Şekerli nişasta hidrolize olur. Nişastanın enzimatik şekerleştirilmesi

ENZİM HAZIRLIKLARININ MULTİENZİM KOMPLEKSİNİN KULLANIMI LLC "RUSFERMENT" ALKOL ÜRETİMİ SIRASINDA TAHIL HAMMADDELERİNİN SU-ISIL İŞLEMİNİN ÇEŞİTLİ ŞEMASI HAKKINDA

Şirket LLC "RUSFERMENT" Geniş bir etki spektrumuna sahip geniş bir enzim preparatı yelpazesine sahiptir. Böyle bir ürün yelpazesine sahip olarak, hem tahılın nişastalı kısmını hem de nişastalı olmayan polisakkaritleri ve proteini hidrolize etmenize olanak tanıyan çok enzimli bir ilaç kompleksi seçmek mümkündür.

Alkol üretmek için kullanılan tahıl ürünlerinin ana bileşeni nişastadır. Bu polisakkarit (α-1,4-glukan) yüksek bir moleküler ağırlığa sahiptir ve kimyasal a-glikozidik bağlarla uzun zincirlere bağlanan 10.000-100.000 glikoz kalıntısından oluşur. Nişasta, doğrusal amiloz (saf a-1,4-glukan) ve dallanmış amilopektinden (%5-6 a-1,6 bağları içeren a-1,4-glukan) oluşur ve aralarındaki oran, türe bağlı olarak değişir. taneler Bir bitki hücresinde nişasta, hidrolize edilmesi zor nişasta olmayan polisakkaritlerden (selüloz, ksilanlar (pentozanlar) ve beta-glukanlardan) oluşan bir kabuk ile çevrelenmiş nişasta taneleri formunda bulunur.

Tahılın su-ısıl işlemi sırasında nişastanın büyük kısmı çözeltiye geçer ve bunun sonucunda viskozite birkaç kat artar (jelatinizasyon etkisi) Aynı zamanda nişastanın bir kısmı orijinalinde kalır. Nişasta olmayan polisakkaritler (NSP'ler), tahıl nişastasının etrafında uzamsal bir ağ oluşturduğundan ve onun çözeltiye girmesini engellediğinden bu durum.

Nişastanın enzimler tarafından glikoza parçalanması 3 aşamaya ayrılabilir. İlk aşamada nişasta taneleri şişer ve polimer molekülü çözülür.

İkinci aşamada nişasta, alfa-amilaz enzimi tarafından dekstrinler (orijinal nişastadan daha düşük moleküler ağırlığa sahip oligosakkaritler) oluşturmak üzere parçalanır.

Üçüncü aşamada, dekstrinler, glikoamilaz enziminin etkisi altında glikoz ve maltoza dönüştürülür ve bunlar daha sonra maya tarafından alkole fermente edilir.

Substrat (nişasta) üzerindeki etki mekanizmasına göre, alfa-amilazlar endopolimeraz sınıfına aittir; polimer nişasta molekülündeki iç bağların kaotik hidrolizini gerçekleştirirler.

Glukoamilazlar ise aksine, ekzopolimeraz sınıfına aittir; substrata uçtan saldırarak, daha büyük moleküllerden glikoz (ve maltoz) kalıntılarını sırayla ayırırlar.

Glukoamilazlar, 5-50 glikoz kalıntısı içeren küçük maltodekstrin moleküllerine karşı en büyük aktiviteyi gösterir ve orijinal nişastaya karşı çok az aktivite gösterir. Bu nedenle glukoamilazlar sonradan kullanılır. kısmi yıkım alfa-amilazların etkisi altında nişasta.

Farklı tahıl türlerinde, nişasta kısmının ve nişasta olmayan polisakkaritlerin (NSP) içeriği ve bileşimi farklılık gösterebilir (Tablo 1). NPS, nişastaya benzerliğine rağmen amilazlar tarafından hidrolize edilemez. Bu nedenle nişasta kullanım derecesini arttırmak ve doğal olarak alkol verimini arttırmak için NPS'yi hidrolize eden enzim preparatlarının kullanılması tavsiye edilir.

Pentozanların hidrolizi için, ksilanaz enzimini içeren preparatlar, beta-glukanlar - β-glukonazın hidrolizi ve selüloz - selülazın hidrolizi için kullanılır. NPS'yi hidrolize eden bir enzim kompleksi içeren enzim preparatlarının kullanılması en çok tavsiye edilir.

Tablo 1 Tahıl hammaddelerindeki karbonhidratların ana bileşenlerinin içeriği (%).

Ayrıca tahıl hammaddelerinin su-ısıl işlemi sırasında proteinin bir kısmının çözeltiye geçtiği ve çoğunun nişasta olmayan polisakkaritlerle stabil jeller oluşturduğu da bilinmektedir. İÇİNDE Son zamanlarda Tahıldaki protein oranı arttı - buğdayda %25'e, çavdarda ise %15'e ulaşıyor. Çözünmemiş protein bir enfeksiyon kaynağıdır ve ekipman üzerinde ve kontrol ünitesinde karbon birikintileri şeklinde birikir. Bu nedenle, tahıl proteininin hidrolizi aşağıdakileri mümkün kılan bir üretim gerekliliğidir:

Amino asitleri kaydedin
- köpürmeyi azaltın
- ekipman temizliğini kolaylaştırmak
- amilolitik enzimlerin substrata erişimini arttırmak
- alkol verimini artırın

Günümüzde üreticiler proteolitik enzimleri giderek daha fazla kullanıyor ve kullanımlarının etkisi ortada.

Bu nedenle, tahılın bileşimi ve firmamızın geniş bir etki yelpazesinde kullanılan enzim preparatları hakkında verilen verilere dayanarak, çeşitli su-ısıl işlem şemaları için enzim preparatlarının eklenmesini optimize etmeye yönelik tablolar geliştirdik.

