Angliavandenių hidrolizė... Daugelyje maisto produkcija vyksta maisto glikozidų, oligosacharidų ir polisacharidų hidrolizė. Hidrolizė priklauso nuo daugelio veiksnių: pH, temperatūros, anomerinės konfigūracijos, fermentų komplekso. Tai svarbu ne tik maisto gavimo procesams, bet ir jų laikymo procesams. Pastaruoju atveju hidrolizės reakcijos gali sukelti nepageidaujamą spalvos pasikeitimą arba, esant polisacharidams, gali nesugebėti formuoti gelių.

Dabar daug dėmesio skiriama įvairiems grūdų cukraus sirupams gauti iš pigių krakmolo turinčių žaliavų ir krakmolo (rugių, kukurūzų, sorgo ir kt.). Jų gamyba sumažinama iki skirtingų amilolitinių fermentų preparatų (a-amilazės, gliukoamilazės, b-amilazės) derinių naudojimo. Gliukozės gavimas (naudojant gliukoamilazę), o po to veikiant gliukozės izomerazei leidžia gauti gliukozės-fruktozės ir daug fruktozės sirupų, kurių naudojimas leidžia pakeisti sacharozę daugelyje pramonės šakų.

Gaunant cukraus sirupus iš krakmolo, krakmolo virsmo į D-gliukozę laipsnis matuojamas vienetais gliukozės ekvivalentas(GE) yra susidarančių redukuojančių cukrų kiekis (procentais), išreikštas gliukozės kiekiu sirupo sausoje medžiagoje (DS).

10 lentelė. Tipiškų didelio fruktozės sirupų sudėtis ir saldumas

Krakmolo hidrolizė.

1. Hidrolizuojant krakmolą veikiant rūgštims, pirmiausia susilpnėja ir nutrūksta asociaciniai ryšiai tarp amilozės ir amilopektino makromolekulių. Tai lydi krakmolo grūdų struktūros pažeidimas ir vienalytės masės susidarymas. Toliau plyšta a-D- (l, 4)- ir a-D- (1,6) jungtys, plyšimo vietoje pridedant vandens molekulės. Hidrolizės metu didėja laisvųjų aldehido grupių skaičius, mažėja polimerizacijos laipsnis. Kaip hidrolizė ir augimas mažinantis(redukuojančios) medžiagos, dekstrinų kiekis mažėja, gliukozė - didėja, maltozės, tri- ir tetrazukrų koncentracija iš pradžių didėja, vėliau mažėja (11 pav.). Galutinis hidrolizės produktas yra gliukozė. Tarpiniuose etapuose susidaro dekstrinai, tri- ir tetrasakarai, maltozė. Tam tikra gliukozės ekvivalento vertė atitinka tam tikrą šių produktų santykį, o keičiant hidrolizės trukmę ir jos vykdymo sąlygas, galima gauti įvairius atskirų hidrolizės produktų santykius esant vienai ar kitai gliukozės vertei. lygiavertis.

Ryžiai. 11. Cukraus kiekio kitimas krakmolo rūgštinės hidrolizės metu

Rūgščių hidrolizė jau seniai yra pagrindinė gliukozės gamybos iš krakmolo dalis. Šis metodas turi daug reikšmingų trūkumų, susijusių su didelės koncentracijos rūgščių ir aukštos temperatūros, dėl kurio susidaro angliavandenių terminio skilimo ir dehidratacijos produktai bei transglikozilinimo reakcija.

2. Krakmolas taip pat hidrolizuojamas veikiant amilolitiniams fermentams. Amilolitinių fermentų grupė apima a- ir b-amilazę, gliukoamilazę ir kai kuriuos kitus fermentus. Amilazės yra dviejų tipų: endo- ir egzoamilazė.

Aiškiai išreikšta endoamilazė yra a-amilazė galintys nutraukti intramolekulines jungtis aukštose substrato polimerų grandinėse. Gliukoamilazė ir b- amilazė yra egzoamilazės, t.y. fermentai, puolantys substratą iš nesumažinančio galo.

a-amilazė veikdamas visą krakmolo grūdą, puola jį, atlaisvina paviršių ir formuoja kanalus bei griovelius, tai yra tarsi grūdus suskaldo į gabalus (12 pav.). Želatinizuotas krakmolas juo hidrolizuojamas, kad susidarytų produktai, kurie nėra dažomi jodu, daugiausia mažos molekulinės masės dekstrinai. Krakmolo hidrolizės procesas yra daugiapakopis. Pirmaisiais proceso etapais veikiant a-amilazei, dekstrinai kaupiasi hidrolizate, tada atsiranda tetra- ir trimaltazės, kurios nėra nudažytos jodu, kurios labai lėtai hidrolizuojamos a-amilazės į di - ir monosacharidai.

Ryžiai. 12. Krakmolo hidrolizė a-amilaze

Krakmolo (glikogeno) hidrolizės su amilaze schema gali būti pavaizduota taip:

b-amilazė yra egzoamilazė, turinti afinitetą priešpaskutiniam a- (1,4) ryšiui nuo nesumažinančios linijinės amilozės ar amilopektino srities galo (13 pav.). Skirtingai nuo a-amilazės, b-amilazė praktiškai nehidrolizuoja natūralaus krakmolo; želatinizuotas krakmolas hidrolizuojamas į b-konfigūracijos maltozę. Grandinę galima parašyti taip:

Fermentinė krakmolo hidrolizė yra daugelyje maisto technologijų kaip vienas iš būtinų procesų, užtikrinančių galutinio produkto kokybę - kepant (tešlos paruošimo ir duonos kepimo procesas), alaus gamyboje (alaus misos gavimas, salyklo džiovinimas), gira (giros duonos gavimas), alkoholis (fermentacijai skirtos žaliavos), įvairūs saldūs krakmolo produktai (gliukozė, melasa, cukraus sirupai).

3. Rūgštinis-fermentinis hidrolizės metodas apima išankstinį apdorojimą rūgštimi, o po to fermentų a-, b- ir (arba) gliukoamilazės veikimą. Naudojant tokį kombinuotą krakmolo hidrolizės metodą, atsiveria plačios galimybės gauti tam tikros kompozicijos sirupus.

Sacharozės hidrolizė. Kadangi sacharozė naudojama kaip žaliava daugelyje pramonės šakų, būtina atsižvelgti į jos išskirtinį gebėjimą hidrolizuotis. Tai gali atsirasti kaitinant esant nedideliam maisto rūgščių kiekiui. Susidarę redukuojantys cukrūs (gliukozė, fruktozė) gali dalyvauti dehidratacijos, karamelizacijos ir melanoidino susidarymo reakcijose, sudarydami spalvotų ir aromatinių medžiagų. Kai kuriais atvejais tai gali būti nepageidautina.

Fermentinė sacharozės hidrolizė veikiant b-fruktofuranozidazei (sacharazei, invertazei) atlieka teigiamą vaidmenį daugelyje maisto technologijų. Kai b-fruktofuranozidazė veikia sacharozę, susidaro gliukozė ir fruktozė. Dėl šios priežasties konditerijos gaminiuose (ypač saldainiuose „fondant“), pridėjus b-fruktofuranozidazės, saldainiai neužsiskiria, o duonos gaminiuose tai padeda pagerinti aromatą. Sacharozės inversija veikiant b-fruktofuranozidazei vyksta pradiniame vynuogių vyno gamybos etape. Invertiniai sirupai, gauti sacharozę veikiant β-fruktofuranozidazei, naudojami gaiviųjų gėrimų gamybai.

Fermentinė nekrakmolingų polisacharidų hidrolizė.Ši hidrolizė vyksta veikiant celiulitinio, hemiceliulazės ir pektolitinio komplekso fermentams. Jis naudojamas maisto technologijoje, siekiant visapusiškiau apdoroti žaliavas ir pagerinti produktų kokybę. Pavyzdžiui, salyklo metu nekrakmolingų polisacharidų (pentozanų ir kt.) Hidrolizė yra svarbi vėliau formuojant spalvotus ir aromatinius produktus (džiovinant salyklą ir sukuriant tam tikras alaus organoleptines savybes). Gaminant sultis ir vyndarystę - siekiant išsiaiškinti, padidinti sulčių išeigą, pagerinti filtravimo sąlygas.

Celiuliozės hidrolizė vyksta veikiant celiulolitinių fermentų kompleksui. Remiantis šiuolaikinėmis koncepcijomis, celiuliozės hidrolizė veikiant celiulolitinio komplekso fermentams gali būti pavaizduota taip:

Dehidratacijos ir terminio angliavandenių skilimo reakcijos... Perdirbant maisto žaliavas į maisto produktus, šios reakcijos užima svarbią vietą. Juos katalizuoja rūgštys ir šarmai, ir daugelis jų eina b šalinimo keliu. Pentozės, kaip pagrindinis dehidratacijos produktas, suteikia furfuralas, heksozės - oksimetilfurfuralas ir kiti produktai, tokie kaip 2-hidroksiacetilfuranas, izomaltolis ir maltolis... Suskaidžius šių dehidratacijos produktų anglies grandines, susidaro skruzdžių, pieno, acto rūgštys ir nemažai kitų junginių. Kai kurie iš gautų produktų turi tam tikrą kvapą, todėl gali suteikti pageidaujamą ar, atvirkščiai, nepageidaujamą aromatą maisto produktui. Šios reakcijos reikalauja aukštos temperatūros.

