التحلل المائي الأنزيمي للنشا. تحولات الكربوهيدرات في إنتاج الغذاء

25.09.2019

الانزيمات الحيوانية(الببسين، التربسين، وما إلى ذلك) يتم الحصول عليها بشكل رئيسي من الأعضاء التي تحدث فيها عمليات كيميائية حيوية مكثفة (من الغشاء المخاطي للمعدة والكبد والكلى والطحال، وما إلى ذلك).

مصدر الانزيمات النباتيةقد تنبت الحبوب (الشعير) من الحبوب المختلفة. في البلدان الاستوائية وشبه الاستوائية، لإنتاج الإنزيمات الصناعية، يتم استخدام لاتكس شجرة البطيخ (إنزيم غراء)، والأناناس (بروميلين)، والتين (فيسين)، والفجل (بيروكسيديز) كمواد خام.

يتم استخدام الإنزيمات ذات الأصول المختلفة إما بشكل مباشر كمستحضرات إنزيمية تقنية أو بمثابة مادة أولية لإنتاج المستحضرات النقية.

نظرًا لاحتياجات الصناعة المتزايدة باستمرار لمستحضرات الإنزيم، فإن المصادر النباتية والحيوانية لإنتاجها لا تناسب الشركات المصنعة لعدد من الأسباب.

ولا يمكن الحصول على أعضاء الحيوانات إلا من مصانع تجهيز اللحوم، مما يطرح مشكلة تعليبها وتخزينها. يستغرق الأمر الكثير من الوقت والمال لتربية الحيوانات بأنفسهم.

يمكن القضاء على العديد من العيوب المذكورة أعلاه باستخدام إنزيمات الكائنات الحية الدقيقة(بكتيريا، قوالب، خميرة). مزايا هذا المصدر: الكائنات الحية الدقيقة تنمو بسرعة على الوسائط المغذية الرخيصة؛ محتوى الإنزيم لكل وحدة من بروتين الكتلة الحيوية أعلى بكثير؛ من خلال التغيرات الجينية، يمكنك زيادة إنتاج الإنزيم المطلوب؛ عزل الإنزيمات ذات الخصائص المحسنة __ مقاومة درجات الحرارة والأحماض والقلويات. تشبه الإنزيمات الميكروبية الإنزيمات الموجودة في النباتات والحيوانات، ولكن هناك أنواعًا لا توجد في النباتات ولا الحيوانات.

في إنتاج التخمير، يتم استخدام الإنزيمات النباتية (على شكل الشعير) والأصل الميكروبي.

أسئلة التحكم

1 تعريف الانزيم

2 أعطِ السمات المميزة الرئيسية للإنزيمات كمحفزات.

3 إعطاء تصنيف الانزيمات.

4 اشرح ما هي الركيزة، المنشط، المانع، الموقع النشط، الحديدون، المجموعة الاصطناعية.

5 وصف تأثير درجة الحرارة، ودرجة الحموضة، وتركيز الإنزيمات والركيزة، ووجود المنشطات والمثبطات على معدل التفاعل الأنزيمي.

6 اذكر مصادر الإنزيمات. أعطهم وصفا.

2.7 الإنزيمات المائية

1 التحلل المائي للنشا.

2 التحلل المائي للبروتين.

3 التحلل المائي للسكريات غير النشوية.

4 مستحضرات الإنزيم: الخصائص والتسميات.

5 الانزيمات المجمدة

1 التحلل المائي للنشا

تنتمي معظم الإنزيمات ذات الأهمية الصناعية إلى فئة الهيدرولازات، التي تصل الحاجة إليها إلى عشرات الآلاف من الأطنان. في تكنولوجيا إنتاج التخمير، تلعب الهيدرولاز دورا كبيرا، لأنها مسؤولة عن إعداد المواد الخام للتخمير.

تشتمل الهيدروليزات على إنزيمات محللة للأميلوليت، ومتحللة للبروتين، ومتحللة للخلايا، ومتحللة للدهون، ومتحللة للبكتيريا، وغيرها من الإنزيمات.

يتم إجراء التحلل المائي للنشا بواسطة إنزيمات الأميلوليك.

نشاء- عديد السكاريد، والذي يتكون بدوره من اثنين من السكريات، والتي تختلف في درجة البلمرة ونوع البنية - الأميلوز (المحتوى التقريبي 20-30٪) والأميلوبكتين (%). الوحدة الهيكلية للنشا، وبالتالي الأميلوز والأميلوبكتين، هي الجلوكوز، الذي ترتبط بقاياه بروابط α-1,4 وα-1,6-glucosidic.

أميلوزله بنية خطية، رابطة بين بقايا الجلوكوز α-1,4 (بين ذرات الكربون الأولى والرابعة). قابل للذوبان في الماء الساخن دون تورم. يشكل محاليل ذات لزوجة منخفضة. الوزن الجزيئي من 60 إلى 600. مع اليود يعطي اللون الأزرق.

أوو-و-و-و-و-و-و-و-و-و-و-و-و-

الشكل 16 - هيكل الأميلوز

أميلوبكتينهي سلسلة متفرعة تتكون من عدد كبير من بقايا الجلوكوز (حوالي 2500). وتتكون السلسلة الرئيسية من 25-30 بقايا، والسلاسل الجانبية تتكون من 15-18. في الأميلوبكتين، ترتبط بقايا الجلوكوز في المناطق الخطية برابطة α-1,4، وفي المواقع المتفرعة توجد رابطة α-1,6. لا يذوب في الماء. عند تسخينه، فإنه يشكل عجينة. مع اليود يعطي اللون البنفسجي.

يتم إجراء التحلل المائي للنشا ومنتجات التحلل المائي الجزئي، وكذلك الجليكوجين، بواسطة الأميليز (α-amylase، β-amylase، glucoamylase وغيرها من الإنزيمات المحللة للأميلوز).

ألفا الأميليز(ديكسترينوجيناميلاز) - ينتمي حسب آلية عمله إلى الإنزيمات الداخلية، أي أنه يعمل على جزيء الركيزة من الداخل بشكل عشوائي، مما يؤدي إلى انخفاض سريع في لزوجة محلول النشا. يتحلل روابط α-1,4 في السكريات التي تحتوي على ثلاثة أو أكثر من بقايا الجلوكوز D.

أميلوز، تحت تأثير ألفا أميليز، يتحلل أولاً إلى ديكسترينات متوسطة الحجم، والتي يتم تقسيمها بعد ذلك إلى ديكسترينات منخفضة الوزن الجزيئي ومالتوز. مع عمل الإنزيم لفترة طويلة، يتحول الأميلوز بالكامل تقريبًا إلى مالتوز وكمية صغيرة من الجلوكوز.

