Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 10
1.1. Основные сведения о методах производства черного чая Ю
1.2. Структура, химическое строение и механизм ферментативного расщепления целлюлозы 16
1.3. Применение ферментных препаратов в пищевой промышленности 22
1.4. Обоснование темы 27
2. Объекты и методы исследования 29
2.1. Методы анализа сырья, полуфабриката и готовой продукции 29
2.2. Ферментные препараты и методы определения их активности 31
3. Исследование физико-механического и химического состава чайного сырья 36
4. Изучение ферментного комплекса и эффективности действия ферментных препаратов 44
4.1. Биохимическая характеристика исследуемых ферментных препаратов 44
4.2. Изменения в содержании структурных полисахаридов чайного листа при их ферментативной обработке 47
4.3. Исследование влияния различных факторов на эффективность действия ферментных препаратов 55
5. Разработка технологии и оптимальных режимных пара метров производства черного чая с применением ферментных препаратов 66
5.1. Исследование и оптимизация процесса ферментации чайного листа, обработанного ферментными препаратами 66
5.2. Эффективность ферментативной обработки отдельных элементов чайного побега 88
5.5. Разработка технологических схем производства черного чая с применением ферментных препаратов 90
5.4, Испытание результатов исследований в произ водственных условиях 97
6. Исследование влияния ферментативной обработки на химический состав черного чая 101
6.1. Изменения происходящие в процессе хранения чая 113
7. Применение ферментных препаратов дяя получения лао-ча(полуфабриката зеленого кирпичного чая) 117
8. Расчет экономической эффективности 129
Выводы 134
Рекомендации производству 136
Литература 137
Приложения 156
- Структура, химическое строение и механизм ферментативного расщепления целлюлозы
- Ферментные препараты и методы определения их активности
- Изменения в содержании структурных полисахаридов чайного листа при их ферментативной обработке
- Эффективность ферментативной обработки отдельных элементов чайного побега
Введение к работе
Актуальность проблемы. Продовольственная программа, выдвинутая ХХУІ съездом КПСС и одобренная майским и ноябрьским (1982 г.) пленумами ЦК КПСС, перед отечественной промышленностью поставила грандиозные задачи по созданию широкого ассортимента продуктов питания населения, улучшения их качества и пищевой ценности на основе комплексного использования сырья и снижения его потерь (материалы пленума ЦК КПСС 1982 года).
Согласно Продовольственной программе, в нашей стране производство натурального чая должно составить в 1985 году 230 тыс. тонн, а в 1990 г. 300 тыс.тонн. Наряду с увеличением объема производства чая необходимо повысить его качество, биологическую ценность и вкусовые достоинства.
В связи с этим, перед работниками чайной промышленности стоят важные задачи по дальнейшему усовершенствованию технологических процессов, разработке и внедрению новых высокоэффективных , научно-обоснованных методов переработки сырья, созданию безотходного производства различных видов чая.
Советские ученые А.И.Опарин, А.Л.Курсанов, М.А.Бокучава, К.М.Дкемухадзе, И.А.Хочолава, М.Н.Запрометов, Г,И.Харебава,В,Т, Гогия, К.П.Гулуа, Ш.К.Кобахидзе, Р.МДоперия, Р.Р.Дкинджолия и др. внесли большой вклад в дело развития биохимии и технологии чая. Создана научно обоснованная биохимическая теория производства чая (Опарин, 1935). Разработаны и внедрены биохимический контроль чайного производства (Дкемухадзе, 1950, 1958), новая технология производства черного чая путем термической обработки недоферментированного полуфабриката (Бокучава, 1957), технология производства мелкого черного чая (Хоперия, Дкинджолия, 1974 ), технология производства сухих и жидких чайных концентратов (Бо - 5 кучава, Пруидзе, 1965; Дзнеладзе, 1981), способ рационального использования сырья путем комбинированного и параллельного производства зеленого и черного чая (Дкемухадзе, I960). Разработаны научные основы хранения чая (Егоров, 1956; Гогия, 1964). Создана поточная линия переработки чайного листа на базе роторно-скручивающей машины (Чоладзе, Гулуа и др., 1982) и роллеров повышенной производительности (Чоладзе и др., 1982).
