Производство амилазы

Производство амилазы

Введение

Амилазы использовались человеком давно, однако их изучение началось с открытия Кирхгофом в 1814 г. вещества, способного превращать крахмал в сахар. Препарат, полученный Кирхгофом из пшеничной муки, обладал способностью разжижать крахмальный клейстер и превращать его в сахарный сироп. Аналогичное явление автор наблюдал при смешивание крахмального клейстера с ячменным солодом. Уже в этих первых исследованиях Кирхгоф отметил губительное действие на это вещество серной кислоты. В то же время он подчеркнул, что сахарообразование является необходимы условием для сбраживания крахмалсодержащих материалов и таким образом положил начало научному объяснению технологии брожения.

Биологически активное вещество в дальнейшем было выделено из солода и подверглось детальному изучению. Было обнаружено, что его действие на крахмал проходит через три стадии: разжижение, декстринизацию и осахаривание. Это привело к признанию существования в солоде двух различных компонентов, которые в дальнейшем были по лучены в отдельности и названы а-амилазой (декстринирующий компонент) и β-амилазой(осахаривающий компонент).

α-Амилазы и β-амилазы широко распространены в высших растениях. Наиболее важным источником амилаз являются хлебные злаки, зерно которых в проросшем состоянии (в виде солода) находит широкое применение в промышленном гидролизе крахмала. Солод из ячменя, ржи, пшеницы, овса, проса в настоящее время используется для осахаривания крахмала в спиртовом производстве.

1. Общая характеристика амилаз

Классификация ферментов

Согласно современной классификации и номенклатуре ферментов а- амилаза получила название α-1,4-глюкан-4глюкангидролаза; β -амилаза - α -1,4-глюкавмальтогидролаза; глюкоамилаза-α -1,4-глюкогидролаза;олиго- 1,6-глюкозидаза декстрин-6-глюкангидролаза.

Роль α-амилаз при гидролизе крахмала исключительно велика. Из трех основных функций при действии на клейстеризованный крахмал (разжижение, декстринизация, осахаривание) разжижение и декстринизация зависят от α-амилаз. Они атакуют не только клейстеризованный, но и нативный крахмал, разрушая крахмальные зерна.

α-Амилазы различного происхождения имеют много общих свойств: хорошо растворяются в воде или в сильно разбавленных растворах солей.

Более концентрированные растворы солей (например, 20 - 30%ные растворы сульфата аммония) вызывают осаждение этих ферментов, α-Амилазы легко растворяются в разбавленных растворах этилового спирта, но осаждаются при его концентрации в среде свыше 60%. Белок α-амилаз обладает слабокислыми свойствами; изоэлектрическая точка ферментов колеблется в пределах pH 4,2-5,7. Молекулярная масса солодовой α-амилазы 60000, α-амилаз микроскопических грибов - 45000--50000. Многие из известных ныне α-амилаз получены либо в высокоочищенном, либо в кристаллическом виде.

Действуя на целое крахмальное зерно α-амилаза атакует его, разрыхляя поверхность и образуя каналы и бороздки, т.е как бы раскладывает зерно на части. Клейстеризованный крахмал гидролизуется ею с образование не окрашиваемых йодом продуктов в основном низкомолекулярных декстринов. Процесс гидролиза крахмала многостадийный.

а - ферментативный гидролиз амилозы; б - начальная стадия гидролиза амилопектина; в - конечная стадия осахаривания амилопектина.

Рисунок 1.1 Стадия гидролиза крахмала α-амилазой:

В результате воздействия а- амилазы на первых стадиях процесса в гидролизате накапливаются декстрины, затем появляются неокрашивающиеся йодом тетра- и тримальтоза, которые очень медленно гидролизуются α- амилазой до ди- и моносахаридов. Все α-амилазы проявляют наименьшее сродство к гидролизу концевых связей в субстрате. Некоторые же or-амилазы, особенно грибного происхождения, на второй стадии процесса гидролизуют субстрат более глубоко с образованием небольшого количества мальтозы и глюкозы.

