+7 (910) 508-14-12
+7 (491) 242-73-42

ООО "ПРОФЭНЗИМ"

 

ФЕРМЕнтные препараты для спиртовой, мукомольной и хлебопекарной отраслей 

   

Иновационные решения. Передовые технологии. Новые возможности.

 

 

Химические превращения при разваривании

 

Крахмал → растворимый крахмал (амилоза) → олигосахариды (декстрины) → дисахарид (мальтоза) →моносахариды (глюкоза, фруктоза,).

 На начальной стадии водно-тепловой обработки нативный крахмал переходит в клейстеризованное состояние. Качество клейстеризации и дальнейшего разжижения влияет на  течение ферментативной реакции,  сказывается на фильтрационной способности гидролизата. Клейстеризованный и разжиженный крахмал гидролизуется а-амилазой во много раз быстрее, чем нативный.

Под действием катализатора – а-амилазы  длинные цепочки молекул крахмала, состоящего из двух полисахаридов амилозы и амилопектина,  поэтапно разрываются на более короткие.

 Амилоза имеет линейную неразветвленную структуру. Состоит из циклических остатков D-глюкопиронозы, соединенных 1,4 связями. Растворяясь в воде, не образует вязкого клейстера. Молекулярная масса 32000-16200. Проба с йодом имеет синее окрашивание.

Амилопектин имеет сильно разветвленную структуру, большую молекулярную массу (несколько миллионов). Основная цепь состоит, как и у амилозы,  из остатков D-глюкопиронозы, соединенных между собой а-1,4 глюкозидными связями. Разветвления в амилопектине образуются за счет боковых групп, соединяются а-1,6 глюкозидными связями. При нагревании, растворяясь в воде, образует клейстер. Проба с йодом имеет сине - фиолетовое окрашивание.

 

Соотношение амилозы и амилопектина в крахмальном зерне соответственно 15-25 % и 75-85 %. Восковидный крахмал состоит полностью из амилопектина.

Кроме амилазы и амилопектина крахмал содержит небольшое количество минеральных веществ, в основном фосфорную кислоту и высокомолекулярные жирные кислоты: пальмитиновую, стеариновую, олеиновую, линолевую и другие.

Ферментативный гидролиз амилазы и амилопектина осуществляется амилолитическими ферментами.

 α-Амилаза  гидролизует α-1,4 связи в полисахариде. Связи разрываются без определенного порядка. Молекулы крахмала при этом расщепляются на крупные осколки, происходит образование  декстринов - низкомолекулярных линейных или разветвленных олигосахаридов. Декстрины с йодом окрашиваются в красно-фиолетовый цвет.

 

 

МОЛЕКУЛА ДЕКСТРИНА

 

 Наряду с декстринами образуется небольшое количество сбраживаемых сахаров - мальтозы, фруктоза и глюкозы. Моносахариды и дисахариды с йодом  дают желтое окрашивание.

 Происходит быстрое снижение молекулярной массы субстрата и его вязкости.

Образуемые а-амилазой декстрины расщепляются глюкоамилазой. Этот фермент способен гидролизовать а-1,4 и а-1,6 гликозидные связи  декстринов, отщепляя при этом остатки молекулы глюкозы от нередуцирующих концов цепей с образованием глюкозы.

 

 

МОЛЕКУЛА ГЛЮКОЗЫ

Деструкция клейстера зависит от технологических режимимов и рН среды.

 При «жестком» разваривании в варочных колоннах гидролиз происходит в результате физического воздействия температуры 130-150⁰С и избыточного давления. Крахмал растворяется, но редуцирующих углеводов образуется очень мало 0,5%, представлены они высокомолекулярными декстринами. Декстринизация происходит уже после разваривания в охлажденном сусле под воздействием мезофильной а-амилазы .

При «мягком» разваривании крахмал подвергается физическому и химическому воздействию одновременно. В процессе разваривания образуется большое количество декстринов и гидролизатов в виде моно- и дисахаридов.

 

Сахара

В зерновом сырье  содержание сахаров составляет 2,0-5,0% сухих веществ.  Представлены они главным образом сахарозой, фруктозой и глюкозой. При температуре до 100 ⁰С сахара не подвергаются разложению. При «жестком» разваривании 130-150 ⁰С гексозы распадаются с образованием оксиметилфурфурола и меланоидинов. B дальнейшем оксиметилфурфурол при нагревании в кислой среде превращается в левулиновую и муравьиную кислоты.

 

 

Устойчивость моносахаридов зависит от активной реакции среды (рН) и режима разваривания сырья. Минимальное количество глюкозы (5 %) распадается при рН 3,4, фруктозы (26 %) – при рН 3,6. При более высоком рН среды 5,5-6,5 разлагается 80% глюкозы и 90% фруктозы. Следовательно, для сохранения этих моносахаридов в процессе разваривания наиболее подходит слабокислая среда с рН 3,5 – 3,6. При условиях мягкого разваривания по непрерывным схемам разложение глюкозы и фруктозы может быть значительно уменьшено (соответственно до 0 и 9 %).

