penicillium) fermentai gali oksiduoti riebiąsias rūgštis iki metil ketonų, taip pat

svarbių aromato junginių. Penicilium roqueforti pelėsiai turi stiprų lipolitinį aktyvumą ir

metabolizuodami lipidus sudaro riebiąsias rūgštis, metil ketonus (svarbiausias 2-nonanonas) bei kitus

aromato junginius.

Pienarūgščių bakterijų fermentų pritaikymas. Panaudojant klasikinius atrankos metodus ir

efektyvesnius rauginimo bei gamybos būdus panaudojant pieno rūgšties bakterijas buvo pasiekta žymaus

sūrių nokinimo pagreitinimo, sukurta sūrio aromato gamyba naudojant fermentus ir baltymų hidrolizatų

gamyba. Sūrių nokinimas yra lėtas mikrobiologinis procesas, kuriam reikalingi dideli šaldymo,

sandėliavimo kaštai. Todėl bet koks šio gamybos etapo pagretinimas gali didele dalimi sumažinti

gamybos išlaidas. Be to pagreitinus sūrių nokimą atsiranda galimybė padidinti sūrio aromato intensyvumą

tiek riebiuose, tiek neriebiuose sūriuose, nes nereikia naudoti starterinių kultūrų, kurios stabdo pašalinės

mikrofloros vystymąsi, tačiau tuo pačiu silpnina sūrio aromatą. Dėl galimo užkrėtimo Listeria ir

Salmonela bakterijomis yra privaloma pieną pasterizuoti, o tai sumažina natyvios mikrofloros aktyvumą

ir tuo pačiu lėtina sūrio nokinimo procesą.

Nokinimo proceso greitinimas. Nokinimo greitinimui naudojami proteolitiniai ir lipolitiniai fermentai,

bei modifikuotos starterinės kultūros (arba visi priedai iš karto), ir padidinta nokinimo temperatūra.

Didesnių temperatūrų panaudojimas (10-12 C vietoj 5 C) atrodytų pats pigiausias ir paprasčiausias būdas,

22

tačiau galutinis jo rezultatas labai priklauso nuo kokybės kontrolės. Nepakankamai kontroliuojant kokybę

gali susidaryti daug nekokybiškos produkcijos ir tokiu atveju nebus gautas pakankamas ekonominis

efektas. Fementai, ar ar modifikuotos starterinės kultūros, dedami arba į pieną, arba į sutrauką sūdymo

stadijoje, yra dažniausiai naudojamos nokinimo medžiagos. Pastaruoju metu atsiranda naujos

technologijos, kurios turi atitikti tam tikrus reikalavimus. Padėti susiformuoti tipiniam sūrio aromatui, bei

reologinėms savybėms gaminant sumažinto riebumo sūrį.

Kad pagreitinti sūrių nokinimą gali būti naudojami komerciniai fermentai. Tačiau kai kurie jų, be

pagreitinto nokinimo sukelia ir nepageidaujamus pašalinius reiškinius (kartumą, gaižumą, netipinį kvapą,

blogą tekstūrą.

Lipolitiniai fermentai. Pieno riebalai skaldomi iki mono ir di gliceridų bei laisvų riebiųjų rūgščių. Tai

atlieka pieno natyviniai, arba mikrobiniai fermentai. Laisvos RR sudaro sūrio aromatą, tačiau per didelis

jų kiekis gali sudaryti nepageidaujamą pašalinį gaižų kvapą. Pagreitintas riebiųjų rūgščių formavimasis

pridedant lipazių ar esterazių, suteikia Provolono, Romano, Parmezano ir fetos tipo (dažniausiai

gaminamiems iš ožkos pieno) sūriams norimą aromatą. Šiam tikslui gali būti naudojamos veršelių ar

ožiukų skrandžių lipazės. Veršelių lipazės, kurios atlaisvina santykinai daugiau C14 ir C16 riebiųjų

rūgščių, suteikia subalansuotą švelnų aromatą, tuo tarpu ožiukų skarandžio lipazė suteikia labiau

pikantišką aromatą. Pastaruoju metu susidomėta Lactobacillus bakterijų lipazių ir esterazių aktyvumu.

Proteolitiniai fermentai. Reikalingi kad greičiau suformuoti sūrio aromatą bei baltymų struktūros

suardymą. Komerciniai proteolitiniai fermentai tai proteazių ir peptidazių mišinys, išskirtas arba iš

starterinių kultūrų, arba iš ne pienarūgščių bakterijų.

Fermentų panaudojimas. Mažo riebumo sūriai. Kad patenkinti vis didėjančią sumažinto riebumo sūrių

paklausą gamintojai suinteresuoti gaminti mažo riebumo sūrius, kurie turėtų tokią pačią kaip didelio

riebumo sūriai tekstūrą ir aromatą. Deja, paprastai gaminant sumažinto riebumo sūrius tenka aukoti gerą

aromatą bei tekstūrą. Pavyzdžiui Čedaro sūriai su sumažintu riebalų kiekiu ne tik pasižymi prasta

tekstūra, bet ir daug lėtesnis jų nokinimo procesas. Kad pagaminti būdingo aromato ir tekstūros, bet

mažiau kalorijų turintį Čedaro sūrį naudojamos specialių starterinių kultūrų ir fermento akselerazės

(komercinis pavadinimas) kombinacijos. Naudojamos bakterinės kultūros yra labai koncentruotos (1011)

bakterijų ląstelių suspensijos piene su glicerolio ir laktozės priedais (apsaugančiais nuo pažeidimų dėl

užšaldymo), užšaldytos skystu azotu.

Padidinto aromato sūriai. Gaminami nokinant 6-10 savaičių santykinai aukštoje temperatūroje (12-15

C), ir naudojami perdirbti, t.y. padažams, susmulkinti ir t.t., nes jų tekstūra yra trapi (byranti) ir jie

netinkami įprastiniam apdorojimui ir panaudojimui. Labai greitam nokinimui ir didelio aromato

išgavimui gali būti naudojami fermentai akselerazė ir savorazė.

Didelio riebumo sūriai. Kai kuriose šalyse (pvz; Kanadoje) įprasta gaminti sūrius iš nepasterizuoto pieno

ir nokinti juos ilgą laiką žemoje temperatūroje (4-5C). Pastaruoju metu standartai reikalauja, kad visa

žaliava būtų pasterizuojama. Gaminat sūrius pagal tokią technologiją iš pasterizuoto pieno labai sulėtėja

23

nokinimo procesas, todėl padidėja tikimybė vystytis heterofermentinėms bakterijoms (Clostridium ar

Lactobacillis brevis ar L. fermentum) bei susiformuoti pašaliniam kvapui ar kitoms ydoms. Papildomų

fermentų panaudojimas tokiai gamybai įgalina gamintojus pagreitinti nokinimą nepakeliant temperatūros

bei išvengti šių problemų.

Fermentais modifikuotas sūrio aromatas. Pienarūgščių bakterijų fermentai, įdėjus jų į šviežią sutrauką per

keletą dienų suformuoja intensyvų Čedaro sūriui būdingą aromatą, nesuteikdami sūriui kartumo ar

pašalinių kvapų. Toks sūris nėra iki galo sunokintas, tačiau jis gali būti naudojamas kad suteikti aromatą

kai kuriems produktams (krekeriams, greitiems užkandžiams). Kaip maisto priedai gali būti gaminami

picų padažai, fermentais išgautas sviesto ar grietinės aromatas, ar kokie nors naujai išgauti kvapai. Taip

pat galima gaminti baltymų hidrolizatus su fermentais suteiktu aromatu, kurie gali atstoti funkcinį maistą

(funkciniai peptidai).

Mėsos ir žuvies produktai. Ilgą laiką vyravo nuomonė, kad mikroorganizmai mėsos produktų gamyboje

yra nepageidaujami ir jie gali sukelti tik mėsos gedimą bei būti pavojingi vartotojų sveikatai, jei jie yra

patogenai. Tačiau fermentacija yra vienas iš būdų pailginti mėsos ir žuvies produktų laikymo laiką.

Seniausi produktai, kurių gamyboje naudojama fermentacija yra dešros. Tačiau net iki 1921 metų nebuvo

pripažįstama, kad mikroorganizmai padeda gaminti dešras. 1940-50 metais buvo pradėta naudoti grynas

mikroorganizmų starterines kultūras, o nuo 1960 metų tokios kultūros tapo komercinės. Starterinių

kultūrų panaudojimas pradžioje nebuvo labai palitęs, dėl daugelio gamintojų baimės kad gali pablogėti

tokių produktų kokybė (lyinant su tradiciniais) ar jie gali būti nepriimtini vartotojui. Daugelyje šalių taip

pat paplitęs žuvų perdirbimas ir vartojimas. Labiausiai paplitę žuvų konservavimo būdai yra dehidracija,

džiovinimas saulėje ir sūdymas druskos tirpaluose.

Fermentuoti mėsos gaminiai. Fermentuotos džiovintos dešros tai susmulkintos ir sumaltos mėsos

produktai, kurie panaudojus bakterijas pasiekia pH 5.3 ar mažiau ir tada džiovinami, kad pašalinti 25-50

proc drėgmės, kad susidarytų vandens ir baltymų santykis ne didesnis kaip 2.3 : 1. Pusiau džiovintos

dešros gaminamos panašiai, tik drėgmė sumažinama 15 proc, ir jos supakuojamos iš karto užbaigus

fermentacijos-kaitinimo procesą. Paprastai tokios dešros fermentacijos metu rūkomos ir jose drėgmės ir

baltymų santykis turi būti ne didesnis nei 3.7 : 1.

Fermentuotų dešrų klasifikacija. JAV dešros klasifikuojamos pagal galutinį produkto drėgmės kiekį į

džiovintas ir pusiau džiovintas. Europoje produktai skirstomi pagal tai koks temparatūrinis režimas

naudojamas jų gamybai. Be to dar dešros gali būti klasifikuojamos pagal etninę kilmę, drėgmės ir

baltymų kiekio santykį, sudėtį (pH, drėgmės kiekį, riebalų kiekį, baltymų kiekį, bendrą rūgščių kiekį ir

t.t.).

Gamybos procesas. Džiovintų ir pusiau džiovintų dešrų pagrindinės sudedamosios dalys yra:

Liesa mėsa (kiauliena jautiena) 55-70 proc.

Lašiniai 25-40 proc

Druska ~3 proc.

24

Fermentuojami angliavandeniai 0.4-2 proc

Prieskoniai ir aromato stiprikliai ~0.5 proc

Kita (starterinės kultūros, askorbo r., nitritai) ~0.5 proc

Gamyba vyksta taip. Mėsa susmulkinama ir sumaišoma su lašiniais, kad būtų reikiamas riebalų kiekis.

Tai atliekama žemoje temperatžroje, kad išvengti riebalų ištižimo. Po to įmaišomi prieskoniai, druska,

aromato medžiagos, angliavandeniai, nitritai ir starterinės kultūros ir mišinys sukemšamas į atitinkamus

apvalkalus (celiuliozės, kolageno ar natūralius), tai atliekama –2.2 –1.1 C temperatūroje. Tradicinėje

gamyboje prieš kimšimą buvo įmaišomos nitratus redukuojančios bakterijos, kad paverstų nitratus į

nitritus. Pastaruoju metu nitritai dedami tiesiogiai. Sukimštos dešros patenka į brandinimo patalpą, kur

vyksta fermentacija. Priklausomai nuo dešros rūšies brandinimo sąlygos gali skirtis. Paprastai temperatūra

būna palaikoma nuo 15,6 iki 23,9 C, o santykinis drėgnumas nuo 80 iki 90 proc. Fermentacijos metu

temperatūra pakeliama. Džiovintoms dešroms iki 37,8 C, Pusiau džiovintoms iki 43 C. Fermentacijos

pobūdis priklauso nuo naudojamų mikroorganizmų rūšies. Dažniausiai naudojamos Lactobacillus

bakterijos, kurios yra homofermentinės ir gamina tik pieno rūgštį, kuri suteikia produktui aštriai sūrų

aromatą. Heterofermentinės bakterijos gali gaminti keletą produktų: pieno r. Etanolį, CO2, ir acto r. Šie

junginiai gali suteikti dešroms specifinį išskirtinį aromatą, bet jie gali būti ir nepageidaujami kai kuriose

rūšyse. Po fermentacijos dešros pilnai ar dalinai išverdamos arba džiovinamos. Šio proceso metu

fermentacija gali tęstis. Tai priklauso nuo naudojamų mikroorganizmų augimo charakteristikų bei

džiovinimo sąlygų (temperatūros, pH, angliavandenių kiekio bei karščio įsiskverbimo į produktą.

Starterinės kultūros.

Kad būtų galima vykdyti kontroliuojamą fermentacijos procesą pradėtos gaminti grynos starterinės

kultūros. Tai įgalino ne tik užtikrinti pastovų produkto aromatą, tekstūrą bei stabilumą laikant, bet ir

padidinti produkto saugumą (mažesnė tikimybė užkrėsti pašaline mikroflora). Naudojant starterines

kultūras produkto pH mažėja greičiau, vadinasi pagreitėja fermentacijos procesas, tuo pačiu sumažinamos

gamybos sanaudos. Dauguma starterinių kultūrų yra natūralūs naudingų bakterijų, randamų dešrose,

izoliatai.

Starterinės kultūros būna šviežios, šaldytos ir liofilizuotos, jas gali sudaryti vienos arba keletos rūšių

mikroorganizmai, priklausomai nuo to kokios rūšies dešroms jos bus naudojamos. Paprastai kultūros

auginamos skystose terpėse, griežtai kontroliuojant jų augimą. Po to jos sukoncentruojamos, ir

užšaldomos arba liofilizuojamos (priklausomai nuo poreikio), kad ilgesnį laiką išsaugoti jų aktyvumą.

Paprastai tokių mikroorganizmų kultūrų viename grame yra apie 106 ląstelių. Toks mikroorganizmų

kiekis teoriškai turėtų užkirsti galimybę vystytis nepageidaujamiems mikroorganizmams. Kaip starterinės

kultūros gali būti naudojami daug mikroorganizmų ar jų mišinių: Pediococcus cerevisiae, Lactobacillus

plantarum, Micrococcus rūšys... Idealios starterinių kultūrų charakteristikos būtų tokios: tolerantiškumas

druskai, greitas augimas, tolerantškumas nitritams, optimali augimo temperatūra apie 32 C, be to kultūra

25

turi būti homofermentinė, neproteolitinė, nelipolitinė, nepatogeninė, netoksiška ir negaminanti junginių

sudarančių pašalinį kvapą. Geriausiai, jei inaktyvavimo temperatūra būtų apie 60 C.

Starterinių kultūrų patobulinimas. Kultūras modifikuojant genų inžinerijos, ar natūralios atrankos

pagalba galima pasiekti, kad jos negamintų pašalinių fermentacijos produktų (pvz. CO2 pertekliaus) ir

gamintų tik aromato medžiagas. Staphylococcus carnosus, padermė paprastai naudojama gaminant

džiovintas dešras, yra viena iš tiriamų rūšių. Pastaruoju metu Pediococcus cerevisiae, P. acidilacti,

Lactobacillus plantarum, Lactobacillus casei ir Micrococcus varians padermės taip pat tyrinėjamos

siekiant pagaminti mėsos fermentavimui tinkamus jų mišinius ar modifikacijas. Pasitaiko atvejų, kai

starterinių kultūrų aktyvumą labai sumažina užkratas pašaliniais miktroorganizmais. Yra išskirtos

Lactobacillus sake ir Lactobacillus curvatus padermės, kurios nejautrios neigiamam pašalinės mikrofloros

poveikiui.

Nauji išradimai.

