Глава 5. Применение ферментных препаратов в пищевых
Технологиях
Мукомольное производство и хлебопечение.Качество хлеба определяется особенностями химического состава муки и активностью ее ферментного комплекса. Значительное влияние оказывают также условия брожения и выпечки. Получить хлеб хорошего качества можно только в том случае, когда в процессе тестоведения гармонически сочетаются скорости микробиологических процессов и биохимических превращений. Ферментативный гидролиз высокомолекулярных компонентов сырья — белков и углеводов в определенной степени способствует интенсификации этих превращений, и, в конечном итоге, положительно сказывается на качестве хлеба.
Если раньше в качестве источника ферментов использовали солод, то в последние годы все бóльшие масштабы приобретает применение ферментных препаратов для регулирования биокаталитических процессов, протекающих при приготовлении теста и выпечки хлеба. Солод используется в основном для приготовления питательных сред (заварок) для жидких дрожжей, для активации прессованных дрожжей, а также при выпечке специальных сортов хлеба, например, рижского.
Эффективность использования тех или иных ферментных препаратов в хлебопечении в значительной степени зависит от качества муки. Хлебопекарные свойства муки, в особенности качество клейковины и активность собственных ферментов, определяют требования к ферментным препаратам.
Основным препаратом, широко внедренным в хлебопекарную промышленность, является амилоризин П10Х. Препарат получают из поверхностной культуры А. oryzae осаждением этанолом. Он обладает амилолитической и протеолитической активностью. В соответствии с ГОСТом препарат должен удовлетворять следующим требованиям: амилолитическая способность — 2000 ед/г препарата; осахаривающая способность — 150 ед/г препарата; протеолитическая активность — 7 ед/г препарата. Кроме того, особо большое значение для хлебопекарной промышленности имеет степень обсемененности препарата спорами Bac. mesentericus (картофельная палочка) и Bac. subtilis (сенная палочка). Существенный признак поражения хлеба картофельной палочкой — тягучий мякиш и появление специфического неприятного запаха и вкуса. Поэтому на хлебозаводах при выработке хлеба с использованием препарата амилоризина П10Х каждую партию препарата проверяют на обсемененность спорами Bac. mesentericus (она не должна превышать величину 10). Одним из требований, обуславливающих стабильность ферментных препаратов, является их строгая стандартизация. За рубежом для этой цели используют различные наполнители — сахар, крахмал, декстрины и т.п. В нашей стране наряду с этими наполнителями применяют сернокислый аммоний, именно он включен в ГОСТ на амилоризин П10Х.
Получить хлеб с надлежащей пористостью, объемом и окраской корки можно только в том случае, если на всех стадиях технологического процесса достаточно сахаров, обеспечивающих интенсивность газообразования. Несмотря на присутствие в муке собственных сахаров, хлеб, полученный за счет сбраживания только собственных сахаров муки, не будет отвечать требованиям стандарта. При газообразовании только за счет собственных сахаров муки максимум выделения диоксида углерода приходится на первые 1–2 часа брожения. Между тем, в процессе хлебопечения газообразование в тесте должно оставаться достаточно высоким и на последней стадии (расстойка и первые 10–15 минут выпечки). При наличии в муке активной β-амилазы газообразование в процессе брожения теста идет по возрастающей и максимум приходится на 4 часа брожения. В противном случае для получения дополнительного количества сбраживаемых сахаров и интенсификации процесса брожения необходимо применение амилолитических ферментных препаратов
Однако значение сахаров, безусловно, не ограничивается только процессом брожения. Огромную роль сахара играют в образовании красящих и ароматических веществ хлеба, участвуя в реакции меланоидинообразования. Одним из способов, позволяющих улучшить качество хлеба, его вкус и аромат, является использование амилолитических ферментных препаратов, что способствует значительному повышению содержания в тесте и хлебе восстанавливающих сахаров и растворимых форм азота — источников образования красящих и ароматических веществ хлеба. В табл.4 приведены результаты, полученные при определении карбонильных соединений в мякише и корке хлеба.
