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

  В ГФС с содержанием фруктозы 42 % в процессе хранения кристаллизуется  глюкоза. Поэтому предпочтительно  вырабатывать ГФС с содержанием фруктозы 55 %.

      ГФС-универсальный заменитель сахарозы. Его применяют при производстве соков, безалкогольных напитков, вина, ликеров, хлебобулочных изделий, фруктовых и молочных консервов, мороженого. 

  Зерновой  сироп. Сахаристые продукты могут быть получены непосредственно из зернового сырья, минуя стадию получения чистого крахмала. В качестве сырья пригодны кукуруза, пшеница, ячмень, сорго и рожь. При получении сиропа из ржи зерно измельчают, затем проводят операции клейстеризации-разжижения и осахаривания, гидролизат фильтруют и концентрируют, получая зерновой сироп. Твердую фракцию, отделенную на стадии фильтрации гидролизата, используют как белковый корм.

  При получении зернового сиропа применяют  ферментные препараты с амилолитической и целлюлолитической активностями.

  Состав  получаемых сиропов с преобладанием  мальтозы или с примерно равными  концентрациями мальтозы и глюкозы  зависит от состава используемого  ферментативного комплекса. Во втором случае сироп не кристаллизуется при хранении (аналог глюкозно-мальтозной патоки). Пищевая ценность зернового сиропа повышается за счет биологически активных веществ ржи. Зерновой сироп используют как сахарозаменитель, а также как пищевую добавку при производстве заварных сортов черного хлеба, особых ароматических сортов пива и продуктов детского питания.

  Фруктозный  сироп из инулинсодержащего  сырья. Наиболее продуктивный вид растений, синтезирующих инулин, — топинамбур, в свежих клубнях которого содержание инулина составляет 18 — 25 %, в сухой массе — около 80 %. Для получения фруктозного сиропа можно использовать как очищенный инулин, так и экстракт клубней, содержащий кроме инулина низкомолекулярные полифруктозаны, поэтому выход фруктозы из экстракта выше, чем из чистого инулина.

  Инулин  экстрагируют водой, подкисленной до рН 5,5, добавляя ее к измельченному сырью в соотношении 1:1—1:1,5. Продолжительность экстракции 30 мин при температуре 70...75°С. Для предотвращения потемнения экстракта в него вводят 0,1 % сернистого газа. В экстракте доводят рН до изоэлектрической точки белка и удаляют осадок центрифугированием. Полученный раствор, содержащий 10 —12 % инулина и родственных сахаридов, обесцвечивают активированным углем и используют для получения фруктозных сиропов.

  Источником  ферментного препарата инулиназы  служат иммобилизованные клетки дрожжей Kluyveromyces marxianus. Реакцию проводят при рН 4,5 и температуре 50°С в колонке, заполненной ферментным препаратом, со скоростью 0,4 ч^-1. Раствор Сахаров, выходящий из колонки, обессоливают поочередно катионитом и анионитом, обесцвечивают активированным углем и концентрируют под вакуумом до 71%-го содержания СВ. В полученном сиропе содержание фруктозы составляет 75% СВ.

  Сиропы  гидролизованной  лактозы (СГЛ). Их используют при производстве хлебобулочных изделий, пива, безалкогольных напитков и молочных продуктов взамен сахарозы.

  Сырьем  для получения СГЛ являются фильтраты  подсырной и творожной сыворотки. Ферментативный гидролиз лактозы до глюкозы и галактозы повышает сладость, усваиваемость и растворимость продукта, что позволяет получать стабильные концентрированные сиропы.

  Разработана технология, согласно которой расщепление  лактозы с помощью иммобилизованного препарата (3-галактозидазы проводят в проточном реакторе при рН 4 и температуре 40 °С. Удельная эффективность процесса составляет около 1 г лактозы на 1 г ферментного препарата в 1 ч. Степень конверсии субстрата 70 — 80.%. Гидролизат концентрируют, деминерализуют и сгущают. СГЛ имеет следующий состав, %: сухие вещества — 58 — 62, в том числе глюкоза — 19,4—22, лактоза — 11 — 12,8, азотистые вещества — 0,8 — 1,5, зольные элементы — 1—4. Титруемая кислотность 100...500 °Т. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. ЭММИССИОННЫЙ  СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

     Эмиссионный спектральный анализ основан на получении и изучении спектров испускания или излучения (так называемых эмиссионных спектров) элементов анализируемого вещества. Он даёт возможность определить элементарный состав вещества. По положению и относительной интенсивности отдельных линий в этих спектрах проводят качественный спектральный анализ. Сравнивая интенсивность специально выбранных спектральных линий в спектре пробы с интенсивностью тех же линий в спектрах эталонов, определяют содержание элемента, выполняя, таким образом, количественный спектральный анализ.

      В этом методе сжигают некоторое количество пробы в газовом пламени или электрической дуге. Проба при этом испаряется, молекулярные соединения диссоциируют на атомы и ионы, которые возбуждаются и дают спектры испускания (эмиссионный спектр).

