Области применения амилаз

Хлебопечение. Прибавление в опару или тесто 0,002-0,003% препарата амилазы, т.е. 20-30 г сухого препарата на 1 т муки, совершенно изменяет качество хлеба: резко улучшается его вкус, аромат, окраска корки, увеличивается удельный объем, пористость, содержание сахара, улучшается вся структура хлеба, а также режим тестоведения и ход производства в целом. Происходит это потому, что фермент, расщепив в определенной степени крахмал, увеличивает содержание сахара в муке. Брожение, газообразование и другие процессы проходят интенсивнее и качество хлеба становится намного лучшим. С помощью амилазы в настоящее время за рубежом улучшают хлебопекарные (диастатические) свойства пшеничной и ржаной муки.

Наиболее удобной для этой цели оказалась амилаза плесневых грибов. Она значительно превосходит амилазу, полученную из растительного сырья или бактерий.

До последнего времени для улучшения качества пшеничного хлеба применяли ферменты ячменного солода, а для улучшения аромата и вкуса заварного ржаного хлеба (типа «Московский» или «Бородинский») – ферменты так называемого красного ржаного солода. Производство последнего очень длительно (10-12 суток) и связано с потерей 20-25% сухого вещества зерна. Оказалось возможным вместо красного солода использовать амилазу грибов. При этом было сохранено высококондиционное зерно, резко ускорен процесс приготовления заварки и улучшено качество заварных сортов хлеба.

Многие ферментные препараты микробного происхождения являются комплексными и наряду с амилазами содержат значительные количества протеаз. Наличие последних часто бывает опасным, так как они могут частично расщеплять клейковину муки, что отрицательно сказывается на формоустойчивости хлеба, особенно если клейковина была слабой. В связи с этим более целесообразен выпуск препаратов, содержащих только амилазы с тем, чтобы количество протеаз, если их введение необходимо, точно дозировалось путем добавления специального препарата.

Кондитерская промышленность. Здесь амилазы могут быть использованы для таких же целей, как и в хлебопечении. При производстве изделий из теста (муки) они улучшают пористость и аромат изделий, увеличивают содержание сахара в них, улучшают режим тестоведения и имеют ряд других технологических преимуществ.

Спиртовая промышленность. Здесь применение амилолитических ферментов имеет особенно большое значение. Ранее источником их обычно служил растительный материал (солод), но в последнее время доказано, что осахаривающая амилаза грибов наиболее эффективна, в частности, по сравнению с бактериальной. Ферменты из плесневых грибов действуют весьма быстро при относитеольно низких температурах и дают хорошую сахарификацию. В процессах осахаривания крахмалистого сырья они являются полноценным заменителем зернового солода, превращая в течение 30-40 мин крахмал в низкомолекулярные сбраживаемые сахара. Последующий процесс бродения протекает нормально.

Применение при производстве спирта грибной амилазы вместо солода позволяет:

a) высвободить десятки тысяч тонн высококачественного зерна;

b) повысить выход спирта;

c) резко сократить во времени процесс получения ферментного препарата. Как известно, для получения активного зернового солода необходимо 7-8 суток, для выращивания же культуры гриба и получения из нее препарата фермента – несколько десятков часов;

d) уменьшить количество производственных площадей,, а также расход весьма тяжелого труда и всех видов энергии.

Пивоварение. Здесь амилазы используются при замене зернового солода. Уменьшение затрат зерна на единицу готового продукта при сохранении его качества и состава, представляет одну из основных проблем в пивоварении. Известно, что при выращивании солода потери сухих веществ ячменя в процессах дыхания и формирования очень велики и достигают 10%. Таким образом, если в производстве пива уменьшить количество солода, то тем самым можно снизить потери ценных веществ зерна. На многих заводах заменяют 30-50% солода несоложенным сырьем, т.е. ячменем 2-го и 3-го сортов, кукурузой в виде обезжиренной муки крупного помола, низкобелковой пшеницей с содержанием клейковины не более 15-18% или просом. Вместо 50% замененного солода в смесь вводят около 1% активного амилолитического препарата и молочную кислоту для создания требуемого рН. Если повысить количество ферментного препарата до 4-5%, то можно вообще обойтись без солода и из несоложенного сырья получить сусло, которое практически не будет отличаться от сусла из солода. Из этого материала можно получать пиво, которое почти неотличимо от обычного. Если затор (смесь солода с водой) в процессе такого способа производства подвергнуть ГТО определенного режима, то он приобретает вкус и аромат солода.

В ряде стран (Дания, Германия, Япония, США) для осахаривания сырья при использовании несоложенных материалов применяют амилолитические препараты бактериального происхождения. Замену солода производят на 20-30%, но иногда и больше до 80-90%. Расчеты, проведенные в нашей стране, показывают, что если пивоваренную промышленность перевести на описанную выше технологию, то при этом можно будет сберечь 25-30 тысяч тонн ценного зернового сырья.