Исключительно важны для хлебопечения и те изменения, которые претерпевают при тестоведении и расстойке белковый комплекс муки. Именно белковый комплекс и его ферментативные изменения определяют собой физические свойства теста. От белкового комплекса зависит как поведение теста при его замесе и расстойке (в частности, формоудержание), так и качество готового хлеба, его объем, пористость, структура мякиша.
Таблица 2. Влияние ферментного препарата амилоризина П10Х на
содержание карбонильных соединений в пшеничном и ржаном хлебе
| Компоненты, мг/100 г СВ. | Пшеничный | Ржаной | ||||||
| контрольный — без препарата | опытный — с препаратом | контрольный — без препарата | опытный — с препаратом | |||||
| мякиш | корка | мякиш | корка | мякиш | корка | мякиш | корка | |
| Ацетальдегид Фурфурол Изовалериано-вый альдегид Изомасляный альдегид Пропионовый альдегид | 3,00 4,00 – – Следы | 13,20 18,90 1,20 0,70 Следы | 6,00 5,00 – – Следы | 16,00 24,00 2,41 2,24 4,80 | 5,00 5,00 Следы – – | 19,00 27,00 2,55 2,55 2,12 | 6,00 6,00 Следы – 1,20 | 22,00 32,00 4,46 4,46 6,10 |
Говоря о протеолитических ферментах, воздействующих на белковый комплекс муки, необходимо еще раз отметить эндогенные протеазы зерна пшеницы, среди которых наибольшее значение имеют нейтральные протеиназы, превосходящие по своей активности кислые протеазы в несколько раз и способные в условиях теста эффективно расщеплять белки клейковины.
Производство крахмала и крахмалопродуктов.Современная крахмалопаточная промышленность, используя, в основном, традиционные источники сырья — картофель и кукурузу, вырабатывает большой ассортимент продукции, включающий десятки наименований, которые используются в различных отраслях промышленности. В первую очередь, это отрасли пищевой промышленности: кондитерская, хлебопекарная, молочная, консервная, пищеконцентратная и др., а также другие отрасли, например, медицинская, текстильная, полиграфическая и т.д.
Основными продуктами крахмалопаточного производства являются:
§ сухой крахмал,
§ модифицированные крахмалы: расщепленные крахмалы (окисленные и набухающие); замещенные крахмалы (фосфатные, ацетилированные, сополимеры крахмала),
§ декстрины,
§ различные виды крахмальных паток: карамельная патока (38–44% РВ), карамельная низкоосахаренная (30–34% РВ), глюкозная высокоосахаренная (44–60% РВ), мальтозная патока (не менее 60% РВ),
§ глюкоза (техническая, пищевая, кристаллическая),
§ глюкозо-фруктозные сиропы.
В настоящее время в России ведется поиск новых источников крахмала и разработка новых технологических приемов с целью увеличения объема и расширения ассортимента вырабатываемых сахаристых крахмалопродуктов. Одним из таких перспективных видов крахмалсодержащего сырья является зерновое сорго, которое может быть использовано, наряду с картофелем, кукурузой, рисом и пшеницей. Кроме того, ведется поиск и исследование новых амилолитических ферментных препаратов и способов ферментативного получения сахарных сиропов (гидролизатов), различного углеводного состава с учетом их целевого назначения.
Применение амилаз.Ферментные препараты амилаз нашли широкое применение в технологиях получения различных паток и глюкозы.
Первой технологической операцией производства крахмальных гидролизатов является гидролиз крахмала. Его проводят кислотным, кислотно-ферментативным или ферментативным способом. Во всех случаях процесс гидролиза включает стадии клейстеризации крахмала, разжижения крахмального клейстера и его осахаривания.