يؤدي عمل α-amylase على الأميلوبكتين إلى تكوين المالتوز والدكسترينات ذات الوزن الجزيئي المنخفض.

المخطط العامالتحلل المائي للنشا بواسطة ألفا الأميليز:

ألفا الأميليز

النشا الدكسترينات ذات الوزن الجزيئي المنخفض

(كثير) + مالتوز (قليل) + جلوكوز (قليل جدًا)

الظروف المثلى للإنزيم: الرقم الهيدروجيني 5.7، درجة الحرارة 70 درجة مئوية.

بيتا الأميليز(sugarogenamylase) __ الإنزيم الخارجي، يحفز التحلل المائي لروابط α-1,4 في السكريات، ويقطع مخلفات المالتوز بالتتابع من نهاية السلاسل غير المختزلة (حيث لا توجد مجموعة ألدهيد حرة). بيتا أميليز يكسر الأميلوز بالكامل (إذا كان عدد جزيئات الجلوكوز فيه زوجيًا) إلى مالتوز، وإذا كان فرديًا، فإن المالتوتريوز يتشكل مع المالتوز.

في الأميلوبكتين، يعمل بيتا أميليز فقط على الأطراف الحرة غير المختزلة لسلاسل الجلوكوز لتكوين المالتوز والدكسترينات عالية الجزيئات. يتوقف تأثيره عند الاقتراب من فرع (حيث يوجد رابط α-1,6) على مسافة جزيء جلوكوز واحد. يتم تحلل الدكسترينات الناتجة بشكل أكبر بواسطة α-amylase إلى الدكسترينات ذات الوزن الجزيئي المنخفض.

المخطط العام للتحلل المائي للنشا تحت تأثير الأميليز β:

بيتا الأميليز

النشا الدكسترين عالي الوزن الجزيئي (كثير) + مالتوز (كثير) + مالتوتريوز (قليل)

الظروف المثلى لعمل بيتا الأميليز: درجة الحموضة 4.7، درجة الحرارة 63 درجة مئوية.

وبالتالي، مع التأثير المشترك لـ α- و β-amylases على النشا، يتم تحويل 80٪ فقط منه إلى سكريات متخمرة (المالتوز، الجلوكوز، المالتوتريوز) و 20٪ __ إلى دكسترين مع 5-8 بقايا جلوكوز.

الحد من الدكستريناز __ الإنزيم الداخلي، يتحلل عشوائيًا الرابطة α-1,6-الجلوكوزيدية في النشا والجليكوجين والدكسترين. غالبا ما يتم تشكيل مالتوتريوز. معاملات العمل المثالية: درجة الحموضة 6.5، درجة الحرارة 50 درجة مئوية.

جلوكواميلاز __ الإنزيم الخارجي، يتحلل روابط α-1,4 وα-1,6 في السكريات، ويزيل تسلسليًا بقايا جلوكوز واحدة من الأطراف غير المختزلة للسلاسل. يتم تدمير روابط α-1,4 في النشا بشكل أسرع من α-1,6. الظروف المثالية: درجة الحموضة 4.5-4.6، درجة الحرارة 55-60 درجة مئوية.

في صناعات التخمير المختلفة، يخضع التحلل المائي للنشا إلى متطلبات مختلفة. في إنتاج الكحول، من الضروري تحلل النشا بعمق قدر الإمكان للحصول على المزيد من السكريات القابلة للتخمير، وبالتالي إنتاج أعلى من الكحول.

في إنتاج البيرة، لا يتم إجراء التحلل المائي الكامل للنشا، لأنه بالإضافة إلى السكريات المتخمرة (الضرورية لتكوين كمية معينة من الكحول)، يجب أن يحتوي الوسط على ديكسترينات ذات وزن جزيئي منخفض، مما يضفي اكتمال الطعم واللزوجة على البيرة .

اعتمادًا على مصدر الإنزيم، يمكن أن تختلف خصائص الأميليز والإنزيمات الأخرى بشكل كبير ليس فقط في آلية العمل ومنتجات التفاعل النهائي، ولكن أيضًا في الظروف المثالية لتحقيق أقصى قدر من النشاط. تم إعطاء معلمات العمل الأمثل لـ α- و β-amylases من الشعير أعلاه.

تختلف الأميليز البكتيرية عن أميليز الشعير في كونها أكثر استقرارًا حرارياً. معلمات العمل المثالية: درجة الحرارة 80-85 درجة مئوية (أحيانًا تصل إلى 90-95 درجة مئوية)، ودرجة الحموضة 5.5-5.8.

الأميليز الفطرية (بما في ذلك الجلوكوأميلاز على وجه الخصوص) أكثر مقاومة للتفاعلات البيئية: درجات الحرارة المثلى هي 50-60 درجة مئوية، ودرجة الحموضة 4.2-4.7.

وبالتالي، فإن الأميليز البكتيرية أكثر ثباتًا للحرارة، وتعمل الأميليز الفطرية في بيئة أكثر حمضية مقارنة بإنزيمات الشعير.

2 التحلل المائي للبروتين

يحدث التحلل المائي الأنزيمي للبروتينات تحت تأثير الإنزيمات المحللة للبروتين. يتم تصنيفها إلى الببتيدات الداخلية والخارجية. لا تتمتع الإنزيمات بخصوصية صارمة للركيزة وتعمل على جميع البروتينات المحلية المشوهة والعديد من البروتينات الأصلية، حيث تشق روابط الببتيد فيها - CO-NH-.

الإندوببتيداز (البروتينات)– تحلل البروتين مباشرة عن طريق الروابط الببتيدية الداخلية. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل كمية كبيرة من الببتيدات وعدد قليل من الأحماض الأمينية الحرة. اعتمادًا على الرقم الهيدروجيني الأمثل، يتم تقسيمها إلى حمضية ومحايدة وقلوية. الظروف المثالية لعمل البروتينات الحمضية: درجة الحموضة 4.5-5.0، درجة الحرارة 45-50 درجة مئوية (حتى 60 درجة مئوية).

إكسوبيبتيداز (الببتيداز) يعمل بشكل رئيسي على الببتيدات والببتيدات عن طريق كسر الرابطة الببتيدية من النهاية. المنتجات الرئيسية للتحلل المائي هي __ الأحماض الأمينية. هذه المجموعةتنقسم الإنزيمات إلى أمينو، كربوكسي، وديبيبتيداز.

أمينوببتيدازتحفيز التحلل المائي للرابطة الببتيدية الأولى الموجودة في الطرف N.

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

الكربوكسيببتيدازإجراء التحلل المائي للرابطة الببتيدية الأولى الموجودة بجوار مجموعة الكربوكسيل الحرة.

