Хидролиза на въглехидрати... В много хранителна продукциясе извършва хидролиза на хранителни гликозиди, олигозахариди и полизахариди. Хидролизата зависи от много фактори: рН, температура, аномерна конфигурация, ензимен комплекс. Той е важен не само за процесите на получаване на храна, но и за процесите на тяхното съхранение. Във втория случай реакциите на хидролиза могат да доведат до нежелани промени в цвета или, в случай на полизахариди, да доведат до неспособността им да образуват гелове.

Сега се обръща голямо внимание на получаването на различни сиропи от зърнена захар от евтини съдържащи нишесте суровини и нишесте (ръж, царевица, сорго и др.). Производството им се свежда до използването на различни комбинации от амилолитични ензимни препарати (а-амилаза, глюкоамилаза, b-амилаза). Получаване на глюкоза (с използване на глюкоамилаза), а след това действието на глюкозоизомераза прави възможно получаването на глюкозо-фруктозни и високо-фруктозни сиропи, чието използване дава възможност да се замени захарозата в много индустрии.

При получаване на захарни сиропи от нишесте, степента на превръщане на нишестето в D-глюкоза се измерва в единици глюкозен еквивалент(GE) е съдържанието (в%) на образуваните редуциращи захари, изразено в глюкоза на сухо вещество (DS) в сиропа.

Таблица 10: Състав и сладост на типичните сиропи с висока фруктоза

Хидролиза на нишесте.

1. По време на хидролизата на нишестето под действието на киселини първо има отслабване и разкъсване на асоциативните връзки между макромолекулите на амилозата и амилопектина. Това е придружено от нарушение на структурата на нишестените зърна и образуването на хомогенна маса. Следва разкъсване на a-D- (l, 4)- и a-D- (1,6) -връзки с добавяне на водна молекула на мястото на разкъсване. В хода на хидролиза броят на свободните алдехидни групи се увеличава и степента на полимеризация намалява. Като хидролиза и растеж намаляване(редуциращи) вещества, съдържанието на декстрини намалява, глюкозата - нараства, концентрацията на малтоза, три- и тетрасугари първо се увеличава, след това количеството им намалява (фиг. 11). Крайният продукт на хидролизата е глюкозата. На междинните етапи се образуват декстрини, три- и тетрасугари, малтоза. Определена стойност на глюкозния еквивалент съответства на определено съотношение на тези продукти и чрез промяна на продължителността на хидролизата и условията на нейното провеждане е възможно да се получат различни съотношения на отделни продукти на хидролиза при една или друга стойност на глюкозата еквивалентен.

Ориз. 11. Промяна в съдържанието на захар по време на киселинна хидролиза на нишесте

Киселинната хидролиза отдавна е централна за производството на глюкоза от нишесте. Този метод има редица значителни недостатъци, свързани с използването на високи концентрации на киселини и висока температура, което води до образуване на продукти на термично разграждане и дехидратация на въглехидратите и реакция на трансгликозилиране.

2. Нишестето също се хидролизира под действието на амилолитични ензими. Групата на амилолитичните ензими включва а- и b-амилаза, глюкоамилаза и някои други ензими. Амилазите са два вида: ендо-и екзоамилаза.

Ясно изразено ендоамилазае а-амилазаспособни да разрушават вътремолекулни връзки във високо полимерни вериги на субстрата. Глюкоамилазаи б- амилазаса екзоамилази, т.е. ензими, атакуващи субстрата от нередуциращия край.

а-амилаза, действайки върху цялото нишестено зърно, го атакува, разхлабва повърхността и образува канали и канали, тоест сякаш разделя зърното на парчета (фиг. 12). Желатинизираното нишесте се хидролизира от него, за да образува продукти, които не са оцветени с йод, главно нискомолекулни декстрини. Процесът на нишестена хидролиза е многоетапен. В резултат на действието на а-амилаза в първите етапи на процеса в хидролизата се натрупват декстрини, след това се появяват тетра- и трималтоза, които не са оцветени с йод, които много бавно се хидролизират от а-амилаза до ди- и монозахариди.

Ориз. 12. Хидролиза на нишесте чрез а-амилаза

Схемата на хидролиза на нишесте (гликоген) чрез а-амилаза може да бъде представена, както следва:

b-амилазата е екзоамилаза, проявяваща афинитет към предпоследната а- (1,4) -връзка от нередуциращия край на линейната област на амилоза или амилопектин (фиг. 13). За разлика от а-амилазата, b-амилазата практически не хидролизира естественото нишесте; желатинизираното нишесте се хидролизира до малтоза в b-конфигурацията. Веригата може да бъде записана по следния начин:

Ензимната хидролиза на нишестето присъства в много хранителни технологии като един от необходимите процеси за осигуряване на качеството на крайния продукт - в хлебопекарната (процесът на приготвяне на тесто и печене на хляб), производството на бира (производство на бирена мъст, сушене на малц), квас (приготвяне на квасен хляб), алкохол (приготвяне на суровини за ферментация), различни захарни нишестени продукти (глюкоза, меласа, захарни сиропи).

3. Киселинно-ензимният метод на хидролиза включва предварително третиране с киселина, а след това и действието на ензимите а-, b- и (или) глюкоамилаза. Използването на такъв комбиниран метод на нишестена хидролиза отваря широки възможности за получаване на сиропи от даден състав.

Хидролиза на захароза.Тъй като захарозата се използва като суровина в много индустрии, е необходимо да се вземе предвид нейната изключителна способност да хидролизира. Това може да се случи при нагряване в присъствието на малки количества хранителни киселини. Получените редуциращи захари (глюкоза, фруктоза) могат да участват в реакциите на дехидратация, карамелизация и образуване на меланоидин, образувайки цветни и ароматни вещества. В някои случаи това може да не е желателно.

Ензимната хидролиза на захарозата под действието на b-фруктофуранозидаза (сукраза, инвертаза) играе положителна роля в редица хранителни технологии. Когато b-фруктофуранозидазата действа върху захарозата, се образуват глюкоза и фруктоза. Поради това в сладкарските изделия (по-специално в бонбоните с фондан) добавянето на b-фруктофуранозидаза предотвратява застояването на бонбоните, в хлебните изделия помага за подобряване на аромата. Инверсията на захарозата под действието на b-фруктофуранозидаза се извършва в началния етап на производството на гроздови вина. Инвертираните сиропи, получени чрез действието на β-фруктофуранозидаза върху захарозата, се използват при производството на безалкохолни напитки.

Ензимна хидролиза на не-нишестени полизахариди.Тази хидролиза протича под действието на ензими от целулолитичния, хемицелулазния и пектолитичния комплекс. Използва се в хранителните технологии за по -пълна обработка на суровините и подобряване на качеството на продуктите. Например, хидролизата на нишестени полизахариди (пентозани и др.) По време на малцоването е важна при последващото образуване на цветни и ароматни продукти (при сушене на малц и създаване на определени органолептични свойства на бирата). При производството на сокове и във винопроизводството - за избистряне, увеличаване добива на сок, подобряване на условията на филтрация.

Хидролизата на целулозата протича под действието на комплекс от целулолитични ензими. Според съвременните концепции хидролизата на целулозата под действието на ензими от целулолитичния комплекс може да бъде представена по следния начин:

Реакции на дехидратация и термично разграждане на въглехидратите... При преработката на хранителни суровини в хранителни продукти тези реакции заемат важно място. Те се катализират от киселини и основи и много от тях следват пътя на b-елиминиране. Пентозите, като основен продукт на дехидратацията, дават фурфурол, хексози - оксиметилфурфуроли други продукти като 2-хидроксиацетилфуран, изомалтоли малтол... Фрагментацията на въглеродните вериги на тези продукти на дехидратация води до образуването мравчена, млечна, оцетна киселинаи редица други съединения. Някои от получените продукти имат определен мирис и следователно могат да придадат желан или, обратно, нежелан аромат на хранителния продукт. Тези реакции изискват високи температури.

