U poslednje vreme ultrafiltracija (UF) je jedna od tema o kojoj se najviše govori u industriji prerade mleka. Gotovo da nema naučnog ili stručnog skupa, odnosno časopisa, iz domena tehnologije prerade mleka, a da se ne raspravlja o mogućnostima primene ove nove, state of art, tehnologije, naročito u tehnološkom procesu proizvodnje sira. Zbog brojnih prednosti primene ultrafiltracije u ovom procesu, izučavanje pomenute teme je odavno postalo sastavni deo istraživanja naučnih institucija, odnosno razvojnih planova ili svakodnevnog rada mnogih mlekara.

Tokom 1982 godine se navodi podatak da je, u poluindustrijskih ili industrijskim razmerama u preko 400 mlekara u svetu prisutna oprema za ultrafiltraciju ili reverznu osmozu. Uzimajući u obzir dalju ekspanziju u njihovoj primeni, ovaj broj je danas sigurno daleko veći. Tako je ultrafiltracija mleka danas sve više prisutna i na samom izvoru njegove proizvodnje tj. na farmama, obzirom da se time ostvaruju uštede u energiji tokom hlađenja zagrevanja mleka, smanjuju troškovi transporta, povećava kapacitet uređaja itd.

Ali, primena nove tehnologije je često bila praćena brojnim poteškoćama, a dobijeni rezultati obeshrabrujući. Kada je reč o tehnološkom procesu proizvodnje sira, celokupan proces je ponekad trpeo niz adaptacija, a da kvalitet finalnog proizvoda još uvek nije bio zadovoljavajući, naročito u pogledu organoleptičkih svojstava kao što su tekstura, miris ili ukus. Uprkos velikim naporima i ogromnom broju eksperimenata, o fundamentalnim procesima tehnologije izrade sira ultrafiltracijom još uvek se jako malo zna. Verovatan razlog ovome veliki broj varijabli koji deluju tokom ovog procesa, te se rezultati dosta teško mogu reprodukovati. Osim toga metode i postupci koje su koristili pojedini istraživači su se dosta razlikovali, pa dobijeni rezultati nisu bili jednoznačni.

Istovremeno su se u klasičnoj proizvodnji sira, već krajem pedesetih godina, počeli javljati problemi vezani za nedostatak proteolitičkog enzima, himozinskog preparata, neophodnog za krucijalnu operaciju u proizvodnji sira – koagulaciju. Tako je u SAD 1973. godine ova ponuda iznosila svega 34% od potreba. Posledica ovakvog stanja je bio nagli porast cene preparata, pa su počela istraživanja u cilju zamene himozinskog preparata drugim proteolitičkim enzimima. Najpre je to bio prepsin, da bi u poslednje vreme došlo do izrazite ekspanzije u primeni supstituta izolovanih iz plesni Mucor miehei (Cooney and Emerson), Mucor pusillus lindt i Endothia parasitica. Kao najpogodnije bakterijske proteinaze su se pokazali enzimi izolovani iz bakterija Bacillus subtilis, Bacillus cereus i Baciilus polymixa , tako da je ukupno uzev već 1976. godine četvrtina svetske proizvodnje himozinskog preparata zamenjeno mikrobiološkim proteinazama. U 1980. godini u novcu je to iznosilo 53,2miliona US, a prema najnovijim podacima od svih vrsta komercijalno proizvedenih enzima najveći deo čine upravo enzimi koji se koriste za koagulaciju mleka i to u količini od 25 miliona litara ukupne cene od 100 miliona £.

Primena mikrobioloških proteinaza kao koagulanasa nije se pokazala podjednako uspešnom za sve vrste sireva i u njihovoj aplikaciji su praktični rezultati otišli znatno ispred naučno- teorijskih saznanja. Još uvek ne postoje egzaktni podaci koji bi detaljnije opisivali proces koagulacije, odnosno hidrolize kazeina, od strane mikrobioloških proteinaza kao što je to dobrim delom izučeno kod himozina. Na isti način, o ponašanju ovih enzima u koncentratu mleka dobijenom nakon ultrafiltracije (UF retentatu) u literaturi uopšte name podataka. Čak i o samom himozinu i njegovom ponašanju u UF retentatu postoji izuzetno malo podataka koji su po svojoj prirodi kontraverzni i inkompatibilni

Obzirom da je razvojein ultrafiltracije ostvaren sasvim novi pristup u tehnološkom procesu proizvodnje sira kao i na sve veću upotrebu mikrobiloških proteinaza za koagulaciju mleka, sasvim opravdano se postavlja pitanje kako sa naučnog tako i sa stručnog aspekta, jasnije determinacije dejstva proteolitičkih enzima u UF retentatu. Značaj problema postaje očigledniji kada se ima u vidu podatak da se u svetu godišnje proizvede oko 10 milijardi tona sira uz prosečni godišnji porast od 4% uz sve veću primenu ultra-filtracije u njegovoj proizvodnji.