Nişasta, diyetin en önemli karbonhidrat bileşeni olan bitkilerin ana rezerv polisakkaritidir. Nişasta, bitki türüne bağlı olarak nişasta taneleri formunda tahıl tohumlarında, yumrularda, rizomlarda depolanır. farklı şekil(küresel, oval, merceksi veya düzensiz) ve boyutu (1 ila 150 µm, ortalama 30-50 µm).

Nişasta taneleri çeşitli türler bitkiler:

A - patates; B - buğday; B - yulaf; G - pirinç; D - mısır; E - karabuğday.

1 - basit nişasta tanesi, 2 - karmaşık, 3 - yarı karmaşık.

Nişasta karmaşık bir yapıya sahiptir ve iki homopolisakkaritten oluşur: suda çözünür amiloz ve çözünmeyen amilopektin. Nişastadaki oranları bitkiye ve izole edildiği doku tipine göre değişiklik gösterebilir (amiloz %13-30; amilopektin %70-85).

Amiloz, bir a(1→4) glikosidik bağ ile bağlanan 200-300 glikoz kalıntısı içeren dallanmamış (doğrusal) zincirlerden oluşur. C-1'deki a-konfigürasyonu nedeniyle zincirler, dönüş başına 6-8 glikoz kalıntısının bulunduğu 13 nm çapında bir sarmal oluşturur. Molekül ağırlığı 50000 Da'dır.

Amilopektin var dallanmış yapı burada ortalama 20-25 glukoz kalıntısından biri, bir a(1→6) glikosidik bağ ile bağlanmış bir yan zincir içerir. Bu durumda ağaç benzeri bir yapı oluşur. Molekül ağırlığı 1-6 milyona ulaşır Evet.

Nişasta hidrolizi, birçok gıda teknolojisinde nihai ürünün kalitesini garanti eden gerekli süreçlerden biri olarak mevcuttur. Örneğin:

Fırıncılıkta - hamur hazırlama ve ekmek pişirme süreci;

Bira üretiminde – bira şırasının elde edilmesi ve maltın kurutulması;

Kvas üretiminde;

Alkol üretiminde – fermantasyon için hammaddelerin hazırlanması;

Çeşitli şekerli nişasta ürünlerinin üretiminde - glikoz, melas, şeker şurupları.

Nişasta hidrolizi için iki yöntem vardır:

Asidik – mineral asitlerin etkisi altında;

Enzimatik - enzim preparatlarının etkisi altında.

Nişasta asitlerin etkisi altında hidrolize edildiğinde, amiloz ve amilopektin makromolekülleri arasındaki birleştirici bağlar ilk önce zayıflar ve kırılır. Buna nişasta tanelerinin yapısının bozulması ve homojen bir kütlenin oluşması eşlik eder. Daha sonra α(1→4) ve α(1→6)-glikosidik bağların kopma yerine bir su molekülünün eklenmesiyle kırılması gelir. Hidroliz işlemi sırasında serbest aldehit gruplarının sayısı artar ve polimerizasyon derecesi azalır. Ara aşamalarda dekstrinler, tri ve tetra şekerler ve maltoz oluşur. Hidrolizin son ürünü glikozdur. Asit hidrolizi, yüksek asit konsantrasyonlarının ve yüksek sıcaklıkların (100 ° C'nin üzerinde) kullanılmasından kaynaklanan bir takım önemli dezavantajlara sahiptir; bu, termal bozunma ürünlerinin oluşumuna ve karbonhidratların dehidrasyonuna, transglikosilasyona ve reversiyon reaksiyonlarına yol açar.

Asit hidrolizi ile karşılaştırıldığında enzimatik hidroliz daha umut vericidir ve aşağıdaki avantajlara sahiptir:

1) Yüksek kaliteüretilen ürünün, çünkü Daha az yan ürün oluşur;

2) Enzimlerin etkisinin özgüllüğü, belirtilen özelliklere sahip bir ürün elde etmenizi sağlar. fiziki ozellikleri(örneğin tatlılar);

3) Daha düşük ekonomik maliyetlerle yüksek ürün verimi elde edilir.

Nişastanın enzimatik hidrolizi amilolitik enzimler kullanılarak gerçekleştirilir. Bu grup α-amilaz, β-amilaz, glukoamilaz, pullulanaz ve diğer bazı enzimleri içerir. Her birinin kendine özgü özellikleri vardır.

α-amilaz– amiloz veya amilopektin molekülü içindeki α (1-4)-glikosidik bağları hidrolize eden, dekstrinlerin (nişastanın eksik hidrolizinin ürünleri ve az miktarda glikoz ve maltozun) oluşmasına neden olan bir endoenzim:

α-amilaz hayvanlarda (tükürük ve pankreas), yüksek bitkilerde (filizlenmiş arpa, buğday, çavdar, darı tohumları) ve mikroorganizmalarda (Aspergillus cinsinin mantarları, Rhizopus cinsinin mantarları, Bacillus subtilis cinsinin bakterileri) bulunur.

β-amilaz– ekzoenzim, amiloz molekülünün indirgeyici olmayan uçlarındaki α (1-4)-glikosidik bağları, amilopektini maltoz (%54-58) oluşumuyla hidrolize eder, yani; belirgin şekerleştirici aktivite sergiler. Başka bir reaksiyon ürünü β-dekstrindir (%42-46). Bu enzim yüksek bitkilerin dokularında yaygındır.

Glukoamilaz amiloz ve amilopektin molekülünün indirgeyici olmayan uçlarından etki eden, a (1-4)- ve a (1-6)-glikosidik bağları hidrolize ederek glikoz moleküllerini parçalayan bir ekzoenzimdir. Bu enzim en çok Aspergillus ve Rhizopus cinsinin mikromisetlerinde bulunur.

