Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Технология производства сахаристых крахмалопродуктов с применением биоконверсии крахмала 7
Структура и свойства крахмала 7
Характеристика амилолитических ферментных препаратов . 17
Свойства и функции сахаристых крахмалопродуктов 35
Глава 2. Методы исследования 39
Глава 3. Исследование технологического процесса разжижения крахмала с применением минеральных и биологических катализаторов 43
3.1. Особенности кислотного разжижения крахмала при производстве крахмальных паток методом биоконверсии. 44
3.2. Технология ферментативного разжижения крахмала 52
3.3 Разработка технологии одностадийного разжижения крахмала ферментативным способом
Глава 4. Исследование технологического процесса осахаривания крахмала препаратами амилолитического действия 78
4.1. Действие глюкообразующих ферментных препаратов на разжиженный крахмал 79
4.2. Действие мальтообразующих ферментных препаратов на разжиженный крахмал 91
4.3. Влияние пуллуланазы на выход моно-и дисахаридов 102
Глава 5. Создание мультиэнзимных композиций ферментных препаратов при производстве крахмальных паток с заданным углеводным. составом 107
5.1. Разработка технологии производства низкоосахаренных паток методом биоконверсии
5.2 Разработка технологии производства высокоглюкозных сиропов 116
5.3 Разработка технологии производства мальтозных паток... 117
Глава 6. Изучение потребительских свойств крахмальных паток с целью расширения их сферы применения 130
Выводы и рекомендации промышленности 140
Список литературы 144
Приложения
- Характеристика амилолитических ферментных препаратов
- Технология ферментативного разжижения крахмала
- Действие мальтообразующих ферментных препаратов на разжиженный крахмал
- Разработка технологии производства высокоглюкозных сиропов
Введение к работе
Создание высокоэффективных технологий новых видов продукции, отвечающей современным тенденциям и требованиям науки о питании, является одним из главных направлений развития производства сахаристых крахмалопродуктов в России.
Сахаристые продукты из крахмала стали важным составным элементом мирового рынка сладителеи и оказывают значительное влияние на конъюнктуру рынка сахара. В ряде стран это обусловило существенные структурные сдвиги в его производстве и потреблении (США, Япония и др.).
В России ежегодная выработка сахаристых продуктов из крахмала составляет 250 тыс.т. Федеральная целевая программа «Увеличение производства сахара на 1997-2000г. и на период до 2005 г в РФ» нацелена на комплексное развитие производства сахара из свеклы и крахмалсодержащего сырья. На этот период предусмотрено повышение производственных мощностей по выработке сахаристых продуктов из крахмала почти в 4 раза и доведение объема их выпуска до 900 тыс. т в год.
Производство крахмалопродуктов в нашей стране имеет широкую сырьевую базу, однако ассортимент продукции этой отрасли пищевой промышленности все еще довольно ограниченный и не удовлетворяет потребности в крахмалопродуктах ряда важных отраслей народного хозяйства.
Последние достижения биотехнологии позволяют организовать производство сахаристых веществ путем промышленной трансформации менее ценных углеводов с использованием биологических катализаторов -ферментных препаратов. Ферментные препараты нашли широкое применение при производстве из крахмала глюкозных, мальтозных, глюкозо-фруктозных и фруктозных сиропов.
Ферментная конверсия крахмала обеспечивает гибкость при его переработке и позволяет удовлетворить потребность в разного вида углеводах на базе этого продукта. Легкая расщепляемость крахмала амилолитическими ферментами, делает его хорошо усвояемым человеком энергетическим материалом. Структура и свойства крахмала могут быть легко изменены в заданном направлении в результате химического, биологического или комбинированного воздействия.
В научной литературе по химии и технологии крахмала (А.С.Сипягин
1940; R.W. Kerr - 1950; Н.Н. Трегубов, А.А. Милютин - 1965; R.L. Whistler
1984; Н.Г. Гулюк - 1985 и др.) основное внимание уделено молекулярной структуре полисахаридов крахмала, их модификации и гидролизу.