Ионы кальция оказывают стабилизирующее действие на а -амилазы. Это впервые было обнаружено Воллерштейном, затем подтверждено Накамурой. В настоящее время это явление отмечено почти для всех амилаз. Однако теоретически этот вопрос применительно к промышленному гидролизу крахмала до сих пор не разработан.

α-Амилаза солода и глюкоамилаза микроскопических грибов являются осахаривающими ферментами, образующими при гидролизе крахмалаебраживаемые сахара- мальтозу и глюкозу соответственно.

β-Амилаза -типичный представитель амилаз высших растений. Ее действие на крахмал, содержащий α -гликозильные связи, ведет к образованию β -мальтозы. Это явление было первым признанным примером

а-гидролиз амилозы; б-гидролиз наружных ветвей амилопектина (β-декстрин обведен пунктирной линией)

Рисунок 1.2 Действие β-амилазы на крахмал

Открытие глюкоамилаз, называемых иначе γ-амилазами, амилоглюкозидазами, α-глюкозидазами или така-амилазами В, связано с исследованием ферментов микроскопических грибов, используемых в производстве спирта.

Согласно новой номенклатуре глюкоамилаза должна расщеплять лишь α - 1,4-связи в поли- и олигосахаридах. Однако установлено, что этот фермент расщепляет также α-1,6-глюкозидные связи. Поэтому для глюкоамилазы предложено систематическое название α-1,4-:1,6-глюкан-4:6- глюкангидролаза.Таким образом, под рабочим названием глюкоамилазы следует иметь в виду фермент, расщепляющий в крахмале и олигосахаридах α-1,4- и α-1,6-глюкозидные связи. Существование в микроскопических грибах таких ферментов, как олиго- 1,6-глюкозидаза (конечная декстриназа) и изомальтаза, расщепляющих α-1,6- связи,некоторые исследователи ставят под сомнение. Весьма активная глюкоамилаза содержится в микроскопических грибах.

. Обзор возможных способов получения

Амилолитические препараты могут быть получены из поверхностных и глубинных культур. Получение препаратов амилаз из поверхностных культур. Средой для выращивания продуцентов являются пшеничные отруби с добавлением до 25 % солодовых ростков, увлажненные водой, подкисленной 0,1 н. раствором серной или соляной кислоты. Выход готовой культуры составляет обычно от 70 до 80 % массы среды. Продуцентами а- амилазы и глюкоамилазы чаще всего используются микроскопические грибы A. oryzae, A. awamori, A. niger, R. delemar и др. В Японии при твердофазном культивировании применяют бактерии В. subtilis и В. amylosolvents. Режимы выращивания зависят от физиологии продуцента.

Экстракт из поверхностной культуры может быть использован для получения очищенных амилолитических препаратов путем осаждения ферментов органическими растворителями или нейтральными солями. Амилазы выпадают в осадок почти полностью (93-96 %) при концентрации этанола в растворе 69-72 %, ацетона 60-62 и изопропанола 54-55%. Но сейчас поверхностная культура не считается перспективным сырьем для производства высокоочищенных амилолитических препаратов.

Получение препаратов амилаз из глубинных культур. В настоящее время в нашей стране для получения амилолитических ферментных препаратов преимущественно используется глубинный способ культивирования продуцентов. В качестве продуцентов используют грибы рода Aspergillus (A. oryzae, A. usamii, A. batatae), спороносные бактерии, относящиеся к группам В. subtilis - mesentericus, дрожжеподобные организмы родов Endomycopsis, Endomyces и многие другие микроорганизмы.

Источники азота. Выбор сред для каждого продуцента про водится опытным путем с учетом физиологических потребностей продуцента и условий производства. Например, при изучении факторов, влияющих на биосинтез ферментов, было показано, что культура В. subtilis 103 весьма чувствительна к источнику азота в среде (табл. 1.1.).