Kadangi fermentacijos procesus mėsoje sunkiau tirti nei skysčiuose (piene ar alkoholiniuose gėrimuose),

todėl mėsos fermentacijos tyrimai yra žymiai mažiau pažengę nei kitų biotechnologijos sričių. Padėtį

apsunkina tai, kad praktiškai neįmanoma vykdyti eksperimentų su sterilizuota ar pasterizuota mėsa, todėl

niekada negalima atmesti pašalinės mikrofloros įtakos. Žalioje mėsoje paprastai yra keletas milijonų

mikroorganizmų grame, todėl į jų įtaką fermentacijai negalima neatsižvelgti.

Yra susiformavę du dešrų fermentavimo būdai (Amerikietiškas ir Europinis), kai fermentavimui

naudojamos Pediococcus cerevisiae ir Micrococcus aurianticus padermės. Pediococcus dedama dėl jų

gebėjimo sudaryti pieno rūgštį, o mikrokokai naudojami kad redukuoti nitratus iki nitritų. Pediokokai

neredukuoja nitratų, todėl JAV pastaruoju metu pereita prie fermentavimo naudojant nitritus ir

pediococcus bakterijas. Procesas vykdomas aukštesnėje temperatūroje, todėl fermentacija vyksta greičiau

ir gaunamas mažesnis galutinis pH. Tuo tarpu Europoje naudojamos žemesnės temperatūros, procesas

vyksta lėčiau ir gaunamas didesnis galutinis pH.

Dabartiniu metu panaudojant atitinkamą receptūrą, starterines kultūras, ir proceso kontrolę galima

įvykdyti produkto fermentaciją per 6-8 valandas. Tai labai greitas procesas lyginant su tradiciškai

vykdomu 3-5 dienas. Tačiau tokio proceso metu inaktyvuojami aromatą formuojantys mikroorganizmai,

todėl siekiama sukurti optimalias sąlygas ne tik pieno rūgštį, bet ir aromato medžiagas gaminančioms

bakterijoms. Tai gali būti pasiekta atitinkamai sureguliuojant bakterijų antykį starterinėse kultūrose

(padidinant aromatą sudarančių bakterijų kiekį), arba reguliuojant temperatūrą. Iš pradžių sudarant

sąlygas augti žemesnes temperatūras mėgstančioms kultūroms (paprastai aromato medžiagų

gamintojams), o po to pakeliant fermentavimo temperatūrą ir skatinant rūgščių susidarymą. Europoje

atliekami tyrimai kad sudaryti unikalias skonio ir aromato savybes produktui suteikiančias starterines

kultūras, taip pat vykdomi mikroorganizmų panaudojimo kituose produktuose (kumpyje, džiovintuose

gaminiuose) tyrimai.

Fermentuoti žuvies gaminiai.

26

Benru atveju, kai žuvis sluoksniuojama su druska ir paliekama ilgam laikui, tarpląstelinis skystis

ištraukiamas iš audinių ir sudaro sūrymą. Jei jis paliekamas kontakte su žuvimi ir žuvies proteolitiniai

fermentai yra pakankamai aktyvūs, susidaro žuvies padažas. Jei skysti pašalinamas tam tikrais laiko

intervalais, arba jo kontakto su žuvimi laikas ganėtinai trumpas, gali susidaryti žuvies paštetas. Jei

kontakto laikas labai trumpas ir druskos kiekis ribotas, gaunama sūdyta žuvis kurios struktūra

suminkštėja. Vykdoma fermentacija gali būti trijų tipų: (1) tradicinė fermentacija, vykdoma žuvų

fermentais terpėje esant didelei druskos koncentracijai (2) tradicinė fermentacija, vykdoma žuvų

fermentais ir mikroorganizmų fermentais, terpėje esant didelei druskos koncentracijai (mikrobinės kilmės

fermentai dedami kad pradėti procesą. Komerciškai tokie fermentai gaminami įvairių formų.) (3)

netradicinė fermentacija, kai produktas gaunamas fermentaciją greitinant fermentais, ar naudojant

cheminę hidrolizę.

Žuvies padažai. Buvo gaminami jau senovės Romoje. Žuvis maišoma su druska santykiu 2:1 ar 5:1

(žuvis-druska) ir tada fermentuojama talpose užkastose į žemę 6-iems mėnesiams. Skystis nuo paviršiaus

nupilamas, filtruojamas, ir brandinamas 3 mėnesius saulės šviesoje, kad išgauti skonį ir aromatą.

Galutinis produktas, tai skystis prisotintas baltymų, kuriame yra daug amino azoto, Ca, P, Fe, kitų

organinių maisto medžiagų, ir vitaminų B kompleksas. Svarbiausias tradiciniu būdu pagamintų padažų

faktorius yra skonio ir kvapo priimtinumas vartotojui. Kadangi aseptinėmis sąlygomis pagaminto padažo

skonio ir aromato savybės skiriasi nuo tradicinio, daroma išvada, kad procese dalyvauja ir

mikroorganizmai. Proteolitiniai fermentai, kurie sukelia žuvies baltymų skilimą gali būti tiek

endogeniniai, tiek mikrobiniai. Žuvų fermentacijoje labiausiai paplitę Bacillus, Micrococcus,

Lactobacillus, ir Pediococcus bakterijos. Didelės druskos koncentracijos stabdo mikroorganizmų

(daugiausiai patogenų) augimą, todėl sumažėja mikrobiologinės taršos galimybė. Bakterijos kurios

išgyvena turi būti halofilinės, arba kraštutiniu atveju halo tolerantinės. Šios halofilinės bakterijos ir

dalyvauja aromato formavime (anksčiau minėta aseptinė gamyba be aromato).

Žuvies paštetai.

Jie yra daug labiau paplitę nei padažai. Fermentacijos procesas žymiai trumpesnis nei gaminant padažus,

be to šiam produktui gaminti gali būti naudojamos didesnės žuvys ar žuvys turinčios per mažą fermentų

kiekį kad pagaminti padažą. Labai nedaug žinoma apie mikroorganizmų įtaką paštetų gamybai. Kol kas

negalima tiksliai pasakyti, ar jie padeda audinių suardymui ir aromato susiformavimui.

Sūdyta žuvis.

Didelė dalis sūdytų žuvies produktų gaminama tokių būdu, kad sudaryti sąlygas mikroorganizmų ir

fermentų poveikiui. Tokių produktų proteolizės laipsnis žymiai mažesnis nei prieš tai minėtų. Japonijoje

gaminamas sūdytas karšis, kuris sūdomas su 20-30 proc druskos. Žuvis sumaišoma su fermentuojančiais

grūdais (pvz ryžiais) ir terpėje pradeda augti pienarūgštės bakterijos. Dėl to per mėnesį ar du sumažėja

pH. Tada nuo žuvies atskiriama druska ir nupilamas skystis. Pridedama virtų ryžių ir KOJI ir prasideda

antrinė fermentacija. KOJI esančios mielės tampa labai aktyvios ir jos suformuoja produkto aromatą.

27

Kai kuriose šalyse fermentacija naudojama gaminant ančiuvius. Žuvis pašalinus galvas talpinama į

kubilus su druska. Turinys prislegiamas kad išsiskirtų sūrymas ir žuvis brandinama 6-7 mėnesius 16 C

temp.

DARŽOVĖS

Pagrindiniai rauginti daržovių produktai yra rauginti agurkai, kopūstai ir alyvuogės. Be to parduodamos

raugintos morkos, kalafijorai, salierai, svogūnai bei aldieji ir čili pipirai. Rytų šalyse daug produktų

gaminama iš fermentuotų sojų. Tai, sojų padažas, miso, tempeh ir natto. Daržovės fermentuojamos ne tik

naudojant bakterijas, bet dažnai ir grybus. Dažniausiai Aspergillus.

Produktai

Rauginti kopūstai.

Tai didžiausiais kiekiais gaminamos daržovės fermentuojant pienarūgštėmis bakterijomis Europoje ir

JAV. Gamybos procesas susideda iš tokių stadijų:

1. Kopūstams leidžiama apvysti kambario temperatūroje dieną ar dvi.

2. kopūstai nuplaunami ir pašalinamos pažeistos vieos,

3. Kopūstai smulkiai supjaustomi, pridedama druskos (galutinė konc, 2,25-2,5 proc) ir ji tolygiai

paskirstoma visame tūryje, kad išvengti jos sankaupų tam tikrose produkto vietose. Druska

ištraukia iš kopūstų skystį kuriame yra ankgliavandenių (2,9-6,4 proc nuo kopūstų masės). Cukrų,

esančių skystyje kiekis apsprendžia kiek pienarūgščių bakterijų prisigamins proceso metu.

4. susmulkinti ir pasūdyti kopūstai paliekami tam tikram laikui pastovėti, kad šiek tiek suminkštėtų,

kad sugrūdant juos fermentacijos kubiluose jie dar labiau nesusismulkintų.

5. Fermentacijos kubiluose sugrūsti kopūstai prislegiami tokiu svoriu, kad išsiskirtū pakankamai

skysčio, kad uždengtų visą paviršių.

6. sukuriamos anaerobinės sąlygos (sandariai uždengiant), kad užkisti kelią mielių ir pelėsių

dauginimuisi.

7. fermentacija vykdoma 18,3 C ar žemesnėje temperatūroje, kadangi tokioje temp. Geriausiai

vystosi heterofermentinės pienarūgštės bakterijos, kurios suformuoja būdingą raugintų kopūstų

skonį.

Fermentacijos pradžioje susmulkintuose kopūstuose dar bus likę kažkiek deguonies. Augalo ląstelės,

aerobinės bakterijos, mielės, pelėsiai sunaudoja likusį deguonį ir jam pasibaigus žūva. Tada pradeda

didėti fakultatyvinių anaerobų kiekis. Pirmiausiai koliforminės bakterijos (Enterobacter cloacae) ir

Flavobacterium gamina dujas ir lakias RR. bei pradeda gaminti aromato junginius. Didėjant rūgštingumui

šiuos mikroorganizmus pakeičia Leuconostoc mesenteroides, kurie tampa dominuojančiais

mikrooganizmais. Šie heterofermentiniai mikroorganizmai gamina pieno ir acto rūgštis, etanolį, ir

manitolio esterius (kurie suteikia kartoką prieskonį) ir anglies dioksidą. Lc mesenteroides taip pat gamina

diacetilą, kuris suteikia raugintiems kopūstams būdingą aromatą. Rūgštingumui toliau didėjant ir pasiekus

28

0,7-1 proc, Lc mesenteroides žūva ir juos pakeičia Lactobacillus plantarum, homofermentiniai

mikroorganizmai, kurių galutinis produktas yra pieno rūgštis. Lb. Plantarum taip pat suskaldo manitolio

esterius, kurių anksčiau prigamino Lc mesenteroides. Esant tinkamoms sąlygoms Lb plantarum gamina

pieno rūgštį, kol rūgštie koncentracija pasiekia 1,5-2 proc. Po to per 1-2 mėnesius rūgimo procesas

baigiasi ir galutinis pieno rūgšties kiekis pasiekiamas 1,7-2,3 proc.Produktas turi būti laikomas šaltai arba

pasterizuojamas, kad nepradėtų augti pašalinė mikroflora ir produktas nesugestų.

Pastaruoju metu atlikti tyrimai apie antimikrobinių baltymų įtaką tradicinių fermentuotų produktų

ekologijai parodė, kad nizinas, kurį gamina kai kurios Lactococcus lactis padermės tikriausiai

kontroliuoja Lb plantarum augimą. Leuconostoc mesenteroides atsparūs nizini, todėl pirmoje rūgimo

stadijoje jie turi pranašumą. Gedimą gali sukelti neteisingai parinkta temperatūra, druskos kiekis ar

nepakankamai užtikrintos anaerobinės sąlygos. Per aukšta temperatūra gali slopinti Leuconostoc

mesenteroides ir skatinti Pediococus cerevisiae augimą, kurie gali būti nepageidaujamų junginių

susidarymo priežatimi. Per žema temperatūra įgalintų augti ir tapti dominuojančiomis Enterobacter ir

Flavobacterium padermes. Per ilga fermentacija eliminuotų Lb. plantarum ir tokiu būdu dominuojančiais

mikroorganizmais taptų Lb. brevis, kurie dar padidintų kopūstų rūgštingumą ir suformuotų

nepageidaujamus skonio ir aromato junginius. Esant per mažai druskos koncentracijai rauginamas

daržoves gali sugadinti bet kokie terpėje esantys anaerobai. Per didelės druskos koncentracijos sudarytų

sąlygas augti P. Cerevisiae, kadangi jis toleruoja dideles druskos koncentracijas, o kai kurie

nepageidautini mikroorganizmai gali suardyti ląstelių struktūrą (produktas suminkštėja). Tamsiai rudi ar

juodi kopūstai gali pasidaryti oksiduojantis įvairiems junginiams iki chromogeninių junginių. Oksidaciją

gali sukelti nepageidaujamų mikroorganizmų fermentai. Rausvos spalvos mielės, augančios didelėse

druskos koncentracijose ir esant terpėje deguonies gali suteikti raugintiems kopūstams nepageidaujamą

rožinę spalvą. Gleivėti kopūstai gali pasidaryti dėl kai kurių Lb. plantarum rūšių veiklos. Toks produktas

gali būti nuplaunamas ir tinkamas vartojimui, tačiau komerciniam realizavimui nepriimtinas. Geros

kokybės galutinis produktas turi būti šviesios spalvos, traškus, jo sudėtyje turėtų būti 1,72-2,3 proc. pieno

rūgšties, pH – nuo 3,4 iki 3,6, bei turėti malonų skonį ir aromatą, kurį suteikia diacetilas.

Rauginti agurkai.

Yra gaminamos dvi raugintų agurkų rūšys. Sūdyti rauginti agurkai gali būti rūštūs, ar saldžiarūgščiai

(būna ir kt. rūšių). Marinuoti su krapais agurkai gaminami skirtingai nuo raugintų sūdytų.

Sūdyti rauginti agurkai. Nesubrendę nepažeisti agurkai nuplaunami ir talpinami į statines, kuriose bus

rauginami. Plovimo vandenyje pageidautina kad būtų chloro junginių, kurie sunaikina mikroorganizmus.

Agurkai tokiame vandenyje neturi būti laikomi ilgą laiką, kadangi įsigėrę chloro junginiai vėliau

apsunkintų rūgimo procesą. Sūdytus agurkus galima pagaminti vienu iš dviejų būdų.

1. Naudojant mažą druskos kiekį. Paruošiamas 8proc. (30 salimetro vienetų) sūrymas. Į tokį sūrymą

dedami agurkai su druska (9 kg druskos 100 kg agurkų). Paskui druskos koncentracija kiekvieną

savaitę padidinama 2-iem salimetro vientais, kol pasiekia 50 vnt. Tada koncentracija didinama po

29

1 vnt per savaitę kol pasiekia 60 vnt. Druskos koncentracija labai svarbi, nes esant mazesnei nei 6

proc. koncentracijai galėtų augti sporas sudarančios bakterijos.

2. Naudojant didelį druskos kiekį. Metodas panašus į prieš tai aprašytą, išskyrus, kad pradiniame

sūryme druskos kiekis 10,5 proc. (40 salimetro vienetų) Druska dedama tokiais kiekiais, kad

padidinti jos kiekį 3 salimetro vienetais kas savaitę iki 50 vnt. (13,2 proc.). Abiem metodais

agurkai laikomi prislėgti, žemiau sūrymo lygio viso rauginimo metu. Atviros talpos uždengiamos

plastiiniais dangčiais. Rauginimas baigiamas per 6-9 savaites. Kad parūgštinti sūrymą galima

pridėti 0,03 proc kalio sorbato.

Su krapais marinuoti agurkai. Gali būti dviejų tipų. Greitos gamybos (per parą) ir tikrieji (autentiški).