Основы отечественной технологии сахаристых крахмалопродуктов заложили советские ученые Силин П.М. (104), Сипягин А.С. (102), Ралль С.Ф. (92), Смирнов В.А. (99), Трегубов Н.Н. (105,106 ).
Существенный вклад в разработку отдельных теоретических и практических вопросов по ферментативному гидролизу крахмала внесли видные ученые нашей страны: Грачева И.М., Веселов И.Я., Ладур Т.А., Гулюк Н.Г., Лукин Н.Д., Бородина З.М., Галкина Г.В. и др.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы, является, изучение закономерностей протекания процесса биоконверсшг крахмала с уточнением влияния на него базисных физико-химических факторов, являющихся основой совершенствования и оптимизации технологии создания новых видов сахаристых крахмалопродуктов с заданными составом Сахаров и функциональными свойствами.
В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи: исследовать характер динамики процессов кислотного и ферментативного разжижения кукурузного крахмала с учетом изменения редуцирующих веществ и углеводного состава;
определить оптимальные режимы технологических процессов для получения продуктов требуемого качества;
проанализировать динамику процесса осахаривания разжиженного крахмала ферментными препаратами глюко- и мальтообразующего действия;
выявить закономерности изменения состава Сахаров в паточных сиропах при различных условиях протекания реакции;
подобрать мультиэнзимные композиции ферментных препаратов, обеспечивающих производство крахмальной патоки заданного углеводного состава;
изучить потребительские и технологические свойства новых видов крахмальной патоки с целью расширения сферы их применения.
Научная новизна работы. Исследованы процессы разжижения крахмала с применением в качестве катализаторов соляной кислоты и ферментных препаратов, установлены закономерности их протекания. Определены оптимальные параметры технологических режимов разжижения крахмала для получения гидролизатов требуемого качества по содержанию редуцирующих веществ, составу Сахаров.
Впервые, с точки зрения изменения углеводного состава,' изучена динамика процессов биоконверсии крахмала. Определены условия одностадийного процесса1 разжижения крахмала с применением термостабильных альфа-амилаз, обеспечивающие сокращение его длительности и получение гидролизатов улучшенного качества.
Научно обоснован состав композиций ферментных препаратов для осахаривания разжиженного крахмала, обеспечивающий получение крахмальной патоки требуемого углеводного состава и функциональных свойств.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Технология получения патоки различного углеводного состава методом биоконверсии крахмала с кислотным и ферментативным разжижением внедрена и освоена на ОАО Крахмалопаточный завод «Новлянский» (Владимирская обл.). Новые виды крахмальной патоки являются основным сырьем для кондитерского производства, пивоварения.
С целью расширения сферы применения данных сахаристых крахмалопродуктов совместно с ГНУ ВНИИ холодильной промышленности разработана Технологическая инструкция по их использованию в производстве мороженого. Специальные сорта патоки крахмальной на Международной выставке «Мир мороженого и холода - 2004» в конкурсе сырья и ингредиентов удостоены серебряной медали.
Разработана и утверждена в установленном порядке Технологическая инструкция по применению патоки крахмальной с повышенным содержанием мальтозы в пивоварении.
Результаты работы по применению низкоосахаренной патоки для технических целей реализованы на химическом заводе «Луч» (г. Ярославль).
В процессе исследований использованы современные международные методы анализа и обработки результатов: определение амилолитической и осахаривающей активностей ферментов, состава Сахаров методом высокоэффективной жидкостной хроматографии.
По материалам работы опубликовано 7 научных статей.