Кислотный гидролиз в настоящее время осуществляется в основном с применением соляной кислоты. При этом можно достичь различной степени гидролиза и получить гидролизаты с различной степенью осахаривания. Однако, кислотный гидролиз крахмала, несмотря на дешевизну и быстроту процесса, имеет весьма существенные недостатки: получаемые гидролизаты имеют невысокое качество из-за присутствия в них продуктов деградации белков, а также минеральных примесей, которые образуются при нейтрализации кислоты после гидролиза. Кроме того, использование концентрированных кислот и высокой температуры приводит к образованию продуктов термической деградации и дегидратации углеводов. Так, при получении глюкозы кислотным гидролизом часто происходит реверсия глюкозы с образованием изомальтозы и гентиобиозы. Протекание таких реакций является отрицательной характеристикой этого способа, так как это приводит к снижению выхода глюкозы.
Кислотно-ферментативным методом производят разжижение крахмала сначала кислотой, для этого суспензию крахмала подкисляют соляной кислотой до рН 1,8–2,5, нагревают до 140оС, в течение 5 минут. Затем нейтрализуют раствором кальцинированной соды до рН 6,0–6,5 и охлаждают до 85оС, после чего добавляют ферментный препарат α-амилазы и ведут гидролиз в течение 30 минут.
С целью разжижения на этой стадии используют ферментный препарат амилосубтилин Г10Х. Этот препарат выпускается в виде порошка; содержит в основном α-амилазу и β-глюканазу. Оптимальные условия действия препарата: рН 6,2–6,8, температура — 85–87оС.
Осахаривание полученного гидролизата также проводят с использованием ферментов. Для этой цели наиболее широко применяют порошкообразный ферментный препарат глюкавомарин Г20Х.
Препарат содержит в основном глюкоамилазу. Оптимальные условия действия препарата глюкавомарина Г20Х: оптимум рН 4,0–5,5; оптимум температуры 56–58оС.
Ферментативный способ заключается в том, что 30–35%-ную крахмальную суспензию прогревают до 55оС, доводят рН до 6,3–6,5 добавляют раствор ферментного препарата амилосубтилина Г10Х, раствор кальцинированной соды в качестве стабилизатора. Процесс разжижения длится в течение 1 часа при температуре 85–90оС при непрерывном перемешивании. Далее стадия декстринизации и осахаривания проводится с использованием препаратов амилосубтилина Г10Х, амилоризина Г10Х и П10Х. Этот процесс идет 2–3 часа при температуре от 53 до 85оС и рН 4,7–5,5.
Дальнейшее осахаривание ведут при 60оС и оптимальном рН, а продолжительность осахаривания зависит от желаемого результата (от желаемой степени осахаривания). Инактивацию фермента и остановку процесса гидролиза производят нагреванием продукта при 80оС в течение 20 минут.
Ферментный препарат амилоризин П10Х и ферментный препарат амилоризин Г10Х имеют оптимальные условия действия: рН 4,8–5,3 и температура 53–55оС.
В последние годы все шире стали применять амилолитические ферментные препараты (a- и b-амилазы и глюкоамилазу) для получения сахарных сиропов различного состава из зернового сырья (кукуруза, пшеница, сорго, рожь и др.) Варьируя условиями гидролиза (концентрация ферментных препаратов, температура, рН и длительность) можно получать сиропы заданного состава, с различным соотношением в них глюкозы, мальтозы и декстринов.
Применение глюкозоизомеразы. Фермент глюкозоизомераза (Н.Ф. 5.3.1.18.) катализирует реакцию изомеризации глюкозы во фруктозу, т.е. превращение альдозы в кетоформу, за счет внутримолекуляного процесса окисления одной части молекулы и соответствующего восстановления другой части. Фермент обнаружен в растениях и продуцируется различными микроорганизмами.
На реакции ферментативной изомеризации основана технология получения глюкозо-фруктозных сиропов из крахмала. Для получения глюкозо-фруктозных сиропов используют гидролизаты кукурузного крахмала с высоким содержанием крахмала (96–98%), полученные с помощью ферментативного гидролиза. Процесс изомеризации под действием иммобилизованного (закрепленного на носителе) ферментного препарата глюкозоизомеразы длится в течение 20–24 часов (до содержания в гидролизате 42% фруктозы и 52% глюкозы). В ходе процесса необходимо контролировать и поддерживать оптимальные условия для работы фермента: температура 600С, рН 7,0–8,5. Кроме того, для повышения активности фермента и его стабильности в субстрат добавляют ионы магния и кобальта (в виде растворимых солей), а также бисульфит для предупреждения развития микрофлоры. Ионы кальция ингибируют фермент.