Abiem gamybos atvejais į rauginimo kubilą dedama krapų, druskos koncentracija mažesnė nei sūdytų

agurkų ir abiem atvejais dedama acto rūgšties. Greitos gamybos rauginti agurkai ruošiami sumaišant 180 l

20 salimetro vnt (5,3 proc) druskos koncentracijos sūrymą 5 kg apdorotų krapų, 0,5 kg prieskonių

mišinio, 4 l grūdinės kilmės acto rūgšties ir agurkus. Rauginimas vykdomas 3,3 C temperatūroje, kol

pieno rūgšties kiekis pasiekia 0,3-0,6 proc. Būtina palaikyti žemą temperatūrą, kadangi naudojamas

mažas terpės rūgštingumas ir druskos kiekis. Autentiški rauginti agurkai gaminami į 32 salimetro vienetų

(7,5-8,5 proc. druskos) sūrymą dedant tokį patį kiekį prieskonių, bet tik 1 l acto rūgšties (sūrymo kiekis

180 l. Rūgimas vykdomas 16 C temperatūroje (gali būti netgi iki 29 C). Procesas sustabdomas, kai pieno

rūgšties koncentracija pasiekia 1-1,5 proc. Kambario temperatūroje procesas vyksta 5-6 savaites.

Rūgimo procese dalyvaujantys mikroorganizmai. Pradžioje sparčiai dauginasi Pseudomonas spp.

Flavobacterium spp. Alcaligenes spp. Ir Bacillus spp. Bakerijos, jos laikomos gedimą sukeliančiais

mikroorganizamais. Jei druskos koncentracija per maža, pirmas keletą dienų taip pat auga ir gamina rūgštį

koliforminės bakterijos, Leuconostoc mesenteroides, Streptococcus faecalis, ir Pediococcus cerevisiae.

Skirtingai nei rauginant kopūstus, Leuconostoc spp. Niekada netampa dominuojančia pradinėse

rauginimo stadijose. Jei druskos koncentracija ne per didelė, pradeda augti Lactobacillus brevis, kurios

didina rūgšties koncentraciją sūryme. Sūryme su mažu druskos kiekiu pradinėse rauginimo stadijose

dominuos mažus rūgšties kiekius toleruojančios Leuconostoc bakterijos, o vėliau - didelius rūgšties

kiekius toleruojančios Lactobacillus ir Pediococcus bakterijos. Rūgimo pabaigoje dominuojančiomis

tampa Pediococcus cerevisiae, Lb brevis ir Lb plantarum. Kai druskos kiekis viršija 8 proc. Pediococcus

cerevisiae tampa neaktyvios ir lactobacillus kultūros užbaigia rūgimo procesą. Galutiniame produkte turi

būti 0,9 proc pieno rūgšties, o pH turi būti 3,3. Autentiškų su krapais raugintų agurkų pradinę mikroflorą

sudaro dirvožemio bakterijos, kurias po to nuslopina rūgštis, kurią pagamina Leuconostoc mesenteroides,

Streptococcus faecalis ir Pediococcus cerevisiae. Vėliau šiuos mikroorganizmus pakeičia Lb. plantarum,

kurios pagrinde gamina pieno rūgštį. Galutinę 1-1,5 proc rūgšties koncentracij padeda Lb brevis.

Pagrindinė problema rauginant agurkus yra mielės. Šie organizmai gali pradėti gaminti dujas agurkų

viduje ir sukelti nepageidaujamą išsipūtimą. Pagrindinės mielių padermės, galinčios sukelti šiuos

30

nepageidaujamus reiškinius yra Brettanomyces, Hansenula, Saccharomyces ir Torulopsis. Kitas gedimo

tipas gali būti raugintų agurkų pajuodavimas. Bacillus nigrificans, kurie randami ant agurkų, esant

vandenyje didelėms Fe ir Cu koncentracijoms gali gaminti vandenilio sulfidą. Kad prailginti laikymo

laiką (užkonservuoti) rauginti agurkai gali būti atšaldomi arba pasterizuojami (vidinė temperatūra 74 C 15

min).

Alyvuogės.

Fermentuojamos panašiai kaip ir kitos daržovės. Alyvuogės skinamos kai pilnai susiformuoja, bet dar

būna žalios. Sunokę fermentuotos alyvuogės taip pat gaminamos, tačiau jos nėra labai populiarios ir jų

gamyba skiriasi. Yra trys pagrindiniai žalių fermentuotų alyvuogių tipai. Ispaniški tipai sūdomi po

apdorojimo šarmais. Žalios alyvuogės pamerkiamos į 1,25-2 proc šarmo tirpalą 15,6-21,1 C

temperatūroje ir laikomos, kol tirpalas prasiskverbia tris ketvirčius atstumo iki kauliuko. Tada iš

alyvuogių išplaunamas šarmas jas mirkant vndenyje (vanduo pakeičiamas keletą kartų). Toks poveikis

pašalina dalį alyvuogių kartumo, kurį sukelia glikozidas oleuropeinas. Graikiško tipo alyvuogės taip pat

veikiamos šarmu, po to jos aeruojamos, kad suteikti tamsią ar net blizgančiai juodą spalvą. Tada

alyvuogės dedamos į sūrymą, kuriame pradžioje yra 7-10 proc druskos. Druskos kiekis laipsniškai

didinamas iki 15 proc. Siciliano tipo alyvuogės neapdorojamos šarmu, o tiesiog rauginamos sūryme su

galutine druskos koncentracija 7-8 proc. Fermentacija vyksta gana greitai, kadangi nenaudojant šarmų

nepašalinami cukrūs. Procesas sustabdomas, kai rūgštingumas pasiekia 0,4-0,6 proc.

Mikroorganizmai, kurie dalyvauja rauginimo procese skiriasi nuo tų, kurie raugina kopūstus ar agurkus.

Dėl pakankamai didelės druskos koncentracijos leuconostoc mesenteroides, kurios gana jautrios druskai,

netampa dominuojančiomis bakterijomis nei vienoje fermentacijos stadijoje. Didžiausią įtaką

fermentuojant alyvuoges sudaro Lb plantarum, kurios yra gana atsparios didelėms druskos

koncentracijoms. Mielės taip pat gana atsparios druskai ir jei sūryme druskos koncentracija pasiekia 40

salimetro vienetų jos tampa dominuojančiais mikroorganizmais gaminančiais acto rūgštį. Jei fermentacija

laiku neužbaigiama, gali prasidėti gedimas. Alyvuogės jautresnės gedimams nei kopūstai ar agurkai. Kad

sumažinti nepageidaujamų mikroorganizmų vystymosi, o tuo pačiu ir gedimo galimybę, buvo pasiūlyta

naudoti Lb plantarum starterines kultūras. Kad nesivystytų mielės ir pelėsiai (kurie gamina pašalinį kvapą

suteikiančius junginius, ar nepageidautiną dujų susidarymą) rauginimo metu būtina sudaryti anaerobines

sąlygas. Pagrindiniai mikroorganizmai, sukeliantys rauginamų alyvuogių gedimus yra Saccharomyces,

Hansenula, Bacillus, Aeromonas ir Clostridium padermės.

Kiti bakterijomis rauginti daržvių produktai.

Rinkoje galima rasti raugintų kalafijorų, salierų, morkų, svogūnų, maišytų su raugintais agurkais. Kai

kuriose šalyse fermentuojami burokai, garstyčių lapai. Šios daržovės gali būti fermentuojamos sūryme

arba sausai (kaip kopūstai). Dažniausiai lapinės daržovės rauginamos sausai, kad išlaikyti jų traškumą.

Smulkinti burokai, kalafijorai, pomidorai rauginimo metu tampa gleivėti, kadangi juose yra santykinai

didelis sacharozės kiekis, kuris rūgimo metu sudaro dekstranus. O pvz. Salierai, kuriuose cukraus kiekis

31

žymiai mažesnis, tokio efekto neturi. Šių daržovių rauginimo procesas abai panašus į kopūstų. T.y.

rauginimo pradžioje didžiausią įtaką daro Leuconostoc mesenteroides, o vėliau rauginimo proese

dalyvauja pienarūgštės bakterijos, pagrinde Lb. plantarum. Rauginimo metu daržovėse sumažinamas kai

kurių nemaistinių ar toksinių medžiagų kiekis: tokių kaip fitatai, tripsino inhibitoriai, cianogeniniai

glikozidai, nitratai ir nitritai, kurių yra šviežiose daržovėse.

Daugyumoje Europos šalių perkyboje yra fermentuotų daržovių sulčių., Tokios sultys gaminamos

pridedant į jas 2-3% pienarūgščių bakterijų starterinių kultūrų.

Fermentuoti sojų produktai.

Sojų padažas. Tai tamsiai rudas skystis, turintis sūrų skonį ir aštrų kvapą. Gaminamas fermentuojant sojas

ir kviečius su druska. Rytų (ir ne tik) šalyse šis padažas naudojamas kaip prieskonis gaminant maistą ar

tiesiog dedamas ant stalo kaip pagardas. Gaminant sojų padažą sojų ir kviečių baltymai ir angliavandeniai

fermentacijos metu hidrolizuojami iki peptidų, amino rūgščių, cukrų, alkoholių, rūgščių ir kitų mažos

molekulinės masės junginių. Hidrolizę katalizuoja pelėsių, mielių ir bakterijų fermentai. Be įprastos

fermentacijos sojų padažą galima gaminti dar dviem būdais, tai cheminiu metodu, kai hidrolizė vykdoma

rūgštimis, ir kombinuojant cheminį ir fermentinį metodus.

Pradinėje mentalo fermentavimo stadijoje baltymus ir angliavandenius hidrolizuoja Aspergillus oryzae

arba A. Soyae. Osmofilinės bakterijos palaipsniui mažina pH nuo 6,7 iki 5,0. dominuojanti mentalo

kultūra yra Pediococcus soyae. Fermentuojant žemoje temperatūroje Saccharomyces rouxii

(dominuojančios mielės) alkoholinės fermentacijos stadijoje pagamina apie 2,5 proc alkoholio. Gerame

sojų padaže druskos koncentracija apie 18 proc. pH turi būti nuo 4,7 iki 4,8; esant mažesniam pH

produktas laikomas per rūgštus, tai aiškinama tuo, kad rūštis gamina nepageidautinos bakterijos. Gerą

kokybę parodo didesnis nei 50 proc amino rūgščių azoto kiekis lyginant su bendru azoto kiekiu.

Miso. Tai tirštas, sūrus prieskonis, Japonijoje naudojamas paskaninti sriubas ar kitus maisto produktus.

Jis gaminamas fermentuojant sojų pupeles ir druską, kartais dar pridedant grūdinių kultūrų (dažniausiai

ryžių). Miso gamyba skiriasi priklausomai nuo rūšies, bet pagrindiniai procesai yra tokie: sojų pupelių

plovimas ir virimas; ryžių KOJI paruošimas; sojos pupelių, KOJI, druskos ir starterinių kultūrų

sumaišymas; fermentavimas anaerobinėmis sąlygomis; sumaišymas ir pakavimas. Miso gamyba tai iš

esmės dvi viena paskui kitą sekančios fermentacijos. Pirmiausiai aerobinėmis sąlygomis paruošiamas

KOJI naudojant Aspergillus oryzae ir A. soyae. Tada vykdoma anaerobinė fermentacija mielmis ir

bakterijomis. Antros fermentacijos metu fermentai konvertuoja ryžių krakmolą į dekstrinus, maltozę, ir

gliukozę (fermentuojamus cukrus). Sojų baltymai suskaldomi iki peptidų ir amino rūgščių. Didžiausiais

kiekiais pasigamina glutamo rūgšties, kuri suteikia miso nuostabų skonį. Sojų riebalai dalinai pakinta iki

riebiųjų rūgščių.

Natto. Vykstant natūraliai sojos pupelių fermetacijai dažniausiai dominuoja pelėsiai. Tačiau galima jas

fermentuoti ir bakterijomis. Taip gaunamas naujas produktas Natto. Bacillus nato (taip pat

identifikuojamos kaip Bacillus subtilis) manoma kad yra atsakingos už charakteringą produkto skonį ir

32

pelėsių kvapą. Natto padengtas klampiu, kvapniu ir gličiu glutamato polimeru. Per 24 valandų

fermentacijos laikotarpį sojų riebalai ir ląsteliena visiškai nepakinta, tačiau angliavandeniai beveik

visiškai išnyksta.

Tempeh. Gaminamas fermentuojant sojų pupeles Rhizopus pelėsiais. Šį produktą pavirus aliejkuje jis

įgauna malonų skonį ir aromatą. Sufu, tai į sūrį panašus prduktas gaunamas fermetuojant soją

mikroorganizmais.

Patobulinimai.

Biotechnologija ir genų inžinerija yra labai svarbios kad pagerinti daržovių kokybę po derliaus nuėmimo

ir padidinti jų maistinę vertę. Panaudiojant genų inžineriją buvo modifikuotos Lactobacillus plantarum ir

pediococcus pentosaceus, kurios naudojamos fermentuojant daržoves. Daržoves galima dauginti

naudojant ląstelių kultūras. Pavyzdžiui iš morkų ląstelių gana lengvai galima išauginti (sintetines sėklas).

Actas ir kitos rūgštys.

Acto ir kitos rūgštys naudojamos skystų maisto produktų gamyboje kaip kvapniosios medžiagos ir kaip

chemijos pramonės žaliavos. Organinės rūgštys gali būti gaminamos chemiškai, fermentacijos būdu arba

ekstrahuojamos iš natūralių produktų. Fermentuojant tiesiogiai galima pagaminti citrinų ir pieno rūgštis.

Tačiau panaudojant fermentaciją ir cheminius metodus galima pagaminti ir kitas rūgštis, pvz. acto.

Kitos rūgštys, naudojamos maisto pramonėje yra itakono (gaminama Aspergillus tereus) ir gliukono

(gaminama Aspergillus niger), kuri naudojama laktono pavidalu. Glukolaktonas naudojamas kaip lėtai

veikianti rūgštinanti medžiaga kepimo milteliuose, mėsos pramonėje ir t.t. Bet gliukono rūgštis gali būti

pagaminama lengviau, elektrocheminiu ar fermentiniu būdu pakeičiant gliukozę. Vyno rūgštis gaminama

nusodinant ją vyno gamybos metu arba fermentacijos būdu (naudojant imobilizuotas Alcaligenes

levotartaricus ląsteles) oksiduojant maleino rūgštį. Vyno rūgštis naudojama maisto pramonėje gaminant

kepimo miltelius, saldiklius, ledus, gaiviuosius gėrimus, įvairius vaisių produktus ir kepinius.

Citrinų rūgštis – vienintelė, naudojama maisto pramonėje, kuri gaminama tik fermentacijos būdu. Visos

kitos rūgštys gali būti taip pat ir sintetinamos.

Acto rūgštis.

Tai pagrindinė rūgštis, kuri įeina į maistinio acto sudėtį. Tradiciškai actas būdavo gaminamas lėtu

paviršinės fermentacijos būdu iš vyno ar alus mentalo. Šis būdas išrastas Prancūzijoje. Vokietijoje buvo

išrastas greitas metodas panaudojant tekantį skystį.

Gaminant acto rūgštį Frings reaktoriuje naudojamas bukmedžio drožlės ant kurių laikosi Acetobacter ar

Gluconobacter bakterijų kolonijos. Komerciniai acto r. gamybai taip pat naudojamos Acetobacter aceti,

A. pasteurianus ir A. peroxidans. Rečiau naudojamos Gluconobacter oxydans ir jos porūšiai. Etanolio

turinti žaliava (pavyzdžiui vynas, sidras, fementuotas salyklas) į kurią nereikia pridėti jokių papildomų

maistinių medžiagų, srovele iš viršaus pilama į reaktorių ir bakterijos oksiduoja etanolį iki acto rūgšties.

