Ферменты и ферментные препараты

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.

При производстве пива применяют, протеолитические, цитолитические ферментные препараты, а также их смеси в виде мультиэнзимных композиций.

Амилолитические препараты применяют при затирании при повышенном количестве несоложеного сырья и низком качестве исходного сусла. Они существенно повышают выход экстракта и улучшают качество сусла.

Протосубтилин Г10х используют при повышенных количествах несоложеного сырья и для улучшения качества сусла из некачественных солодов, а также для ликвидации коллоидных помутнений в пиве. Цитолитические препараты повышают выход экстракта за счет гидролиза некрахмальных полисахари-дов, в основном гемицеллюлозы. Одновременно повышаются качество сусла и стойкость пива.

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.

Из культуры Аspergillus oryzae, осаждением органическими растворителями получают такадиастазу, ферментный препарат, содержащий кислую и нейтральную протеазы, L -амилазу, а также целлюлазы и пектиназы. Препарат используется для гидролиза соевого белка, при изготовлении очень популярного в восточных странах соевого соуса.

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОДУКЦИИ, СЫРЬЯ И ПОЛУФАБРИКАТОВ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ.

Ферментные препараты  представляют собой концентраты  ферментов, полученные с помощью  микроорганизмов, содержащие в своем  составе наряду с ферментами балластные вещества. Ферментные препараты применяют  в пищевых производствах как  катализаторы соответствующих биохимических  процессов.

В качестве продуцентов ферментов  используют разнообразные источники: растения, животные ткани и микроорганизмы. Основные промышленные микроорганизмы для производства ферментных препаратов — это микроскопические грибы рода Aspergillus, Rhizopus Penicillium и другие, а также бактерии рода Bacillus и актиномицеты. Они являются активными синтезаторами амилолитических, протеолитических, пектолитических и других ферментов.

Способностью активно  продуцировать целлюлолитические ферменты обладают представители ряда несовершенных грибов родов Alternaria, Trichoderma, Fusarium и др. Важным требованием к применяемому продуценту является его способность к образованию большого количества какого-либо одного фермента при незначительном количестве других ферментов.

Микроорганизмы культивируют на средах, богатых углеводами, азотистыми и минеральными веществами, витаминами.

В производстве ферментных препаратов используют синтетические  и комплексные среды, являющиеся смесью синтетических сред с естественными  материалами растительного, животного  и микробного происхождения.

Синтетические среды готовят  из различных минеральных солей  и органических соединений, являющихся источником углерода — углеводов, спиртов, органических кислот. В качестве естественных материалов применяют отходы пищевых  производств: отруби, мелассу, жмыхи, кукурузный экстракт, солодовые ростки, пивные дрожжи, зерно-картофельную барду и др.

Для накопления ферментов  в культуральной среде необходимо обеспечить оптимальные условия для их синтеза: состав среды, температуру, значение рН, снабжение клеток кислородом воздуха.

Для нужд пищевой промышленности вырабатываются амилолитические ферментные препараты Амилоризин П10х и Амилосубтилин Г10х. Препараты представляют собой тонкоизмельченные порошки бежевого или светло-серого цвета влажностью не более 13 %. Они хорошо растворимы в воде без постороннего запаха и вкуса. В состав Амилоризина П10х входит комплекс ферментов с превалирующим действием α-амилазы.

В качестве сопутствующих имеются протеолитические ферменты, мальтаза, Р-эндополиглюканаза и др.

Стандартные уровни ферментативной активности промышленного ферментного  препарата (ФП) Амилоризин П10х составляют, ед/г, не менее: амилолитическая способность (АС) — 2000; осахаривающая способность (ОС) — 1000; протеолитическая активность (ПА) — 30 при рН 4,7...5,4 и температуре 40...45 °С.

Амилосубтилин Г10х представляет собой очищенный ФП, образуемый Вас. subtilis. Препарат содержит α-амилазу, β-глюканазу и протеазу. АС этого препарата не менее 3000 ед/г, а ПА — не более 2 ед/г. Оптимальные для действия Амилосубтилина Г10х условия: рН 6,0.. .6,3; температура 50.. .55 °С. Бактериальная α-амилаза по сравнению с грибной обладает более высокой термостабильностью.

Протосубтилин Г10х отличается высокой протеолитической активностью. Это порошок светло-серого или светло-бежевого цвета с влажностью не более 13 %, характеризуется ПА не менее 70 ед/г.

Протеолитические ферментные препараты используют в мясной промышленности для мягчения мяса, придания ему нежного вкуса и консистенции; в молочной промышленности — для получения гидролизатов белков молока, в пивоварении — для стабилизации пива от помутнения и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ.

Поверхностный и  глубинный способы выращивания  продуцентов ферментов.

Очистка ферментов.

Применяют два способа  выращивания продуцентов ферментов: поверхностный и глубинный.

Поверхностный способ предусматривает выращивание микроорганизмов на поверхности твердых, жидких, полужидких или сыпучих материалов. Этот способ создает хорошие условия для максимального контакта микроорганизмов с кислородом воздуха. Его используют в основном при выращивании мицелиальных грибов.