Характеристика амилолитических ферментных препаратов
До недавнего времени в России гидролиз крахмала при производстве крахмальной патоки и кристаллической глюкозы осуществлялся в присутствии минеральных кислот, используемых в качестве катализатора. Уже в 70-е годы за рубежом (США, Япония) приступили к внедрению гидролиза крахмала с применением амилолитических ферментов. В СССР в этот период только проводились исследования по разработке технологии производства амилолитических ферментных препаратов. Применение ферментов для гидролиза на любой его стадии дает значительные преимущества благодаря направленности и специфичности их действия.(55,153) Ферменты - высокоактивные, нетоксичные биокатализаторы белкового происхождения, которые широко распространены в природе. Для промышленного получения ферментов используют микроорганизмы -дрожжи, плесневые грибы и бактерии, которые в процессе своего развития синтезируют соответствующие ферменты. (11,21).
Большим и неоспоримым достоинством ферментов перед химическими катализаторами является то, что они действуют при нормальном давлении, при температуре от 20 до 70 С, рН в диапазоне от 4 до 9 и имеют в большинстве случаев исключительно высокую субстратную специфичность, что позволяет в сложной смеси биополимеров направленно воздействовать только на определенные соединения. (27)
Являясь катализатором органических превращений, ферменты ослабляют прочность связей реагируемого вещества, т.е. понижают энергию активации молекул субстрата и ускоряют реакцию, образуя на начальном этапе промежуточное соединение фермент-субстрат. Действия фермента как катализатора заключается в образовании комплекса с соответствующим субстратом. Молекула фермента во много раз больше молекулы субстрата. Субстрат во время реакции соединяется не со всей молекулой фермента, а с определенным ее участком, так называемым "активным центром", той комбинацией различных химических группировок в молекуле фермента, благодаря которой и осуществляется его каталитическое действие. Существенной особенностью каталитического действия ферментов является то, что оно строго специфично, т.е. направлено на строго определенные химические связи в строго определенных субстратах. По выражению Эмиля Фишера для того, чтобы осуществлялось химическое взаимодействие, фермент и субстрат должны подходить друг к другу как ключ к замку. Действие фермента на тот или иной субстрат обнаруживается по характерной для него специфической реакции. Об активности фермента судят либо по накоплению образующегося продукта реакции, либо по убыли субстрата. (21)
Скорость ферментативной реакции зависит от времени, необходимого для образования комплекса фермент - субстрат, и от времени, которое необходимо ферменту, чтобы образовать продукт реакции. Как известно, каждый фермент наиболее интенсивно действует при определенных условиях. Оптимальные условия действия ферментов обуславливаются в основном температурой, величиной рН реакционной среды. (27)
Как и при всех биохимических процессах, реакционная способность ферментов увеличивается с повышением температуры. Но ферменты, как и все белки при повышении температуры, могут необратимо денатурироваться. Расположенная в пространстве глобула фермента свертывается, закрывая активные центры. Происходит инактивация фермента. Нагревание в начале процесса приводит к увеличению скорости реакции, а затем пройдя через максимум, - к ее быстрому снижению. Для каждого фермента существует свой интервал оптимальной температуры, когда действие фермента максимальное.
Молекулы ферментов, как и других белков, содержат различные заряженные радикалы, которые могут диссоциировать при различных значениях рН. Изменение электрического заряда белка всегда влечет за собой изменение структуры и пространственного расположения. Поэтому изменение электрического силового поля около активного центра приводит к изменению скорости ферментативного действия. Каждый фермент имеет свой интервал рН, где действие его максимально. Если поддерживать оптимальные значения температуры и рН, а также концентрацию фермента, то скорость ферментативной реакции возрастает с повышением концентрации субстрата до определенной величины, достигнув которой, дальше не может увеличиваться. Процесс можно представить так: продукт реакции, как только образуется, освобождается, и свободный активный центр может связывать новые молекулы субстрата. При низких концентрациях субстрата фермент может быть окружен только небольшим числом его молекул. Вероятность того, что молекула попадет на активный центр, меньше, чем в случае высоких концентраций субстрата. С повышением концентрации субстрата время, которое необходимо до нового попадания молекул субстрата на активный центр, становиться все более коротким, пока фермент, не будет окружен таким большим количеством молекул субстрата, что место связывания оказывается тотчас занятым, после образования продукта реакции. При таких условиях фермент как бы «насыщается» субстратом. Скорость реакции достигает максимума и зависит только от времени, которое необходимо для превращения субстрата.