U tom smislu je cilj istraživanja ove doktorske disertacije bio da se ispita:
– uticaj stepena koncentrisanja mleka ultrafiltracijom na ponašanje i aktivnost himozinskog preparata i mikrobioloških enzima. Za istraživanja su odabrane one vrste proteinaza koje su se pokazale kao najbolje u industrijskoj proizvodnji sira: fungalne proteinaze izolovane iz plesni Mucor miehei (Cooney and Emerson, komercijalni naziv „Rennilase“), Mucor pusillus Lindt („Meito microbial rennet“) i Endothia parasitica („Suparen“) i jedna bakterijska proteinaza izolovana iz Bacillus polymixa („Milkozym“);
– uticaj različitog tretmana retentata nakon ultrafiltracije na aktivnost ovih proteolitičkih preparata;
– uticaj osnovnih parametara koagulacije kazeina na kinetiku pomenutih proteinaza;
– međusobno uporedi dejstvo proteinaza i utvrde razlike od značaja za tehnološki proces proizvodnje sira;
– izvuku što potpuniji zaključci koji bi pre svega, sa aspekta praktične proizvodnje, doprineli proširenju asortimana i povećanju kvaliteta sireva dobijenih procesom ultrafiltracije.

Postavljeni zadaci posebno dobijaju na značaju kada se ima u vidu činjenica, da uprkos stalnoj ekspanziji u primeni ultrafiltracije u tehnološkom procesu proizvodnje sira još uvek ima mnogo nedorečenosti, naročito u pogledu fundamentalnih operacija proizvodnje, te bi rezultati dobijeni ovim istraživanjima predstavljali doprinos daljoj primeni i unapređenju tehnologije proizvodnje sira putem ultrafiltracije.

SADRŽAJ

1. UVOD

2. PREGLED LITERATURE
2. 1. Najnovija saznanja o strukturi kazeina
2.1.1. Hemijski sastav kazeina
2.1.2. Fizička ravnoteža kazeina u mleku
2. 2. Ultrafiltracija mleka
2. 3. Proteolitički enzimi koji se koriste za koagulaciju mleka
2.3.1. Himozinski preparat
2.3.2. Mikrobiološke proteinaze
2.4. Dejstvo proteolitičkih enzima na kazein
2.4.1. Primarna faza koagulacije
2.4.1.1. Nespecifična hidroliza kazeina
2.4.2. Sekundarna faza koagulacije
2.4.3. Tercijarna faza koagulacije
2.5. Uticaj pojedinih parametara na proces koagulacije kazeina
2.5.1. Uticaj pH na proces koagulacije kazeina
2.5.2.Uticaj temperature na proees koagulacije kazeina
2.5.3. Uticaj koncentracije Ca-jona na koagulaciju kazeina
2.6. Koagulacija retentata proteolitičkim enzimima

3. MATERIJAL I METODI RADA

4. REZULTATI I DISKUSIJA
4. 1. Osnovni fizičko-hemijski sastav supstrata
4.1.1. Fizičko-hemijski sastav mleka
4.1.2. Fizičko-hemijski sastav retentata
4.1.3. Fizičko-hemijski sastav permeata
4.1.4. Fizičko-hemijski sastav retentata sa 5 ; 6,5 ; 10 i 13 % proteina
4.2.Uticaj različite koncentracije proteina i proteolitičkih enzima na vreme koagulacije retentata
4.3.Uticaj različite koncentracije proteina na trajanje primarne i sekundarne faze koagulacije
4. 4. Uticaj koncentracije proteina na inicijalnu brzinu primarne faze koagulacije
4.5.Promena viskoziteta retentata različitog sadržaja proteina tokom koagulacije proteolitičkim enzimima
4.6. Uticaj koncentracije proteina i vrste proteinaza na čvrstoću gela retentata
4.7. Uticaj koncentracije proteina na proces sinereze i sastav dobijene surutke
4.8. Uticaj koncentracije proteina u retentatu na retenciju proteinaza u grušu
4.9.Uticaj temperature i koncentracije proteina na dužinu vremena koagulacije, trajanje primarne i sekundarne faze koagulacije i inicijalnu brzinu primarne faze koagulacije
4.10. Uticaj pH i koncentracije proteina na dužinu vremena koagulacije, trajanje primarne i sekundarne faze koagulacije i inicijalnu brzinu primarne faze koagulacije
4.11.Uticaj koncentracije proteina, temperature i pH vednosti na neto količinu izdvojenog neproteinskog azota
4.12.Rezultati elektroforetskih ispitivanja gela retentata koagulisanog ispitivanim proteinazama
4.13. Uticaj koncentracije proteina i vrste proteinaze na mikrostrukturu gela retentata

5. ZAKLJUČCI
ABSTRACT

6. PREGLED LITERATURE
PRILOG: Elektronski mikrografi