Материал: А27137 Проверить Рогов Б.А. Пищевая инженерия производства жировой про

Фосфатазы имеются во всех живых клетках как животного, так и растительного происхождения.

Гликозидазы – ферменты, гидролизующие гликозиды, ди- и полисахариды.

Амилазы содержатся во всех живых организмах, участвуя в обмене веществ у человека и животных, а также в ячмене и других злаках. Они используются в спиртовой, пивоваренной, хлебопекарной промышленностях, при производстве глюкозы, α- и β-амилазы, глюкоамилазы и при гидролизе крахмала. Равновесие этих реакций в основном сдвинуто в сторону гидролиза, поэтому они практически необратимы.

β-амилаза, содержащаяся в ячмене, катализирует гидролиз крахмала до мальтозы. Она обусловливает равномерное повышение восстанавли­вающей способности крахмального раствора, причем вязкость крахмального клейстера снижается медленно. В солоде наряду с β-амилазой содержится α-амилаза, гидролизующая крахмал до декстринов.

α-амилаза вызывает быстрое понижение вязкости крахмального раствора, однако при этом восстанавливающая способность раствора возрастает очень медленно.

Глюкоамилаза отщепляет одиночные остатки глюкозы от нередуцирующего конца цепей крахмала, гликогена и некоторых продуктов гидролиза.

β-глюканаза гидролизует β-1,4-глюкановые связи в целлюлозе и β-глюкане.

Ксиланаза гидролизует β-1,4- и β-1,3-ксилановые связи.

Целлобиогидролазы – ферменты, гидролизующие целлюлозу, отщепляя с невосстанавливающихся концов ангидроглюкозных цепей β-1,4-глюканов целлюбиозу.

α-глюкозидаза – фермент, гидролизующий α-глюкозидную связь в дисахаридах и глюкозидах. Он тождествен ферменту мальтозе. В результате действия этого фермента на мальтозу образуются две молекулы глюкозы. Фермент содержится в солоде.

β-галактозидаза (лактоза) – фермент, гидролизующий лактозу с образованием глюкозы и галактозы. Содержится в так называемых лактозных дрожжах.

β-фруктофуранозидаза (сахароза, инвертаза) – фермент, гидролизующий сахарозу с образованием глюкозы и фруктозы. Содержится в дрожжах, в том числе пивных.

Амидазы катализируют отщепление от амидных групп аммиака (аргиназа, уреаза, аспарагиназа и т. д.) и связывание аммиака.

У

NH₂

Уреаза широко распространена в растениях, особенно в семенах бобовых и в грибах, встречается также в бактериях и во многих плесенях. Уреаза легко подвергается инактивированию ионами тяжелых металлов, а также при соответствующих влаготепловых воздействиях.

При применении бобов сои и продуктов их переработки в виде кормов животных (жмыхов, шротов) уреазу следует инактивировать, так как в противном случае возможно аммиачное отравление животных из-за разложения мочевины, которая может присутствовать в кормах.

Протеазы – ферменты, катализирующие распад пептидной связи белков (пепсин, трипсин и др.).

Пепсин – фермент, гидролизующий белки медленнее, чем другие протеиназы. Еще медленнее он действует на пептиды. В противоположность некоторым другим пептидазам пепсин не действует ни на амиды, ни на сложные эфиры, а гидролизует только пептидные связи. Источником получения пепсина служит желудочный сок.

Трипсин – фермент, гидролизующий связи, в которых карбоксильные группы (не обязательно пептидные) принадлежат основным аминокисло-там – лизину или аргинину. Амиды расщепляются трипсином быстрее, чем пептиды, а сложноэфирные связи – быстрее, чем амиды. Источником получения трипсина служит активированный сок поджелудочной железы.

В семенах сои и других бобовых культур обнаружен ингибитор трипсина, который приводит к торможению его переваривающего действия, по-видимому, за счет образования с трипсином необратимого комплекса. Действие ингибитора трипсина наиболее сильно проявляется в сырой сое, при тепловой обработке происходит инактивация ингибитора вследствие его денатурации. На этом свойстве основана применяемая при переработке семян сои соответствующая влаготепловая обработка, значительно повышающая кормовые достоинства соевого шрота.