Таблица 1.1

Наилучшие результаты согласно данным К. А. Калунянца и др. (1979) наблюдаются в присутствии двузамещенного цитрата аммония - 82,8 ед. АС/мл и (NH4)2HP04 - 86,4 ед. АС/мл. Органические источники азота менее эффективны, чем неорганические.

Дополнительное введение азота в виде экстрактов из растительного, животного и микробного материала к (NH4)2HP04 позволяет на 30-40 % повысить продуцирующую способность бактерий и достичь активности 110-114 ед. АС/мл(табл 1.2.).

Таблица 1.2

Источники углерода. Главным источником углерода в среде для всех продуцентов α-амилазы является крахмал различного происхождения. Используют чаще всего крахмал картофельный или кукурузный, который вводится в среду в клейстеризованном состоянии. Вместо крахмала может применяться крахмалсодержащее сырье, например ячменная или кукурузная мука. Все эти компоненты используются в нативном виде или в виде различных гидролизатов.

Установлено, что биосинтез α-амилазы протекает более интенсивно, если крахмал частично гидролизовать в процессе приготовления питательной среды, не допуская при этом накопления в среде низкомолекулярных дисахаров (мальтозы) и особенно глюкозы (табл 1.3.).

Таблица 1.3

Поэтому, если состав среды предусматривает высокое содержание крахмала, целесообразно вводить его порциями по мере потребления культурой микроорганизма, что позволяет избежать явления катаболитной репрессии синтеза а - или глюкоамилазы (рис. 1.3)

-контроль; 2-дробный режим введения крахмала в количестве 0,5 %

Рисунок 1.3 Влияние дробного введения крахмала

. Обоснование целесообразности использования биотехнологический приемов в производстве амилаз

Амилазы для промышленного применения получают только биотехнологическими приемами - биосинтезом с помощью микроорганизмов, так как в растениях их содержится в небольших количествах и выделять их экономически не целесообразно.

При биотехнологических приемах используются мягкие режимы выращивания биомассы продуцента и выделение ферментов (амилаз), так как основная масса продуцентов относится к мезофильным микроорганизмам, оптимум роста для которых находится при температуре 28-36°С.

Использование ферментов - биологических катализаторов - очень заманчивая вещь. Ведь они по многим своим свойствам, прежде всего активности и избирательности действия (специфичности), намного превосходят катализаторы химические. Ферменты обеспечивают осуществление химических реакций без высоких температур и давлений, а ускоряют их в миллионы и миллиарды раз. При этом каждый фермент катализирует только одну определённую реакцию.

Биологические катализаторы можно использовать также не извлекая их из живых организмов, прямо в бактериальных клетках, например. Этот способ, собственно, есть основа всякого микробиологического производства, и применяется он издавна.

Разработка способа повышения устойчивости ферментов значительно расширяет возможности их использования. С помощью ферментов можно, например, получать сахар из растительных отходов, и этот процесс будет экономически рентабельным. Уже создана опытная установка для непрерывного производства сахара из клетчатки.

. Описание технологических стадий и режимов производства амилолитического ферментного препарата

В Последовательность стадий получения ферментного препарата, содержащего α-амилазу, представлена на рисунке 1.4

В настоящее время для получения амилолитических ферментных препаратов преимущественно используется глубинный способ культивирования.

Продуцентами при данном способе культивирования являются: микроскопические грибы рода Aspergillus (A. Oryzae, A. Ussamii, А. Batatae), спороносные бактерии, относящиеся к группам Bacillus. Subtilis-mesentericus, дрожжеподобные организмы родов Endomucopsis, Endomyces и многие другие микроорганизмы.

Рисунок 1.4. Схема получения ферментного препарата

Приготовление посевного материала. Этапы получения посевной культуры следующие: 1) обновление исходной культуры на агаризованной среде; 2) выращивание культуры продуцента на жидкой среде в колбах на качалке; 3) культивирование продуцента в малом, а затем, если требуется, в большом инокуляторе. Посевная доза при засеве производственной среды составляет 4% по объему.