Реакциите, които протичат по време на топлинната обработка на захарите, могат да бъдат разделени на тези, които протичат без разрушаване на C-C връзките, и тези, които протичат с тяхното разрушаване. Първите включват реакции на аномеризация:

и вътрешно преобразуване на алдозо-кетоза, например:

В сложни въглехидрати, като нишесте, при тежки условия на нагряване - пиролиза при високи температури (200 ° C) - реакциите на трансгликозилиране играят важна роля. При тези условия броят на (1,4) -a-b-връзките намалява с времето, образуват се a (l, 6) -a-D- и дори (1,2) -b-D-връзки.

Когато глюкозата се получава чрез кисела хидролиза на нишесте, която обикновено се провежда в силно кисела среда при висока температура, изомалтозаи генитобиоза... Появата на такива реакции е отрицателна характеристика на киселинния метод за производство на глюкоза.

Топлинната обработка на някои храни може да доведе до значителни количества безводна захар, особено когато сухите преработени храни съдържат D-глюкоза или D-глюкозни полимери.

Реакциите с разцепването на С-С връзките водят до образуването летливи киселини, кетони, дикетони, фурани, алкохоли, аромати, въглероден окис и диоксид.

Реакции на образуване на кафяви продукти... Потъмняването на храните може да възникне в резултат на окислителни или неокислителни реакции. Окислително или ензимно покафеняванее реакция между фенолен субстрат и кислород, катализирана от ензима полифенол оксидаза. Това покафеняване, което се случва на парчета ябълки, банани, круши, не е свързано с въглехидрати.

Неокислително или неензимно покафеняванепредставени в хранителните продукти много широко. Той е свързан с реакции на въглехидрати и включва явлението карамелизиранеи взаимодействие на въглехидрати с протеини или амини... Последната е известна като реакция на Maillard.

Карамелизация.Директното загряване на въглехидратите, особено захарите и захарните сиропи, насърчава комплекс от реакции, наречени карамелизиране... Реакциите се катализират от ниски концентрации на киселини, основи и някои соли. Това произвежда кафяви продукти с типичен карамелен вкус. Чрез регулиране на условията е възможно реакциите да се насочат главно към получаване на аромат или към образуване на цветни продукти. Умереното (първоначално) загряване на захарните разтвори води до аномерни промени, разкъсване на гликозидни връзки и образуване на нови гликозидни връзки. Но основните са реакцията на дехидратация с образуването на безводни пръстени. Като резултат, дихидрофуранони, циклопентанолони, циклохексанолони, пиронии др. Конюгираните двойни връзки адсорбират светлината с определени дължини на вълните, придавайки на продуктите кафяв цвят. Често в ненаситени пръстенови системи може да възникне конденз в полимерни пръстенни системи. Обикновено захарозата се използва за получаване на карамелен цвят и аромат. При нагряване на разтвор на захароза в присъствието на сярна киселина или кисели амониеви соли се получават интензивно оцветени полимери. захарен цвят»За използване в различни хранителни продукти - в производството на напитки, карамел и др. Стабилността и разтворимостта на тези полимери се увеличава в присъствието на НСО 3 -йони:

Карамелните пигменти съдържат различни групи - хидроксил, киселина, карбонил, енол, феноли други Скоростта на реакцията на образуване на карамелени пигменти се увеличава с повишаване на температурата и рН. При липса на буферни соли, полимерно съединение хуминс горчив вкус ( средна формула C 125 H 188 O 90); при производството на храни това трябва да се има предвид и да не се допуска образуването му.

Комплексът от реакции, които протичат по време на карамелизирането, води до образуването на разнообразни пръстенови системи с уникален вкус и аромат. И така, малтолът и изомалтолът имат миризма на печен хляб, 2-Н-4-хидрокси-5-метилфуранон-3-миризмата на пържено месо. Освен това тези храни имат сладък вкус, което определя и тяхната положителна роля в храните.

Реакция на Maillard (образуване на меланоиди).Реакцията на Maillard е първата стъпка в неензимната реакция на покафеняване на храните. Реакцията изисква редуцираща захар, аминово съединение (аминокиселини, протеини) и малко вода.

Ориз. 13. Схематично представяне на трансформациите по време на покафеняване на хранителни продукти

Всички процеси, протичащи по време на потъмняването на храната (фиг. 13), все още не са точно определени, но началните етапи са проучени много подробно. Установено е, че в допълнение към реакцията на Maillard, дехидратацията настъпва с образуването на оксиметилфурфурол, разкъсване на веригата, образуването на дикарбонилни съединения, образуването на пигменти меланоидин, които се образуват в крайните етапи и имат цвят от червено-кафяв до тъмно кафяво. Ако на първите етапи е възможно известно обезцветяване с добавяне на редуциращи агенти (например сулфит), то на последния етап това вече не е възможно.

Ако образуването на кафяви пигменти е нежелателно за хранителните продукти, е възможно да се инхибират протичащите реакции, например значително намаляване на влагата (за сухи продукти), намаляване на концентрацията на захар (разреждане), рН и температура (за течности продукти). Един от компонентите на субстрата (обикновено захар) може да бъде отстранен. Например, при производството на яйчен прах, глюкозооксидазата се добавя преди сушене, за да се предотврати появата на миризма, което води до разрушаване на D-глюкоза и образуване на D-глюконова киселина:

В допълнение към отстраняването на захарта, водородният пероксид, образуван по време на този процес, и повишаването на температурата водят до намаляване на бактериалното замърсяване (виж таблица 3.8). За да се предотврати покафеняване на риба, съдържаща значителни количества рибоза, се добавят бактерии с активност на D-рибоза оксидаза.

Серен оксид (SO 2) и неговите производни потискат реакцията на покафеняване в хранителните продукти, но използването им е ограничено от възможността за образуване на леко токсични компоненти в сулфитирани хранителни продукти. Търсенето на други инхибитори обаче продължава, досега намерени заместители ( цианиди, димедон, хидроксиламин, хидразин, меркаптани, бром) са неприемливи поради токсичност. Този начин на защита срещу покафеняване обаче не пречи на продукта да загуби аминокиселини (например лизин), тъй като реакцията със сулфитни йони протича в последните етапи на образуване на меланоидин.

Окисление до алдонова, дикарбоксилна и уронова киселини... Способността на алдозата да се окислява също е важна за храната. При определени условия е възможно окисляване до алдонови киселини и b-формата се окислява по-бързо от а-формата. Продуктът на окисляване е b-лактон, който е в равновесие с g-лактон и свободната форма на алдонова киселина (фиг. 14). Последната форма преобладава при рН 3.

Фиг. 14. Окисление на D-глюкоза

Глюконо-b-лактонът може да присъства в храните в слабо кисела среда, където се наблюдава бавна реакция, като например при приготвянето на някои млечни продукти. Под действието на по -силни окислители (например азотна киселина) се образуват дикарбоксилни киселини.

Окисляването до уронови киселини е възможно само когато карбонилната група е защитена (фиг. 15).

Ориз. 15. Окисление на D-галактоза до D-галактуронова киселина

Един от индустриалните методи за получаване на глюкуронова киселина - окисляване по време на хидролиза на нишесте - е показан на фиг. 16.

Ориз. 16. Един от индустриалните методи за производство на глюкуронова киселина

Уроновите киселини са често срещани в природата. Някои от тях са структурни компоненти на полизахариди, които са важни в хранителните процеси като желиране и сгъстяване. пектин(D-галактуронова киселина), алгинова киселинаот водорасли (D-мануронова киселина, а-гулуронова киселина).

