Karbonhidratların hidrolizi. Nişastanın enzimatik şekerleştirilmesi

Tahıllar alkol ve damıtık üretiminin ana hammaddesidir. Öncelikle bunlar arpa, yulaf, pirinç, mısır, buğday vb. Birkaç nedenden dolayı kullanılırlar:

• Nispeten düşük maliyetli
• Ortaya çıkan ürünün hoş organoleptik profili
• Yüksek alkol verimi

Geleneksel püre şeker ve mayadan yapılır. Şekeri parçalamak için mayaya ihtiyaç vardır, bu da alkol oluşumuna neden olur. Ancak tahılda şeker yoktur, ancak çok fazla nişasta vardır. Tahıldan püre yapmak için nişastanın enzimler tarafından yok edilmesi gerekir. Bunlar, etkinleştiren veya hızlandıran protein maddeleridir. kimyasal reaksiyonlar alkol oluşumu için gereklidir. Enzimler filizlenmiş tahıllarda (malt) bulunur ve saf müstahzarlar olarak satılır.

Bu nedenle tahıl püresi yapmanın üç yolu vardır:

1. Tahıldaki nişastayı sakrifiye etmek için malt kullanın. Bu şekilde maltlanmamış tahıl faturasının %40'a kadarını şekere dönüştürebilirsiniz.
2. Tahılı filizlendirin, böylece enzimler içinde biriksin doğal olarak. Yani malt yapın.
3. Enzimi bir preparat ve maltlanmamış hammadde formunda kullanın.

İkinci yöntem daha ucuzdur ve daha hızlı sonuç almanızı sağlar.

Tahıl yapısı

Tahılın ezme sırasında nasıl işlendiğini tam olarak anlamak için yapısını anlamak gerekir. Arpa örneğine bakalım.

Arpa tanesinin iç yapısı

1-kök embriyo, 2-yaprak embriyo, 3-kök embriyo, 4-scutellum, 5-epitelyal tabaka, 6-endosperm, 7-boş harcanmış hücreler, 8-alöron tabakası, 9-tohum kabuğu, 10-meyve kabuğu, 11 - saman kabuğu

Arpa tanesi kabuğu birkaç hücre katmanından oluşan bir tanedir.

Kabuklar saman (veya çiçek) - dış kabuk, meyve (veya perikarp) ve tohum (veya hamur) halinde birleştirilir.

samanÇoğu arpada tahılla birlikte büyür. Saman kabuğu çok dayanıklıdır; tahılı mekanik hasarlardan koruyan şeydir. Esas olarak selüloz, az miktarda silisik asit, lipitler ve polifenolik bileşiklerden oluşur.

Saman kabuğunun altında kaynaşmış meyve ve tohum katları. Tohum kabuğu yarı geçirgendir; suyun iyi bir şekilde geçmesine izin verir, ancak suda çözünmüş maddeleri tutar. Tohum kabuğunun bu özelliği, tahılın su ve tahılın içine nüfuz etmeyen ve embriyoya zarar vermeyen çeşitli kimyasallarla işlenmesine olanak tanır.

Endosperm(unlu gövde) bir aleuron tabakasıyla kaplıdır. Protein bakımından zengin çok sayıda hücreden oluşur. Çimlenmekte olan arpada aleuron tabakası enzim oluşum bölgesidir.

Alöron tabakasının hücre duvarlarının ana bileşenleri nişasta olmayan polisakkaritlerdir - pentozanlar (%70) ve β-glukan (%30).

Unlu gövde (endosperm) tanenin tüm iç kısmını kaplar ve farklı büyüklükteki nişasta tanelerinden oluşur. Tahılların kuru maddesinin yaklaşık %98'i nişastadır.

Kimyasal bileşim

Arpa ortalama olarak %10,5-11 oranında protein maddesi içerir.

Arpa protein içerir:

1. alöron tabakası - enzimatik protein formunda (albümin ve globulinler);
2. Endospermin dışında bir yedek protein (prolaminler) bulunur;
3. endosperm - doku proteini (glutelinler).

Amino asit bileşimi açısından arpa proteinleri oldukça eksiksizdir (arpa tanesi 20'den fazla amino asit içerir).

Karbonhidratlar, içeriği %50 ila 64 arasında değişen, esas olarak nişasta olmak üzere mono ve polisakkaritlerle temsil edilir. Lif %5-6, şekerler ve %6'ya kadar dekstrinler (%2'ye kadar sakkaroz ve %0,4'e kadar doğrudan indirgeyici şekerler dahil), yağ - %2,1-2,6, mineraller - %2,5-3,5 içerir. Lif ve minerallerin çoğu tahılın film ve kabuklarında yoğunlaşmıştır.

Alkol üretiminde tahıl: teori

Arpa tanesi yüksek enzim aktivitesine (amilaz, proteaz ve peroksidaz) sahiptir ve bu nedenle malt yapımı için iyi bir malzemedir.

Zengin kimyasal bileşim, tahılların alkol üretimi için hammadde olarak kullanılmasını önceden belirler. Bu maddeler maya için besin bileşenleridir ve bu nedenle bu ortamda fermantasyon çok daha iyi ilerleyecek ve nihai ürün mükemmel bir tada sahip olacaktır.

Fermantasyon sırasında alkolün ana kaynağı karbonhidratlardır. Tahıllarda nişasta ile temsil edilirler. Maya yalnızca mono, disakkaritleri ve bazı dekstrinleri alkole dönüştürür. Nişasta, amiloz ve amilopektinden oluşan bir polisakkarittir. Maya, nişastayı yalnızca molekülün basit karbonhidratlara (mono ve disakkaritler) parçalanması durumunda işler. Bu işlem için enzimlere ihtiyaç vardır.

Nişasta jelatinleşme sıcaklığı, nişasta tanelerinin yapısının şiştiği ve tahrip edildiği sıcaklıktır; bu işlem, enzimlerin nişastayı tamamen şekerleştirmesine olanak tanır.

Buna göre jelatinleşme sıcaklığı, enzimin çalışma sıcaklığından yüksekse, önce kaynatma yapılır (püre 90-100 dereceye kadar ısıtılır), nişasta tanelerinin şişmesi ve yapısı bozulur, ardından çalışma sıcaklığına kadar soğutulur. sıcaklığa getirilir ve enzim eklenir.

Enzim nedir

Enzimler, canlı bir organizmada çeşitli kimyasal reaksiyonları aktive edebilen, protein niteliğindeki biyolojik katalizörlerdir.

Basitçe söylemek gerekirse bunlar, doğru koşullar (sıcaklık ve pH) altına yerleştirildiğinde kimyasal reaksiyonları hızlandıran protein molekülleridir. Bu koşullar her enzim için ayrıdır.

Etkinin özgüllüğüne göreÇeşitli yüksek moleküler taneli polimerler için enzim preparatları 3 gruba ayrılabilir.

1. Amilolitik etki - nişastanın hidrolizini destekler. Bunlar sıvılaştırıcı, dekstrinleştirici ve şekerleştirici etkilere sahip enzimleri içerir.
2. Proteolitik etki - protein moleküllerini yok eder (hidrolize eder).
3. Selülolitik etki: Selüloz gibi nişastalı olmayan polisakkaritleri hidrolize eder.

1. Yerli köken - çimlenme sırasında tahılda oluşur;
2. Mikrobiyal köken - küf mantarları kullanılarak elde edilir;
3. Bakteriyel köken – bakteriler tarafından kültürlenir

Enzimler ayrıca sıvı ve kuru olarak ikiye ayrılır.

Mikrobiyal ve bakteriyel enzimler kullanılarak tahılın maltlanmasına gerek kalmaz. Ayrıca bu enzimler doğal enzimlere göre daha geniş bir sıcaklık aralığına sahiptir.

Nişastaları şekere dönüştürmek için tahılları işlemenin iki yolu vardır:

1. Filizlenmiş tahıllarda bulunan doğal enzimler kullanılarak ezme. Bu süreç klasik bir püre üretim teknolojisidir. Ancak tahılın çimlenmesi, ezme sırasında sıcaklık sınırlarının korunması da dahil olmak üzere oldukça emek yoğun bir işlemdir ve filizlenmiş tahılın fiyatı normal tahıldan çok daha yüksektir.
2. Bakterilerden türetilmiş enzimlerle ezme. Bu yöntem ilericidir ve giderek daha popüler hale gelmektedir. Başlıca avantajı nispeten düşük maliyeti ve kullanım kolaylığıdır. Bakteriyel enzimler filizlenmemiş tahılın kullanılmasına olanak tanır ve bu da nihai maliyeti azaltır bitmiş ürün ve ayrıca zamandan ve emekten tasarruf sağlar. Ayrıca bakteriyel enzimler, teknolojik süreçteki uygulama kapsamının genişletilmesine olanak tanıyan daha geniş bir sıcaklık aralığına sahiptir.

Doktor Guber mağazalarındaki enzimler

Tahılın evde işlenmesi için öncelikle amilolitik enzimlere ihtiyaç vardır. Burada aşağıdaki enzimlerle temsil edilirler:

1. Amilosubtilin, mezofilik bakteriyel a-amilazın bir enzim preparatıdır. Nişastanın dahili a-1,4-glikosidik bağlarını (amiloz ve amilopektin) ve bunların sıralı bölünme ürünlerini hidrolize eder, bu da sıvılaştırma aşamasında jelatinleştirilmiş nişasta çözeltilerinin viskozitesinde hızlı bir düşüşe yol açar, böylece şırayı hazırlar. Glukoamilazın etkisi. Aktivite 1500 Ac/g'dir. Eylem için optimum sıcaklık 30-60°C
2. Glucavamorin, Aspergillus awamori küfünün bir türünün derin ekimi ile elde edilir. Nişasta, dekstrinler, oligosakaritlerin α-1,4 ve alfa-1,6-glikozidik bağlarını hidrolize eder, zincirlerin indirgeyici olmayan uçlarından glikozu sırayla ayırır. Nişastanın sakrifikasyonu için kullanılır. Aktivite 1500 G birim/g'dır. Optimum etki sıcaklığı 30-60 °C

İlaçlar 20 gramlık ambalajlarda kuru formda sunulmaktadır.

Bu enzimler filizlenmemiş tahıllarla çalışmak için yeterli olacaktır.

Alkol üretimindeki enzimler: uygulama

Öncelikle sulu bir çözelti hazırlanır. Bunun için kuru ilaç 1:10 oranında su ile eritilir, su sıcaklığı 25-30 derece olup iyice karıştırılır, bu durumda ilaç 24 saatten fazla saklanmaz. Daha sonra gerekli enzim miktarı hesaplanır.

Enzim aktivitesi birim/g cinsinden ifade edilir. maddeler.

• Amilosubtilin - 2-4 adet. gram nişasta başına.
• Glucavamorin - 2-4 adet. gram nişasta başına.

Hesaplama örneği:

60 litre hacimli bir makinede 1:3 hidromodülde ezme yaparken yaklaşık 15 kg tahıl kullanıyoruz (tahılın içinde olduğunu varsayarak) bu durumda buğdaydır).

Buğday tanesi ortalama olarak %55 ila %65 oranında nişasta içerir (tablo verileri). Ortalama %60 değerini alalım.

Bu, 15 kg tahılın şunları içerdiği anlamına gelir: 15 * 0,6 = 9 kg nişasta.

Enzimlerin dozajı ve gram nişasta başına aktiviteleri verilmiştir:

• 1 gram Amylosubtilin, 1500 birim Gs içerir, dozajı 2-4 birimdir. (ortalama 3)
• 1 gram Glucavamorin 1500 Ac ünite içerir, dozajı 2-4 ünitedir (ortalama 3)

9000 gram nişasta için ihtiyacımız var:

• Viskoziteyi azaltmak için 9000*3= 27000 AC birimi
• Nişasta şekerlemesi için 9000*3= 27000 G birim

Neye karşılık gelir:

• 27000/1500= 18 gram Amylosubtilin
• 27000/1500= 18 gram Glucavamorin

20 gramlık 1 poşet 15 kg buğdayı şekere dönüştürmek için yeterlidir.

Hesaplamalar T=60°C'de ezme için yapıldı. 60°C'nin altındaki sıcaklıklarda enzim dozajının %20-30 oranında arttırılması tavsiye edilir.

Hesaplanıp hazırlandıktan sonra ezilmiş tane ile birlikte suya ilave edilerek püre haline getirilir.

İyi çalışmanızı bilgi tabanına göndermek basittir. Aşağıdaki formu kullanın

Bilgi tabanını çalışmalarında ve çalışmalarında kullanan öğrenciler, lisansüstü öğrenciler, genç bilim insanları size çok minnettar olacaklardır.

http://www.allbest.ru/ adresinde yayınlandı

giriiş

Etil alkol bulur geniş uygulamaülke ekonomisinde bir çözücü olarak, ayrıca divinil üretiminde, gıda ve tıp endüstrilerinde, roket motorları, antifriz vb. için yakıt olarak kullanılan, organik sentezin önemli bir ara ürünüdür (esterlerin üretiminde, selüloit, suni ipek, asetaldehit, asetik asit, kloroform, kloral, dietil eter ve diğer ürünler).

Dolayısıyla etil alkol, temel organik sentezin, dünya üretiminin büyük ölçekli ürünlerinden biridir. etil alkol 2,5 milyon ton/yılın üzerindedir (üretim hacmi açısından tüm organik ürünler arasında dünyada ilk sırada yer almaktadır).

Alkol hazırlamak için biyokimyasal teknolojinin özü şu şekildedir: Öncelikle nişasta içeren hammaddeler ezilir ve hücre yapısı tamamen yok olana ve içindeki nişasta çözünene kadar kaynatılır. Daha sonra çözünmüş nişasta "sakkarifiye edilir", yani malt enzimlerinin veya mikrobiyal enzim preparatlarının etkisi altında hidrolize tabi tutulur. Daha sonra ortaya çıkan "şekerlenmiş" şıra, alkollü maya ırkları ile fermente edilir. Bu durumda glikoz maya enzimleri tarafından parçalanır. Fermantasyonun ana ürünleri etil alkol ve karbondioksittir. Olgun püre ayrıca fermantasyonun yan ürünlerini de içerir: aldehitler, ketonlar, fusel yağı alkolleri, gliserin, karboksilik asitler vb.

Tesis uzmanları, püreden alkolü çıkarmak ve saflaştırmak için, püre arıtma yöntemlerini kullanırken, donanıma sahip benzersiz bir püre arıtma tesisine sahiptir. otomatik sistemİnsan faktörünün etkisini ortadan kaldıran ve böylece alkolün kalitesini önemli ölçüde artıran kontrol.