Компонентами среды являются: кукурузная мука, крахмал, патока, гидролизатыказеина и дрожжей, древесины, липиды, минеральные соли. (Содержание СВ от 1,5 до 15,5 %, pH от 3,5- 8,5)

Приготовление питательной среды включает в себя составление композиции для роста биомассы и накопления ферментов. В питательную среду входит следующий состав (в %): (NH4)2HPO4 - 0.8; КН2РО4 -0.1; KNO3 -0.11; кукурузный экстракт - 1. Среду стерилизуют для удаления посторонней микрофлоры при температуре 121 °С в течение 1 часа. Температура культивирования: 26-32 С для грибов, а для бактерий 32-35 С. Режим аэрации: 50- 60 м3/ч м3.

Ферментация - процесс, осуществляемый с помощью культивирования микроорганизмов. Ферментация - это комплекс процессов, в который входят рост и развитие клеток, биосинтез ферментов, тепловыделение, транспорт метаболитов в культуральную жидкость. Исходный pH питательной среды 6,5-7,0 поддерживают на оптимальном уровне с помощью мела. Процесс протекает при температуре 35 °С и длительность ферментации составляет 55 -60 ч. На рост и развитие клеток существенное влияние оказывает концентрация питательных веществ в субстрате.

Фильтрация - процесс разделения суспензии с использованием пористых перегородок, которые задерживают твердую фазу суспензии и пропускает ее жидкую фазу. Полученную биомассу продуцента вместе с нерастворимыми частицами среды при необходимости стерилизуют, высушивают и используют на корм животным. Фильтрат культуральной жидкости нестабилен, он не может хранится и должен немедленно направляться на дальнейшую обработку для получения очищенных ферментных препаратов.

Выпаривание - процесс концентрирования растворов путем частичного испарения жидкого растворителя. Фильтраты глубинной культуры являются нестабильными при хранении. Для получения готовых форм их необходимо сконцентрировать. Ферменты очень чувствительны к термической обработке и нуждаются в мягких режимах концентрирования. При температуре греющего пара 90-100"С и при температуре кипения 35- 40 С потери активации не превышают 10%.

Сепарирование - разделение под действием центробежных сил. Во вращающемся потоке на взвешенную частицу действует центробежная сила, направляющая ее от центра к периферии.

=

где Gk - центробежная сила, m-масса частицы, r-радиус вращения, wr -окружная скорость.

Сепарирование применяется, когда концентрация взвешенных частиц в жидкости, их размер не очень велики

Образовавшийся осадок балластных веществ удаляется из культуральной жидкости, а очищенная жидкость подвергается осаждению.

Осаждение - выделение целевого продукта путем добавления к жидкости реагента, взаимодействующего с растворенным продуктом и переводящего его в твердую фазу. Широкое распространение, для выделения ферментов из водных растворов, получил метод осаждения этанолом, изопропанолом и ацетоном. Добавление таких реагентов вызывают потерю растворимости белковых молекул, и сопровождается образованием осадка из-за снижения полярности среды в присутствии осадителя. В водной среде энергия притяжения молекул фермента и диполей воды (энергия сольватации) превосходит взаимопритяжение молекул фермента, в связи, с чем образуется устойчивый раствор. При определенной концентрации органического растворителя энергия сольватации становится меньше энергии связи между диполями воды и молекулами растворителя, так как он обладает более сильной полярностью. В результате сольватная оболочка белковой молекулы разрушается, что приводит к коагуляции белка. При осаждении 2-2,5 объемами изопропанола активность ферментов в осадках сохраняется на 93-95% от исходной, pH обрабатываемого раствора 6,5-6,8.