Вопрос влияния механических воздействий на процесс ферментативного гидролиза крахмала изложен в исследовательской работе Т.А.Ладур, З.М.Бородиной, Т.Ф. Кортьевой, Т.В.Шокол. (56)
Образование комплекса «фермент-субстрат» зависит от числа возможных столкновений молекул субстрата и фермента. В частности, на скорость ферментативного осахаривания оказывает скорость перемешивания сиропов. Влияние скорости перемешивания на процесс осахаривания крахмала можно определить по накоплению редуцирующих веществ в гидролизатах. Так, максимальная доброкачественность гидролизатов получается при скорости перемешивания 50 об/мин. С ее увеличением скорость осахаривания снижается. Это явление объясняется тем, что при интенсивном перемешивании комплексы фермента с субстратом разрушаются, не успевая прореагировать. При проведении осахаривания наиболее оптимальными вариантами перемешивания является периодическое перемешивание или непрерывное перемешивание с частотой не более 50 об/мин. (60)
Технология ферментативного разжижения крахмала
Преимущества ферментативного способа разжижения крахмала при производстве сахаристых крахмалопродуктов, по сравнению с кислотным, очевидны. Ферментативное разжижение крахмала способствует повышению выхода готового продукта и улучшению его качественных показателей. С целью подготовки крахмала к действию осахаривающих ферментных препаратов, его необходимо перевести в растворимое состояние путем клейстеризации. Температура клейстеризации различных крахмалов колеблется в пределах 57-74 С, поэтому в качестве биокатализатора в процессе ферментативного разжижения используются термостабильные альфа-амилазы бактериального происхождения.
Обычный способ ферментативного разжижения, используемый многими исследователями в своих работах, заключается в прямом или ступенчатом нагреве смеси (крахмал - вода - альфа-амилаза) до оптимальной температуры действия фермента и выдерживания при этой температуре в течение определенного времени до достижения 15-20% редуцирующих веществ в смеси. Механизм воздействия разжижающих альфа-амилаз на крахмал представлен на рис.3. Ладур Т.А., Бородиной З.М. проведены исследования с целью разработки технологии процесса разжижения, обеспечивающего наиболее полную подготовку крахмала для его дальнейшего осахаривания. Одностадийный процесс разжижения проводили с дозировкой отечественного ферментного препарата Амилосубтилин Г10Х с расходом 0,02% к массе СВ крахмала (0,16 ед. АС/г крахмала). Известно, что мелкие зерна крахмала клейстеризуются при температуре выше 120 С, поэтому при двухстадийном режиме после 1 стадии разжижения суспензию обрабатывали под давлением 2-3 МПа в течение 2-5 мин. При трехстадийном процессе, при прочих равных условиях, дозировка фермента на 1 стадии составляла 0,015 % к массе СВ крахмала, на 2 стадии - продукт обрабатывали под давлением, а на 3-й стадии - в охлажденную до 85 С суспензию, вносили 0,005 % альфа-амилазы и выдерживали смесь в течение 1 часа. Таким образом, было установлено, что для обеспечения полноты клейстеризации крахмала, ферментативное разжижение рекомендуется проводить в 2 стадии, с промежуточной обработкой суспензии под избыточным давлением 2-3 МПа.