Окисляване, катализирано от ензими.Тук на първо място трябва да се каже за окисляването на глюкозата под въздействието на глюкозна оксидаза.

От гледна точка на приложение в хранителните технологии, системата от глюкозооксидаза - каталаза представлява интерес.

Глюкозооксидазата има изключителна специфичност за глюкозата. Действието му е показано на диаграмата, показана на фиг. 17.

Ориз. 17. Действие на глюкозна оксидаза

Тази реакция е ефективен методотстраняване на кислород от напитки (сокове, бира), тъй като кислородът участва в образуването на пероксиди и вещества, които водят до промяна в цвета и миризмата на продуктите. Използването на глюкозна оксидаза дава възможност да се инхибира протичането на реакцията на Maillard.

Ферментационни процеси. Ферментация- процес (в който участват въглехидрати), използван в редица хранителни технологии: по време на приготвяне на тесто при производството на хляб, в производството на бира, квас, алкохол, вино и други продукти.

Алкохолната ферментация се извършва поради жизнената активност на редица микроорганизми. Най -типичните алкохолни ферментационни организми са дрождите от рода Saccharomyces. Общата алкохолна ферментация може да се изрази със следното уравнение:

Това обобщено уравнение не отразява факта, че обикновено в допълнение към основните ферментационни продукти - етилов алкохол и въглероден диоксид, някои други вещества винаги се образуват в незначителни количества, например кехлибар, лимонена киселина, както и смес от амил, изоамил, бутил и други алкохоли, оцетна киселина, дикетони, ацеталдехид, глицерин и редица други съединения, наличието на следи от които определя специфичния аромат на вино, бира и други алкохолни напитки .

Различните захари се ферментират от дрожди с различна скорост. Най -лесно ферментиралата глюкоза и фруктоза, по -бавната - маноза, още по -бавно - галактоза; пентозите не се ферментират от дрожди. От дизахаридите добър субстрат за алкохолна ферментация е захарозаи малтоза... Въпреки това, и двете захари се ферментират само след предварителна хидролиза в съставляващите ги монозахариди от а-гликозидазни ензими.

В присъствието на кислород алкохолната ферментация спира и маята получава енергията, необходима за тяхното развитие и живот чрез кислородно дишане. В същото време дрождите консумират захар много по -икономично, отколкото при анаеробни условия. Прекратяването на ферментацията под въздействието на кислород се нарича „ Пастеров ефект».

Друг вид ферментация, който е важен за хранителните технологии, е млечнокиселата ферментация, при която две молекули се образуват от една хексозна молекула млечна киселина:

C6H12O6 = 2CH3 -CHOH -COOH

Млечнокиселата ферментация играе много важна роля в производството на млечнокисели продукти ( кисело мляко, ацидофилус, кефир, кумис), в производството на квас, предястия за хляб и " течна мая»За печене, за мариноване на зеле, краставици, за фураж за силозиране.

Всички микроорганизми, които причиняват млечнокисела ферментация, се разделят на две големи групи... Първата група включва верни микроорганизми анаеробнии ферментиране на хексози в строго съответствие с горното обобщено уравнение за ферментация на млечна киселина. Те се наричат хомоферментативни млечнокисели бактерии... Втората група се формира от хетероензимни млечнокисели бактерии, които в допълнение към млечната киселина образуват значителни количества други продукти, по -специално оцетна киселина и етилов алкохол.

Нишестените продукти със сладък вкус се получават, като се използва способността на нишестето да се озахари под действието на киселини и ензими. По време на киселинна хидролиза на нишесте под действието на водородни йони се разрушават а-1,4- и а-1,6-гликозидни връзки. На мястото на разкъсване водородният атом на водата с кислорода на гликозидния мост образува алдехидна група в полуацетална форма при първия въглероден атом на глюкозния остатък. С увеличаване на броя на прекъсванията, намаляващата способност на хидролизатите се увеличава. Крайният продукт на киселата хидролиза на нишестето е глюкозата. Превръщането на нишестето в глюкоза се изразява общо уравнение: В зависимост от условията и продължителността на киселинната хидролиза се получават нишестени хидролизати, които се различават по въглехидратния състав: съдържанието на декстрини, тетра- и тризахариди, малтоза, глюкоза.

Нишестените хидролизати с висок GE са по -сладки, хигроскопични, повишават осмотичното налягане и имат консервантен ефект. Хидролизатите с ниско GE се отличават с висок вискозитет, антикристализационен ефект и са в състояние да стабилизират пените и емулсиите.

Понастоящем хидролизата на нишесте с използването на ензими става все по -важна. Те действат по специфичен начин. Следователно се получават хидролизати с даден въглехидратен състав. Нишестените хидролизати се получават и по комбиниран киселинно-ензимен метод.

Общите етапи в производството на нишестени хидролизати са: приготвяне на нишесте за преработка - промиване, пречистване от примеси; хидролиза на нишесте - желатинизиране, втечняване и озахаряване до желания етап (проверено чрез йоден тест); неутрализиране на киселина или ензимно инактивиране; пречистване на хидролизати от неразтворими и разтворими примеси, включително багрила; концентрация - изпаряване на продуктите, получени в течна форма, изпаряване и сушене или кристализация на прахообразни продукти.

Нишестен сироп

Нишестеният сироп се произвежда от зърнено и картофено нишесте.

Меласата е продукт на непълна хидролиза на нишесте; е сладка, гъста, много вискозна течност, безцветна или с жълтеникав оттенък. Меласата принадлежи към основните видове суровини за сладкарско производство, използва се за приготвяне на търговски сиропи, в хлебопекарната. Основните вещества, които съставляват меласата: декстрини, глюкоза, малтоза. Редуциращата способност на меласата се дължи на глюкозата и малтозата. Сладостта на меласата и нейната хигроскопичност зависят от съдържанието на глюкоза. Меласата, в която редуциращите вещества са представени предимно от малтоза, е по -малко хигроскопична. Колкото повече декстрини в меласата, толкова по -висок е нейният вискозитет и способността да забавя кристализацията на захарите.

В зависимост от целта, меласата се произвежда с ниско съдържание на захар, със средна степен на захаризация на нишесте - карамелизирано и с високо съдържание на захар - глюкоза. Масова част на редуциращите вещества (по отношение на сухото вещество,%) в меласата: ниско съдържание на захар-30-34, карамел-34-44 и глюкоза с висока захар-44-60.

В сладкарската индустрия меласата с ниско съдържание на глюкоза се използва за производството на продукти, които лесно могат да абсорбират влагата от околната среда - карамел, халва, и с повишена - за продукти, които бързо изсъхват по време на съхранение - червило, бити сладкиши, бисквити, и т.н., а качеството на меласата се влияе значително от начина, по който нишестето се хидролизира.

Киселинна хидролиза меласа.При получаване на меласа се извършва хидролиза на нишесте под действието на солна киселина при излишно налягане и температура около 140 ° С.

Заедно с глюкозата, киселинният хидролизен сироп с ниска захар съдържа високомолекулни декстрини с различна степен на полимеризация, включително тези със свойства, близки до нишестето. Такива декстрини са способни на бърза ретроградация. Меласата лесно губи своята прозрачност и става млечна. Неговият висок вискозитет и лепкавост затрудняват производството на карамел.

При по -дълбока кисела хидролиза на нишестето, заедно с неговото озахаряване, възникват странични реакции на реверсия и разлагане на глюкозата. Обръщането на глюкозата е обратим процес на нейната полимеризация с образуването на предимно дизахариди - гентиобиоза, изомалтоза и други, както и тризахариди и по -сложни олигозахариди: В нишестените хидролизати продуктите за обръщане на глюкозата могат да бъдат 5% или повече. Те забавят кристализацията на захароза в захарни сиропи поради увеличаване на разтворимостта на захарната смес.