Hareket mekanizması çeşitli türler nişasta için amilaz:

Nişasta üretim teknolojisi.

Nişastanın endüstriyel üretimi için hammaddeler patates, mısır taneleri, buğday, pirinç ve sorgumdur. Patates nişastası üretme teknolojisini ele alalım. Aşağıdaki aşamaları içerir:

Patatesleri kir ve yabancı maddelerden patates yıkayıcıda yıkamak;

Tartım;

Patates lapası elde etmek için patatesleri yüksek hızlı patates öğütücülerde ince bir şekilde öğütmek (ne kadar çok ezilirse, nişastanın hücrelerden salınması o kadar tamamlanır, ancak nişasta tanelerinin kendilerine zarar vermemek önemlidir);

Patates lapasının kükürt dioksit veya sülfürik asit ile işlenmesi (nişastanın kalitesini, beyazlığını arttırmak ve mikroorganizmaların gelişimini önlemek için);

Santrifüjler veya hidrosiklon sistemleri kullanılarak yulaf lapasının ayrılması;

Nişasta sütünün rafine edilmesi - bir rafine elek üzerindeki nişastanın hamurdan temizlenmesi;

Nişastanın hidrosiklonda yıkanması.

Sonuçta nem içeriği %40-52 olan ham nişasta elde edilir. konu değil Uzun süreli depolamaüretimi şu işlemlerden oluşan kurunun aksine: aşırı nemin mekanik olarak uzaklaştırılması, kurutma, presleme ve paketleme.

Bir dizi ürünün üretiminde modifiye nişastaların kullanımı etkilidir:

- Şişme (önceden jelatinleştirilmiş) nişasta, macunun özel kurutucularda kurutulması ve ardından filmin toz haline getirilmesiyle elde edilir, parçacıkları suyla ıslandığında şişer ve hacmi artar. Şişirilebilir nişasta kullanılır Gıda endüstrisi(ürünler anında pişirme, ısıtmasız gıdalarda stabilizatörler ve koyulaştırıcılar).

- Oksitlenmiş nişasta, nişastanın çeşitli oksitleyici maddelerle (KMnO 4, KBrO 3, vb.) oksitlenmesiyle elde edilir. Oksidasyon yöntemine bağlı olarak ürünler farklı viskozite ve jelleşme yeteneğine sahiptir. Kağıt endüstrisinde tanen olarak kağıdın mukavemetini arttırmak için, gıda endüstrisinde ise düşük oksidasyon derecesinde (%2'ye kadar) kullanılırlar. Böylece marmelat ürünlerinin üretiminde agar ve agaroid yerine jelleştirici madde olarak oksitlenmiş nişasta türlerinden biri olan jelleştirici nişasta kullanılmaktadır.

- İkame edilmiş nişastalar:

Mononişasta fosfatlar (nişastanın monofosfat esterleri), nişasta ve orto-, piro- veya tripolifosfatın asit tuzlarının kuru bir karışımının yüksek sıcaklıkta reaksiyonuyla elde edilir. Sıradan nişastayla karşılaştırıldığında, artan şeffaflık ve donma ve çözülmeye karşı direnç ile karakterize edilen stabil macunlar oluştururlar.

Disnişasta fosfatlar (çapraz bağlı nişastalar), nişastanın sodyum trimetafosfat, fosfor oksiklorür vb. ile reaksiyona sokulmasıyla elde edilebilir. Isıya ve mekanik strese dayanıklı macunlar oluştururlar. Mayonez üretiminde kullanılırlar, şekerleme, salata sosları, et ürünleri vb.

Asetillenmiş nişasta (nişasta asetat), nişastanın asetik asit veya asetan hidrit ile işlenmesiyle elde edilebilir. Dayanıklı filmler oluşturmak üzere kuruyan stabil şeffaf macunlar oluşturma yeteneğine sahiptirler. Gıda endüstrisinde koyulaştırıcı olarak kullanıldığı gibi dondurulmuş gıdaların, hazır tozların vb. üretiminde de kullanılırlar.

Nişastanın enzimatik hidrolizi

Nişasta içeren hammaddelerin fermantasyon endüstrilerinde işlenmesindeki ana süreç, nişastanın malttaki amilolitik enzimler ve enzim preparatları tarafından hidrolizidir. Nişastanın karbonhidrat kısmı iki polisakkaritten oluşur: amiloz ve amilopektin.

Amiloz ve amilopektin, C6H10O5 glikoz kalıntılarından oluşturulur. Amilozun molekül ağırlığı 3·10 5 - 1·10 6'dır, amilopektinin molekül ağırlığı yüz milyonlara ulaşır. Amiloz molekülünün yapısal diyagramı, glikozidik a-1,4 bağlarıyla bağlanan uzun bir glikoz kalıntıları zinciri formunda sunulur. Amiloz molekülü bu tür birkaç paralel zincir içerir. Her birinde glikoz kalıntıları spiral şeklinde düzenlenmiştir. Amilopektin molekülünün yapısı, çok sayıda glikoz kalıntısından (yaklaşık 2500) oluşan dallanmış bir zincir formunda sunulur. Yan dalların bağlı olduğu ana zincir 25-30 glikoz kalıntısından oluşur. Her bir yan dal 15-18 kalıntıdan oluşur ve zincirlerin iç bölümleri (dallar arasında) bu tür 8-9 kalıntıdan oluşur. Yan zincirler ise komşu zincirlere bağlanır. Amilopektinde, aynı zincirdeki glikoz kalıntıları, amilozda olduğu gibi, bir α-1,4 bağıyla birbirine bağlanır. Ancak amilopektindeki bireysel zincirler arasındaki bağlantı, a-1,6-glikozidik bağlarla gerçekleştirilir.