Стандартизация ферментных препаратов. Для получения постоянной активности в препараты вводится наполнитель в определенном количестве, которое зависит от полученной активности в культуре и препарате. Желательно, чтобы наполнитель по отношению к ферменту выступал и в роли стабилизатора, а не просто инертного соединения. Известно, что хорошим стабилизатором амилолитических ферментов хлористый натрий. С внесением наполнителя в виде 1 % хлористого натрия показали возможность получения из фильтрата культуральной жидкости и грибной культуры сухих амилолитических ферментных препаратов с индексом ГЗх. Количество наполнителя можно рассчитать по формуле:

S=-b

где S - количество наполнителя, необходимое для получения стандартного по активности препарата, кг; а - активность исходного препарата, ед. ФА/г; b - количество исходного препарата, кг; с - стандартная активность препарата, ед. ФА/г/

Сушка - удаление влаги из твердых и пастообразных материалов путем ее испарения и отводом образовавшихся паров. Движущей силой этого процесса является разница давлений насыщенных паров над влажным материалом и в газе.

Р = р* -р

Для обезвоживания ферментных растворов применяют сушку в вакуум-сушильных шкафах, распылительных и сублимационных установках. При высушивании ферментсодержащих материалов имеется ряд трудностей, связанных с большой термолабильностью ферментов.

. Химический состав и физико-химические свойства сырья и полуфабрикатов

Кукурузная мука. Является самым дешевым продуктом из всех зерновых и ее цена зависит от степени измельчения (помола).

Таблица 1.5. Химический состав сырья

Гидролизаты древесины. Сама древесина является не очень «вкусным» сырьем для микроорганизмов, но после предварительной обработки - высокотемпературного кислотного гидролиза - превращается в гидролизаты. Целлюлоза и пентозаны гидролизуются до глюкозы и других сахаров. Содержание сахаров зависит от породы древесины и технологии гидролиза и составляет 4-8%. Кроме древесины можно использовать для тех же целей различные целлюлозосодержащие сельскохозяйственные отходы (солому, кукурузные кочерыжки, стебли хлопчатника и т.п.).

Дрожжевые гидролизаты в высушенном виде содержат до 52% органического азота, в основном в виде аминокислот.

Кукурузный экстракт - отход крахмалопаточного производства, получающийся путем упаривания жидкости от замачивания («настоя») кукурузных зерен (замочная жидкость) с содержанием сухих веществ не ниже 48%. В процессе замачивания происходит ферментный гидролиз белков кукурузы, вследствие чего около половины азотсодержащих веществ экстракта представляет собой смесь аминокислот, полипептидов и белков. Экстракт - темная вязкая жидкость, содержит 6,4-8% общего азота, не более 24% золы. В золу входят фосфор, калий, магний, причем фосфор - до 5%, частично в связанном состоянии в виде фитина. Имеются также витамины группы В (биотин), ростовые вещества и биостимуляторы. Таким образом, кукурузный экстракт представляет собой хорошую смесь источника питания.

Продуценты. Плесневые грибы рода Aspergillius, видов niger, orizae, usamii, awamori, batatae; рода Rhizopus, видов delemar, tonkinensis, niveus, japonicum и др., а также отдельные представители Neurospora crassa и Mucor.

Плесневые грибы очень широко распространены в природе; основное место их обитания - почва. Несмотря на наличие многих родов и видов плесневых грибов все они характеризуются нитевидным строением тела и специфическим строением плодоносящих органов. Тело гриба состоит из длинных переплетенных нитей сероватого или белого цвета, называемых гифами. Гифы распространяются по поверхности питательного субстрата, образуя мицелий и частично врастают в него. Некоторые гифы, поднимающиеся над поверхностью в виде легкого пушка, имеют более сложное строение и представляют собой органы плодоношения, называемые конидие или спорангиеносцами. У мукоровых грибов на конце спорангиеносца находится шаровидное вздутие, окруженное оболочкой, внутри которого образуются споры. У аспергиллов конец конидиеносца имеет булавовидное утолщение, от которого отходят удлиненные клетки, называемые стеригмами; от стеригм отшнуровываются более мелкие круглые клетки - конидии.

