Содержание к диссертации
Введение
1 Литературный обзор 11
1.1 Современно состояние производства ячменя И
1.2 Сорта пивоваренного ячменя 12
1.2.1 Российские сорта ячменя 13
1.2.2 Зарубежные сорта ячменя 13
1.2.3 Сорта ячменя, не содержащие проантоцианидины 14
1.3 Роль пивоваренных свойств ячменя в процессе солодоращения 14
1.3.1 Углеводы 16
1.3.2 Белковые вещества 18
1.3.3 Полифенольные вещества 20
1.3.4 Ферментативная активность ячменя 21
1.3.4.1 Эстеразы 23
1.3.4.2 Карбогидролазы 24
1.3.4.3 Пептид азы 28
1.3.5 Изменение активности ферментов ячменя при солодоращении 30
1.4 Зависимость условий солодоращения и качества перерабатываемого ячменя 35
1.5 Качество свежепроросшего солода 36
1.6 Способы интенсификации процесса солодоращения 37
1.6.1 Биохимические превращения при проращивании зерна и факторы, влияющие на ускорение процесса 37
1.6.2 Методы, способствующие ускорению процесса и снижению потерь при солодоращении 42
1.6.3 Регуляторы прорастания 43
1.6.3.1 Регуляторы прорастания химической природы 49
1.6.3.2 Физические факторы воздействия 51
1.6.3.3 Методы механического воздействия на оболочку зерна 52
1.6.3.4 Применение биологически активных веществ 53
1.6.3.5 Применение ферментных препаратов 54
1.6.3.5.1 Общие сведения о ферментных препаратах 54
1.6.3.5.2 Номенклатура выпускаемых ферментных препаратов 55
1.6.3.5.3 Ферментные препараты, применяемые в пивоварении 56
1.6.3.6 Практика применения солей при солодоращении 58
2 Экспериментальная часть 62
2.1 Материалы и методы исследования 62
2.1.1 Материалы исследования 62
2.1.2 Методы исследования 65
2.1.2.1 Определение энергии и способности прорастания 65
2.1.2.2 Определение влажности 65
2.1.2.3 Определение степени набухания ячменя 65
2.1.2.4 Определение амилолитической активности (АС) 66
2.1.2.4.1 Определение амилолитической активности солода 67
2.1.2.4.2 Определение амилолитической активности ферментных препаратов микробного происхождения 69
2.1.2.5 Определение общей осахаривающей активности (ОС) 70
2.1.2.6 Определение протеолитической активности (ПА) 72
2.1.2.7 Определение активности целлюлазы по гидролизу бумаги (С і активности) 76
2.1.2.8 Определение экстрактивности 80
2.1.2.9 Определение продолжительности осахаривания 80
2.1.2.10 Определение активной и титруемой кислотности 80
2.1.2.11 Определение цветности лабораторного сусла 80
2.1.2.12 Определение вязкости лабораторного сусла 80
2.1.2.13 Определение содержания редуцирующих Сахаров в лабораторном сусле 80
2.1.2.14 Определение содержания аминного азота 80
2.1.2.15 Определение конечной степени сбраживания (КСС) 81
2.1.2.16 Определение содержания алкоголя и видимого экстракта в молодом пиве 81
2.2 Определение стадии внесения и концентрации ферментных препаратов при производстве солода 81
2.3 Влияние биокатализаторов на процесс солодоращения 84
2.4 Влияние обработки ячменя биокатализаторами на физико-химические показатели готового солода и сусла 92
2.5 Исследование процесса набухания ячменя при применении биокатализаторов 96
2.6 Механизм действия ферментных препаратов на зерно 98
2.7 Изучение влияния солей на солодоращение 100
2.7.1 Определение стадии внесения солей и их концентрации в процессе замачивания 101
2.7.1.1 Исследование динамики набухания ячменя при совместном внесении биокатализатора и солей 103
2.7.1.2 Исследование влияния солей на активность АПсубтилина 105
2.8 Изучение влияния совместного применения биокатализаторов и солей на процесс проращивания ячменя 109
2.9 Показатели готового солода, сусла и пива 115
2.10 Получение солода с сокращенным сроком проращивания 118
Выводы 123
3 Список литературы
- Сорта ячменя, не содержащие проантоцианидины
- Зависимость условий солодоращения и качества перерабатываемого ячменя
- Определение энергии и способности прорастания
- Определение стадии внесения и концентрации ферментных препаратов при производстве солода
Введение к работе
В Российской Федерации насчитывается около 400 предприятий, специализирующихся на производстве пива. Из них 88 предприятий имеют свои солодовни, что составляет 35 % собственного обеспечения, из которых 22 предприятия выпускают товарный солод.
