ФЕРМЕНТАТИВНЫЕ СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ КОЛЛОИДНОЙ СТОЙКОСТИ

Эту группу способов стабилизации коллоидного состава пива считают одной из наиболее простых и эффективных.

С учетом специфичности действия ферментов можно применять ферменты для гидролиза именно тех веществ пива, которые вызы­вают помутнение. Так как вначале доминирующую роль в процессе возникновения помутнения в пиве приписывали белкам, то иссле­дования в области применения ферментов для стабилизации пива проводили в направлении поиска и изучения протеолитических ферментов.

Применение протеолитических ферментов.Многие ферментные стабилизаторы пива содержат животные протеиназы, но большин­ство из них получают с использованием растительных протеолити­ческих ферментов: папаина, бромелина и фицина, а также препара­тов микробного происхождения.

Наиболее широко в промышленных препаратах-стабилизаторах применяют протеиназы типа папаина.

Внесение амилоризина ПХ в сусло в начале брожения из рас­чета 2—8 г/дм³ в сочетании с 2—6 г/дм³ аскорбиновой кислоты, до­бавляемой в пиво при дображивании, позволяет повысить стой­кость пастеризованного Жигулевского и Рижского пива до 4— 5 мес.

Глав­ную роль в расщеплении белковых веществ пива, в повышении его стойкости играют содержащиеся в препарате кислые протеазы.

Для ускорения процесса осветления сортового пива с большой исходной плотностью сусла и высоким содержанием алкоголя, ко­торое часто не осветляется при выдержке даже в течение 90 сут и плохо фильтруется, рекомендуется применять цитороземин ПХ и П10Х. Проведены исследования по применению протосубтилина П0Х для повышения коллоидной стойкости пастеризованного пива на стадии внесения в охмеленное сусло. Физико-химические и органолептические показатели полученного пива соответство­вали технологическим требованиям, а стойкость пастеризованно­го опытного пива была в два раза выше контрольных образцов.

Чтобы удалить вещества холодной мути, было предложено обра­батывать пиво жидким раствором папаина в сочетании с пиросульфатом натрия, сорбитом или фитином.

Готовое пиво можно обрабатывать ферментными препаратами (коллупулин, папаин) совместно с различными адсорбентами (бентопур, стабиквик и гелевый бентонит). Наибольшая стойкость пива (6 мес) получена для образцов, обработанных ферментами и бенто­нитом. При использовании неорганических адсорбентов в пиве уменьшалось содержание полифенолов и антоцианогенов, возрас­тала пеностойкость. Для получения пива с длительным сроком хра­нения во время дображивания необходимо проводить его предвари­тельную обработку ферментными препаратами, а после первого ос­ветления — обработку адсорбентами.

Применение полифенолоксидазных препаратов.Полифенолоксидаза, о-дифенол оксид аза, тирозиназа, катехиноксидаза — широко

распространенные в природе ферменты класса оксидоредуктаз. ПФО — это содержащий медь (0,2-0,3 %) белок с различной моле­кулярной массой (например, 34 500 — в грибах, 144 000 — в чайном листе). Он катализирует реакцию окисления о-дифенолов, а также моно-, три- и полифенолов с образованием соответствующих хино-нов, причем: акцептором водорода служит молекулярный кислород. ПФО участвует в дыхании растительных клеток.

Обработка сусла полифенолоксидазными препаратами суще­ственно не влияет на содержание в нем мальтозы, аминного азота, рН. Цветность же сусла возрастает по сравнению с конт­ролем при увеличении дозы вносимого ферментного препарата, что связано с окислением полифенолов при повышенной температуре. Окисление полифенолов сопровождается их конденсацией, в ре­зультате которой образуются продукты высокой молекулярной мас­сы. Конденсация полифенолов может идти также под влиянием ка­талитического действия кислот.

Наиболее эффективна совместная обработка фер­ментом и сорбентом.

Перспективным является применение для стабилизации пива нерастворимых иммобилизованных ферментных препаратов. Им­мобилизованные ферменты связаны нерастворимым веществом — носителем, как правило, полимерной природы и имеют следующие технологические и экономические преимущества:

сохраняют частично или полностью активность исходного (на-тивного) фермента;

могут применяться многократно благодаря простому удалению из реакционной смеси фильтрованием;

их применение позволяет автоматизировать и контролировать процесс;

они значительно более устойчивы к внешним воздействиям сре­ды (рН, температура) и имеют более длительный срок хранения;

ферментативный катализ регулируется необходимой степенью гидролиза.

Получение иммобилизованных ферментов.Иммобилизованный фермент представляет собой биокаталитическую гармоничную сис­тему, действие которой определяется правильным подбором трех основных составляющих^фермента, носителя и способа связывания фермента с носителем (рис. 45).