Jei naudojamas grūdinis ar bulvių spiritas, arba techninis alkoholis, papildomai turi būti pridedama maisto

medžiagų: grūdinės kilmės hidrolizatų, amonio fosfato, magnio sulfato, kalcio citrato, ir kalcio

33

pantotenato, kad būtų užtikrintas optimalus Acetobacter bakterijų augimas. Žaliavos tiekiamos į reaktorių

tokiu pačiu greičiu, kokiu pašalinamas produktas. Tirpalo buvimo reaktoriuje laikas priklauso nuo to,

kokiu greičiu etanolis paverčiamas acto rūgštimi. Masių mainai užtikrinami per reaktorių tiesiogiai

leidžiant orą. Tokia technologija labai panaši į imobilizuotų ląstelių panaudojimą, nes baketrijos

reaktoriuje yra natūraliai prisitvirtinę prie tam tikro nešėjo paviršiaus. Šio metodo privalumai: mažos

sąnaudos, didelės išeigos, reaktorius užima mažai vietos, maži nuostoliai dėl nugaravimo. Pastatuoju

metu išvestos dideles išeigas gaminančios padermės gali pagaminti iki 13-14 proc acto rūgšties.

Panaudojant rekombinantines DNR technologijas į Acetobacter aceti buvo įvestas aldehid dehidrogenazės

genas. Tokios bakterijos ne tik pagamina didesnius kiekius acto rūgšties, bet ir atsparios didesniems acto

rūgšties kiekiams terpėje. Lentelėje pateiktos A. aceti charakteristikos.

Savybė A. aceti (pMV24) A. aceti (pAL25Acto rūgšties kiekis (g/l/h)

esant 20 g/l acetato

1,8 4,0

Specifinis augimo greitis

esant 30 g/l acetato

0,072 0,142

Maksimali acto rūgšties

koncentracija, g/l

68,4 96,6

Citrinų rūgštis. Turi malonų rūgštų skonį, lengvai tirpsta vandenyje ir plačiai pritaikoma maisto

pramonėje, farmacijoje ir kosmetikoje. Citrinų rūgštis natūraliai randama daugelyje gyvųjų audinių ir yra

dominuojanti rūgštis citrusiniuose vaisiuose, bei daugelyje daržovių. Ši rūgštis buvo atrasta išekstrahavus

ją iš citrusinių vaisių. Nuo 1893 m buvo žinoma, kad citrinų rūgštį gamina Penicilium glaucum, o

fermentacija, panaudojant paviršines kultūras sėkmingai pritaikyta 1923 m. Fermentacija naudojant

giluminius fermentatorius pradėta naudoti 1930 m. Nors yra žinoma daug padermių, kurios išskiria

nedidelius citrinų rūgšties (kaip šalutinio karboksi rūgščių ciklo produkto) kiekius, komerciškai citrinų

rūgštis gaminama tik naudojant aspergillus niger mutantus, augančius ant angliavandenių (sacarozės ar

melasos terpių) arba Candida lipolytica, augančias ant parafino terpių. Šių mutantų privalumas tas, kad jie

negamina tokių pašalinių produktų kaip oksalo r. Esant terpėje metalo jonų smarkiai sumažina išeigą,

todėl juos reikia pašalinti iš žaliavų nusidinant heksacianoferatu ar jonitinėmis dervomis. Kai kurios

mielės taip pat gamina didelius citrinų rūgšties kiekius, augdamos ant įvairių anglies terpių (gliukozės,

melasos, acetatų, alkoholių) bet jos gamina citrinų ir izocitrinų rūgščių mišinį. Todėl dauguma

komerciškai gaminamos citrinų rūgšties gaunama fermentuojant angliavandenius aspergillus niger

pelėsiais.

Gamyboje naudojami du procesai, 1. paviršinė fermentacija. Naudojant kietą substratą (pvz kviečių

sėlenas) ir skystas maisto medžiagas (sacharozę, NH4NO3, CaH2PO4, MgSO4 ⋅7H2O, ZnSO4); ir 2.

Giluminė fermentacija, naudojant fermentatorius su maišykle ar oro padavimu. Giluminė fermentacija

34

techniškai sudėtingesnė nei paviršinė, tačiau taip sutaupoma vietos ir ji gali būti vykdoma

nepertraukiamai. Pasibaigus fermentacijai micelių masė atskiriama nuo terpės filtruojant ir praplaunama.

Tada, esant pH mažesniam nei 3,0, oksalatas nusėda Ca oksalato pavidalu, citratas nusėda iš terpės kaip

trikalcio citrato tetrahidratas, jis nufiltruojamas ir toliau gryninamas aktyvuota anglimi ir jonitinėmis

dervomis.

Pieno rūgštis. Tai pirmoji organinė rūgštis, pagaminta naudojant mikrobinę fermentaciją. Šiuo metu

daugiau nei 50 proc pagaminamos pieno rūgšties naudojama maisto pramonėje kaip parūgštinanti

medžiaga, o 20 proc sunaudojama steraoil-2-laktato gamybai ir farmacijos pramonėje.

Gaminant pieno rūštį geriausiai tinka homofermentinės pienarūgštės bakterijos, kadangi jos gamina vien

tik pieno rūgštį ir negamina šalutinių produktų. Todėl efektyviau sunaudojamas substratas. Iš terpės pieno

rūštis atskiriama kaip Ca laktatas, todėl po to veikiama sieros r. Kad paversti laktatą pieno rūgštimi.

Obuolių rūgštis. Tai natūrali rūgštinanti medžiaga, randama daugelyje vaisių ir daržovių. Tradicinis

obuolių r. gamybos metodas buvo jos ekstrakcija iš obuolių sulčių. (0,4-0,7 proc). Obuolių rūgštis kartais

naudojama vaisių produktuos ir gaiviuosiuose gėrimuose vietoj citrinų r. Pastaruoju metu obuolių rūgščiai

gaminti be tradicinuio naudojami dar du metodai: 1. cheminė sintezė, hidratuojant maleino rūgštį,arba

fumaro r. aukštoje temperatūroje ir aukštame slėgyje. ir 2. fermentacija kurios metu fumaro rūgštis

transformuojama į l-obuolių rūgštį. Šis būdas brangesnis nei cheminis, todėl 85 proc pasaulinės obuolių r.

Gamybos vykdoma cheminiu būdu. Obuolių rūgštį gamina aspergillus padermės (A flavus, A parasitikus,

a oryzae, A niger, A wentii. Daugiausiai naudojama A flavus. Šie pelėsiai fermentacijos metu gamina

neįprastus kalcio malato kristalus, bei nedidelius kiekius kalcio sukcinato ir kalcio fumarato. A. flavus

nėra maistinis mikroorganizmas, todėl svarbu ištirti obuolių rūgšties gamybos procesą naudojant su

maistu suderinamus pelėsius, tokius kaip A niger. Be to A. niger genetinė sistema geriau išvystyta, todėl

šie pelėsiai gali sukaupti didesnius rūgšties kiekius.

Fumaro rūgštis. Tai dikarboksilinė rūgštis, pigiausia tarp maistui naudojamų organinių rūgščių. Ši

rūgštis labiausiai tinkama asusiems gėrimų mišiniams, kadangi ji yra mažai higrosko-piška, todėl tokius

mišinius galima išlaikyti gana ilgą laiką. Ši rūgštis taip pat pagreitina sūdytos mėsos ir paukštienos

spalvos fiksaciją, ir ja galima pakeisti vyno rūgštį naudojamą gėrimų ir kepinių gamyboje. Fumaro rūgštis

naudojama ne tik kaip rūgštinanti medžiaga, bet ir kaip emulsiklis, kai kurių saldainių padengimui

(gruntavimui), taip pat l-obuolių rūgšties gamybai (naudojant fumarazę).

Pagrindinis fumaro r. Trūkumas yra jos ribotas tirpumas vandenyje, todėl ji pagrinde naudojama sausuose

produktuose.

Polisacharidai

Polisacharidai gali būti kaip ląstelės energijos rezervas, ar struktūrinė ląstelių sienelių ir tarpląstelinių

membranų medžiaga. Daugybė tokių biopolimerų, išskirtų iš augalinės žaliavos pritaikomi pramonėje.

Polisacharidų gebėjimas tirpti vandenyje ir pakeisti aplink juos esančios vandens terpės reologines

35

savybes, bei jų mažas toksiškumas sąlygojo tai, kad šie junginiai buvo plačiai pritaikyti maisto

pramonėje, kosmetikoje, medicinoje, atliekų apdorojime ir naftos pramonėje.

Carragenanas, agaras, ir alginatas dažniausiai gaminami iš raudonųjų ar rudųjų dumblių, bet polisacharidų

gamyba iš dumblių ar augalinės žaliavos turi ir trūkumų: 1) polisacharidų cheminė sudėtis kinta

priklausomai nuo augalo metabolizmo, kuris kinta priklausomai nuo aplinkos sąlygų (sezono pokyčių,

senėjimo ciklų, derliaus nuėmimo laiko); 2) produkto modifikavimas perdirbimo metu (apdorojimas

šarmais, balinimas) sukelia nepageidaujamus galutinio produkto struktūros pokyčius, nemalonų kvapą,

nepageidaujamą spalvą; 3) tokių produktų gamyba labai priklauso nuo kintančios augalinės žaliavos

pasiūlos (kinta dėl klimato, ligų, užterštumo).

Gaminant polisacharidus iš mikrobinės žaliavos galima užtikrinti pastovią ir kontroliuojamą polimerų

sintezę iš pastoviai tiekiamų žaliavų. Gaunami produktai gali turėti unikalias fizikines ir chemines

savybes, bei mažą deguonies poreikį. Kadangi tokia gamyba būtų pigesnė, tai turėtų užtikrinti didelę tokių

produktų pasiūlą. Genetinis modifikavimas suteikia galimybę keisti gaminamų polisacharidų struktūrą ir

taip kurti iš esmės naujus produktus.

Mikrobiniai polisacharidai.

Šiuo metu komerciškai gaminama keletas polisacharidų, naudojant daugybę bakterijų padermių, o taip pat

dumblius ir grybus. Mikrobinės kilmės polisacharidai gali būti pagrinde trijų tipų: ląstelės vidaus, kurie

tarnauja kaip ląstelės energijos atsargos; struktūriniai, kurie yra ląstelių sienelių komponentai (pvz

lipopolisacharidai) ir ląstelės išorės (arba egzo) polisacharidai.

Patobulinti polisacharidų gamybą panaudojant mikroorganizmus galima patobulinant šiuos veiksnius: 1)

padidinant polisacharidų gamybos greitį ir mąstą; 2) modifikuojant gaminamus polisacharidus; 3)

pagerinant mikroorganizmų ląstelių paviršiaus savybes, kad palengvinti polisacharidų atskyrimą ir

perdirbimą; 4) pašalinant fermentų, galinčių nepageidaujamai pakeisti gaminamus polisacharidus

aktyvumą; 5) perkeliant polisacharidų gamybą apsprendžiančius veiksnius į mikroorganizmus, kuriuos

patogiau naudoti gamyboje.

Fermentacijos procesas.

Kaip ir bet kuriam kitam mikrobiniam procesui, egzopolisacharidų gamybai reikia: pigaus anglies

šaltinio, fermenorių, kuriuos galima sterilizuoti, sterilaus oro ir auginimo terpės. Terpės sudėtis labai

didele dalimi nulemia fermentacijos procesq. Gaminant ksantaną ar alginatą, mikroorganizmams

reikalingas apribotas anglies tiekimas, jei norima gauti didžiausią išeigą. O pavyzdžiui Pseudomonas

padermėms nereikalingas joks anglies ribojimas.

Egzopolisacharidų sudėtį galima keisti keičiant augimo terpę. Procesą taip pat įtakoja temperatūra irkiti

proceso parametrai (pH, CO2). Pavyzdžiui gaminant ksantaną, jei pH nukrenta žemiau 5,5 fermentacija

sustoja. Kad užtikrinti optimalias išeigas fermantacijos metu pH turi būti palaikomas ne per daug

nukrypstant nuo optimalios reikšmės 7,0. Specifiniai polisacharidų sinteės greičiai labai priklauso nuo to,

ar procesas tolydinis, ar pertaukiamas. Pavyzdžiui naudojant netolydinę fermentaciją mikroorganizmai

36

greitai pristinga deguonies, dėl didėjančio terpės klampumo. Kadangi polimerai išskiriami į terpę, tai

apsunkina maišymo ar aeravimo galimybę. Be to fermentacijos metu labai pakinta terpės reologinės

savybės (nuo mažo klampumo Niutoninio skysčio iki labai didelio klampumo Neniutoninio skysčio).

Taigi į tai turi būti atsižvelgiama projektuojant maišykles, šilumokaičius ir kt. įrengimus.

Egzopolisacharidų produktų atskyrimas nuo terpės susideda iš tokių operacijų: separavimas,

koncentravimas, išskyrimas ir gryninimas (nepageidaujamų komponentų, pvz fermentų inaktyvavimas).

Galiausiai polisacharidas i6tiriamas pagal visus reikalavimus ir po to gali b8ti naudojamas maistui.

Bakteriniai polisacharidai.

Tai maža visų šiuo metu komercinių biopolimerų dalis. Yra gaminama keletas mikrobinės kilmės

polisacharidų: alginatas, kurdlanas, dekstranas, ir ksantanas. Tačiau iš visų šių polisacharidų daugiausiai

naudojama ksantano. Jo suvartojimas sudaro apie 4 proc visų polisacharidų, naudojamų maisto

pramonėje.

Ksantanas (ksantano guma). Gaminama nuo 1967 m. Auginant Xanthamonas campestris ant gliukozės,

sacharozės, krakmolo, melasos ar išrūgų. Šis polianijoninis polimeras sudarytas iš D-gliukozės, D-

manozės ir D-gliukurono r. Moliniu santykiu 2:2:1, jis turi dviejų tipų karboksilines grupes (acetato ir

piruvato) ir aluliozės skeletą. Naudojant kaip anglies šalinį komercinę D-gliukozę kultūros pagamina 25

g/l ksantano. Pagrindiniai ksantano privalumai: didelė gamybos išeiga, didelio klampumo tirpalai

naudojant mažas polisacharido koncentracijas, didelis pseudolastiškumas tekant, stabilumas esant

dideliems pH, temperatūros ir druskos koncentracijos pokyčiams. Šis polimeras naudojamas maisto

pramonėje kaip tirštiklis, emulsijų stabilizatorius, nusodinimo agentas.

Alginatas. Alginatai tradiciškai buvo gaminami iš rudųjų dumblių, tokių kaip Laminaria, tačiau šis šaltinis

gana stipriai kinta ir yra niokojamas teršalų. Azotobacter vinelandii ir Pseudomonas aeruginosa, tai du

mikroorganizmai kurie gali gaminti β-D-manurono ir α-D-gulurono rūgščių heteropolisacharidus.

Mikrobinis alginatas skiriasi nuo dumblių gaminamo alginato tuo, kad D-manurono r. Liekanos yra

acetilintos. Komercinis procesas naudoja Azotobacter vinelandii esant anglies pertekliui. Alginato

gamybą galima kontroliuoti keičiant maisto medžiagų sudėtį. Fosfatų koncentracijos terpėje sumažinimas

pagreitina ląstelių išorinių polisacharidų susidarymą. Susidaro didesnės vidutinės molekulinės masės, tuo

pačiu ir didesnio klampumo junginiai. Augalinės kilmės alginatai komerciškai dažniausiai naudojami dėl

jų vandens sulaikymo, gelių sudarymo, stabilizavimo, emulsavimo savybių. Jie naudojami stabilizuoti

jogurtus, kontroliuoti ledo kristalų susidarymą gaminant ledus, konditerijos įdarų pudingų ir desertinių

želė gamyboje.