Reakcijos, vykstančios termiškai apdorojant cukrų, gali būti suskirstytos į tas, kurios vyksta nenutraukiant C-C ryšių, ir į tas, kurios eina jas nutraukiant. Pirmosios apima anomerizacijos reakcijas:

ir vidinė aldozės-ketozės konversija, pavyzdžiui:

Sudėtinguose angliavandeniuose, tokiuose kaip krakmolas, esant stiprioms kaitinimo sąlygoms - pirolizei esant aukštai temperatūrai (200 ° C) - transglikozilinimo reakcijos atlieka svarbų vaidmenį. Esant tokioms sąlygoms, (1,4) -a-b-ryšių skaičius laikui bėgant mažėja, susidaro a (l, 6) -a-D- ir net (1,2) -b-D-ryšiai.

Kai gliukozė gaunama rūgščia krakmolo hidrolize, kuri paprastai atliekama stipriai rūgščioje terpėje aukštoje temperatūroje, izomaltozė ir gentiobiozė... Tokių reakcijų pasireiškimas yra neigiamas rūgštinio gliukozės gamybos metodo bruožas.

Termiškai apdorojant kai kuriuos maisto produktus gali susidaryti didelis kiekis bevandenio cukraus, ypač kai sausas perdirbtas maistas turi D-gliukozės arba D-gliukozės polimerų.

Reakcijos suskaidžius CC jungtis sukelia susidarymą lakiosios rūgštys, ketonai, diketonai, furanai, alkoholiai, aromatinės medžiagos, anglies monoksidas ir dioksidas.

Rudų produktų susidarymo reakcijos... Maistas gali paruduoti dėl oksidacinių ar neoksidacinių reakcijų. Oksidacinis arba fermentinis parudavimas yra reakcija tarp fenolio substrato ir deguonies, katalizuojama fermento polifenolio oksidazės. Šis parudavimas, atsirandantis ant obuolių, bananų, kriaušių gabalų, nėra susijęs su angliavandeniais.

Neoksidacinis arba nefermentinis parudavimas plačiai atstovaujama maisto produktuose. Tai susiję su angliavandenių reakcijomis ir apima šį reiškinį karamelizacija ir angliavandenių sąveika su baltymais ar aminais... Pastaroji yra žinoma kaip Maillardo reakcija.

Karamelizacija. Tiesioginis angliavandenių, ypač cukrų ir cukraus sirupų, kaitinimas skatina reakcijų kompleksą, vadinamą karamelizacija... Reakcijas katalizuoja mažos rūgščių, šarmų ir kai kurių druskų koncentracijos. Taip gaminami rudi produktai, turintys būdingą karamelės skonį. Koreguojant sąlygas, galima nukreipti reakcijas daugiausia į aromato gavimą arba į spalvotų produktų susidarymą. Vidutinis (pradinis) cukraus tirpalų kaitinimas sukelia anomerinius pokyčius, glikozidinių jungčių plyšimą ir naujų glikozidinių jungčių susidarymą. Tačiau pagrindinės yra dehidratacijos reakcija, susidarant bevandeniams žiedams. Kaip rezultatas, dihidrofuranonai, ciklopentanolonai, cikloheksanolonai, pironai Konjuguotos dvigubos jungtys adsorbuoja tam tikro bangos ilgio šviesą, suteikdamos gaminiams rudą spalvą. Dažnai nesočiųjų žiedų sistemose gali susidaryti kondensatas į polimerinių žiedų sistemas. Paprastai sacharozė naudojama karamelės spalvai ir skoniui gaminti. Šildant sacharozės tirpalą, esant sieros rūgščiai arba rūgštinėms amonio druskoms, gaunami intensyviai nuspalvinti polimerai. cukraus spalva»Naudojamas įvairiuose maisto produktuose - gėrimų, karamelės ir kt. Gamyboje. Šių polimerų stabilumas ir tirpumas padidėja esant НSO 3 -jonams:

Karamelės pigmentuose yra įvairių grupių - hidroksilas, rūgštis, karbonil, enolis, fenolis Karamelinių pigmentų susidarymo greitis didėja didėjant temperatūrai ir pH. Jei nėra buferinių druskų, polimero junginys huminas kartaus skonio ( vidutinė formulė C 125 H 188 O 90); gaminant maistą, į tai reikia atsižvelgti ir neleisti susidaryti.

Dėl karamelizacijos metu vykstančių reakcijų komplekso susidaro įvairios žiedų sistemos, turinčios unikalų skonį ir aromatą. Taigi, maltolis ir izomaltolis turi keptos duonos kvapą, 2-Н-4-hidroksi-5-metilfuranonas-3-keptos mėsos kvapą. Be to, šie maisto produktai yra saldaus skonio, o tai taip pat lemia jų teigiamą vaidmenį maisto produktuose.

Maillardo reakcija (melanoidų susidarymas). Maillardo reakcija yra pirmasis ne fermentinės maisto produktų rudinimo reakcijos žingsnis. Reakcijai reikalingas redukuojantis cukrus, amino junginys (amino rūgštys, baltymai) ir šiek tiek vandens.

Ryžiai. 13. Scheminis pertvarkymų pavaizdavimas maisto produktų parudavimo metu

Visi procesai, vykstantys patamsėjus maistui (13 pav.), Dar nėra tiksliai apibrėžti, tačiau pradiniai etapai buvo labai išsamiai ištirti. Nustatyta, kad, be Maillardo reakcijos, atsiranda dehidratacija, susidarant oksimetilfurfuralui, nutrūksta grandinė, susidaro dikarbonilo junginiai, susidaro melanoidino pigmentai, kurie susidaro paskutiniame etape ir yra raudonos spalvos. nuo rudos iki tamsiai rudos. Jei pirmaisiais etapais galima pašalinti spalvą, pridedant redukuojančių medžiagų (pavyzdžiui, sulfito), tai paskutiniame etape tai padaryti nebeįmanoma.

Jei maisto produktams nepageidaujamas rudų pigmentų susidarymas, galima slopinti vykstančias reakcijas, pavyzdžiui, žymiai sumažėja drėgmė (sausiems produktams), sumažėja cukraus koncentracija (skiedimas), pH ir temperatūra (skysčiui) Produktai). Galima pašalinti vieną iš substrato sudedamųjų dalių (dažniausiai cukraus). Pavyzdžiui, gaminant kiaušinių miltelius, prieš džiovinimą pridedama gliukozės oksidazės, kad būtų išvengta kvapo atsiradimo, o tai lemia D-gliukozės sunaikinimą ir D-gliukono rūgšties susidarymą:

Be cukraus pašalinimo, per šį procesą susidaręs vandenilio peroksidas ir pakilusi temperatūra sumažina bakterijų užterštumą (žr. 3.8 lentelę). Siekiant išvengti rudos žuvies, kurioje yra daug ribozės, pridedamos bakterijos, turinčios D-ribozės oksidazės aktyvumą.

Sieros oksidas (SO 2) ir jo dariniai slopina maisto produktų rudėjimo reakciją, tačiau jų naudojimas yra ribotas dėl to, kad sulfitizuotuose maisto produktuose gali susidaryti šiek tiek toksiški komponentai. Kitų inhibitorių paieška tęsiama, tačiau iki šiol rasti pakaitalai ( cianidai, dimedonas, hidroksilaminas, hidrazinas, merkaptanai, bromas) yra nepriimtini dėl toksiškumo. Tačiau šis apsaugos nuo tamsėjimo būdas netrukdo produktui prarasti aminorūgščių (pavyzdžiui, lizino), nes reakcija su sulfito jonais vyksta paskutiniuose melanoidino susidarymo etapuose.

Oksidacija į aldono, dikarboksirūgštis ir urono rūgštis... Aldozės gebėjimas oksiduotis taip pat svarbus maistui. Tam tikromis sąlygomis galima oksidacija į aldono rūgštis, o b-forma oksiduojama greičiau nei a-forma. Oksidacijos produktas yra b-laktonas, kuris yra pusiausvyroje su g-laktonu ir laisva aldono rūgšties forma (14 pav.). Pastaroji forma vyrauja esant 3 pH.

14 pav. D-gliukozės oksidacija

Gliukono-b-laktono gali būti maisto produktuose silpnai rūgščioje aplinkoje, kur vyksta lėta reakcija, pavyzdžiui, ruošiant tam tikrus pieno produktus. Veikiant stipresniems oksidatoriams (pavyzdžiui, azoto rūgščiai) susidaro dikarboksirūgštys.

Oksidacija į urono rūgštis galima tik tada, kai yra apsaugota karbonilo grupė (15 pav.).

Ryžiai. 15. D-galaktozės oksidacija į D-galakturono rūgštį

Vienas iš pramoninių gliukurono rūgšties gavimo būdų - oksidacija krakmolo hidrolizės metu - parodytas fig. 16.

Ryžiai. 16. Vienas iš pramoninių gliukurono rūgšties gavimo būdų

Urono rūgštys yra paplitusios gamtoje. Kai kurie iš jų yra struktūriniai polisacharidų komponentai, kurie yra svarbūs maisto procesuose, tokiuose kaip geliacija ir tirštėjimas. pektino(D-galakturono rūgštis), algino rūgštis iš jūros dumblių (D-mannurono rūgštis, a-gulurono rūgštis).

Fermentų katalizuojama oksidacija.Čia pirmiausia reikia pasakyti apie gliukozės oksidaciją veikiant gliukozės oksidazei.

Taikymo maisto technologijose požiūriu domina gliukozės oksidazės - katalazės sistema.

Gliukozės oksidazė pasižymi išskirtiniu gliukozės specifiškumu. Jo veikimas parodytas diagramoje, parodyta fig. 17.

Ryžiai. 17. Gliukozės oksidazės veikimas

Ši reakcija yra efektyvus metodas deguonies pašalinimas iš gėrimų (sulčių, alaus), nes deguonis dalyvauja formuojant peroksidus ir medžiagas, dėl kurių pasikeičia produktų spalva ir kvapas. Naudojant gliukozės oksidazę, galima sustabdyti Maillardo reakcijos eigą.

Fermentacijos procesai. Fermentacija- procesas (kuriame dalyvauja angliavandeniai), naudojamas daugelyje maisto technologijų: ruošiant tešlą gaminant duoną, gaminant alų, girą, alkoholį, vyną ir kitus produktus.

Alkoholinė fermentacija vykdoma dėl daugelio mikroorganizmų gyvybinės veiklos. Tipiškiausi alkoholio fermentacijos organizmai yra Saccharomyces genties mielės. Visą alkoholio fermentaciją galima išreikšti tokia lygtimi:

Ši apibendrinanti lygtis neatspindi to, kad paprastai, be pagrindinių fermentacijos produktų - etilo alkoholio ir anglies dioksido, kai kurios kitos medžiagos visada susidaro nedideliais kiekiais, pavyzdžiui, gintaras, citrinos rūgštis, taip pat amilo, izoamilo, butilo ir kitų alkoholių, acto rūgšties, diketonų, acetaldehido, glicerino ir daugelio kitų junginių mišinys, kurio pėdsakai lemia specifinį vyno, alaus ir kitų alkoholinių gėrimų aromatą .

Skirtingus cukrus fermentuoja mielės skirtingu greičiu. Lengviau fermentuojama gliukozė ir fruktozė, tuo lėčiau - manozė, dar lėčiau - galaktozės; pentozės nerauginamos mielėmis. Iš disacharidų geras alkoholinės fermentacijos substratas sacharozės ir maltozė... Tačiau abu cukrūs fermentuojami fermentais a-glikozidazės tik po išankstinio hidrolizės į sudedamuosius monosacharidus.

Esant deguoniui, alkoholinė fermentacija sustoja, o mielės kvėpavimui deguonimi gauna energiją, reikalingą jų vystymuisi ir gyvybei. Tuo pačiu metu mielės sunaudoja cukrų daug ekonomiškiau nei anaerobinėmis sąlygomis. Fermentacijos nutraukimas veikiant deguoniui buvo vadinamas „ Pasterio efektas».

Kitas maisto technologijai svarbus fermentacijos tipas yra pieno rūgšties fermentacija, kai iš vienos heksozės molekulės susidaro dvi molekulės pieno rūgštis:

C 6 H 12 O 6 = 2CH 3 -CHOH -COOH

Pieno rūgšties fermentacija vaidina labai svarbų vaidmenį gaminant pieno rūgšties produktus ( jogurtas, acidophilus, kefyras, koumiss), gaminant girą, duonos užkandžius ir " skystos mielės»Kepimui, kopūstų, agurkų marinavimui, pašarų silosavimui.

Visi pieno rūgšties fermentaciją sukeliantys mikroorganizmai yra suskirstyti į dvi dalis didelės grupės... Pirmajai grupei priklauso tikri mikroorganizmai anaerobinis ir fermentuojančios heksozės, griežtai laikantis aukščiau apibendrintos pieno rūgšties fermentacijos lygties. Jie vadinami homofermentinės pieno rūgšties bakterijos... Antrąją grupę sudaro heteroenziminės pieno rūgšties bakterijos, kurie, be pieno rūgšties, sudaro daug kitų produktų, ypač acto rūgšties ir etilo alkoholio.

Saldaus skonio krakmolo produktai gaunami naudojant krakmolo gebėjimą cukruoti, veikiant rūgštims ir fermentams. Rūgštinio krakmolo hidrolizės metu, veikiant vandenilio jonams, nutrūksta a-1,4- ir a-1,6-glikozidiniai ryšiai. Plyšimo vietoje vandens vandenilio atomas su glikozidinio tilto deguonimi sudaro gliukozės liekanos pirmąjį anglies atomą - pusiau acetalinę aldehido grupę. Didėjant pertraukų skaičiui, didėja hidrolizatų gebėjimas redukuoti. Galutinis rūgštinės krakmolo hidrolizės produktas yra gliukozė. Išreiškiamas krakmolo pavertimas gliukoze bendroji lygtis: Atsižvelgiant į rūgšties hidrolizės sąlygas ir trukmę, gaunami krakmolo hidrolizatai, kurie skiriasi angliavandenių sudėtimi: dekstrinų, tetra- ir trisacharidų, maltozės, gliukozės kiekiu.

Krakmolo hidrolizatai, turintys aukštą GE, yra saldesni, higroskopiški, didina osmosinį slėgį ir turi konservuojantį poveikį. Hidrolizatai su mažu GE išsiskiria dideliu klampumu, antikristalizacijos efektu ir gali stabilizuoti putas ir emulsijas.

Šiuo metu krakmolo hidrolizė naudojant fermentus tampa vis svarbesnė. Jie veikia specifiniu būdu. Todėl gaunami hidrolizatai, turintys tam tikrą angliavandenių sudėtį. Krakmolo hidrolizatai taip pat gaunami kombinuotu rūgščių ir fermentų metodu.

Bendrieji krakmolo hidrolizatų gamybos etapai yra šie: krakmolo paruošimas perdirbimui - plovimas, valymas nuo priemaišų; krakmolo hidrolizė - želatinizacija, suskystinimas ir cukrinimas iki norimos stadijos (tikrinama jodo tyrimu); rūgščių neutralizavimas arba fermentų inaktyvavimas; hidrolizatų valymas nuo netirpių ir tirpių priemaišų, įskaitant dažus; koncentracija - produktų, gautų skystu pavidalu, išgarinimas, miltelių pavidalo produktų išgarinimas ir džiovinimas arba kristalizacija.

Krakmolo sirupas

Krakmolo sirupas gaminamas iš javų ir bulvių krakmolo.

Melasa yra nepilnos krakmolo hidrolizės produktas; yra saldus, tirštas, labai klampus skystis, bespalvis arba su gelsvu atspalviu. Melasa priklauso pagrindinėms konditerijos gaminių žaliavų rūšims, ji naudojama komerciniams sirupams gaminti, kepykloje. Pagrindinės melasą sudarančios medžiagos: dekstrinai, gliukozė, maltozė. Sumažėja melasos gebėjimas dėl gliukozės ir maltozės. Melasos saldumas ir jos higroskopiškumas priklauso nuo gliukozės kiekio. Melasa, kurioje redukuojančias medžiagas dažniausiai sudaro maltozė, yra mažiau higroskopiška. Kuo daugiau dekstrino melasoje, tuo didesnė jo klampumas ir galimybė atitolinti cukrų kristalizaciją.

Priklausomai nuo tikslo, melasa gaminama mažai cukraus, vidutinis krakmolo - karamelizuoto ir didelio cukraus - gliukozės cukrumo laipsnis. Masės redukuojančių medžiagų dalis (sausosios medžiagos atžvilgiu,%) melasoje: mažai cukraus-30–34, karamelės-34–44 ir daug cukraus turinčios gliukozės-44–60.

Konditerijos pramonėje melasa su mažu gliukozės kiekiu naudojama gaminant produktus, kurie lengvai sugeria drėgmę iš aplinkos - karamelės, chalvos, o padidėjus - produktams, kurie greitai išdžiūsta laikymo metu - lūpų dažai, plakti saldainiai, sausainiai, ir tt, o melasos kokybei didelę įtaką daro krakmolo hidrolizės būdas.

Rūgščių hidrolizės melasa. Gaunant melasą, krakmolo hidrolizė veikiant druskos rūgščiai atliekama esant viršslėgiui ir maždaug 140 ° C temperatūrai.

Kartu su gliukoze mažo cukraus rūgšties hidrolizės sirupe yra įvairaus polimerizacijos laipsnio didelės molekulinės masės dekstrinų, įskaitant tuos, kurių savybės yra artimos krakmolui. Tokie dekstrinai gali greitai retrograduotis. Melasa lengvai praranda skaidrumą ir tampa pieniška. Didelis klampumas ir lipnumas apsunkina karamelės gamybą.

Esant gilesnei rūgščiai krakmolo hidrolizei, kartu su cukrinimu, atsiranda šalutinių gliukozės grįžimo ir skilimo reakcijų. Gliukozės atstatymas yra grįžtamasis jos polimerizacijos procesas, susidarant daugiausia disacharidams - gentiobiozei, izomaltozei ir kitiems, taip pat trisacharidams ir sudėtingesniems oligosacharidams: Krakmolo hidrolizatuose gliukozės apykaitos produktai gali būti 5% ar daugiau. Jie sulėtina sacharozės kristalizaciją cukraus sirupe, nes padidėja cukraus mišinio tirpumas.

Gliukozės skilimas krakmolo hidrolizės metu atsiranda dėl rūgščios vidutinės ir aukštos temperatūros reakcijos. Esant tokioms sąlygoms, galima gliukozės dehidratacija. Atskyrus tris vandens molekules nuo gliukozės, susidaro oksimetilfurfuralas - nestabilus

junginys, galintis suskaidyti į levulino ir skruzdžių rūgštis. Polimerizuojant oksimetilfurfurolą, susidaro geltonai rudos spalvos.

Melasoje susikaupę gliukozės skilimo produktai pablogina jo sudėtį, spalvą ir padidina higroskopiškumą. Melasoje yra 0,002-0,008% oksimetilfurfurolo. Krakmole esančios priemaišos prisideda prie aukštos temperatūros ir kitų šalutinių reakcijų, kai susidaro tamsios spalvos junginiai. Melasa, išvirta vakuuminiame aparate iki 78% sausosios medžiagos, greitai atšaldoma iki 40–45 ° C. Rūgštiniu metodu daugiausia gaminamas karamelinis sirupas - vidutinis sacharinimo laipsnis.

Labai gliukozės sirupas, gautas rūgšties hidrolizės būdu, yra nestabilus laikymo metu dėl gliukozės kristalizacijos. Dėl kartotinių produktų turinio, padidėjusios spalvos jis turi kartaus poskonio.

Standartizuotas (sausosios medžiagos atžvilgiu), be redukuojančių medžiagų, pelenų kiekis - ne daugiau kaip 0,4–0,55%, rūgštingumas, priklausomai nuo krakmolo rūšies ir rūšies - nuo 12 iki E7 ml 1 N. NaOH tirpalas, melasos pH - ne žemesnis kaip 4,6. Verdant karamelės mėginį iš melasos, turi būti suformuotas skaidrus saldainis be tamsių dėmių ir dryžių.

Fermentinė melasa hidrolizė. Hidrolizės procesas vyksta žemoje temperatūroje (apie 60 ° C). Naudojami daigintų javų grūdų, pelėsių ir bakterijų fermentai. Amilolitiniai fermentai suskaido, suskystina ir nusodina krakmolą. Jie veikia specifiškai, todėl gauna hidrolizatus su tam tikra angliavandenių sudėtimi.

Fermentas a-amilazė skaido a-1,4-glikozidinius ryšius, daugiausia amilozės ir amilopektino makromolekulių viduryje, sudarydamas mažos molekulinės masės dekstrinus ir šiek tiek maltozės. P-amilazė taip pat hidrolizuoja krakmolo a-1,4-glikozidines jungtis, tačiau nuosekliai skaldo dvi gliukozės liekanas-maltozę nuo nesumažinančių grandinių galų. Šis fermentas beveik visiškai hidrolizuoja amilozę, 50–55%amilopektino, nes nustoja veikti molekulių šakose, turinčiose a-1,6-jungtį, todėl didelės molekulinės masės dekstrinai lieka nesuskaldyti. Gliukoamilazė visiškai hidrolizuoja krakmolą.

/ Mažai cukraus turintis krakmolo sirupas fermentinei hidrolizei gauti fermento a-amilazės. Melasei būdingas mažas redukuojančių medžiagų, ypač gliukozės, kiekis. Jį daugiausia sudaro mažos molekulinės masės dekstrinai. pH 5,6. Ši melasa laikymo metu išlieka skaidri ir skysta. Jis naudojamas gaminant mažai higroskopišką karamelę ir kitus konditerijos gaminius, kuriems svarbu sumažinti higroskopiškumą.

Didelio cukraus melasa susidaro rūgščių fermentinės hidrolizės būdu. Pirmiausia krakmolas hidrolizuojamas rūgštimi iki 42–50% redukuojančių medžiagų, tada į neutralizuotą hidrolizatą, atšaldytą iki 55 ° C, pridedamas fermentinis a-amilazės preparatas, o gliukozės kiekis sureguliuojamas iki 41–43%. Šis metodas sumažina gliukozės apykaitos ir skilimo produktų susidarymą. Melasa yra gryno saldaus skonio. Jis gali būti naudojamas iš dalies pakeisti cukrų gaminant zefyrus, saldžius saldumynus ir kitus produktus.

Naudojant fermentą gliukoamilazę, galima gauti labai cukraus sirupo, kuriame yra daugiau gliukozės (47%) ir bendras redukuojančių medžiagų kiekis (68–75%). Ši melasa naudojama kepimui ir alaus darymui.

U Salyklo sirupas geriau žinomas kaip produktas, gaunamas iš krakmolo ir krakmolo turinčių žaliavų-kukurūzų, sorų, aukštos kokybės miltų. Krakmolo cukrinimui pridedamas salyklas, kuriame yra salyklą formuojančio fermento p-amilazės. Šios melasos spalva ruda, kvapas šiek tiek salyklinis, skonis saldus, su salyklo poskoniu. Sumažintų medžiagų kiekis yra ne mažiau kaip 65%, pelenų - ne daugiau kaip 1,3% sausosios medžiagos. Maltozės sirupas naudojamas kepant arba kaip saldus sirupas. Buvo sukurta nauja maltozės sirupo gamybos technologija. Jie gaminami iš krakmolo, naudojant fermentinius preparatus. Dėl mažo gliukozės kiekio (iki 10%) tokiu būdu gautas maltozės sirupas yra mažai higroskopiškas, mažo klampumo ir tinka saldainių karamelės gamybai.

Didelio maltozės sirupas naudojamas naujiems produktams - hidrintam krakmolo sirupui - gauti. Atsižvelgiant į melasos angliavandenių sudėtį, šiuose sirupe yra maltitolio, sorbitolio ir daugiasvandenių alkoholių. Jie yra saldesni už originalią melasą. Saldumo požiūriu maltitolis apytiksliai atitinka sacharozę, jis nėra absorbuojamas organizme, todėl gali būti naudojamas gaminant daug kalorijų turinčius maisto produktus. Dekstrino-maltozės sirupas daugiausia gaunamas iš bulvių krakmolo veikiant salyklo ekstrakto fermentams. Tai klampus tirštas gintaro geltonos spalvos skystis, turintis salyklo kvapą ir skonį, jame yra maždaug vienodas kiekis maltozės ir dekstrinų, šiek tiek gliukozės (ne daugiau kaip 10% sausosios melasos masės).

Maltozės-dekstrino sirupas gaminamas, kai sausosios medžiagos kiekis yra 79 arba 93% (sausas). Iš šios melasos gaminami produktai, skirti mažų vaikų mitybai - pieno mišiniai ir kiti.

Maltz- ekstraktas - dietinis maisto produktas, kuris yra paties salyklo virinto vandens ekstraktas.

Krakmolo sirupo laikymas ir gabenimas. „Treacle“ laikomas iki 2000 tonų talpos rezervuaruose, kurių vidinis paviršius padengtas maistiniu laku. Jis gabenamas geležinkelio cisternose, medinėse ir metalinės statinės su vidine danga laku ^ li su cinku. Medžiaga supakuota į stiklinius indelius.

Sandėliavimo metu nepriimtina, kad drėgmė patektų į melasą, nes ji lengvai susigeria suskystinimo vietose. Aukšta laikymo temperatūra tamsina melasą ir skatina fermentaciją. „Treacle“ reikia laikyti maždaug 10 ° C temperatūroje, o santykinė drėgmė - iki 70%. Maltodekstrinai. Fermentinės krakmolo hidrolizės produktai taip pat apima maltodekstrinus - polimerus, kurių molekulę sudaro nuo penkių iki dešimties gliukozės liekanų. Redukuojančių medžiagų dalis maltodekstrinuose yra apie 5–20%. Maltodekstrinai yra beskoniai, bekvapiai; esant daugiau kaip 30% koncentracijai, jie sudaro klampius tirpalus, galinčius sulėtinti kristalizaciją. Maltodekstrinai naudojami kaip užpildai maisto gamyboje. Želatinantis maltodekstrino maltinas gali ištirpti kaip riebalai. Jo gelis sudaro stabilias emulsijas. Maltinas naudojamas kaip priedas gaminant ledus ir kremus.

Fermentinė krakmolo hidrolizė

Pagrindinis procesas krakmolo turinčių žaliavų perdirbimo fermentacijos įrenginiuose metu yra krakmolo hidrolizė salyklo ir fermentų preparatų amilolitiniais fermentais. Angliavandenių krakmolo dalį sudaro du polisacharidai: amilozė ir amilopektinas.

Amilozė ir amilopektinas yra pagaminti iš gliukozės likučių C 6 H 10 O 5. Amilozės molekulinė masė yra 3,10 5 - 1 · 10 6, amilopektino molekulinė masė siekia šimtus milijonų. Amilozės molekulės struktūros diagrama pateikta ilgos gliukozės liekanų grandinės, sujungtos gliukozidiniais α-1,4 ryšiais, pavidalu. Amilozės molekulėje yra sujungtos kelios tokios lygiagrečios grandinės. Kiekviename iš jų gliukozės likučiai išsidėstę spirale. Amilopektino molekulės struktūros diagrama pateikiama šakotosios grandinės forma, susidedanti iš daugybės gliukozės likučių (apie 2500). Pagrindinę grandinę, prie kurios pritvirtintos šoninės šakos, sudaro 25–30 gliukozės liekanų. Kiekvieną šoninę šaką sudaro 15–18 liekanų, o vidinius grandinės segmentus (tarp šakų) - 8–9 tokie likučiai. Šoninės grandinės savo ruožtu yra sujungtos su gretimomis grandinėmis. Amilopektino gliukozės liekanos toje pačioje grandinėje yra sujungtos viena su kita, kaip ir amilozėje, α-1,4 ryšiu. Tačiau jungtis tarp atskirų grandinių amilopektine atliekama α-1,6-gliukozidinėmis jungtimis.

Fermentinę krakmolo hidrolizę atlieka amilolitiniai fermentai. Salyklo (daigintų grūdų) amilolitinį kompleksą sudaro α- ir β-amilazė bei dekstrinazė (oligo-α-1,6-gliukozidazė). Fermentų preparatuose yra α-amilazės, oligo-α-1,6-gliukozidazės ir gliukoamilazės. Kiekvienas fermentas turi savo specifines savybes, kurios lemia tam tikras gautų produktų kokybines savybes.

α-amilazė yra endozimas, hidrolizuojantis α-1,4-ryšius amilozės ir amilopektino molekulėse. Fermento veikimo mechanizmas yra kelių grandinių, netvarkingas; dėl to susidaro nepilnos krakmolo hidrolizės produktai-α-dekstrinai, todėl α-amilazė vadinama dekstrinuojančiu fermentu. Ilgai veikiant α-amilazę amilozei, fermentas ją beveik visiškai paverčia maltoze ir nedideliu kiekiu gliukozės.

Dėl α-milazės poveikio amilopektinui susidaro maltozė ir mažos molekulinės masės dekstrinai su 5–8 gliukozės liekanomis. Šis α-amilazės elgesys atsiranda dėl to, kad fermentas neveikia α-1,6-gliukozidinių jungčių amilopektino makromolekulių šakose.

β-amilazė yra egzoenzimas, kuris hidrolizuoja α-1,4-ryšius iš nesumažinančių amilozės ir amilopektino molekulių galų ir sudaro maltozę. Tai cukrų gaminantis fermentas, kuris neskaldo α-1,6 ryšių.

Kartu veikiant α- ir β-amilazes krakmolui, 95% paverčiama maltoze, o 5%-mažos molekulinės masės ribiniais dekstrinais, turinčiais α-1,6-gliukozidinių jungčių.

Sorų ir avižų salykluose yra fermento dekstrinazės, kuri sulaužo amilopektino α-1,6-gliukozidinę jungtį ir riboja dekstrinus.

Gliukoamilazė yra eksoenzimas, skaldantis ir α-1,4-, ir α-1,6-gliukozidines jungtis. Veikdama iš nesumažinamų amilozės ir amilopektino molekulių galų, gliukoamilazė suskaido β formos gliukozės molekulę.

Pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos fermentinių reakcijų greičiui, yra temperatūra, pH, medžiagų koncentracija substrate ir fermentai. Kylant temperatūrai, fermentinė krakmolo hidrolizė pagreitėja, tačiau, pasiekus tam tikrą temperatūrą, fermentai inaktyvuojami.

Miežių salyklo β-amilazė turi mažą šiluminį stabilumą, kaitinant iki 70 ° C, ji sunaikinama; terminis šio fermento inaktyvavimas 70 ° C temperatūroje beveik visiškai baigiamas per kelias minutes.

Miežių salyklo α-amilazė pasižymi didesniu terminiu stabilumu ir skyla maždaug 80 ° C temperatūroje.

Optimali β-amilazės temperatūra misoje yra 63 ° C, o α amilazei-70 ° C. V optimalios sąlygos viena β-amilazės molekulė gali hidrolizuoti 237 000 jungčių per minutę.

Optimali mikroskopinių grybų ir bakterijų gliukoamilazės veikimo temperatūra yra 55–60 ° C. Bakterinės kilmės fermentų preparatų α-amilazė turi aukštą terminį stabilumą. Optimali jo darbinė temperatūra yra 85-95 ° C.

Kiekvienas fermentas turi optimalų pH, kuriame jis yra aktyviausias; esant aukštesnėms ar žemesnėms pH vertėms, fermento aktyvumas mažėja. Didžiausias α-amilazės aktyvumas pasireiškia esant pH 5,7, o β-amilazės-esant maždaug 4,8 pH. esant 2,3 ir 9,7 pH, amilazės yra visiškai inaktyvuotos.

Optimali mikroskopinių grybų α -amilazės pH vertė yra 4,5 - 5,0, gliukoamilazės - 4,5 - 4,6, bakterinės α -amilazės - 5,0 - 6,0.

Fermentinės reakcijos greitis didėja didėjant fermento koncentracijai, bet iki tam tikros ribos. Prieš susidarant 75–80% teorinio maltozės kiekio (79,1–84,4 g iš 100 g krakmolo), cukrumo reakcija vyksta greitai, o tada smarkiai sulėtėja: vyksta 1000 kartų lėčiau nei skaldymo pradžioje.

Padidėjus ekstraktų koncentracijai substrate, fermentinė krakmolo hidrolizė sulėtėja. Taip yra dėl to, kad didėjant medžiagų koncentracijai padidėja misos klampumas, dėl to difuzijos procesas tarp substrato ir fermento tampa sunkesnis.

Krakmolo hidrolizė paprastai stebima spalva, kurią suteikia hidrolizės su jodu tarpiniai produktai. Spalva atsiranda dėl to, kad jodo molekulės išsidėsto spiraliniuose gliukozės likučių posūkiuose. Gautų junginių spalvą lemia gliukozės likučių grandinės ilgis.

Krakmolas su jodu suteikia mėlyną spalvą. Arčiausiai krakmolo didžiausi dekstrinai - amilodekstrinai (molekulinė masė 10 000 - 12 000) yra nudažyti violetinės -mėlynos spalvos jodu; mažesni dekstrinai - eritrodekstrinai (molekulinė masė 4000 - 7000) - raudonai rudi; patys mažiausi - achrodekstrinai ir maltodekstrinai (molekulinė masė 2900 - 3700) visai nesidažo.

Želatinizuotas krakmolas suyra amilazėmis, bet labai lėtai. Amilolitinių fermentų ataka padidėja, kai jie veikia želatinuotą krakmolą. Siekiant paspartinti želatinizacijos ir grūdų produktų krakmolo ištirpinimo procesą, patartina juos iš anksto termiškai apdoroti garuose esant slėgiui. Kaitinant vandeniu, krakmolas iš kietos būsenos pereina į želatinę būseną - želatinizuojasi. Šiuo atveju atsiranda krakmolo grūdų (granulių) patinimas, po to jų plyšimas ir išsisklaidymas.

Kylant temperatūrai, pasta pradeda suskystėti, o paskui tampa skysta.

Taigi, atliekant krakmolo hidrolizę, reikia išskirti tris etapus: želatinizaciją, suskystinimą ir cukrinimą.

Reikalavimai fermentinei krakmolo hidrolizei fermentacijos įrenginiuose yra skirtingi. Taigi, gaminant alkoholį, jie stengiasi gauti didžiausią įmanomą fermentuojamų cukrų kiekį, nes mielės tiesiogiai nefermentuoja dekstrinų. Alkoholio gamybos sąlygomis dekstrinų sukietėjimas įvyksta fermentacijos stadijoje, kai dauguma maltozė fermentuojama. Šis procesas yra labai svarbus siekiant gauti didžiausią alkoholio kiekį iš krakmolo. Todėl labai svarbu, kad cukriniai fermentai išlaikytų savo aktyvumą iki fermentacijos pabaigos.

Alaus gamybos pramonėje krakmolo hidrolizė turi būti atliekama taip, kad misoje, be maltozės, būtų tam tikras kiekis achro- ir maltodekstrinų, kurie lemia alaus skonio ir klampumo pilnumą. Šviesaus alaus veislėms krakmolo hidrolizė atliekama tol, kol susidaro 80–85% fermentuojamų cukrų ir 15–20% dekstrino, nenudažytų jodu.

ETANOLIO GAMYBA

Pasaulio etanolio rinka yra apie 4 milijardus dekalitrų (dekalitrų absoliutaus alkoholio) per metus. Etanolio gamybos lyderiai yra JAV, Brazilija ir Kinija. JAV yra 97 gamyklos, gaminančios etanolį iš kukurūzų (statoma dar 35 gamyklos), kurių bendras pajėgumas yra 1,5 mlrd. Dekalitrų per metus.

Pagrindinės etanolio naudojimo pasaulio praktikoje kryptys:

- 60% - priedas prie variklių degalų;

− 25% − chemijos pramonė;

- 15% - maisto pramonė (jos dalis mažėja).

Etanolio pagrindu pagamintiems automobilių degalams yra 10% etanolio (E-10 kuras) arba 85% etanolio (E 85). Esant 60–70 USD už barelį naftos kainai, bioetanolis tampa konkurencingu kuru. Į benziną įvedus etanolio, į kurą nereikia įpilti tetraetilo švino, todėl sumažėja išmetamųjų dujų toksiškumas ir degalų sąnaudos.

Jungtinėse Valstijose atliekami didelio masto bioetanolio gamybos iš atsinaujinančių augalinių medžiagų (iš kukurūzų, cukranendrių ir kt.) Gamybos tyrimai.

Pramoninėmis sąlygomis etanolis gaunamas hidrinant etileną dalyvaujant katalizatoriui (H 3 PO 4 ant silikagelio), iš augalinių žaliavų (medienos, kukurūzų stiebų, cukranendrių) hidrolizatų, taip pat iš krakmolo turinčių žaliavų medžiagos (kviečiai, rugiai, kvietrugiai, bulvės), melasa, pieno serumas, topinambai. Vidutinė 95,5% etilo alkoholio išeiga nuo 1 tonos skirtingi tipaižaliavos pateiktos 2.1 lentelėje.

2.1 lentelė

Etanolio išeiga iš įvairių rūšių žaliavų

2.1 lentelės pabaiga

Baltarusijos Respublikos spirito varyklose (yra apie 70 spirito varyklų, kurių bendras pajėgumas yra didesnis nei 9 milijonai dekalitrų per metus) etanolio gamybai naudojamos krakmolo turinčios žaliavos, daugiausia javų grūdai. Krakmolo kiekis įvairių rūšių grūduose yra (procentais): kviečiai - 48–57; rugiai - 46-53; miežiai - 43–55; avižos - 34–40; soros - 42-60; kukurūzai - 61–70. Grūduose taip pat yra (vidutiniškai) cukraus ~ 3%; ląstelienos ~ 6%; pentozanai ir pektino medžiagos ~ 9%; azotinių (baltymų) medžiagų ~ 11%, riebalų ~ 3%.

Etanolio gamintojai

Mikrobiologinėje sintezėje klasikiniai etanolio gamintojai yra mielės - sacharomicetai ir šizosacharomicetai. Dažniausiai naudojamos mielės Saccharomyces cerevisiae,Saccharomyces vini,Schizosaccharomyces pombe.

Sacharomicetai turi ląsteles apvali forma 10-15 mikronų dydžio, dauginasi pumpurais. Schizosaccharomycetes turi dideles strypo formos ląsteles, kurių skersmuo yra 4-5 mikronai, o ilgis-18-20 mikronų, padauginus iš dalijimosi. Abi mielės gerai fermentuoja gliukozę, manozę, fruktozę, sacharozę, maltozę, sunkiau fermentuoja galaktozę ir nefermentuoja pentozės cukraus (ksilozės, arabinozės).

Teorinis etanolio išeiga iš 100 kg fermentuotos gliukozės yra 51,14 kg arba 64,80 l (taip susidaro 48,86 kg CO 2). Praktiškai alkoholio išeiga yra 82–92% teorinio, nes sunaudojama dalis substrato mielių dauginimuisi ir augimui bei šalutinių produktų susidarymui.

Etanolio sintezė mielių ląstelėje atliekama pagal šią schemą:

Šalutiniai alkoholio fermentacijos produktai yra glicerinas, aukštesnieji (fuseliniai) alkoholiai, organinės rūgštys (acto, piruvinės, pieno, gintaro), aldehidai. Fermentuojant alkoholį, cukrus (gliukozė) išleidžiamas įvairių medžiagų susidarymui tokiu kiekiu: etanolis - 46-47%, anglies dioksidas - 44-46%, mielių biomasė - 1,8-4,0%, glicerinas - 3-4% , didesni alkoholiai - 0,3-0,7%, organinės rūgštys - 0,2-1,0%, aldehidai - 0,1-0,2%. Pakartotinai mielėms grąžinant fermentaciją, sumažėja cukraus suvartojimas biomasės susidarymui, o fermentacijos intensyvumas net šiek tiek padidėja.

Glicerolio susidarymas fermentuojant alkoholį paaiškinamas tuo, kad indukcijos laikotarpiu (prieš susidarant acetaldehidui) tarp dviejų fosfoglicerino aldehido molekulių vyksta dismutacijos reakcija, veikiant fermentui aldehido mutazei, dalyvaujant vandens molekulei. . Šiuo atveju viena fosfoglicerino aldehido molekulė redukuojama, kad susidarytų fosfoglicerolis, o kita oksiduojama iki 3-fosfoglicerino rūgšties. Net po skilimo fosfoglicerinas nedalyvauja tolesnėse reakcijose fosforo rūgštis yra alkoholio fermentacijos šalutinis produktas. 3-fosfoglicerino rūgštis transformuojasi EMF keliu ir susidaro acetaldehidas. Atsiradus acetaldehidui, prasideda stacionarus fermentacijos laikotarpis, kurio metu fosfoglicerino aldehido oksidavimas į fosfoglicerino rūgštį vyksta sudėtingiau, pridedant neorganinio fosfato (EML kelias). Šiuo atžvilgiu kartu su etanoliu fermentacijos metu visada susidaro tam tikras glicerino kiekis.

Rišant acetaldehidą su bisulfitu, fermentacijos procesas nukreiptas į glicerino susidarymą:

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

Šarminėje aplinkoje acetaldehido molekulė pradeda redokso reakciją su antrąja molekule, sudarydama etanolį ir acto rūgštį. Tuo pačiu metu kaupiasi glicerolis. Iš viso procesas išreiškiamas tokia lygtimi:

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

Šie metodai naudojami pramoninei glicerino gamybai.

Didesni alkoholiai susidaro iš fermentacijos terpėje esančių aminorūgščių (mažesniu mastu - iš keto rūgščių) dėl nuoseklių aminorūgščių deamininimo reakcijų, susidarančių keto rūgščių dekarboksilinimo ir aldehidų redukcijos.

Iš didesnių alkoholių, esančių misoje, yra: propilas (susidaręs iš treonino), izobutilas (iš valino), amilas (iš izoleucino) ir izoamilas (iš leucino).

Šiuo metu intensyviai ieškoma netradicinių etanolį gaminančių mikroorganizmų, galinčių fermentuoti įvairius substratus, pasižyminčius dideliu etanolio produktyvumu ir didesniu atsparumu etanoliui bei aukštai temperatūrai. Domina etanolį sintetinančios bakterijos. Pavyzdžiui, bakterijos Zymomonas mobilis skiriasi nuo mielių intensyviu metabolizmu: jie pasižymi dideliu specifiniu gliukozės virsmo etanoliu greičiu, suteikia didesnį etanolio išeigą (iki 95% teoriškai įmanoma) ir yra tolerantiškesni alkoholiui. Tačiau šios bakterijos yra jautrios inhibitorių (furfurolo, fenolių) buvimui maistinėse terpėse ir reikalauja aseptinio fermentacijos.

Termofilinės bakterijos Clostridium thermocellum(optimali augimo temperatūra 68 ° C) gali tiesiogiai paversti augalinių žaliavų celiuliozę į etanolį, tačiau žaliava turi būti atleista nuo lignino. Tiesioginio augalinių žaliavų konversijos būdu nepavyko pasiekti didelio alkoholio kiekio.

Mielių padermės, galinčios fermentuoti pentozės cukrų ( Pachysolen tannophilus, Pichia stipitis, Candida shehata). Fermentuojant 100 kg ksilozės, etanolio išeiga siekia 35–47 litrus.

Vietinėje etanolio gamybos iš krakmolo turinčių žaliavų praktikoje naudojamos mielės Saccharomyces cerevisiae optimali fermentacijos temperatūra 29-30 ° C.

Fermentinis krakmolo cukrinimas

Tradiciniai etanolio gamintojai negali suskaidyti polisacharidų, todėl, gavus misos, krakmolo turinčios žaliavos yra verdamos ir cukrinamos. Daugumoje augalų krakmolo yra 20–25% amilozės ir 80–75% amilopektino. Augalų ląstelėse krakmolas yra grūdelių (granulių) pavidalo, kurių dydis svyruoja nuo 1 iki 120 mikronų (bulvių krakmolas turi 40-50 mikronų dydžio granules, grūdų krakmolo granulės-10-15 mikronų). Krakmolas, amilozė ir amilopektinas netirpsta saltas vanduo, alkoholis, eteris. Amilozė lengvai ištirpsta šiltas vanduo, amilopektinas - kaitinant esant slėgiui. Amilopektino molekulių tinklo struktūra sukelia krakmolo granulių patinimą be jų ištirpimo (antriniai ryšiai susilpnėja dėl hidratacijos). Esant tam tikrai temperatūrai, granulės atsilaisvina, nutrūksta ryšiai tarp atskirų konstrukcinių elementų, sutrinka granulių vientisumas. Tuo pačiu metu tirpalo klampumas smarkiai padidėja - atsiranda krakmolo želatinizacija. Pastai būdingas netvarkingas molekulių išdėstymas, kristalų struktūros praradimas. Esant 120–130 ° C temperatūrai, pasta tampa lengvai mobili. Labiausiai amilopektinas ištirpsta kviečių krakmole esant 136–141 ° C temperatūrai, bulvių krakmole - esant 132 ° C temperatūrai.

Krakmolas, ištirpęs verdant grūdus ar bulves, hidrolizuojamas (cukrinamas) su grūdų salyklo amilolitiniais fermentais arba mikroorganizmų, daugiausia gijinių grybų ir bakterijų, kultūromis. Iš augalinių medžiagų gausiausi amilolitiniai fermentai yra daiginti javų grūdai, vadinami salyklu. Šiuo metu alkoholio pramonėje fermentiniai preparatai, pagaminti iš gijinių grybų (arba genties bakterijų) kultūrų Bacilos), kurie turi daug pranašumų prieš salyklą. Filamentinės grybų kultūros auginamos ant kviečių sėlenų arba kukurūzų miltų, o salyklui gaminti reikalingi sąlyginiai grūdai. Su salyklu į misą įvedami dideli kiekiai svetimų mikroorganizmų, o tai neigiamai veikia etanolio išeigą. Gilios grybų kultūros auginamos steriliomis sąlygomis, jos neužteršia misos svetimais mikroorganizmais. Paviršinės grybų kultūros auginamos daug greičiau (1,5–2,0 dienos) nei grūdų daigumas (9–10 dienų). Grybai sudaro fermentų kompleksą, kuris giliau hidrolizuoja krakmolą, taip pat suskaido hemiceliuliozes į monosacharidus, o tai padidina etanolio išeigą iš žaliavų.

Krakmolo turinčių žaliavų cukrinimo procese dalyvauja įvairūs fermentai. Didžiausias gamybos vertės turi amilazių. α- ir β-amilazės katalizuoja tik α-1,4-gliukozidinių ryšių skilimą. Veikiant α-amilazėms, ryšiai nutrūksta atsitiktinai, bet daugiausia grandinėse. Rezultatas - daugiausia dekstrinai, nedidelis kiekis maltozės ir oligosacharidų. Atsižvelgiant į veikimo pobūdį, α-amilazė vadinama endogenine arba dekstrinogenine amilaze.

Β-amilazės veikimas nukreipiamas į krakmolo galines (išorines) jungtis, o nuosekliai, pradedant nuo nesumažinančių grandinių galų, išskiriamos dvi gliukozės liekanos (maltozė). β-amilazė negali apeiti krakmolo makromolekulės išsišakojimo vietų, todėl hidrolizė sustoja priešpaskutinėje α-1,4-gliukozidinėje jungtyje, o hidrolizuojant amilopektiną lieka didelės molekulinės masės dekstrinai. Amilozę beveik visiškai paverčia β -amilazė į maltozę, amilopektiną - tik 50–55%.

Dėl bendro α- ir β-amilazių veikimo susidaro sacharidų mišinys, kurį sudaro maltozė, nedidelis gliukozės kiekis ir mažos molekulinės masės dekstrinai, kuriuose yra visos α-1,6-gliukozidinės krakmolo jungtys yra susikaupę.

Bakterijoms ir mikroskopiniams grybams trūksta β-amilazės, tačiau juose yra aktyvios α-amilazės, kuri skiriasi pagal baltymų aminorūgščių sudėtį ir veikimo specifiškumą. Visų pirma, kai mikroskopinius grybus katalizuoja α-amilazė, susidaro daug gliukozės ir maltozės. Tarp bakterinių amilazių yra ir cukraus, ir dekstrinogeninių amilazių. Pirmieji hidrolizuoja krakmolą 60% ar daugiau, antrieji - 30–40%. Mikrobinės α-amilazės, kaip ir salyklo α- ir β-amilazės, nepuola α-1,6-gliukozidinių jungčių.

Mikroskopiniuose grybuose yra gliukoamilazės, kuri katalizuoja krakmolo α-1,4- ir α-1,6-gliukozidinių jungčių skaidymą. Katalizuojant šį fermentą, gliukozės likučiai nuosekliai suskaidomi iš nesumažėjusių amilozės ir amilopektino galų. Vandens molekulė jungiasi jungties lūžimo vietoje, todėl teorinė gliukozės išeiga hidrolizės metu yra 111,11% krakmolo masės.

Yra trys tikėtinus būdus fermento sąveika su substratu (kuriame yra daug grandinių): kelių grandinių, vienos grandinės ir kombinuoto.

Taikant kelių grandinių metodą, fermento molekulė atsitiktinai užpuola vieną iš polisacharidų grandinių, nutraukdama nuo jos nuorodą, o tada taip pat atsitiktinai puola kitas grandines, įskaitant, galbūt, anksčiau užpultą. Taigi, egzistuojant fermento-substrato kompleksui, įvyksta tik vienas katalizinis veiksmas.

Taikant vienos grandinės metodą, fermento molekulė, atakuodama atsitiktine tvarka vieną iš polisacharidų grandinių, nuosekliai nutraukia nuo jos jungtis, kol grandinė visiškai suskaidoma. Egzistuojant fermento-substrato kompleksui, visos fermentui prieinamos jungtys hidrolizuojamos.

Kombinuotas metodas arba kelių atakų metodas susideda iš to, kad fermento ir substrato komplekso egzistavimo metu hidrolizuojamos kelios jungtys. Šiuo atveju, suskaidžius vieną saitą, fermentas ne atstumiamas, o atidėliojamas. Ataka vyksta keičiant vienos ir kelių grandinių metodus.

Tyrimai parodė, kad α- ir β-amilazės hidrolizuoja pagal daugybinio atakos metodą (daugelio grandinių metodas būdingas bakterijų α-amilazei).

Buitinėse spirito varyklose žalio krakmolo cukrinimui naudojamas žalias (nedžiovintas) salyklas salyklo pieno pavidalu, fermentiniai preparatai (gliukavamorinas, amilorizinas, amilosubtilinas) arba salyklo pieno mišinys ir fermentinis preparatas.

Salyklo gavimo technologija apima šiuos pagrindinius procesus: 38–40%drėgnumo žaliavų mirkymas; grūdų daigumas 10 dienų pneumatiniame salyklo name 0,5–0,8 m storio sluoksnyje; malimo salyklas diskiniuose ar plaktukiniuose smulkintuvuose; salyklo dezinfekavimas formalinu arba baliklio tirpalu ir salyklo pieno paruošimas. Salyklo pienas gaunamas sumaišius susmulkintą salyklą su vandeniu (4–5 litrai vandens 1 kg salyklo).

Salyklas, pagamintas iš įvairių grūdų, turi skirtingą kiekvieno amilolitinio fermento kiekį. Pavyzdžiui, miežių salyklas turi didelį α- ir β-amilolitinį aktyvumą, o sorų salyklas turi stiprų dekstrinolizinį aktyvumą. Dažniausiai ruošiamas trijų rūšių salyklo mišinys: miežiai (50%), soros (25%) ir avižos (25%). Gamindami tos pačios kultūros alkoholį, nenaudokite tos pačios kultūros salyklo.

Skaityti: II. Plastikinių gaminių pneumatinio vakuuminio liejimo technologija. Alfa ir beta adrenomimetikai. Pagrindinis poveikis, taikymas. Kolageno hidrolizato aminorūgščių spektras (masės procentinė dalis) Toksoidai, jų paruošimas, titravimas ir praktinis pritaikymas. Toksoidai. Priėmimas, valymas, titravimas, pritaikymas. Antitoksiniai serumai. Priėmimas, valymas, titravimas, pritaikymas. Komplikacijos naudojimo metu ir jų prevencija. Techninės ir programinės įrangos rinkinys (APC) (virtualių instrumentų technologija). Bilietas numeris 51 vyriškų lytinių hormonų preparatai. Veiksmo mechanizmas. taikymas. narkotikai. anabolitikų sąvoka Bilietas numeris 51 vyriškų lytinių hormonų preparatai. Veikimo mechanizmas. narkotikai. anabolitikų sąvoka

Krakmolas yra pagrindinis augalų atsargų polisacharidas ir yra svarbiausias dietos angliavandenių komponentas. Krakmolas laikomas javų sėklose, gumbavaisiuose, šakniastiebiuose krakmolo grūdelių pavidalu, kurie, priklausomai nuo augalo tipo, yra kitokios formos (sferiniai, kiaušiniški, lęšiniai arba netaisyklingi) ir dydžio (vidutiniškai nuo 1 iki 150 mikronų) -50 mikronų).

Įvairių augalų rūšių krakmolo grūdai:

A - bulvės; B - kviečiai; B - avižos; G - ryžiai; D - kukurūzai; E - grikiai.

1 - paprastas krakmolo grūdas, 2 - kompleksinis, 3 - pusiau kompleksinis.

Krakmolas turi sudėtingą struktūrą ir susideda iš dviejų homopolisacharidų: vandenyje tirpios amilozės ir netirpaus amilopektino. Jų santykis krakmole gali skirtis priklausomai nuo augalo ir audinio tipo, iš kurio jis buvo išskirtas (amilozė 13-30%; amilopektinas 70-85%).

Amilozė susideda iš šakotų (linijinių) grandinių, kuriose yra 200–300 gliukozės liekanų, sujungtų α (1 → 4) glikozidiniu ryšiu. Dėl α-konfigūracijos C-1, grandinės sudaro 13 nm skersmens spiralę, kurioje yra 6-8 gliukozės likučiai per posūkį. Molekulinė masė yra 50 000 Da.

Amilopektinas turi šakotą struktūrą, kurioje vidutiniškai vienoje iš 20–25 gliukozės liekanų yra šoninė grandinė, pritvirtinta α (1 → 6) glikozidine jungtimi. Šiuo atveju susidaro į medį panaši struktūra. Molekulinė masė yra iki 1-6 milijonų.Taip.

Krakmolo hidrolizė yra daugelyje maisto technologijų kaip vienas iš būtinų procesų galutinio produkto kokybei užtikrinti. Pavyzdžiui:

Kepyklose - tešlos gaminimo ir duonos kepimo procesas;

Alaus gamyboje - alaus misos gavimas ir salyklo džiovinimas;

Giros gamyboje;

Alkoholio gamyboje - žaliavų paruošimas fermentacijai;

Gaunant įvairius saldžius krakmolo produktus - gliukozę, melasą, cukraus sirupus.

Yra du krakmolo hidrolizės metodai:

Rūgštinis - veikiamas mineralinių rūgščių;

Fermentinis - veikiamas fermentų preparatų.

Hidrolizuojant krakmolą veikiant rūgštims, pirmiausia susilpnėja ir nutrūksta asociaciniai ryšiai tarp amilozės ir amilopektino makromolekulių. Tai lydi krakmolo grūdų struktūros pažeidimas ir vienalytės masės susidarymas. Toliau plyšta α (1 → 4) ir α (1 → 6) glikozidiniai ryšiai, pridedami vandens molekulės plyšimo vietoje. Hidrolizės metu didėja laisvųjų aldehido grupių skaičius, mažėja polimerizacijos laipsnis. Tarpiniuose etapuose susidaro dekstrinai, tri ir tetrazukrai, maltozė. Galutinis hidrolizės produktas yra gliukozė. Rūgštinė hidrolizė turi daug reikšmingų trūkumų, kuriuos sukelia didelė rūgščių koncentracija ir aukšta temperatūra (virš 100 ° C), dėl kurių susidaro terminio skilimo ir angliavandenių dehidratacijos produktai, transglikozilinimas ir atvirkštinės reakcijos.

Palyginti su rūgščia hidrolize, fermentinė hidrolizė yra perspektyvesnė ir turi šiuos privalumus:

1) Aukštos kokybės pagamintas produktas, nes susidaro mažiau šalutinių produktų;

2) fermentų veikimo specifiškumas leidžia gauti produktą, turintį nurodytas fizines savybes (pavyzdžiui, saldumą);

3) Pasiektas didelis produkto derlius ir mažesnės ekonominės išlaidos.

Fermentinė krakmolo hidrolizė atliekama naudojant amilolitinius fermentus. Šiai grupei priklauso α-amilazė, β-amilazė, gliukoamilazė, pullulanazė ir kai kurie kiti fermentai. Kiekvienas iš jų turi savo specifines savybes.

α-amilazė- endoenzimas, kuris hidrolizuoja α (1-4) glikozidinius ryšius amilozės arba amilopektino molekulėje, todėl susidaro dekstrinai - nepilnos krakmolo ir nedidelio gliukozės bei maltozės hidrolizės produktai:

α-amilazės yra gyvūnuose (seilėse ir kasoje), aukštesniuose augaluose (daigintos miežių, kviečių, rugių, sorų sėklos) ir mikroorganizmuose (Aspergillus genties grybai, Rhizopus, Bacillus subtilis genties bakterijos).

β-amilazė-egzoenzimas, hidrolizuoja α (1-4) -glikozidinius ryšius iš nesumažinančių amilozės galų, amilopektino molekulės, kad susidarytų maltozė (54-58%), t.y. pasižymi ryškiu sukietėjimu. Kitas reakcijos produktas yra β-dekstrinas (42-46%). Šis fermentas pasiskirsto aukštesnių augalų audiniuose.

Gliukoamilazė yra eksoenzimas, veikiantis iš nesumažinančių amilozės ir amilopektino molekulių galų, skaldo gliukozės molekules, hidrolizuodamas α (1-4)-ir α (1-6) glikozidines jungtis. Šis fermentas dažniausiai randamas Aspergillus, Rhizopus genties mikromicetose.

Veiksmo mechanizmas skirtingi tipai amilazė į krakmolą:

Krakmolo gamybos technologija.

Pramoninei krakmolo gamybai naudojamos žaliavos yra bulvės, kukurūzai, kviečiai, ryžiai, sorgas. Apsvarstykite bulvių krakmolo gamybos technologiją. Tai apima šiuos etapus:

Bulvių plovimas nuo nešvarumų ir nešvarumų ant bulvių skalbyklės;

Svėrimas;

Smulkus bulvių malimas greitaeigiuose bulvių gaminimo įrenginiuose, siekiant gauti bulvių košę (kuo daugiau ji susmulkinama, tuo pilnesnis krakmolas išsiskiria iš ląstelių, tačiau svarbu nepažeisti pačių krakmolo grūdų);

Bulvių košės apdorojimas sieros dioksidu arba sieros rūgštimi (siekiant pagerinti krakmolo kokybę, jo baltumą ir užkirsti kelią mikroorganizmų vystymuisi);

Druskos atskyrimas naudojant centrifugas arba hidrociklono sistemas;

Krakmolo pieno rafinavimas - krakmolo valymas iš košės ant rafinavimo sieto;

Krakmolo plovimas hidrociklone.

Rezultatas yra žalias krakmolas, kurio drėgmė yra 40–52%. Jis nėra ilgai saugomas, priešingai nei sausas gavimas, kurį sudaro šios operacijos: mechaninis drėgmės pertekliaus pašalinimas, džiovinimas, presavimas ir pakavimas.

Gaminant daugybę produktų, modifikuotas krakmolas yra veiksmingas:

- Patinimas (iš anksto želatinizuotas) krakmolas gaunamas išdžiovinus pastą specialiose džiovyklose, po to plėvelę susmulkinant į miltelius, kurių dalelės sudrėkinamos vandeniu išsipučia ir padidėja tūris. Išbrinkęs krakmolas naudojamas Maisto pramone(Produktai greitas maistas, stabilizatoriai ir tirštikliai maisto produktuose be kaitinimo).

- Oksiduotas krakmolas gaunamas oksiduojant krakmolą įvairiais oksidatoriais (KMnO 4, KBrO 3 ir kt.). Priklausomai nuo oksidacijos metodo, produktai turi skirtingą klampumą ir gelio savybes. Jie naudojami popieriaus pramonė padidinti popieriaus, kaip tanino, stiprumą ir esant žemai oksidacijos būsenai (iki 2%) maisto pramonėje. Taigi viena iš oksiduoto krakmolo rūšių - želatina naudojama kaip želė, o ne agaras ir agaroidas, gaminant marmelado produktus.

- Pakeistas krakmolas:

Monokarcho fosfatai (krakmolo monofosfato esteriai) gaunami reaguojant sausam krakmolo ir rūgščių orto-, piro- arba tripolifosfato druskų mišiniui aukštoje temperatūroje. Palyginti su įprastu krakmolu, jie sudaro stabilias pastas, kurioms būdingas didesnis skaidrumas, atsparumas užšalimui ir atšildymui.

Dichlorofosfatus (susietus krakmolus) galima gauti reaguojant krakmolui su natrio trimetafosfatu, fosforo oksichloridu ir kt. Iš jų susidaro pastos, atsparios karščiui ir mechaniniam poveikiui. Jie naudojami gaminant majonezą, konditerijos gaminius, salotų padažus, mėsos gaminius ir kt.

Acetilintą krakmolą (krakmolo acetatą) galima gauti apdorojant krakmolą acto rūgštimi arba acto anhidridu. Jie turi galimybę formuoti stabilias skaidrias pastas, kurios išdžiovintos sudaro tvirtas plėveles. Maisto pramonėje jie naudojami kaip tirštikliai, taip pat gaminant šaldytus maisto produktus, greitai paruošiamus miltelius ir kt.