Однако, многие вопросы рационального использования сырья и интенсификации технологических процессов переработки чая остаются нерешенными. На современном этапе, перед технологической наукой стоит задача комплексной оценки собираемого сырья и разработки новых технологических методов производства чая, выработанного путем максимального разрушения тканей чайного листа. Чайное сырье, заготавливаемое в последнее время в СССР, содержит значительное количество огрубевших и грубых побегов, доведение которого до потребительского продукта хорошего качества с применением традиционных методов обработки не приводит к желаемым результатам. В биохимическом отношении, одновременно с огрубением чайного листа в нем наблюдается значительное количественное преобладание нерастворимых в воде веществ над растворимыми. Эти особенности химического состава собираемого сырья требуют особых, в биохимическом и технологическом отношении, методов переработки.
Одним из путей дальнейшей интенсификации технологических процессов в производстве чая, является применение биотехнологического метода, т.е. использование биологически активных веществ, в частности ферментов, в технологии получения чая (Кобахидзе и др., 1979, 1981; іЬшнджолия и др.,1979; Цикоридзе и др.,1978).
Применение ферментных препаратов при переработке чайного листа обеспечивает частичное разрушение структурных полисахаридов, что приводит к накоплению продуктов гидролиза, способствую - 6 щих улучшению качественных показателей готового продукта.
Учитывая бурное развитие микробиологической промышленности нашей страны в последние годы, значительное расширение ассортимента и улучшение качества ферментных препаратов, предназначенных для пищевой промышленности, можно сделать вывод, что биотехнологический метод переработки чайного листа один из перспективных направлений улучшения качества отечественного чая.
Во ВНИИ чайной промышленности организована специальная лаборатория ферментов, в которой в творческом содружестве с институтами ВНИИбиотехника и институтом микробиологии и вирусологии АН УССР ведутся исследования по разработке биохимических основ производства байховых и прессованных видов чая с применением ферментных препаратов, разработке усовершенствованного процесса извлечения растворимых в воде соединений из низкосортного чая и вторичных материалов путем ферментативной экстракции, изучаются вопросы получения белка, витаминов и других физиологически активных соединений микроорганизмами из отходов чайной промышленности.
Настоящая работа выполнена в соответствии комплексной программы по решению научно-технической проблемы Р.О,46.01 "Разработать комплексные мероприятия по биотехнологии сельскохозяйственных продуктов", утвержденной ГКНТ ГССР от 18.03.83 г., по заданию 06.05 "Разработать и внедрить безотходные технологии производства различных видов чая с применением биотехнологических методов обработки".
Цель и задачи исследования. Целью настоящей диссертационной работы является разработка технологий производства черного чая и лао-ча повышенного качества с применением микробных гидролитических ферментных препаратов. В задачу исследований входило:
- сравнительное изучение ферментного комплекса гидролитиче - 7 ских ферментных препаратов и эффективности их действия в условиях применения в чайной промышленности;
- исследование биохимических процессов, протекающих при переработке чайного листа с применением ферментных препаратов, а также влияние этих процессов на химический состав и качество готового продукта;
- разработка рациональной дифференцированной технологии производства различных видов чая с применением ферментных препаратов, обеспечивающей максимальное использование сырья,повышение качества и биологической ценности конечного продукта.
Научная новизна и практическая ценность работы. Впервые исследовано действие отечественных и зарубежных микробных гидролитических ферментных препаратов на клеточную структуру чайного листа при его ферментативной обработке, изучены продукты ферментативного гидролиза структурных полисахаридов чайного листа. Определены оптимальные условия действия ферментных препаратов с учетом химического состава сырья и особенностей технологических процессов производства различных видов чая. Разработан способ производства черного чая с применением ферментных препаратов. Установлены оптимальные параметры процесса ферментации чайного листа, обработанного ферментными препаратами. Разработаны и внедрены дифференцированные технологические схемы производства черного чая с применением ферментных препаратов. Исследованы изменения основных химических веществ в процессе переработки черного чая, химический состав готовой продукции и изменения происходящие при хранении черного чая, выработанного с применением ферментных препаратов. Разработаны способ и технологические параметры производства лао-ча с применением ферментных препаратов.
Научная новизна разработок подтверждается двумя авторскими свидетельствами.