4. Лиазы – класс ферментов, разрывающих связи C–C, C–O, C–N и другие в результате реакции элиминирования, что приводит к образованию двойных связей, или, наоборот, присоединяющие определенные группы по двойным связям.

Карбоксилазы кализируют отщепление или фиксацию СО₂ из молекулы аминокислот и оксикислот

R – CH₂ – COOH ↔ R – CH₃ + CO₂

Пируватдекарбоксилаза, или карбоксилаза катализирует расщепление пировиноградной кислоты на ангидрид и СО₂, являющейся важной реакцией при спиртовом брожении. Этот фермент содержится в дрожжах.

Гидролиазы катализируют отщепление или присоединение воды (прежнее название – дегидратазы и гидратазы). В данном случае протекает не гидролиз, так как субстрат не расщепляется на два компонента, как при реакциях, катализируемых гидролазами.

Карбонатгидролиаза катализирует расщепление угольной кислоты на воду и СО₂, содержится в дрожжах.

5. Изомеразы – класс ферментов осуществляющих рацемизацию аминокислот или эпимеризацию углеводов. Изомеразы делятся на пять подклассов. В процессе брожения участвуют следующие изомеразы, содержащиеся в клетках дрожжей:

D-глюкозо-6-фосфат-кетол-изомераза (глюкозофосфатизомераза), осуществляющая обратимое превращение D-глюкозо-6-фосфата в D-фрук-тозо-6-фосфат;

D-глицеральдегид-3-фосфат-кетол-изомераза (триозофосфатизомераза), осуществляющая обратимое превращение D-глицеральдегид-3-фосфата в диоксиацетонфосфат.

D-фосфоглицерат-2,3-фосфомутаза (фосфоглицератфосфомутаза), осущеcт-вляющая обратимое превращение 2-фосфо-D-глицерата в 3-фосфо-D-гли-церат.

Рацемазы обусловливают образование оптически активных метаболитов (оптических антиподов). В случае, когда они осуществляют D-L-пре-вращение субстратов с большим числом асимметричных атомов углерода, их называют эпимеразами. Многие из них в качестве кофермента содержат пиридоксальфосфат. Для пищевых отраслей промышленности весьма важным является фермент глюкозоизомераза, превращающий глюкозу во фруктозу.

6. Лигазы – класс ферментов, катализирующих соединение двух молекул. Процесс этот сопряжен с разрывом пирофосфатной связи в молекуле аденозинтрифосфата (АТФ). Энергия, высвобождаемая при расщеплении, используется для синтеза.

Лигазы (синтетазы) катализируют синтез новых продуктов с образованием новых продуктов с образованием связи атома углерода с атомами кислорода, серы, азота или углерода, обусловливают взаимодействие аминокислот с соответствующей транспортной рибонуклеиновой кислотой. Данный вид лигаз участвует в синтезе белковых веществ, в накоплении биомассы дрожжей при брожении.

3.4.2. Номенклатура выпускаемых ферментных препаратов

Выше описана только небольшая часть наиболее часто встречающихся ферментов. В настоящее время имеется большое количество предприятий, производящих очищенные ферментные препараты, которые применяются при производстве пищевых продуктов.

Выпускаемые промышленностью ферментные препараты отличаются от чистых ферментов тем, что они наряду с активным белком содержат также и различные балластные примеси, а наряду с основным ферментом – также комплекс других ферментов.

Наименование отечественного ферментного препарата складывается из сокращенного названия основного фермента, активность которого в препарате превалирует, видового названия микроорганизма-продуцента и оканчивается во всех случаях на «ин». Для препарата, полученного глубинным культивированием, после названия ставится буква «Г», при поверхностном – «П».

Условно количество фермента в стандартной глубинной или поверхностной культурах обозначаются буквой «х». При этом под «стандартной культурой» понимается готовая культура продуцента, обладающая строго определенной активностью на единицу массы.