Dekstranai. Tai α-D-gliukano ar gliukozės pakankamai didelės molekulinės masės homopolisacharidai,

turintys α-1,6 pagrindines jungtis su α-1,3 išsišakojimais. Dekstranai gaminami naudojant Lactobacillus,

Streptococcus ir Aerobacter bakterijas. Polimero sintezė yra ląstelių išorėje vykstantis procesas, kuriame

dalyvauja fermentas dekstransukrazė, kuris katalizuoja reakciją:

37

n sacharozė → n gliukozė → n fruktozė; po to fruktozė fermentuojama bakterijomis.

Kad gauti dideles dekstrano koncentracijas proceso metu pagaminamos rūgštys paprastai

neutralizuojamos šarmais. Didelės molekulinės masės polisacharidas nusodinamas iš tirpiklio, tada

suardomas fermentais (egzo ar endodekstranazėmis), hidrolizuojant praskiestomis rūgštimis, ar veikiant

karščiu, kad pagaminti reikiamos molekulinės masės produktą. Tačiau gali būti daroma ir atvirkščiai –

mažos molekulinės masės polisacharidai gali būti naudojami, polimerizacijai, kad pagaminti norimo

polimerizacijos laipsnio polisacharidus.

Kiti polisacharidai. Visi mikroorganizmai yra potencialūs polisacharidų šaltiniai. Santykinai nedaug

oplisacharidų yra pakankamai ištirta ir naudojama pramonėje. Potencialiai galinčių rasti pritaikymą

maisto pramonėje polisacharidų pavyzdžiai gali būti mielių gliukanas, bakterinė celiuliozė, mikrobinis

chitosanas, ir kiti egzopolisacharidai iš gram neigiamų bakterijų. Mielių gliukanas, tai išekstrahuojamas

ląstelių sienelių struktūrinis komponentas, sudarytas iš gliukozės ir manozės. Šis polisacharidas galėtų

būti dedamas į maistą, kad stimuliuoti riebalų skonio pojūtį burnoje. Acetobacter xylinium gamina

celiuliozę kaip mikroskaidulinę medžiagą. Ji gali būti naudojama kaip maisto produktų želatinizuojanti

medžiaga, kaip mažo kaloringumo produktų sudedamoji dalis, arba džiovinama, kad pagaminti plėvelę.

Pastaruoju metu buvo sukusrtas chitino gamybos būdas naudojant du Saccharomyces cerevisiae mielių

fermentus, chitino sintetazes I ir II.

Fermentai.

Fermentai, kurie yra baltyminės kilmės katalizatoriai, sintetinami gyvuosiuose organizmuose, svarbūs tiek

kaip sintezės, tiek kaip skilimo procesų katalizatoriai. Padedami daugybės femrnentų, mikroorganizmai

gali vykdyti įvairias daugiapakopes reakcijas, reikalingas jų augimo užtikrinimui (metabolizmui).

Dauguma mikroorganizmų gamina papildomas (dažnai labai sudėtingas) medžiagas, kurios nėra labai

svarbios jų gyvybinių procesų palaikymui, tai yra taip vadinami antriniai metabolitai. Tai gali būti

aromato medžiagos ar pan. Dauguma cheminių reakcijų, vykstančių gyvuosiuose organizmuose įvyksa

per milisekundes ar dar greičiau, esant gana siauram sąlygų intervalui. Šie dideli greičiai pasiekiami dėl

to, kad reakcijas katalizuoja fermentai. Fermentai ne tik yra pagrindiniai ląstelių gyvybinės veiklos

veiksniai, bet jie ir naudojami biotechnologijoje, ypatingai maisto pramonėje, gaminant sūrius, alų, vyną,

duoną, saldiklius ir t.t., o taip pat farmacijos pramonėje, sintetinant amino rūgštis ir antibiotikus. Nors

gaminant daugelį produktų fermentų veikla yra reikalinga, norint suteikti tekstūrą ar aromatą, tačiau

adugeliu atveju fermentai gali sukelti ir nepageidaujamas reakcijas maisto produktuose, tokias kaip

apkartimą (lipazės), ar parudavimą (polifenoloksidazės).Kartais fermentai naudojami, kaip indikatoriai,

kad nustatyti pieno ar sūrio pasterizacijos (fosfatazės ir katalazės aktyvumas), ar daržovių blanširavimo

(peroksidazės aktyvumas) pabaigą. Fermentų identifikavimas, jų atliekamų funkcijų nustatymas, sudarė

sąlygas didelio našumo komerciniai fermentų gamybai. Dauguma gaminamų fermentų yra hidrolazės:

38

celiulazės, amilazės, pektinazės ir proteazės. Jie skaldo kompleksinius polimerus iki nesudėtingų

molekulių.

Fermentų gamyba.

Fermentų charakteristikos ir šaltiniai. Komerciniai fermentai, naudojami pramonėje, gali būti išgaunami

iš augalų, gyvūnų, ir mikroorganizmų. Salyklo amilazė, proteazės, papainas, ficinas ir bromelainas yra

augalinės kilmės. Skrandžio proteazės, amilazės, lipazės, pepsinas ir reninas, bei kepenų katalazė –

gyvūninės kilmės. Pastaruoju metu mikroorganizmai tapo pagrindiniu pramoninių fermentų šaltiniu,

tačiau augalinės ir gyvūninės kilmės fermentai taip pat vis dar naudojami. Fermentai labai svarbūs maisto

pramonėje struktūros modifikavimui ir sudedamųjų dalių gamybai. Pagrindinės fermentų pritaikymo

sritys yra kukurūzų sirupo gamyba, gėrimų nuskaidrinimas, fermentavimas, kepimas, mėsos struktūros

švelninimas ir pieno su mažu laktozės kiekiu gamyba. Mikrobinių fermentų panaudojimo pramonėje

privalumai: 1) įvairūs fermentinio aktyvumo tipai; 2) gamybos greitumas ir stabilumas panaudojant

nebrangius, atsikartojančius ir saugius procesus; 3) Išeigų padidinimas, kuris pasiekiamas lengviau, nei

naudojant augalinius ar gyvūninius fermentus.

Mikroorganizmų sugebėjimas gaminti fermentus, atsparius ekstremaliose sąlygose suteikia galimybę

padidinti kai kurių gaminamų produktų išeigas. Fermentų panaudojimas naujų produktų gamybai vietoj

įprastos sintezės turi tam tikrų privalumų. Kadangi fermentai pasižymi specifiškumu, ar net

stereospecifiškumu, todėl gaminant produktą eliminuojami pašaliniai procesai ir sumažėja produkto

gryninimo kaštai. Tačiau kartai specifiškumas gali būti ir nepageidautinas, pavyzdžiui jei norima

pagaminti produktą iš substrato kurį sudaro ne viena medžiaga. Kitas fermentų privalumas prieš

cheminius katalizatorius tas, kad gaunami dideli reakcijų greičiai “švelniomis” sąlygomis.

Parenkant mikroorganizmus fermentų gamybai turi būti atsižvelgta į tokius veiksnius: 1) padermė turi

gaminti dideles fermento išeigas per trumpiausią įmanomą laiką; 2) jei įmanoma reikia gaminti ląstelės

išorės fermentus, nes juos pigiau išskirti ir išgryninti, ląstelės vidau fermentų išskyrimui reikalingi

brangūs ląstelių dezintegracijos procesai; 3) mikroorganizmas turi įtrauktas į GRAS sąrašą, negaminti

jokių tiksinių medžiagų, kad po to lengviau būtų aprobuoti pagamintą produktą; 4) padermė turi augti ant

nebrangios terpės su pigiu substratu, kadangi žaliavos sudaro pagrindinius fermentacijos proceso kaštus.

Dėl visų šių veiksnių dauguma maisto fermentų gaminami naudojant Bacillus ir Aspergillus padermes,

kurios išskiria gaminamus fermentus į aplinką ir auga ant pigių terpių. Fermentai dažniausiai parduodami

pagal aktyvumą, o ne pagal svorį ar tūrį, todėl labai svarbu išlaikyti fermentinio preparato aktyvumą

laikymo metu. Pramoniniai fermentai (išskyrus naudojamus amino r. ir antibiotikų gamybai) retai būna

gryni, tačiau priemaišos neturi įtakoti fermento aktyvumo. Nors fermentai kontaktuoja su maisto

produktais, daugumoje atvejų galutiniame produkte jie yra inaktyvuoti dėl virimo, kepimo, ar

pasterizacijos.

Naujų fermentų kūrimas.

39

Yra įmanoma pakeisti fermento savybes chemiškai modifikuojant molekulę, tačiau dėl ekonominių ir

techninių priežasčių toks metodas pramonėje nenaudojamas. Naujų fermentų paieška tai dažniausiai

mikroorganizmų atranka tradiciniais mikrobiologiniais metodais, naudojant selektyvias terpes. Išskyrus

maisto pramonę, kur gyvos ląstelės naudojamos fermentacijai, tik keli fermentacijos procesai naudoja

nekultūrinius, tiesiai iš gamtos išskirtus mikroorganizmus. Dažniausiai fermentų ir kitų antrinių

metabolitų gamybai naudojami mutantai, specialiai pritaikyti tam tikram fermentacijos procesui.

Mutacijos pakeičia kontrolės funkcijas, kad būtų skatinama produkto sintezė ir ji vyktų didesniu greičiu.

Mikroorganizmus naudojant pirminių metabolitų gamybai retai kada pakanka pakeisti tik vieną geno

vietą. Dažniausiai pakeičiama keletas kontrolės funkcijų ir tik taip pasiekiamas norimo produkto didesnis

gamybos kiekis. Panaudojant padermės modifikavimą galima padidinti norimo produkto išeigą iki 100

kartų. Kitas, efektyvus pramoninis modifikavimo būdas – genų rekombinacija, kai genetinė informacija iš

dviejų genotipų sujungiamą į vieną. Tačiau šį būdą apsunkina tai, kad tik labai ndaugelis pramonėje

naudojamų mikroorganizmų gali daugintis lytiniu būdu. Todėl vienas iš svarbiausių būdų keičiant

mikroorganizmus yra in vitro rekombinantinės DNR panaudojimas.

Fermentacijos procesas.

Fermentų gamybai naudojamos tiek kietos (paviršinė fermentacija) tiek skystos (giluminė fermentacija)

terpės. Paviršinė fermentacija vis dar naudojama amilazių, proteazių, ir lipazių gamybai naudojant

Aspergillus ir Mucor padermes. Kultūros kultivuojamos arba ant padėklų su plonu sluoksniu paskirstyta

terpe, arba horizontaliai besisukančiuose būgnuose. Po fermentacijos micelis išekstrahuojamas vandeniu

ar druskos tirpalu, koncentruojamas ir fermentas nusodinamas. Proceso priežiūra, apsauga nuo užkrato

sudaro, temperatūros, drėgnumo ir aeracijos palaikymas yra pagrindiniai proceso veiksniai.

Pagrindinė dalis fermentų dabar gaminama naudojant giluminį kultivavimo metodą, kadangi tokiu būdu

sudroma mažiau galimybių įnešti užkratą, sumažėja proceso priežiūros kaštai ir padidėja išeigos.

Giluminiam kultivavimui paprastai naudojamos didelės talpos su maišyklėmis. Priklausomai nuo

gaminamo fermento ir naudojamų mikroorganizmų procesas gali trukti nuo 30 iki 150 valandų.

Nepertraukiamo veikimo procesas pramonėje naudojamas tik gliukozės izomerazės gamybai.

Nepertraukiamas procesas neturi platesnio pritaikymo dėl bakterinių kultūrų nestabilumo ir sunkumų

sterilizuojant terpę.

Fermentų išskyrimas.

Gaminant ląstelių išorės fermentus, didesnė fermentų dalis kaupiasi terpėje, todėl tokių fermentų iškyrimo

metodai yra paprasti procesai, tokie kaip centrifūgavimas, filtravimas, vakuum distiliavimas ir fermentų

nusodinimas. Kad išskirti ląstelių vidaus fermentus (yra ląstelių viduje), reikia panaudoti lqstelių

suardymo metodus. Tokiu atveju galima naudoti autolizę, bet vykdant gamybą pramoniniu būdu

dažniausiai pasirenkama homogenizacija aukštame slėgyje ar rutuliniame malūne. Suardžius ląsteles,

toliau fermentas gali būti gryninamas kaip ir prieš tai aprašytu atveju, tačiau paprastai toks procesas

sudėtingesnis dėl terpėje esančių ląstelių liekanų ir nukleino rūgščių iš suardytų ląstelių. Baltymus galima

40

nusodinti naudojant amonio ar natrio sulfatą. Jei reikia atskirti termostabilius fermentus, prieš tai galima

denatūruoti baltymus aukštoje temperatūroje ir nusodinti fermentus prieš tai atskyrus denatūravusius

baltymus. Pramonėje nusodinimui dažniausiai naudojami organiniai tirpikliai, (alkoholiai tokia kaip

etanolis, metanolis izopropanolis). Kartai nusodinimui naudojami kai kurie polimerai: polietilenglikolis,

polietileniminas.

Nukleino rūgštys suteikia tirpalams didelį klampumą ir įtakoja frakcionavimą bei chromatografinį

skirstymą. Taigi šiuos komponentus pageidautina atskirti prieš pradedant fermento gryninimą. Fermento

tirpalo pradiniam sukoncentravimui geriau naudoti ultrafiltraciją nei vakuum išgarinimą, tačiau šio

metodo trūkumas, kad dalelės lengvai gali užkimšti membranas. Tolesniam gryninimui galima naudoti

įvairius chromatografinius metodus, bet dažniausiai pramoniniai fermentai chromatografiškai

negryninami. Koncentratas, priklausomai nuo fermento termostabilumo, gali būti džiovinamas

liofilizuojant, džiovinant vakuume, ar purkštuvinėje džiovykloje. Džiovinimo metu į fermentus gali būti

pridedama stabilizatorių: cukrų, fermentų substratų, redukuojančių medžiagų. Praeityje visi fermentai

buvo realizuojami kaip labai smulkūs milteliai, bet pastaruoju metu, kad išvengti poveikio žmonėms ir

padidinti stabilumą laikymo metu, fermetai paruošiami granulių pavidalu.

Fermentų pritaikymas.

Dauguma pramoninių fermetnų yra hidrolazės, tai parodo, kad dauguma pramoninių procesų, naudojančių

fermentus yra paprastos hidrolizės reakcijos, tuo tarpu sudėtingesnės fermentinės reakcijos, kuriose

dalyvauja ir kofaktoriai, kol kas nebuvo sėkmingai pritaikytos pramonėje.

Krakmolo hidrolizei naudojamos bakterinė a-amilazė, gliukoamilazė (amilogliukozidazė), ir gliukozės

izomerazė.

Pieno pramonėje kaip gyvūninės kilmės renino pakaitalas naudojamos mikrobinės kilmės proteazės.

Tokių proteazių specifiškumas panašus į chimozino ir gaminant sūrį, reikalaujantį ilgo brandinimo,

pastebimi tik labai maži tokio sūrio tekstūros ir aromato skirtumai. Laktazė ar b-galaktozidazė katalizuoja

laktozės konversiją į gliukozę ir galaktozę. Lipazės ir esterazės naudojamos, gaminant kietus sūrius, kad

suteikti jiems specifinį aromatą, ar pagreitinti sūrio nokinimą.

Vaisių ir daržovių perdirbime sulčių ir sulčių koncentratų nuskaidrinimui naudojamos pektinazės.

Saldikliai.

Pastaruoju metu didėjant mažai kaloringų produktų paklausai, kuriami junginiai pasižymintys saldžiu

skoniu ir neturintys kalorijų. Saldikliai, kurie padidina kalorijų kiekį maiste (vadinami didelio

maistingumo saldikliais) yra sacharozė, fruktozė, kukurūzų sirupas, kiti angliavandeniai ir polihidrolsiliai

alkoholiai. Saldikliai neturintys kalorijų (sacharinas ciklamatai, aspartamas, acetsulfamas-K) apibūdinami

kaip didelio intensyvumo saldikliai.