Реализация результатов исследований. На основе результатов исследований разработаны и утверждены технологические инструкции производства черного чая (ТИ 18-76 - 36-84) и полуфабриката зеленого кирпичного чая (ТИ 18-34-03-84) с применением микробных гидролитических ферментных препаратов. В соответствии с технологическими параметрами, вытекающими из результатов диссертации, Тбилисским ГСКБ "Продмеш" разработана техническая документация и изготовлен опытный образец установки для введения в чайную массу водного раствора ферментных препаратов. Технология производства черного чая с применением в процессе скручивания-ферментации гидролитических ферментных препаратов, внедренная на Анасеульской экспериментальной чайной фабрике НПО "Чайпром", прошла ведомственное испытание, по результатам которого рекомендована для широкого внедрения.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на Всесоюзной конференции с привлечением молодых специалистов "Развитие производства биологически полноценных пищевых продуктов на основе комплексного использования сырья и снижение его потерь" (г.Москва, 1982 г.), республиканской научно-технической конференции "Улучшение качества чая и выработка новых видов чайной продукции" (г.Сухуми, 1982 г.), республиканской научно-практической конференции "Улучшение качества чая на основе комплексного использования сырья" (г.Махарадзе-Анасе-ули, 1983 г.), Московской конференции молодых ученых "Современные проблемы биохимии и физико-химической биологии" (г.Москва, 1983 г.)межреспубликанской научно-технической конференции молодых ученых (г.Тбилиси, 1984 г.), на научно-техническом сове - 9 те НПО "Чайпром" Минпищепрома СССР (г.Махарадзе-Анасеули,1984г.), на объединенном заседании кафедр "Технология субтропических культур" и "Машиноведение" ГИСХ )г.Сухуми, 1984 г.), на секции ферментов Научно-технического Совета института ВНИИбиотехника Главмикробиопрома СССР (г.Москва, 1984 г.).
Публикация. По теме диссертации опубликовано 13 научных трудов, получено 2 авторских свидетельства.
Структура, химическое строение и механизм ферментативного расщепления целлюлозы
Исследованию ультраструктуры, функций и состава отдельных слоев клеточной оболочки растений посвящены ряд работ (Фрей-Ви-сслинг и др., 1968; Альбершеим, 1968; Васильев, 1969; Бардинс-кая, 1964; Albersheim et al , 1972).
Стенка растительной клетки состоит из тонкого внутреннего выстилающего слоя (третичная стенка), содержащего целлюлозу и гемицеллюлозу, широкой вторичной стенки, состоящей из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина, и первичной стенки ( Albersheim , 1975; Бардинская, 1964; Лобанок и др., 1976).
Основной структурной единицей зрелой первичной оболочки являются микрофибриллы целлюлозы, отличающейся выраженной ориентацией. Микрофибриллы целлюлозы окружены аморфным галием, состоящим из полисахаридов нецеллюлозной природы и наибольшего количества структурных белков. В период роста клетки, аморфный матрикс (гель) состоит из гемицеллюлозы и пектиновых веществ. Позднее основная часть веществ матрикса замешается находящимися в аморфном состоянии лигнином (Фрей-Висслинг и др.,1968; Лобанок и др., 1976). Считается, что высокая степень лигнифика-ции межклеточного вещества служит причиной устойчивости при различных механических, химических и энзиматических воздействиях (Муращенко и др., 1972; Тиунова, 1981; Albersheim , 1975; Eriksson, 1982 ).
Вторичная клеточная стенка растений откладывается протопластом изнутри на первичную оболочку и характеризуется гораздо большим содержанием целлюлозных микрофибрилл и присутствием лигнина. Вторичный слой определяет форму клетки, механические свойства ткани, целлюлозные волокна в нем отличаются более упорядоченной структурой и расположены параллельно. Химически третичная стенка еще более устойчива. Микрофибриллы целлюлозы здесь расположены под углом друг к другу в виде пучков (Фрей-Висслинг и др., 1968; Альбершеим, 1968; Albersheim , 1975).
Целлюлоза (CgHjgOjj)]! - основной структурный полисахарид клеточной стенки растений, в химическом отношении представляетсобой линейный полимер р- d - глюкопиранозы с молекулярным ве 4 5 сом 5.10 - 5.10 , и степенью полимеризации 3500-14000 (нативнаяцеллюлоза). Элементарным звеном макромолекулы является ангидри-до -а - глюкоза, которая содержит три гидрокислые группы - у 2-го, 3-го и 6-го атомов углерода. Эти элементарные звенья соединены между собой р- 1,4-глюкозидными и водородными связями (Степаненко, 1978).
