Ферменты и их роль при реализации технологических процессов сахарного и крахмалопаточного производств. Эмиссионный спектральный анализ

  При применении грибной α-амилазы образуется больше мальтотриозы, но увеличивается скорость фильтрования гидролизатов из-за меньшего количества декстринов.

  При производстве ряда сахаристых продуктов  применяют глюкоамилазу. Препараты  глюкоамилазы выбирают по следующим  признакам: степень конверсии крахмала в глюкозу, трансферазная способность  фермента (не выше 6 ед/г), наличие примеси  протеаз (не более 10 ед/г). В промышленности используют препараты, гидролизующие  крахмал с образованием 94,5 — 97,5 % глюкозы. Присутствие продуктов  трансгликозилирования Сахаров и расщепления белка затрудняет очистку глюкозных сиропов и снижает выход глюкозы.

  При гидролизе разжиженного крахмала Глюкаваморином Г20Х выход глюкозы составляет 94,5%, изомальтозы — 1,2, изомальтотриозы  — 2,1 %, всего образующихся олигосахаридов (мальтозы, мальтулозы, изомальтозы, мальтотриозы) — 5,5 — 6% сухих веществ.

  Состав  продуктов гидролиза не зависит  от исходной концентрации крахмала, если она не превышает 32 %. С повышением концентрации увеличивается доля продуктов реверсии. При разжижении до РВ 10—20 % последующее осахаривание дает продукт стабильного углеводного состава, при более глубоком гидролизе на стадии разжижения получают осахаренный продукт с пониженным содержанием глюкозы.

  Осахаривание  разжиженного крахмала глюкоамилазой  проводят при рН 4,5—4,7, температуре 58...60 °С и дозировке фермента 2,5 ед/г крахмала. Полное осахаривание до содержания глюкозы 97 — 98 % сухих веществ происходит за 72 ч.

  При сочетании глюкоамилазы с пуллуланазой продолжительность осахаривания сокращается до 48 ч, а дозировка глюкоамилазы уменьшается в 2 раза. Содержание глюкозы возрастает на 1,5 —2 % за счет снижения доли продуктов трансгликозилирования и конденсации сахаров.

  Осахаривание  глюкоамилазой можно проводить  в разных режимах, получая продукты с РВ от 28 % и выше. Состав олигосахаридов зависит от степени конверсии крахмала. В продуктах с РВ 30 — 40 % присутствует значительное количество олигосахаридов со степенью полимеризации 3—7. При РВ более 40% заметно снижается концентрация мальтотриозы, достигая минимума при РВ около 70 %.

  Снижение  концентрации мальтозы происходит в  интервале РВ 66 — 95 %. Содержание олигосахаридов с п >7 достигает максимума при РВ около 50 %, с л = 4-6 - при РВ менее 50 %. Продуктами неполного осахаривания крахмала глюкоамилазой являются различные виды патоки.

  Низкоосахаренная  патока с РВ 28 — 32 % содержит около 10% глюкозы, 40% олигосахаридов с п = 4—6, по 20% мальтозы и мальтотриозы, а также олигосахариды со степенью полимеризации 7 и более. Применяется при производстве карамели а также как углеводный компонент.

  Карамельная патока с РВ 40 — 44% содержит 19—23% глюкозы, около 24 % мальтозы, 20 % мальтотриозы, не более 20 % олигосахаридов со степенью полимеризации 4—6. Применяется при производстве леденцовой карамели.

  Высокомальтозная  патока — продукт разжиженного α-амилазой 30 —35%-го крахмала. Разжиженный крахмал с РВ 12 — 18% осахаривают бактериальной β-амилазой, например из B.polymyxa, при рН 6,5 — 6,6, температуре 50 °С, длительности гидролиза 48 ч, дозировка фермента 1—1,5 ед/г крахмала. В гидролизате содержится 6—8% глюкозы, 45—47% мальтозы. Общее содержание сбраживаемых Сахаров 70—75%, РВ 48 — 49%. При использовании α-1,6-глюкозидазы на стадии осахаривания количество мальтозы в гидролизате повышается на 2 —9 %.

  Разрыв  α-1,6-гликозидных связей в точках ветвления амилопектина увеличивает количество субстрата, доступного действию β-амилазы.

  Мальтозную  патоку используют вместо сахарозы при  производстве леденцовой карамели и мороженого. Из мальтозной патоки можно получить сироп, обогащенный мальтозой (до 80 % и более суммы Сахаров). Сироп служит исходным препаратом для выделения кристаллической мальтозы.

  Высокоосахаренная патока может содержать от 49 до 70 % РВ. При РВ 55 — 60 % в ней содержится 34—40 % глюкозы, 24 % мальтозы, не более 13 % мальтотриозы, незначительные количества высших олигосахаридов. Применяется при производстве хлебобулочных, кондитерских изделий, молочных и фруктовых консервов, столовых сиропов, пива.