Разработанный технологический режим процесса ферментативного разжижения крахмала обеспечивает снижение потерь крахмала с фильтрационным осадком на 0,7 %, повышение средней скорости фильтрации гидролизатов в 3 раза и снижение дозировки ферментного препарата. В табл. 5 приведены полученные экспериментальные данные. Таблица 5 Качественные показатели гидролизатов при различных режимах ферментативного разжижения крахмала Режим разжижения Гидролизат после разжижения, содержание, % СВ РВ Вязкость, мПа/с одностадийный 34,2 16,8 16,0 одностадийный, с термообработкой 34,6 14,2 14,0 двухстадийный, спромежуточнойтермообработкой 35,1 15,4 11,0
В данной работе проведен аналитический обзор и оценка различных видов ферментных препаратов, предназначенных для разжижения крахмала, с целью подбора оптимального варианта для проведения исследований. Для определения специфики воздействия разжижающих альфа-амилаз на крахмал, оптимальных режимов процесса при их использования, изучены термостабильные альфа-амилазы, представленные на российском рынке отечественными и зарубежными производителями.
Механизм действия разжижающих альфа-амилаз на крахмал Отечественная промышленность (ОАО «Восток») представляет для разжижения крахмала ферментный препарат гидролитического действия, продуцируемый микробной культурой Bacillus subtilis - Амилосубтилин Г20х. Препарат представляет собой однородный порошок светло-бежевого цвета, содержащий в своем составе альфа-амилазу, бета-глюканазу, ксиланазу, целлюлазу, нейтральную протеазу и др. Амилосубтилин Г20х стандартизируется по альфа-амилазной активности до 3000 ед. Температура декстринизирующего действия - 50-55 С, разжижающего действия -70-80 С, рН 6,0-6,3. В целом, препарат удовлетворяет требованиям производства сахаристых продуктов из крахмала, так как достаточно термостабилен. Ранее Ладур Т.А. было установлено, что сопутствующие активности (протеазная) в условиях разжижения инактивируется, бета-глюканазная - не работает из-за отсутствия субстрата. (68)
Для интенсификации процесса разжижения Ладур Т.А., Лукиным Н.Д. был исследован термостабильный ферментный препарат альфа-амилазы -Амилолихетерм Г18х, полученный методом селекции во ВНИИ пищевой биотехнологии. Амилолихетерм Г18х - мультиферментный комплекс, содержащий в основном термостабильную бактериальную альфа-амилазу. В качестве примеси в нем содержится протеаза, бета-глюканаза и пуллуланаза. Препарат является продуктом метаболизма штамма Bac.licheniformis, и имеет оптимумы действия: рН 5,5-8,5, Т - 90-95 С, амилолитическая активность (АС) - 1000 ед./г препарата. Проведенными исследованиями было установлено, что по термостабильности Амилолихетерм Г18х не уступает термостабильной альфа-амилазе Termamyl 120 L, фирмы «Nowozymes» (Дания).
На российском рынке термостабильные альфа-амилазы также представлены некоторыми зарубежными фирмами. Так, «Энде Идустриал Корпорейшн» предлагает следующие ферментные препараты: Ликвамил 1200 - пищевая бактериальная альфа-амилаза, полученная путем глубинного культивирования штамма бактерий Bacillus subtilis origin. Фермент вызывает гидролиз внутренних 1,4-альфа-глюкозидных связей крахмала, что приводит к быстрому снижению вязкости клейстеризованного крахмала. Активность препарата - 2500 АС/см3.
Данные показывают, что фермент Зимаджунт НТ- 340 С +New имеет более высокую амилолитическую активность и улучшенные характеристики при температуре 70-80 С, Зимаджунт НТ- 340 С + - при температуре 80-90 С, Ликвамил 1200 - при температуре 70 С. Таким образом, для производственного процесса наиболее приемлем ферментный препарат Зимаджунт НТ- 340С +New, т.к. он может обеспечить стабильность процесса при значительных колебаниях температуры (от 70 до 90 С). При повышении температуры от 70 до 80 С фермент Ликвамил 1200 резко снижает свою активность, что нежелательно для технологического процесса. С другой стороны, температура 70 С (оптимальная для действия этого фермента) является наиболее удобной в плане расхода теплоэнергии, а также для последующего процесса охлаждения сиропа до 60 С на стадии осахаривания.