В настоящее время считается общепризнанным положение о фибриллярной структуре целлюлозы. Исследования структуры микрофибрилл при помощи рентгеновских лучей (Альбершеим, 1968) показали, что она состоит из чередующихся аморфных и кристаллических участков, которые обладают большой механической и химической прочностью. Линейные молекулы целлюлозы ассоциированы на определенных участках всей длины в упорядоченные, идущие параллельно оси волокна, пучки, образуя кристаллические мицеллы. Некристаллические участки - очень слабые звенья микрофибрилл и, концы целлюлозных цепей, согласно предположению Мюленталера (Фрей-Висслинг, Мюленталер, 1968) находятся именно в этих участках, а потому они более доступны для действия кислоты и ферментативной атаки (Albersiieim , 1975; Бардинская, 1975;Eriksson, 1982; Брухман, 1981 ).Согласно современным представлениям, процесс биологической деградации природной целлюлозы осуществляет ферментная система (целлюлазный комплекс), которая по номенклатуре и классификации Международного биохимического союза ( Enzyme Nomenclature, 1976) подразделяется на четыре типа: I. Эндо-1,4- р -глюканаза (цел-люлаза, или 1,4- _ д - глюкан-4-глюканогидролаза, КФ 3.2.1.4); 2. Экзо-1,4- р -глюканаза (экзоцеллобиогидролаза, или 1,4- р -а -глюкан-целлобиогидролаза, КФ 3.2.I.91); 3. Экзо-1,4- -глю-козидаза (1,4- - а. -глюкан-глюкогидролаза, КЗ? 3.2.1.74); 4.Це-ллобиаза ( f -глюкозидаза, или JB - а. -глюкозид-глюкогидролаза, Ш 3.2.21 ).
Многокомпонентность целлюлазного комплекса подтверждается многими исследованиями ( Radionova et al., 1981; Stoppok et al., 1982; Sanyal et al., 1982; Reese, 1982; Eveleigh , 1983; Labu-dova et al, 1983; Sagleker et al. , 1983).
Наиболее выраженной способностью синтезировать целлюлолити-ческие ферменты обладают микроскопические грибы рода Trichoderma (Коновалов, 1972; Eriksson , 1982; Reese , 1982; Кожемякина и др., 1974; Лобанок, Бабицкая, 1976; Ташпулатов и др., 1981; wa-rsynoda et al. , 1983; Li et al., 1965; Ogawa et al. , 1968; Selby et al., I967J Wood » J968); Aspergillus (Коновалов, 1972); Hurst et al. , 1977); Geotrichum (Радионова и др. ,1974) и др.
Качественный и количественный состав целлголазных комплексов из различных источников варьирует в очень широких пределах и зависит от вида продуцента и условий его культивирования (Коновалов, 1972; Лобанок, Бабицкая, 1976). Широко известен факт, ферменты целлюлозного комплекса, способные к деградации как нативной целлюлозы, так и ее модифицированных (аморфных или растворимых) производных. В то же время, другие ферментные препараты способны расщеплять только растворимые или частично деградированные формы целлюлозы, в которых отсутствуют некристаллические или плотно упакованные участки.
Предположение о многокомпонентности целлюлаз (основанное на избирательном действии ферментов) позволило Риизу с сотрудниками (Reese et ai. , 1950) сформулировать представление о ступенчатом процессе ферментативного гидролиза целлюлозы. Первая стадия гидролиза протекает под действием Cj-фермента (цел-лобиогидролаза), вследствии чего нативная целлюлоза на второй стадии превращается в растворимую целлюлозу, под действием С -ферментов (эндоглюканаза) из растворимой целлюлозы образуется целлобиоза, которую р-глюкозидаза расщепляет до глюкозы. В своих предположениях авторы отводят значительное место Р -глго-козидазам - ферментам гидролизующим конечные продукты расщепления целлюлозы - глюканазами (Eriksson , 1982; Tangun 1982; Radio-nova et al. ,I98iJ Stoppok , 1982; Labudova , 1983; Vaheri , 1982 ). Необходимо отметить, что концепция ферментативного гидролиза, предложенная Риизом с сотрудниками не нашла до настоящего времени экспериментального подтверждения. Определяя место J3 « глюкозидаз в механизме ферментативного гидролиза, многие исследователи считают, что целлюлоза хлопкового волокна расщепляется только при синергидном взаимодействии Cj, С -ферментов и глюкозидаз, причем целлобиоза служит ингибитором Cj-фермен-та ( Tangun , 1982; Radionova et al., 1981; Bungay et al. ,1983).