В настоящее время главная проблема, от которой зависит увеличение объемов производства и повышения качества пива, состоит в обеспечении производства отечественным пивоваренным ячменем. Потребность в нем оценивается в 1 млн т. В прошлом году из произведенных 750 тыс. т пивоваренного ячменя только 250 тыс. т соответствовало требованиям стандарта, а остальные были не пригодны для производства солода по таким показателям, как содержание белка, крупности, содержание мелких зерен, зерновой примеси. Значительные партии ячменя были инфицированы [14].
Правительство России собирается увеличить производство пивоваренного ячменя в стране до 1,4 млн т. В то же время планируется до 2005 г. увеличить посевную площадь под пивоваренным ячменем в России на 500 тыс. т га. Стоимость данной программы составляет 6,1 млрд руб [58].
На текущий момент тот пивоваренный ячмень, который производится в России, обладает очень низким качеством, в связи с чем около 50% потребляемого пивоварнями ячменя завозится из зарубежья.
Начиная с 2001 г. на фоне стабильного импорта в России наблюдается рост цен на пивоваренный ячмень. Так, в 2002 г. цена на импортный ячмень, прошедший таможенную очистку, составляла 266 долл. США за тонну, что на 38,5% больше, чем в 1999 г. Пивоваренный же ячмень местного производства обходится на 30% дешевле.
Основной проблемой отрасли пивоварения является отсутствие селекции ячменя в стране, то есть в России не выводятся новые сорта ячменя. В то же время в ЕС выводится более 12-15 новых сортов ячменя в год. Теоретически производители могли бы закупать импортные семена, однако они не приспособлены к суровым условиям российского климата [30].
В России в 2004 г. было произведено (по данным ВНИИ ПБ и ВП) 620 тыс. т солода [35].
В настоящее время потребность пивоварения в главном сырьевом компоненте - ячменном солоде составляет около 1 млн т, что соответствует примерно 1,3 млн т пивоваренного ячменя высшего качества. В стране производится около 415 тыс. т солода из российского сырья, на что идет около 600 тыс. т ячменя в основном низкого и среднего качества. Около 60% потребности в солоде удовлетворяется за счет его импорта и еще 10% за счет импорта ячменя.
Солод из стран дальнего зарубежья по большинству показателей качества превосходит как солод отечественного производства, так и солод из стран СНГ: он имеет лучшую степень общего и белкового растворения и обладает более высокой ферментативной активностью [10].
Основными причинами недостаточно высокого качества светлого солода отечественного производства являются как качество пивоваренного ячменя, так и технические и технологические проблемы при производстве из него солода (схема 1).
Разработанная в связи с этим «Отраслевая целевая Программа обеспечения устойчивого производства пивоваренного ячменя и солода в РФ на 2002-2005 гг. и на период до 2010 г.» одним из приоритетных направлений предусматривает разработку эффективных способов воздействия на ячмень с целью получения солода, удовлетворяющего требованиям пивоварения [58].
Один из путей решения вопроса улучшения качества отечественного солода — совершенствование его технологии с помощью биологически активных веществ (БАВ) различной природы, в том числе ферментных препаратов (ФП). Их использование позволяет не вносить изменений в аппаратурную схему производства.
Основные причины недостаточно высокого ка чества светлого солода
отечественного производства
Неустойчивые
климатические
условия в
большинстве
регионов России
Использование
удобрений,
гербицидов,
пестицидов,
неподходящих
культур
предшественников
и т.д.
Низкое качество светлого
солода
Качество пивоваренного ячменя
Субъективные причины
Несоблюдение
правил агротехники
выращивания и
отбора
пивоваренного
ячменя
Проведение
селекции новых
сортов ячменя без
учета их
пивоваренных
качеств
отечественного производства
Схема 1
^
В настоящее время ферментные препараты чаще используют в пищевых производствах, в химической промышленности применение биокатализаторов значительно меньше, а в сельском хозяйстве оно минимально. Основные при-
чины ограниченного применения ферментных препаратов — недостаточные научные разработки применительно к современным препаратам. Вместе с тем ферментные препараты получают, используя отходы пищевых производств (пшеничные отруби; свекловичный жом, отходы картофельного и кукурузного производств), они перспективны для всех отраслей народного хозяйства.