Nişastanın enzimatik hidrolizi amilolitik enzimler tarafından gerçekleştirilir. Maltın (filizlenmiş tahıl) amilolitik kompleksi, α- ve β-amilaz ve dekstrinazdan (oligo-α-1,6-glukosidaz) oluşur. Enzim preparatları a-amilaz, oligo-a-1,6-glukosidaz ve glukoamilaz içerir. Her enzimin, elde edilen ürünlerin belirli kalite özelliklerini belirleyen kendine özgü özellikleri vardır.

α-Amilaz, amiloz ve amilopektin molekülündeki α-1,4 bağlarını hidrolize eden bir endoenzimdir. Enzimin etki mekanizması çok zincirlidir, düzensizdir; Sonuç olarak, nişastanın eksik hidrolizinin ürünleri oluşur - a-dekstrinler, bu nedenle a-amilaza dekstrinleştirici enzim denir. α-amilazın amiloz üzerinde uzun süreli etkisi ile, enzim onu ​​neredeyse tamamen maltoza ve az miktarda glikoza dönüştürür.

α-milazın amilopektin üzerindeki etkisi, maltoz ve 5-8 glikoz kalıntısı içeren düşük molekül ağırlıklı dekstrinlerin oluşumuna yol açar. α-amilazın bu davranışı, enzimin amilopektin makromoleküllerinin dallanma bölgelerindeki α-1,6-glikozidik bağlar üzerinde etki göstermemesi gerçeğinden kaynaklanmaktadır.

β-Amilaz, maltoz oluşturmak üzere amiloz ve amilopektin moleküllerinin indirgeyici olmayan uçlarındaki α-1,4 bağlarını hidrolize eden bir ekzoenzimdir. α-1,6 bağlarını parçalamayan şekerleştirici bir enzimdir.

α- ve β-amilazların nişasta üzerindeki kombine etkisi ile %95'i maltoza ve %5'i α-1,6-glikozidik bağları içeren düşük moleküler ağırlıklı doymuş dekstrinlere dönüştürülür.

Darı ve yulaf maltı, amilopektin ve doymuş dekstrinlerdeki a-1,6-glikozidik bağı kıran dekstrinaz enzimini içerir.

Glukoamilaz, hem a-1,4- hem de a-1,6-glikozidik bağları parçalayan bir ekzoenzimdir. Amiloz ve amilopektin moleküllerinin indirgenemez uçlarından etki eden glukoamilaz, glikoz molekülünü β-formunda ayırır.

Enzimatik reaksiyonların hızını etkileyen ana faktörler sıcaklık, pH, substrattaki maddelerin konsantrasyonu ve enzimlerdir. Sıcaklık arttıkça nişastanın enzimatik hidrolizi hızlanır, ancak belirli bir sıcaklığa ulaşıldığında enzimler etkisiz hale gelir.

Arpa maltının β-Amilazı, 70 ° C'ye ısıtıldığında düşük ısı direncine sahiptir, yok edilir; Bu enzimin 70 °C'de termal olarak etkisizleştirilmesi birkaç dakika içinde neredeyse tamamen tamamlanır.

Arpa maltından elde edilen α-Amilaz daha yüksek ısı direncine sahiptir ve yaklaşık 80 °C sıcaklıkta yok edilir.

Püredeki β-amilaz için optimum sıcaklık 63 °C, α-amilaz için ise 70 °C'dir. Optimum koşullar altında bir β-amilaz molekülü dakikada 237.000 bağı hidrolize edebilir.

Glukoamilazın mikroskobik mantar ve bakterilerdeki etkisi için en uygun sıcaklık 55 – 60 °C'dir. Bakteriyel kökenli α-Amilaz enzim preparatları yüksek ısı direncine sahiptir. Optimum çalışma sıcaklığı 85 – 95 °C'dir.

Her enzimin en aktif olduğu optimum pH değeri vardır; daha yüksek veya daha düşük pH değerlerinde enzim aktivitesi azalır. α-amilazın maksimum aktivitesi pH 5,7'de meydana gelir ve β-amilazın aktivitesi yaklaşık 4,8 pH'ta meydana gelir. pH 2,3 ve 9,7'de amilazlar tamamen etkisiz hale gelir.

Mikroskobik mantarlarda α-amilaz için optimal pH değeri 4,5 – 5,0, glukoamilaz için – 4,5 – 4,6, bakteriyel α-amilaz için – 5,0 – 6,0'dır.

Enzimatik reaksiyonun hızı, enzim konsantrasyonunun artmasıyla birlikte artar, ancak belirli bir sınıra kadar. Teorik maltoz miktarının% 75 - 80'i oluşana kadar (100 g nişastadan 79,1 - 84,4 g), sakrifikasyon reaksiyonu hızlı bir şekilde ilerler ve ardından keskin bir şekilde yavaşlar: bölünmenin başlangıcından 1000 kat daha yavaştır.

Substrattaki ekstraktif konsantrasyonun artmasıyla nişastanın enzimatik hidrolizi yavaşlar. Bu, maddelerin konsantrasyonu arttıkça pürenin viskozitesinin artması ve bunun sonucunda substrat ile enzim arasındaki difüzyon işleminin zorlaşmasıyla açıklanmaktadır.

Nişasta hidrolizi genellikle iyot ile hidrolizin ara ürünlerinin verdiği renkle izlenir. Renklenme, glikoz kalıntılarının sarmal dönüşleri içindeki iyot moleküllerinin düzenlenmesinin bir sonucu olarak meydana gelir. Ortaya çıkan bileşiklerin rengi, glikoz kalıntıları zincirinin uzunluğuna göre belirlenir.

İyotlu nişasta mavi renk verir. Nişastaya yakın en büyük dekstrinler amilodekstrinlerdir (molekül ağırlığı 10.000 - 12.000) ve iyotla boyanırlar. mor mavi renk; daha küçük dekstrinler - eritrodekstrinler (molekül ağırlığı 4000 - 7000) - kırmızı-kahverengi; en küçükleri - akrodekstrinler ve maltodekstrinler (molekül ağırlığı 2900 - 3700) hiç lekelenmez.