Признавая основную роль Cj, С -ферментов и р -глгокозидазы в биодеградации целлюлозы, Сельби с сотрудниками ( Selby et al. ,1967;
Ферментные препараты и методы определения их активности
Для исследований были выбраны ферментные препараты, содержащие комплекс ферментов (целлюлазы, гемицеллюлазы, пектиназы и др.), необходимые для расщепления структурных полисахаридов клеточной оболочки высших растений. Ферментные препараты: цел-ловиридин, целлолигнорин, целлюлаза, пектофоетидин, пектавамо-рин, ксилоглюканофоетидин были получены в лаборатории ферментных препаратов Института биохимии им.А,Н.Баха АН СССР, в ферментном отделении института ВНИИбиотехника и на Московском опытно-промышленном заводе ферментных препаратов. Данные о способе по Onosukaлучения в оптимальных условиях действия препаратов сведены в табл.2.2.1. Для сравнения использовали зарубежные препараты:це-ллголазу французской фирмы Rapidase , целлюлазу японской фирмы пектинекс Швейцарской фирмы Schweizeische Ferment.
В исследуемых ферментных препаратах определяли активность ферментов целлюлазного комплекса, ксиланазу, пектолитическую ШкС) и полифенолоксидазную активность.
Экзо-целлобиогидролазную (Cj), эндо-глюканазную (С ) и J3 -глгокозидазную активность ферментов целлюлазного комплекса учитывали по их действию на разные стандартные субстраты.
Активность экзо-целлобиогидролазы (Cj-фермент) определяли по способности осахаривать хлопковое волокно и фильтровальную бумагу, что позволило судить о способности ферментных препаратов действовать как на модифицированные, так и на нативную целлюлозу. Гидролиз хлопкового волокна проводили в течение I часа при 40С, рН 4,7; гидролиз бумаги watman № I при 50С, рН 5,0 в течение I часа. Количество восстанавливающих Сахаров, образующихся в реакционной смеси определяли методом Шомодьи-Нельсона (somodgy, 1952; kelson, 1944). Интенсивность окраски измеряли на ФЭК-56М, светофильтр № 5, 508 нм. (Родионова и др., 1966 ; 1967; Фениксова и др., 1975; Mandeis, Weber , 1969). За единицу активности Cj фермента принимали такое количество фермента, которое образует I мг глюкозы за I час при 40С.
Активность эндо-1,4- р - глюконаз (С -фермента) определяли выскозиметрическим методом по способности снижать вязкость 0,3% раствора Да -соль карбоксиметилцеллюлозы (со степенью полимеризации 350), при 40С (Родионова и др., 1967 ). За единицу активности принимали такое количество фермента, которое вызывает воз растение обратной величины относительной вязкости на единицу за минуту при 40С. Осахаривающую способность С -ферментов оп-ределяли по способности расщеплять 2,5$ раствор а -КМЦ до восстанавливающих Сахаров при 40С и рН 4,7 в течение I часа(Ра-дионова и др., 1967), За единицу активности принимали такое количество фермента, которое образует I мг глюкозы за I час при 40С.
Для определения целлобиазной активности ( Р -глгакозида-за), 0,2$ раствор целлобиозы ( Chemapol, ЧССР) гидролизовали в течение 30 мин. при 30С и рН 4,7. По окончании инкубации в реакционной смеси определяли содержание глюкозы глюкозооксидазным методом с использованием ферроцианида калия (Шербухин и др., 1970). При этом использовали глюкозооксидазу Львовского завода бакпрепаратов и пероксидазу ( Heanai, Венгрия). Интенсивность окраски измеряли на ФЭК-56М, светофильтр № 3, 410 нм. За единицу активности целлобиазы принимали такое количество фермента, которое расщепляет I мкМ целлобиозы за I мин. при 40С (Радионова и др.,1967; Фениксова и др., 1975).
Определение активности ксиланазы основано на определении в реакционной смеси содержания редуцирующих Сахаров, образующихся при гидролизе ксилина (Логинова и др., 1969). Редуцирующие сахара определяли методом Шомодьи-Нельсона ( Somodgy , 1952; Nelson, 1944 ).