Bragorektifikasyon işlemleri, alkolün konsantre edildiği ve yabancı maddelerin belirli bir kısmından arındırıldığı birkaç aşamada gerçekleşir. Sonuç, GOST R 51652 - 2000'e uygun rektifiye edilmiş (saflaştırılmış) alkoldür. Bugün, önde gelen Rus bilim adamları tarafından tesis için özel olarak geliştirilen düzeltme teknolojisi, gerekli olanlardan çok daha az safsızlık içeren alkoller elde etmeyi mümkün kılmaktadır. GOST.

1. Alkol üretimi

Yakın zamana kadar, etil alkol üretimi gıda hammaddelerine dayanıyordu; bazı tahıl mahsullerinden ve patateslerden elde edilen nişastanın, maya tarafından üretilen enzimler kullanılarak fermantasyonu. Bu yöntem bugüne kadar korunmuştur ancak gıda hammaddelerinin yüksek maliyetleriyle ilişkilendirilmekte ve sektörü tatmin etmemektedir. Bitkisel materyallerin işlenmesine dayanan diğer bir yöntem ise ahşap işlemedir (hidroliz alkol). Odun %50'ye kadar selüloz içerir ve sülfürik asit varlığında su ile hidrolize edildiğinde glikoz oluşur ve bu daha sonra alkolik fermantasyona tabi tutulur:

(C 6 H 10 O 5) x + xH 2 O xC 6 H 12 O 6,

C6H12062C2H5OH+2C02.

Sentetik etil alkol, etilenin hidrasyonuyla üretilir.

Etilenin hidrasyonu iki yöntemle gerçekleştirilir: sülfürik asit (sülfürik asit hidrasyonu) kullanılarak ve etilenin bir katalizör varlığında su buharı ile doğrudan etkileşimi.

Alkol teknolojisi şunları içerir: süreçleri takip etmek: kaynatma için hammaddelerin hazırlanması, hücresel yapıyı yok etmek ve nişastayı çözmek için tahılın suyla kaynatılması, haşlanmış kütlenin soğutulması ve nişastanın malt veya küf kültürlerinin enzimleriyle sakrifikasyonu, şekerlerin maya tarafından alkole fermentasyonu, alkolün mısırdan damıtılması. püre ve düzeltilmesi.

Malt hazırlamak için Tablo 1'de verilen gereklilikleri karşılaması gereken yüksek kaliteli arpa, çavdar, yulaf ve darı kullanılır. Arpanın rengi açık sarıdır, koyulaşmasına izin verilir; yulaf beyazı veya sarı; darı sarısı, kırmızı, gri, beyaz; çavdar sarısı ve yeşil farklı tonlar; tahılın koku özelliği; Küflü, küflü ve diğer yabancı kokulara izin verilmez.

Tablo 1. Tahıl kalitesinin özellikleri

Yemek pişirmek için kullanılan tahılın kalitesi düzenlenmemiştir. Tahılın sağlıklı, yüksek nişastalı, mahsule bağlı olarak %14-17 nem içeriğine sahip ve az kirli olması arzu edilir. Ön sağlıklı tahıl organoleptik olarak değerlendirilir.

Tahıl hazırlama.

Üretime giren her türlü tahıl toz, toprak, taş, metal ve diğer yabancı maddelerden arındırılır. Malt yapımına yönelik tahıl aynı zamanda cılız tanelerden, yarımlardan ve yabani ot tohumlarından arındırılmıştır.

Hava elek ayrımı. Kalınlık (genişlik) ve aerodinamik özellikler (rüzgarlanma) bakımından belirli bir mahsulün tanesinden farklı olan yabancı maddeler, havalı elek ayırıcı kullanılarak ayrılır. Arpa, yulaf ve darı temizlenirken ayırıcının verimliliği %20...30 oranında azalır. Saflaştırılmış tahıldaki yabancı maddelerin içeriği %1'i geçmemelidir.

Manyetik ayırma. Hava elekli separatörlerde temizlendikten sonra tahılın içinde bulunan küçük metal yabancı maddeler manyetik separatörler kullanılarak uzaklaştırılır.

Yabancı ot tohumlarının ayrılması. Elekler yardımıyla tahıl yalnızca kalınlık ve genişliğe göre bölünebilir. Tane uzunluğu bakımından ana mahsulden farklı olan yabancı maddeler, trirem adı verilen makineler kullanılarak izole edilir. Trierin çalışma gövdesi, tahıl kütlesinden kısa parçacıkları seçen hücrelere sahip bir silindir veya disktir. Amaca bağlı olarak, iki tip trier ayırt edilir: kukla ayırıcılar - tahılların yarısını ve pupa tohumları gibi küresel yabancı maddeleri ana mahsulden ayırır; yulaf seçiciler - arpa, çavdar gibi ana mahsulün tahıllarını, uzun yulaf taneleri ve yabani yulaf ile karışımından ayırmak.

Hammaddelerin kaynatılması.

Kaynatma, hücre duvarlarını yok etmek, hücrelerden nişastayı serbest bırakmak ve onu enzimler tarafından daha hızlı ve daha kolay şekere dönüştürülebileceği çözünür bir forma dönüştürmek için gerçekleştirilir. Nişasta içeren hammaddelerin kaynatılması, 400 - 500 kPa aşırı basınçta buharla işlenerek gerçekleştirilir.

Kaynama sırasında bir takım karmaşık fiziksel, fizikokimyasal ve kimyasal değişiklikler meydana gelir. Kaynatma işlemi sırasında ısıl işlem sırasında nişasta, yoğun su emilimi nedeniyle yoğun bir şekilde şişer, kümelenir ve çözünür forma dönüşür. Haşlanmış kütle ocaktan çıktığında basınç atmosferik basınca düşer, bu da hücrelerde bulunan suyun hacmi su hacminden birkaç kat daha fazla olan buhara dönüşmesine neden olur. Hacimdeki bu kadar keskin bir artış, hammaddenin hücre duvarlarının yırtılmasına ve homojen bir kütleye dönüşmesine yol açar. Kaynatma işlemine, hammaddenin kendi enzimlerinin ve doğal asitliğin etkisi altında nişastanın kısmi hidrolizi nedeniyle şeker ve dekstrin içeriğinde bir artış eşlik eder. Kaynama aşamasındaki yüksek sıcaklık, melanoid oluşumu (şekerlerin amino asitlerle etkileşimi), şekerlerin termal ayrışması (karamelizasyon) ve diğerlerinin süreçlerine neden olur ve bu da fermente edilebilir şekerlerin miktarında bir azalmaya yol açar.

Şu anda nişasta içeren hammaddeler periyodik, yarı sürekli ve sürekli olmak üzere üç şekilde kaynatılmaktadır. İki şemaya göre sürekli kaynatma en yaygın olanı haline geldi. İlk şemaya göre kaynatma düşük bir sıcaklıkta (130 - 140 ° C), ancak uzun bir süre (50 - 60 dakika) gerçekleştirilir. İkinci şemaya göre kaynama sıcaklığı 165 - 172°C, pişirme süresi ise 2 - 4 dakikadır. Sürekli pişirme sırasında ham madde, pişirme aparatı içerisinde sabit bir akış halinde hareket ederek düzgün bir akış sağlar, ham madde ezilir.

Ezilmiş hammaddelerin sürekli kaynatılması şu işlemleri içerir: hammaddelerin ve suyun dozajlanması, partinin hazırlanması ve iki aşamada kaynatma (partinin pişirme sıcaklığına ısıtılması ve partinin bu sıcaklıkta tutulması). Sürekli kaynatma işlemi şu şekilde gerçekleştirilir. Ezilmiş tane, 1 kg taneye 2,0-3,5 litre oranında su ile karıştırılır. Tahıl yığınının konsantrasyonu kuru maddenin %16-17'si olacak şekilde su eklenir. Tahıl yığını ikincil buharla 70-75°C'ye ısıtılır ve yığının (yulaf lapası) anında buharla 100-110°C'ye ısıtıldığı temas başlığına pompalanır. Daha sonra ısıtılan parti, 2 - 4 aşamadan (sütunlardan) oluşan bir pişirme aparatına beslenir.

2. Soğutmaarena kütlesi ve şekerleştirilmesi

Sakkarifikasyon sırasında, soğutulmuş kaynatılmış kütle, nişasta ve proteinleri parçalamak için malt sütü veya enzim preparatları ile muamele edilir. Bu durumda ana süreç, nişastanın maya tarafından fermente edilen şekerlere hidrolizidir.

Kaynatılmış kütlenin malt sütü ile sakrifikasyonunda: nişasta, fermantasyon aşamasında şekerlere parçalanan dekstrinleri sınırlamak için% 70-75 oranında maltoz ve glikoza ve% 25-30 oranında hidrolize edilir. Malt sütü kullanıldığında, elde edilen şıra, fermente edilebilir tüm şekerlerin toplamından %71-78 oranında maltoz ve %22-29 oranında glikoz içerir. Mikrobiyal kökenli enzim preparatları ile sakrifikasyon yoluyla elde edilen şıra, %14-21 maltoz ve %79-81 glukoz içerir.

Farklı şekerleştirici maddeler kullanıldığında nişasta hidrolizi ürünlerindeki bu fark, malt sütünün A- ve B-amilaz ve dekstrinaz içermesi ve mikrobiyal kökenli enzim preparatlarının A-amilaz ve glukoamilaz içermesinden kaynaklanmaktadır. Nişasta üzerindeki etkilerinin niteliği ve ortamın sıcaklığı ve asitliği ile ilişkili olarak, A-amilazlar, kaynağına bağlı olarak, nişastayı yalnızca dekstrinlere (bakteriyel kökenli A-amilazlar) parçalayabilir veya hem dekstrinleri hem de şekerleri (çoğu A) oluşturabilir. -mantar kökenli amilazlar ve malt enzimleri) kaynatılmış kütlenin sakrifikasyonu, belirli bir sıcaklıkta, asitlikte, substrat konsantrasyonunda ve şekerleştirici materyalde gerçekleştirilir.

En ilerici şekerleştirme yöntemi, vakumla soğutma ile sürekli şekerleştirmedir. Özü, suyun buharlaşması için ısı kaybına bağlı olarak kaynamış kütlenin anında soğumasına yol açan basıncı azaltmaktır. Vakumlu soğutma, şekerleştirici materyallerdeki enzimlerin termal olarak inaktivasyonunu önler. Soğutulan kütleye şekerleştirici maddeler eklenir. Amilolitik enzimlerin etkisi için optimal sıcaklık 57-58°C'dir. Haşlanmış kütlenin sürekli sakrifikasyonu, bir veya iki akışlı bir yöntem kullanılarak gerçekleştirilir. Tek akışlı yöntemde, kaynatılmış kütle ve hesaplanan şekerleştirici madde miktarının tamamı şekerleştiriciye (konik tabanlı ve karıştırıcılı silindirik bir aparat) beslenir ve 10 - 15 dakika bekletilir. İki akışlı yöntemde, kaynatılan kütle iki eşit akışa bölünür ve iki şekerleme cihazına gönderilir. Şekerleştirici malzemelerin 2/3'ü birinci şekerleştiriciye beslenir; ikincisinde kısmen şekerlenmiş şıra soğutulur ve fermantasyon için fermantasyon bataryasının birinci ve ikinci kafa aparatlarına beslenir.

Bitmiş şıra, %13-15 fermente edilebilir şeker dahil olmak üzere %16-18 kuru şeker içermelidir; asitlik 0,2 - 0,3 derece. İyot testi yapılırken mayşenin rengi değişmemelidir.

3 . Fermantasyon

Şekerleştirilmiş kütlenin (şerbet) fermantasyonu, üretim mayası içine eklendiği andan itibaren başlar; Maya enzimlerinin etkisi altında maltoz, glikoza parçalanır ve bu daha sonra fermantasyonun ana ürünleri olan alkol ve karbondioksite fermente edilir. Bununla birlikte fermantasyonun ikincil ve yan ürünleri oluşur: yüksek alkoller, asitler ve esterler. Mono ve disakkaritler amilolitik enzimlerin etkisi altında fermente edildikçe, şerbette bulunan dekstrinler ve nişasta daha da şekerleştirilir. Fermantasyonun süresi bu sürecin hızına bağlıdır.

Şıra fermantasyonu sürecinde üç dönem ayırt edilebilir: fermantasyon, ana fermantasyon ve fermantasyon sonrası. İlk dönemde mayanın yoğun bir şekilde çoğalması ve şekerlerin fermantasyonu meydana gelir. İkinci dönem, şekerlerin güçlü fermantasyonu ile karakterize edilir ve buna hızlı karbondioksit salınımı eşlik eder. Üçüncü periyotta, şıra dekstrinlerinin ek olarak sakrifikasyonu sonucu oluşan şekerlerde yavaş bir fermantasyon meydana gelir.

Fermantasyon işlemi, alkol kaybını ve karbondioksitin üretim odasına salınmasını önlemek için kapalı fermentörlerde gerçekleştirilir. Hermetik olarak kapatılmış fermantasyon aparatı, küresel veya konik tabanlı dikey bir silindirdir; fermantasyon şerbetini soğutmak için içine bir bobin yerleştirilmiştir.

Mayşe fermantasyonu kesikli, döngüsel ve sürekli akış yollarında gerçekleştirilir. En gelişmiş ve etkili olanı, iki maya hücresi, bir fermentör ve taşma boruları ile seri olarak bağlanan 8-10 fermentörden oluşan bir tesiste gerçekleştirilen sürekli akış yöntemidir. Maya ve fermentör, gerekli miktarda endüstriyel mayayı hazırlamak için tasarlanmıştır. Süreç şu şekilde ilerliyor. Maya şıra ile doldurulur, 80°C'de 30 dakika pastörize edilir, 30°C'ye soğutulur, sülfürik asit ile pH 3,6-3,8'e ayarlanır ve tohumluk maya ikinci mayadan %25-30 oranında eklenir. hacmi. Maya çoğalması, şıradaki kuru madde içeriği %5 - 6'ya ulaşana kadar devam eder. Daha sonra mayanın %70 - 75'i, soğutulmuş şıranın aynı anda beslendiği fermentöre aktarılır ve tüm kütle, gerekli asitliğe kadar asitleştirilir. Bu formdaki kütle fermantasyon ve maya çoğalması için bırakılır. Mayanın geri kalan kısmı (%25) çoğaltılması için ikinci mayaya beslenir.