Didelės maistinės vertės saldikliams priklauso:

1. Invertuotas cukrus. Naudojant fermentą invertazę sacharozė hidrolizuojama iki gliukozės ir fruktozės.

Dažniausiai naudojamas konditerijoje, stabdyti cukraus kristalizaciją.

41

2. dekstrozė ir kukurūzų sirupas. Tai krakmolo hidrolizės produktai. Europoje, gaminami iš bulvių ir

kviečių krakmolo ir vadinami gliukozės sirupu. Dekstrozė, tai D-gliukozė, kuri gaunama pilnai

hidrolizuojant krakmolą. Naudojant rūgštinę hidrolizę galima pasiekti dekstrozės išeigą iki 86 proc.

Panaudojant fermentuspasiekiamos didesnės išeigos. Procesui naudojant iš Bacillus subtilis išgaunamą

termostabilią a-amilazę gaunama 95-97 proc. išeiga. Naudojant šį fermentą ir temperatūros poveikį

gaunamas 10-15 DE (red cukrų procentas sausoje masėje) hidrolizatas. Procesas užbaigimas naudojant

gliukoamilazę, išgautą iš Aspergillus niger, ar Rhizopus, paviršinės fermentacijos būdu.

3. kukurūzų sirupas su dideliu fruktozės kiekiu (42proc gliuk/58 frukt). Produktas gaminamas dalinai

izomerizuojant dekstrozės hidrolizatus. Naudojamas fermentas gliukozės izomerazė.

Didelio intensyvumo saldikliai:

1. sacharinas ir ciklamatai. Pradžioje buvo naudojamas šių junginių mišinys, po to uždraudus

ciklamatą imta naudoti sacharino ir aspartamo mišinį. Sacharinas haminamas oksiduojant

2. aspartamas

3. Acetsulfamas –K

4. steviozidas

5. taumatinas

6. ir.t.t.

Kakavos, arbatos ir kavos fermentacija

Kakava fermentuojama, kad suteikti produktui stabilumą ir šokolado gamybai reikalingą skonį bei

aromatą. Kava fermentuojama, kad pakeisti pupelių išvaizdą. Arbatos fermentacijos procesas skiriasi nuo

pirmųjų dviejų. Tai oksidacijos procesas, inicijuojamas fermentais. Šiame procese nebūtinai turi

dalyvauti mikroflora. Tačiau ant arbatos lapų esanti mikroflora įtakoja galutinio produkto kokybę ir skonį.

Kadangi tik esant optimalioms sąlygoms šie produktai įgauna reikiamas, savybes, todėl labai svarbu

žinoti cheminius ir biocheminius reiškinius, vykstančius fermentacijos metu.

Kakavos fermentacija.

Šios gamybos stadijos metu susiformuoja šokoladui būdingas skonis ir aromatas, todėl ši stadija yra viena

svarbiausių. Pasaulyje pagrinde naudojami trys pagrindiniai fermentavimo metodai. Pats paprasčiausias

yra fermentacija krūvose. Pupos supilamos ant platano lapų ir jais uždengiamos. Fermentuojama 6 paras,

2-ą ir 4-ą dienomis pupos vartomos, kad pagerinti aeraciją ir išvengti netolygios fermentacijos, bei

skirtingų savybių formavimosi. Metodas paplitęs Ganoje ir Nigerijoje.

Antras metodas vadinamas fermentacija dėžėse. Naudojamos kietmedžio dėžės į kuris telpa apie 1,5 tonos

kakavos pupų. Dėžėse padarytos skylės dugne ir šonuose, kad vyktų aeracia. Fermentacijos laikas 4-9

dienos. Toks metodas paplitęs Trinidade, Brazilijoje ir Malaizijoje.

Trečias metodas – fermentacija patalpose. Patalpa dažniausiai 7,2×6,5 m dydžio. Jos šonuose sudėtos

fermentavimo dėžės, o per vidurį paliktas koridorius. Dideli tarpai tarp pastogės ir dėžių viršaus leidžia

gana intensyviai vykti aeracijai. Fermentacijos metu pakinta pupelių išvaizda. Pradžioje jos tampa

42

rausvos, ant paviršiaus atsiranda glitėsių. Vėliau spalva tamsėja ir glitėsiai išnyksta. Kai spalva tampa

rausvai ruda fermentacija baigta.

Kakao pupų fermetnaciją vykdo mielės ir actarūgštės bei pienarūgštės bakterijos. Pirmas mikrobinis

aktyvumas yra alkoholinė fermentacija. Ant pupų pradžioje būna labai mažai mikroorganizmų, tačiau po

24 val intensyvios aeracijos ant jų prisidaugina daug mielių, kurios sudaro 90 proc visų mikroorganizmų.

Pupelės minkštimo skaldymo procesuose dalyvauja daugybė fermentų. Jie hidrolizuoja polisacharidus iki

monosacharidų, kuriuos naudoja mielės gamindamos etanolį. Šios reakcijos yra egzoterminės, todėl

pupelių temperatūra pakyla. Actarūgštis ir pienarūgštis rūgimai vyksta vienu metu. Dominuojantis kakao

pupų aromato komponentas yra acto r. Kuri susidaro oksiduojantis etanoliui. Šią oksidaciją sukelia

Acetobacter rancens, A. xylinum, A. ascendens. Šios reakcijos pakelia temperatūrą iki 50 C. Pakilus

temperatūrai žūva mielės, patamsėja pupelės, sustoja fermentinė veikla pupelių gemaluose. Dažniausiai

fermentacija vyksta blogai, jei pupose yra per mažai angliavandenių.

Kavos fermentacija. Paprastai vykdoma giliose atvirose talpose. Fermentacija vyksta savaime, ją sukelia

bakterijų ir fermentų veikla. Dominuojanti mikroflora yra Erwinia, escherichia ir Paracolobactrum

bakterijos, siūliniai grybai (Aspergillus, Penicillium, Cladosporum ir Fusarium) ir mielės (saccharomyces

maxilanus, S. bayanus, S. cerevisiae, Schizosaccharomyces padermė). Fermentacija gali trukti nuo 6 iki

72 valandų, priklausomai nuo glitėsių irimo greičio, kuris savo ruožtu priklauso nuo temperatūros,

sluoksnio storio ir pektiną skaldančių fermentų kiekio. Fermentacijos trukmė taip pat priklauso nuo

pupelių rūšies, klimatinių ir regioninių veiksnių, anaerobiozės laipsnio ir mikrofloros sudėties.

Arbatos fermentacija. Pagrinde priklauso nuo fermentų, natūraliai esančių arbatos lapuose. Tačiau ant

plapų paviršiaus esanti mikroflora gali įtakoti arbatos kokybę ir skonį. Fermentacija sustabdoma karšto

oro (82-95 C) srove. Ši srovė ne tik inaktyvuoja fermentus ir mikroorganizmus, bet taip pat ir išdžiovina

produktą iki 3 proc. drėgmės. Svarbus šiuo metu vykstantis procesas yra chlorofilo kitimas į feofitiną

(tamsiai rudas) ir feoforbidą (juodas).

Bakterijų biomasė.

Tam kad patenkinti vis didėjančius žmonijos poreikius maisto pramonės gamyba turėtų padidėti 5 kartus.

Tokį padidėjimą galima pasiekti tik didinant pasėlių plotus, arba išgaunant daug didesnes išeigas iš dabar

naudojamų plotų. Genetinis augalų modifikavimas taip pat turi savų apribojimų.

Tačiau baltymus galima išgauti ir iš mikroorganizmų (vienaląsčių bakterijų, dumblių, mielių, pelėsių).

Biomasė, tai gyvo organizmo ląstelės turinys. Mikroorganizmų biomasės auginimas, akd patenkinti

didėjančius maisto poreikius atrodo labai patrauklus dėl šių priežasčių:

1. Mikroorganizmams reikia daug mažiau laiko užaugti nei augalams (tuo labiau gyvūnams)

2. Gamyba gali būti vykdoma fermentatoriuose, o tai nereikalauja didelių žemės plotų ar intensyvios

priežiūros.

3. Mikroorganizmų biomasės gamyba nepriklauso nuo gamtos reiškinių.

43

4. Gamybos procesais lengva genetiškai manipuliuoti, kad patobulinti patį procesą ir produkto

kokybę.

5. Pagamintas produktas turi didelį baltymų kiekį (35-60 proc)

6. biomasės maistinė vertė prilygsta bet kokiam kitam didelį baltymų kiekį turinčiam maistui.

Mikroorganizmai, kuriuos galima panaudoti biomasės gamybai.

Tinkamais kandidatais gaminti biomasę buvo pasiūlyta daugybė bakterijų, aktinomicetų, mikrogrybų, ir

dumblių rūšių. Visi šie mikroorganizmai sugeba įsisavinti platų organinių junginių spektrą ir panaudoti

šiuos junginius savo augimui. (lent. pateikti pavyzdžiai). Reikalavimai tokiems mikroorganizmams yra

tokie: genetinis stabilumas, didelis substrato įsisavinimo laipsnis, didelis specifinis augimo greitis ir

produktyvumas, lengvas atskyrimas nuo terpės, gera masės kokybė ir sudėtis, patogeninių savybių

nebuvimas.

Bakterijos sugeba panaudoti platų spektrą substratų, nuo paprastų ar sudėtingų cukrų iki naftos pramonės

produktų. Gebėjimas utilizuoti metaną kaip anglies šaltinį būdingas išskirtinai bakterijoms. Tokios

bakterijos vadinamos metonotrofais. Jos randamos anaerobinėje aplinkoje, tokioje kaip atliekų

utilizavimas. Methylomonas methanooxidans, Methylophilus methylotrophus ir Methylococcus

capsulatus bakterijos gali būti naudojamos biomasės gamybai iš metano. Šie mikroorganizmai kaip ir

aktinomicetai (Streptomyces rūšis), mielės (Candida, Hansenula, Torulopsis), ir grybai (Trichoderma)

taip pat gali augti ant metanolio. Tačiau mielės, lyyginant su metilotropinėmis bakterijomis įsisavina

metanolį neefektyviai, naudodamos daug deguonies, reakcijos metus išsiskiriant didesniam šilumos

kiekiui, reakcijai vykstant žemžsnėje temperatūroje ir susidarnat mažesniam baltymų kiekiui. Bendru

atveju bakterijos turi didesnius augimo greičius (generacijos laikas 20-120 min), nei mielės, pelėsiai ar

grybai (2-16 val). Aukštesniųjų grybų auginimas kad naudoti juos žmonių mityboje yra įprastas dalykas.

Tačiau grūbų baltymų sudėtis ir maistinė vertė nėra labai gera, lyginant su mielėmis ar bakterijomis.

Organizmas Anglies ir energijos šaltinis

BakterijosCellulomonas spp. IšspaudosAlcaligenes spp.Methylophilus methylotrophus MetanolisMethylococcus capsulatus MetanasMielėsCandida utilis Etanolis, sulfitinės atliekosCandida lipolytica n-alkanaiKluyveromyces fragilis Sūrio išrūgosSaccharomyces cerevisiae MelasaPelėsiai ir aukštesnieji grybaiCephalosporium eichorniae Manijoko krakmolasPaecilomyces varioti Sulfitinės atliekos

44

Penicilium cyclopium Sūrio išrūgos (laktozė)Chaetomium cellulolyticum Žemės ir miškų ūkio atliekosDumbliaiScenedesmus acutus CO2, saulės šviesaSpirulina maxima CO2, HCO3, CO3, saulės šviesa

Dažniausiai biomasės gamybai naudojamos grynos bakterijų kultūros, tačiau, pavyzdžiui mišri kultūra

sudaryta iš Cellulomonas padermės ir Alcaligenes faecalis buvo labai efektyvi utilizuojant celiuliozę.

Alcaligenes faecalis sugeba įsisavinti tirpius cukrus, kuriuos pagamina Cellulomonas padermės

bakterijos, kurios pasižymi stipriu celiulazės poveikiu, bet neturi pakankamo b-gliukozidazės aktyvumo,

kad pilnai įsisavintų celiuliozę. Kitas mišrių kultūrų pavyzdys gali būti bakterijų biomasės gamyba iš

metano naudojant Pseudomonas, Hyphomicrobium, Acinetobacter ir Flavobacterium. Augdamos kartu

šios bakterijos greičiau kaupė biomasę, biomasės išeiga buvo didesnė, be to mišinys mažiau putojo,

lyginant su grynomis kultūromis. Taip pat bandyta naudoti ir mišrias grybų ir mielių kultūras. Pavyzdžiui

Saccharomyces cerevisiae ir Trichoderma viride augdamos ant manijoko (augalo) terpės pagamindavo

geresnės sudėties baltymus, nei gryna mielių kultūra.

Biomasės gamybai naudojamos žaliavos.

Į terpių, reikalingų biomasės auginimui sudėtį turi įeiti anglies (ar energijos) šaltinis, azoto šaltinis ir

papildomos maisto medžiagos. Anglies šaltiniai, kurie gali būti naudojami biomasės gamybai gali būti

suskirstyti į dvi grupes: substratai iš atsinaujinančių šaltinių ir substratai iš neatsinaujinačių šaltinių.

1. Substratai iš atsinaujinančių šaltinių. Gaunami iš žemės ūkio, miško ir maisto pramonės. Jie

palyginti pigūs ir gausūs. Labiausiai paplitę yra lignoceliuliozinės medžiagos, gaunamos iš žemės ūkio ir

miško pramonės. Šie substratai sudaryti iš paprastų cukrų ir sudėtingų angliavandenių. Paprasti cukrūs

yra heksozės (gliukozė, galaktozė, fruktozė, manozė), pentozės (ksilozė) ir disacharidai (laktozė,

sacharozė). Sudėtingi angliavandeniai tai krakmolas, hemiceliuliozės ir celiuliozė. Šių junginių yra

bulvėse, manijoke, išrūgose, sulfitinėse atliekose ir melasoje. Didžiausias tokių produktų trūkumas yra

dideli jų surinkimo ir transportavimo kaštai, norint pateikti gamybai pakankamai didelį kiekį, kad gamyba

ekonomiškai apsimokėtų. Taip pat dauguma šių substratų yra sezoniniai, todėl daugumoje regionų tokia

gamyba neįmanoma apvalius metus.

Mielės, Endomyces vernalis ir Saccharomyces cerevisiae, bei grybai Candida utilis gali savo

metaboliniams procesams naudoti pentozes, todėl iš jų galima gaminti biomasę naudojant sulfitinių

popieriaus pramonės atliekų terpes. Toks procesas yra vykdomas Suomijos popieriaus tyrimų institute. Jo

metu pagaminama 15-16,5 tonų sausos biomasės per 24 valandas. Tokioje masėje yra 55 proc. baltymų.

Panašiai sūrio gamybos atliekos – išrūgos gali būti naudojamos kaip substratas laktozę perdirbančioms

mialėms Kluyveromyces fragilis. Abiejų minėtų pramoninių atliekų utilizacija sukelia problemų, todėl jų

45

panaudojimas mikrobiologiniams procesams ne tik leidžia pagaminti vertingus baltymus, bet ir

išsprendžia jų utilizacijos problemą.

Sudėtingi angliavandeniai gali būti substratu tiems mikroorganizmams, kurie gamina fermentus

skaldančius dideles angliavandenių molekules į mažesnes, kurias galima panaudoti metabolizmo

procesams. Daugelis grybų kultūrų, tokių kaip Trichoderma viridae, Aspergillus niger, ir Sporotrichum

pulverulentum turi tokių fermentų, todėl jie gali tiesiogiai augti ant tokių substratų. Mielės neišskiria

sudėtingus angliavandenius hidrolizuojančių fermentų, todėl jos gali augti tik tokius substratus prieš tai

hidrolizavus. Ant lignoceliuliozinių substratų baltymus gali gaminti Cellulomonas, Bacillus, ir

Brevibakterium padermių bakterijos.