Фирма «Genencor International » представляет на российском рынке следующие ферментные препараты: «Амилекс ЗТ» - альфа-амилаза с высокой термостабильностью, получена из генетически измененного штамма Bacillus licheniformis. Активность препарата составляет 940 GSAU/g. Одна единица GSAU - это мера времени гидролиза, необходимого для изменения цвета с индикацией йодным раствором, указывающим на определенную степень декстринизации субстрата при заданных условиях. рН-диапазон активности ферментного препарата составляет 5,5 - 7,0. Экспериментально установлено, что наиболее высокую активность препарат проявляет при рН -5,8. Следует отметить, что рН-оптимум зависит от температуры, времени гидролиза, концентрации субстрата. Активность фермента наиболее эффективно проявляется в диапазоне температур от 60 до ПО С, и наивысшая активность достигается при температуре 108 С. При изучении данного ферментного препарата исследовался также процесс его инактивации путем нагрева гидролизуемой смеси до определенных температур: 115, 120, 125, 130, 135, 140 С, с выдержкой в течение 5-Ю минут. Так, результаты испытаний показали, что полной инактивации фермента можно достичь при нагреве смеси до 135-140 С и времени выдержки -10 минут.
Действие мальтообразующих ферментных препаратов на разжиженный крахмал
Fungamyl 800L - грибная альфа-амилаза (1,4-альфа-0-глюкано-гидролаза), производимая с помощью отобранного штамма Aspergillus orizae. Фермент гидролизует альфа-1,4-глюкозидные связи в амилозе и амилопектине. Изучение действия фермента на субстрат проводили во времени и определяли по конечному содержанию мальтозы в гидролизатах. Активность фермента определяли по стандартной методике, предоставленной фирмой «Novozymes», Дания. Установленная активность составила 5200 ед. АС/г. Изучено воздействие фермента Fungamyl 800L на крахмал, разжиженный ферментативным способом, с различными дозировками. Методика проведения работы аналогична вышеописанным опытам и заключалась в следующем: в разжиженный крахмал вносили расчетное количество ферментного препарата и через определенные промежутки времени производили отбор проб с последующей их инактивацией, фильтрацией через бумажный фильтр. Углеводный состав определяли методом ВЭЖХ.
Условия протекания процесса: исследуемый субстрат - ферментативно -разжиженный крахмал; содержание СВ -33%; РВ - 21,0%; глюкоза - 1,3%; мальтоза - 5,5%; мальтотриоза - 8,4%; декстрины - 84,8%; рН - 5,4 (оптимальный для действия фермента), температура процесса - 59 С.
Полученные данные процесса осахаривания показывают специфичность действия фермента Fimgamyl 800L на ферментативно-разжиженный крахмал: наряду с образованием мальтозы происходит также и нарастание глюкозы (в зависимости от дозировки препарата 0,1 - 1,2ед. АС/г СВ крахмала), содержание глюкозы за 24 ч осахаривания увеличивается вдвое. Количество мальтотриозы и высших Сахаров в конечном продукте находилось на уровне 20 -25%.
Известно, что от таких показателей, как дозировка ферментного препарата и продолжительности процесса, зависит в целом производительность участка осахаривания. Чем ниже нормы расхода фермента, тем длительнее идет процесс осахаривания до достижения требуемого углеводного состава.
С целью определения оптимальных расходов препарата и времени осахаривания, в сравнении изучена динамика гидролиза в течение 24 и 36 ч. Сущность исследований заключалась в следующем: крахмал ферментативного разжижения осахаривали грибной альфа-амилазой Fungamyl 800 L с различными дозировками. Через определенные промежутки времени производили отбор проб гидролизата, в которых определяли содержание Сахаров методом ВЭЖХ. Условия протекания процесса: исходный субстрат - крахмал ферментативного разжижения с качественными показателями: содержание СВ - 33,2%; РВ- 20,4%; рН -5,4; Т-58 С; глюкоза -1,6%; мальтоза - 5,8%; мальтотриоза -7,3%; декстрины -85,3%. Полученные результаты представлены в табл.13.