Kuru madde içeriği %5-6'ya ulaştığında kütle, içine soğutulmuş şıranın aynı anda beslendiği birinci kafa fermantasyon aparatına beslenir. Birinci kafa fermantasyon aparatı doldurulduğunda, fermente edilebilir şıra bunun üzerine, ikinci kafa aparatına, ondan üçüncüye vs. akar. Fermantasyon süresi 60 saattir. Son aparattan damıtma için olgun püre beslenir. Fermantasyon sırasında cihazlarda belirli bir sıcaklık korunur: ilkinde - 26 - 27 ° C, ikincide - 27, üçüncüde - 29 - 30, sonrakilerde - 27-28 ° C.

Fermantasyon sırasında açığa çıkan karbondioksit, alkol buharıyla birlikte fermantasyon aparatından özel tuzaklara girer, burada alkol çözülür ve karbondioksit ayrılır. Tuzaktan çıkan sulu-alkollü sıvı, püre ile birlikte damıtma için gönderilir ve karbondioksit, kuru buz veya sıvı karbondioksit üretmek için özel bir atölyeye gönderilir.

Olgun bir biranın yerleşik standartları karşılaması gerekir. Pürenin gücü (hacimce yüzde olarak etil alkol içeriği) hacimce %8,0-9,5 aralığında olmalıdır: fermente edilmemiş şekerlerin içeriği %0,4 - 0,5'i geçmemelidir; olgun pürenin asitliği 0,5-0,6 dereceyi geçmemelidir.

4 . Alkollü içkilerin damıtılmasıpüre ve onun düzeltilmesinden

Fermantasyon sonucu elde edilen olgun püre karmaşık bir bileşime sahiptir. Su ve alkole ek olarak çeşitli organik ve inorganik bileşikler içerir: şekerler, dekstrinler, mineraller, uçucu bileşikler (eterler, alkoller, aldehitler, asitler), vb. Safsızlıkların bileşimi ve içeriği, hammaddenin türüne, kalitesi ve teknolojik süreç sırasında işlenme modları.

Rektifikasyon, alkolü püreden ayırmak ve saflaştırmak için kullanılır. Rektifikasyon, farklı sıcaklıklarda kaynayan iki veya daha fazla bileşenden oluşan bir karışımı ayırma işlemidir. Böyle bir karışım kaynadığında, buhar basıncı daha yüksek (daha uçucu) olan bileşen nispeten büyük miktarlarda buhar fazına geçer ve buhar fazı daha uçucu bileşenle zenginleşir. Bu bileşenin sabit basınçta kaynama noktası daha düşüktür. Bu nedenle, uçucu bileşenlerin bir karışımı kaynadığında buhar fazı, daha düşük kaynama noktasına sahip bir bileşenle zenginleştirilir. Bir su-alkol çözeltisinde, herhangi bir sıcaklıkta alkolün buhar basıncı, suyun buhar basıncından önemli ölçüde daha yüksektir. Sonuç olarak, buhardaki alkol içeriği, kaynayan su-alkol çözeltisinden daha fazladır.

Alkolün damıtma yoluyla safsızlıklardan arındırılması, buharlaşma katsayılarındaki farklılığa dayanmaktadır. Buharlaşma katsayısı, belirli bir maddenin buhar fazındaki konsantrasyonunun sıvı fazdaki konsantrasyona oranıdır. Bireysel safsızlıkların buharlaşma katsayıları birbirinden farklıdır ve etil alkol içeriğine bağlı olarak değişir. Etil alkolün safsızlıklardan arındırılma olasılığını belirlemek için, safsızlıkların buharlaşma katsayısını etil alkolün buharlaşma katsayısı ile karşılaştırmak gerekir.

Bire eşit bir düzeltme katsayısı ile damıtma etkisizdir, çünkü damıtıldıktan sonraki damıtma değişmeden kalır. Düzeltme katsayısı birden büyükse, damıtık orijinal karışımdan daha fazla yabancı madde içeriyor demektir. Düzeltme katsayısı birden azsa, damıtık, damıtılmış karışımdan daha az yabancı madde içeriyor demektir. Başlıktaki yabancı maddeler için düzeltme katsayısı birden büyüktür, kuyruktaki yabancı maddeler için ise daha küçüktür.

Ham alkolün safsızlıklardan arındırılması şu anda esas olarak, ham alkolün buharlaşma katsayılarının değerlerine uygun olarak safsızlıklardan arındırıldığı sürekli damıtma ünitelerinde gerçekleştirilmektedir. Bu tür tesisler, ana hammaddenin ham alkol olduğu damıtma tesislerinde kullanılmaktadır.

Rektifiye alkol şu anda içki fabrikalarında dolaylı püre rektifikasyon tesislerinde doğrudan püreden üretilmektedir. Kurulum üç sütun içerir: püre. ameliyathane ve düzeltme odası. Püre kolonunda püreden etil alkol ve uçucu yabancı maddeler ayrıştırılır, ameliyathanede kafa yabancı maddeleri ayrıştırılır, rektifikasyon odasında ise rektifiye alkol elde edilir. Kurulum iki ek sütun içerir - sigorta ve final. Fuzel sütunu, yüksek alkollerin (fuzel yağı) fraksiyonunu ve bunların konsantrasyonunu ayırmak için tasarlanmıştır ve son sütun, etil alkolü safsızlıklardan ek olarak çıkarmak için tasarlanmıştır.

Dolaylı kurulumda düzeltme işlemi aşağıdaki gibi gerçekleştirilir. Püre, bir püre ısıtıcısında 90°C'ye ısıtılır ve ısıtma buharının alttan girdiği püre sütununun üst plakasına servis edilir. Püre kolonundan yükselen buharlar, püre ısıtıcısı aracılığıyla kondansatöre girerek, ısıyı püre kolonuna giren olgun püreye aktarırlar. Kondenserde buhar tamamen yoğunlaşır ve ortaya çıkan %45 - 55 hacimli yoğunlaşma, çalışma kolonuna girer.

Çözüm

alkol etil hidroliz rektifikasyonu

Gerekli hacimlerde yüksek kaliteli gıda alkolü üretimi, ister tahıl ister patates olsun, sürekli ham madde mevcudiyeti gerektirir.

Alkol üretim teknolojisi çok aşamalı bir teknolojik süreçtir.

Alkol üretim teknolojisi, mekanikten (hammaddelerin hazırlanması) ısı ve kütle transferine (düzeltme) kadar farklı doğa ve kökendeki işlemlerin yanı sıra maya ile birlikte mikrobiyolojik ve biyolojik kökenli enzimlerin kullanılmasından oluşur.

Üretim teknolojisinin uzun geçmişine rağmen, üretimi iyileştirmenin ve ürünlerin verimini ve kalitesini artırmanın birçok yolu vardır: eski ekipmanların modernizasyonu, yeni cihazların geliştirilmesi, mikroorganizma ve maya türlerinin iyileştirilmesi, yüksek kaliteli hammadde elde etmek için ıslah çalışmaları yapılması.

Edebiyat

Genel kimya teknolojisi: Kimya mühendisliği uzmanlıkları için ders kitabı. T.2.

En önemli kimyasal üretimi. / Mukhlenov I.P., Averbukh A.Ya., Kuznetsov D.A. ve diğerleri tarafından düzenlenmiştir. Muhlenova. - M.: Daha yüksek. okul, 1984.

Timofeev V.S., Serafimov L.A. Temel organik ve petrokimyasal sentezler için teknolojinin ilkeleri. - M.: Kimya, 1992.

Kononova G.N., Safonov V.V. Eğitimsel ve metodolojik el kitabı"Etilenin doğrudan hidrasyonuyla etil alkol üretimi."

Allbest.ru'da yayınlandı

Benzer belgeler

Gıda hammaddelerinin fermantasyonu ile etil alkol üretimi. Ahşabın hidrolizi ve ardından fermantasyon. Sülfit likörlerinden etil alkolün hazırlanması. Etilen hidrasyonunun sülfürik asit yöntemi. Sürecin fiziko-kimyasal temeli. Etilen hidrasyon bölümü.

tez, 11/16/2010 eklendi


Etil alkol üretimi için hammadde ve üretim yöntemleri. Etil alkol üretiminin ana süreçlerinin fiziko-kimyasal olarak doğrulanması. Üretim sürecinin teknolojik şemasının tanımı, ana teknolojik göstergelerin hesaplanması.

kurs çalışması, eklendi 01/04/2009


Teknolojik özellikler ve aşamalar, hammaddeler ve malzeme tabanı Kimya endüstrisinde etil alkol üretimi için temel fiziksel ve Kimyasal özellikler, pratik kullanım talimatları. Etilen hidrasyonu ve şeması.

kurs çalışması, 10/16/2011 eklendi


Alkollerin tanımı, genel formülü, sınıflandırılması, isimlendirilmesi, izomerliği, fiziksel özellikleri. Alkol üretme yöntemleri, kimyasal özellikleri ve uygulamaları. Etilenin katalitik hidrasyonu ve glikozun fermantasyonu yoluyla etil alkolün hazırlanması.

sunum, 16.03.2011 eklendi


Propilenin sülfat hidrasyonu yöntemiyle izopropil alkol üretme prosesinin açıklaması. Hammaddelerin ve bitmiş ürünlerin özellikleri. Kolonun buzdolabı, malzeme ve termal dengesinin hesaplanması. Kurulumun teknik ve ekonomik göstergeleri.

tez, 27.11.2014 eklendi


Hedef ürünü elde etme yöntemleri. Reaksiyonun termodinamik analizi. Karboksilik asitlerin azaltılması. Gliserolün oksalik asitle reaksiyonu. Propargil alkolün hidrojenasyonu. Akrolein veya propargil alkolün paladyum üzerinden seçici hidrojenasyonu.

tez, 18.05.2011 eklendi


Aseton ve izopropil alkolün temel kimyasal özellikleri, kullanım alanları ve insanlar üzerindeki etkileri. Asetondan izopropil alkolün hazırlanması. Adyabatik RIV ve RPS'nin ısı ve malzeme dengesi. Hesaplama programları ve sonuçları, reaktör seçimi.

kurs çalışması, 20.11.2012 eklendi


Nişasta fermantasyonu ile aseton üretimi. İzopropil alkolden aseton üretimi. Etkili bir CTS yaratmanın mantığı. CTS'nin teknolojik topolojisinin belirlenmesi. CTS'nin matematiksel modelinin oluşturulması. Özellikler ve çalışma verimliliği.

kurs çalışması, eklendi 02/12/2009


Alkollerin fiziksel ve kimyasal özellikleri, alkali metallerle etkileşimleri. Alkolün hidroksil grubunun halojenle değiştirilmesi, dehidrasyon, ester oluşumu. Etil, metil ve diğer alkol türlerinin üretimi, kullanım alanları.

sunum, 04/07/2014 eklendi


İki işlevli bir katalizör varlığında etil alkolden bütadienin endüstriyel üretimi. Bütadienin özellikleri ve kapsamı. Krom-alüminyum katalizörünün çalışmaya hazırlanması. Hidragillitin termokimyasal aktivasyonunun ürünü.

Birçoğunda yemek üretimi Gıda glikozitlerinin, oligosakkaritlerin ve polisakkaritlerin hidrolizi gerçekleşir. Hidroliz birçok faktöre bağlıdır: pH, sıcaklık, anomerik konfigürasyon, enzim kompleksi. Sadece gıda üretim süreçleri için değil aynı zamanda gıda depolama süreçleri için de önemlidir. İkinci durumda, hidroliz reaksiyonları istenmeyen renk değişikliklerine yol açabilir veya polisakkaritlerin jel oluşturamamasıyla sonuçlanabilir.

Ucuz nişasta içeren hammaddelerden ve nişastadan (çavdar, mısır, sorgum vb.) çeşitli tahıl şekeri şuruplarının elde edilmesine artık büyük önem verilmektedir. Bunları elde etmek kullanmaya bağlıdır farklı kombinasyonlar amilolitik enzim preparatları (b-amilaz, glukoamilaz, b-amilaz). Çeşitli şekerli ürünlerin üretilmesine yönelik enzimatik yöntemin olanakları diyagramlarda görülebilir (bkz. Şekil 1.1). Glikoz üretimi (glukoamilaz kullanılarak) ve ardından glikoz izomerazın etkisi, birçok endüstride kullanımı sakkarozun değiştirilmesine izin veren glikoz-fruktoz ve yüksek fruktoz şuruplarının elde edilmesini mümkün kılar. Masada 1.1. çeşitli şurupların “tatlılığına” ilişkin veriler sunulmaktadır.

Nişastadaki b-D-(1,4)-bağlarının selülozdaki c-D-(1,4)-bağlarından daha kolay hidrolize edildiği bilinmektedir. Ayrıca selülozun hidroliz reaksiyonunun yavaş olması da yapısıyla ilişkilidir.

Pirinç. 1.1. Mısır nişastasından çeşitli şeker şurupları elde etme imkanı (asit, asit-enzimatik ve enzimatik yöntemler): a-b - asit hidrolizi; c-d - mantar amilazının asit hidrolizat üzerindeki etkisi (GE = 50); d-f - β-amilazın asit hidrolizat üzerindeki etkisi (GE = 20); g-h - β-amilazın a-amilaz ile sıvılaştırılmış substrat üzerindeki etkisi (GE = 20); i-k - fungal amilazın veya β-amilaz ve glukoamilaz ile karışımın daha ileri etkisi

Nişastadan şeker şurupları üretilirken, nişastanın D-glikoza dönüşüm derecesi, glikoz eşdeğeri birimleri (GE) cinsinden ölçülür - bu, kuru madde başına glikoz (DS) olarak ifade edilen, elde edilen indirgeyici şekerlerin içeriğidir (% olarak). ) şurup.

Tablo 1.1. Tipik yüksek fruktozlu şurupların bileşimi ve tatlılığı

Nişasta hidrolizi

1. 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 b-D-(l,4)- ve b-D-(1,6)-bağlarının kopma yerine bir su molekülünün eklenmesiyle kırılması gelir. Hidroliz işlemi sırasında serbest aldehit gruplarının sayısı artar ve polimerizasyon derecesi azalır. Hidroliz ve indirgeyici (indirgeyici) maddeler arttıkça dekstrin içeriği azalır, glikoz artar, maltoz, tri- ve tetraşekerlerin konsantrasyonu önce artar, sonra miktarları azalır (bkz. Şekil 1.2). Hidrolizin son ürünü glikozdur. Ara aşamalarda dekstrinler, tri ve tetra şekerler ve maltoz oluşur. Belirli bir glikoz eşdeğeri değeri, bu ürünlerin belirli bir oranına karşılık gelir ve hidroliz süresini ve uygulama koşullarını değiştirerek, belirli bir glikoz eşdeğeri değerinde ayrı ayrı hidroliz ürünlerinin farklı oranlarını elde etmek mümkündür.

Pirinç. 1.2.