Отделившиеся конидии или споры, попадая в благоприятные условия, начинают прорастать, затем гифы ветвятся, образуя мицелий; при истощении питательных веществ в среде гриб переходит - в стадию споро- или конидиебразования. Споры и конидии плесневых грибов содержат пигменты, что и придает зрелым культурам характерную окраску.

Аспергиллы являются типичными аэрофилами, поэтому они могут развиваться только на поверхности твердой или жидкой среды или в жидкой, достаточно аэрируемой среде. Оптимальная температура для, большинства аспергиллов 25-30°С, для некоторых - до 35°С. Большинство грибов при поверхностном культивировании могут переносить кратковременное повышение температуры до 40 и даже 45°С без заметной потери активности ферментов. Оптимальная влажность среды для них около 65%.

Для питания аспергиллов необходимы азотистые и минеральные вещества. В качестве источника углевода кроме моносахаридов, многих олиго- и полисахаридов могут служить спирты и органические кислоты, однако для накопления амилазы в среде обязательно должны присутствовать крахмал, декстрины или мальтоза. На средах, содержащих другие сахара, в том числе глюкозу грибы амилазы не образуют. Источником азота могут быть белки и их гидролизаты, аммонийные соли и нитраты.

. Расчет теоретического выхода целевого продукта

. Составляем       предварительную рецептуру синтетической питательной среды для выращивания биомассы:

компонент «С» - амилаза,

компонент «N» - кукурузный экстракт, (NH4), НР04.

Компонент «О» - воздух.

. Составляем       стехиометрическое уравнение:

у_А А + vВ+ v С→+F+G         (4.1)

3. Для расчета стехиометрических коэффициентов составим формулу биомассы бактерий.

Элементарный состав биомассы: С -53%, Н-7%, N-12%, О- 20%, S-1% и золы -4%. В первом приближении формула биомассы бактерий имеет вид:

В гипотетической молекуле биомассы не может быть дробных атомов, поэтому умножим коэффициенты на 100:  Н 700 0125 N 8б Р,0 S, В стехиометрических расчет допускается пренебрегать малоколичественными элементами (S). Для расчетов принимают молекулярную массу такой, чтобы в ней оказался I атом углерода. Для этого поделим на 442: CH1,8O0,3N0,24

. Производим расчет С-моля биомассы бактерий:

M_с-моль=п_с ММ_С +п _н ММ _н + n ₀ ММ ₀ + n _N ММ _N (4.2)

ММS с-моль=l *12+1.8* 1+0.5* 16+0.2* 14=30

Расчет С-моля субстрата определяют исходя из формулы амилазы (С6Н1206)n так же как и для С-моля биомассы по формуле (4.2). После деления коэффициентов на 6 она имеет вид: (СН2O)n (4.3). Тогда молекулярная масса С-моля амилазы равна:

ММБМ с -моль=1 *12+1,8*1+0,5*16+0,2*14=24,6

. Определяем теоретический выход биомассы по формуле:

= ММS c-моль/ММБМс-моль        (4.4)

Подставив численные значения, получим: УБМ=24,6/30=0.85

. Для определения количества субстрата затрачиваемого биомассой на энергетические нужды рассчитываем энергетический выход биомассы по формуле:

ɳ=γ_s/γ_x       (4.5)

где γ s,γ x- энергия, заключенная в субстрате и биомассе соответственно.

Расчет величин γs и γл осуществляем, используя степень восстановленное™ по элементам углероду, водороду, кислороду, азоту.

. Степень    восстановленности С-моля амилазы рассчитаем по формуле:

γs=4m + 1n - 2р - 3q,   (4.7)

где 4,1,2,3 - числа свободных электронов, соответственно С, Н, О, N; m,n,p,q- индексы атомов при углероде, водороде, кислороде, азоте соответственно.