Jau kelis dešimtmečius skiriamas dėmesys dumblių auginimui ant substratų iš atsinaujinančių šaltinių

panaudojant CO2 ir salės šviesą. Didžiausias dumblių auginimo trūkumas, tai kad toks procesas reikalauja

labai didelių žemės plotų. Be to, procesas priklauso nuo šviesos kiekio, todėl gali būti efektyvus tik tuose

regionuose, kur yra gausu šviesos. Kitas trūkumas – dideli dumblių kultūrų surinkimo kaštai. Dumbliai

nepasiekia didelių ląstelių koncentracijų, kadangi tokiu atveju sumažėtų galimybė absorbuoti šviesą.

2. Substratai iš neatsinaujinačių šaltinių tai naftos pramonės atliekos (dujos, nafta ir parafinai). 1950

aisiais buvo susidomėta Candida lipolytica auginimu ant parafinų substrato, biomasės gamybai. Tačiau

tokių substratų šaltiniai visada yra riboti ir pakilus naftos produktų kainoms biomasės gamyba ant tokių

substratų tapo nebeekonomiška, be to naudojant tokius substratus iškyla problemų dėl toksiškumo. Todėl

pastaruoju metu vis daugiau dėmesio skiriama biomasės gamybai kaip substratą naudojant metanolį ar

etanolį. Metanolio kaip substrato panaudojimas patrauklus tuo, kad jis gerai tirpsta vandenyje, procesui

pasibaigus gali būti lengvai pašalinamas, iš jo gaunamas didelis produktyvumas, ir jis nesukelia sprogimų

grėsmės, kaip kiti naftos kilmės substratai. Etanolį taip pat gali asimiliuoti daugybė mikroorganizmų ir

techniškai tai būtų pats paprasčiausias ir švariausias biomasės gamybos būdas. Tačiau ši žaliava gaunama

arba iš angliavandenių juos fermentuojant, arba iš etileno sintezės būdu. Tokio produkto kaina neleidžia

šiuo metu pritaikyti etanolį komercinei biomasės gamybai.

Kitas įdomus substratas yra metanas. Jis dideliais kiekiais būna gamtinėse dujose, kurios pasigamina dėl

organinių medžiagų irimo. Tačiau kad vyktų biomasės gamyba iš metano reikia tiekti azotą. Azotas gali

būti tiekiamas kaip amoniakas, amonio druskos, ar šlapalas. Svarbu, kad C/N santykis būtų 10:1 ar

mažesnis. Esant tokiam santykiui gaminasi daugiau baltymų ir ląstelėse nesikaupia lipidai, ar

poli_b_hidroksibutiratas (ląstelių maisto atsargų kaupimo junginys). Kitas svarbus komponentas yra

fosforas, kurį į terpę galima pridėti fosforo rūgšties pavidalu. Taip pat reikalingos mineralinės medžiagos,

Fe, Ca, Mg, Mn, K, Na. Jei šių elementų nepakanka tiekiamame vandenyje, jie gali būti pridedami sulfatų

ir hidroksidų pavidalu.

Gamybos procesas.

Fermentacijos procesas pradedamas įnokuliuojant kultūrą į fermentatorių su mitybine terpe. Tada kultūrai

leidžiama augti kontroliuojamomis sąlygomis (temperatūra, pH, ir kt.) kad gauti optimalią baltyminės

46

biomasės išeigą. Kultūros paruošimas priklauso nuo substrato prigimties. Kietos žaliavos (mineralinės

druskos, celiuliozė, krakmolas ir kt.) ištirpinamos ir suspenduojamos vandenyje. Tai palengvina

sterilizacijos procesą. Tirpių angliavandenių koncentracija dažniausiai naudojama 1-5 proc. Skystos

žaliavos, tokios kaip metanolis, etanolis, ar normalūs parafinai, gali būti pilamos tiesiogiai į fermentorių

po filtracijos, ar sterilizacijos. Tokių substratų koncentracijos, kaip pavyzdžiui metanolio, palaikomos

kaip įmanoma artimesnės nuliui, kad jos nestabdytų mikroorganizmų augimo. Dujinės žaliavos – oras,

deguonis, metanas, amoniakas, vandenilis ir anglies dioksidas – filtruojamos ir sterilizuojamos slėgyje.

Tai daroma tam, kad pašalinti lakias aerozolines ar labai smulkias priemaišas. Deguonies poreikis

priklauso nuo naudojamų žaliavų. Angliavandenilių fermentacijai reikia daugiau deguonies negu

angliavandenių terpėje vykdomiems procesams. Optimali pH reikšmė mielėms ir bakterijoms mažesnė

negu bakterinėms ir dumblių kultūroms. Mažesnės pH reikšmės palaikomos įdedant fosforo rūgšties, kuri

taip pat yra ir fosforo šaltinis terpėje. Fermentacijos metu, dėl ląstelių vykdomų metabolinių procesų

temperatūra fermentoriuje dažniausiai didėja. Todėl dažniausiai reikia naudoti fermentorių šaldymo

sistemas. Tai aktualiausia, kai auginamos grybų kultūros, kadangi jos mažiau atsparios šilumos poveikiui

nei bakterijos. Panaudota terpė, po mikroorganizmų atskyrimo gali būti pakartotinai naudojama, kol bus

sunaudotas visas substratas.

Mikroorganizmų, naudojamų biomasės gamybai dydis apsprendžia jų atskyrimo nuo terpės kaštus.

Bakterijų ląstelės yra mažiausios (1-2 mkm). Jų lyginamasis svoris (tankis) panašus į vandens (1,003

g/cm3), sausos ląstelių masės tankis 10-30 g/l. Kad atskirti tokias ląsteles iš terpės reikalingas

centrifūgavimas, todėl bakterijų atskyrimas yra pats brangiausias. Vakuum filtrų panaudojimas neduoda

didelio efekto, kadangi po tam tikro laiko filtracijos procesas labai sulėtėja dėl to, kad ląstelės užkemša

filtrus. Ląstelių aglomeravimas yra veiksminga priemonė pagreitinti nusodinimą centrufūguojant.

Bakterijų ląstelių agregavimasis gali būti sukeltas vikiant jas karščiu, įdedant joninių ar nejoninių

flokuliantų, pH pakeitimas, poveikis elektros lauku. Naudoti filtravimo pagalbinių medžiagų negalima,

nes jos užeršia produktą ir jis tampa netinkamas maistui. Sukoncentruota biomasė kaitinama, kad

inaktuvuoti fermentus, tada išdžiovinama. Mielių kultūros taip pat gali būti prieš džiovinimą

separuojamos. Mikrogrybus, turinčius plaušelių struktūrą, lengviau atskirti nuo terpės, nei bakterijas ar

mieles. Mikrogrybų atskyrimui pakanka panaudoti mažo greičio centrifūgavimą. Tačiau norint atskirti

didelius kiekius reikia naudoti rotacinius vakuum filtrus. Džiovinimas atliekamas transporterinėmis ar

žiedinėmis džiovyklomis, galutinis produktas gaunamas dribsnių ar miltelių pavidalu. Beveik visais

atvejais didžiausias efektyvumas gaunamas naudojant tolydinį procesą. Nors tolydiniai procesai ir

neduoda tokių pat išeigų kaip pertraukiami procesai, bet jie reikalauja kur kas mažiau darbo sąnaudų.

Grybų micelių džiovinimas daug lengvesnis ir pigesnis nei bakterijų ląstelių, kadangi jos lengviau pakelia

stresą, tuo tarpu bakterijų ląstelės linkę suirti.

Džiovinant bet kokį produktą reikia išlaikyti produkto maistinę vertę. Jei norima kaip galutinį produktą

gauti atskirus komponentus (tirpių ar netirpių baltymų frakcijas, riebalų komponentus, nukleotidus,

47

nukleino r. ar vitaminus) nusausinta biomasė gali būti išskirstoma į frakcijas naudojant ekstrakciją,

kristalizaciją, ar nusodinimą.

Maistinė vertė.

Trys pagrindiniai vienaląsčių organizmų baltymų pritaikymo būdai yra: baltyminiai papildai žmonėms,

baltyminiai papildai gyvuliams, ir funkciniai maisto priedai. Pirmais dviem atvejais didelis dėmesys turi

būti kreipiamas į tokių baltymų biomasės maistinę vertę. Tuo tarpu, naudojant biomasę kaip funkcinę

sudėtinę dalį maistinę vertę nėra tokia svarbi (svarbiausiai kad gerai atliktų savo funkcijas). Visais trim

atvejais naudojamas produktas negali turėti toksinų, ar kitų nepageidaujamų metabolitų, sunkiųjų metalų,

ir patogenų. Produktas turi turėti priimtinas juslines savybes ir mažą gyvybingų ląstelių kiekį.

Kadangi bendras azoto kiekis parodo ir tokias azoto turinčias medžiagas kaip nukleino rūgštys ar

nukleotidai, ir neduoda informacijos apie amino rūgščių sudėtį, jis negali apibūdinti tikros maistinės

vertės. Lyginant skirtingų biomasių baltymų sudėtį, su etaloniniu baltymu (nustatytu FAO) galima

pastebėti, kad mikrobinės kilmės baltymuose trūksta metionino. Lyginant skirtingų mikroorganizmų

baltymus bakterijų baltymai turi daugiau metionino nei mielės, grybai ar soja. Geriausiai maistinę vertę

galima apibūdinti tiriant gyvūnų šėrimą. Dažniausiai tiriama: baltymo virškinamumas, baltymo

efektyvumo santykis, biologinė vertė ir šėrimo konversijos santykis (suvartoto produkto masės santykis

su masės prieaugiu). Atliekant tokius tyrimus nustatyta, kad melsvai žalių dumblių Spirulina baltymai

buvo geras baltymų šaltinis žiurkėms.

Nors bakterijos ir pelėsiai buvo vartojami daugybę metų, visgi dauguma iš jų gamina toksines medžiagas.

Be to jų auginimui reikalingi substratai dažnai yra toksiški ir toksinės medžiagos gali likti galutiniame

produkte. Dėl šios priežasties prieš produktui patenkant į rinką turi būti atlikta daugybė tyrimų, kad

įsitikinti, jog produktas yra saugus. Dažniausiai sutinkamos problemos yra tokių produktų blogas

virškinimas ir alerginės odos reakcijos. Dauguma mikrobų biomasės baltymų sunkiai virškinami dėl to,

kad šie organizmai gamina tokius komponentus kaip riebalų biopolimerai ir celiuliozė. Dar viena, dažnai

pasitaikanti fiziologinė reakcija yra odos lupimasis nuo delnų ir pėdų.

Mikroorganizmuose yra didelis nukleino rūgščių kiekis. Pavyzdžiui bakterijų ląstelėse yra nuo 6 iki 11

proc. nukleino r. sausoje masėje. Apskaičiuotas saugus suvartojimas suaugusiam žmogui yra 2 g/dieną.

Taip pat reikia pažymėti, kad žmonės neturi fermento urikazės, kuris skaldo šlapimo rūgštį iki alantoino.

Todėl naudojant mieles kaip baltymų šaltinį serume labai padidėtų šlapimo rūgšties kiekis. Kadangi

šlapimo rūgštis sunkiai tirpsta esant fiziologiniam pH, ji gali kristalizuotis sąnariuose tuo sukeldama

podagrą, ar dėl to gali susidaryti akmenys inkstuose. Yra metodų, įgalinančių sumainti nukleino rūgščių

kiekį mikroorganizmuose iki sąlyginai saugaus 1-2 proc. lygio.

Žmonėms vartojant Alcaligenes eutrophus jie sukeldavo skrandžio ir virškinamojo trakto sutrikimus, tuo

tarpu tiriant gyvūnus tokio efekto nepastebėta.

48

Mikrobinės kilmės baltymai taip pat gali būti naudojami, kad suteikti maistui tam tikrų savybių,

pavyzdžiui, pastiprinti skonį, aromatą, padidinti riebalų ar vandens surišimą, pagerinti dispergavimą,

putojimą ir t.t.

Grybų auginimas.

Valgomi grybai – tai tam tikrų grybų rūšių vaisiakūniai. Jie sudaro tam tikrą dalį žmonių mityboječ

kadangi yra turtingi baltymų (Agaricus turi 24-44%), vitaminų B ir C. Laukiniai grybai auga įsisavindami

organines medžiagas iš įvairių substratų. Jie gali augti skirtingomis klimatinėmis sąlygomis. Padidėjus

grybų paklausai atsirado būtinybė juos kultivuoti pramoniniu būdu, t.y. auginti dirbtinėmis

(kontroliuojamomis) sąlygomis.

Europoje ir Šiaurės Amerikoje populiarūs Agaricus bisporus grybai, auginami ant kviečių šiaudų

komposto. Japonijoje ir kitose rytų šalyse populiaroios kitos keturios grybų rūšys: Lentinus edoides,

Flammulina velutipes, Volvariela volvacea ir Pleurotus ostreatus. Daugiausiai pramoniniu būdu grybų

auginama Šiaurės Amerikoje, Europoje, Australijoje ir Pietryčių Azijoje.

Auginimas

Paprastasis šampinjonas (Agaricus bisporus) yra vienas iš daugiausiai auginamų grybų. Šiuolaikinis

grybų auginimas susideda iš dviejų pagrindinių etapų: komposto paruošimo bei sporų pumpuravimo ir

vaisiakūnių suformavimo. Maisto medžiagos pateikiamos komposto pavidalu, dažniausiai iš kvietinių

šiaudų ir arklių mėšlo. Iš pradžių mėšlas ir įvairūs priedai karštai pūdomi. Kompostavimo procesas vyksta

apie dvi savaites. Jei kompostas paruošiamas netinkamai, A. bisporus augimą gali užgožti mezofilinės

bakterijos. Pūdymo proceso metu temperatūra komposto viduje pasiekia 60 – 70° C. Kad suintensyvinti

procesą, kompostas vartomas. Po to kompostas sudedamas į dėžes ir poasterizuojamas 60° C

temperatūroje, kad inaktyvuoti pašalinę mikroflorą. Po pasterizacijos kompostas atvėsinamas iki 25° C, į

jį pasėjamos grybų soros ir jis laikomas inkubacinėje patalpoje kontroliuojamose sąlygose (17° C). Keletą

savaičių trunka inertinė fazė, o po to prasideda greitas micelio augimas. Tada kompostas padengiamas

juodžemio sluoksniu. Micelis pradeda augti šiame sluoksnyje ir suformuoja vaisiakūnius. Kai augimas

pasiekia paviršių, patalpų temperatūra sumažinama iki 15° C ir inkubavimas dar tęsiamas 11 dienų,

gausiai tiekiant deguonį.

Grybų auginimo schema:

49

Pirmieji grybai gali būti surenkami po maždaug trijų savaičių. Po pirmo derliaus paprastai nuimami dar

keli derliai kas 2-3 savaites. Viso auginimo periodo metu gaunama apie 0,5-1 kg grybų, iš vieno

kilogramo komposto. Likęs kompostas būna išnaudotas apie 50%. Jis yra pasterizuojamas ir naudojamas

tręšimui.

Pagrindinės problemos, su kuriomis susiduriama auginant grybus, yra tolygios struktūros ir sudėties

komposto paruošimas, bei apsauga nuo žalingų virusų, bakterijų, grybų, ir kitų kenkėjų infekcijų. Labai

svarbi ir auginomo aplinka. Anglies dioksidas stimuliuoja vegetatyvinių ląstelių dauginimąsi, bet stabdo

vaisiakūnių formavimąsi. Maži etanolio, acetono, etileno, acetaldehido ir kitų lakių organinių junginių

kiekiai skatina vaisiakūnių formavimąsi. Didelė santykinė drėgmė (> 50%) ir didesnė nei 18° C

temperatūra skatina Pseudomonas tolaasii dauginimąsi, kurios sukelia dažnai pasitaikančią bakterinę ligą

mumifikaciją (išdžiūvimą).