Количество, стабильность и биологическая активность связан­ного фермента зависят непосредственно от свойств носителя. Но-

сители для иммобилизации ферментов разделяют на природные и синтетические полимеры. Они могут быть в виде гранул, порошка, ткани, бумаги, полых волокон, трубок, пленок и т. п.

Иммобилизация ферментов на носителях независимо от их при­роды осуществляется следующими типами связи:

адсорбция ферментов на пористом стекле, древесном угле, цел­люлозе, синтетических ионообменных смолах, диатомите и др.;

включение в гель полимеров — полиакрил амида, кремниевой кислоты;

ковалентное связывание ферментов с би- или полифункцио­нальными носителями непосредственно или после активирования их поверхности;

микрокапсулирование;

закрепление фермента на клеточной стенке микроорганизма по­средством ковалентной связи между активными группами белка фермента и полисахарида клеточной стенки при участии солей тя­желых металлов.

Обобщающая схема методов иммобилизации ферментов (£) по­казана на рис. 46.

Первое деление методов иммобилизации ферментов основано на учете характера того процесса, с помощью которого проведена иммобилизация: или путем заключения фермента в ограниченное пространство, или путем связывания его с поддерживающим мате­риалом или носителем. Ферменты, иммобилизованные путем зак­лючения в ограниченное пространство, в свою очередь, подразде­ляют согласно структуре захватывающей системы. Здесь различают системы с одиночным замкнутым пространством, как при микро-капсулировании, и системы с многими мелкими пространствами, как при матричном способе.

Адсорбция является самым простым и дешевым методом иммо­билизации, но она не дает возможности получить необратимой свя­зи, что приводит к значительной потере адсорбированных фермен­тов в процессе использования. Активность ферментов при адсорб­ции сохраняется на 4—70 %, хотя известны случаи, когда иммоби­лизованные ферменты, полученные методом адсорбции, сохра­няют активность длительное время без десорбции с носителя. На­пример, галактозидаза, адсорбированная на диэтиламиноэтил (ДЭАЭ) целлюлозе, сохраняла свою активность при температуре 5—7 °С в течение трех лет. Активность папаина, адсорбированного на стекле, не изменялась в течение 4 мес.

Ковалентные методы иммобилизации ферментов получили наи­большее распространение, они имеют две разновидности:

образование ковалентной связи между молекулами ферментов при помощи низкомолекулярного бифункционального реагента путем поперечной сшивки;

Иммобилизованные ферментные препараты сохраняют высо­кую протеолитическую способность в пределах 82—94 % по сравне­нию с активностью исходных ферментных препаратов. Вместе с тем амилоризин ШОХ, иммобилизованный на носителе АВ-17-С, по­высил активность по сравнению с активностью нативного фермен­та на 14 %. Повышение активности иммобилизованного фермента по сравнению с растворимой формой свидетельствует о том, что на носителе закрепляется в основном активная белковая часть препа­рата.

Применение иммобилизованных ферментов.Существуют различ­ные способы обработки пива иммобилизованными ферментами. Наиболее рациональным является применение колонок, напол­ненных иммобилизованным ферментом, через которые непрерыв­ным потоком протекает пиво. Однако при этом достаточно быстро может снизиться активность иммобилизованного ферментного препарата. Кроме того, использование колонок приводит к необхо­димости применения карбонизации и тщательной фильтрации пива. Поэтому используется другой способ обработки пива иммо­билизованными ферментами — в реакторе. После одного цикла об­работки пиво может быть декантировано со слоя препарата, а реак­тор заполнен новой порцией пива.

СПИРТОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

При производстве спирта из крахмалистого сырья (картофеля, раз­личных видов зерна) используются ферментные препараты с амилолитической, цитолитической и протеолитической активностью.

Выход спирта в значительной мере зависит от полноты осахаривания сырья, то есть превращения крахмала и некрахмальных полисахаридов в сбраживаемые сахара. Для осахаривания применяют солод и микробные ферментные препараты. Осахаривание проводят по схеме: запаривание при 100°, охлаждение, разжижение амилолитическими ферментами, разва­ривание разжиженного затора при 133° для достижения полноты клейстеризации крахмала, охлаждение и осахаривание амилолитическими фер­ментами.

В процессе запаривания большая часть крахмала, содержащегося в сырье, клейстеризуется, что приводит к сильному повышению вязкости, препятствующей полному развариванию и клейстеризации. После охлаж­дения затора до 70° в него вносят ячменный солод или бактериальную амилазу (амилосубтилин ГХ или ГЗХ) в количестве 1,5...2 ед. а-амилазы/г крахмала. Действие а- амилазы приводит к быстрому снижению вязкости затора, который после этого разваривают при 133°. При этом желатинизируются крахмальные гранулы, не набухшие на стадии запаривания.