CO - NH - C - H

ر

ثنائي الببتيداتتحفيز الانقسام المائي للديببتيدات إلى أحماض أمينية حرة. يلتصق ثنائي الببتيداز فقط بالروابط الببتيدية المتاخمة التي توجد بها مجموعات كربوكسيل وأمين حرة في نفس الوقت.

ديبيبتيداز

NH2CH2CONHCH2COOH + H2O 2CH2NH2COOH

جليكاين جليكاين جليكوكول

ظروف التشغيل المثالية: الرقم الهيدروجيني 7-8، درجة الحرارة 40-50 درجة مئوية. الاستثناء هو الكربوكسيببتيداز، الذي يظهر أقصى نشاط عند درجة حرارة 50 درجة مئوية ودرجة الحموضة 5.2.

يؤثر التحلل المائي غير الكافي للمواد النيتروجينية عالية الجزيئية سلبًا على الثبات الغروي للمشروبات؛ ومنتجات التحلل المائي للبروتين (الأحماض الأمينية) ضرورية لتغذية الخميرة؛ وتشكل الببتيدات __ امتلاء طعم البيرة واستقرار الرغوة وتكوين الرغوة.

3 التحلل المائي للسكريات غير النشوية

ل السكريات غير النشويةتشمل مواد السليلوز والهيميسيلولوز والبكتين واللثة.

السليلوز __ عديد السكاريد عالي الوزن الجزيئي. وهي عبارة عن سلسلة طويلة غير متفرعة من بقايا الجلوكوز المرتبطة بروابط β-1,4. غير قابل للذوبان في الماء. متضمن في جدران الخلاياالنباتات.

يتم إجراء التحلل المائي الأنزيمي للسليلوز السليوليز (endo- و exoglucanases). منتجات التحلل المائي __ الجلوكوز والسيلوبيوز. ومع ذلك، يعتبر السليلوز ركيزة صعبة لعمل الإنزيم، لأنه غير قابل للذوبان في الماء ويحتوي على عدد كبير من الشوائب. حاليًا، في الصناعة، لا يمكن إجراء التحلل المائي الكامل للسليلوز إلا باستخدام الأحماض المركزة في ظل ظروف قاسية جدًا ( درجة حرارة عاليةوالضغط). في هذه الحالة، يتم تشكيل D- الجلوكوز فقط، بالإضافة إلى ذلك، رقم المنتجات الضارةالتي تحتاج إلى التحرر منها.

الهيمسيلولوز تنتمي أيضًا إلى مجموعة السكريات. وهي غير قابلة للذوبان في الماء، ولكنها قابلة للذوبان في القلويات وتتحلل بسهولة بواسطة الأحماض أكثر من السليلوز. وتنقسم الهيميسيلولوز إلى مجموعتين: الهكسوسان والبنتوزان، وتتكون من بقايا السكريات الأحادية المختلفة ومشتقاتها.

الهكسوسان __ مركبات ذات وزن جزيئي مرتفع. يمكن أن تكون خطية أو متفرعة. الممثل الرئيسي هو β-glucan، حيث ترتبط بقايا الجلوكوز بروابط β-1,3 وβ-1,4-glucosidic.

البنتوسانلها بنية متفرعة، وتتكون من بقايا البنتوز (السكريات مع خمس ذرات الكربون) __ الزيلوز، أرابينوز، وأيضا كمية صغيرة من حمض الجالاكتورونيك. النوع الرئيسي من الروابط هو __ β-1.4، عند نقاط التفرع __ β-1.3. ممثلو البنتوسان هم الزيلان والعرب والأرابينوكسيلان.

المواد الصمغيةقريبة في تكوينها من الهيمسيلولوز. هذه هي منتجات التحلل المائي غير الكامل أو تخليق الهيمسيلولوز. وهي تتكون من بقايا الجلوكوز والجلاكتوز والزيلوز والأرابينوز وحمض البولينيك. قابل للذوبان في الماء الساخن، وينتج محاليل ذات لزوجة عالية.

يحدث التحلل المائي لجميع المركبات المذكورة أعلاه تحت تأثير ثلاث مجموعات من الإنزيمات المحللة للخلايا: β-glucanases (على سبيل المثال، endo-β-1,3-glucanase؛ exo-β-1,4-glucanase)، β-xylanases و β-glucosidases (الإنزيم الخارجي، يتحلل من النهاية غير المختزلة β-1,4-bond، مع تكوين الجلوكوز).

نتيجة للتحلل المائي للسكريات غير النشوية، يتم تشكيل الجلوكوز، أرابينوز، الزيلوز، الأحماض البولينية، والدكسترين. الظروف المثلى لعمل الإنزيمات المحللة للخلايا: درجة الحموضة 4.5-5.0، درجة الحرارة درجة مئوية.

يحدث التحلل المائي للسكريات غير النشوية بشكل مكثف بشكل خاص أثناء عملية التخمير، مما يؤدي إلى تحلل السويداء (التحلل الخلوي). في عملية التخمير، يؤدي التحلل المائي غير الكافي لهذه المواد إلى تعقيد عملية تصفية نقيع الشعير والبيرة ويؤثر سلبًا على إزالة التعكر واستقرار المشروب الغروي.

المواد البكتيرية __ مركبات ذات وزن جزيئي مرتفع، عديدات السكاريد تتكون من بقايا حمض الجالاكتورونيك أو حمض الغلوكورونيك المرتبطة بروابط α-1,4. في هذه الحالة، يتم تشكيل سلسلة من حمض polygalacturonic.

وقد تحتوي هذه السلسلة على فروع على شكل بقايا كحول الميثيل CH3O-، كما يمكن استبدال بعض ذرات الهيدروجين من مجموعات الكربوكسيل بكاتيونات فلزية. يمكن ربط بقايا السكر بهذه السلسلة: الجالاكتوز، أرابينوز، رامنوز على شكل سلسلة من السكاريد. يشكل مركب السكاريد الجزء المحايد من مواد البكتين، وتشكل السلسلة المتعددة الجلاكتورونيك مع مجموعات الميثوكسيل الجزء الحمضي.

تشمل المواد البكتيرية البروتوبكتين والبكتين والأحماض البكتيرية.

بروتوبكتين،أو البكتين غير القابل للذوبان __ غير القابل للذوبان في الماء، وله تركيب كيميائي معقد، ولم يتم دراسته جيدًا. ربما يكون هذا مزيجًا من البكتين مع مواد أخرى: السليلوز والهيمسيلولوز والبروتينات.

البكتين، أو البكتين __ أحماض polygalacturonic القابلة للذوبان، والتي يتم دمج مجموعات الكربوكسيل منها بدرجات متفاوتة مع بقايا كحول الميثيل، أي الأسترة. الوزن الجزيئي من 01/01/0100. يذوب في الماء الساخن. في وجود السكر والأحماض يشكل الهلام.