Ham, jelatinleşmemiş nişasta amilazlar tarafından parçalanır, ancak çok yavaştır. Amilolitik enzimlerin saldırısı, jelatinleşmiş nişasta üzerinde etkili olduklarında artar. Tahıl ürünlerinde nişastanın jelatinleşme ve çözünme sürecini hızlandırmak için, bunların basınç altında buharda pişirilerek ön ısıl işleme tabi tutulması tavsiye edilir. Suyla ısıtıldığında nişasta katı halden jelatinimsi bir duruma dönüşür - jelatinleşir. Bu durumda nişasta tanelerinin (granüllerin) şişmesi, ardından yırtılması ve dağılması meydana gelir.

Sıcaklık arttıkça macun sıvılaşmaya başlar ve daha sonra sıvı hale gelir.

Bu nedenle, nişastanın hidrolizi sırasında üç aşama ayırt edilmelidir: jelatinizasyon, sıvılaştırma ve sakrifikasyon.

Fermantasyon endüstrilerinde nişastanın enzimatik hidrolizi için gereklilikler farklıdır. Bu nedenle, dekstrinler maya tarafından doğrudan fermente edilmediğinden, alkol üretiminde mümkün olan maksimum miktarda fermente edilebilir şeker elde etmeye çalışırlar. Alkol üretim koşullarında dekstrinlerin sakrifikasyonu, maltozun çoğunun zaten fermente edildiği fermantasyon aşamasında meydana gelir. Bu süreç büyük önem alma açısından en yüksek verim nişastadan alkol. Bu nedenle şekerleştirici enzimlerin fermantasyonun sonuna kadar aktif kalması çok önemlidir.

Bira üretiminde, nişastanın hidrolizi, maltoza ek olarak, biranın tadının dolgunluğunu ve viskozitesini belirleyen belirli miktarda akro- ve maltodekstrinler içerecek şekilde gerçekleştirilmelidir. Light bira çeşitleri için, fermente edilebilir şekerlerin% 80-85'i ve iyotla lekelenmeyen dekstrinlerin% 15-20'si oluşana kadar nişasta hidrolizi gerçekleştirilir.

Etanol (etil alkol) C2H5OH, göreceli yoğunluğu 0.79067 olan, keskin ve karakteristik bir kokuya sahip, şeffaf, renksiz bir sıvıdır. Etanolün normal basınçta kaynama noktası 78,35 °C, parlama noktası 12 °C ve donma noktası 117 °C'dir. Kimyasal olarak saf etanol nötr bir reaksiyona sahiptir; Rektifiye alkol az miktarda karboksilik asit içerir, dolayısıyla reaksiyonu hafif asidiktir. Etanol çok higroskopiktir; havadan, bitki ve hayvan dokularından suyu açgözlülükle emer ve bunun sonucunda yok edilirler.

Alkol insanlar, hayvanlar ve mikroorganizmalar için toksiktir. Alkol buharları da zararlıdır. Havada izin verilen maksimum buhar konsantrasyonu 1000 mg/cm3'tür. Alkol patlayıcı özelliklere sahiptir. Patlayıcı alkol buharı konsantrasyonunun sınırları hava hacminin% 2,8-13,7'sidir. Etanol, hacimce en az %88 mukavemetli ham alkol formundaki gıda hammaddelerinden ve birinci sınıf, en yüksek saflıkta rektifiye alkol formunda %96.0-96.5 mukavemetli rektifiye alkolden üretilir. “Ekstra” ve “Lüks”, “Temel”, “Alfa”.

Nişasta içeren hammaddelerden alkol üretimi aşağıdaki ana teknolojik aşamalardan oluşur: işleme için hammaddelerin hazırlanması; tahıl ve patateslerin su-ısıl işlemi (pişirme); haşlanmış kütlenin sakrifikasyonu; üretim mayasının yetiştirilmesi; şekerlenmiş şıranın fermantasyonu ve alkolün püreden ayrılması ve saflaştırılması.

4.1. Patates ve tahılın işlenmeye hazırlanması

Patates ve tahılın işlenmeye hazırlanması, hammaddelerin tesise teslim edilmesi, yabancı maddelerin ayrılması, öğütülmesi ve partinin hazırlanmasından oluşur.

Yığın alanından gelen patatesler karayoluyla yedek ambarlara taşınır ve buradan da hidrolik konveyörle üretime taşınır. Hafif, kaba ve ağır patates yabancı maddeleri birlikte ayrılır.

lomo ve taş tuzakları. Patates yıkayıcıları kalan yabancı maddeleri yıkamak ve çıkarmak için kullanılır.

Kaynamaya giden tahıl, havalı elek ve manyetik seperatörler kullanılarak temizlenir.

Periyodik su-ısıl işlem yöntemiyle patatesler ve tahıllar sürekli şemalarla bütünüyle kaynatılır, hammaddeler önceden ezilir. Ezilme derecesi kaynama sıcaklığını ve süresini etkiler. Patatesleri delik çapı 3 mm olan bir elek üzerinde öğütürken kalıntı kalmamalı, tahıl öğütürken bu elek üzerindeki kalıntı % 0,1-0,3'ü geçmemelidir. 1 mm çapında delikli bir elekten öğütme geçişi %60-90 olmalıdır.

Partinin hazırlanması, ezilmiş hammaddelerin suyla karıştırılması ve belirli bir sıcaklığa ısıtılmasından oluşur. Ezilmiş taneye %280-300 su, patates lapasına ise ham maddenin ağırlığına göre %15-20 su ekleyin. Şıradaki kuru maddelerin konsantrasyonu% 16-18 olmalıdır.