Разграждането на глюкозата по време на хидролизата на нишесте се дължи на кисела реакция на средата и висока температура. При тези условия е възможна дехидратация на глюкозата. Когато три водни молекули се отделят от глюкозата, се образува оксиметилфурфурол - нестабилен

съединение, способно да се разлага до левулинова и мравчена киселини. Когато оксиметилфурфуролът се полимеризира, се образуват жълто-кафяви оцветители.

Продуктите на разпадане на глюкозата, които се натрупват в меласата, влошават нейния състав, цвят и повишават хигроскопичността. Меласата съдържа 0,002-0,008% оксиметилфурфурол. Примесите, присъстващи в нишестето, допринасят за висока температура и други странични реакции с образуването на тъмно оцветени съединения. Меласата, сварена във вакуумен апарат до 78% от сухото вещество, бързо се охлажда до 40-45 ° C. Киселинният метод произвежда предимно карамелен сироп - средна степен на озахаряване.

Силно захар - глюкозен сироп, получен чрез киселинна хидролиза, е нестабилен по време на съхранение поради кристализация на глюкоза. Има горчив послевкус поради съдържанието на продукти за реверсия, повишен цвят.

Стандартизиран (по отношение на сухото вещество), в допълнение към редуциращите вещества, съдържанието на пепел - не повече от 0,4-0,55%, киселинност, в зависимост от вида и вида нишесте - от 12 до E7 ml 1 N. Разтвор на NaOH, рН на меласа - не по -ниско от 4,6. Когато готвите карамелена проба от меласа, трябва да се образува прозрачен бонбон без тъмни петна и ивици.

Ензимна меласахидролиза. Процесът на хидролиза протича при ниска температура (около 60 ° C). Използват се ензими от покълнали зърнени храни, плесени и бактерии. Амилолитичните ензими разграждат, втечняват и изхвърлят нишестето. Те действат специфично, следователно получават хидролизати с даден въглехидратен състав.

Ензимът а-амилаза разцепва а-1,4-гликозидни връзки главно в средата на амилоза и амилопектинови макромолекули, образувайки нискомолекулни декстрини и малко малтоза. Р-амилазата също хидролизира а-1,4-гликозидни връзки на нишесте, но последователно отцепва два глюкозни остатъка-малтоза от нередуциращите краища на веригите. Този ензим хидролизира почти напълно амилозата, амилопектинът с 50-55%, тъй като спира да действа върху клоните на молекулите с а-1,6-връзка, оставяйки декстрини с високо молекулно тегло неразцепени. Глюкоамилазата напълно хидролизира нишестето.

/ Нишестен нишестен сироп за ензимна хидролиза използвайте ензима а-амилаза. Меласата се характеризира с ниско съдържание на редуциращи вещества, особено глюкоза. Състои се главно от нискомолекулни декстрини. рН при 5.6. Тази меласа остава бистра и течна по време на съхранение. Използва се при производството на нискохигроскопичен карамел и други сладкарски изделия, за които е важно намаляване на хигроскопичността.

Меласа с високо съдържание на захар произведени чрез киселинно-ензимна хидролиза. Първо, нишестето се хидролизира с киселина до съдържание на 42-50% редуциращи вещества, след това се добавя ензимен препарат от а-амилаза към неутрализирания хидролизат, охладен до 55 ° C и съдържанието на глюкоза се регулира до 41-43%. Този метод намалява образуването на продукти на реверсия и разграждане на глюкозата. Меласата има чист сладък вкус. Може да се използва за частично заместване на захарта при производството на маршмелоу, сладкиши с фондан и други продукти.

Силно захарен сироп с по-високо съдържание на глюкоза (47%) и общо количество редуциращи вещества (68-75%) може да бъде получен с помощта на ензима глюко-амилаза. Тази меласа се използва в хлебопекарната и пивоварството.

U Малцов сироп по-известен като продукт, който се получава от нишесте и съдържащи нишесте суровини-царевица, просо, висококачествено брашно. За озахаряване на нишестето се добавя малц, съдържащ малцообразуващия ензим р-амилаза. Цветът на тази меласа е кафяв, миризмата е леко малцова, вкусът е сладък, с малцов послевкус. Reducttrugotdtgh вещество "съдържа не по -малко от 65%, пепел - не повече от 1,3% по отношение на сухото вещество. Малтозният сироп се използва за печене или като сладък сироп. Разработена е нова технология за производство на сироп от малтоза. Те се приготвят от нишесте с помощта на ензимни препарати. Поради ниското съдържание на глюкоза (до 10%), малтозният сироп, получен по този начин, е с ниска хигроскопичност, има нисък вискозитет и е подходящ за приготвяне на карамелен бонбон.

Сиропът с високо съдържание на малтоза се използва за получаване на нови продукти - хидрогенирани нишестени сиропи. В зависимост от въглехидратния състав на меласата, тези сиропи съдържат малтитол, сорбитол и многоатомни алкохоли. Те са по -сладки от оригиналната меласа. По отношение на сладостта, малтитолът приблизително съответства на захарозата, не се абсорбира от организма, поради което може да се използва при производството на висококалорични хранителни продукти. Декстрино-малтозен сироп получени главно от картофено нишесте под действието на ензими от малцов екстракт. Това е вискозна гъста течност с кехлибарен жълт цвят с мирис и вкус на малц, съдържа приблизително равни количества малтоза и декстрини, малко глюкоза (не повече / т.е. 10% тегловни суха материя меласа).

Сиропът от малтоза-декстрин се произвежда със съдържание на сухо вещество 79 или 93% (сухо). Тази меласа се използва за приготвяне на продукти за хранене на малки деца - млечни формули и други.

Малц- екстракт - диетичен хранителен продукт, който представлява варена водна екстракция от самия малц.

Съхранение и транспортиране на нишестен сироп. Трейл се съхранява в резервоари с вместимост до 2000 тона, чиято вътрешна повърхност е покрита с лак за храна. Транспортира се в железопътни цистерни, дървени и метални бъчвис вътрешно покритие от лакола ^ ли с цинк. Дрънката е опакована в стъклени буркани.

По време на съхранение е недопустимо влагата да попадне в меласата, тъй като лесно се абсорбира на местата на втечняване. Високите температури на съхранение потъмняват меласата и насърчават ферментацията. Съдът трябва да се съхранява при температура около 10 ° C и относителна влажност до 70%. Малтодекстрини. Продуктите на ензимната хидролиза на нишестето включват и малтодекстрини - полимери, чиято молекула е съставена от пет до десет глюкозни остатъка. Делът на редуциращите вещества в малтодекстрините е около 5-20%. Малтодекстрините са без вкус, без мирис; при концентрация над 30% / те образуват вискозни разтвори, способни да забавят кристализацията. Малтодекстрините се използват като пълнители в производството на храни. Желиращият малтодекстрин малтин е способен да се топи като мазнини. Неговият гел образува стабилни емулсии. Малтинът се използва като добавка в производството на сладолед и кремове.

Ензимна хидролиза на нишесте

Основният процес при преработката на нишестесъдържащи суровини във ферментационни инсталации е хидролизата на нишестето чрез амилолитични ензими от малц и ензимни препарати. Въглехидратната част на нишестето се състои от два полизахарида: амилоза и амилопектин.