الأحماض البكتيكية– أحماض polygalacturonic ذات الوزن الجزيئي العالي والتي لا تحتوي على مجموعات أسترة. أنها تذوب بشكل سيء في الماء ولا تشكل الهلام. يمكن للأحماض البكتيكية أن تشكل أملاحًا مع أيونات معدنية متعددة التكافؤ، مما يؤدي إلى تكوين مركبات غير قابلة للذوبان تترسب.

تقلل مواد البكتين من إنتاجية العصائر من المواد الخام للفاكهة والتوت، وتعقد عملية تنقيةها، وتقلل من مقاومة النبيذ والمشروبات الكحولية للعتامة الغروية.

يحدث التحلل المائي لمواد البكتين تحت التأثير حال للصدر الانزيمات : البروتوبكتيناز، البكتينستراز، البوليجالاكتوروناز.

البروتوبكتينازيشق البروتوبكتين الروابط بين حمض البوليجالاكتورونيك الميثوكسيلاتي والعربان والجلاكتان المرتبطين به. والنتيجة هي حمض polygalacturonic الميثوكسيلاتي، وهو البكتين القابل للذوبان.

عربان ميثوكسيلاتيد جالاكتان

حمض بولي جالاكتورونيك

الشكل 20 - عمل البروتوبكتيناز

البكتينستيراز(بكتاز) ينتمي إلى مجموعة الاستيريز ويحلل روابط استر البكتين القابلة للذوبان، ويزيل مجموعات الميثوكسيل من حمض البوليجالاكتورونيك الميثوكسيلاتي. هذا يصنع كحول الميثيل(CH3OH) وحمض polygalacturonic.

بوليجالاكتوروناز(البكتيناز) يعمل على البكتين القابل للذوبان، مما يحفز انقسام روابط α-1,4-glucosidic بين بقايا حمض الجالاكتورونيك التي لا تحتوي على مجموعات ميثوكسي. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل أحماض الجالاكتورونيك والبوليورونيك.

وفقا لآلية العمل، يتم التمييز بين endopolygalacturonases وexopolygalacturonases. يعمل Endopolygalacturonase "بشكل عشوائي"، ويكسر السلسلة داخل جزيء الركيزة، ويؤدي إلى انخفاض حاد في لزوجة المحاليل.

يعمل Exopolygalacturonase من نهاية السلسلة لفصل حمض الجالاكتورونيك. تحت تأثير هذا الإنزيم، تنخفض اللزوجة قليلا.

الظروف المثلى لعمل الإنزيمات المحللة للبكتيريا. درجة الحموضة 3.7-4.0، درجة الحرارة 40-50 درجة مئوية.

4 مستحضرات الإنزيم: الخصائص والتسميات

تستخدم مستحضرات الإنزيم على نطاق واسع في الصناعات المختلفةصناعة. وهي تختلف عن الإنزيمات النقية في أنها تحتوي على واحد أو أكثر من الإنزيمات مع غلبة إنزيم واحد، بالإضافة إلى مواد صابورة للبيئة التي نمت فيها الكائنات الحية الدقيقة التي تنتج الإنزيمات.

للإنتاج الصناعي لمستحضرات الإنزيم والكائنات الحية الدقيقة المعزولة منها مصادر طبيعيةوالسلالات المطفرة (التي يتم الحصول عليها عن طريق التعرض للعوامل الكيميائية والفيزيائية). المنتجون النشطون للإنزيمات هم الفطريات المجهرية من أجناس Aspergillus (الأنواع oryzae، niger، awamori،batatae، foetidus، flavus، إلخ)، Rhisopus، Penicillium، Fusarium، Trichoderma (الأنواع viride)، البكتيريا الحاملة للأبواغ من أجناس Bacillus ( الأنواع الرقيقة، المساريقية، القصيرة وغيرها)، كلوستريديوم

اسم الدواءيبدأ بالاسم المختصر للإنزيم الرئيسي الذي يسود نشاطه. ويتبع ذلك الاسم المحدد المعدل للمنتج والنهاية "في". يعكس اسم الدواء أيضًا طريقة زراعة الكائنات الحية الدقيقة المنتجة. للزراعة العميقة يوضع بعد الاسم حرف “G”، وللزراعة السطحية يوضع بعد الاسم حرف “P”.

تقليديًا، يُشار إلى كمية الإنزيم في المزرعة القياسية بـ "x". يشير الرقم الموجود قبل علامة "x" إلى درجة تنقية الإنزيم أثناء إنتاج هذا الدواء.

على سبيل المثال: Amylosubtilin G10x __ إنزيم محضر للعمل المحلل للأميلوز، أصل بكتيري، منتج - بكتيريا العصوية الرقيقة، مزروع بالطريقة العميقة، درجة التنقية 10x، على شكل مسحوق. بكتوفيتيدين P20x __ مستحضر إنزيم جاف عالي النقاء مع نشاط حال للصدر، وينتج الكائنات الحية الدقيقة __ العفن Aspergillus foetidus، المزروع على السطح.

رسم تخطيطي للحصول على الاستعدادات الانزيميةيظهر في الشكل 22. يتمثل مخطط تنقية الإنزيم من مواد الصابورة في تحريره من المواد القابلة للذوبان المصاحبة وغير القابلة للذوبان والإنزيمات الأخرى. من الصعب الحصول على مستحضرات عالية النقاء من المزارع السطحية، لأنها تحتوي على الكثير من مواد الصابورة. من الأسهل الحصول على المستحضرات النقية من الثقافات العميقة. يتضمن نظام التنقية طرقًا مختلفة (التركيز، وغسيل الكلى، والترسيب بالمذيبات العضوية، والأملاح، والترشيح الهلامي، وما إلى ذلك).

تكون مستحضرات الإنزيم المصنعة إما سوائل أو مساحيق ذات لون أبيض أو رمادي أو اللون مصفرمع نشاط إنزيم قياسي معين.

التسميات مستحضرات الانزيم المحلي:

بكسل وجي إكس - غير مكررثقافة المصدر القياسية للمنتج.

P2x وG2x - تركيز سائل غير منقى من المواد القابلة للذوبان في الثقافة الأصلية، متحرر من الجزء غير القابل للذوبان (P2x - تركيز يحتوي على مادة جافة بنسبة 50٪، G2x - لا يزيد عن 40٪).

PZh وGZh __ محضرات إنزيم جافة يتم الحصول عليها عن طريق التجفيف عن طريق رش محلول إنزيم خام (مستخلص المزرعة السطحية أو مرشح المزرعة العميقة).

الأدوية المسمى 2x و 3x هي اِصطِلاحِيّ.

P10x وG10x __ جاف مقشرمحضرات يتم الحصول عليها بترسيب الإنزيمات من المحاليل المائية بالمذيبات العضوية أو بطريقة التمليح.