При использовании ферментных препаратов возможно значительно интенсифицировать технологические процессы, увеличить выход готовой продукции и улучшить ее качество, сократить расход сырья и материалов
Необходимо отметить, что от общего объема мирового производства ферментных препаратов 33% используется при производстве синтетических моющих средств, 26% - для производства фруктовых и овощных соков, 3% - кожевенной, 15% - в хлебопекарной и 10% — пивоваренной промышленности [29, 71].
В пивоварении сохраняющийся дефицит солода высокого качества и необходимость переработки несоложеного сырья не позволяют добиться улучшения технико-экономических показателей производства без использования ферментных препаратов.
Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы состоит в интенсификации процесса солодоращения при использовании биокатализаторов различного характера действия (амилолитических, протеолитических и цитолитических) для получения светлого ячменного солода с высокими показателями качества.
Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
исследовать возможность применения биокатализаторов комплексного действия; установить стадию внесения и концентрацию применяемых ФП при производстве солода;
изучить процесс проращивания ячменя при внесении биокатализаторов в установленных концентрациях;
исследовать показатели качества готового солода, полученного с применением биокатализаторов, и выделить препарат, приводящий к наиболее полному растворению солода;
определить механизм действия применяемых ФП на зерно;
исследовать возможность стабилизации действия биокатализатора при помощи солей;
изучить влияние совместного применения биокатализаторов и солей на проращивание ячменя;
разработать технологические приемы и технологическую документацию интенсификации солодоращения и улучшению качества солода при применении биокатализаторов и солей.
Научная новизна работы. На основании комплекса проведенных исследований сформулированы следующие положения:
модифицирован метод определения цитолитической активности на основе метода М. Mandels и J.Weber применительно к зерновому сырью;
установлена кинетика набухания ячменя в процессе его замачивания при применении биокатализаторов и солей, в результате чего достигается более полное растворение эндосперма зерна и накапливается достаточно высокая ферментативная активность в солоде за меньшие сроки проращивания, что позволяет интенсифицировать процесс солодоращения;
научно обосновано предположение об активации и стабилизации ферментов солода под действием биокатализаторов и неорганических солей.
Практическая значимость работы Разработана технология интенсификации процесса солодоращения при получении светлого пивоваренного солода, включающая следующие этапы:
установлена стадия внесения и концентрация биокатализаторов, необходимая для индукции растворения эндосперма зерна;
предложен способ применения ФП, позволяющий сократить сроки проращивания на 1,5 сут при производстве светлого солода;
разработан комбинированный способ совместного применения ФП и неорганической соли, который позволяет поддерживать оптимальное значение рН (6,5) для действия ферментов АПсубтилина, что способствует сокращению продолжительности проращивания на 2,0 сут при одновременном улучшении качества готового солода;
отработан метод определения цитолитической активности в свежепророс-шем и готовом солоде;
разработана и утверждена технологическая документация (ТИ) получения солода по интенсивной технологии при применении биокатализаторов и солей при солодоращении.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научных конференциях: Научно-технических конференциях «Молодые ученые пищевым и перерабатывающим отраслям АПК (технологические аспекты производства)» (Москва, 1999, 2000); Международной научной конференции «Прогрессивные пищевые технологии - третьему тысячелетию» (Краснодар, 19-22 сент. 2000); Международной конференции «Аналитические методы измерения и приборы в пищевой промышленности» (МГУПП, 2005 г.).
Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в 8 работах.
Сорта ячменя, не содержащие проантоцианидины
Основными пивоваренными свойствами ячменя являются жизнеспособность, энергия и способность прорастания, водочувствительность. Этими показателями обусловлена степень его пригодности для солодоращения.
Энергия прорастания на 3-й сутки должна быть максимально близкой к способности прорастания. При современных методах солодоращения это особенно важно. Низкие значения этих показателей могут быть обусловлены тем, что ячмень не прошел послеуборочного дозревания.
Также низкая всхожесть зерна обусловлена тем, что в процессе уборки ячменя и при последующих операциях транспортировки, хранения на зерно влияют технологические факторы, которые, воздействуя на его свойства, нередко вызывают глубокие физиолого-биохимические изменения в его структуре.