Крахмало-паточная промышленность. Применение здесь амилаз разнообразно и широко. Прежде всего, при их помощи может быть получена растворимая форма крахмала, отличающаяся орт нерастворимой тем, что при неинтенсивном действии фермента в частицах разрывается лишь некоторая часть связей и крахмал приобретает новые свойства. Далее при помощи бактериальных и растительных амилаз хорошо удается получить патоку, в частности из кукурузной и маисовой муки. При помощи ферментов, кроме мальтозной и глюкозной паток, можно получать чистую глюкозу.

В процессе производства различных видов паток и глюкозы, а также разнообразных сладких сиропов, ферментативные реакции вытесняют кислотный гидролиз крахмала и декстринов. В сущности кислотный гидролиз представляет собой хаотическое, трудно управляемое воздействие, тогда как фермент расщепляет молекулы крахмала по характерному узору, разрывая строго определенные связи. Очень часто амилазами обрабатывают крахмал, частично уже гидролизованный кислотой, и его дальнейший распад идет уже по заданному плану, с использованием специфичности различных карбогидраз.

При кислотном гидролизе соотношение количеств декстрозы, мальтозы, высших олигосахаридов и декстринов получается примерно одинаковым, что дает некоторый определенный декстрозный эквивалент (Д.Э.). Патока, образованная с помощью амилазы солода (гидролизат крахмала), будет иметь другой состав. Применяя в отдельности или в сочетании растительную и грибковую амилазы, содержащие альфа и бета амилазы, а также амилоглюкозидазы и мальтазы, можно получать практически неограниченное количество различных продуктов гидролиза (гидролизатов) крахмала и, следовательно, патоки с любыми желательными свойствами.

Различные виды паток используют главным образом в кондитерском производстве, где они предупреждают кристаллизацию сахарозы и лактозы, улучшают консистенцию изделий и увеличивают сроки их хранения. Патоки применяют при выработке мороженого, консервированных фруктов и варенья, безалкогольных напитков, столовых сиропов и т.д.

Выпускают патоки различных типов: декстрино-мальтозную, мальтозную (продукт более глубокого гидролиза крахмала), а также мальтозные продукты, сиропы и т.д. В зависимости от назначения патоку подразделяют на карамельную, карамельную низкоосахаренную и глюкозную высокоосахаренную. Источниками для их получения служат картофельный, кукурузный или иной зерновой крахмал, различные виды муки, измельченная кукуруза, ячмень.

При производстве различных изделий из крупяных продуктов амилазы, получаемые из бактерий, грибов или растений, применяют: а) для выработки декстрина и смесей сахаров; б) для предварительной обработки (частичного расщепления крахмала) во всех тех случаях, когда из сырья вырабатывают пищевой продукт в виде хлопьев или зерен. Второй процесс очень удобен при выработке также и крупяных концентратов. Готовые продукты после гидролиза приобретают лучшие вкусовые качества, обогащаются растворимыми сахарами, компоненты их лучше перевариваются и усваиваются.

В производстве овощепродуктов, в частности пюре, супов, различных форм сушеных овощей, крахмал модифицируют таким же образом. Процесс дает ряд технологических преимуществ: для супов и пюре – необходимое разжижение, при сохранении сухого вещества в продуктах; для сушеных овощей – некоторое ускорение процесса высушивания. Во всех случаях более полно используется сырье. Быстрая «развариваемость» крупяных и овощных концентратов также является ценным преимуществом при их использовании.

Детская пища. В настоящее время в некоторых странах налажен выпуск новых пищевых продуктов, предварительно обработанных ферментами. Так, при изготовлении детской пищи крахмал или белки, или и то и другое вместе, частично гидролизуют действием амилолитических или протеолитических ферментов. Это значительно облегчает переваривание и усвоение указанных ценных веществ в организме ребенка и, кроме того, улучшает вкусовые свойства пищи.

Изделия из фруктов. В производстве различной продукции из фруктов – соков, экстрактов, некоторых сортов варенья, фруктовых пюре – применяют грибные амилазы для полного расщепления крахмала в них. Остатки крахмала могут приводить к постепенному загустению продуктов, некоторому помутнению соков, экстрактов, ухудшению их товарного вида.

Отходы кондитерской промышленности часто содержат значительные количества крахмала, в особенности это относится к отходам производства конфет. С помощью бактериальных и грибных амилаз возможно выделить из них сахара и использовать их.

Можно также расщепить мешающие остатки крахмала в ликерных, шоколадных и иных сиропах, получить прозрачный, свободный от крахмала пектин и вырабатывать некоторые ароматизирующие (вкусовы) экстракты, в которых крахмал должен быть гидролизован.

Так, в Японии для приготовления концентрированных вкусовых приправ толченый рис смешивают с мелконарезанной соломой, варят на пару, затем при помощи ферментов расщепляют крахмал и белки, получая бражку. Такой продукт спиртового брожения смешивают с ранее приготовленным жидким экстрактом рыбной муки (или отходов рыбного производства) и сброженной соей и получают концентрированную приправу.