تم الحصول على مستحضرات الإنزيم المنقى P15x، G15x __ أساليب مختلفةتنقية وتجزئة الانزيمات.

P20x، G20x __ عالي النقاء، ولكن ليس مستحضرات الإنزيمات البلورية التي تحتوي على ما يصل إلى 20-25٪ من المواد الصابورة، التي يتم الحصول عليها عن طريق التركيز والتنقية في وحدات الترشيح الفائق يليها التجفيف بالرش.

لا يتم استخدام المستحضرات التي تحتوي على مؤشر أعلى من 20x في التسميات، لأننا في هذه الحالات نتحدث عن مستحضرات إنزيمية عالية النقاء وحتى متجانسة، والتي يشار إليها في تصنيف الإنزيمات.

يجب أن يتميز أي مستحضر إنزيمي به النشاط الأنزيمي، يتم التعبير عنها عادةً بالوحدات القياسية. وحدة النشاط القياسية هي كمية الإنزيم الذي يحفز تحويل ميكرومول واحد من الركيزة لكل وحدة زمنية (دقيقة واحدة) في ظل الظروف القياسية (درجة الحرارة 30 درجة مئوية).

تستخدم مستحضرات الإنزيم التالية على نطاق واسع في صناعات التخمير:

عمل تحلل النشواني (Amilorizin Px، P3x، P10x؛ Amylosubtilin G3x، G10x، G20x؛ Glucoavamorin Px، إلخ)؛

عمل التحلل البروتيني (Protosubtilin G20x، Protoorizin P10x)؛

عمل حالل للخلايا (سيتوروسيمين Px، P10x، Celloviridin G3x، P10x، Celloconingin P10x، وما إلى ذلك)؛

عمل حال للبكتيريا (بيكفامورين G3x، بكتوفيتيدين G3x، G10x، G20x).

في إنتاج الكحول، يتيح لك استبدال الشعير بمستحضرات الإنزيم توفير المواد الخام الغذائية القيمة، وتقليل تكاليف رأس المال لبناء المالتوز، وتحسين ظروف العمل للعمال، وتسريع العمليات التكنولوجية، وزيادة إنتاج المنتجات النهائية.

في عملية التخمير، يتيح استخدام المستحضرات الإنزيمية معالجة كمية متزايدة من المواد الخام غير المملوءة وزيادة الاستقرار الغروي للبيرة.

في إنتاج العصائر والنبيذ، تستخدم المستحضرات الإنزيمية لمعالجة اللب من أجل زيادة إنتاجية العصير، وكذلك لتنقية العصائر ومواد النبيذ.

5 الانزيمات المجمدة

حاليًا، تُستخدم مستحضرات الإنزيم على نطاق واسع في مختلف الصناعات. ومع ذلك، فإن مستحضرات الإنزيم تعتبر محفزات باهظة الثمن. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأنها قابلة للذوبان، فلا يمكن استخدامها إلا مرة واحدة. ولذلك فإنه من المستحيل تحويل العمليات الدورية إلى عمليات مستمرة وإيقاف التفاعل الأنزيمي في الوقت المناسب.

إنه واعد للاستخدام الانزيمات المجمدة. وهي عبارة عن محفزات حيوية غير قابلة للذوبان حيث يرتبط الإنزيم بأي حامل أو يكون محاطًا بمصفوفات أو كبسولات دقيقة. وفي الوقت نفسه، تحتفظ الإنزيمات بنشاطها وخصوصيتها، وتصبح أكثر مقاومة للتفاعلات البيئية، ويمكن أن تشارك في العمليات المستمرة، ويمكن استخدامها بشكل متكرر.

يجب أن تكون الناقلات التي يرتبط بها الإنزيم غير قابلة للذوبان، ولها مقاومة كيميائية وبيولوجية، وقوة ميكانيكية عالية، ويجب أن يكون للناقلات الحبيبية شكل موحد ومساحة سطحية كبيرة محددة. تستخدم البوليمرات الطبيعية (مشتقات السليلوز، الاغاروز، ديكستران)، الاصطناعية (البوليسترين، الأكريلاميد، النايلون)، وكذلك الزجاج المسامي، والمعادن المؤكسدة، والطين، وهلام السيليكا، والنسيج، والورق، وما إلى ذلك كحاملات.

يمكن إجراء تثبيت الإنزيمات بطريقتين: دون تكوين روابط تساهمية بين المصفوفة وجزيء البروتين الخاص بالإنزيم ( الطرق الفيزيائية) ومع تكوين رابطة تساهمية (الطرق الكيميائية).

الطرق الفيزيائية للتثبيت. للحصول على أشكال مستقرة غير قابلة للذوبان من الإنزيمات، يتم استخدام قدرة البروتينات على الامتصاص على الأسطح المختلفة على نطاق واسع. غالبًا ما يكون امتصاص الإنزيمات غير فعال نظرًا لحقيقة أن نقطة الجهد الكهربي للبروتين ودرجة الحموضة المثلى للنشاط التحفيزي قريبان. ويلاحظ الامتصاص القوي فقط في مناطق الأس الهيدروجيني التي يكون فيها النشاط التحفيزي منخفضًا. للتغلب على هذا التناقض، تم اقتراح طريقة لتجميد البروتينات المعدلة مسبقًا (عن طريق إدخال مجموعات أيونية). يؤدي التعديل إلى تحول في نقطة الجهد الكهربي للبروتين الأنزيمي، في حين يظل نشاطه التحفيزي دون تغيير تقريبًا. ونتيجة لذلك، يتم امتصاص الإنزيم المعدل جيدًا على الناقلات.

الطرق الكيميائية. يعد تثبيت الإنزيمات من خلال تكوين روابط تساهمية جديدة حاليًا الطريقة السائدة لإنتاج المحفزات الحيوية طويلة المفعول. ميزة هذه الطريقة هي أن الإنزيم لا يدخل في المحلول حتى بعد الاستخدام لفترة طويلة جدًا. الطريقة الكيميائيةأساسي في تحضير مستحضرات الإنزيم المثبت.

يمكن إجراء التثبيت الكيميائي على حامل بوليمر وعن طريق ربط جزيئات البروتين دون استخدام حامل. في الحالة الأخيرة، من الممكن الحصول على أدوية غير قابلة للذوبان ذات نشاط محدد مرتفع، ولكن بسبب خصائصها التكنولوجية فهي غير واعدة للاستخدام الصناعي.

الطريقة الكيميائية التقليدية هي تكوين رابطة تساهمية بين الناقل والبروتين الأنزيمي من خلال التفاعل الكيميائي. التفاعلات الأكثر شيوعًا هنا هي الأسلة، الألكلة، الأكسدة والاختزال، الجذرية، وتكوين الإيمينات.