Использование амилаз невысокой термостабильности делает необ­ходимым проведение клейстеризации - разжижения в три стадии. С помощью препаратов термостабильной а-амилазы, таких как Термамил, Така-Терм, можно осуществлять непрерывный процесс клейстеризации - разжижения вплоть до температуры полной желатинизации. В концент­рированных растворах крахмала, в присутствии микродобавок солей кальция Термамил стабилен более 3 ч при 100°. Совмещение разжижения и разваривания существенно повышает эффективность процесса. Непре­рывный гидролиз клейстеризующегося крахмала, переход продуктов реакции в раствор способствует более быстрому набуханию крахмала во внутренних областях частиц сырья. За счет этого может быть сокращена продолжительность процесса, а его максимальная температура понижена до 110...115° (температуры полной желатинизации крахмальных гранул).

При использовании термостабильной амилазы существенно снижается расход фермента на единицу сырья.

Полное осахаривание разжиженного крахмала достигается с по­мощью микробной глюкоамилазы или амилолитического комплекса соло­да. В отечественной практике обычно применяют глюкаваморин ГХ или амилоглюкаваморин ГХ. Оптимум действия глюкаваморина (рН 4...5,5) соответствует активной кислотности бражки (рН 4,2...5,2). Это сущест­венно, поскольку на стадии осахаривания сырья, в закрытой системе, где из сферы реакции не выводится глюкоза, процесс гидролиза крахмала проходит не полностью. Он продолжается в процессе брожения, по мере потребления глюкозы дрожжами, что сдвигает равновесие ферментатив­ной реакции, катализируемой глюкоамилазой.

Общая продолжительность процесса брожения зависит от дозировки глюкоамилазы. При регламентированном соотношении 6 ед. глюкоами­лазы на 1 г крахмала брожение длится 72 ч, при повышении дозы до 15 ед/г крахмала процесс заканчивается за 48 ч.

Применение микробной глюкоамилазы позволяет увеличить степень сбраживания на 1,3... 1,5 % по сравнению с вариантом осахаривания соло­дом.

Снижение дозировок глюкоамилазы и интенсификация брожения возможны при увеличении количества биомассы дрожжей. Для этого вносят в сусло повышенные дозы посевного материала или создают условия для размножения дрожжей. Второй путь более рационален.

Скорость размножения дрожжей в сусле ограничена содержанием свободных аминокислот. Амилолитические ферментные препараты имеют низкую сопутствующую эндопептидазную активность, и в процессе осахаривания белок сырья расщепляется слабо. Для повышения степени гидролиза белка в пшеничное сусло на стадии осахаривания вводили препарат протооризин, выделенный из культуры гриба A. oryzae. Препарат не обладал амилолитической и цитолитической активностью. Протеолитический комплекс включал сериновую, карбоксильную и металлопротеазу, лейцинаминопептидазу и карбоксипептидазу. Добавление протеолитического препарата приводило к увеличению накопления биомассы дрожжей в 2 раза, продолжительность главного брожения сократилось с 32...36 до 18...20 ч, дображивания - с 36...42 до 20...24 ч. Интенсивное сбраживание Сахаров сопровождалось повышением степени гидролиза крахмала глюкоамилазой. Наличие в среде свободных аминокислот, их прямое включение в клетки дрожжей привело к снижению затрат глюкозы на энергетический и конструктивный метаболизм. Более экономичное использование глюкозы дало увеличение выхода спирта на 2,8%. Парал­лельно снизилось количество побочных продуктов брожения на 19%, а в пересчете на клетку - в 2,4 раза. При дозировке глюкоамилазы 6 ед/г крахмала и протеазы 1 ед/г крахмала (или 5 ед/г белка) брожение заканчивалось за 42..,46 ч, при повышении дозировок соответственно до 15 и 1,6 ед/г крахмала продолжительность брожения сокращалась до 28 ч.

Дрожжи, выращенные на среде с богатым азотистым питанием, имеют повышенную осмофильность и толерантность к продуктам брожения, что позволяет сбраживать за 72 ч сусло с содержанием сухих веществ 22% вместо обычных 16%, получая соответствующие техноло­гические показатели.

В крахмалосодержащем сырье часть крахмала экранирована струк­турными элементами клеточных стенок запасающей части и покровными тканями. Гидролиз структурных полимеров цитолитическими ферментами повышает доступность крахмала действию амилолитических ферментов. Кроме того, при гидролизе целлюлозы, ксилоглюкана, 1,3-1,4-β-глюкана образуется глюкоза. Суммарный резерв сбраживаемых сахаров, образу­ющихся при обработке зернового сырья цитолитическими ферментами, дает увеличение выхода спирта из единицы сырья на 10...12%. В качестве препаратов цитолитических ферментов обычно используют культураль-ную жидкость грибов рода Trichoderma, которую вносят в затор на стадии осахаривания.