     По числу и положению линий в этих спектрах определяют, какие элементы входят в состав анализируемого образца, т.е. проводят качественный спектральный анализ.

     Интенсивность каждой спектральной линии зависит от концентрации атомов в плазме разряда. Следовательно, сравнивая интенсивность спектральных линий проб с интенсивностями тех же спектральных линий эталонов с известной концентрацией искомого элемента, можно определить содержание его, т.е. проводить количественный анализ.

     Эмиссионный спектральный анализ позволяет определять концентрацию веществ 10^-3 – 10^-4 . Точность определений обычно составляет примерно 0,5%.

     Качественный спектральный анализ основан на индивидуальности эмиссионных спектров каждого элемента и сводится, как правило, к определению длин волн линий в спектре и установлению принадлежности этих линий тому или иному элементу. Расшифровка спектров осуществляется либо на стилоскопе (визуально), либо, чаще всего, на спектропроекторе или микроскопе после фотографирования спектров на фотопластинку. 

     Количественный спектральный анализ  основан на том, что интенсивность  спектральных линий элемента  зависит от концентрации этого  элемента в пробе. Зависимость  интенсивности спектральной линии  от концентрации имеет сложный  характер. В некотором интервале  концентраций при постоянстве  условий возбуждения эта зависимость  выражается эмпирическим уравнением  Б.Б. Ломакина: 

                                                            I = acb,

где, I - интенсивность спектральной линии;

      а - постоянная, объединяющая свойства линии (искровая, дуговая линия, узкая, широкая), условия возбуждения (скорость испарения, скорость диффузии) и другие факторы;

         с - концентрация элемента в  пробе; 

         b - коэффициент самопоглощения. 

      Наиболее широко распространенными приборами в эмиссионном спектральном анализе являются кварцевые спектрографы ИСП различных модификаций. В приборах для визуального спектрального анализа - стилоскопы и стилометры. В фотоэлектрических методах используют квантометры различных модификаций. 
 
 

Пламенная эмиссионная спектроскопия

     Появление специализированных пламенных эмиссионных спектрометров привело к обособлению методов фотометрии пламени и придало ему известную самостоятельность.

     Как и любой другой прибор эмиссионной спектроскопии, фотометр для фотометрии пламени имеет источник возбуждения (пламенная горелка), диспергирующий элемент (обычно светофильтр) и приемник света – рецептор (обычно фотоэлемент). В спектрофотометрах для пламени вместо светофильтров применяют призмы и дифракционные решетки. Анализируемый раствор вводится в пламя горелки в виде аэрозоля. При этом растворитель испаряется, а соли металла диссоциируют на атомы, которые при определенной температуре возбуждаются. Возбужденные атомы, переходя в нормальное состояние, излучают свет характерной частоты, который выделяется с помощью светофильтров, а его интенсивность измеряется фотоэлементом. 

      Количественные определения проводят методом калибровочного графика и методом добавок по формуле: 

сх = сдоб Ix / ( Iх+доб – Iх) 

где сх – концентрация определяемого элемента;

      Ix и Iх+доб – показания прибора при фотометрировании исследуемого раствора без добавок и с добавкой стандартного раствора определяемого элемента. 
 

      Методами эмиссионного спектрального анализа выполняется значительная часть анализов в металлургической промышленности. Анализируется исходное сырье и готовая продукция. Существенную роль этот метод играет для анализа природных и сточных вод, почвы, атмосферы и других объектов окружающей среды, а также в медицине, биологии и т.д.

      Средний предел обнаружения методами эмиссионной спектроскопии составляет от 10-3...10-4% до 10-5%. Погрешность определения характеризуется в среднем величиной 1-2%. 

      Эмиссионный спектральный анализ состоит из следующих основных процессов:

  1) отбор  представительной пробы, отражающей  средний состав анализируемого  материала или местное распределение  определяемых элементов в материале; 

  2) введение  пробы в источник излучения,  в котором происходят испарение  твёрдых и жидких проб, диссоциация  соединений и возбуждение атомов  и ионов; 

  3) преобразование  их свечения в спектр и его  регистрация (либо визуальное  наблюдение) с помощью спектрального  прибора; 

  4) расшифровка  полученных спектров с помощью  таблиц и атласов спектральных  линий элементов. 

  На  этой стадии заканчивается качественный  спектральный анализ. Наиболее результативно  использование чувствительных (т.  н. «последних») линий, сохраняющихся  в спектре при минимальной  концентрации определяемого элемента. Спектрограммы просматривают на  измерительных микроскопах, компараторах, спектропроекторах. Для качественного  анализа достаточно установить  наличие или отсутствие аналитических  линий определяемых элементов.  По яркости линий при визуальном  просмотре можно дать грубую  оценку содержания тех или  иных элементов в пробе. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Используемая  литература 

1. Высокочастотный индуктивно-связанный плазменный разряд в эмиссионном спектральном анализе, под ред. Х.И.Зильберштейна, Л., 1987;
2. Пищевая биотехнология. Книга 2, под ред. Л.А. Ивановой, Л.И. Войно, И.С. Ивановой., 2008.