Иммобилизованные препараты глюкозоизомеразы характеризуются двумя важными показателями: период полужизни препарата, то есть время за которое активность фермента снижается наполовину (при оптимальных условиях проведения процесса) и продуктивность, то есть количество килограммов глюкозы (на абсолютно СВ), изомеризованное 1 кг или 1 лферментного препарата при многократном использовании. Для большинства препаратов период полужизни — 20–35 суток, продуктивность — до 2000 кг глюкозы на 1 кг фермента.
Полученные с помощью ферментативной изомеризации глюкозо-фрук-тозные сиропы обладают более высокой спепенью сладости, по своим свойствам они близки к инвертному сахару, благодаря чему, широко применяются при производстве детского и диетического питания, хлебобулочных изделий, безалкогольных напитков, кондитерских изделий, мороженного и т.д.
Кондитерское производство.Кондитерские изделия в зависимости от вида сырья и типа технологического процесса подразделяют на две группы: мучные и сахаристые. К мучным изделиям относятся печенье, галеты, крекеры, вафли, пряники, кексы, пирожные, рулеты, торты; к сахаристым — какао-порошок, шоколад, конфеты, карамель, мармелад, пастила, ирис, драже, халва.
Применение ферментных препаратов в кондитерском производстве обусловлено, с одной стороны, видом и свойствами сырья, с другой, технологической необходимостью и целесообразностью.
Применение протеаз и амилаз.Комплексные ферментные препараты, содержацие активные протеазы и α-амилазу (например, амилоризин П10Х), применяют при производстве мучных кондитерских изделий с целью ускорения процесса брожения и корректировки физических свойств клейковины муки, изменения реологических свойств теста, ускорения его «созревания».
При производстве мучных кондитерских изделий с использованием дрожжей, таких как галеты, крекеры, кексы, целесообразно применение комплексных препаратов с преобладанием протеолитического действия, но содержащих в своем составе и α-амилазу. Совокупное действие этих ферментов обеспечивает дрожжи сбраживаемыми сахарами и низкокулярными азотистыми веществами. Часть неиспользованных при брожении сахаров и азотистых веществ вступает в реакцию меланоидинообразования, благодаря чему галеты и крекеры приобретают интенсивную окраску и приятный аромат.
При производстве затяжного печенья с использованием химических разрыхлителей, когда много усилий направляется на расслабление клейковины, на протяжении длительного технологического процесса наряду с механическим воздействием на белки клейковины целесообразно использование протеолитических ферментных препаратов. α-амилаза, присутствующая в качестве сопутствующего фермента как в грибных, так и бактериальных препаратах не мешает их использованию.
В случае применения бактериальных протеолитических препаратов (например, протосубтилин Г10Х), содержащих в качестве сопутствующего фермента α-амилазу, при производстве изделий, подобных крекерам, галетам, печенью, опасности излишней декстринизации не существует, так как фермент быстро инактивируется, за счет того, что эти тонкие изделия быстро прогреваются до высокой температуры. При выработке кексов, а также бисквитного полуфабриката, выпекающихся в довольно толстом слое при невысокой температуре, в случае необходимости применения комплексных бактериальных препаратов следует осторожно подходить к их дозировке во избежание порчи мякиша. Необходимо также учитывать, что усиленное механическое воздействие на кондитерское тесто приводит к повышению атакуемости ферментами полимеров муки — крахмала, белков, других веществ, усиливая тем самым конечный эффект гидролиза.
Для заварных и сырцовых пряников наибольшее значение имеет протеолиз, но наряду с потребностью в регулируемом расслаблении теста, важным является и сохранение их свежести (мягкости). Очевидно, что при производстве таких видов изделий целесообразно применение комплексных ферментных препаратов с преобладанием протеолитической активности.