В условиях «жесткого» разваривания и щелочной среде интенсивно  протекает меланоидиновая реакция (реакция Майяра). Замедляется эта реак­ция в присутствии Н2SО4, Н2О2, NaНSО4 и др. Образующиеся при меноидиновой реакции карбонильные соединения (фурфурол, оксиметилфурфурол, ацетальдегид, изовалериановый альдегид, диацетил, формальдегид и др.) ухудшают органолептические свойства спирта.

Обшей для структурных соединений, образующихся в результате реакции Майяра, является группа:

 

 

 

СН₃

 

 

 

СН₃

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

СН₃

С

=

С

С

О

СН₃

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОН

 

ОН

 

 

 

 

 

В настоящее время реального уменьшения потерь сахаров можно достичь путем разваривания сырья при более низкой температуре до 95⁰С и за счет перехода на переработку тонкоизмельченного сырья.

 

Целлюлоза, гемицеллюлоза, гумми и пектиновые вещества.

Целлюлоза – волокнистое вещество, обладающее высокой химической и физической прочностью, при разваривании под давлением 0,4 – 0,5 МПа практически не изменяется. Целлюлоза – полисахарид, являющийся основным структурным материалом клеточных стенок растений. Молекулы целлюлозы имеют только линейное строение, располагаются параллельно  и состоят из остатков β – глюкозы, связанных между собой эфирными мостиками 1,4- β – глюкозидными связями. Целлюлоза – сравнительно жесткоцепной полимер. Ее молекулы обладают высокой степенью асимметрии и прочности. Природная модификация целлюлозы определяет механическую прочность клеточной оболочки разного вида зерна зерна.

 

 

Как правило спутниками целлюлозы в клеточных стенках зерна являются другие полисахариды – гемицеллюлозы, имеющие как линейное, так и разветвленное строение.

В состав макромолекулы  гемицеллюлозы входят фрагменты различных моносахаров (ксиланы, маннаны, галактаны, арабаны и др). 

Гемицеллюлозы частично растворяются в воде, образуя гель и частично гидролизуются до декстринов различной молекулярной массы с образованием в качестве конечного продукта пентоз (арабинозы и ксилозы). Ферменты, гидролизующие полисахариды гемицеллюлоз называются гемицеллюлазами.

 

 

В химический состав зерна также входят пектиновые вещества различной природы: пектиновая кислота, протопектин, пектинаты, пектаты, пектовая кислота и др.

 Пектиновые вещества являются гетерополисахаридами. Структурным компонентом их молекул является a-D-галактуроновая кислота. Также в состав пектиновых веществ наряду с мономером a-D-галактуроновой кислоты входят сахара D-галактоза, L-рамноза, L-арабиноза, D-ксилоза.

 Пектиновые вещества, растворяются в воде, образуя вязкие растворы. При «жестком» разваривании  гидролизуются с образованием  большого количества метанола, что вызывает определенные трудности при ректификации, так как температура кипения метанола близка к температуре этилового спирта. 

 

Молекула пектина

 

Гумми-вещества (слизи, камеди)- комплексные некрахмалистые полисахариды, основными компонентами которых являются - β глюканы и пентозаны (арабиноксиланы).

Растворяясь при разваривании, образуют коллоидные растворы повышенной вязкости. Могут гидролизоваться при осахаривании под действием фермента В-глюканазы до глюкозы, способствуя, таким образом, увеличению выхода спирта за счет накопления большого количества сбраживаемых сахаров в сусле.

 

Белки,  жиры и другие вещества.

Белки (протеины от гр. protos ­ первый, важнейший).  Белки ­ это природные полимеры, состоящие из остатков сотен и тысяч аминокислот, co­единенных пептидной связью. В эндосперме зерновых злаков содержатся такие незаменимые аминокислоты, как лизин, метионин, триптофан, валин, изолейцин, лейцин, треонин, фенилаланин и др.

Под воздействием высокой температуры и давлении при жестком режиме разваривания белки коагулируются и частично денатурируются, вследствие чего в сусле отмечается некоторое уменьшение содержания растворимого азота.

При низкотемпературном разваривании зерна происходит гидратация, белки набухают и далее под действием протеолитических ферментов гидролизуются до различных аминокислот, вследствие чего сусло обогащается растворимым азотом.

 Расщепление происходит поэтапно:

 белок → полипептид → олигопептид → дипептид →аминокислота

 

 

 

                    аминокислота -1                       аминокислота -2

Жиры, входящие в состав зерна  при при разваривании не претерпевают значительных изменений.

Жиры относятся к многокомпонентным липидам. Представляют собой смесь различных глицеридов, т.е. сложных эфиров глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. Для расщепления глицеридов температуры 130-150⁰С недостаточно, поэтому количество жирных кислот при разваривании образуется мало.

В состав зерна входят соли фосфорной и органических кислот. Под воздействием высокой температуры при разваривании происходит  распад этих веществ и высвобождение фосфорной кислоты и других кислых соединений, что ведет к увеличению кислотности среды.