  Высокоосахаренную патоку получают путем кислотно-ферментативного или двойного ферментативного гидролиза, применяя в обоих случаях для осахаривания разжиженного крахмала препарат Глюкаваморин Г20Х. Патока устойчива к кристаллизации при концентрации глюкозы не выше 40%. В рамках принятой технологии это соответствует содержанию редуцирующих веществ не более 58-60%, что не обеспечивает микробиологической стабильности продукта. С целью повышения сладости патоки и концентрации в ней сбраживаемых Сахаров при условии сохранения некристаллизуемости глюкозы изменяют соотношение форм Сахаров в продукте за счет повышения доли мальтозы. Для этого на стадии осахаривания возможно использование комплекса препаратов, состоящего из Амилоризина и Глюкаваморина.

  Глюкозно-мальтозная патока характеризуется примерно равным содержанием глюкозы и мальтозы при РВ 66,8 — 70 % (табл. 1). Повышение содержания мальтозы по сравнению с высокоосахаренной патокой достигается за счет действия амилазы Амилоризина. Фермент расщепляет крахмал с образованием мальтозы в качестве основного продукта реакции. Как видно из данных таблицы, состав Сахаров в патоке не зависит от способа разжижения и содержания РВ на стадии разжижения крахмала при значениях РВ в пределах 21,8 — 33,5 %. Патока характеризуется высокой сбраживаемостью, некристаллизуемостью и устойчивостью к микробиологической порче. Ее можно применять в составе различных пищевых продуктов.

  Таблица 1.Характеристика гидролизатов крахмала, полученных с         использованием препаратов Глюкаваморин и Амилоризин 

  ^*Декстрин со степенью полимеризации более 5 глюкозных единиц 

  В МГУПП разработаны условия комбинированного использования препаратов Амилосубтилина Г10Х, Глюкаваморина Г20Х и бактериальной β-амилазы (B.polymyxa) при гидролизе крахмала зернового сорго, который по химическому составу и технологическим свойствам не уступает широко приметаемому в настоящее время кукурузному крахмалу, для получения паточных сиропов различного углеводного состава и различного целевого назначения (табл. 2): сахарные сиропы (содержание от 20 до 70 % глюкозы) для использования в качестве подсластителей; глюкозные сиропы (содержание глюкозы до 98 %) для получения глюкозы и глюкозно-фруктозных сиропов; паточные сиропы для получения низко- и высокоосахаренной патоки; сахарные сиропы с высоким содержанием глюкозы и мальтозы для получения десертных пищевых продуктов. 

  Таблица 2. Условия проведения гидролиза  крахмала зернового сорго при  получении паточных сиропов различного углеводного состава 

 
 
 
 
        
 
 
 
 
 

Получение глюкозно-фруктозных и других сиропов, заменителей сахарозы

  По  данным отечественной статистики, потребность  в новых сахаристых продуктах, глюкозно-фруктозных сиропах (ГФС) составляет примерно 850 тыс. т/год. При этом основные потребители ГФС — безалкогольная, хлебопекарная и консервная промышленности.

  В основе производства ГФС лежит ферментативный гидролиз крахмалосодержащего сырья  с последующей изомеризацией  глюкозы во фруктозу с помощью иммобилизованной глюкозоизомеразы (ГлИ), основными источниками которой служат микроорганизмы.

  В МГУПП в результате скрининга  продуцентов ГлИ выделен активный штамм Streptomyces albogriseolus 28-3 и на его основе разработана технологическая схема получения ГлИ в гомогенном состоянии с температурным оптимумом 80 °С, оптимум рН — 8.

  При производстве ГФС глюкозный сироп, очищенный фильтрацией через кизельгур, активированный уголь и ионообменные смолы, концентрируют упариванием при 60 °С до содержания СВ 45% (рис. 2). Концентрированный продукт является субстратом для изомеризации. 

  Рис.2 Аппаратурно-технологическая схема получения ГФС из глюкозы

1-реакторы  для приготовления субстрата; 2-теплообменники; 3-биореакторы с иммобилизованной  глюкозоизомеразой; 4-реактор глюкозно-фруктозного  раствора с системой регулирования  рН; 5-установка для декларизации  углём; 6-сборники раствора; 7-фильтр; 8-сборники; 9-ионообменные колонки; 10-вакуум-выпарная установка; 11-сборник  ГФС

  

  Изомеризацию  глюкозы во фруктозу проводят с помощью  иммобилизованных препаратов глюкозоизомеразы в колонных реакторах. Степень конверсии глюкозы зависит от скорости пропускания ее раствора через реактор, рН и температуры, концентрации солей магния и кобальта. Используют препараты с достаточно высокой термостабильностью, поскольку процесс изомеризации проводят при 58...60°С во избежание инфицирования продукта. При температуре выше 60°С, особенно в щелочной среде, увеличивается количество кетосахаров за счет химической изомеризации, а также темноокрашенных продуктов деградации Сахаров.

  Процесс изомеризации проводят при рН 7,8. Раствор  глюкозы пропускают через слой иммобилизованной глюкозоизомеразы, а из реактора вытекает смесь фруктозы и глюкозы. Продукт  после изомеризации обрабатывают углем  для деколоризации, освобождают от примесей в ионообменных колонках, затем упаривают до 71%-го содержания СВ (50 % глюкозы и 42 % фруктозы). Применение иммобилизованной глюкозоизомеразы позволило сократить расход фермента в 10 раз, затраты труда — в 3 раза.