При производстве бисквитного полуфабриката нужны комплексные ферментные препараты с умеренной активностью протеолитических ферментов и невысокой α-амилазной (декстринирующей) способностью. При таком сочетании обеспечивается умеренное расслабление клейковины, способствующее лучшему подъему теста при выпечке и образованию тонкопористой воздушной структуры готовых изделий. Образование декстринов, в свою очередь, способствует сохранению их свежести.
Комплексные ферментные препараты, содержащие протеазы и α-амила-зу, используются для ускорения и облегчения обработки теста при приготовлении слоеного полуфабриката, с целью улучшения его эластичных свойств и предупреждения усадки при выпечке. Кроме того, применение таких ферментных препаратов при производстве вафель позволяет оптимально снизить вязкость вафельного теста, способствует получению тонких хрустящих вафельных листов.
Применение инвертазы. Препараты инвертазы, как уже отмечалось, получают из дрожжей S. cerivisiae или S. carlsbergensis путем автолиза. Он представляет собой суспензию спиртоосажденной инвертазы в 25%, 50% растворе глицерина или 70% растворе сорбита. Оптимум рН действия препарата 4,5–5,5, что вполне приемлемо для его использования в различных технологиях производства сахаристых изделий.
Инвертаза применяется в кондитерской промышленности для производства отливных помадных корпусов конфет, круглых помадных корпусов и жидких фруктовых начинок, таких как вишневый ликер. В каждом случае ее применение обусловлено необходимостью получить полумягкую или жидкую консистенцию при высоких концентрациях сахара (78%), предотвращающих брожение. Ускорение или замедление действия инвертазы достигается путем изменения концентрации вносимого препарата, количества воды и температурного режима. При высокой температуре инвертаза инактивируется, и даже при температуре отливки (650С) активность инвертазы снижается на 12% в течение 30 минут и на 24% в течение 60 минут. Некоторые сорта конфет, например, конфеты с вишневым ликером, невозможно изготовить без инвертазы. В случае производства помадной массы из кокосовых орехов, применение инвертазы обусловлено и повышенной влагоудерживающей способностью фруктозы, образующейся под действием этого фермента.
Применение липазы.Молочные ингредиенты широко применяются при производстве кондитерских изделий, они в значительной мере обуславливают их аромат, вкус и питательную ценность. В усилении аромата молочного шоколада, карамели, ириса, сливочного крема наряду с другими компонентами принимают участие и свободные жирные кислоты, образующиеся под действием липаз. При низких уровнях содержания свободных жирных кислот аромат изделий усиливается, но новые ароматы не образуются; при средних — появляется аромат масла; при высоких — аромат сыра. Подобные ароматические вещества могут быть получены путем модификации масел или жиров с применением препаратов липаз различного происхождения (животных, растительных, микробных).
Производство плодово-ягодных соков, безалкогольных напитков и вин.Применение ферментных препаратов при производстве плодово-ягодных соков, вин и безалкогольных напитков осуществляется с целью повышения выхода сока, осветления и стабилизации соков, безалкогольных напитков и вин, предотвращения окислительных процессов в соках и изготовляемых из них продуктах, а также для инверсии сахарозы при производстве безалкогольных напитков и сиропов. При этом в одних случаях необходимо иметь набор ферментных препаратов, содержащих определенный комплекс ферментов, в других — требуются препараты индивидуальных ферментов. Кроме того, ферментные препараты должны удовлетворять требованиям, предъявляемым технологией получения конкретного продукта, не только по типу катализируемой реакции, но и в отношении условий их протекания.
В соответствии со спецификой плодово-ягодного сырья и целями применения, ферментные препараты можно разделить на шесть групп:
§ препараты, предназначенные для получения неосветленных соков, увеличивающие выход и повышающие экстрактивность,
§ препараты, предназначенные для получения осветленных соков, увеличивающие выход, повышающие экстрактивность и обеспечивающие полный гидролиз пектиновых и белковых веществ,
§ препараты, мацерирующие плодово-ягодную ткань, повышающие выход и гомогенность соков с мякотью,
§ препараты, предназначенные для получения осветленных плодово-ягод-ных виноматериалов, увеличивающие выход и повышающие экстрактивность виноматериалов,
§ препараты, способствующие предотвращению окислительных процессов и развитию аэробных микроорганизмов в соках, винах, безалкогольных напитках,
§ препараты, катализирующие инверсию сахарных сиропов при производстве безалкогольных напитков и товарных сиропов.