В процессе уборки зерно подвергается физическому воздействию как со стороны уборочной техники, так и со стороны природных факторов, в результате чего зерно получает различные травмы.
К макротравмам относятся несколько наиболее опасных для жизни зерна типов повреждений, в результате которых зерно теряет способность к прорастанию. Причем, один тип травм характеризуется полным или частичным отчленением зародыша от эндосперма зерна или же повреждением самого эндосперма. Другой тип характеризуется полным или частичным отчленением оболочки от зерна, что обусловливается деятельностью грызущих насекомых.
К микротравмам относятся повреждения, связанные, во-первых, с одиночными или комплексными повреждениями зародыша, эндосперма и оболочки, во-вторых, с внутренними повреждениями — вмятины эндосперма, возникающие от ударов при повышенной влажности зерна и внутренние трещины, образующиеся в результате разрыва тканей при воздействии температуры.
Особое место занимают повреждения, вызываемые микроорганизмами и связанные с отмиранием тканей, которые не отделяются от зерна, но и не участвуют в его жизнедеятельности. Повреждения, связанные с микробиологической порчей зерна, опасны интоксикацией зародыша.
Для поврежденного зерна характерно снижение способности прорастания. Это объясняется тем, что микротрещины зерна являются как бы каналами для проникновения микроорганизмов. Вследствие чего, с одной стороны, зародыш обедняется питательными веществами, а с другой стороны — происходит интоксикация его метаболитами различных патогенов [23].
Если ячмень обладает повышенной водочувствительностью, то при увлажнении прорастаемость снижается. Водочувствительный ячмень перед со-лодоращением следует подвергать специальной обработке для более равномерного прорастания.
Из-за большего различия почвенно-климатических и других условий культивирования водочувствительность отечественных ячменей колеблется в очень широких пределах. Значительной водочувствительностью обладают ячмени средней полосы. При замачивании водочувствительный ячмень выделяет в замочную воду ингибитор прорастания, например феруловую кислоту.
Попытки устранить водочувствительность при помощи химических и биологически активных веществ не нашли практического применения. Относительный эффект можно получить обработкой водочувствительных ячменей ОД н раствором пероксида водорода и применением воздушных пауз при замачивании.
Немаловажным фактором при переработке водочувствительного ячменя является температура замочной воды. Так, при замачивании некоторых сортов ячменя водой с температурой около 30С их водочувствительность увеличивается или приобретается вновь. Поэтому на первом этапе замачивания водочувствительных ячменей поглощение воды не должно превышать 35%. Наиболее эффективными способами солодоращения водочувствительных ячменей являются повторное замачивание и перезамачивание.
Для оценки качества ячменя, кроме основных пивоваренных свойств, необходимо учитывать содержание его важнейших компонентов — углеводов, белков, липидов, полифенолов, составляющих экстрактивные вещества [66].
Углеводы зерна разнообразны по своему составу. Они существенно различаются по своим свойствам и, следовательно, по их значению для переработки и получения готового продукта. Углеводы ячменя - в основном крахмал, водорастворимый сахар, целлюлоза, а также гемицеллюлоза и гумми вещества [48]. Свободные сахара, входящие в состав экстрактивных веществ, влияют на активность роста зерна на начальной стадии проращивания.
Доля крахмала (СбНіо05)п в ячмене составляет 50-63-65%. Он является важнейшим компонентом зерна. Путем ассимиляции и заключительной конденсации глюкозы (СбНі2Об) в медленно созревающем зерне образуется крахмал, который, как накопитель энергии для зародыша, потребляется в первой жизненной фазе. После образования хлорофилла и начала ассимиляции он должен обеспечить переключение на собственное получение энергии. Крахмал накапливается в клетках мучнистого тела в виде зерен.
Зерна крахмала (амилопласты) содержат 5% липидов и 0,5% белков и состоят из двух различных структур: амилозы и амилопектина.
Амилоза и амилопектин построены из глюкозных остатков, однако они существенно отличаются по своей структуре и, соответственно, по расщеп ляемости при солодоращении и затирании.
Зависимость условий солодоращения и качества перерабатываемого ячменя
Для проращивания ячменя решающее значение имеет степень его увлажнения. В состоянии вегетационного покоя ячмень содержит лишь связанную воду.
Наибольшее значение для активации прорастания ячменя имеет влажность. Для начала прорастания необходимо повысить влажность ячменя до 25 % . Вторым важнейшим фактором является температура.