4.2. Tahıl ve patateslerin su-ısıl işlemi

Su-ısıl işlemin ana görevi, nişastanın malt amilolitik enzimleri veya mikrobiyal kökenli enzim preparatları ile sakrifikasyonu için hammadde hazırlamaktır. Sakkarifikasyon, nişastanın etkisi için mevcut olduğu (hücre duvarları tarafından korunmadığı), jelatinleştirildiği ve çözündüğü zaman en eksiksiz ve hızlı bir şekilde gerçekleşir; bu, tüm ham maddelerin yüksek basınçta ısıl işlemi kullanılarak elde edilebilir veya bu işlem yaygın olarak uygulandığında elde edilebilir. alkol üretiminde kaynatma denir; hammaddelerin özel makinelerde ultra ince mekanik öğütülmesi; Hammaddelerin belirli parçacık boyutlarına kadar mekanik olarak öğütülmesi ve ardından basınç altında kaynatılması (kombine yöntem).

Bir kazandaki bütün nişasta içeren ham maddeler, 0,5 MPa'ya (sıcaklık 158,1 °C) kadar aşırı basınç altında doymuş su buharı ile işlenir. Bu koşullar altında nişasta çözünür, hammaddenin hücre duvarları yumuşar ve kısmen çözülür ve ardından hammaddenin bir buhar ayırıcıya (tutucuya) üflenmesiyle basınç düşüşü, öğütme etkisi nedeniyle hücresel yapı bozulur. kazanın üfleme kutusundaki ızgaranın yanı sıra haşlanmış haşlanmış yiyecek kütlesinin bir aparattan diğerine hızlı hareket yolu üzerindeki diğer mekanik etkiler. Kaynatma işlemi sırasında ham maddeler aynı anda sterilize edilir, bu da sakkarifikasyon ve fermantasyon işlemleri için önemlidir.

Hammaddeleri nişasta tanelerinden daha küçük bir parçacık boyutuna öğütürken, hammaddelerin hücresel yapısı ve nişasta tanelerinin kendisi tahrip olur, bunun sonucunda 60-80 ° C sıcaklıkta suda çözülür ve şekerlenir. malt ve mikrobiyal kültürlerin amilolitik enzimleri. Ultra ince öğütme yöntemi, yüksek enerji tüketimi ve hammaddelerin sterilizasyonu konusunun anlaşılmaması nedeniyle henüz kullanılmamıştır.

Hammaddenin önce orta büyüklükteki parçacıklara (1-1,5 mm) ezilip daha sonra kaynatıldığı kombine bir yöntem yaygınlaştı. Bu durumda, kaynama sıcaklığı ve süresi, tüm hammaddelerin ısıl işlemine göre daha azdır. Haşlanmış ezilmiş hammadde kütlesinin basınç farkıyla üflenmesi, daha fazla dağılmasına katkıda bulunur. Proses sürekliliği ile birleştirilen bu ısıl işlem yöntemi en ilerici olarak kabul edilir. Hammaddelerin öğütülmesi için nispeten düşük enerji tüketimi, kaynatma için ısı ve fermente edilebilir maddelerin minimum düzeyde kaybını sağlayan kaynatma modunun "yumuşaklığı" nedeniyle bu yöntem, ham maddelerin sakrifikasyon için iyi bir şekilde hazırlanmasına olanak tanır.

Patates ve tahıllar haşlandığında hammaddede önemli yapısal ve mekanik değişiklikler meydana gelir ve bileşiminde yer alan maddelerde kimyasal dönüşümler meydana gelir.

Tatlı bir tada sahip nişasta ürünleri, nişastanın asitlerin ve enzimlerin etkisi altında şekere dönüşme yeteneği kullanılarak elde edilir. Nişastanın hidrojen iyonlarının etkisi altında asit hidrolizi sırasında a-1,4- ve a-1,6-glikosidik bağlar kırılır. Kopma yerinde, suyun hidrojen atomu, glikosidik köprünün oksijeni ile glikoz kalıntısının birinci karbon atomunda hemiasetal formda bir aldehit grubu oluşturur. Kırılma sayısının artmasıyla hidrolizatların indirgeme yeteneği artar. Nişastanın asit hidrolizinin son ürünü glikozdur. Nişastanın glikoza dönüşümü genel denklem ile ifade edilir: Asit hidrolizinin koşullarına ve süresine bağlı olarak, karbonhidrat bileşimi bakımından farklılık gösteren nişasta hidrolizatları elde edilir: dekstrinlerin, tetra- ve trisakaritlerin, maltozun, glikozun içeriği.

Yüksek GE'li nişasta hidrolizatları daha tatlıdır, higroskopiktir, ozmotik basıncı arttırır ve koruyucu etkiye sahiptir. Düşük GE'li hidrolizatlar, yüksek viskozite, kristalleşme önleyici etki ile karakterize edilir ve köpükleri ve emülsiyonları stabilize etme kapasitesine sahiptir.

Şu anda her şey daha yüksek değer Enzimleri kullanarak nişasta hidrolizini elde eder. Özellikle hareket ediyorlar. Bu nedenle belirli bir karbonhidrat bileşimine sahip hidrolizatlar elde edilir. Nişasta hidrolizatları ayrıca birleşik asit-enzim yöntemiyle de üretilir.

Nişasta hidrolizatlarının üretiminin genel aşamaları şunlardır: işleme için nişastanın hazırlanması - yıkama, safsızlıklardan arındırma; nişastanın hidrolizi - istenilen aşamaya kadar jelatinizasyon, sıvılaştırma ve sakrifikasyon (iyot testi ile kontrol edilir); asit nötralizasyonu veya enzim inaktivasyonu; hidrolizatların, renklendirici maddeler de dahil olmak üzere çözünmeyen ve çözünür yabancı maddelerden saflaştırılması; konsantrasyon - sıvı halde elde edilen ürünlerin buharlaştırılması, toz halindeki ürünlerin buharlaştırılması ve kurutulması veya kristalleştirilmesi.