Как видно из приведенных значений, основное нарастание мальтозы идет в первые 12 ч осахаривания, по истечении 24 ч - процесс прекращается. Отмечено, что одной из особенностей действия фермента Fungamyl 800L является то, что после достижения максимального содержания мальтозы в гидролизате, происходит процесс ее распада на глюкозу, что в конечном итоге приводит к снижению общего содержания мальтозы. Количество образовавшейся глюкозы зависит от ее содержания в исходном субстрате.
В ходе работы проведены исследования по действию микробной альфа-амилазы Maltogenase 4000L («Novozymes», Дания) на разжиженный крахмал. Данный препарат представляет собой термостабильную мальтогенную амилазу, которая гидролизует мальтодекстрины и олигосахариды, включая мальтотриозу. Активность препарата определяли по стандартной методике, которая составила 4200 ед. АС/г СВ крахмала. Исходя из активности, рассчитывали расход фермента. Действие фермента испытывали на крахмале, разжиженном кислотным способом. Кислотное разжижение проводили в промышленных условиях на конверторе периодического действия. После доведения качественных показателей субстрата до оптимальных для действия фермента (рН - 5,4, температура 60 С), в него вводили расчетное количество препарата, через определенные промежутки времени производили отбор проб гидролизата, после инактивации фермента и фильтрации сиропов определяли состав Сахаров методом ВЭЖХ. Изменение углеводного состава гидролизатов во времени под действием Maltogenase 4000L графически представлено на рис.15.
При проведении исследований установлено, что отличительной особенностью воздействия фермента Maltogenase 4000L на разжиженный крахмал, является низкое содержание мальтотриозы в конечном продукте, по сравнению с грибной альфа-амилазой Fungamyl 800L .
Разработка технологии производства высокоглюкозных сиропов
По данным литературных источников известно, что обработка крахмала амилолитическими ферментами обеспечивает почти количественный переход крахмала в глюкозу. Такой гидролиз дает возможность получать гидролизаты высокой доброкачественности: 94-95% при кислотно-ферментативном гидролизе, 97-98 % при двойном ферментативном гидролизе. Очищенные глюкозные сиропы являются сырьем для производства кристаллической глюкозы различного назначения, сорбита и других производных. Технология энзиматической конверсии глюкозных сиропов позволяет производить различные подсластители, такие как глюкозо-фруктозные сиропы, высокофруктозную патоку и кристаллическую фруктозу для пищевой промышленности и индустрии напитков.
Целью проводимых исследований было определение оптимальных видов глюкоамилаз и технологических режимов их применения при биоконверсии крахмала для получения глюкозных сиропов высокой доброкачественности.
В процессе работы была изучена кинетика осахаривания кукурузного крахмала с кислотным и ферментативным разжижением препаратами глюкообразующего действия, а также их композиций с пуллуланазой. Для получения глюкозных сиропов с максимальным содержанием моносахаров наиболее приемлемы ферменты, обеспечивающие высокий выход глюкозы, соответствующий более низкой скорости реверсии. Температурный оптимум действия таких препаратов находится в пределах 60-62 С, посредством чего снижается риск инфицирования сиропа. Исследования по получению высокоглюкозных сиропов проводили с применением глюкоамилазы AMG 300 L и нового фермента Dectrozyme Е (смеси глюкоамилазы и пуллуланазы).
Таким образом, была установлена эффективность применения фермента Dectrozyme Е (смесь глюкоамилазы и пуллуланазы) для получения высокоглюкозных сиропов. Максимальное содержание глюкозы в гидролизате, с применением AMG 300 L через 60 ч осахаривания составляло 95,4%, а с применением Dectrozyme Е - 96%. Увеличив дозировку Dectrozyme Е до 0,16 ед АС/г СВ крахмала максимальное содержание глюкозы удалось достичь на уровне 98,6%.