Asit hidrolizi uzun zamandır nişastadan glikoz elde etmenin ana yöntemi olmuştur. Bu yöntemin, yüksek konsantrasyonlarda asitlerin ve yüksek sıcaklıkların kullanımıyla ilişkili, termal bozunma ürünlerinin oluşumuna ve karbonhidratların dehidrasyonuna ve transglikosilasyon reaksiyonlarına yol açan bir takım önemli dezavantajları vardır.

2. Nişasta ayrıca amilolitik enzimlerin etkisi altında hidrolize edilir. Amilolitik enzimler grubu b- ve b-amilaz, glukoamilaz, pullulanaz ve diğer bazı enzimleri içerir. Amilazlar iki tiptir: endo- ve ekzo-amilaz. Açıkça ifade edilen bir endoamilaz, substratın yüksek polimer zincirlerindeki molekül içi bağları kırabilen b-amilazdır. Glukoamilaz ve β-amilaz ekzoamilazlardır, yani substrata indirgeyici olmayan uçtan saldıran enzimlerdir.

Bütün nişasta tanesine etki eden b-Amilaz, ona saldırır, yüzeyi gevşetir ve sanki taneyi parçalara ayırıyormuş gibi kanallar ve oluklar oluşturur (bkz. Şekil 1.3). Jelatinleştirilmiş nişasta, iyotla lekelenmeyen ürünler (özellikle düşük moleküler dekstrinler) oluşturmak üzere hidrolize edilir. Nişasta hidrolizi süreci çok aşamalıdır. B-amilazın etkisinin bir sonucu olarak, işlemin ilk aşamalarında hidrolizatta dekstrinler birikir, ardından iyotla lekelenmeyen tetra- ve trimaltoz ortaya çıkar ve bunlar b-amilaz tarafından çok yavaş hidrolize edilir. di- ve monosakkaritler.

Pirinç. 1.3.

Nişastanın (glikojen) a-amilaz ile hidroliz şeması aşağıdaki gibi temsil edilebilir:

β-Amilaz (β-1,4-glukan maltohidrolaz), amiloz veya amilopektinin doğrusal bölgesinin indirgeyici olmayan ucundan sondan bir önceki β-(1,4) bağlantısına afinite gösteren bir ekzoamilazdır (bkz. Şekil 1.4). ). B-amilazın aksine, b-amilaz pratikte doğal nişastayı hidrolize etmez; jelatinleştirilmiş nişasta, b-konfigürasyonunda maltoza hidrolize edilir. Şema aşağıdaki gibi yazılabilir:

gıda hidrolizi nişasta polisakkariti

Pirinç. 1.4.

Glukoamilaz b-(1,4)-glukan glikohidrolaz, nişasta zincirinin indirgeyici olmayan ucundan terminal b-D-glikoz kalıntılarının sıralı bölünmesini katalize eden bir ekzoenzimdir. Birçok glikoamilaz, b-1,6-glikosidik bağları, b-1,4 bağı kadar hızlı hidrolize etme yeteneğine sahiptir. Ancak bu yalnızca b-1,6 bağını bir b-1,4 bağı takip ettiğinde gerçekleşir, dolayısıyla dekstran onlar tarafından hidrolize edilmez. Ayırt edici özellik Glukoamilaz, oldukça polimerize edilmiş bir substratı oligo ve disakkaritlerden onlarca kat daha hızlı hidrolize etme yeteneğidir.

Pirinç. 1.5.

Glukoamilazın nişasta üzerindeki etki mekanizması Şekil 2'de şematik olarak gösterilmiştir. 1.5.

Nişastanın enzimatik hidrolizi, fırıncılıkta (hamur yapma ve ekmek pişirme işlemi), bira üretiminde (bira şırasının hazırlanması, maltın kurutulması) nihai ürünün kalitesini sağlayan gerekli işlemlerden biri olarak birçok gıda teknolojisinde mevcuttur. , kvas (mayalı ekmeğin hazırlanması), alkol (fermantasyon için hammaddelerin hazırlanması), çeşitli şekerli nişasta ürünleri (glikoz, melas, şeker şurupları). İncirde. Şekil 1.6, asit-enzimatik yöntemle elde edilen çeşitli şeker şuruplarının bileşimini gösterir - asitle ön işlem ve ardından b-, b- ve (veya) glukoamilaz enzimlerinin etkisiyle. Nişasta hidrolizi için böyle bir birleşik yöntemin kullanılması, belirli bir bileşime sahip şurupların elde edilmesi için geniş olasılıkların önünü açar.

Hayvan enzimleri(pepsin, trypsin vb.) esas olarak yoğun biyokimyasal süreçlerin meydana geldiği organlardan (mide, karaciğer, böbrekler, dalak vb. mukozadan) elde edilir.

Kaynak bitki enzimleriçeşitli tahılların filizlenmiş taneleri (malt) olabilir. Tropikal ve subtropikal ülkelerde enzimlerin endüstriyel üretiminde hammadde olarak kavun ağacı lateksi (papain enzimi), ananas (bromelain), incir (ficin) ve yaban turpu (peroksidaz) kullanılır.

Çeşitli kökenlerden gelen enzimler ya doğrudan teknik enzim preparatları olarak kullanılır ya da saflaştırılmış preparatların üretimi için başlangıç ​​malzemesi olarak hizmet eder.

Endüstrinin enzim preparatlarına yönelik giderek artan ihtiyaçları nedeniyle, bunların üretiminin bitkisel ve hayvansal kaynakları birçok nedenden dolayı üreticilere uygun değildir.

Hayvan organları yalnızca et işleme tesislerinden elde edilebildiği için bunların konservelenmesi ve saklanması sorun teşkil etmektedir. Hayvanları kendi başlarına yetiştirmek çok zaman ve para gerektirir.

Yukarıdaki dezavantajların birçoğu kullanılarak ortadan kaldırılabilir. mikroorganizma enzimleri(bakteri, küf, maya). Bu kaynağın avantajları: Mikroorganizmalar ucuz besin ortamlarında hızla büyür; biyokütle proteininin birim başına enzim içeriği önemli ölçüde daha yüksektir; genetik değişikliklerle istenen enzimin verimini artırabilirsiniz; geliştirilmiş özelliklere sahip __ sıcaklığa, asitlere ve alkalilere dayanıklı enzimleri izole edin. Mikrobiyal enzimler bitki ve hayvanlardaki enzimlere benzer, ancak bitkilerde veya hayvanlarda bulunmayan türler de vardır.

Fermantasyon üretiminde bitki (malt formundaki) ve mikrobiyal kökenli enzimler kullanılır.

Kontrol soruları

1 Bir enzimi tanımlayın.

2 Katalizör olarak enzimlerin temel karakteristik özelliklerini vermek.

3 Enzimlerin sınıflandırılmasını veriniz.

4 Substrat, aktivatör, inhibitör, aktif bölge, feron, protez grubun ne olduğunu açıklayın.

5 Sıcaklığın, pH'ın, enzim ve substrat konsantrasyonlarının, aktivatör ve inhibitörlerin varlığının enzimatik reaksiyon hızı üzerindeki etkisini açıklamak.

6 Enzimlerin kaynaklarını listeler. Onlara bir açıklama verin.

2.7 HİDROLİTİK ENZİMLER

1 Nişastanın hidrolizi.

2 Protein hidrolizi.

3 Nişasta olmayan polisakkaritlerin hidrolizi.

4 Enzim preparatları: özellikleri ve isimlendirilmesi.

5 Hareketsizleştirilmiş enzimler

1 Nişastanın hidrolizi

Endüstriyel açıdan önemli enzimlerin çoğu, onbinlerce tonluk ihtiyaç duyulan hidrolazlar sınıfına aittir. Hidrolazlar, fermantasyon için hammaddelerin hazırlanmasından sorumlu oldukları için fermantasyon teknolojisinde büyük bir rol oynarlar.

Hidrolazlar amilolitik, proteolitik, sitolitik, lipolitik, pektolitik ve diğer enzimleri içerir.

Nişasta hidrolizi amilolitik enzimler tarafından gerçekleştirilir.

Nişasta- polimerizasyon derecesi ve yapı türü bakımından farklılık gösteren iki polisakaritten oluşan bir polisakarit - amiloz (yaklaşık içerik% 20-30) ve amilopektin (%). Nişastanın ve dolayısıyla amiloz ve amilopektinin yapısal birimi, kalıntıları a-1,4 ve a-1,6-glikozidik bağlarla birbirine bağlanan glikozdur.

Amiloz doğrusal bir yapıya, a-1,4 glikoz kalıntıları (1. ve 4. karbon atomları arasında) arasında bir bağa sahiptir. Sıcak suda şişmeden çözünür. Düşük viskoziteli çözeltiler oluşturur. Molekül ağırlığı 60 ila 600 arasındadır. İyot ile mavi renk verir.

o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-

Şekil 16 - Amilozun yapısı

Amilopektinçok sayıda glikoz kalıntısından (yaklaşık 2500) oluşan dallanmış bir zincirdir. Ana zincir 25-30 kalıntıdan, yan zincirler ise 15-18 kalıntıdan oluşur. Amilopektinde doğrusal bölgelerdeki glikoz kalıntıları bir a-1,4 bağıyla bağlanır ve dallanma bölgelerinde bir a-1,6 bağı bulunur. Suda çözünmez. Isıtıldığında macun kıvamına gelir. İyot ile menekşe rengi verir.

Nişastanın ve onun kısmi hidroliz ürünlerinin ve glikojenin hidrolizi, amilazlar (a-amilaz, β-amilaz, glukoamilaz ve diğer amilolitik enzimler) tarafından gerçekleştirilir.

α-amilaz(dekstrinojenamilaz) - etki mekanizmasına göre endoenzimlere aittir, yani. substrat molekülüne içeriden rastgele etki eder, bu da nişasta çözeltisinin viskozitesinde hızlı bir azalmaya yol açar. Üç veya daha fazla D-glikoz kalıntısı içeren polisakkaritlerdeki α-1,4 bağlarını hidrolize eder.

Amiloz, α-amilazın etkisi altında önce orta büyüklükteki dekstrinlere parçalanır ve bunlar daha sonra düşük moleküler ağırlıklı dekstrinlere ve maltoza parçalanır. Enzimin uzun süreli etkisi ile amiloz neredeyse tamamen maltoza ve az miktarda glikoza dönüştürülür.

α-amilazın amilopektin üzerindeki etkisi maltoz ve düşük moleküler ağırlıklı dekstrinlerin oluşumuna yol açar.

α-amilaz ile nişasta hidrolizinin genel şeması:

α-amilaz

Nişasta düşük molekül ağırlıklı dekstrinler

(çok) + maltoz (az) + glikoz (çok az)

Enzim için en uygun koşullar: pH 5,7, sıcaklık 70 °C.

β-amilaz(şekerojenamilaz) __ ekzoenzim, polisakkaritlerdeki α-1,4 bağlarının hidrolizini katalize eder ve zincirlerin indirgeyici olmayan (serbest aldehit grubunun bulunmadığı) ucundaki maltoz kalıntılarını sırayla ayırır. β-amilaz, amilozun tamamını (eğer içindeki glikoz moleküllerinin sayısı çift ise) maltoza parçalar; eğer tek ise, maltoz ile birlikte maltotrioz oluşur.

Amilopektinde β-amilaz, maltoz ve yüksek moleküler dekstrinleri oluşturmak için glikoz zincirlerinin yalnızca serbest, indirgeyici olmayan uçlarına etki eder. Bir glikoz molekülü mesafesindeki bir dala (α-1,6 bağının bulunduğu yer) yaklaşıldığında etkisi durur. Elde edilen dekstrinler ayrıca a-amilaz ile daha düşük molekül ağırlıklı dekstrinlere hidrolize edilir.

β-amilazın etkisi altında nişasta hidrolizinin genel şeması:

β-amilaz

Nişasta yüksek molekül ağırlıklı dekstrinler (çok) + maltoz (çok) + maltotrioz (az)

β-amilazın etkisi için en uygun koşullar: pH 4,7, sıcaklık 63 °C.

Böylece, a- ve β-amilazların nişasta üzerindeki birleşik etkisiyle, bunun yalnızca %80'i fermente edilebilir şekerlere (maltoz, glikoz, maltotrioz) ve %20'si 5-8 glikoz kalıntısı içeren dekstrinlere dönüştürülür.

Dekstrinazı sınırla __ endoenzim, nişasta, glikojen ve dekstrinlerdeki α-1,6-glikozidik bağı rastgele hidrolize eder. Maltotrioz en sık oluşur. Optimum eylem parametreleri: pH 6,5, sıcaklık 50°C.

Glukoamilaz __ ekzoenzim, polisakkaritlerdeki α-1,4 ve α-1,6 bağlarını hidrolize ederek zincirlerin indirgeyici olmayan uçlarından bir glikoz kalıntısını sırayla ortadan kaldırır. Nişastadaki α-1,4 bağları, α-1,6'ya göre daha hızlı yok edilir. Optimal koşullar: pH 4,5-4,6, sıcaklık 55-60°C.

Çeşitli fermantasyon endüstrilerinde nişasta hidrolizi, farklı gereksinimler. Alkol üretiminde, daha fazla fermente edilebilir şeker ve dolayısıyla daha yüksek alkol verimi elde etmek için nişastanın mümkün olduğu kadar derin hidrolize edilmesi gerekir.

Bira üretiminde, fermente edilebilir şekerlere (belirli bir miktarda alkol oluşumu için gereklidir) ek olarak, ortamın biraya dolgunluk ve viskozite kazandıran düşük moleküler ağırlıklı dekstrinler içermesi gerektiğinden, nişastanın tam hidrolizi gerçekleştirilmez. .

Enzimin kaynağına bağlı olarak amilazların ve diğer enzimlerin özellikleri, yalnızca etki mekanizması ve son reaksiyon ürünlerinde değil, aynı zamanda maksimum aktivite için en uygun koşullarda da büyük ölçüde farklılık gösterebilir. Maltın α- ve β-amilazları için optimal etki parametreleri yukarıda verilmiştir.

Bakteriyel amilazlar malt amilazlarından termal olarak daha stabil olmaları bakımından farklılık gösterir. Optimum eylem parametreleri: sıcaklık 80-85 °C (bazen 90-95 °C'ye kadar), pH 5,5-5,8.

Mantar amilazları (özellikle glukoamilaz dahil) çevresel reaksiyonlara karşı daha dirençlidir: optimum sıcaklıklar 50-60 °C, pH 4,2-4,7'dir.

Bu nedenle, bakteriyel amilazlar daha fazla ısıya dayanıklıdır ve mantar amilazları, malt enzimlerine kıyasla daha asidik bir ortamda etki gösterir.