تختلف الإنزيمات المثبتة في خصائصها عن تلك الأصلية، لأنه نتيجة للتثبيت، يتغير التركيب المكاني لجزيء البروتين. يتم تقليل نشاط الإنزيمات المثبتة في معظم الحالات بسبب تعديل جزيء الإنزيم وحماية المركز النشط. ولكن على الرغم من ذلك، يؤدي الشلل إلى زيادة استقرار الإنزيمات على نطاق أوسع من الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة، وهو أمر مهم للاستخدام طويل الأمد للإنزيمات، فضلا عن استقرارها أثناء التخزين.

ومن الإيجابي أيضًا أن الإنزيمات المثبتة أكثر مقاومة لعمل المثبطات. لا تتغير قيم الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة المثالية. عندما يتم تجميدها في ناقلات مسامية، تصبح الإنزيمات غير قابلة للوصول إلى عمل الكائنات الحية الدقيقة، لأن أحجام المسام للحامل أصغر من أحجام خلايا الكائنات الحية الدقيقة.

أسئلة التحكم

1 شرح دور الإنزيمات المائية في تكنولوجيا التخمير.

2 وصف تأثير الإنزيمات المحللة على النشا والسكريات غير النشوية والبروتينات.

3 أشر إلى المعلمات المثلى لعمل الإنزيمات المحللة للبروتينات والمحللة للخلايا.

4 اذكر المنتجات الرئيسية للتحلل المائي للنشا والبروتينات والهيمسيلولوز والبكتين والمواد الصمغية.

5 وصف دور الأميليز والبروتياز والسيتيز والإنزيمات المحللة للبكتيريا في إنتاج المشروبات المخمرة.

6 اشرح كيف يختلف تحضير الإنزيم عن الإنزيم.

7 ما اسم مستحضر الإنزيم؟

8 قم بتسمية صناعات التخمير الرئيسية التي تستخدم فيها مستحضرات الإنزيم ولأي غرض.

9 ما هو تجميد الانزيم.

10 ما هي المزايا التي تتمتع بها الإنزيمات المجمدة مقارنة بالإنزيمات القابلة للذوبان؟

3 تعليمات منهجية لدراسة الانضباط

"تكنولوجيا الصناعة العامة" (GTE) هي الأولى بين مجموعة من التخصصات الرئيسية، حيث يتعرف الطلاب على ما هي التكنولوجيا بشكل عام وتكنولوجيا إنتاج التخمير بشكل خاص. تعتمد الدورة على المعرفة المكتسبة سابقًا من دراسة الكيمياء والكيمياء الحيوية وعلم الأحياء الدقيقة وعمليات وأجهزة إنتاج الغذاء.

يتيح إتقان مواد هذا التخصص للطالب اكتساب المعرفة بالأسس النظرية لتكنولوجيا التخمير وأنماط نمو وتطور الكائنات الحية الدقيقة وخصائص وخصائص المواد الخام والإنزيمات.

يجب أن يكون العمل على دراسة مسار النسبية العامة منتظمًا ومتسقًا ومنهجيًا. من الضروري دراسة مسار المحاضرات، وكذلك الأدبيات الخاصة، والتي ترد قائمتها في نهاية المجمع المنهجي.

يجب أن تكون دراسة هذه المادة أو تلك نشطة وفعالة، أي يجب فهم كل مفهوم وموقف نظري وتقنية عملية بعمق وبالتفصيل.

عند دراسة الدورة، يجب عليك الانتقال من فهم العام إلى التحليل التفصيلي للخاص، يليه إعادة تقييم العام على مستوى أعلى.

يمكن التحقق من عمق الاستيعاب المستقل للمادة الرئيسية باستخدام أسئلة ضبط النفس المقدمة بعد كل موضوع محاضرة.

4 تعليمات منهجية لأداء أعمال التحكم

تعطي الاختبارات التي يجريها الطلاب أثناء الدراسة المستقلة للانضباط فكرة عن درجة استعداد الطلاب، وقدرتهم على العمل مع الأدب المتخصص وتقديم المواد كتابيًا، وتسمح للمرء بالحكم على سعة الاطلاع العامة ومعرفة القراءة والكتابة لدى الطلاب.

يتم إجراء الاختبارات في شكل ملخصات مفصلة مكتوبة بخط اليد أو مطبوعة، مصورة بالرسوم البيانية والرسوم البيانية والمخططات والرسومات، والتي يمكن استعارتها من المؤلفات المتخصصة (الكتب المدرسية والوسائل التعليمية والمجلات العلمية والصناعية). إن إعادة الكتابة الميكانيكية كلمة بكلمة للمواد من الكتب المدرسية والمصادر الأدبية الأخرى أمر غير مقبول.

2 العمليات البيوكيميائية التي تحدث في الحبوب أثناء التخزين: النضج بعد الحصاد، التنفس، التسخين الذاتي.

الخيار 9

1 تركيب خلية الخميرة

2 طرق تخزين الحبوب .

الخيار 10

1 التركيب الكيميائيخلية الخميرة.

2 أوضاع لتخزين الحبوب.

الخيار 11

1 التركيب الكيميائي وتركيب الأغشية الحيوية وفق المفاهيم الحديثة.

2 الدبس: خصائصه، أنواعه، تركيبه الكيميائي.

الخيار 12

1 طرق انتقال المواد عبر الغشاء

2 القفزات: الخصائص، التركيب، التركيب الكيميائي، التخزين.

الخيار 13

1 العدوى الصناعية مصادرها.

2 البطاطس: الخصائص والبنية والتركيب الكيميائي.

الخيار 14

1 استقلاب خلايا الخميرة

2 العنب: التركيب، التركيب الكيميائي.

الخيار 15

1 مخطط التخمير الكحولي.

2 أنواع المواد الخام المستخدمة في إنتاج البيرة والكفاس والكحول والنبيذ وخميرة الخباز.

الخيار 16

1 المنتجات الثانوية والثانوية للتخمر الكحولي.

الخيار 17

1 الخمائر المتخمرة العلوية والسفلية وخصائصها المقارنة.

2 طرق وطرق تخزين البطاطس.

الخيار 18

1 سلالات الخميرة المستخدمة في إنتاج الكحول والبيرة والنبيذ وخميرة الخباز ومستلزماتها.

2 تسليم وتخزين دبس السكر.

الخيار 19

1 شروط نمو وتكاثر الخميرة. ثقافة الخميرة النقية.

2 الكيمياء ومنتجات التنفس الرئيسية.

الخيار 20

1 وظائف الأغشية الحيوية

2 آفات الحبوب ومكافحتها .

الخيار 21

1 المؤشرات معنى عاممحاصيل الحبوب.