Применение пектолитических ферментов. Основной биохимический процесс, протекающий в плодово-ягодной мезге и соке приих обработке пектолитическими препаратами или при совместном применении термической и ферментативной обработки, — гидролиз пектиновых веществ. Но наряду с этим происходят превращения белков, целлюлозы, гемицелюлозы и других компонентов сырья.
Поэтому ферментные препараты, используемые для получения полностью осветленного сока из большинства плодов и ягод, должны содержать не только пектолитические ферменты, но и ферменты гидролизующие другие коллоидные соединения, которые обуславливают опалесценцию соков и нестабильность изготовляемых из них вин и безалкогольных напитков.
С целью максимального извлечения сока и облегчения его осветления при гидролизе пектиновых веществ плодов и ягод необходимо учитывать свойства пектолитических ферментов самого сырья и вносимых препаратов. В зависимости от технологических требований и химического состава сырья следует применять препараты с определенным комплексом ферментов, имеется в виду как спектр ферментов (пектинэстераза, эндополигалактуроназа, экзополигалактуроназа и др., а также сопутствующие ферменты) и их соотношение. Кроме того, необходимо путем подбора режима обработки сырья создать оптимальные условия для действия ферментов.
В настоящее время в мире производится достаточно широкий спекр пектолитических ферментных препаратов. Среди промышленных продуцентов пектолитических ферментов следует отметить A. niger, A. wenti, A. oryzae, А. foetidus, P. expansum, P. italicum, Rhizopus spp.
Применение протеолитических ферментов.Некоторые плодово-ягод-ные соки и вина трудно осветляются и часто мутнеют при хранении из-за наличия в них белковых соединений. Устранение белкового помутнения может быть осуществлено посредством применения термической обработки и различных адсорбентов с последующей фильтрацией. Все эти методы обедняют химический состав продукта, ухудшают его качество, причем не всегда достигается положительный результат. Для многих видов сырья огромную роль в процессе осветления соков играют протеиназы, в связи с чем наличие кислых протеиназ наряду с ферментами пектолитического комплекса обязательно.
Применение мацерирующих ферментов. При производстве плодово-ягодных соков с мякотью размельчение плодовой ткани осуществляется механическим путем. Большинство видов сырья перед механическим измельчением подвергается термической обработке. Термическая обработка способствует кислотному гидролизу протопектина, в результате чего плодовая ткань размягчается и легче поддается механическому измельчению. Очевидно, что жесткие режимы обработки сырья ухудшают органолептические свойства и пищевую ценность продукта. Поэтому соки с мякотью часто содержат недостаточно тонко измельченную мякоть, негомогенную и расслаивающуюся при хранении. С позиции устранения указанных выше недостатков и получения гомогенных соков с мякотью, не подвергающихся расслаиванию, целесообразным является применение мацерирующих ферментных препаратов, расщепляющий протопектин, но не снижающих вязкость сока.
Пектолитические ферментные препараты, применяемые для увеличения выхода и осветления соков, непригодны для производства соков с мякотью, так как основным ферментом в них является эндополигалактуроназа, резко снижающая вязкость сока. Гемицеллюлаза и целлюлаза способствует получению однородной консистенции соков с мякотью.
Применение глюкозооксидазы и каталазы.Ферментный препарат глюкозооксидазы, в котором в качестве обязательного компонента присутствует каталаза, применяется с целью улучшения качества и стабилизации плодово-ягодных соков, вин и безалкогольных напитков, за счет удаления кислорода в результате реакции окисления глюкозы ферментом глюкозооксидазой. Таким образом, этот препарат способствует предотвращению окислительных процессов и микробиологической порчи под действием аэробных микроорганизмов.