Амилозата и амилопектинът се изграждат от глюкозни остатъци C 6 H 10 O 5. Амилозата има молекулно тегло 3 · 10 5 - 1 · 10 6, молекулното тегло на амилопектина достига стотици милиони. Диаграмата на структурата на амилозната молекула е представена под формата на дълга верига от глюкозни остатъци, свързани чрез глюкозидни α-1,4-връзки. Няколко такива паралелни вериги са свързани в молекулата на амилозата. Във всеки от тях остатъците от глюкоза са подредени по спирала. Диаграмата на структурата на молекулата на амилопектина е представена под формата на разклонена верига, състояща се от голям брой глюкозни остатъци (около 2500). Основната верига, към която са прикрепени страничните клони, се състои от 25 до 30 глюкозни остатъка. Всеки отделен страничен клон се състои от 15 - 18 остатъка, а сегментите на вътрешната верига (между клоните) - от 8 - 9 такива остатъка. Страничните вериги от своя страна са свързани със съседни вериги. В амилопектина, глюкозните остатъци в рамките на една верига са свързани помежду си, както в амилозата, чрез α-1,4-връзка. Но връзката между отделните вериги в амилопектина се осъществява чрез α-1,6-глюкозидни връзки.

Ензимната хидролиза на нишестето се извършва от амилолитични ензими. Амилолитичният комплекс от малц (покълнали зърна) се състои от α- и β-амилаза и декстриназа (олиго-α-1,6-глюкозидаза). Ензимните препарати съдържат а-амилаза, олиго-а-1,6-глюкозидаза и глюкоамилаза. Всеки ензим има свои специфични характеристики, които определят определени качествени характеристики на получените продукти.

α-амилазата е ендозим, който хидролизира α-1,4-връзките в молекулата на амилозата и амилопектина. Механизмът на действие на ензима е многоверижен, разстроен; в резултат на това се образуват продукти от непълна хидролиза на нишесте-α-декстрини, поради което α-амилазата се нарича декстриниращ ензим. При продължително действие на а-амилазата върху амилозата, ензимът я превръща почти напълно в малтоза и малко количество глюкоза.

Действието на а-милаза върху амилопектин води до образуването на малтоза и нискомолекулни декстрини с 5 до 8 глюкозни остатъка. Това поведение на α-амилазата се дължи на факта, че ензимът не действа върху α-1,6-глюкозидни връзки в клоните на амилопектиновите макромолекули.

β-амилазата е екзоензим, който хидролизира α-1,4-връзките от нередуциращите краища на амилоза и амилопектинови молекули, за да образува малтоза. Това е ензим, произвеждащ захар, който не разцепва α-1,6 връзките.

С комбинираното действие на а- и β-амилази върху нишестето 95% се превръщат в малтоза и 5% в нискомолекулни гранични декстрини, съдържащи α-1,6-глюкозидни връзки.

Просоните и овесените малцове съдържат ензима декстриназа, който разрушава α-1,6-глюкозидната връзка в амилопектина и ограничава декстрините.

Глюкоамилазата е екзоензим, който разцепва както α-1,4-, така и α-1,6-глюкозидни връзки. Действайки от несводимите краища на молекулите на амилоза и амилопектин, глюкоамилазата отцепва глюкозна молекула в β-формата.

Основните фактори, влияещи върху скоростта на ензимните реакции, са температура, рН, концентрацията на вещества в субстрата и ензимите. С повишаване на температурата ензимната хидролиза на нишестето се ускорява, но при достигане на определена температура ензимите се инактивират.

β-амилазата от ечемичен малц има ниска термична стабилност при нагряване до 70 ° C, той се разрушава; термичното инактивиране на този ензим при 70 ° C е почти напълно завършено за няколко минути.

α-амилазата от ечемичен малц има по-висока термична стабилност и се разгражда при температура от около 80 ° C.

Оптималната температура за β-амилазата в кашата е 63 ° C, а за α амилазата 70 ° C. V оптимални условияедна молекула β-амилаза може да хидролизира 237 000 връзки в минута.

Оптималната температура за действието на глюкоамилаза на микроскопични гъбички и бактерии е 55 - 60 ° C. α-амилазата от ензимни препарати с бактериален произход има висока термична стабилност. Оптималната му работна температура е 85 - 95 ° C.

Всеки ензим има оптимален рН, при който е най -активен; при по -високи или по -ниски стойности на рН, активността на ензима намалява. Максималната активност на α-амилазата се проявява при рН 5.7, а β-амилазата-при рН около 4.8. при рН 2,3 и 9,7, амилазите са напълно инактивирани.

Оптималната стойност на рН за а -амилаза на микроскопични гъби е 4,5 - 5,0, за глюкоамилаза - 4,5 - 4,6, за бактериална а -амилаза - 5,0 - 6,0.

Скоростта на ензимната реакция се увеличава с увеличаване на концентрацията на ензима, но до определена граница. Преди образуването на 75 - 80% от теоретичното количество малтоза (79,1 - 84,4 g от 100 g нишесте), реакцията на захариране протича бързо, а след това рязко се забавя: тя върви 1000 пъти по -бавно, отколкото в началото на разцепването.

С увеличаване на концентрацията на екстрактивни вещества в субстрата, ензимната хидролиза на нишестето се забавя. Това се дължи на факта, че с увеличаване на концентрацията на веществата вискозитетът на кашата се увеличава, в резултат на което процесът на дифузия между субстрата и ензима става по -труден.

Хидролизата на нишесте обикновено се следи от цвета, осигурен от междинните продукти на хидролиза с йод. Оцветяването възниква в резултат на подреждането на йодни молекули вътре в спиралните завои на глюкозни остатъци. Цветът на получените съединения се дължи на дължината на веригата от глюкозни остатъци.

Нишестето с йод дава синьо оцветяване. Най -близо до нишестето, най -големите декстрини - амилодекстрини (молекулно тегло 10 000 - 12 000) са оцветени с йод във виолетово -син цвят; по -малки декстрини - еритродекстрини (молекулно тегло 4000 - 7000) - червено -кафяво; най -малките - ахродекстрини и малтодекстрини (молекулно тегло 2900 - 3700) изобщо не се оцветяват.

Суровото нежелатинирано нишесте се разгражда от амилази, но много бавно. Атаката на амилолитичните ензими се увеличава, когато те действат върху желатинизираното нишесте. За да се ускори процесът на желатинизация и разтваряне на нишестето от зърнени продукти, е препоръчително те да бъдат подложени на предварителна топлинна обработка чрез пара на налягане. При нагряване с вода нишестето преминава от твърдо състояние в желатиново състояние - то се желатинизира. В този случай настъпва подуване на нишестените зърна (гранули), последвано от тяхното разкъсване и разпръскване.

С повишаване на температурата пастата започва да се втечнява и след това става течна.

Така че, в хода на хидролизата на нишестето, трябва да се разграничат три етапа: желатинизация, втечняване и озахаряване.

Изискванията за ензимна хидролиза на нишесте във ферментационни инсталации са различни. Така че при производството на алкохол те се стремят да получат максимално възможното количество ферментиращи захари, тъй като декстрините не се ферментират директно от дрожди. В условията на производство на алкохол, захарификацията на декстрини се случва на етапа на ферментация, когато вече е повечето отмалтозата е ферментирала. Този процес е от голямо значение за получаване на най -висок добив на алкохол от нишесте. Ето защо е много важно захаризиращите ензими да запазят своята активност до края на ферментацията.

В пивоварната индустрия трябва да се извършва хидролиза на нишесте, така че в допълнение към малтозата в пивната мъст да присъства известно количество ахро- и малтодекстрини, които определят пълнотата на вкуса и вискозитета на бирата. За сортовете светла бира хидролизата на нишесте се провежда, докато се образуват 80-85% ферментиращи захари и 15-20% декстрини, които не са оцветени с йод.