2 تأثير الرقم الهيدروجيني والمنشطات والمثبطات على النشاط الحيوي للكائنات الحية الدقيقة.

الخيار 22

1 مؤشرات على الأهمية التكنولوجية لمحاصيل الحبوب.

الخيار 12

1 أكسدة الماء. محتوى البقايا الجافة.

2 مستحضرات الإنزيمات: خصائصها وتسمياتها.

الخيار 13

1 المؤشرات البيولوجية للمياه.

2 استخدام المستحضرات الإنزيمية في إنتاج البيرة والكحول.

الخيار 14

1 الاحتياجات من المياه في إنتاج المشروبات الكحولية وغير الكحولية.

2 الكائنات الحية الدقيقة التي تنتج الإنزيمات.

الخيار 15

1 تحضير الماء في صناعات التخمير. تخثر الغرويات، إزالة الروائح الكريهة من الماء، إزالة الحديد.

2 الانزيمات المجمدة.

الخيار 16

1 طرق تليين المياه.

1 استخدام المستحضرات الإنزيمية في إنتاج النبيذ والمشروبات الكحولية.

الخيار 17

1 طرق تعقيم المياه.

2 رسم تخطيطي لإنتاج مستحضرات الإنزيم.

الخيار 18

1 الاحتياجات المائية لإنتاج الشعير

2 طرق تقليل عسر الماء: الحرارية، الكاشف، التبادل الأيوني.

الخيار 19

1 طرق تنقية المياه.

2 آلية عمل الإنزيمات.

الخيار 20

1 إنزيمات محاصيل الحبوب.

2 مؤشرات المياه للأغراض الصناعية.

الخيار 21

1-إنزيمات الكائنات الحية الدقيقة.

2 الاحتياجات من الماء في صناعات التخمير المختلفة.

الخيار 22

1 التحلل الأنزيمي للنشا.

2 طرق تخفيف الماء بالتناضح العكسي والتحليل الكهربائي.

الخيار 23

1 التحلل الأنزيمي للبروتينات.

2 الطرق البيولوجية لمعالجة مياه الصرف الصحي.

الخيار 24

1 التحلل المائي للسكريات غير النشوية.

2 مؤشرات تلوث مياه الصرف الصحي.

الخيار 25

1 المواد البكتيرية وتحللها المائي.

2 المياه العادمة الناتجة عن مؤسسات صناعة التخمير.

5 أسئلة للامتحان

1 الكائنات الحية الدقيقة المستخدمة في صناعات التخمير.

2 مراحل تطور ثقافات الكائنات الحية الدقيقة.

3 طرق زراعة الكائنات الحية الدقيقة: الدفعية والمستمرة.

4 التأثير على نشاط حياة الكائنات الحية الدقيقة ذات إمكانات الأكسدة والاختزال.

5 تأثير درجة الحرارة على نمو وتكاثر الكائنات الحية الدقيقة.

6 تأثير تركيز المواد الجافة في الوسط على النشاط الحيوي للكائنات الحية الدقيقة. تحلل البلازما، plasmoptis.

7 العلاقات بين الكائنات الحية الدقيقة: التكافل، الاستقلاب، العداء.

8 تركيب خلية الخميرة .

9 التركيب الكيميائي لخلية الخميرة.

10 التركيب الكيميائي وتركيب الأغشية الحيوية وفق المفاهيم الحديثة.

11 وظائف الأغشية الحيوية.

12 نقل المواد إلى داخل الخلية، أنواع النقل.

13 طرق نقل المواد عبر الغشاء (uniport,symport,antiport).

14 العدوى الصناعية مصادرها. طرق التطهير.

15 الخصائص الأساسية للإنزيمات كمحفزات ومواد بروتينية.

16 تصنيف الإنزيمات حسب نوع التفاعلات التي تحفزها.

17 تنظيم نشاط الإنزيم: مثبطات تنافسية وغير تنافسية، منظمات تفارغية.

18 النشاط التحفيزي للإنزيمات. الوحدة القياسية لنشاط الإنزيم، نشاط محدد.

19 تأثير درجة الحرارة ودرجة الحموضة على نشاط الانزيم.

20 تأثير تركيز الركيزة والإنزيم على معدل التفاعل الأنزيمي.

21 عمل الإنزيمات التحلل المائي: التحلل المائي الأنزيمي للنشا، التحلل المائي للسكريات غير النشوية، التحلل المائي للبروتينات.

22 إنزيمات محاصيل الحبوب والكائنات الحية الدقيقة.

23 مستحضرات الإنزيمات وتسمياتها.

24 استخدام مستحضرات الإنزيم في إنتاج البيرة والكحول وصناعة النبيذ.

25 استقلاب خلايا الخميرة.

26 الظروف المثالية لحياة الخميرة .

27 مخطط التخمير الكحولي.

28 منتجات ثانوية وثانوية للتخمر الكحولي.

29 خميرة التخمير العلوية والسفلية وخصائصها.

30 سلالات من الخميرة المستخدمة في إنتاج الكحول والبيرة والنبيذ وخميرة الخباز ومستلزماتها.

31 تصنيف المواد الأولية في صناعات التخمير.

32 المتطلبات الاقتصادية والتكنولوجية للمواد الأولية في صناعات التخمير.

33 نوعا من المواد الخام المستخدمة في إنتاج البيرة والكحول والنبيذ وخميرة الخباز.

34 نوعا من محاصيل الحبوب.

35 بنية الحبوب (على سبيل المثال الشعير).

36 التركيب الكيميائي لمحاصيل الحبوب.

37 الخصائص الفيزيائيةكتلة الحبوب.

38 العمليات البيوكيميائية التي تحدث في الحبوب أثناء التخزين: النضج بعد الحصاد، التنفس، التدفئة الذاتية.

39 طرق تخزين الحبوب.

40 وضعية لتخزين الحبوب.

41 آفات الحبوب ومكافحتها.

42X المطحون والعنب والبطاطس: التركيب الكيميائي والتخزين.

43 التركيب الكيميائي للدبس وظروف تخزينه.

44 خصائص المياه الطبيعية. شوائب الماء.

45 استخدام المياه في الإنتاج. المتطلبات العامة للمياه.

46 عسر الماء: مؤقت، دائم، كلي. الوحدات.

47 قلوية الماء.

48 أكسدة الماء. محتوى البقايا الجافة.

49 المؤشرات البيولوجية للمياه.

50 الغرض التكنولوجي للمياه. متطلبات المياه في إنتاج البيرة والكحول والشعير وخميرة الخباز.

51 متطلبات المياه في إنتاج المشروبات الكحولية والمشروبات الغازية.

52 تحضير الماء في صناعات التخمير. تخثر الغرويات، إزالة الروائح الكريهة من الماء، إزالة الحديد.