Цифры перед буквой «х» в наименовании препарата показывает степень очистки фермента: Пх и Гх – это стандартная исходная культура продуцента без какой-либо очистки; П2х и Г2х – жидкий концентрат растворимых веществ исходной культуры, освобожденный от нерастворимой фазы, с массовой долей сухих веществ 40…50 %; П3х и Г3х – сухие ферментные препараты, полученные высушиванием из поверхностной культуры или фильтрата культуральной жидкости при глубинном культивировании; П10х и Г10х – сухие препараты, полученные осаждением ферментов из вод- ных растворов органическими растворителями или высаливанием; П15х и Г15х – препараты ферментов, очищенных различными методами; П25х и Г25х – высокоочищенные, но не кристаллические ферментные препараты, содержащие до 20…25 % балластных веществ. Например, препарат, в котором преобладает α-амилаза, полученный при культивировании бактерий Bacillus subtilius, называется амилосубтилином ГЗх. Индекс ГЗх означает, что препарат получен при глубинном способе культивирования и концентрат культуральной жидкости высушен на распылительной сушилке Зх.

3.4.3. Основные способы производства ферментных препаратов

Применение высокоочищенных препаратов от 10х до 25х в промышленных условиях ограничено из-за высокой их цены.

Существуют два способа культивирования микроорганизмов – продуцентов ферментов при производстве ферментных препаратов: поверхностный и глубинный.

Поверхностный способ, применяемый для культивирования плесневых грибов, характеризуется развитием мицелия на поверхности твердого или жидкого субстрата. На жидком субстрате образуется пленка мицелия, продуцирующего не только амилолитические ферменты, но и органические кислоты, инактивирующие их, поэтому пользуются твердыми субстратами с развитой поверхностью – пшеничными отрубями, дробиной спиртовой барды, картофельной мезгой и др.

Максимальная активность ферментов достигается при культивировании грибов на пшеничных отрубях. Зрелая культура грибов вследствие обволакивания частиц отрубей мицелием имеет вид плотной войлокообразной массы. Пшеничные отруби содержат в достаточном количестве все вещества, необходимые для питания грибов, поэтому при их использовании не требуется добавлять в питательную среду дополнительные питательные вещества.

При поверхностном культивировании пшеничные отруби должны быть увлажнены и стерилизованы. В стерильных условиях готовят посевную культуру, но выращивают грибы в нестерильных условиях в кюветах, устанавливаемых в растительных камерах. Теплота, выделяющаяся в процессе роста грибов, удаляется продуванием через растительную камеру кондиционированного воздуха.

Во время роста грибов отруби не перемешиваются, посторонние микроорганизмы не распространяются по всей массе и вызывают лишь незначительное местное инфицирование, которое, как правило, не влияет на активность ферментов. Это, однако, не исключает необходимости тщательной стерилизации среды и оборудования. Культуру на отрубях высушивают до массовой доли влаги 10…11 %. В таком виде она может храниться продолжительное время без значительной потери активности фермента.

Недостатком поверхностного способа культивирования является необходимость применения большого количества кювет, расположенных в растительных камерах, обслуживание которых трудно механизировать и, соответственно, приходится применять большое количество ручного труда.

Глубинный способ культивирования производят в герметически закрытых ферментаторах в стерильных условиях на жидкой питательной среде при энергичной аэрации. Процессы обслуживания ферментаторов поддаются механизации. Стерильность глубинной культуры микроорганизма–продуцента положительно отражается на активности ферментного препарата.

Для глубинного культивирования используют жидкие среды, содержащие примеси твердых компонентов. В комплексных средах, основанных на естественном сырье с добавлением отрубей, ростков, кукурузного жмыха, глютелина, свекловичного жома, спиртовой барды, следят за тем, чтобы не было крупных комочков, так как они затрудняют стерилизацию и могут привести к забиванию коммуникаций. Поэтому перед смешением необходимо проводить дробление твердых компонентов и грубую фильтрацию среды.