ЕТАНОЛ ПРОИЗВОДСТВО

Световният пазар на етанол е около 4 милиарда декалитра (декалитра абсолютен алкохол) годишно. Лидерите в производството на етанол са САЩ, Бразилия и Китай. В САЩ има 97 завода за производство на етанол от царевица (още 35 завода са в процес на изграждане) с общ капацитет от 1,5 милиарда декалитра годишно.

Основните насоки за използване на етанол в световната практика:

- 60% - добавка към моторно гориво;

− 25% − химическа индустрия;

- 15% - хранително -вкусовата промишленост (делът му намалява).

Автомобилните горива на базата на етанол съдържат 10% етанол (гориво Е-10) или 85% етанол (Е 85). С цената на петрола от 60-70 долара за барел, биоетанолът се превръща в конкурентно гориво. Въвеждането на етанол в бензина елиминира необходимостта от добавяне на тетраетил олово към горивото, в резултат на което се намалява токсичността на отработените газове и разхода на гориво.

В Съединените щати се провеждат мащабни изследвания върху производството на биоетанол от възобновяеми растителни материали (от стъбла на царевица, тръстика и др.)

В промишлени условия етанолът се получава чрез хидратация на етилен в присъствието на катализатор (H 3 PO 4 върху силикагел), от хидролизати на растителни суровини (дърво, царевични стъбла, тръстика), както и от суровини, съдържащи нишесте материали (пшеница, ръж, тритикале, картофи), меласа, млечен серум, артишок от Йерусалим. Среден добив на 95,5% етилов алкохол от 1 тон различни видовесуровините са представени в таблица 2.1.

Таблица 2.1

Добив на етанол от различни видове суровини

Край на таблица 2.1

В дестилериите на Република Беларус (има около 70 дестилерии с общ капацитет над 9 милиона декалитра годишно), съдържащи нишесте суровини, главно зърнени култури, се използват за производството на етанол. Съдържанието на нишесте в различните видове зърно е (в%): пшеница - 48–57; ръж - 46-53; ечемик - 43–55; овес - 34–40; просо - 42-60; царевица - 61–70. Зърното също съдържа (средно) захар ~ 3%; влакна ~ 6%; пентозани и пектинови вещества ~ 9%; азотни (протеинови) вещества ~ 11%, мазнини ~ 3%.

Производители на етанол

При микробиологичния синтез класическите производители на етанол са дрождите - захаромицети и шизозахаромицети. Дрождите се използват най -често Saccharomyces cerevisiae,Saccharomyces vini,Schizosaccharomyces pombe.

Сахаромицетите имат клетки кръгла формаРазмери 10-15 микрона, възпроизвеждане чрез пъпкуване. Шизозахаромицетите имат големи пръчковидни клетки с диаметър 4-5 микрона и дължина 18-20 микрона, умножени чрез деление. И двете дрожди ферментират глюкоза, маноза, фруктоза, захароза, малтоза добре, ферментират галактоза по -трудно и не ферментират пентозни захари (ксилоза, арабиноза).

Теоретичният добив на етанол от 100 kg ферментирала глюкоза е 51,14 kg или 64,80 l (това произвежда 48,86 kg CO 2). На практика добивът на алкохол е 82-92% от теоретичния поради консумацията на част от субстрата за възпроизводството и растежа на дрождите и образуването на странични продукти.

Синтезът на етанол в клетка с дрожди се извършва по следната схема:

Странични продукти от алкохолната ферментация са глицерин, висши (фузелови) алкохоли, органични киселини (оцетна, пировиноградна, млечна, янтарна), алдехиди. По време на алкохолната ферментация захарта (глюкозата) се изразходва за образуването на различни вещества в следното количество: етанол - 46-47%, въглероден диоксид - 44-46%, биомаса на дрожди - 1,8-4,0%, глицерин - 3-4% , висши алкохоли - 0,3-0,7%, органични киселини - 0,2-1,0%, алдехиди - 0,1-0,2%. С многократното връщане на дрождите към ферментация, консумацията на захар за образуването на биомаса се намалява, а интензивността на ферментацията дори леко се увеличава.

Образуването на глицерол по време на алкохолна ферментация се обяснява с факта, че по време на индукционния период (преди образуването на ацеталдехид) възниква реакция на дисмутация между две молекули фосфоглицериден алдехид под действието на ензима алдехид мутаза с участието на водна молекула . В този случай една молекула фосфоглицериден алдехид се редуцира до образуване на фосфоглицерол, а другата се окислява до 3-фосфоглицеринова киселина. Фосфоглицеринът не участва в по -нататъшни реакции дори след разцепване фосфорна киселинае страничен продукт от алкохолната ферментация. 3-фосфоглицериновата киселина претърпява трансформация по пътя на ЕМП с образуването на ацеталдехид. След появата на ацеталдехид започва стационарен период на ферментация, в който окисляването на фосфоглицериден алдехид до фосфоглицеринова киселина протича по по -сложен начин, с добавяне на неорганичен фосфат (EMF път). В тази връзка, заедно с етанола, по време на ферментацията винаги се образува известно количество глицерин.

Когато се свързва ацеталдехид с бисулфит, процесът на ферментация е насочен към образуването на глицерин:

C 6 H 12 O 6 ® CH 3 CHO + CO 2 + CH 2 OH-CHOH-CH 2 OH.

В алкална среда молекулата на ацеталдехида влиза в редокс реакция с втората молекула, образувайки етанол и оцетна киселина. В същото време има натрупване на глицерин. Като цяло процесът се изразява със следното уравнение:

2C 6 H 12 O 6 + H 2 O ® ® 2CH 2 OH-CHOH-CH 2 OH + C 2 H 5 OH + CH 3 COOH + 2CO 2.

Тези техники се използват за промишлено производство на глицерин.

Висшите алкохоли се образуват от аминокиселини (в по -малка степен от кетокиселини), съдържащи се във ферментационната среда, в резултат на последователни реакции на дезаминиране на аминокиселини, декарбоксилиране на образуваните кетокиселини и редукция на алдехиди.

От висшите алкохоли в кашата има: пропил (образуван от треонин), изобутил (от валин), амил (от изолевцин) и изоамил (от левцин).

В момента се извършва интензивно търсене на нетрадиционни микроорганизми, произвеждащи етанол, способни да ферментират широка гама от субстрати с висока производителност на етанол и повишена устойчивост на етанол и високи температури. Интерес представляват синтезиращите етанол бактерии. Например бактерии Zymomonas mobilisсе различават от дрождите по интензивен метаболизъм: те имат висока специфична скорост на превръщане на глюкозата в етанол, осигуряват по -висок добив на етанол (до 95% от теоретично възможното) и са по -толерантни към алкохола. Но тези бактерии са чувствителни към наличието на инхибитори (фурфурол, феноли) в хранителни среди и изискват асептична ферментация.

Термофилни бактерии Clostridium thermocellum(оптимална температура на растеж 68 ° C) са в състояние директно да трансформират целулозата от растителните суровини в етанол, но суровината трябва да бъде освободена от лигнин. Все още не е възможно да се постигне висок добив на алкохол с директна конверсия на растителни суровини.

Щамови щамове, способни да ферментират пентозна захар ( Pachysolen tannophilus, Pichia stipitis, Candida shehata). Добивът на етанол по време на ферментацията на 100 кг ксилоза достига 35-47 литра.

Във вътрешната практика на производство на етанол от нишестесъдържащи суровини се използва мая Saccharomyces cerevisiaeс оптимална температура на ферментация 29-30 ° C.