Ячмень может дать ростки при температуре 4-5С, но оптимальной температурой проращивания является 20-25С.
Прорастание ячменя может продолжаться при повышении температуры до 45С, если рост начался при более низкой температуре.
При теплом режиме проращивания усиливаются процессы окисления и самосогревания. Развитие вегетативных органов ячменя происходит слишком быстро, а растворение замедляется. Оптимальной считается температура проращивания 12-16С. Для ячменей с повышенным содержанием белка проращивание ведут при температуре 18-22С.
Для правильного выбора температурного режима необходимо учитывать интенсивность дыхания ячменя. Если ячмень склонен к интенсивному дыханию при проращивании, необходимо вести процесс при пониженных температурах.
На процесс дыхания ячменя при солодоращении большое влияние оказывает обеспечение развивающегося зерна кислородом и соотношение кислорода и диоксида углерода. Сокращение продолжительности солодоращения и интенсификация процесса достигаются путем снабжения прорастающего зерна кислородом и удалением диоксида углерода. Примером этого является интенсивная технология солодоращения, предусматривающая чередование погружения ячменя под воду и воздушных пауз.
Давление, которое испытывает зерно во время пребывания под водой, приводит к снижению энергии прорастания и соответственно к задержке про цесса растворения эндосперма. Влияние давления устраняется гидроперемешиванием зерновой массы.
Традиционный классический способ солодоращения с трехсуточным замачиванием и восьмисуточным проращиванием позволяет получить солод высокого качества, но является продолжительным и трудоемким процессом, не отвечающим требованиям современной технологии.
Требования, предъявляемые к современной технологии солодоращения: S создание благоприятных условий проращивания; S сокращение продолжительности проращивания путем оптимизации параметров замачивания и проращивания; S снижение производственных потерь; S повышение качества вырабатываемого солода; S создание технологий переработки ячменя с пониженными пивоваренными свойствами [66].
Свежепроросший солод отличается от несоложеного зерна наличием корешков, высокой влажностью, мягкостью и растворимостью эндосперма. Если замачивание или проращивание осуществлялись нормально, то процент проросших зерен незначительно отличается от величины, характеризующей способность их к прорастанию.
При оценке качества свежепроросшего солода принимается во внимание длина зародышевого листка, так как развитие его характеризует ход растворения эндосперма. Зародышевый листок в светлом ячменном пивоваренном со-лоде должен достичь /3 — U длины зерна, в темном /г - 1 длины.
Корешки должны быть сочными, упругими, с завитками длиной 1,5-2 см. Хороший солод имеет свежий запах. Затхлый запах свидетельствует о переработке загрязненного или поврежденного зерна, а также о неправильном замачивании и проращивании.
Влажность свежепроросшего солода не должна значительно отличатся от влажности замоченного зерна. Снижение влажности зерна при солодора-щении приводит к замедлению в нем гидролитических процессов, в результате чего солод получается низкого качества. Понижение влажности солода к концу проращивания допустимо не более чем на 1-2 %.
Важным показателем солода является его ферментативная активность.
Одним из основных требований, предъявляемых к пивоваренному солоду, является его быстрая самоосахариваемость. Поэтому о качестве свежепроросшего солода судят по амилолитической активности солода, которая выражается количеством мальтозы (в г), образующейся из крахмала под действием ферментов 100 г солода. АС светлого свежепроросшего солода составляет 300-400, а темного - 400-500 ед./г.
О степени растворения свежепроросшего солода можно судить по способности веществ зерна переходить в растворимое состояние [49, 52].
Определение энергии и способности прорастания
При определении степени набухания ячменя необходимо рассчитать количество влаги, впитываемой ячменем за определенный период времени.