Препарат обладает строгой специфичностью по отношению к глюкозе, его вносят в продукт после завершения технологических процессов с целью стабилизации свойств продукта, полученного в процессе производства. Желательно, чтобы препараты были термостабильны и не инактивировались при температуре 65–700С в течение 10–15 минут. Такие препараты можно было бы применять комплексно с легкими режимами пастеризации.
Ферментные препараты, применяемые в плодово-ягодном виноделии, должны сохранять активность в условиях определенного содержания алкоголя (до 10–12%) и эффективно действовать при значениях рН, обусловленных химическим составом виноматериалов.
Применение инвертазы. Препараты, катализирующие гидролиз сахарозы, при приготовлении сахарных сиропов, используемых при производстве безалкогольных напитков, должны содержать фермент инвертазу (β-фрукто-фуранозидазу), не должны иметь специфического запаха, темного цвета, окислительных или других ферментов, способных изменять цвет, аромат и вкус продукта.
Необходимо, чтобы препараты катализировали процесс инверсии сахарозы в довольно широком диапазоне рН (для чистого сахарного сиропа рН 6,0–6,5; для сахарного сиропа, изготовленного на фруктовых соках рН 2,5–4,5). Кроме того, необходимо учитывать специфику биохимического состава сырья и особенности технологического процесса производства соков и виноматериалов.
Ферментные препараты, применяемые при переработке плодово-ягод-ного сырья, могут оказывать влияние на цвет изготовляемого продукта. В связи с этим плодово-ягодное сырье следует разделить на две группы: слабоокрашенное — яблоки, айва, белые сорта слив и винограда и др.; окрашенные в красный цвет, т.е. содержащие вещества группы антоцианов – кизил, черника, ежевика, малина, земляника, красные сорта винограда и слив и т.п.
При производстве продуктов, относящихся к первой группе — слабоокрашенных, следует применять ферментные препараты не содержащие окислительных ферментов, вызывающих потемнение продукта, а в ряде случаев снижение органолептических свойств и пищевой ценности, таких как полифенолоксидаза, пероксидаза, каталаза, аскорбатоксидаза. При переработке сырья второй группы — окрашенных в красный цвет, недопустимо применение препаратов, содержащих ферменты разрушающие антоцианы.
Препараты, предназначенные для переработки шиповника, черной смородины, ценность которых в значительной степени обуславливается наличием в плодах аскорбиновой кислоты, не должны содержать фермента аскорбатоксидазы, т.к. окисление аскорбиновой кислоты под действием этого фермента, снижает ценность получаемого продукта.
Производство спиртных напитков. Производство спиртных напитков из крахмалсодержащего сырья практикуется почти во всех странах мира. Основными видами сырья являются картофель и рожь в Европе, картофель и пшеница в России, кукуруза и рожь в США, рис и батат на Востоке, тапиока в тропических странах.
Крахмал как основной компонент сухих веществ сырья, из которого и образуется спирт, непосредственно дрожжами не сбраживается. Поэтому его необходимо гидролизовать до сбраживаемых сахаров, для этого требуется применение ферментов.
Применяемый издавна зерновой солод, как источник амилолитических ферментов, обеспечивает достаточно глубокое осахаривание и выбраживание только за трое суток. Необходимо отметить, что зерновой солод не только выполняет задачу гидролиза крахмала до сбраживаемых сахаров, но и является источником легко усвояемого азотистого питания для дрожжей, т.к. в процессе солодоращения, под действием протеиназ, в нем накапливается значительное количество аминокислот (до 32% от общего азота). Активность протеиназ в процессе солодоращения возрастает примерно в 40 раз. Зерновой солод обладает и цитолитической активностью, обеспечивая определенную степень гидролиза клеточных стенок растительного сырья, и, тем самым, улучшая контакт крахмала с амилолитическими ферментами.
Таким образом, применяемый в спиртовом производстве зерновой солод выполняет три основные функции: осуществляет гидролиз крахмала до сбраживаемых сахаров, является источником азотистого питания для дрожжей и при осахаривании крахмалистого сырья производит частичное разрушение клеточных стенок сырья.