Классическая энергоемкая схема спиртового брожения, основанная на разваривании крахмалистого сырья при высокой температуре, со временем может быть заменена низкотемпературной технологией. Это возможно при использовании ферментов, гидролизующих сырой (неклейстеризованный) крахмал. Такие ферменты найдены (см. раздел 1.2.2). Глубокий гидролиз сырого крахмала происходит при одновремен­ном действии микробной а-амилазы и глюкоамилазы.

Другой путь снижения энергозатрат на осахаривание сырья - зто использование электрохимически активированной воды (ЭХА-воды) на стадии водно-тепловой обработки. Это позволяет производить холодное затирание при температуре 90°. Молотое зерно с диаметром частиц 0,5…1 мм суспендирует в ЭХА-воде с рН 1,7 и ОВП 1100 мВ, при гидромодуле 1:4, и нагревают до 90° со скоростью 1,5° в минуту. Гидролиз глюко-амилазой проводят по охлаждении затора до 56°, при рН 4 и дозировке фермента 6 ед/г крахмала. При холодном затирании в ЭХА-воде не используется а-амилаза, снижается степень расщепления крахмала и потери сбраживаемых Сахаров и аминокислот за счет аминосахарной | реакции. Ограничение степени расщепления крахмала способствует его более глубокому гидролизу на стадии осахаривания глюкоамилазой. Уровень содержания сухих веществ и редуцирующих Сахаров в сусле повышается на 13% по сравнению с контрольным вариантом (запаривание - разжижение амилазой - разваривание). Сусло сбраживается за 60 ч (в контроле за 72 ч), а качественные показатели зрелой бражки свидетель­ствуют о преимуществах нового способа (табл. 4.1). Выход этанола увеличивается на 4,8% и достигает 66,35 мл на 100 г крахмала сырья. Дополнительное увеличение выхода спирта можно получить при обработ­ке затора цитолитическим препаратом ксилакомом в концентрации 0,5% к массе сырья. Препарат вносят на стадии осахаривания.

В производстве используют воду из городского водопровода или воду из артезианских скважин, ее фильтруют, умягчают, удаляют соли железа и обеззараживают. Такую обработку промышленной воды называют кондиционированием. Кондициони­рование воды способствует улучшению ее вкуса и обесцвечиванию.

В безалкогольные напитки диоксид углерода вводят искусствен­но, он легко образует в воде насыщенные растворы. Растворимость газа СО₂ зависит от темпе­ратуры и давления и ее можно определить по гра­фику

С повышением давления или понижением температу­ры растворимость диоксида углерода увеличивается. Наиболее благоприятными и практически достижимыми для насыщения воды диок­сидом углерода можно при­нять температуру 1-2°С и давление 0,30-0,35 МПа. Температура воды не долж­на превышать 4°С.

На растворимость СО₂ значительно влияют состав и концентрация растворенных в воде минеральных солей, веществ коллоидной дисперснос­ти, воздуха. Минеральные соли, вступая в реакцию с диоксидом углерода, связывают его, а вещества коллоидной дисперсности снижают активность насыщения напитков СО₂. Лучше всего гази­руется умягченная вода,

Присутствие в напитках воздуха, как и любого другого газа, сни­жает растворимость СО₂, поэтому их перед сатурацией для более полного насыщения деаэрируют (удаляют воздух) в специальном аппарате - деаэраторе. Деаэрацию воды проводят при остаточном давлении в аппарате 37,5-40 кПа и температуре 4-7°С.

Продолжительность процесса сатурации влияет на глубину насы­щения воды: при медленном увеличении рабочего давления в колон­ке степень насыщения воды или напитка диоксидом углерода увели­чивается, а при быстром повышении давления происходит пересы­щение раствора и избыток СО₂ улетучивается. Длительное газирование воды целесообразно только до определенного предела, не более 1 ч.

В среднем содержание диоксида углерода в газированных напитках не превышает 0,4%, следовательно, потери его достигают 70—80%. С целью экономии диоксида углерода стараются избегать лишних пере­качек газированных жидкостей по протяженным коммуникациям, повышенных давлении и скорости потока. Путь воды от холодильника до сатуратора должен быть по возможности коротким, а трубопрово­ды и сборники для охлажденной воды покрыты теплоизоляцией.

Диоксид углерода — бесцветный газ, в 1,5 раза тяжелее воздуха. 1 дм³ в нормальных условиях весит 1,98 г. При растворении диоксида углерода в воде образуется угольная кислота (СО₂ + Н₂О = Н₂СО₃). При этом только не больше 1% растворенного СО₂ превращается в угольную кислоту.

Диоксид углерода доставляют на завод безалкогольных напитков в баллонах или цистернах (под давлением), снабженных редукцион­ным вентилем и манометром.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: