Ферменты и ферментные препараты
- 17.02.2016 03:00
Ферменты и ферментные препараты Ферменты (энзимы) — биологические катализаторы белковой природы, способные во много раз ускорять химические реакции, протекающие в животном и растительном мире. Ферменты имеют ряд достоинств перед небиологическими катализаторами: во-первых, скорость ферментативного катализа на несколько порядков выше (от 103 до 109); во-вторых, большинство их отличается исключительно высокой субстратной специфичностью; в-третьих, ферменты катализируют реакции в мягких условиях (при атмосферном давлении, температуре от 20 до 70 °С, рН от 4 до 9). В пищевой промышленности ферментные препараты представляют собой мульт-энзимные комплексы и, помимо активного белка, содержат различные балластные вещества. Большое число ферментных препаратов получают в промышленном масштабе с использованием микроорганизмов — активных продуцентов соответствующих ферментов. Ферментные препараты позволяют значительно ускорять технологические процессы, увеличивать выход готовой продукции, повышать ее качество, экономить ценное сельскохозяйственное сырье, улучшать условия труда на производстве. В технологии пищевых продуктов применяются ферментные препараты с амилолитической, протеолитической, липолитической, оксидазной активностью. Они используются в пивоварении, виноделии, производстве спирта, фруктовых и овощных соков, хлебопечении, производстве дрожжей, сыра, творога, мясо- и рыбопродуктов, переработке крахмала, производстве белковых гидролизатов и инвертного сиропа (табл. 10).
Таблица 10Применение ферментов в пищевых технологиях
Продукт | Ферменты | Назначение | Применяемая форма | Допустимая концентрация или время |
Хлебопечение |
| |||
Злаковые и крахмалы | Амилаза | Ускорение ферментации; улучшение качества муки для получения буханок большего объема, улучшение цвета корки и структуры мякиша | Жидкость или таблетки | 0,002…0,06 % к массе муки |
Протеазы | Модификация глютена при выпечке бисквитов; сокращение времени перемешивания теста | Порошок | До 0,25 % к массе муки | |
Производство глюкозы |
| |||
Амилоклюкозиназа | Проведение технологического процесса гидролиза | Жидкость | 0,06…0,131 % к СВ | |
Производство фруктозы |
| |||
Глюкоизомераза | Конверсия глюкозы во фруктозу | Иммобилизированные системы | 0,015…0,03 % к СВ; 0,16 к СВ сырья | |
Пивоварение |
| |||
Спиртные напитки | Амилазы | Снижение вязкости пульпы Конверсия крахмала в сахар для ферментации | Жидкость « | 0,025 % 0,003 % |
Танназы | Удаление полифенолов | Жидкость или порошок | 0,03 % | |
Глюканазы | Улучшение фильтрации Образование дополнительного сахара для ферментации | Жидкость « | ≈ 0,1 % к СВ ≈ 0,1 % к СВ | |
Целлюлазы | Улучшение фильтрации за счет гидролиза сложных веществ клеточных оболочек | Жидкость или порошок | ≈ 0,1 % | |
Протеазы | Обеспечение азота для дрожжевого брожениея; улучшение фильтрации и предотвращение охлаждения | Жидкость или порошок | ≈ 0,3 % к СВ | |
Диацетилредуктаза | Удаление диацетилов в пиве | Жидкость | — | |
Виноделие |
| |||
Пектиназа | Осветление вина | Преимущественно жидкость | 0,01-0,02 % | |
Амилоглюкозиназа | Удаление помутнений, улучшение фильтрации | Жидкость или порошок | 0,002 % (масса/объем) | |
Глюкозооксидаза | Удаление кислорода | Порошок/жидкость | 10…70 ГОК 1-1 | |
Производство кофе |
| |||
Безалкогольные напитки | Целлюлазы | Расщепление целлюлозы в процессе сушки | Жидкость или порошок | — |
Пектиназы | Устранение гелеобразных пленок в процессе ферментации | То же | 20…50 мг/л | |
Производство чая |
| |||
Целлюлазы | Разрушение целлюлозы в процессе ферментации | — | ||
Производство безалкогольных напитков |
| |||
Каталазы | Стабилизация цитрусовых терпенов | Порошок/жидкость | В сочетании с глюкозооксидазой | |
Глюкозооксидазы | То же | То же | 20…90 ГОК 1-1 | |
Производство какао |
| |||
Пектиназы | Гидролиз шелухи бобов в процессе ферментации | Жидкость | 11…20 мг/л | |
Производство молока |
| |||
Каталаза | Удаление Н2О2 | Жидкость или порошок | — | |
β-Галактозидаза | Предотвращение зернистой текстуры; стабилизация белка при замерзании | Иммобилизированные системы | Несколько недель | |
Протеазы | Стабилизация сухого молока | То же | То же | |
Производство сыров |
| |||
Продукты животноводства | Протеазы | Коагуляция казеина | Порошок или раствор | ≈ 0,01…0,15 % |
Липаза | Формирование аромата | Жидкость или порошок | ≈ 1 % к СВ | |
Производство соков |
| |||
Фрукты и овощи | Амилазы | Удаление крахмала для улучшения выделения сока | Жидкость или порошок | 0,0005…0,002 % (масса/объем) |
Целлюлазы | Повышение эффективности выделения сока | Как правило, жидкость | 0,0002…0.005 % (масса/объем) | |
Пектиназы | Повышение эффективности выделения сока Направленное осветление | То же « | 0,003…0,03 % 0,01…0,02 % | |
Глюкозооксидаза | Удаление кислорода | Порошок/жидкость | 20…200 ГОК 1-1 | |
Нарингиназа | Устранения горечи цитрусовых | Порошок | — | |
Производство овощных консервов |
| |||
Амилазы | Приготовление и умягчение пюре | Жидкость | — | |
Пектиназа | Получение гидролизатов | « | — | |
Производство мяса и рыбопродуктов |
| |||
Мясо и другие белковые продукты | Протеазы | Тендеризация мяса Получение рыбного гидролизата Улучшение обработки рыбы для сохранения «связанной воды» Удаление рыбьего жира из тканей | Жидкость Жидкость « « | Варьируется для различных применений и различных энзимов ≈ 2 % от содержания белков ≈ 2 % — |
Производство яичных продуктов |
| |||
Липазы | Улучшение процессов взбивания и эмульгирования | Иммобилизированная система или порошок | По инструкции | |
Протеазы | Улучшение свойств при высушивании | Жидкость или порошок | По инструкции | |
Экстрагирование растительных масел |
| |||
Пектиназы | Расщепление пектиновых веществ для выделения масла | Жидкость или порошок | 0,5…2 % к СВ | |
Целлюлазы | Гидролиз веществ клеточных стенок | То же | 0,5…2 % к СВ | |
Гидролиз масел |
| |||
Липазы | Получение свободных жирных кислот | ≈ 2 % к СВ | ||
Синтез сложных эфиров |
| |||
Эстеразы | Производство терпеновых эфиров для интенсификации запахов органических кислот и спиртов | Иммобилизированные системы или порошок | ≈ 2 % к СВ; ≈ 2 % э/с на каждую загрузку | |
Межмолекулярная этерификация |
| |||
Липазы | Получение триацилглицеринов из дешевого кормового сырья | Иммобилизированные системы | ≈ 1…5 % э/с |
Примечание. ГОК — глюкозидазная единица; СВ — сухое вещество; э/с — соотношение энзим (фермент)/субстрат. В основе промышленной переработки крахмала и крахмалсодержащего сырья (картофеля, семян хлебных злаков) лежит превращение этого полисахарида в сахара и декстрины, которые используются в изготовлении большого числа пищевых продуктов и напитков, а также являются источником углерода при ферментациях. Ферментативный гидролиз крахмала осуществляется с помощью амилаз. Основной операцией в технологии хлебобулочных изделий является брожение теста, вызываемое дрожжами; его цель — разрыхление теста за счет диоксида углерода, выделяемого при сбраживании сахаров. В этом процессе амилазы играют исключительно большую роль. Активность амилаз в муке обусловливает ее сахарообразующую способность; от нее зависит интенсивность брожения теста, количество остаточных сахаров в нем и, в конечном счете, качество хлебобулочных изделий. Гидролиз крахмала в сбраживаемые сахара в технологии продуктов брожения (пива и спирта) осуществляется под действием амилаз солода. Для экономии солода в пивоварении применяют несоложеное сырье. Неблагоприятные изменения и осложнения в процессе приготовления пивного сусла на несоложеном сырье можно устранить с помощью ферментных препаратов. Добиться наиболее полного превращения крахмала в сбраживаемые сахара в технологии спирта позволяют грибные амилазы. Производство фруктозно-глюкозных сиропов в настоящее время получило широкое распространение во многих странах. Катализатором инверсии сахарозы и полисахаридов является фермент инвертаза. При переработке фруктов и овощей широко используются пектолитические ферменты, специфически расщепляющие пектиновые вещества. Основной целью в производстве фруктовых и овощных пюре, соков, в виноделии является расщепление растворимого пектина и его предшественника — нерастворимого протопектина, приводящее к разрушению межклеточной структуры и к существенному увеличению сокоотдачи перерабатываемых фруктов и овощей. К ферментам, катализирующим расщепление пектиновых веществ, относятся пектинэстеразы, пектиназы и пектинлиазы. Из протеолитических ферментов, содержащихся в различных органах и тканях животных, широкое применение в пищевой промышленности получили реннин и пепсин. Они способны расщеплять казеин молока и используются в производстве творога и сыра. Из растительных протеаз применяют протеазы семян злаковых, папаин, бромелин и фицин. Эти протеазы обладают более широкой специфичностью по сравнению с реннином и пепсином. Их используют в переработке мяса, рыбы, в хлебопечении. Оксидоредуктазы играют большую роль в формировании вкуса, цвета и аромата пищевых продуктов. Некоторые из оксидоредуктаз оказывают отрицательное влияние на пищевые продукты. Глюкозооксидаза позволяет удалять из продукта кислород и глюкозу, предотвращая тем самым окисление. Под действием о-дифенолоксидазы дубильные вещества чайного листа окисляются кислородом воздуха до темноокрашенных соединений, определяющих вкус, цвет и аромат черного чая. При этом то же действие о-дифенолоксидазы в макаронных изделиях приводит к их нежелательному потемнению.
Липоксигеназа играет отрицательную роль при хранении и переработке зерна, муки, крупы, вызывая их прогоркание. Для предотвращения прогоркания применяют обработку зерна паром. Аскорбиноксидаза снижает содержание в плодах и овощах аскорбиновой кислоты. Для подавления активности фермента используют бланшировку.
Л. А. Сарафанова Применение пищевых добавок Технические рекомендации 6-е издание, исправленное и дополненное Санкт-Петербург ГИОРД 2005