Навеску ячменя массой 5 г замачивают в растворе ферментного препарата, взятого в количестве 0,1% к массе зерна. Из этой навески через определенный интервал времени (30, 90, 180, 270 мин) отбирают пробу увлажненного зерна в количестве 50 зерен. Перед взвешиванием, для удаления избыточной влаги, зерно высушивают фильтровальной бумагой. Параллельно определяют массу 50 зерен сухого ячменя. Массу влаги находят по формуле: W = m « m " г/1 зерно 50 где: т3.з. — масса 50-ти замоченных зерен, г; тс.з. - масса 50-ти сухих зерен, г; 50 - количество зерна, взятое на опыт, г Скорость набухания зерна, обработанного ферментным препаратом, и контрольного образца рассчитывают по следующей формуле: W W,=—, г/мин г где: W — масса влаги, поглощенная ячменем, г/1 зерно; т — время выемки образца, мин
Определение амилолитической активности (АС) Определение АС солода проводили колориметрическим методом (метод ВНИИПрБ) по ГОСТ 20264.4-89 [18]. Приборы и реактивы:
Фосфатный буфер рН=4,7-4,9 (отвешивают 11,876 г гидроортофос-фата натрия Na2HP04 и 9,079 г дигидрофосфата калия КН2Р04. Навески солей растворяют в колбах на 1 дм3 и доводят содержимое до метки - получают растворы солей / и II. Для получения раствора с рН=4,85 перед анализом растворы ІиІІ смешивают в соотношении
Раствор йода для йод-крахмальной реакции (сначала готовят основной раствор йода - 0,5 г кристаллического йода и 5 г KJ растворяют в бюксе с притертой крышкой в небольшом количестве воды. Полученный раствор количественно переводят в мерную колбу с пробкой на 200 см и доводят водой до метки. Раствор перемешивают и оставляют в темном месте. Из него готовят рабочий раствор разбавлением 2 см3 основного раствора 0,1н рствором НС1 в мерной колбе на 100 см3). При этом определяют оптическую плотность (/ ) рабочего раствора при Х=453 нм в кювете с длиной рабочей грани 1 см, она должна быть 0,160 ± 0,01 (ФЭК Н-57, ФЭК-М) и 0,220 ± 0,01 (ФЭК-60, ФЭК-56). Если необходимо, D рабочего раствора доводят до требуемой добавлением нескольких капель кислоты или основного раствора йода;
1%-ный раствор крахмала (1 г растворимого крахмала переводят в мерную колбу на 100 см , добавляют в нее 25 CMJ Н20 и перемешивают. Затем добавляют еще 25 см3 НгО и колбы помещают в кипящую водяную баню на 20 мин, непрерывно перемешивая до полно-го растворения. Затем колбу охлаждают и добавляют 10 см фосфатного буфера (рН=4,8-4,9). Раствор доводят водой до метки. Для проверки D субстрата в пробирку наливают 10 CMJ 1% -ного раство-ра крахмала и добавляют 5 см Н2О, смесь хорошо перемешивают. Затем в коническую колбу наливают 50 см рабочего раствора йода и 0,5 см смеси. Полученный окрашенный раствор колориметриру-ют на ФЭКе при 2=656 нм в кювете 10 мм по сравнению с водой. D должно быть не менее 0,70).
Солод готовят к анализу, переводя в раствор амилолитические ферменты. Для этого готовят основной (I) и рабочий (II) растворы. Для приготовления основного раствора навеску измельченного свеже-проросшего солода (5 г) переносят в коническую колбу 200-250 см , залива-ют 10 см фосфатного буфера и 90 см дистиллированной воды. Смесь выдерживают 1 ч при t=30C при периодическом помешивании стеклянной палочкой, затем ее фильтруют через складчатый фильтр. Фильтрат представляет собой основной раствор I.
Рабочий раствор ферментов солода (II) готовят из раствора (I), разбавляя его водой так, чтобы в рабочем растворе, введенном в реакцию, содержалось количество ферментов, обеспечивающих гидролиз крахмала в принятых условиях на 20-70 %.
Ход определения. В две пробирки d=2 и h=18 см наливают по 10 см3 субстрата и помещают их в ультратермостат с t=30±0,2C на 10 мин. Затем, не вынимая пробирок из термостата, в первую добавляют 5 см дистиллиро-ванной воды (контрольная проба), а во вторую - 5 см рабочего раствора фермента II (испытуемая проба). Смеси быстро перемешивают и выдерживают при 30С в течение 10 мин, отмечая время по секундомеру. Спустя 10 мин пробирки вынимают и из каждой отбирают по 0,5 см3 прогидроли-зованного раствора раздельно в 2-е колбы, в которые предварительно нали-вают по 50 см рабочего раствора йода. Содержимое колб перемешивают (НС1 сразу прерывает действие ферментов). Полученные растворы приобретают различную окраску: контрольный - синий цвет, опытный - фиолетовый.