Per pastaruosiu du dešintmečius šviežių ir apdorotų grybų suvartojimas padidėjo gana žymiai. Šiuo metu

parduodama apie 30 grybų rūšių. Grybai vertinami dėl jų gerų maistinių savybių. Grybų auginimas yra

įdomus tuos atžvilgiu, kad medžiagos, kurios kitu atveju būtų tiesiog atliekos, paverčiamos maistinėmis

medžiagomis. Vieninteliai organizmai, sugebantys tai atlikti yra saprofitai, besimaitinantys pūvančiomis

50

organinėmis medžiagomis. Pastaruoju metu, pasiekus tam tikrų laimėjimų su panardintomis kultūromis,

įgalino išskirti grybų aromato junginius, kurie gali būti panaudojami kaip aromatizatoriai.

Karotenoidų gamyba panaudojant E. Coli kombinotus genus

Karotenoidai tai natūralūs pigmentai, susidedantys iš 30-50 anglies atomų grandinės. Karotenoidus

sintetina archaea, bakterijos, grybai, ir aukštesnieji, bei žemesnieji augalai. Gyvūnai karotenoidus

pasisavina su maistu ir gali juos toliau modifikuoti iki reikiamų junginių. Komerciškai patys svarbiausi

karotenoidai yra astaksantinas ir β-karotenas. Dauguma karotenoidų, esančių prekyboje yra sintetiniai.

Pramoniniu būdu karotenoidai naudojami kaip maisto papildai, dažikliai, o taip pat kaip farmaciniai

preparatai, ar gyvūnų pašarams praturtinti. β-karotenas yra būtinas žmogaus mityboje, kadangi jis yra

provitaminas A. Liuteinas ir zeaksantinas yra junginiai svarbūs akims. Jie apsaugo akies tinklainę nuo

žalingo šviesos poveikio. Atsiranda vs daugiau duomenų, kad karotenoidai stiprina žmogaus imuninę

sistemą ir atlieka svarbų vaidmenį apsaugant nuo degeneracinių ligų bei vėžio.

Pastaraisiais metais keletas genetiškai modifikuotų organizmų buvo tiriami, kaip potencialūs karotenoidų

gamintojai. Tyrimams buvo naudojamos mielės Saccharomyces cerevisiae ir Candida utilis, bei

bakterijos Zymomonas nobilis, Agrobacterium tumefaciens ir Escherichia coli. Tarp paminėtųjų

daugiausiai perspektyvų turi E. Coli.

Karotenoidų gamyba Escherichia coli bakterijomis

E. coli buvo pirmasis organizmas, negaminantis karotenoidų, kuriame buvo sukurta karotenoidų

biosintezė. Panaudojant įvairius genus iš skirtingų organizmų galima priversti E. Coli gaminti skirtingus

karotenoidus. Priklausomai nuo panaudojamų genų, šių bakterijų pigmentacija gali būti labai stipri, nuo

geltonos iki oranžinės ar net raudonos spalvos.

Genai, priverčiantys E. Coli gaminti karotenoidus gali būti paimami ne tik iš bakterijų, bet ir iš grybų,

dumblių, ar aukštesniųjų augalų. Paprastai sintezėje dalyvauja keletas genų iš skirtingų organizmų

(paveikslas).

51

Prekursorius Fitoenas Likopenas

Al-2, grybinis

CrtE, CrtB CrtI

Bakteriniai

Bhy, augalinis γ -karotenas

3 − hidroksi-γ -karotenasHO

Pavyzdžiui, pradžioje, keli bakteriniai genai (crtE, crtB ir crtI) koduoja fermentus katalizuojančius

likopeno gamybą, po to, grybinė monociklazė A1-2 suformuoja γ-karoteną. Tada į gautą molekulę

augalinės kilmės hidroksilazė Bhy įjungia 3-hidroksi grupę. Dėl visų šių fermentų veiklos svetimame

organizme E. Coli, gaunamas galutinis produktas 3-hidroksi-γ-karotenas. Tokio karotenoido gamyba gali

būti pavyzdžiu, kaip galima pagaminti junginį, kurio negamina nei vienas iš organizmų, kurių genai buvo

panaudoti E. Coli bakterijose šio karotenoido gamybai. Kadangi fermento specifiškumas substratui yra

toks, kad jam nereikia atpažinti visos molekulės, o tik tam tikrą regioną, tinkantį reakcijai, todėl tampa

įmanoma panaudojant keletą skirtingų genų sukurti visiškai naujus karotenoidus.

Kartais, gaminant karotenoidus, naudojant modifikuotu genu mikroorganizmus galutinio produkto išeigos

gaunamos mažesnės, nei galima būtų tikėtis pagal reakcijos mechanizmą. Tokiu atveju šalia pagrindinio

produkto gaunamas struktūriškai panašių junginių mišinys. Taip gali atsitikti tada, kai fermentai reaguoja

ne pagal iš anksto numatomą seką, dėl jų plataus specifiškumo substratui.

Pagrindinis E. Coli privalumas gaminant karotenus yra didelis universalumas, tačiau lyginant su

biologinėmis karotenoidų gamybos sistemomis, pavyzdžiui, Dunaliella, Haematococcus, Blakeslea ir

Phaffia, gaunamos mažesnės išeigos. Gaminant karotenoidus E. Coli bakterijomis, pagrindinė problema

yra karotenoidų saugojimo mechanizmas ląstelėje. Karotenoidai yra izoliuojami ląsterlių membranose,

todėl ateityje planuojamos genetinės modifikacijos, kad padidinti E. Coli ląstelių membranų tankumą,

arba sudaryti panašias į globules struktūras.

Biojutiklių panaudojimas maisto produktų monitoringui

Biologinės sistemos (pavyzdžiui šuns uoslė, kai kurių vabzdžių antenos, arba žmogaus akys) dažnai

pasižymi didesniu jautrumu ar specifiškumu, nei dauguma fizikinių, ar cheminių metodų. Šios savybės

pastaruoju metu paskatino įvairių biojutiklių konstravimą ir tobulinimą. Biojutiklis – tai analizės

prietaisas, kuriame yra biologinės kilmės jutimo elementas, kuris esantis kontakte su analizuojamu

52

objektu, duoda elektrinį signalą. Biojutiklių biokatalizatoriai yra fermentai, mikroorganizmų ląstelės,

antikūnai, bei gyvūnų ir augalų organelos. Šių medžiagų imobilizavimas ant daviklio paviršiaus sudaro

įvairių biojutiklių pagrindą. Du labai svarbūs biojutikliai, genetinės inžinerijos rezultatas, yra DNR zondai

ir monokloniniai antikūnai. Biojutiklius labai plačiai galima panaudoti daugelyje sričių: klinikiniuose

tyrimuose, maisto ir žemės ūkio pramonėje, fermentacijos proceso kontrolei, aplinkos parametrų tyrimui.

Pagrindinis tikslas kuriant biojutiklius yra pagaminti greitą, specifinį, patikimą, nebrangų ir kompaktišką

tyrimo prietaisą. Viena iš pagrindinių jėgų, skatinančių biojutiklių evoliuciją yra maisto kokybės

įvetinimas, kuris yra sudedamoji šiuolaikinės maisto pramonės dalis. Maisto pramonei yra reikalingi

analizės metodai, galintys aptikti ir nustatyti priamaišas, klastotes, maisto medžiagų sudėtį, bei įvertinti

produkto šviežumą. Maisto produktų užteršimas mikroorganizmais, tokiais kaip Salmonella ir Listeria,

toksinais, antibiotikais, o taip pat pesticidais ir insekticidais kelia didelį nerimą dėl maisto saugumo.

Vyriausybinės valdžios organai taip pat dažnai reikalauja pažymėti tam tikrus maisto komponentus,

vitaminus, amino rūgštis, dažiklius, emulsiklius, konservantus, kvapiąsias medžiagas, antimikrobines

medžiagas ir kitus alergenus. Šios medžiagos gali sukelti kai kurių vartotojų grupių, negalinčių

metabolizuoti tam tikrų medžiagų, alergines reakcijas, ar ligas. Kai kuriose šalyse yra vartojama šviežia

(neapdorota) mėsa ir žuvis, todėl tokiais atvejais labai svarbus šių produktų šviežumas.

Biojutikliai

Mikroorganizmų kiekio matavimas

Skaičiuojant mikroorganizmus tradiciniais mikrobiologiniais metodais, tai užima daug laiko. Be to, tokie

metodai gana brangūs, ypač, kai norima ištirti specifinius patogenus, pavyzdžiui Salmonella, ar Listeria.

Pavyzdžiui Salmonella testas, nors ir yra labai tikslus, bet jis trunka 5 dienas ir galutinis rezultatas yra tik

kokybinis. Pastaruoju metu sukurti Salmonelėms, Stafilokokams bei enterotoksinams specifiniai

imuniniai testai. Tokio tipo testai yra pakankamai greiti. Kad pritaikyti tokius metodus kitiems

organizmams, reikia pakeisti selektyvią terpę.

Nemikrobiniai jutikliai

Šio tipo jutikliai naudojami bet kokių bakterijų, esančių maiste, identifikavimui. Įvairių rūšių

mikroorganizmų skaičius gali būti nustatomas “pasėjant” maisto bandinį į neselektyvią terpę ir toliau

tieint vienu iš toliau aprasomų metodų.

1. Bakterijų ATF bioliuminescencija. Visi mikroorganizmai turi adenozino trifosfato (ATF). Todėl jų

skaičius gali būti nustatomas nustatant ATF kiekį. Vieno iš naudojamų metodų pagrindas yra

bioliuminescencija, dalyvaujant ATF, liuciferiną ir liuciferazę. Liuciferinas okiduojasi ir

išspinduliuoja šviesą, kuri gali būti išmatuojama kiekybiškai. Šis metodas yra labai jautrus. Jo

aptikimo ribos – 100 femtogramų ATF.

53

2. Impedanso matavimai. Impedanso matavimo metodas gali būti naudojamas mikroorganizmų ląstelių

skaičiui populiacijoje nustatyti. Metodo esmė ta, kad mikroorganizmams pateikiamos maistinės

medziagos, kurios nėra elektrolitai, o mikroorganizmai jas įsisavindami paverčia jonine forma.

Pavyzdžiui, laktozę mikroorganizmai gali metabolizuoti iki pieno rūgšties. Tokiu būdu pakeičiamas

pieno bandinio impedansas. Impedansas paprastai matuojamas 20 valandų po mikroorganizmų

pasėjimo. Ląstelių skaičius turi būti ne mažesnis nei 106 – 107 organizmų litre. Kadangi naudojant šį

metodą nereikia atlikti praskiedimų, todėl jam atlikti reikia žymiai mažiau laiko nei naudojant agaro

lėkštelėse metodiką. Impedanso metodas gali būti pritaikomas daugeliui maisto produktų, jis

naudojamas produktų vartojimo laikui nustatyti, UHT produktų ir aseptiškai gaminamų mažo

rūgštingumo produktų sterilumo matavimui.

3. Fermentinio elektrodo ir mikrobų/organelų zondai. Visi ne DNR zondai turi tokią bazinę

struktūrą: 1) biologinis elementas, kuris gali būti fermentas, bakterijos ląstelė, ar gyvųno, ar augalo

organelė; 2) daviklis, kuris gali būti, termistorius, elektrodas, pjezoelektrinis kristalas, lauko efekto

tranzistorius, ar optinis daviklis; 3) elektroninis komponentas, kuris generuoja elektrinį ignalą, kuris

vėliau yra interpretuojamas ir atvaizduojamas kokia nors forma.

Šio tipo biojutikliai išsivystė per tris kartas. Pirmos kartos prietaisai buvo labai sudėtingi, juose buvo

naudojami brangūs fermentiniai elektrodai, analizei atlikti buvo reikalingos didelės darbo sąnaudos.

Antros kartos prietaisuose, naudojamas pieštuko formos elektrodas, dėl to pagerėja sąlytis tarp biologinio

komponento ir daviklio. Tačiau sėkmingiausi biojutiklių prietaisai naudoja amperometrinius elektrodus ir

jais galima matuoti substratusč ar fermento oksidoreduktazės reakcijų produktus.

4. DNR zondas. Vienas iš daugiausiai žadančių metodų yra nukleino rūgščių sekų kaip zondų

panaudojimas specifinių mikroorganizmų ar virusų ląstelių aptikimui maisto ir kituose biologiniuose

bandiniuose. DNR zondai sudaryti iš vienos sekos, todėl jie jungiasi tik su viena, ją papildančia DNR

ar RNR. Sekų hibridizacija yra labai specifiška ir priklauso ne nuo bendro DRN kiekio, bet nuo

grandinę sudarančių bazių sekos. Detekcijai galima panaudoti žymėtus atomus (32P ar 35S), kurie gali

būti aptinkami autoradiografiškai, arba scintiliaciniu skaitikliu. Reikalinga tam tikrai metodikai DNR

seka gaunama klonuojant bakterijos geną, kurį vėliau norima aptikti.

5. Imuniniai testai. Antikūnai, kurie gaminasi gyvūnuose ir veikia tokius antigenus kaip baltymai,

polisacharidai, lipidai, nukleino rūgštys ir mikroorganizmai, yra polikloniniai antikūnai. Antiserumas,

paimtas iš gyvūnų, savo sudėtyje turi platų antikūnų spektrą. Įvairūs antikūnai susidaro dėl gyvųno

organizmo reakcijos į skirtingus antigenus. Antikūnų mišinį gamina milijonai aiskirų baltųjų kraujo

ląstelių, arba limfocitų, ir tai sudaro gyvūno imuninę sistemą. Imuniniai testai naudojami Salmonella

aptikimui maisto produktuose, o taip pat kiekybinei Staphylococcus enterotoksinų analizei, bei

mikotoksinų ir kitų antimitybinių faktorių analizei.

Naudojant polikloninius antikūnus, jie imobilizuojami ant plastikinio paviršiaus ir antigenas prisijungia

prie antikūno. Laisvi antigenai išplaunami ir vykdoma reakcija su žymėtu fermentu. Tokie fermentai

54

prisijungia prie fiksuotų ant plokštelės antigenų. Kai užpilama tinkamo substrato, prisijungęs fernetas

katalizuoja specifinę reakciją. Kaip žymėti fermentai dažniausiai naudojami peroksidazė, šarminė

fosfatazė, β-galaktozidazė, ir gliukozidazė. Šios reakcijos sukelia arba tiesioginį spalvos pokytį, arba

pokytį aptinkamą pH indikatoriumi.

Monokloniniai antikūnai turi privalumų prieš polikloninius. Jie specifiškesni, jautresni, ir jų reakcijos

laikas yra trumpesnis. Tai įgalina juos panaudoti maisto teršalų, esančių produktuose mažomis

koncentracijomis, kiekybinei analizei. Salmonella yra vienas iš keleto mikroorganizmų, kuriuos galima

aptikti komerciškai gaminamais imuniniais testais.

Pagrindinis imunojutiklių privalumas yra metodikos greitis ir paprastumas. Taip pat dauguma šiuo

pagrindu gaminamų prietaisų pasižymi dideliu jautrumu. Tyrimo metodą reikia pasirinkti pagal tai, ką

norima ištirti. Dažnai, viena tyrimo metodika papildo kitą. Biojutikliai galėtų būti naudojami

kontroliuojant maisto produktus sraute, arba aptinkant produktuose patogenus, toksinus bei priemaišas.

Tačiau, iki kol biojutikliai bus pradėti plačiau naudoti, dar reikia išspręsti daugybę problemų.

55