Определение пектолитической активности (ПкС) ферментов проводили согласно ГОСТ 20264,3-81. При этом использовали яблочный пектин Нальчинской кондитерской фабрики и пектиновую кислоту завода химреактивов Олайне.
Необходимо отметить, что по прописям определения целлюлаз-ной и пектолитической активности рекомендуемые субстраты сущее
Изменения в содержании структурных полисахаридов чайного листа при их ферментативной обработке
Эффективность ферментных препаратов в технологических процессах производства различных видов чая, определяется их способностью мацерировать растительную ткань и участвовать в гидролитическом расщеплении структурных полисахаридов клеточных стенок.
В связи с этим считали целесообразным исследовать отличительные особенности действия различных ферментных препаратов на структурные полисахариды чайного листа.
Анатомические изменения ткани чайного листа изучали при его обработке препаратами целлолигнорин ПІОх, пектофоетидин ПІОх, целловиридин ПІОх, целлюлаза ПІОх, пектаваморин ПІОх,целлюлаза "Rapidase" целлюлаза "Onozuka" с применением метода специфического окрашивания полисахаридов.
Продольные и поперечные срезы чайного листа огрубевшей структуры инкубировали при 40С с 1%-ным водным раствором ферментных препаратов в течение 2-24 час. Контролем служили срезы, инкубированные с водой в тех же условиях. Срезы фотографировали под микроскопом.
Анатомические изменения, происходящие в ткани чайного листа в результате ферментативной обработки показаны на рис.4.2.1 и 4.2.2 (увеличение х 400 ). Морфологический контроль(рис.4.2.I а; 4.2.2 а ) представляет собой (при продольном срезе) паренхи-мные клетки многоугольной формы с проводящим пучком и полисад-ную ткань листа, состоящую из нескольких плотно прилегающих одна к другой клеток (при поперечном срезе).
Гистохимический анализ состава клеточных оболочек парен-химных клеток чайного листа позволил установить наличие целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина и пектиновых веществ.
В процессе обработки чайного сырья ферментными препаратами наблюдали постепенный разрыв клеточных оболочек с последующим их полным разрушением после 24 час.инкубации (рис.4.2.1,4.2.2). Интенсивность окрашивания разрушенных фрагментов клеточных стенок была значительно слабее контрольной (табл.4.2,I). К 24 часу ферментации цветная реакция на целлюлозу была почти отрицательной, интенсивность окраски пектиновых веществ снижалась до слабо-розовой, разрушенные оболочки содержали только лигнин.
Характер гистохимических изменений, происходящих при ферментации сырья, зависит от комплексного состава препаратов. Данные исследования позволили выяснить отличительные особенности действия ферментных препаратов.
Препараты целлолигнорин ПІОх, целловиридин ПІОх, целлюла-за ПІОх, целлюлаза "Onozuka", в которых преобладает целлюлоли-тический комплекс ферментов, интенсивно гидролизовали целлюлозные компоненты клеточных стенок и частично пектиновые вещества. При действии пектофоетидина ПІОх, пектаваморина ПІОх и целлюла-зы "Rapidase " сохранялась целостность клеточных оболочек и окраска целлюлозы, однако разрушались межклеточные пектиновыевещества, что объясняется наличием в указанных препаратах мацеч риругощих ферментов. На роль пектолитических ферментов в мацерации растительной ткани указывают многие исследователи ( Towaga et аі.,1967; Микеладзе, 1975; Датунашвили, 1975). В настоящее время установлено, что мацерирующая функция принадлежит пектин-метилтрансэлиминазе (Кретович, 1980).
Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что для интенсивного разрушения как клеточных компонентов, так и межклеточных пектиновых веществ, целесообразно применять композиции составленные из целлюлолитических и пектолитических ферментных препаратов.
Хроматографическое исследование (рис.4.2.3) продуктов гидролиза полисахаридов показало, что к концу инкубации в гидролиза-тах накапливается значительное количество моносахаридов (глюкоза, галактоза, арабиноза, ксилоза), которые можно рассматривать как продукты ферментативного расщепления пектиновых веществ, ге-мицеллюлоз, целлюлозы.