Nişasta şurubu

Nişasta şurubu tahıl ve patates nişastasından üretilir.

Melas, nişastanın eksik hidrolizinin bir ürünüdür; tatlı, kalın, çok viskoz bir sıvıdır, renksiz veya sarımsı bir renk tonuna sahiptir. Melas, şekerleme üretiminin ana hammadde türlerinden biridir; ticari şurupların hazırlanmasında ve unlu mamullerde kullanılır. Pekmezin içerdiği ana maddeler: dekstrinler, glikoz, maltoz. Melas'ın indirgeme yeteneği glikoz ve maltozdan kaynaklanmaktadır. Pekmezin tatlılığı ve higroskopikliği glikoz içeriğine bağlıdır. İndirgeyici maddelerin büyük oranda maltozla temsil edildiği melas daha az higroskopiktir. Pekmezde ne kadar çok dekstrin varsa, viskozitesi ve şekerlerin kristalleşmesini geciktirme yeteneği de o kadar yüksek olur.

Pekmez, amacına göre düşük şekerli melas, orta derecede nişasta - karamel melas ve yüksek şekerli melas - glikoz şekerlenmesiyle üretilir. Melastaki indirgeyici maddelerin kütle oranı (kuru madde cinsinden, %): düşük şekerli melas - 30-34, karamel melas - 34-44 ve yüksek şekerli glikoz melas - 44-60.

Şekerleme endüstrisinde, depolama sırasında hızla kuruyan ürünler için - ruj, çırpılmış tatlılar, bisküvi vb. Pekmezin bileşimi ve kalitesi, nişasta hidrolizi yönteminden önemli ölçüde etkilenir.

Asit hidrolizi melas. Melas üretilirken nişastanın etkisi altında hidrolizi hidroklorik asit aşırı basınçta ve yaklaşık 140°C sıcaklıkta gerçekleştirilir.

Düşük şekerli melasın asit hidrolizi, glukozla birlikte, nişastaya yaklaşan özellikler de dahil olmak üzere değişen derecelerde polimerizasyona sahip yüksek moleküler dekstrinler içerir. Bu tür dekstrinler hızlı bir şekilde retrogradasyona uğrayabilir. Pekmez şeffaflığını kolaylıkla kaybeder ve rengi süt rengine döner. Yüksek viskozitesi ve yapışkanlığı karamel üretimini zorlaştırır.

Nişastanın daha derin asit hidrolizi ve sakrifikasyonu ile birlikte, glikozun tersine çevrilmesi ve ayrışmasının yan reaksiyonları meydana gelir. Glikozun tersine çevrilmesi, esas olarak disakkaritlerin (gentiyobiyoz, izomaltoz ve diğerleri) yanı sıra trisakaritler ve daha karmaşık oligosakaritlerin oluşumuyla polimerizasyonunun tersine çevrilebilir bir işlemidir: Nişasta hidrolizatlarında glikoz dönüşüm ürünleri %5 veya daha fazlasını oluşturabilir. Şeker karışımının çözünürlüğünün artması nedeniyle şeker şuruplarındaki sakkarozun kristalleşmesini geciktirirler.

Nişasta hidrolizi sırasında glikozun ayrışması, orta ve yüksek sıcaklığın asidik reaksiyonundan kaynaklanmaktadır. Bu koşullar altında glikozun dehidrasyonu mümkündür. Üç su molekülü glikozdan ayrıldığında hidroksimetilfurfural oluşur - kararsız

Levulinik ve formik asitlere ayrışabilen bir bileşik. Hidroksimetilfurfuralın polimerizasyonu sarı-kahverengi renklendirici maddeler üretir.

Pekmezde biriken glikozun ayrışma ürünleri, bileşimini, rengini kötüleştirir ve higroskopisiteyi arttırır. Melas %0,002-0,008 hidroksimetilfurfural içeriyordu. Nişastada bulunan safsızlıklar, yüksek sıcaklıklarda koyu renkli bileşiklerin oluşmasıyla diğer yan reaksiyonların oluşmasına katkıda bulunur. Vakumlu aparatta %78 kuru maddeye kadar kaynatılan melas, hızla 40-45 °C'ye soğutulur. Asit yöntemi Esas olarak orta derecede sakrifikasyon olan karamel pekmezi elde ederler.

Asit hidrolizi ile elde edilen yüksek oranda şekerlenmiş glikoz şurubu, glikozun kristalleşmesi nedeniyle depolama sırasında kararsızdır. İçeriğindeki reversiyon ürünleri ve renginin artması nedeniyle acı bir tada sahiptir.

İndirgeyici maddelere ek olarak, kül içeriği standartlaştırılmıştır (kuru madde açısından), kül içeriği% 0,4-0,55'ten fazla değildir, nişastanın çeşidine ve türüne bağlı olarak asitlik 12 ila E7 ml 1 N arasındadır. NaOH çözeltisi, melas pH - 4,6'dan düşük değil. Pekmezden karamel numunesi pişirirken, koyu lekeler veya çizgiler olmadan şeffaf bir şeker oluşmalıdır.

Enzimatik melas hidroliz. Hidroliz işlemi düşük bir sıcaklıkta (yaklaşık 60 °C) gerçekleşir. Filizlenmiş tahıl tanelerinden, küflerden ve bakterilerden elde edilen enzimleri kullanırlar. Amilolitik enzimler nişastayı parçalar, sıvılaştırır ve sakrifiye eder. Spesifik olarak hareket ederler, böylece belirli bir karbonhidrat bileşimine sahip hidrolizatlar elde ederler.