Жидкую часть питательной среды обогащают питательными солями, гидролизатами белков, аминокислотами, экстрактом кукурузы, различными углеводами. Массовая доля сухих веществ в жидких средах может колебаться от 1,5 до 16 % в зависимости от рода продуцента и принятого режима культивирования.

Посевной материал для засева производственной питательной среды может быть использован трех видов: споры, мицелий и спороносящая культура, выращенные на твердой питательной среде.

Споровый материал готовят поверхностным культивированием на твердой или жидкой питательных средах в специальных аппаратах с кюветами. В первом случае грибы сначала выращивают в пробирке на косом агаре до обильного образования спор, затем полученными спорами засевают колбы со стерильными пшеничными отрубями. Наконец, спроносящую культуру передают в специальный аппарат. По окончании спорообразования в этом аппарате отбирают споры на вибротранспортере при тщательной аспирации.

Споры фасуют в полиэтиленовые мешочки или стеклянные банки, в которых они могут сохраняться при температуре от 8 до 24 С около 1,5 лет

Во втором случае из спор, собранных в пробирке с косым агаром, готовят водную суспензию и ею засевают жидкую питательную среду, которую направляют в растительный аппарат. Из-под спороносящей пленки удаляют жидкую среду, пленку высушивают, снимают с кювет и упаковывают. Готовый споровый материал обладает высокой всхожестью, которая сохраняется свыше 3 лет.

Споры (конидии), полученные любым методом, обладают водоотталкивающей способностью и почти не смачиваются водой. Это их свойство приводит к неравномерности засева среды и, следовательно, к неодинаковой скорости роста культуры. Смачиваемость спор можно улучшить, если добавить в их водную суспензию 25…50 мг поверхностно-активного вещества. При этом всхожесть спор остается без изменения

4. Углеводы

Углеводы – обширная группа природных органических соединений. Они содержатся в животных тканях в значительно меньшем количестве, чем белки и жиры. Очень широко распространены они в растительном мире. Углеводы входят в состав опорных тканей растений (клетчатка) или накапливаются в растениях в качестве запасного питательного материала (крахмал). В зернах злаков, например, содержание крахмала достигает 70 %. Многие растительные ткани почти на 60 % состоят из клетчатки.

Химическая структура углеводов отчасти отвечает общей формуле C_m(H₂O)_n. Таким образом, углеводы состоят, в основном, из углерода и воды – отсюда происходит и их название.

Углеводами называют полиоксиальдегиды и полиоксикетоны, а также производные этих соединений. Из определения следует, что углеводы содержат в своем составе спиртовые и альдегидные или кетонные группы. Эти группы способны вступать во взаимодействие со многими другими соединениями, образуя ряд производных, также относящихся к углеводам.

Различают моно-, олиго- и полисахариды, а также сложные углеводы.

4.1. Моносахариды

Моносахариды (монозы) представляют собой оксиальдегиды (альдозы) или оксикетоны (кетозы), в которых карбонильная группа расположена рядом с гидроксилом. По числу содержащихся углеродных атомов моносахариды подразделяют на биозы, триозы, тетрозы, пентозы, гексозы.

В химии пищевых продуктов важное значение имеют пентозы и гексозы. Все пентозы и гексозы оптически активны.

Из числа пентоз следует отметить арабинозу, ксилозу, рибозу и дезоксирибозу.

Пентозы встречаются в открытой и в циклической полуацетальной форме. В последнем случае появляется дополнительный асимметричный атом углерода, дающий α- и β-форму:

Из числа гексоз важное значение имеют глюкоза (альдогексоза) и фруктоза (кетогексоза), которые могут существовать в следующих двух таутомерных формах:

О

||

С–Н

|

* СНОН

|

* СНОН

|

* СНОН

|

*СНОН

|

СН₂ОН

альдогексоза

альдогексоза

СН₂ОН

|

С═О

|

*СНОН

|

*СНОН

|

*СНОН

|

СН₂ОН

кетогексоза