При инкубации чайного сырья с целлюлазий ПІОх в гидролиза-тах в значительных количествах накапливается глюкоза, ксилоза,в меньшем арабиноза, найдены следы галактозы. В опытах с пектофое-тидином ПЮх обнаружены галактуровая кислота, галактоза, глюкоза, следы арабинозы и коилозы. Действие целлолигнорина ПІОх проявилось в накоплении галактозы, глюкозы, арабинозы, ксилозы.
Данные хроматографического анализа согласуются с результатами исследования ферментного состава препаратов (табл.4.І.І). Отмечена корреляция между процессом разрушения структуры растительной ткани и увеличением выхода экстрактивных веществ.
На основании полученных данных можно сделать вывод, что отечественные ферментные препараты целловиридин ПІОх, целлолиг норин ПІОх, пектофоетидин ПІОх, целлюлаза ПІОх интенсивно гидро-лизуют полисахариды чайного листа.
Исследования особенностей действия ферментных препаратов на чайное сырье выявили, что в ферментативном расщеплении участвуют несколько ферментов, соотношение и активность которых должны быть различны в зависимости от вида производства чая. При переработке чайного листа на черный чай необходимо применение ферментных препаратов с активным целлюлолитическим комплексом в сочетании с пе-ктолитическими ферментами, с целью максимального разрушения клеточной структуры сырья, увеличения экстрактивных веществ и перевода части нерастворимых соединений связанных с клеточной оболочкой в растворимые. Целесообразно наличие в препаратах окислительных ферментов (пероксидаза, полифенолоксидаза, каталаза), способных интенсифицировать окислительные превращения фенольных соединений. Содержание протеазы не обязательно, но желательно. Протеаза, гидролизуя белки оболочки клеток, может способствовать повышению их проницаемости и выделению сока на поверхность листа. В ферментных препаратах, предназначенных для получения лао-ча необходимо наряду ч целлюлолитическими наличие и активных пектолити-ческих ферментов (ПЭ, эндо-ПМГ, эндо- и экзо ПГ ПТЭ), вызывающих гидролиз пектиновых веществ, мацерацию растительной ткани, что,в свою очередь, будет способствовать повышению клейкости материала и получению прочных брикетов в процессе прессования лао-ча. Содержание окислительных ферментов в этих препаратах нежелательно.
К ферментным препаратам, предназначенным для чайной промышленности, предъявляются определенные требования не только в отношении состава ферментов и оптимальных условий их действия, но также и в отношении степени очистки, стоимости ферментов и других факторов. Так, препараты не должны снижать качество чайного продукта, отрицательно влиять на его аромат, цвет и вкус, т.е. они должны быть максимально очищены от сопутствующих веществ. Кроме того, применение ферментных препаратов должно быть экономически оправдано.
В заключение следует отметить, что для наиболее эффективного применения ферментных препаратов в чайной промышленности целесообразно проведение исследований по выведению штаммов микроорганизмов способных синтезировать ферментные препараты, отвечающие технологическим требованиям производства различных видов чая.
Эффективность ферментативной обработки отдельных элементов чайного побега
Как показали проведенные нами модельные опыты (глава 4.3), эффективность применения ферментных препаратов во многом зависит от химического состава перерабатываемого сырья.
Вместе с тем исследование основных химических веществ отдельных элементов чайного побега выявило, что они резко отличаются друг от друга по количественному и качественному содержанию растворимых и нерастворимых компонентов (табл.3.2). Ухудшение технологического достоинства чайного сырья от первого листа к седьмому выражается в уменьшении экстрактивных веществ и увеличении нерастворимых полисахаридов, отрицательно влияющих на качество сырья и продукта. При использовании ортодоксальной технологии нерастворимая часть представляет собой балласт. Однако, структурные полисахариды клеточной оболочки чайного листа являются основными субстратами для действия гидролитических ферментных препаратов и продукты их гидролиза принимают определенное участие в формировании качественных свойств готовой продукции.
Исходя из вышеизложенного, ясно, что количественное соотношение растворимых и нерастворимых компонентов в сырье имеет особенно важное значение при использовании биотехнологического метода переработки чайного листа, т.к. это влияет на глубину каталитических превращений, вызываемых гидролитическими ферментными препаратами.