2 Protein hidrolizi

Proteinlerin enzimatik hidrolizi aşağıdakilerin etkisi altında gerçekleşir: proteolitik enzimler. Endo- ve ekzo-peptidazlar olarak sınıflandırılırlar. Enzimler kesin bir substrat spesifikliğine sahip değildir ve tüm denatüre ve birçok doğal protein üzerinde etki göstererek içlerindeki peptid bağlarını - CO-NH- parçalar.

Endopeptidazlar (proteinazlar)– proteini dahili peptid bağları yoluyla doğrudan hidrolize eder. Sonuç olarak önemli miktarda polipeptit ve az sayıda serbest amino asit oluşur. Optimum pH'a bağlı olarak asidik, nötr ve alkali olarak ayrılırlar. Asit proteinazların etkisi için en uygun koşullar: pH 4,5-5,0, sıcaklık 45-50 °C (60 °C'ye kadar).

Ekzopeptidazlar (peptidazlar) esas olarak polipeptitler ve peptitler üzerinde, peptit bağını uçtan kırarak etki eder. Hidrolizin ana ürünleri __ amino asittir. Bu enzim grubu amino, karboksi ve dipeptidazlara bölünmüştür.

Aminopeptidazlar N-terminalinde bulunan ilk peptid bağının hidrolizini katalize eder.

H2N - CH - C - - NH - CH - C....

Karboksipeptidazlar serbest karboksil grubunun yanında bulunan birinci peptid bağının hidrolizini gerçekleştirir.

CO - NH - C - H

R

Dipeptidadlar dipeptitlerin serbest amino asitlere hidrolitik bölünmesini katalize eder. Dipeptidazlar yalnızca yakınında aynı anda serbest karboksil ve amin gruplarının bulunduğu peptit bağlarını keser.

dipeptidaz

NH2CH2CONHCH2COOH + H2O 2CH2NH2COOH

Glisin-Glisin Glikokol

Optimum çalışma koşulları: pH 7-8, sıcaklık 40-50 oC. Bunun istisnası, 50 °C sıcaklıkta ve pH 5,2'de maksimum aktivite sergileyen karboksipeptidazdır.

Yüksek moleküllü azotlu maddelerin yetersiz hidrolizi, içeceklerin koloidal stabilitesini olumsuz yönde etkiler; protein hidroliz ürünleri (amino asitler) mayayı beslemek için gereklidir; biranın tadının dolgunluğunu, köpük stabilitesini ve köpük oluşumunu oluşturur.

3 Nişasta olmayan polisakkaritlerin hidrolizi

İLE nişasta olmayan polisakkaritler selüloz, hemiselüloz, pektin ve zamk maddelerini içerir.

Selüloz __ yüksek moleküler ağırlıklı polisakkarit. β-1,4 bağlarıyla bağlanan uzun, dallanmamış bir glikoz kalıntıları zinciridir. Suda çözünmez. Bitkilerin hücre duvarlarının bir kısmı.

Selülozun enzimatik hidrolizi gerçekleştirilir selülazlar (endo- ve ekzoglukanazlar). Hidroliz ürünleri __ glikoz ve selobiyoz. Ancak selüloz suda çözünmediği ve çok sayıda yabancı madde içerdiğinden enzim etkisi açısından zor bir substrattır. Şu anda endüstride selülozun tam hidrolizi yalnızca konsantre asitlerle çok zorlu koşullar altında (yüksek sıcaklık ve basınç) gerçekleştirilebilmektedir. Bu durumda yalnızca D-glikoz oluşur ve buna ek olarak bir dizi zararlı ürünler bundan kurtarılması gerekiyor.

Hemiselülozlar ayrıca polisakkaritler grubuna aittir. Suda çözünmezler ancak alkalilerde çözünürler ve asitler tarafından selülozdan daha kolay hidrolize edilirler. Hemiselülozlar iki gruba ayrılır: çeşitli monosakkaritlerin kalıntılarından ve bunların türevlerinden oluşan heksosanlar ve pentozanlar.

Heksozanlar __ yüksek molekül ağırlıklı bileşikler. Doğrusal veya dallanmış olabilir. Ana temsilci, glikoz kalıntılarının β-1,3 ve β-1,4-glikozidik bağlarla bağlandığı β-glukandır.

Pentozanlar dallanmış bir yapıya sahiptir, pentoz kalıntılarından (beş karbon atomlu şekerler), __ ksiloz, arabinoz ve ayrıca az miktarda galakturonik asitten oluşur. Ana tahvil türü __ β-1.4, dallanma noktalarında __ β-1.3'tür. Pentozanların temsilcileri ksilanlar, arabanlar ve arabinoksilanlardır.

Sakızlı maddeler Bileşim olarak hemiselülozlara yakındır. Bunlar eksik hidroliz veya hemiselüloz sentezinin ürünleridir. Glikoz, galaktoz, ksiloz, arabinoz ve üronik asit kalıntılarından oluşurlar. Sıcak suda çözünür, yüksek viskoziteli çözeltiler üretir.

Yukarıdaki bileşiklerin hepsinin hidrolizi, üç grup sitolitik enzimin etkisi altında gerçekleşir: β-glukanazlar (örneğin, endo-β-1,3-glukanaz; ekzo-β-1,4-glukanaz), β-ksilanazlar ve β-glukosidazlar (ekzoenzim, indirgeyici olmayan uç β-1,4 bağından glikoz oluşumuyla parçalanır).

Nişasta olmayan polisakkaritlerin hidrolizi sonucunda glikoz, arabinoz, ksiloz, üronik asitler ve dekstrinler oluşur. Sitolitik enzimlerin etkisi için en uygun koşullar: pH 4,5-5,0, sıcaklık °C.

Nişasta olmayan polisakkaritlerin hidrolizi, maltlama sırasında özellikle yoğun bir şekilde meydana gelir ve bu, endospermin çözünmesine (sitoliz) yol açar. Bira yapımında bu maddelerin yetersiz hidrolizi, şerbetin ve biranın filtrelenmesi sürecini zorlaştırır ve bulanıklığın giderilmesini ve içeceğin kolloidal stabilitesini olumsuz etkiler.

Pektik maddeler __ yüksek moleküler ağırlıklı bileşikler, α-1,4 bağlarıyla bağlanan galakturonik veya glukuronik asit kalıntılarından oluşan polisakkaritler. Bu durumda bir poligalakturonik asit zinciri oluşur.

Bu zincir, metil alkol CH3O- kalıntıları şeklinde dallar içerebilir ve karboksil gruplarının bazı hidrojen atomları, metal katyonlarla değiştirilebilir. Bu zincire şeker kalıntıları eklenebilir: polisakkarit zinciri formunda galaktoz, arabinoz, ramnoz. Sakkarit kompleksi, pektin maddelerinin nötr fraksiyonunu oluşturur ve metoksil gruplarına sahip poligalakturonik zincir, asidik fraksiyonu oluşturur.

Pektik maddeler arasında protopektin, pektin ve pektik asitler bulunur.

Protopektin, veya çözünmeyen pektin __ suda çözünmez, karmaşık bir kimyasal bileşime sahiptir ve iyi araştırılmamıştır. Belki de bu, pektinin diğer maddelerle birleşimidir: selüloz, hemiselüloz, proteinler.

Pektin veya çözünür pektin __ poligalakturonik asitler olup, bunların karboksil grupları değişen derecelerde metil alkol kalıntılarıyla birleştirilir, yani esterleştirilir. Molekül ağırlığı 01/01/0100'den itibaren. Sıcak suda çözünür. Şeker ve asitlerin varlığında jöleler oluşturur.

Pektik asitler– esterleşmiş gruplar içermeyen yüksek molekül ağırlıklı poligalakturonik asitler. Suda çok az çözünürler ve jöle oluşturmazlar. Pektik asitler, çok değerlikli metal iyonlarıyla tuzlar oluşturabilir, bu da çöken çözünmeyen bileşiklerin oluşmasına neden olur.

Pektin maddeleri, meyve ve meyve hammaddelerinden elde edilen meyve sularının verimini azaltır, bunların arıtılmasını zorlaştırır ve şarap ve likörlerin kolloidal opaklığa karşı direncini azaltır.

Pektin maddelerinin hidrolizi etki altında gerçekleşir pektolitik enzimler : protopektinazlar, pektinestrazlar, poligalakturonazlar.

Protopektinaz metoksile poligalakturonik asit ile bununla ilişkili araban ve galaktan arasındaki bağları protopektinde ayırır. Sonuç, çözünür bir pektin olan metoksilenmiş poligalakturonik asittir.

Araban Metoksile Galaktan

poligalakturonik asit

Şekil 20 - Protopektinazın etkisi

Pektinesteraz(pektaz), esterazlar grubuna aittir ve metoksillenmiş poligalakturonik asitten metoksil gruplarını çıkararak çözünür pektinin ester bağlarını hidrolize eder. Bu oluşturur metil alkol(CH3OH) ve poligalakturonik asit.

Poligalakturonaz(pektinaz), metoksi grupları içermeyen galakturonik asit kalıntıları arasındaki a-1,4-glikosidik bağların bölünmesini katalize ederek çözünür pektin üzerinde etki gösterir. Sonuç olarak galakturonik ve poliüronik asitler oluşur.

Etki mekanizmasına göre endo ve ekzopoligalakturonazlar ayırt edilir. Endopoligalakturonaz "rastgele" etki eder, substrat molekülü içindeki zinciri kırar ve çözeltilerin viskozitesinde keskin bir düşüşe yol açar.

Ekzopoligalakturonaz, galakturonik asidi parçalamak için zincirin ucundan etki eder. Bu enzimin etkisi altında viskozite bir miktar azalır.

Pektolitik enzimlerin etkisi için en uygun koşullar; pH 3,7-4,0, sıcaklık 40-50 °C.

4 Enzim preparatları: özellikleri ve isimlendirilmesi

Enzim preparatları çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Saf enzimlerden, bir veya daha fazla enzimin baskın olduğu ve ayrıca enzimleri üreten mikroorganizmaların büyüdüğü ortamın balast maddelerini içermeleri bakımından farklılık gösterirler.

Enzim preparatlarının endüstriyel üretimi için, doğal kaynaklardan izole edilen mikroorganizmalar ve mutajenik suşlar (kimyasal ve fiziksel faktörlere maruz bırakılarak elde edilen) kullanılır. Aktif enzim üreticileri, Aspergillus cinsinin mikroskobik mantarları (oryzae, niger, awamori, batatae, foetidus, flavus, vb.), Rhisopus, Penicillium, Fusarium, Trichoderma (viride türü), Bacillus cinsinin spor taşıyan bakterileridir ( subtilis, mesentericus, brevis vb. türleri), Clostridium

İlacın adı aktivitesi baskın olan ana enzimin kısaltılmış ismiyle başlar. Bunu, üreticinin değiştirilmiş özel adı ve "in" sonu takip eder. İlacın adı aynı zamanda üreten mikroorganizmanın yetiştirilme yöntemini de yansıtmaktadır. Derin ekim için adın önüne “G” harfi, yüzey ekimi için ise “P” harfi konur.

Geleneksel olarak standart bir kültürdeki enzim miktarı “x” olarak gösterilir. “X”in önündeki sayı, bu ilacın üretimi sırasında enzimin saflaşma derecesini gösterir.

Örneğin: Amylosubtilin G10x __ amilolitik etkili enzim preparatı, bakteri kökenli, üretici - Bacillus subtilis bakterisi, derin yöntemle büyütülmüş, saflaştırma derecesi 10x, toz halinde. Pectofoetidin P20x __ pektolitik aktiviteye sahip yüksek derecede saflaştırılmış kuru enzim preparatı, mikroorganizma __ küf Aspergillus foetidus üretir, yüzeyde yetiştirilir.

Enzim preparatlarının hazırlanmasına ilişkin şematik bir diyagram, Şekil 22'de gösterilmektedir. Bir enzimi balast maddelerinden saflaştırma şeması, onu çözünmeyen, eşlik eden çözünür maddelerden ve diğer enzimlerden arındırmaya dayanır. Yüzey kültürlerinden yüksek oranda saflaştırılmış preparatlar elde etmek, birçok balast maddesi içerdikleri için daha zordur. Derin kültürlerden saflaştırılmış preparatlar elde etmek daha kolaydır. Saflaştırma şeması çeşitli yöntemleri (konsantrasyon, diyaliz, organik çözücülerle çökeltme, tuzlar, jel filtrasyonu vb.) içerir.

Üretilen enzim preparatları, belirli bir standart enzim aktivitesine sahip, beyaz, gri veya sarımsı renkte sıvı veya tozlardır.

İsimlendirme yerli enzim preparatları:

Px ve Gx - arıtılmamışÜreticinin standart kaynak kültürü.

P2x ve G2x - çözünmeyen kısımdan arındırılmış, orijinal kültürün çözünebilir maddelerinin sıvı, saflaştırılmamış konsantresi (P2x - kuru madde içeriği% 50 olan konsantre, G2x -% 40'tan fazla değil).

PZh ve GZh __ ham bir enzim çözeltisinin (yüzey kültürü ekstraktı veya derin kültür filtratı) püskürtülmesiyle kurutularak elde edilen kuru enzim preparatları.

2x ve 3x etiketli ilaçlar teknik.

P10x ve G10x __ kuru soyulmuş Enzimlerin sulu çözeltilerden organik çözücülerle çökeltilmesiyle veya tuzla giderme yöntemiyle elde edilen preparatlar.

P15x, G15x __ enzimlerin çeşitli saflaştırma ve fraksiyonlama yöntemleriyle elde edilen saflaştırılmış enzim preparatları.

P20x, G20x __ son derece saflaştırılmış ancak %20-25'e kadar balast maddesi içeren, ultrafiltrasyon birimlerinde konsantrasyon ve saflaştırma ve ardından püskürterek kurutma yoluyla elde edilen kristalli enzim preparatları hariç.

İsimlendirmede indeksi 20x'ten yüksek olan müstahzarlar kullanılmaz, çünkü bu durumlarda, enzimlerin sınıflandırılmasında adı geçen yüksek oranda saflaştırılmış ve hatta homojen enzim preparatlarından bahsediyoruz.

Herhangi bir enzim preparatı, genellikle standart birimlerle ifade edilen enzimatik aktivitesi ile karakterize edilmelidir. Standart birim aktivite, standart koşullar altında (sıcaklık 30 °C) birim zaman başına (1 dakika) bir mikromol substratın dönüşümünü katalize eden enzim miktarıdır.