Глубинный способ предусматривает выращивание микроорганизмов на жидких средах. Этот способ применяют преимущественно при использовании в качестве продуцентов ферментов бактерий и других микроорганизмов, способных интенсивно развиваться в условиях недостаточного контакта клеток с кислородом. Он может быть применен и для культивирования аэробных микроорганизмов, какими являются плесневые грибы и некоторые бактерии, но для этого необходимо интенсивно аэрировать среду.

При поверхностном способе  культивирования оптимальная температура  для развития мицелиальных грибов 28...30 °С, бактерий 32...38 °С, относительную влажность воздушной среды на поверхности субстрата необходимо поддерживать в пределах 60.. .70 %. Обязательным условием этой технологии является аэрация растильной камеры.

Микроорганизмы синтезируют  различные ферменты в определенной последовательности. Так, например, при  использовании грибов Asp. orizae максимальное количество амилаз накапливается за 21.. .30 ч, образование же цитолитических ферментов начинается значительно позже и для максимального накопления этих ферментов требуется увеличить длительность культивирования до 48 ч.

Регулируя состав питательной  среды, условия и длительность культивирования, можно достичь превалирующей  активности одного фермента в комплексе  ферментов препарата.

Температура культивирования  зависит от видовых особенностей микроорганизмов и колеблется в  широких пределах. Для равномерного распределения клеток по объему аппарата, улучшения их контакта с питательными веществами, обеспечения отвода от клеток продуктов их жизнедеятельности  осуществляют перемешивание культуральной среды.

При получении культуры поверхностным  способом ферменты из питательной среды  экстрагируют водой, отделяют экстракт от твердой фазы, сгущают до концентрации сухих веществ 50 % или высушивают.

При глубинном культивировании  отделяют клетки микроорганизмов от культуральной жидкости фильтрацией или центрифугированием. Фильтрат или центрифугат сгущают до концентрации сухих веществ 40 % или высушивают.

Полученные таким образом  технические ферментные препараты  могут использоваться в жидком виде или в виде порошка.

Для очистки ферментов  применяют осаждение их из водных растворов органическими растворителями такими, как метиловый, этиловый, изопропиловый  спирты, ацетон; высаливание сульфатами аммония, натрия, цинка, хлоридом натрия; фракционирование. Высушивание предварительно очищенных и сконцентрированных препаратов осуществляют в распылительных сушилках или методом сублимации.

Наименование ферментных препаратов сочетает в себе сокращенное  название основного фермента, активность которого в препарате преобладает, и видовое название микроорганизма-продуцента. Так, препарат, в котором превалирующим  ферментом является амилаза, синтезированная мицелиальным грибом Asp. oryzae, называют амилоризином, если применялась культура Вас. subtilis — амилосубтилином.

В наименовании препарата  отражаются способ культивирования  микроорганизмов, степень очистки  препарата и степень концентрирования ферментов. С этой целью после  наименования препарата ставится индекс. Например, Амилоризин П10х или Амилосубтилин Г20х. В индексе буква П означает, что препарат получен поверхностным способом культивирования, а буква Г — глубинным. Буква х условно обозначает количество фермента в стандартной (обладающей строго определенной активностью на единицу массы), глубинной или поверхностной культурах. Цифра перед буквой х отражает степень очистки препарата.

 

Стадии технологического процесса. Ввиду перспективности остановимся на глубинном способе культивирования. Производство ферментных препаратов глубинным способом на жидких питательных средах можно разделить на следующие стадии:

— приготовление, стерилизация и охлаждение питательной среды;

— приготовление посевного  материала и выращивание производственной культуры;

— отделение и сушка  биомассы;

— фасовка отходов и  отделение фильтрата;

— концентрирование и сушка  концентрата;

— осаждение, сушка и стандартизация препарата;

— фасование препарата.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Характеристика  комплексов оборудования. Линия начинается с комплекса оборудования, в состав которого входят циклон-разгрузитель, экстракторы, стекатель, шнек-пресс, ленточный вакуум-фильтр, смеситель, а также нагревательная колонка, выдерживатель и теплообменники. В состав линии входит комплекс оборудования, состоящий из инокулятора и ферментатора. Следующий комплекс оборудования представляют камерный фильтр-пресс и барабанная сушилка. Далее следует комплекс оборудования для фасования и упаковывания ферментных препаратов, а также сепараторы. Ведущим является комплекс оборудования, включающий вакуум-выпарные аппараты и распылительные (сублимационные) сушилки. Завершающий комплекс оборудования линии состоит из установки непрерывного осаждения, аппарата обсушки препарата, центрифуги, барабанной вакуум-сушилки, установки для измельчения и смешивания.

Финишным комплексом оборудования являются фасовочные машины. Машинно-аппаратурная схема линии производства ферментных препаратов глубинным способом на жидких питательных средах представлена на рис.

Рис. Машинно-аппаратурная схема  линии производства ферментных препаратов на жидких питательных средах глубинным  способом

Устройство и  принцип действия линии. В соответствии с компонентным составом питательных сред производят их предварительную подготовку и смешивание. Например, для получения питательной среды используют свекловичный жом, который через циклон-разгрузитель 1 и циклон чистки воздуха 2 направляется на весы 3 и далее в экстрактор 4 свекловичного жома. Полученный экстракт насосом перекачивается в стекатель 5, шнек-пресс для отжима 6 и далее в смеситель 20, куда подводят питание соли и остальные компоненты с таким расчетом, чтобы при последующем соединении этих растворов была достигнута требуемая регламентом концентрация в среде.