A-amilaz enzimi, esas olarak amiloz ve amilopektin makromoleküllerinin ortasındaki a-1,4-glikozidik bağları bölerek düşük moleküler dekstrinler ve bir miktar maltoz oluşturur. P-amilaz ayrıca nişastanın a-1,4-glikosidik bağlarını da hidrolize eder, ancak zincirlerin indirgeyici olmayan uçlarından iki glikoz kalıntısını (maltoz) sırayla ayırır. Bu enzim amilozu neredeyse tamamen, amilopektini ise %50-55 oranında hidrolize eder, çünkü a-1,6- bağına sahip moleküllerin dallarındaki etkiyi durdurur ve yüksek molekül ağırlıklı dekstrinleri açıkta bırakır. Glu-koamilaz nişastayı tamamen hidrolize eder.

/Düşük şekerli şurup enzimatik hidroliz a-amilaz enzimi kullanılarak elde edilir. Melas, azaltılmış madde içeriğine, özellikle glikoza sahiptir. Esas olarak düşük molekül ağırlıklı dekstrinlerden oluşur. pH 5.6'da. Bu melas saklandığında berrak ve sıvı kalır. Düşük higroskopik karamel ve higroskopikliğin azaltılmasının önemli olduğu diğer şekerleme ürünlerinin üretiminde kullanılır.

Yüksek şekerli melas asit-enzimatik hidroliz yoluyla üretilir. Öncelikle nişasta, %42-50 indirgeyici madde içeriğine kadar asitle hidrolize edilir, daha sonra 55°C'ye soğutulmuş nötralize edilmiş hidrolizata a-amilaz enzim preparatı eklenir ve glikoz içeriği %41-43'e ayarlanır. Bu yöntem, glikozun tersine çevrilmesinin ve ayrışma ürünlerinin oluşumunu azaltır. Pekmezin temiz, tatlı bir tadı vardır. Marshmallow, fondan ve diğer ürünlerin üretiminde kısmen şekerin yerine kullanılabilir.

Daha fazla şekerli melas yüksek içerik glikoz (%47) ve indirgeyici maddelerin toplam miktarı (%68-75) gliko-amilaz enzimi kullanılarak elde edilebilir. Bu melas pişirme ve bira yapımında kullanılır.

Maltoz pekmezi mısır, darı, yüksek kaliteli un gibi nişasta ve nişasta içeren hammaddelerden elde edilen bir ürün olarak daha iyi bilinir. Nişastayı sakrifiye etmek için malt oluşturucu enzim p-amilaz içeren malt eklenir. Bu pekmezin rengi kahverengi, kokusu hafif malt, tadı tatlı ve ağızda malt tadı var. Reducttrugotdtgh yayınları" kuru madde açısından en az %65, kül - en fazla %1,3 içerir. Maltoz pekmezi fırınlamada veya tatlı şurup olarak kullanılır. Gelişmiş yeni teknoloji maltoz şurubu elde etmek. Enzim preparatları kullanılarak nişastadan hazırlanırlar. Düşük glikoz içeriği nedeniyle (%10'a kadar), bu şekilde elde edilen maltoz melası düşük higroskopiktir, düşük viskoziteye sahiptir ve şekerli karamel yapımına uygundur.

Yüksek maltozlu melas, hidrojene nişasta şurupları gibi yeni ürünler üretmek için kullanılıyor. Melasların karbonhidrat bileşimine bağlı olarak bu şuruplar maltitol, sorbitol ve polihidrik alkoller içerir. Orijinal pekmezden daha tatlıdırlar. Tatlılık açısından maltitol yaklaşık olarak sakkaroza karşılık gelir; vücut tarafından emilmez, bu nedenle yüksek kalorili gıdaların üretiminde kullanılabilir. Dekstrin-maltoz melası esas olarak malt ekstraktı enzimlerinin etkisi altında patates nişastasından elde edilir. Bu, malt kokusu ve tadı olan, amber-sarı renkli, viskoz, kalın bir sıvıdır, yaklaşık olarak içerir. Eşit miktar maltoz ve dekstrinler, biraz glikoz (melasın kuru maddesinin ağırlıkça %10'undan fazla olmamalıdır).

Maltoz-dekstrin melası %79 veya %93 (kuru) kuru madde içeriğiyle üretilir. Bu pekmezle çocuk gıda ürünleri hazırlanmaktadır. Erken yaş- süt formülleri vb.

Maltz- özüt - maltın kendisinin haşlanmış sulu özütü olan bir diyet gıda ürünü.

Nişasta şurubunun depolanması ve taşınması. Melas, 2000 tona kadar kapasiteli, iç yüzeyi vernik kaplı tanklarda depolanmaktadır. Demiryolu tanklarında, içi çinko vernik kaplı ahşap ve metal varillerde taşınır. Sofralık pekmez cam kavanozlarda paketlenir.

Depolama sırasında sıvılaşma yerlerinde kolayca kirlendiğinden nemin melas içine girmesi kabul edilemez. Depolama sırasındaki yüksek sıcaklık melasların koyulaşmasına neden olur ve fermantasyonun gelişmesine katkıda bulunur. Melas yaklaşık 10°C sıcaklıkta ve %70'e kadar bağıl nemde saklanmalıdır. Maltodekstrinler. Nişastanın enzimatik hidroliz ürünleri ayrıca, molekülü beş ila on glikoz kalıntısından oluşan polimerler olan maltodekstrinleri de içerir. Maltodekstrinlerde indirgeyici maddelerin payı yaklaşık %5-20'dir. Maltodekstrinler tatsız ve kokusuzdur; %30'un üzerindeki konsantrasyonlarda kristalleşmeyi yavaşlatabilen viskoz çözeltiler oluşturur. Maltodekstrinler gıda üretiminde dolgu maddesi olarak kullanılmaktadır. Jel oluşturucu maltodekstrin - maltin - yağlar gibi erime yeteneğine sahiptir. Jeli stabil emülsiyonlar oluşturur. Maltin, dondurma ve krema üretiminde katkı maddesi olarak kullanılır.