Aşağıdaki enzim preparatları fermantasyon endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır:

Amilolitik etki (Amilorizin Px, P3x, P10x; Amylosubtilin G3x, G10x, G20x; Glucoavamorin Px, vb.);

Proteolitik etki (Protosubtilin G20x, Protoorizin P10x);

Sitolitik etki (Cytorosemin Px, P10x; Celloviridin G3x, P10x; Celloconingin P10x, vb.);

Pektolitik etki (Pectavamorin G3x, Pektofoetidin G3x, G10x, G20x).

Alkol üretiminde maltın enzim preparatlarıyla değiştirilmesi, değerli gıda hammaddelerinden tasarruf etmenize, malthane inşaatı için sermaye maliyetlerini azaltmanıza, işçiler için çalışma koşullarını iyileştirmenize, teknolojik süreçleri hızlandırmanıza ve bitmiş ürünlerin verimini artırmanıza olanak tanır.

Bira yapımında enzim preparatlarının kullanılması, daha fazla miktarda maltlanmamış ham maddenin işlenmesini ve biranın koloidal stabilitesinin arttırılmasını mümkün kılar.

Meyve suları ve şarap üretiminde, meyve suyu verimini arttırmak ve meyve sularını ve şarap malzemelerini berraklaştırmak amacıyla hamuru işlemek için enzim preparatları kullanılır.

5 Hareketsizleştirilmiş enzimler

Günümüzde enzim preparatları çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak enzim preparatları pahalı katalizörlerdir. Ayrıca çözünür olduklarından yalnızca bir kez kullanılabilirler. Bu nedenle periyodik süreçleri sürekli hale getirmek ve enzimatik reaksiyonu doğru zamanda durdurmak mümkün değildir.

Kullanmak umut verici hareketsizleştirilmiş enzimler. Bunlar, enzimin herhangi bir taşıyıcıyla ilişkili olduğu veya matrisler veya mikrokapsüller içine alınmış çözünmeyen biyokatalizörlerdir. Aynı zamanda enzimler aktivitelerini ve spesifikliklerini korur, çevresel reaksiyonlara karşı daha dirençli hale gelir, sürekli süreçlere katılabilir ve tekrar tekrar kullanılabilir.

Enzimin bağlandığı taşıyıcılar çözünmez olmalı, kimyasal ve biyolojik dirence sahip olmalı, mekanik mukavemeti yüksek olmalı, granüler taşıyıcılar düzgün bir şekle ve geniş spesifik yüzey alanına sahip olmalıdır. Taşıyıcı olarak doğal polimerler (selüloz, agaroz, dekstran türevleri), sentetik olanlar (polistiren, akrilamid, naylon) ve ayrıca gözenekli cam, oksitlenmiş metaller, kil, silika jel, kumaş, kağıt vb. kullanılır.

Enzim immobilizasyonu iki şekilde gerçekleştirilebilir: matris ile enzimin protein molekülü arasında kovalent bağ oluşmadan (fiziksel yöntemler) ve kovalent bağ oluşumuyla (kimyasal yöntemler).

Fiziksel immobilizasyon yöntemleri. Enzimlerin kararlı, çözünmeyen formlarını elde etmek için, proteinlerin çeşitli yüzeylere adsorbe olma yeteneği yaygın olarak kullanılmaktadır. Çoğu zaman enzimlerin emilimi, proteinin izoelektrik noktası ile katalitik aktivitenin optimum pH'ının yakın olması nedeniyle etkisizdir. Güçlü emilim yalnızca katalitik aktivitenin düşük olduğu pH bölgelerinde gözlenir. Bu çelişkinin üstesinden gelmek için, önceden değiştirilmiş (iyonojenik grupların eklenmesiyle) proteinlerin immobilizasyonuna yönelik bir yöntem önerilmiştir. Modifikasyon, enzimatik proteinin izoelektrik noktasında bir kaymaya neden olurken, katalitik aktivitesi neredeyse hiç değişmeden kalır. Sonuç olarak, değiştirilmiş enzim taşıyıcılar üzerinde iyi bir şekilde emilir.

Kimyasal yöntemler. Yeni kovalent bağların oluşumu yoluyla enzimlerin immobilizasyonu, şu anda uzun etkili biyokatalizörlerin üretiminde baskın yöntemdir. Bu yöntemin avantajı enzimin çok uzun süreli kullanımdan sonra bile çözeltiye geçmemesidir. Hareketsizleştirilmiş enzim preparatlarının üretiminde kimyasal yöntem ana yöntemdir.

Kimyasal immobilizasyon hem bir polimer taşıyıcı üzerinde hem de bir taşıyıcı kullanılmadan protein moleküllerinin çapraz bağlanmasıyla gerçekleştirilebilir. İkinci durumda, yüksek spesifik aktiviteye sahip çözünmeyen ilaçlar elde etmek mümkündür, ancak teknolojik özellikleri nedeniyle endüstriyel kullanım için ümit verici değildirler.

Geleneksel kimyasal yöntem, taşıyıcı ile enzimatik protein arasında kimyasal etkileşim yoluyla kovalent bir bağ oluşturmaktır. Buradaki en yaygın reaksiyonlar asilasyon, alkilasyon, redoks, radikal ve imin oluşumudur.

Hareketsizleştirilmiş enzimler, özellikleri bakımından doğal olanlardan farklıdır, çünkü hareketsizleştirmenin bir sonucu olarak protein molekülünün uzamsal yapısı değişir. Çoğu durumda immobilize enzimlerin aktivitesi, enzim molekülünün modifikasyonu ve aktif merkezin korunması nedeniyle azalır. Ancak buna rağmen immobilizasyon, enzimlerin daha geniş bir pH ve sıcaklık aralığında stabilitesinin artmasına yol açar; bu, enzimlerin uzun süreli kullanımı ve depolama sırasındaki stabiliteleri için önemlidir.

Ayrıca immobilize enzimlerin inhibitörlerin etkisine karşı daha dirençli olması da olumludur. Optimum pH ve sıcaklık değerleri değişmez. Gözenekli taşıyıcılarda immobilize edildiğinde, taşıyıcının gözenek boyutları mikroorganizma hücrelerinin boyutlarından daha küçük olduğundan enzimler mikroorganizmaların etkisine erişilemez hale gelir.

Kontrol soruları

1 Hidrolitik enzimlerin fermantasyon teknolojisindeki rolünü açıklar.

2 Hidrolitik enzimlerin nişasta, nişasta dışı polisakkaritler ve proteinler üzerindeki etkisini açıklar.

3 Amilolitik, proteolitik, sitolitik enzimlerin etkisi için en uygun parametreleri belirtin.

4 Nişasta, protein, hemiselüloz, pektin ve zamk maddelerinin hidrolizinin ana ürünlerini adlandırın.

5 Fermente içecek üretiminde amilazların, proteazların, sitazların, pektolitik enzimlerin rolünü açıklar.

6 Bir enzim preparatının bir enzimden nasıl farklı olduğunu açıklayın.

7 Enzim preparatının adı nedir?

8 Enzim preparatlarının kullanıldığı başlıca fermantasyon endüstrilerini ve hangi amaçla kullanıldığını adlandırın.

9 Enzim immobilizasyonu nedir.

10 Hareketsizleştirilmiş enzimlerin çözünebilir enzimlere göre avantajları nelerdir?

DİSİPLİNİN İNCELENMESİ İÇİN 3 METODOLOJİK TALİMAT

“Genel Endüstri Teknolojisi” (GTE), öğrencilerin genel olarak teknolojinin ne olduğu ve özel olarak fermantasyon üretim teknolojisi hakkında bilgi edindiği bir dizi ana disiplin arasında ilkidir. Ders daha önce kimya, biyokimya, mikrobiyoloji, gıda üretimi süreçleri ve aparatları çalışmalarından elde edilen bilgilere dayanmaktadır.

Bu disiplinin materyaline hakim olmak öğrencinin bilgi edinmesini sağlar teorik temeller Fermantasyon üretim teknolojisi, mikroorganizmaların büyüme ve gelişme kalıpları, hammaddelerin özellikleri ve özellikleri, enzimler.

Genel görelilik dersini incelemeye yönelik çalışmalar düzenli, tutarlı ve sistematik olmalıdır. Metodolojik kompleksin sonunda listesi verilen derslerin yanı sıra özel literatürü de incelemek gerekir.

Şu veya bu materyalin incelenmesi aktif, etkili olmalıdır, yani. her kavram, teorik konum, pratik teknik derinlemesine ve ayrıntılı olarak anlaşılmalı ve anlaşılmalıdır.

Kurs üzerinde çalışırken, genelin anlaşılmasından özelin detaylı analizine geçilmeli ve ardından genelin daha yüksek bir düzeyde yeniden değerlendirilmesi sağlanmalıdır.

Ana materyalin bağımsız özümsenmesinin derinliği, her ders konusunun ardından verilen öz kontrol soruları kullanılarak kontrol edilebilir.

KONTROL ÇALIŞMASININ GERÇEKLEŞTİRİLMESİ İÇİN 4 METODOLOJİK TALİMAT

Öğrenciler tarafından yapılan testler bireysel çalışma disiplinler, öğrencilerin hazırlık derecesi, özel literatürle çalışma ve materyali sunma yetenekleri hakkında fikir verir. yazılı olarak ve öğrencilerin genel bilgisini ve okuryazarlığını yargılamamıza izin verin.

Testler, özel literatürden (ders kitapları, öğretim yardımcıları, bilimsel ve endüstri dergileri) ödünç alınabilecek diyagramlar, grafikler, diyagramlar, çizimlerle gösterilen ayrıntılı el yazısı veya basılı özetler şeklinde gerçekleştirilir. Ders kitaplarından ve diğer edebi kaynaklardan alınan materyallerin mekanik, kelimesi kelimesine yeniden yazılması kabul edilemez.

2 Depolama sırasında tahılda meydana gelen biyokimyasal süreçler: hasat sonrası olgunlaşma, solunum, kendi kendine ısınma.

Seçenek 9

1 Maya hücresinin yapısı.

2 Tahıl depolama yöntemleri.

Seçenek 10

1 Bir maya hücresinin kimyasal bileşimi.

2 Tahıl depolama modu.

Seçenek 11

1 Modern kavramlara göre biyomembranların kimyasal bileşimi ve yapısı.

2 Pekmez: özellikleri, çeşitleri, kimyasal bileşimi.

Seçenek 12

1 Maddelerin bir zardan aktarılmasına yönelik yöntemler

2 Şerbetçiotu: özellikleri, yapısı, kimyasal bileşimi, depolanması.

Seçenek 13

1 Endüstriyel enfeksiyon, kaynakları.

2 Patates: özellikleri, yapısı, kimyasal bileşimi.

Seçenek 14

1 Maya hücresi metabolizması.

2 Üzüm: yapısı, kimyasal bileşimi.

Seçenek 15

1 Alkolik fermantasyon şeması.

2 Bira, kvas, alkol, şarap, fırın mayası üretiminde kullanılan hammadde çeşitleri.

Seçenek 16

1 Alkolik fermantasyonun ikincil ve yan ürünleri.

Seçenek 17

1 Üstte ve altta fermente olan mayalar, karşılaştırmalı özellikleri.

2 Patates saklama yöntemleri ve modları.

Seçenek 18

1 Alkol, bira, şarap, ekmek mayası üretiminde kullanılan maya ırkları ve bunların gereksinimleri.

2 Pekmezin teslimi ve depolanması.

Seçenek 19

1 Mayanın büyümesi ve çoğalması için koşullar. Saf maya kültürü.

2 Kimya ve solunumun temel ürünleri.

Seçenek 20

1 Biyomembranların fonksiyonları.

2 Tahıl zararlıları, onlarla mücadele.

Seçenek 21

1 Tahıl bitkilerinin genel öneminin göstergeleri.

2 pH'ın, aktivatörlerin ve inhibitörlerin mikroorganizmaların hayati aktivitesi üzerindeki etkisi.

Seçenek 22

1 Tahıl bitkilerinin teknolojik önemine ilişkin göstergeler.

Seçenek 12

1 Suyun oksitlenebilirliği. Kuru kalıntı içeriği.

2 Enzim preparatları: özellikleri ve isimlendirilmesi.

Seçenek 13

1 Suyun biyolojik göstergeleri.

2 Bira ve alkol üretiminde enzim preparatlarının kullanımı.

Seçenek 14

1Alkollü ve alkolsüz içeceklerin üretiminde su gereksinimleri.

2 Enzim üreten mikroorganizmalar.

Seçenek 15

1 Fermantasyon endüstrilerinde su hazırlama. Kolloidlerin pıhtılaşması, suyun koku gidermesi, demirin uzaklaştırılması.

2 Hareketsizleştirilmiş enzimler.

Seçenek 16

1 Suyu yumuşatma yöntemleri.

1 Şarap ve likör üretiminde enzim preparatlarının kullanımı.

Seçenek 17

1 Su dezenfeksiyon yöntemleri.

2 Enzim preparatlarının üretiminin şematik diyagramı.

Seçenek 18

1Malt üretimi için su gereksinimleri.

2 Su sertliğini azaltma yöntemleri: termal, reaktif, iyon değişimi.

Seçenek 19

1 Suyu arıtma yöntemleri.

2 Enzimlerin etki mekanizmaları.

Seçenek 20

1 Tahıl bitkilerinin enzimleri.

2 Endüstriyel amaçlı su göstergeleri.

Seçenek 21

1 Mikroorganizmaların enzimleri.

2 Çeşitli fermantasyon endüstrilerinde su gereksinimleri.