Подставив численные значения, получим: Γs =4* 1+1 *2-2* 1=4

Аналогично рассчитаем степень восстановления биомассы:

γs=4* 1 + 1* 1.8-2*0.5-3*0.19-3*0.2=4.2

Рассчитаем энергетический выход: ɳ =4/4.2=0.95

От этой величины можно перейти к обычному выходу биомассы:

БМ=ɳ MMsс-моль/MMБМс-моль  (4.9)БМ= 0.95*0.85=0.807

. Составляем стехиометрическое уравнение для синтеза биомассы бактерий, исходя из теоретического выхода биомассы Y БМ = 0.85, т.е. из 1кг пектина образуется 0.807 кг биомассы. Общее стехиометрическое соотношение обмена веществ имеет вид:

s [S]+ v02[O2]+ vNH3[NH3] →X + vp[P]+ vco2[СО2]

По рецептуре на долю углеродсодержащего сырья (кукурузной муки) приходится 2 кг с влажностью 10%. Доля СВ 1.8 кг. Количество амилазы составляет:

Х=(1.8*22)/100 = 0.396 кг,

где 22 - содержание амилазы в кукурузной муке (в %).

х = 0.9*7/100=0.063 кг, где 0.9 - масса кукурузного экстракта, кг,

- содержание общего азота в кукурузном экстракте, в %.

Азот из (NH4)2 НРО 4: 0.8*28/132=0.169 кг, где 0.8 - масса соли, кг,

- молекулярная масса соли, кг/кмоль

 + 0.169 = 0.232 КГ

. Рассчитаем стехиометрические коэффициенты обмена веществ.

= 0.396/2=0.198=0.232/(0.45=0.8)=0.186+ vNH3 *3 = 1.58 + vpnp=(vsns+vNH3*3-1.8)/np= (0.198 * 7 + 0.186 *3 -1.8)/1256 = 0.0006=1 + vpmp +vCQ2= vsms -1 - vpmp= 0.198 * 6 - 1 - 0.0006 * 510 = 0.178

Общее стехиометрическое соотношение обмена веществ имеет вид:

((С6H12O6)n) + 0.186(NH3)→CH1.8O 0.3N 0.24 +

(C510H12560413N250) + 0.178(CO2)

. Особенности применения продукта в производстве продуктов питания

амилаза биотехнологический

Амилазы находят применение почти во всех областях, где перерабатывается крахмалсодержащее сырьё. Амилазы используются для осахаривания зернового и картофельного крахмала. Самым большим потребителем амилолитических ферментов является спиртовая и пивоваренная промышленности, где в настоящее время солод (пророщенное зерно) успешно заменяется амилолитическими ферментными препаратами. Эти препараты используются в хлебопечении, а также в крахмалопаточном производстве для получения различных видов паток, глюкозы и глюкозо- фруктозных сиропов. Амилазы используются для улучшения качества концентратов и быстроразвариваемых блюд, большую перспективу представляют амилолитические ферментные препараты для промышленности, изготовляющей моющие средства. Там термостабильные и щелочеустойчивые амилазы могут быть прекрасной биологической добавкой для снятия углеводных загрязнений. Амилазы используются в текстильной промышленности для расшлихтовки тканей и приготовления высококонцентрированных клейстеров крахмала в процессе крашения тканей. В последнее время уделяется внимание использованию амилаз при переработке различных крахмалсодержащих отходов в кормовые белковые препараты. Высокоочищенные амилазы применяются для аналитических целей и в медицине.