В связи с этим, считали целесообразным исследование технологической эффективности ферментативной обработки отдельных элементов чайного побега. С этой целью чайные побеги и их отдельные части перерабатывали на черный чай. Опыты проводили на лабораторном стенде ВНИИЧП в двух вариантах. Одну часть побегов перерабатывали по ортодоксальной технологии, применяя при этом дифференцированные режимы завяливания, скручивания и ферментации для разных элементов (полуфабрикаты I, контроль). Другую часть чайного сырья перерабатывали с добавлением композиции гидролитических ферментных препаратов (целлюлаза ПЮх + пектофое-тидин ПІОх), используя полученные нами оптимальные режимные параметры (полуфабрикат 2, опыт). Качество полуфабриката оценивали по двум параметрам: I) аромат и вкус, балл; 2) экстрактивность, %t кроме того, определяли интенсивность настоя по ШС-56Ма.
Результаты опытов сведены в таблицу 5.2,1. Из таблицы видно, что применение ферментных препаратов при переработке отдельных частей побега повышает экстрактивность полуфабриката на 1,11 3,15$ и улучшает аромат и вкус на 0,1 0,25 балла. Установлено, что эффективность применения ферментных препаратов для разных элементов побега неодинакова. Наилучшие результаты получены для 4,5,6,7 листьев и целиком семилистного побега. Это объясняется тем, что в огрубевших и грубых частях побега содержание структурных полисахаридов - субстрата для ферментных препаратов значительно выше, а содержание фенольных соединений, ингибитора действия ферментов, меньше, чем в нежных частях флеша.
Таким образом применение гидролитических ферментных препа ратов более целесообразно при переработке чайного сырья с повышенным содержанием огрубевшей и грубой фракции.
Ранее нами было установлено, что собираемое в настоящее время чайное сырье характеризуется неоднородным физико-механическим составом. Результаты статистического анализа показали, что содержание отдельных фракций (значит и соотношение химических веществ в целом) меняется в зависимости от периода сбора листа. Кроме того, экспериментальными работами было установлено, что химический состав отдельных элементов чайного побега резко отличается друг от друга и эффективность их ферментативной обработки неодинакова.
В связи с этим возникает необходимость дифференцированной оценки технологического достоинства сырья и разработки различных технологических схем производства черного чая с применением ферментных препаратов.
Предложенная нами технологическая схема предусматривает переработку сырья по двум вариантам, в зависимости от содержания огрубевшей фракции (рис.5.3.1).
В первом варианте сырье с содержанием огрубевших и грубых побегов 50 70$ завяливают до влажности 63-65%, скручивают в течение 30-35 мин, сортируют, мелкую фракцию повторно скручивают 15-20 мин., ферментируют и сушат. Крупную фракцию подвергают резке-измельчению и направляют на второе скручивание с одновременным добавлением 2 6%-ного водного раствора ферментных препаратов и скручивают 304-35 мин. Влажность завяленного листа при этом повышается на 1,5 2$. При окончании ферментации чайный лист сушат до влажности 4-6$ и подвергают термической выдержке в течение
Во втором варианте сырье с содержанием огрубевших и грубых побегов свыше 70% завяливают до влажности 63-65%, подвергают предварительному легкому раздавливанию и направляют на первое скручивание с одновременным добавлением водного раствора ферментных препаратов, сортируют, мелкую фракцию повторно скручивают, ферментируют и сушат. Крупную фракцию подвергают резке-измельчению, П скручиванию, ферментации и сушке. По окончании указанных процессов проводят термическую выдержку.
В основе вышеизложенной технологической схемы лежит существующая поточно-механизированная линия переработки чайного листа (Джинджолия и др., 1980), т.к. биотехнологический способ производства чая предусматривает комбинирование физико-механического и биологического методов разрушения клеток листа, с целью максимального использования ее потенциальных ресурсов и улучшения качества готового продукта.
Однако следует отметить, что указанная технологическая схема не исключает возможность использования других поточно-механизированных линий на основе роторно-скручивающей машины и роллер ров повышенной производительности (Чоладзе, Гулуа и др., 1982; Чоладзе и др., 1982) или тельферной механизации.
Вместе с тем, отдельные технологические процессы следует проводить с учетом особенностей биотехнологического метода переработки чайного сырья.
Завяливание чайного листа производится в завялочно-фиксаци-онном агрегате Ч&ЗКА-Ш или в машине для завяливания ЗАМ-2 в течение 3-4 часов, при температуре воздуха 38-42С до остаточной влажности 63-65%, учитывая то обстоятельство, что введение суспензии ферментных препаратов приводит к повышению влажности сырья на 1,5 2%.