Seçenek 22

1 Nişastanın enzimatik hidrolizi.

2 Ters ozmoz, elektrodiyaliz ile su yumuşatma yöntemleri.

Seçenek 23

1 Proteinlerin enzimatik hidrolizi.

2 Atıksu arıtımında biyolojik yöntemler.

Seçenek 24

1 Nişasta olmayan polisakkaritlerin hidrolizi.

2 Atık su kirliliğinin göstergeleri.

Seçenek 25

1 Pektik maddeler ve bunların hidrolizi.

2 Fermantasyon endüstrisi işletmelerinden kaynaklanan atık sular.

SINAV İÇİN 5 SORU

1 Fermantasyon endüstrisinde kullanılan mikroorganizmalar.

2 Mikroorganizma kültürlerinin gelişim aşamaları.

3 Mikroorganizma yetiştirme yöntemleri: toplu ve sürekli.

4 Redoks potansiyeli olan mikroorganizmaların yaşam aktivitesine etkisi.

5 Mikroorganizmaların büyümesi ve çoğalmasına sıcaklığın etkisi.

6 Ortamdaki kuru madde konsantrasyonunun mikroorganizmaların yaşamsal aktivitesine etkisi. Plazmoliz, plazmoptis.

7 Mikroorganizmalar arasındaki ilişkiler: simbiyoz, metabiyoz, antagonizma.

8 Maya hücresinin yapısı.

9 Maya hücresinin kimyasal bileşimi.

10 Modern kavramlara göre biyomembranların kimyasal bileşimi ve yapısı.

11 Biyomembranların görevleri.

12 Maddelerin hücre içine taşınması, taşınma türleri.

13 Maddelerin membrandan transfer yöntemleri (uniport, symport, antiport).

14 Endüstriyel enfeksiyonlar, kaynakları. Dezenfeksiyon yöntemleri.

15 Katalizör ve protein maddesi olarak enzimlerin temel özellikleri.

16 Enzimlerin katalizledikleri reaksiyon türlerine göre sınıflandırılması.

17 Enzim aktivitesinin düzenlenmesi: rekabetçi, rekabetçi olmayan inhibitörler, allosterik düzenleyiciler.

18 Enzimlerin katalitik aktiviteleri. Enzim aktivitesinin standart birimi, spesifik aktivite.

19 Sıcaklık ve pH'ın enzim aktivitesine etkisi.

20 Substrat ve enzim konsantrasyonunun enzimatik reaksiyon hızına etkisi.

21 Hidrolitik enzimlerin etkisi: Nişastanın enzimatik hidrolizi, nişasta olmayan polisakkaritlerin hidrolizi, proteinlerin hidrolizi.

22 Tahıl bitkilerinin enzimleri ve mikroorganizmalar.

23 Enzim preparatları ve isimlendirilmesi.

24 Bira, alkol ve şarap yapımında enzim preparatlarının kullanımı.

25 Maya hücresi metabolizması.

26 Mayanın yaşamı için en uygun koşullar.

27 Alkolik fermantasyon şeması.

28 Alkolik fermantasyonun ikincil ve yan ürünleri.

29 Alt ve üst fermente mayalar, özellikleri.

30 Alkol, bira, şarap, ekmek mayası üretiminde kullanılan maya türleri ve gereksinimleri.

31 Fermantasyon endüstrisinde hammaddelerin sınıflandırılması.

32 Fermantasyon endüstrisindeki hammaddeler için ekonomik ve teknolojik gereksinimler.

33 Bira, alkol, şarap, ekmek mayası üretiminde kullanılan hammadde çeşitleri.

34 Tahıl bitkileri türleri.

35 Tahılın yapısı (arpa örneğini kullanarak).

36 Tahıl bitkilerinin kimyasal bileşimi.

37 Tane kütlesinin fiziksel özellikleri.

38 Depolama sırasında tahılda meydana gelen biyokimyasal süreçler: hasat sonrası olgunlaşma, solunum, ısınma.

39 Tahıl depolama yöntemleri.

40 Tahıl depolama modu.

41 Tahıl zararlıları, onlarla mücadele.

42 X öğütülmüş, üzüm, patates: kimyasal bileşim ve depolama.

43 Pekmezin kimyasal bileşimi ve saklama koşulları.

44 Doğal suların özellikleri. Su yabancı maddeleri.

45 Üretimde su kullanımı. Su için genel gereksinimler.

46 Su sertliği: geçici, kalıcı, toplam. Birimler.

47 Suyun alkaliliği.

48 Su oksidasyonu. Kuru kalıntı içeriği.

49 Suyun biyolojik göstergeleri.

50 Suyun teknolojik amacı. Bira, alkol, malt, fırıncı mayası üretiminde su gereksinimleri.

51 Alkollü içeceklerin ve alkolsüz içeceklerin üretiminde su gereklilikleri.

52 Fermantasyon endüstrilerinde suyun hazırlanması. Kolloidlerin pıhtılaşması, suyun koku gidermesi, demirin uzaklaştırılması.

53 Suyu yumuşatma yöntemleri.

54 Su dezenfeksiyon yöntemleri.

55 Fermantasyon tesislerinden kaynaklanan atık sular, özellikleri. KOİ, BOİ.

56 Fermantasyon tesislerinden çıkan atık suyun arıtılması.

BİBLİYOGRAFİK LİSTE

1 Membranların biyokimyasında Boldyrev.__ M.: Yüksek Okul, 1986.__ 112 s.

2 Gıda endüstrisinde su ve atık su – M.: Gıda Endüstrisi, 1972. – 384 s.

3 Grachev enzim preparatları. – M.: Agropromizdat, 1987. – 335 s.

4 Malt ve bira teknolojisindeki gelişmeler / Ed. KolpakchiA. I. __ M.: Gıda endüstrisi, Prag: SNTL-Izdat. teknik literatür, 1980. __ 351 s.

5, Bakushinskaya mikrobiyolojisi, gıda endüstrisinde sanitasyon ve hijyen – M.: Gıda Endüstrisi, 1977. – 501 s.

6, Farajeva: Gıda teknolojisindeki rolleri. __ Voronej: Yayınevi. VSU, 1999. __ 118 s.

7 Lkhotsky A. Bira yapımında enzimler. __ M.: Gıda Sanayii, 1975. __ 318 s.

8 Maltsev fermantasyon tesisleri. – M.: Işık ve gıda endüstrisi, 1980. – 560 s.

9 Fermantasyon tesislerinin hammadde, ara ürünleri ve bitmiş ürünlerinin kalitesini inceleme yöntemleri. Bölüm 1. “Fermantasyon tesisleri için hammadde analizi” Laboratuvar çalıştayı. , Permyakova TIPP. __ Kemerovo, 2001. – 67 s.

10, Shishatsky fırıncı mayası. Dizin. __ M.: Agropromizdat, 1990. – 335 s.

11 Alkol üretimi el kitabı. Hammadde, teknoloji ve teknik ve kimyasal kontrol/, vb. __ M.: Işık ve gıda endüstrisi, 1981. – 336 s.

12, Fermantasyon üretiminin Fedorov teknolojisi. __ M.: Kolos, 2002. __ 408 s.

13 Gıda endüstrisinde enzim preparatları. /Ed. Ve. – M.: Gıda Sanayii, 1975. – 535 s.

14 Gıda endüstrisinde şerbetçiotu ve şerbetçiotu preparatları / vb. - M.: Hafif ve gıda endüstrisi, 1982. - 168 s.

15, Ponomarev üzüm işleme. – M.: Agropromizdat, 1990. – 447 s.

Karbonhidratların hidrolizi. Birçok gıda endüstrisinde gıda glikozitlerinin, oligosakkaritlerin ve polisakkaritlerin hidrolizi gerçekleşir. Hidroliz birçok faktöre bağlıdır: pH, sıcaklık, anomerik konfigürasyon, enzim kompleksi. Sadece gıda üretim süreçleri için değil aynı zamanda gıda depolama süreçleri için de önemlidir. İkinci durumda, hidroliz reaksiyonları istenmeyen renk değişikliklerine yol açabilir veya polisakkaritlerin jel oluşturamamasıyla sonuçlanabilir.

Ucuz nişasta içeren hammaddelerden ve nişastadan (çavdar, mısır, sorgum vb.) çeşitli tahıl şekeri şuruplarının elde edilmesine artık büyük önem verilmektedir. Üretimleri, amilolitik enzim preparatlarının (a-amilaz, glukoamilaz, b-amilaz) farklı kombinasyonlarının kullanımına bağlıdır. Glikoz üretimi (glukoamilaz kullanılarak) ve ardından glikoz izomerazın etkisi, birçok endüstride kullanımı sakkarozun değiştirilmesine izin veren glikoz-fruktoz ve yüksek fruktoz şuruplarının elde edilmesini mümkün kılar.

Nişastadan şeker şurupları üretilirken nişastanın D-glikoza dönüşüm derecesi birim cinsinden ölçülür. glikoz eşdeğeri(GE), şurubun kuru maddesi (DS) başına glikoz olarak ifade edilen, elde edilen indirgeyici şekerlerin içeriğidir (% olarak).

Tablo 10. Tipik yüksek fruktozlu şurupların bileşimi ve tatlılığı

Nişastanın hidrolizi.

1. 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 a-D-(l,4)- ve a-D-(1,6)-bağlarının kırılma yerine bir su molekülünün eklenmesiyle kırılması gelir. Hidroliz işlemi sırasında serbest aldehit gruplarının sayısı artar ve polimerizasyon derecesi azalır. Hidroliz ve artış olarak azaltma(indirgeyici) maddeler, dekstrinlerin içeriği azalır, glikoz artar, maltoz, tri- ve tetraşekerlerin konsantrasyonu önce artar, sonra miktarları azalır (Şekil 11). Hidrolizin son ürünü glikozdur. Ara aşamalarda dekstrinler, tri ve tetra şekerler ve maltoz oluşur. Belirli bir glikoz eşdeğeri değeri, bu ürünlerin belirli bir oranına karşılık gelir ve hidroliz süresini ve uygulama koşullarını değiştirerek, belirli bir glikoz eşdeğeri değerinde ayrı ayrı hidroliz ürünlerinin farklı oranlarını elde etmek mümkündür.

Pirinç. 11. Nişastanın asit hidrolizi sırasında şeker içeriğindeki değişiklik

Asit hidrolizi uzun zamandır nişastadan glikoz elde etmenin ana yöntemi olmuştur. Bu yöntemin, yüksek konsantrasyonlarda asitlerin ve yüksek sıcaklıkların kullanımıyla ilişkili, termal bozunma ürünlerinin oluşumuna ve karbonhidratların dehidrasyonuna ve transglikosilasyon reaksiyonlarına yol açan bir takım önemli dezavantajları vardır.

2. Nişasta ayrıca amilolitik enzimlerin etkisi altında hidrolize edilir. Amilolitik enzimler grubu a- ve b-amilaz, glukoamilaz ve diğer bazı enzimleri içerir. Amilazlar iki tiptir: endo- Ve ekzoamilazlar.

Açıkça ifade edilmiş endoamilaz dır-dir a-amilaz Substratın yüksek polimer zincirlerindeki molekül içi bağları kırabilen. Glukoamilaz ve B- amilazöyle ekzoamilazlar, yani Substrata indirgeyici olmayan uçtan saldıran enzimler.

a-Amilaz tüm nişasta tanesine etki ederek ona saldırır, yüzeyi gevşetir ve kanallar ve oluklar oluşturur, yani sanki taneyi parçalara ayırır gibi (Şekil 12). Jelatinleştirilmiş nişasta, iyotla lekelenmeyen ürünler (özellikle düşük moleküler dekstrinler) oluşturmak üzere hidrolize edilir. Nişasta hidrolizi süreci çok aşamalıdır. A-amilazın etkisinin bir sonucu olarak, işlemin ilk aşamalarında hidrolizatta dekstrinler birikir, daha sonra iyotla lekelenmeyen tetra- ve trimaltoz ortaya çıkar ve bunlar a-amilaz tarafından çok yavaş hidrolize edilir. di- ve monosakkaritler.

Pirinç. 12. Nişastanın a-amilaz ile hidrolizi

Nişastanın (glikojen) a-amilaz ile hidroliz şeması aşağıdaki gibi temsil edilebilir:

b-Amilaz, amiloz veya amilopektinin doğrusal bölgesinin indirgeyici olmayan ucundan sondan bir önceki a-(1,4)-bağlantısına afinite sergileyen bir ekzoamilazdır (Şekil 13). A-amilazın aksine b-amilaz pratikte doğal nişastayı hidrolize etmez; jelatinleştirilmiş nişasta, b-konfigürasyonunda maltoza hidrolize edilir. Şema aşağıdaki gibi yazılabilir:

Nişastanın enzimatik hidrolizi, fırıncılıkta (hamur yapma ve ekmek pişirme işlemi), bira üretiminde (bira şırasının hazırlanması, maltın kurutulması) nihai ürünün kalitesini sağlayan gerekli işlemlerden biri olarak birçok gıda teknolojisinde mevcuttur. , kvas (mayalı ekmeğin hazırlanması), alkol (fermantasyon için hammaddelerin hazırlanması), çeşitli şekerli nişasta ürünleri (glikoz, melas, şeker şurupları).

3. Asit-enzimatik hidroliz yöntemi, bir asitle ön işlemi ve ardından a-, b- ve (veya) glukoamilaz enzimlerinin etkisini içerir. Nişasta hidrolizi için böyle bir birleşik yöntemin kullanılması, belirli bir bileşime sahip şurupların elde edilmesi için geniş olasılıkların önünü açar.

Sükrozun hidrolizi. Sükroz birçok endüstride hammadde olarak kullanıldığından, onun olağanüstü hidrolize etme yeteneğinin hesaba katılması gerekir. Bu, az miktarda gıda asidi varlığında ısıtıldığında meydana gelebilir. Ortaya çıkan indirgeyici şekerler (glikoz, fruktoz), renkli ve aromatik maddeler oluşturarak dehidrasyon, karamelizasyon ve melanoid oluşumu reaksiyonlarına katılabilir. Bazı durumlarda bu arzu edilmeyebilir.

B-fruktofuranosidazın (sükraz, invertaz) etkisi altında sükrozun enzimatik hidrolizi, bir dizi gıda teknolojisinde olumlu bir rol oynar. B-fruktofuranosidazın sükroz üzerindeki etkisi glikoz ve fruktoz üretir. Bunun sayesinde şekerleme(özellikle fondan tatlılarda) b-fruktofuranosidazın eklenmesi tatlıların bayatlamasını önler, aromanın iyileştirilmesine yardımcı olur. Sükrozun b-fruktofuranosidaz etkisiyle inversiyonu üzüm şarabı üretiminin ilk aşamasında meydana gelir. Meşrubat üretiminde b-fruktofuranosidazın sakkaroz üzerindeki etkisi ile elde edilen invert şuruplar kullanılmaktadır.

Nişasta olmayan polisakkaritlerin enzimatik hidrolizi. Bu hidroliz, selülolitik, hemiselülaz ve pektolitik kompleksin enzimlerinin etkisi altında gerçekleşir. Hammaddelerin daha iyi işlenmesi ve ürün kalitesinin iyileştirilmesi için gıda teknolojisinde kullanılır. Örneğin, maltlama sırasında nişastalı olmayan polisakkaritlerin (pentozanlar vb.) hidrolizi, renkli ve aromatik ürünlerin oluşumu için (maltın kurutulması ve biranın belirli organoleptik özelliklerinin oluşturulması sırasında) daha sonra önemlidir. Meyve suyu üretiminde ve şarap yapımında - berraklaştırma, meyve suyu verimini artırma, filtreleme koşullarını iyileştirme için.