Крахмальная патока с преимущественным содержанием мальтозы (мальтозная патока, мальтозные сиропы) по мере развития биотехнических методов гидролиза крахмала получает все большее распространение. Специфика ее углеводного состава и вытекающие из этого потребительские свойства, делают мальтозную патоку привлекательной для использования в кондитерской, пивоваренной промышленности. Именно эти отрасли в настоящее время начали бурно развиваться в России, особенно с приходом в них иностранных инвестиций и технологий.
Традиционным видом сырья для кондитерской промышленности являлась крахмальная карамельная патока с содержанием редуцирующих веществ 36-44% и следующим соотношением состава Сахаров: глюкоза, мальтоза, декстрины - 1:1:3. Патока применялась, в основном, в качестве антикристаллизатора. Антикристаллизационные свойства патоки объясняются содержанием в ней декстринов, повышающих вязкость сахаро-паточного сиропа и затрудняющих процессы кристаллизации. Содержание редуцирующих веществ способствует сохранению влажности изделий. Одним из основных показателей качества патоки в карамельном производстве является содержание глюкозы, так как глюкоза из всех присутствующих в патоке Сахаров обладает наибольшей гигроскопичностью. В унифицированных рецептурах производства карамели соотношение сахара и патоки 1:1. Увеличение содержания обычной патоки в карамельной массе повышает ее гигроскопичность, уменьшает срок хранения готовых изделий. Альтернативой в этом плане могут служить мальтозные патоки с низким содержанием глюкозы.
Литературные данные свидетельствуют о том, что при производстве карамельной массы в результате воздействия высоких температур на исходную рецептурную смесь происходят физико-химические изменения составляющих ее Сахаров. При этом повышается цветность, увеличивается содержание редуцирующих веществ (139). Спектрофотометрирование 2-х % раствора карамельных масс, приготовленных с карамельной и высокомальтозной патоками, показало наличие соединений, поглощающих свет в ультрафиолетовой области спектра. Интенсивность полосы светопоглощения с максимумом при =284 нм пропорциональна количеству ОМФ, находящегося в растворе. Карамели, приготовленные с использованием высокомальтозной патоки, имеют слабо выраженную полосу светопоглощения с максимумом 278-284 нм, что свидетельствует о незначительном количестве фурановых соединений в этих карамельных массах. В карамелях, приготовленных с использованием карамельной патоки, содержание ОМФ значительно выше. Продукты распада Сахаров, образующиеся при изготовлении карамели, ухудшают ее качество, повышают цветность и гигроскопичность. По этим показателям высокомальтозная патока выгодно отличается от карамельной.
Кравченко Т.И. разработана совмещенная технология производства высокомальтозной патоки и чистых мальтозных сиропов с применением ферментных препаратов. Высокомальтозная патока испытана как заменитель сахара в производстве кондитерских изделий (карамели и помадных конфет).
С приходом на отечественный рынок зарубежных технологий в различные области пищевой промышленности, требования потребителей к качеству крахмальной патоки стали весьма разнообразны, особенно по углеводному составу.
В ходе работы проведен анализ потребительского рынка крахмальной патоки с повышенным содержанием хмальтозы. Современные требования к мальтозным патокам по углеводному составу охватывают весьма широкий диапазон по содержанию отдельных групп Сахаров. Так, содержание глюкозы в хмальтозных патоках варьируется в пределах 2,5-20,0 %, хмальтозы 35 - 82 %. Например, производство кондитерских изделий требует использование в качестве одного из компонентов сырья хмальтозных паток, где содержание хмальтозы находится в пределах 40-50%, при этом содержание глюкозы - в пределах 2,5-10%.
Целью проводимой работы было создание композиций осахаривающих ферментных препаратов при производстве мальтозной патоки различных видов для целенаправленного применения в отдельных отраслях пищевой промышленности.
Основополагающим фактором в определении способа разжижения крахмала для последующего его осахаривания является содержание глюкозы в конечном продукте. Таким образОхМ, разжижение возможно проводить как кислотным способом, так и ферментативным.