Определение стадии внесения и концентрации ферментных препаратов при производстве солода
Из данных таблицы следует, что внесение солей кальция, магния и железа увеличивает скорость набухания ячменя. Так в случае применения сульфита магния скорость набухания ячменя увеличивается на 50%, железо-аммонийных квасцов - на 20%, хлорида кальция - на 2% по сравнению со скоростью набухания ячменя. Однако, если оценивать скорости набухания зерна в присутствии только фермента и при совместном использовании солей и биокатализатора, то лучшим результатом обладает ячмень, замоченный в 0,1% растворе АПсубтилина и 0,2% растворе сульфита магния. Применение же 0,2% раствора железоаммонийных квасцов замедляет процесс набухания ячменя. Отрицательный эффект в последнем случае можно объяснить тем, что ионы железа способны связываться с дубильными веществами оболочки ячменя и образовывать нерастворимые соединения, способствующие замедлению проникновения влаги внутрь зерна. Положительный эффект применения железоаммонийных квасцов можно объяснить присутствием NH/ группы в составе соли, которая активирует процессы, происходящие в зерне.
Применение 0,1% раствора СаСЬ и 0,1% АПсубтилина в первые минуты процесса замачивания замедляет процесс набухания ячменя, но по мере увеличения времени нахождения зерна под водой скорость набухания увеличивается и к концу замачивания превышает скорость набухания ячменя на 42%; ячменя, замоченного в 0,1% растворе АПсубтилина - на 4%, а по сравнению с другими солями — на 20% в среднем. Это можно объяснить тем, что СаСЬ создает оптимальные условия для действия ферментного препарата АПсубтилин, так как рН 0,1%-ных растворов соли и биокатализатора совпадают и составляют 6,5, что и обеспечивает более эффективное воздействие на семенную оболочку зерна, в результате чего ее проницаемость увеличивается.
Необходимо отметить, что после проведения процесса замачивания ячменя в растворе железоаммонийных квасцов, наблюдалось заметное потемнение оболочки зерна, что может отрицательно сказаться на качестве светлого пивоваренного солода. Поэтому применение квасцов нецелесообразно.
Для выяснения механизма воздействия солей на активности ферментов, содержащихся в препарате АПсубтилин, были проведены эксперименты с выбранными оптимальными концентрациями солей.
Ионы металлов-активаторов могут различным путем влиять на ферменты. Металл может быть необходимым компонентом активного центра фермента, он может функционировать как связующий мостик между ферментом и субстратом, находясь в соединении с обоими и удерживая таким образом субстрат около активного центра фермента.
Также на активность ряда ферментов оказывают влияние присутствие некоторых анионов, например хлорид-иона. Его влияние на а-амилазу очень велико, этот ион рассматривается как природный активатор данной группы ферментов. Это объясняется присоединением аниона к основной группе, расположенной рядом с одной из двух ионизирующихся групп в активном центре [46].
Нами было предположено, что соли Са, Mg и Fe могут воздействовать на ферментативную активность АПсубтилина, вносимого в первую замочную воду активирующим, либо стабилизирующим образом.
Сначала мы рассмотрели влияние соли Са на амилолитическую активность АПсубтилина (таблица 2.19, рисунок 2.10).
В случае применения СаСІ2 наблюдалось стабилизирующее действие соли на амилолитическую активность биокатализатора, так как даже при высоких температурах активность а-амилазы все еще достаточно высока по сравнению с контролем, то есть соль кальция делает биокатализатор более термостабильным.
Добавление соли Са в количестве 0,1% к массе замоченного зерна в сочетании с раствором АПсубтилина позволяет нивелировать действие температуры на активность а-амилазы в диапазоне температур 10-80С, даже при температуре 90С а-амилазная активность в 8 раз выше, чем в контроле.
Из литературных данных известно, что активность протеиназ повышается в присутствии восстанавливающих веществ, к числу которых относятся различные соединения, содержащие сульфгидрильную группу (цистеин, глютатион, 2-меркаптоэтанол, 2,3-димеркаптопропанол), борогидриды, сульфгидриды, бисульфиды, сульфиды и др.
Также известно, что карбоксипептидазы являются классическими ме-таллоферментами, содержащими атом цинка в качестве простетической группы. Ферментативная активность может быть полностью или частично восстановлена не только при добавлении цинка, но и некоторых других двухвалентных металлов, таких как никель, кобальт, марганец, железо, кадмий, ртуть [55].
Похожие диссертации на Интенсификация солодоращения с применением биокатализаторов при производстве светлого солода