Ензимно захариране на нишесте

Традиционните производители на етанол не са способни да разцепват полизахариди, поради което при получаване на пивна мъст суровините, съдържащи нишесте, подлежат на кипене и озахаряване. Повечето растителни нишесте съдържат 20-25% амилоза и 80-75% амилопектин. В растителните клетки нишестето е под формата на зърна (гранули), чийто размер варира от 1 до 120 микрона (картофеното нишесте има гранули с размер 40-50 микрона, гранули от зърнено нишесте-10-15 микрона). Нишестето, амилозата и амилопектинът са неразтворими в студена вода, алкохол, етер. Амилозата се разтваря лесно в топла вода, амилопектин - при нагряване под налягане. Мрежовата структура на молекулите на амилопектин причинява подуване на нишестените гранули без тяхното разтваряне (вторичните връзки се отслабват от хидратацията). При определена температура гранулите се разхлабват, връзките между отделните структурни елементи се скъсват, целостта на гранулите се нарушава. В същото време вискозитетът на разтвора рязко се увеличава - настъпва желатинизация на нишестето. За пастата е характерно нарушено подреждане на молекулите, загуба на кристална структура. При температура 120-130 ° C пастата става лесно подвижна. Най -пълно разтваряне на амилопектин се случва в пшеничното нишесте при 136-141 ° С, в картофеното нишесте - при 132 ° С.

Нишестето, разтворено по време на кипене на зърно или картофи, се хидролизира (захаризира) с амилолитични ензими от зърнен малц или култури от микроорганизми, предимно нишковидни гъбички и бактерии. От растителните материали най -разпространените амилолитични ензими са покълналите зърнени култури, наречени малц. В момента в алкохолната индустрия се използват ензимни препарати на базата на култури от нишковидни гъби (или бактерии от рода) Бацил), които имат редица предимства пред малца. Нишковидните гъбични култури се отглеждат върху пшенични трици или царевично брашно, докато за производството на малц е необходимо условно зърно. С малца чужди микроорганизми се въвеждат в пивната мъст в големи количества, което се отразява негативно на добива на етанол. Дълбоките култури от гъби се отглеждат при стерилни условия; те не замърсяват пивната мъст с чужди микроорганизми. Отглеждането на повърхностна култура на гъби се извършва много по-бързо (1,5-2,0 дни), отколкото покълването на зърното продължава (9-10 дни). Гъбите образуват комплекс от ензими, които хидролизират нишестето по -дълбоко, а също така разграждат хемицелулозите до монозахариди, което увеличава добива на етанол от суровините.

В процеса на озахаряване на съдържащите нишесте суровини се включват различни ензими. Най-великия производствена стойностима амилази. α- и β-амилазите катализират разцепването само на α-1,4-глюкозидни връзки. Под действието на α-амилазите връзките се разкъсват на случаен принцип, но главно в рамките на веригите. Резултатът е главно декстрини, малки количества малтоза и олигозахариди. Въз основа на естеството на действието, α-амилазата се нарича ендогенна или декстриногенна амилаза.

Действието на β-амилазата е насочено към крайните (външни) връзки в нишестето, докато последователно, започвайки от нередуциращите краища на веригите, се отделят два глюкозни остатъка (малтоза). β-амилазата не може да заобиколи местата на разклоняване в макромолекулата на нишестето, поради което хидролизата спира при предпоследната α-1,4-глюкозидна връзка и декстрините с високо молекулно тегло остават по време на хидролизата на амилопектин. Амилозата се превръща почти напълно от β -амилаза в малтоза, амилопектин - само с 50–55%.

В резултат на комбинираното действие на а- и β-амилази се образува смес от захариди, състояща се от малтоза, малко количество глюкоза и нискомолекулни декстрини, в които всички α-1,6-глюкозидни връзки на нишесте са концентрирани.

Бактериите и микроскопичните гъби нямат β-амилаза, но съдържат активна α-амилаза, която се различава по състава на аминокиселините в протеина и специфичността на действие. По-специално, когато микроскопичните гъби се катализират от а-амилаза, се образуват големи количества глюкоза и малтоза. Сред бактериалните амилази има както захарни, така и декстриногенни амилази. Първите хидролизират нишестето с 60% или повече, вторите с 30-40%. Микробните α-амилази, като малцовите α- и β-амилази, не атакуват α-1,6-глюкозидни връзки.

Микроскопичните гъби съдържат глюкоамилаза, която катализира разрушаването на а-1,4- и а-1,6-глюкозидни връзки в нишестето. Когато се катализират от този ензим, глюкозните остатъци последователно се отделят от нередуциращите краища на амилоза и амилопектин. Водна молекула се присъединява на мястото на разкъсване на връзката, следователно теоретичният добив на глюкоза в процеса на хидролиза е 111,11% тегловни нишесте.

Има три вероятни начинивзаимодействието на ензима със субстрата (съдържащ голям брой вериги): многоверижни, едноверижни и комбинирани.

При многоверижен метод ензимната молекула на случаен принцип атакува една от полизахаридните вериги, отделяйки връзка от нея, а след това също на случаен принцип атакува следващите вериги, включително, вероятно, предварително атакуваната. По този начин, по време на съществуването на ензимно-субстратния комплекс, се случва само един каталитичен акт.

При метода с една верига, ензимната молекула, атакувайки в случаен ред една от полизахаридните вериги, последователно откъсва връзките от нея, докато веригата се разцепи напълно. По време на съществуването на ензимно-субстратния комплекс всички налични връзки за ензима се хидролизират.

Комбинираният метод или методът на множествена атака се състои във факта, че няколко връзки се хидролизират по време на съществуването на ензимно-субстратния комплекс. В този случай, след разцепването на една връзка, ензимът не се отблъсква, а се забавя. Атаката се случва с редуващи се единични и многоверижни методи.

Проучванията показват, че α- и β-амилазите извършват хидролиза съгласно метода на множествена атака (многоверижният метод е типичен за бактериалната α-амилаза).

В местните дестилерии суров (несушен) малц под формата на малцово мляко, ензимни препарати (глюкаваморин, амилоризин, амилосубтилин) с различни нива на активност или смес от малцово мляко и ензимен препарат се използват за озахаряване на суровото нишесте.

Технологията за производство на малц включва следните основни процеси: накисване на суровини със съдържание на влага 38–40%; покълване на зърно в продължение на 10 дни в пневматична малцара в слой с дебелина 0,5–0,8 m; смилане на малц в дискови или чукови трошачки; дезинфекция на малц с формалин или белина и приготвяне на малцово мляко. Малцовото мляко се получава чрез смесване на натрошен малц с вода (4-5 литра вода на 1 кг малц).

Малцът, произведен от зърна от различни зърна, съдържа различни количества от всеки от амилолитичните ензими. Например ечемичният малц има висока α- и β-амилолитична активност, докато просоният малц има силна декстринолитична активност. Най -често се приготвя смес от три вида малц: ечемик (50%), просо (25%) и овес (25%). Не използвайте малц от същата култура, когато произвеждате алкохол от същата култура.

Прочети: II. Технология на пневмо-вакуумно формоване на пластмасови изделия. Алфа и бета адреномиметици. Основни ефекти, приложение. Аминокиселинен спектър на колагенов хидролизат (тегловен процент) Токсоидите, тяхното приготвяне, титруване и практическо приложение. Токсоиди. Получаване, пречистване, титруване, приложение. Антитоксични серуми. Получаване, пречистване, титруване, приложение. Усложнения по време на употреба и тяхната профилактика. Хардуерен и софтуерен комплект (AIC) (технология за виртуални инструменти). Билет номер 51 препарати на мъжки полови хормони. Механизъм на действие. приложение. наркотици. концепцията за анаболитици Билет номер 51 препарати от мъжки полови хормони. Механизъм на действие. Приложение. наркотици. концепцията за анаболитици

Нишестето е основният резервен полизахарид в растенията и е най -важният въглехидратен компонент на диетата. Нишестето се съхранява в зърнени семена, грудки, коренища под формата на нишестени зърна, които в зависимост от вида на растението имат различна форма (сферична, яйцевидна, лещовидна или неправилна) и размер (1 до 150 микрона, средно 30 -50 микрона).