Selülozun hidrolizi, bir selülolitik enzim kompleksinin etkisi altında meydana gelir. Modern kavramlara göre, selülolitik kompleksin enzimlerinin etkisi altında selülozun hidrolizi şu şekilde temsil edilebilir:

Karbonhidratların dehidrasyon ve termal bozunması reaksiyonları. Gıda hammaddelerinin gıda ürünlerine dönüştürülmesinde bu reaksiyonlar önemli yer tutar. Asitler ve alkaliler tarafından katalize edilirler ve çoğu b-eliminasyon tipini takip eder. Dehidrasyonun ana ürünü olan pentozlar furfural, heksozlar - oksimetilfurfural ve bunun gibi diğer ürünler 2-hidroksiasetilfuran, izomaltol Ve maltol. Bu dehidrasyon ürünlerinin karbon zincirlerinin parçalanması oluşumuna yol açar. formik, laktik, asetik asitler ve bir dizi başka bileşik. Ortaya çıkan ürünlerden bazıları belirli bir kokuya sahiptir ve bu nedenle gıda ürününe istenilen veya tam tersine istenmeyen bir aroma verebilir. Bu reaksiyonlar yüksek sıcaklık gerektirir.

Şekerlerin ısıl işlemi sırasında meydana gelen reaksiyonlar, C-C bağları kırılmadan meydana gelenler ve kırılmaları ile meydana gelenler olarak ikiye ayrılabilir. İlki anomerizasyon reaksiyonlarını içerir:

ve dahili aldoz-ketoz dönüşümü, örneğin:

Nişasta gibi karmaşık karbonhidratlarda, şiddetli ısıtma koşullarında - yüksek sıcaklıklarda (200 ° C) piroliz - transglikosilasyon reaksiyonları önemli bir yer tutar. Bu koşullar altında zamanla (1,4)-a-b-bağlarının sayısı azalır ve (l,6)-a-D-ve hatta (1,2)-b-D-bağları oluşur.

Glikoz, genellikle güçlü asidik bir ortamda yüksek sıcaklıkta gerçekleştirilen nişastanın asit hidrolizi ile üretildiğinde, izomaltoz Ve gentibiyoz. Bu tür reaksiyonların ortaya çıkması olumsuz karakteristik asit yöntemi glikoz elde edin.

Bazı gıdaların ısıl işlemi, özellikle D-glikoz veya D-glikoz bazlı polimerler içeren kuru işleme tabi tutulduğunda önemli miktarlarda susuz şeker üretebilir.

C-C bağlarının bölünmesini içeren reaksiyonlar oluşumuna yol açar uçucu asitler, ketonlar, diketonlar, furanlar, alkoller, aromatikler, karbon monoksit ve dioksit.

Kahverengi ürünlerin oluşumuna yönelik reaksiyonlar. Gıdaların esmerleşmesi oksidatif veya oksidatif olmayan reaksiyonların bir sonucu olarak meydana gelebilir. Oksidatif veya enzimatik kararma Fenolik bir substrat ile polifenol oksidaz enzimi tarafından katalize edilen oksijen arasındaki bir reaksiyondur. Elma, muz ve armut dilimlerinde meydana gelen bu koyulaşmanın karbonhidratlarla ilgisi yoktur.

Oksidatif olmayan veya enzimatik olmayan koyulaşma gıda ürünlerinde çok yaygın olarak temsil edilmektedir. Karbonhidratların reaksiyonlarıyla ilişkilidir ve fenomeni içerir. karamelizasyon Ve karbonhidratların proteinler veya aminlerle etkileşimi. İkincisi Maillard reaksiyonu olarak bilinir.

Karamelizasyon. Karbonhidratların, özellikle şekerlerin ve şeker şuruplarının doğrudan ısıtılması, adı verilen bir reaksiyon kompleksini teşvik eder. karamelizasyon. Reaksiyonlar küçük konsantrasyonlarda asitler, alkaliler ve bazı tuzlar tarafından katalize edilir. Bu, tipik karamel aromasına sahip kahverengi ürünler üretir. Koşulları ayarlayarak reaksiyonu esas olarak aroma üretimine veya renkli ürünlerin oluşumuna yönlendirmek mümkündür. Şeker çözeltilerinin orta derecede (ilk) ısıtılması anomerik değişikliklere, glikosidik bağların kopmasına ve yeni glikosidik bağların oluşumuna yol açar. Ancak asıl olanlar, susuz halkaların oluşumuyla oluşan dehidrasyon reaksiyonudur. Sonuç olarak, Dihidrofuranonlar, siklopentanolonlar, sikloheksanolonlar, pironlar vb. Konjuge çift bağlar belirli dalga boylarındaki ışığı adsorbe ederek ürünler verir kahverengi renk. Çoğunlukla doymamış halka sistemlerinde polimer halka sistemlerinde yoğunlaşma meydana gelebilir. Tipik olarak karamel rengini ve lezzetini üretmek için sakaroz kullanılır. Yoğun renkli polimerler, sükroz çözeltisinin sülfürik asit veya amonyum asit tuzlarının varlığında ısıtılmasıyla elde edilir. şeker rengi"çeşitli gıda ürünlerinde kullanım için - içecek, karamel vb. üretiminde. Bu polimerlerin stabilitesi ve çözünürlüğü HSO3 iyonlarının varlığında artar:

Karamel pigmentleri çeşitli gruplar içerir - hidroksil, asidik, karbonil, enol, fenolik vb. Karamel pigmentlerinin oluşumunun reaksiyon hızı artan sıcaklık ve pH ile artar. Tampon tuzlarının yokluğunda bir polimer bileşiği oluşabilir insan acı bir tada sahip ( ortalama formül C125H188090); Gıda ürünleri üretilirken bu husus dikkate alınmalı ve oluşumu engellenmelidir.

Karamelizasyon sırasında meydana gelen reaksiyonlar kompleksi, benzersiz tat ve aromaya sahip çeşitli halka sistemlerinin oluşmasına yol açar. Böylece maltol ve izomaltol pişmiş ekmek kokusuna, 2-H-4-hidroksi-5-metilfuranon-3 ise aromaya sahiptir. kızarmış et. Ayrıca bu ürünlerin tatlı bir tada sahip olması gıda ürünlerindeki olumlu rolünü de belirlemektedir.

Maillard reaksiyonu (melanoid oluşumu). Maillard reaksiyonu gıdalardaki enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonunun ilk aşamasıdır. Reaksiyonun gerçekleşmesi için indirgeyici bir şekerin, bir amin bileşiğinin (amino asitler, proteinler) ve bir miktar suyun varlığı gerekir.

Pirinç. 13. Gıda ürünlerinin kararması sırasındaki dönüşümlerin şematik gösterimi

Gıda ürünlerinin kararması sırasında meydana gelen tüm süreçler (Şekil 13) henüz yeterince kesin olarak belirlenmemiş ancak başlangıç ​​aşamaları çok detaylı olarak incelenmiştir. Maillard reaksiyonuna ek olarak, hidroksimetilfurfural oluşumu, zincir kırılması, dikarbonil bileşiklerinin oluşumu ve son aşamalarda oluşan ve kırmızıdan renge sahip melanoidin pigmentlerinin oluşumu ile dehidrasyonun meydana geldiği tespit edilmiştir. kahverengiden koyu kahverengiye. İlk aşamalarda indirgeyici maddelerin (örneğin sülfit) eklenmesiyle bir miktar renk giderme mümkünse, son aşamada bu artık mümkün değildir.

Gıda ürünlerinde kahverengi pigmentlerin oluşması istenmiyorsa, reaksiyonlar örneğin nemin (kuru ürünler için) önemli ölçüde azaltılması, şeker konsantrasyonunun (seyreltme), pH'ın ve sıcaklığın (sıvı ürünler için) azaltılmasıyla engellenebilir. Alt tabaka bileşenlerinden birini (genellikle şeker) çıkarabilirsiniz. Örneğin yumurta tozu elde edilirken koku oluşumunu önlemek için kurutmadan önce glikoz oksidaz eklenir, bu da D-glikozun tahrip olmasına ve D-glukonik asit oluşumuna yol açar:

Şekerin uzaklaştırılmasının yanı sıra bu teknolojik işlem sırasında oluşan hidrojen peroksit ve sıcaklığın artması bakteriyel kontaminasyonun azalmasına neden olur (bkz. Tablo 3.8). Önemli miktarda riboz içeren balıkların esmerleşmesini önlemek için D-riboz oksidaz aktivitesine sahip bakteriler eklenir.

Kükürt oksit (SO2) ve türevleri gıdalardaki esmerleşme reaksiyonunu baskılar ancak bunların kullanımı, sülfatlanmış gıdalarda hafif toksik bileşenlerin oluşma potansiyeli nedeniyle sınırlıdır. Diğer inhibitörlerin araştırılması devam ediyor, ancak şu ana kadar bulunan ikameler ( siyanürler, dimedon, hidroksilamin, hidrazin, merkaptanlar, brom) toksisite nedeniyle kabul edilemez. Bununla birlikte, bu esmerleşmeyi önleyici yol, ürünleri amino asitlerin (örneğin lizin) kaybından korumaz çünkü sülfit iyonlarıyla reaksiyon melanoidin oluşumunun son aşamalarında meydana gelir.

Aldonik, dikarboksilik ve üronik asitlere oksidasyon. Aldozların oksitlenme yeteneği gıda ürünleri için de önemlidir. Belirli koşullar altında, b-formunun a-formundan daha hızlı oksitlenmesiyle aldonik asitlere oksidasyon mümkündür. Oksidasyon ürünü, g-lakton ve aldonik asidin serbest formu ile dengede olan b-laktondur (Şekil 14). İkinci form pH 3'te baskındır.

Şekil 14. D-glikozun oksidasyonu

Glukono-b-lakton, bazı süt ürünlerinin üretiminde olduğu gibi reaksiyonun yavaş olduğu hafif asidik ortamlardaki gıdalarda mevcut olabilir. Daha güçlü oksitleyici maddelere (örneğin nitrik asit) maruz kaldığında dikarboksilik asitler oluşur.

Üronik asitlere oksidasyon ancak karbonil grubunun korunmasıyla mümkündür (Şekil 15).

Pirinç. 15. D-galaktozun D-galakturonik asite oksidasyonu

Glukuronik asit üretmenin endüstriyel yöntemlerinden biri - nişastanın hidrolizi sırasında oksidasyon - Şekil 2'de gösterilmektedir. 16.

Pirinç. 16. Glukuronik asit üretmenin endüstriyel yöntemlerinden biri

Üronik asitler doğada yaygındır. Bunlardan bazıları, jelleşme ve koyulaştırma gibi gıda proseslerinde önemli olan polisakkaritlerin yapısal bileşenleridir. pektin(D-galakturonik asit), aljinik asit deniz yosunundan (D-mannuronik asit, a-guluronik asit).

Enzim katalizli oksidasyon. Burada öncelikle glikoz oksidazın etkisi altında glikozun oksidasyonundan bahsetmek gerekir.

Gıda teknolojisindeki uygulama açısından glikoz oksidaz-katalaz sistemi ilgi çekicidir.

Glikoz oksidazın glikoza karşı olağanüstü özgüllüğü vardır. Eylemi, Şekil 2'de gösterilen şemada gösterilmektedir. 17.

Pirinç. 17. Glikoz oksidazın etkisi

Bu reaksiyon etkili yöntem oksijenin içeceklerden (meyve suları, bira) uzaklaştırılması, çünkü oksijen, ürünlerin renginde ve kokusunda değişikliklere yol açan peroksitlerin ve maddelerin oluşumunda rol oynar. Glikoz oksidazın kullanılması Maillard reaksiyonunun inhibe edilmesini mümkün kılar.

Fermantasyon süreçleri. Fermantasyon- bir dizi gıda teknolojisinde kullanılan (karbonhidratların dahil olduğu) bir işlem: ekmek üretiminde hamur hazırlama sırasında, bira, kvas, alkol, şarap ve diğer ürünlerin üretiminde.

Alkolik fermantasyon, bir dizi mikroorganizmanın aktivitesinden dolayı meydana gelir. Alkolik fermantasyon için en tipik organizmalar Saccharomyces cinsinin mayalarıdır. Toplam alkol fermantasyonu aşağıdaki denklemle ifade edilebilir:

Bu özet denklem, genellikle ana fermantasyon ürünlerine (etil alkol ve karbondioksit) ek olarak, süksinik, sitrik asit ve amil karışımı gibi diğer bazı maddelerin de her zaman küçük miktarlarda oluştuğu gerçeğini yansıtmaz. , izoamil, bütil ve diğer alkoller, asetik asit, diketonlar, asetaldehit, gliserin ve bir dizi başka bileşik; bunların çok küçük miktarlarının varlığı, şarap, bira ve diğer alkollü içeceklerin spesifik aromasını belirler.

Farklı şekerler maya tarafından farklı oranlarda fermente edilir. Glikoz ve fruktoz en kolay fermente edilir, daha yavaştır - mannoz, daha da yavaş - galaktoz; pentozlar maya tarafından fermente edilmez. Disakkaritlerden alkol fermantasyonu için iyi substratlar şunlardır: sakaroz Ve maltoz. Bununla birlikte, her iki şeker de yalnızca a-glikosidaz enzimleri tarafından kendilerini oluşturan monosakaritlere ön hidrolizden sonra fermente edilir.

Oksijen varlığında alkol fermantasyonu durur ve maya, gelişimi ve hayati aktivitesi için gerekli enerjiyi oksijen solunumu yoluyla alır. Aynı zamanda maya, şekeri anaerobik koşullara göre çok daha ekonomik olarak tüketir. Oksijenin etkisi altında fermantasyonun durmasına " denir. Pasteur etkisi».

Gıda teknolojisi açısından önemli olan bir diğer fermantasyon türü, bir heksoz molekülünden iki molekülün oluşturulduğu laktik asit fermantasyonudur. laktik asit:

C6H1206 = 2CH3-CHON-COOH

Laktik asit fermantasyonu, laktik asit ürünlerinin üretiminde çok önemli bir rol oynar. kesilmiş süt, acidophilus, kefir, kımız), kvas, ekmek başlangıçları ve " üretiminde sıvı maya"pişirme, lahana ve salatalık turşusu yapmak ve yemi silolamak için.

Laktik asit fermantasyonuna neden olan tüm mikroorganizmalar ikiye ayrılır büyük gruplar. Birinci grup gerçek mikroorganizmaları içerir. anaeroblar ve laktik asit fermantasyonu için yukarıdaki özet denkleme tam olarak uygun şekilde heksozların fermente edilmesi. Arandılar homofermentatif laktik asit bakterileri. İkinci grup oluşturuldu heterofermentatif laktik asit bakterileri laktik asitin yanı sıra önemli miktarda başka ürünler, özellikle asetik asit ve etil alkol oluştururlar.