В настоящее время большое внимание уделяется разработкам схем по применению концентрированных ферментных препаратов в хлебопечении. Показано, что ферментные препараты могут быть широко использованы в качестве улучшителей хлебопекарных свойств как пшеничной, так и ржаной муки. При добавлении препарата амилоризина П 10х в количестве 0,002- 0,004 % к массе муки повышается удельный объём хлеба, существенно улучшаются физико- механические свойства мякиша, становится более интенсивной окраска корки и более приятным вкус и аромат. Амилолитические препараты из Asp.oryzae и A. awamori оказывают положительное влияние на процесс приготовления заквасок и жидких дрожжей. В связи с улучшением бродильной активности заквасок и жидких дрожжей сокращается продолжительность брожения полуфабрикатов на 25- 30 % и длительность расстойки при одновременном улучшении качества хлеба. Нельзя забывать о том, что в подавляющем большинстве случаев ферментные препараты представляют собой комплексы большого числа ферментов. При действии этих комплексов может присходить не только гидролиз крахмала, но и гидролиз других компонентов муки. С этой точки зрения весьма нежелательно присутствие в препаратах активных протеиназ. Отмечено, например, что протеиназа препарата П 10х Asp. Oryzae оказывает отрицательное воздействие на клейковину муки из мягких пшениц. В то же время она неоходима при переработке муки из твёрдых пшениц, когда воздействие фермента на недостаточно эластичную клейковину дает положительный эффект. В последнее время обращено внимание на использование в хлебопечении препаратов, содержащих активную глюкоамилазу. Особая роль отводится препаратам из Asp. Awamori и Rh. Delemar, содержащих малоактивную протеиназу.

В пивоваренном производстве главная задача- получить высокий выход экстрактивных веществ из перерабатываемого сырья. Основным сырьём здесь является солод. Выход экстракта находится в тесной взаимосвязи с активностью гидролаз, образованных при солодоращении и со степенью растворения солода. Особенно велика роль амилаз. Она заключается в максимальном извлечении крахмала из солода и переводе этого субстрата и сбраживаемые углеводы. Однако в пивоварении в противоположность спиртовому производству не стремяться осахарить конечные декстрины. Они необходимы в сусле, поскольку в дальнейшем создают полноту вкуса пива, в определенной степени обуславливают его пеностойкость.

Гидролиз крахмала в сбраживаемые сахара (мальтозу, глюкозу) и конечные декстрины осуществляется в процессе затирания. Основными факторами, с помощью которых регулируют специфичность и интенсивность действия амилаз, являются температура и pH среды. Интервал температур 60- 65"С является оптимальным для образования сбраживаемых сахаров. В интервале температур 70- 75"С происходит быстрый перевод крахмала в экстракт с образованием большого количества декстринов. Регулируя продолжительность эти двух температурных фаз, можно добиваться оптимального соотношения между количеством сбраживаемых сахаров и декстринов, определенной степени сбраживания пива, его высокой коллоидной стойкости и пеностойкости. Важное значение здесь имеет не только активность амилаз солода, но и их различная термостабильность.

Существенное влияние на гидролиз крахмала при затирании окозывает концентрация Н - ионов. При высоких значениях pH (6,2-6,5) скорость гидролиза крахмала уменьшается, замедляется фильтрация сусла, а пиво становится менее стойким при хранении. Оптимальным pH при затирании следует считать 5,3- 5,6, чего можно достичь внесением в затор молочной кислоты.

Список используемой литературы

1.   Иванова А.А. Л.И. Войно, И.С. Иванова. Пищевая биотехнология. М.: Колос С, 2008 - 427 с.

2.      Грачева И.М. Технология ферментных препаратов - М.: Агропромиздат., 2008 - 358с.

.        Бирюков В.В. Основы промышленной биотехнологии: Учеб. пособие для вузов. - М.: Колосс, 2004.

.        Кислухина О. В. Ферменты в производстве пищи и кормов. Издательство: М.: ДеЛи принт, 2002 г

.        Кулев Д.Х., Шарова Н.Ю. Биосинтез и выделение лимонной кислоты и амилолитических ферментов. Издательство. М., ДеЛи принт, 2008.

.        Сайты: Биотехнология, Ферменты

.        Патенты РФ, источник - www.fips.ru