Нишестени зърна от различни растителни видове:

А - картофи; В - пшеница; В - овес; G - ориз; D - царевица; Е - елда.

1 - просто нишестено зърно, 2 - сложно, 3 - полукомплексно.

Нишестето има сложна структура и се състои от два хомополизахарида: водоразтворима амилоза и неразтворим амилопектин. Съотношението им в нишестето може да се различава в зависимост от растението и вида тъкан, от която е изолирано (амилоза 13-30%; амилопектин 70-85%).

Амилозата се състои от неразклонени (линейни) вериги, съдържащи 200-300 глюкозни остатъка, свързани чрез α (1 → 4) гликозидна връзка. Поради а-конфигурацията при С-1, веригите образуват спирала с диаметър 13 nm, в която има 6-8 остатъци от глюкоза на оборот. Молекулното тегло е 50 000 Da.

Амилопектинът има разклонена структура, в която средно един от 20-25 глюкозни остатъка съдържа странична верига, прикрепена чрез α (1 → 6) гликозидна връзка. В този случай се образува дървесна структура. Молекулното тегло е до 1-6 млн. Да.

Хидролизата на нишесте присъства в много хранителни технологии като един от необходимите процеси за осигуряване на качеството на крайния продукт. Например:

В хлебопекарната - процесът на приготвяне на тесто и печене на хляб;

В производството на бира - получаване на бирена мъст и сушене на малц;

При производството на квас;

При производството на алкохол - подготовка на суровини за ферментация;

При получаване на различни захарни нишестени продукти - глюкоза, меласа, захарни сиропи.

Има два метода за хидролиза на нишесте:

Кисели - под въздействието на минерални киселини;

Ензимен - под въздействието на ензимни препарати.

По време на хидролизата на нишесте под действието на киселини, първо има отслабване и разрушаване на асоциативните връзки между амилоза и амилопектинови макромолекули. Това е придружено от нарушение на структурата на нишестените зърна и образуването на хомогенна маса. След това има разкъсване на α (1 → 4) и α (1 → 6) -гликозидни връзки с добавяне на мястото на разкъсване на водната молекула. В хода на хидролиза броят на свободните алдехидни групи се увеличава и степента на полимеризация намалява. В междинните етапи се образуват декстрини, три и тетрасугари, малтоза. Крайният продукт на хидролизата е глюкозата. Киселинната хидролиза има редица значителни недостатъци, причинени от използването на високи концентрации на киселини и високи температури (над 100 ° C), които водят до образуване на продукти от термично разграждане и дехидратация на въглехидратите, трансгликозилиране и обратни реакции.

В сравнение с киселинната хидролиза, ензимната хидролиза е по -обещаваща и има следните предимства:

1) Високо качествопроизведен продукт, тъй като се образуват по-малко странични продукти;

2) Специфичността на действието на ензимите дава възможност да се получи продукт с определени физични свойства (например сладост);

3) Постигнат висок добив на продукт с по -ниски икономически разходи.

Ензимна хидролиза на нишесте се провежда с помощта на амилолитични ензими. Тази група включва а-амилаза, β-амилаза, глюкоамилаза, пулуланаза и някои други ензими. Всеки от тях има свои специфични характеристики.

α-амилаза- ендоензим, който хидролизира а (1-4) -гликозидни връзки в молекулата на амилозата или амилопектина, което води до образуването на декстрини - продукти от непълна хидролиза на нишесте и малко количество глюкоза и малтоза:

а-амилазата се среща при животни (слюнка и панкреас), във висши растения (покълнали семена от ечемик, пшеница, ръж, просо) и в микроорганизми (гъби от рода Aspergillus, Rhizopus, бактерии от рода Bacillus subtilis).

β-амилаза-екзоензим, хидролизира α (1-4) -гликозидни връзки от нередуциращите краища на молекулата на амилозата, амилопектин с образуване на малтоза (54-58%), т.е. проявява изразена захарираща активност. Друг реакционен продукт е β-декстрин (42-46%). Този ензим се разпределя в тъканите на висшите растения.

Глюкоамилазае екзоензим, действащ от нередуциращите краища на молекулите на амилозата и амилопектина, отцепва глюкозните молекули чрез хидролизиране на α (1-4)-и α (1-6) -гликозидни връзки. Този ензим най -често се среща в микромицети от рода Aspergillus, Rhizopus.

Механизъм на действие различни видовеамилаза към нишесте:

Технология на производство на нишесте.

Суровините за промишленото производство на нишесте са картофи, царевица, пшеница, ориз, сорго. Помислете за технологията за производство на картофено нишесте. Тя включва следните етапи:

Измиване на картофи от замърсявания и примеси върху пералня за картофи;

Претегляне;

Фино смилане на картофи на високоскоростни производители на картофи за получаване на картофена каша (колкото повече се раздробява, толкова по-пълно нишестето ще се отделя от клетките, но е важно да не се повредят самите нишестени зърна);

Обработка на картофена каша със серен диоксид или сярна киселина (за подобряване качеството на нишестето, неговата белота и предотвратяване развитието на микроорганизми);

Отделяне на кашата с помощта на центрофуги или хидроциклонни системи;

Рафиниране на нишестено мляко - пречистване на нишестето от каша на рафиниращо сито;

Измиване на нишесте в хидроциклон.

Резултатът е сурово нишесте със съдържание на влага 40-52%. Той не подлежи на дългосрочно съхранение, за разлика от сухото получаване, което се състои от следните операции: механично отстраняване на излишната влага, сушене, пресоване и опаковане.

При производството на редица продукти използването на модифицирани нишесте е ефективно:

- Подуване (предварително желатинизирано) нишесте се получава чрез изсушаване на пастата на специални сушилни, последвано от натрошаване на филма на прах, чиито частици се набъбват при намокряне с вода и се увеличават в обем. Набъбващото нишесте се използва при Хранително-вкусовата промишленост(продукти бързо хранене, стабилизатори и сгъстители в храни без нагряване).

- Окислено нишестето се получава чрез окисляване на нишестето с различни окислители (KMnO 4, KBrO 3 и др.). В зависимост от метода на окисляване, продуктите имат различен вискозитет и желиращи свойства. Те се използват в хартиена индустрияда се увеличи якостта на хартията като танин и при ниско окислително състояние (до 2%) в хранително -вкусовата промишленост. Така че един от видовете окислено нишесте - желиране се използва като желиращ агент вместо агар и агароид при производството на продукти от мармалад.

- Заместени нишестета:

Монокархични фосфати (монофосфатни естери на нишесте) се получават чрез реакция на суха смес от нишесте и кисели соли на орто-, пиро- или триполифосфат при повишени температури. В сравнение с конвенционалното нишесте, те образуват стабилни пасти, характеризиращи се с повишена прозрачност, устойчивост на замръзване и размразяване.

Дихлорофосфати (омрежени нишестета) могат да бъдат получени чрез реакция на нишесте с натриев триметафосфат, фосфорен оксихлорид и др. Те образуват пасти, които са устойчиви на топлина и механични натоварвания. Те се използват при производството на майонеза, сладкарски изделия, дресинги за салати, месни продукти и др.

Ацетилирано нишесте (нишестен ацетат) може да се получи чрез третиране на нишестето с оцетна киселина или оцетен анхидрид. Те имат способността да образуват стабилни прозрачни пасти, които при изсушаване образуват здрави филми. В хранително -вкусовата промишленост те се използват като сгъстители, както и в производството на замразени храни, мигновени прахове и др.