Однако скорость осахаривания крахмала при использовании солода остается достаточно низкой, что затрудняет интенсификацию процесса брожения. Применение ферментных препаратов микробного происхождения дает возможность значительно повысить концентрацию необходимых ферментов в среде и обеспечить глубокий гидролиз крахмала за сравнительно короткий период.
Кроме стадии осахаривания, ферментные препараты, обладающие сильной разжижающей активностью (α-амилаза), применяются на стадии водно-тепловой обработки сырья с целью смягчить режим разваривания, снизить вязкость замесов и облегчить их дальнейшую транспортировку.
Применяя ферментные препараты на стадии приготовления сусла для дрожжегенерации, необходимо обеспечить интенсивный гидролиз белков с целью обогащения ценным азотистым питанием дрожжевого сусла.
Таким образом, для спиртового производства, перерабатывающего крахмалсодержащее сырье, необходимо применение ферментных препаратов с амилолитическим, протеолитическим и цитолитическим действием. При замене солода культурами микроорганизмов или препаратами ферментов необходимо, чтобы полученный спирт обладал высокими дегустационными качествами и не содержал вредных примесей.
Пивоварение.При производстве пива по обычной технологической схеме необходимые ферментные системы для подготовки зернового сырья и перевода экстрактивных веществ в растворимое состояние на стадии затирания образуются в процессе солодоращения.
Основными ферментами, образующимися в процессе солодоращения и имеющими наиболее существенное значение в технологии пивоварения, являются амилолитические ферменты, разжижающие и осахаривающие крахмал; протеолитические ферменты, расщепляющие белки ячменя до пептидов различной молекулярной массы и свободных аминокислот; цитолитические ферменты, гидрозизующие некрахмальные полисахариды, растворяющие клеточные стенки эндосперма зерна, благодаря чему облегчается доступ амилаз и протеаз к соответствующим субстратам.
Каждый из перечисленных процессов должен пройти с определенной глубиной, чтобы обеспечить нормальное протекание фильтрации затора, брожения сусла, осветление и фильтрацию пива, а также создание определенных физико-химических свойств (пенообразование, прозрачность, стойкость при хранении) и вкусовых качеств готового продукта.
Применение ферментных препаратов микробного происхождения (амилоризин ПХ, П10Х, амилобубтилин Г10Х, Г20Х, протосубтилин Г10Х, цитороземин ПХ) с целью замены солода несоложенным ячменем позволяет интенсифицировать процесс, избежать потерь ценных компонентов сырья на дыхание и образование проростка, в целом повысить рентабельность пивоваренного производства. Кроме отечественных препаратов, в настоящее время широко используются ферментные препараты различных зарубежных фирм. Предназначенные для замены ферментов солода ферментные препараты микробного происхождения должны по характеру своего действия соответствовать ферментам солода и значительно превосходить их по активности.
Ферменты, используемые для борьбы с холодной мутью. К образованию холодной мути в бутылочном пиве приводит рост микроорганизмов, такое биологическое помутнение предотвращается пастеризацией пива или стерильной фильтрацией при заполнении бутылок в асептических условиях. Небиологическое помутнение пива может происходить при его продолжительном хранении; этот процесс ускоряется при действии света, тепла, кислорода, в присутствии следов железа или меди, а также при одновременном воздействии этих факторов. Состав мути зависит от преобладающего действия того или иного из этих факторов. Основными составляющими холодной мути являются: белки — 40–76%; танин — 17–55%; углеводы — 3–13%.
Холодная муть состоит из очень тонкого осадка, который образуется при выдержке пива при температурах ниже 100С. Для борьбы с холодной мутью могут быть использованы растительные ферменты — папаин, фицин, бромелаин, а также грибные (продуцируемая микроскопическими грибами рода Aspergillus, Penicillium, Mucor, Amylomyces) и бактериальные (продуцируемая B. subtilis) протеазы. Но наиболее широко для этой цели применяется лишь папаин или комплексные препараты, включающие папаин и другие протеазы, что объясняется относительно высокой термостабильностью препаратов папаина, сохраняющих свою активность после пастеризации.