53 طرق تليين المياه.

54 طرق تعقيم المياه.

55 المياه العادمة الناتجة عن محطات التخمير وخصائصها. COD، مجلس الإدارة.

56 معالجة مياه الصرف الصحي الناتجة عن محطات التخمير.

القائمة الببليوغرافية

1 بولديريف في الكيمياء الحيوية للأغشية.__ م: المدرسة العليا، 1986.__ 112 ص.

2. المياه والصرف الصحي في الصناعات الغذائية.- م: صناعة الأغذية، 1972.- 384 ص.

3 مستحضرات إنزيم غراتشيف. – م: أجروبروميزدات، 1987. – 335 ص.

4 التقدم في تكنولوجيا الشعير والبيرة / إد. كولباكتشي أ. I. __ م.: صناعة المواد الغذائية، براغ: SNTL-إيزدات. الأدب الفني، 1980. __ 351 ص.

5، باكوشين الأحياء الدقيقة والإصحاح والنظافة في الصناعات الغذائية.- م: صناعة الأغذية، 1977. – 501 ص.

6، فراجيفا: دورهم في التكنولوجيا منتجات الطعام. __ فورونيج: دار النشر. VSU، 1999. __ 118 ص.

7 Lkhotsky A. الإنزيمات في التخمير. __ م: الصناعات الغذائية، 1975. __ 318 ص.

8 مصانع تخمير مالتسيف – م : الصناعات الخفيفة والغذائية 1980 – 560 ص.

9 طرق لدراسة جودة المواد الخام والوسيطة والمنتجات النهائية لمصانع التخمير. الجزء 1. ورشة عمل مختبر "تحليل المواد الخام لمصانع التخمير". ، بيرمياكوفا تيب. __ كيميروفو، 2001. – 67 ص.

10، خميرة الخباز شيشاتسكي. الدليل. __ م: أغروبرومزدات، 1990. – 335 ص.

11 دليل إنتاج الكحول. المواد الخام والتكنولوجيا والرقابة الفنية والكيميائية / إلخ. __ م: الصناعات الخفيفة والغذائية، 1981. – 336 ص.

12، تكنولوجيا فيدوروف لإنتاج التخمير. __ م: كولوس، 2002. __ 408 ص.

13 مستحضرات الإنزيم في صناعة الأغذية. /إد. و. – م: الصناعات الغذائية، 1975. – 535 ص.

14 الجنجل وتحضيراته في الصناعات الغذائية / وغيرها - م: الصناعات الخفيفة والغذائية 1982. - 168 ص.

15، معالجة العنب بونوماريف. – م: أجروبروميزدات، 1990. – 447 ص.

يتم إجراء التحلل المائي للنشا بواسطة إنزيمات الأميلوليك.

نشاء- عديد السكاريد، والذي يتكون بدوره من اثنين من السكريات، والتي تختلف في درجة البلمرة ونوع البنية - الأميلوز (المحتوى التقريبي 20-30٪) والأميلوبكتين ( 70-80٪). الوحدة الهيكلية للنشا، وبالتالي الأميلوز والأميلوبكتين، هي الجلوكوز، الذي ترتبط بقاياه بروابط α-1,4 وα-1,6-glucosidic.

أوو-و-و-و-و-و-و-و-و-و-و-و-و-

الشكل 16 - هيكل الأميلوز

ألفا الأميليز(ديكسترينوجيناميلاز) - وفقًا لآلية العمل، ينتمي إلى الإنزيمات الداخلية، أي. يعمل على جزيء الركيزة من الداخل بشكل عشوائي مما يؤدي إلى انخفاض سريع في لزوجة محلول النشا. يتحلل روابط α-1,4 في السكريات التي تحتوي على ثلاثة أو أكثر من بقايا الجلوكوز D.

يؤدي عمل α-amylase على الأميلوبكتين إلى تكوين المالتوز والدكسترينات ذات الوزن الجزيئي المنخفض.

المخطط العام لتحلل النشا بواسطة α-amylase:

ألفا الأميليز

النشا الدكسترينات ذات الوزن الجزيئي المنخفض

(كثير) + مالتوز (قليل) + جلوكوز (قليل جدًا)

الظروف المثلى للإنزيم: الرقم الهيدروجيني 5.7، درجة الحرارة 70 درجة مئوية.

المخطط العام للتحلل المائي للنشا تحت تأثير الأميليز β:

بيتا الأميليز

النشا الدكسترين عالي الوزن الجزيئي (كثير) + مالتوز (كثير) + مالتوتريوز (قليل)

الظروف المثلى لعمل بيتا الأميليز: درجة الحموضة 4.7، درجة الحرارة 63 درجة مئوية.

الحد من الدكستريناز __ الإنزيم الداخلي، يتحلل عشوائيًا الرابطة α-1,6-الجلوكوزيدية في النشا والجليكوجين والدكسترين. غالبا ما يتم تشكيل مالتوتريوز. معلمات العمل الأمثل: درجة الحموضة 6.5، درجة الحرارة 50 درجة مئوية.

محطات التخمير المختلفة لها متطلبات مختلفة للتحلل المائي للنشا. في إنتاج الكحول، من الضروري تحلل النشا بعمق قدر الإمكان للحصول على المزيد من السكريات القابلة للتخمير، وبالتالي إنتاج أعلى من الكحول.

الأميليز الفطرية (بما في ذلك الجلوكواميلاز على وجه الخصوص) أكثر مقاومة للتفاعلات البيئية: درجات الحرارة المثلى هي 50-60 درجة مئوية، ودرجة الحموضة 4.2-4.7.

في العديد من الصناعات الغذائية، يحدث التحلل المائي للجليكوسيدات الغذائية والسكريات قليلة التعدد والسكريات. يعتمد التحلل المائي على العديد من العوامل: الرقم الهيدروجيني، ودرجة الحرارة، والتكوين الشاذ، ومركب الإنزيمات. إنه مهم ليس فقط لعمليات إنتاج الغذاء، ولكن أيضًا لعمليات تخزين الطعام. في الحالة الأخيرة، قد تؤدي تفاعلات التحلل المائي إلى تغيرات غير مرغوب فيها في اللون أو، في حالة السكريات، قد تؤدي إلى عدم قدرتها على تكوين المواد الهلامية.

يتم الآن إيلاء الكثير من الاهتمام للحصول على شراب السكر من الحبوب المختلفة من المواد الخام الرخيصة التي تحتوي على النشا والنشا (الجاودار والذرة والذرة الرفيعة وما إلى ذلك). يتم إنتاجها باستخدام مجموعات مختلفة من مستحضرات إنزيم الأميلوز (b-amylase، glucoamylase، b-amylase). تظهر إمكانيات الطريقة الأنزيمية لإنتاج منتجات سكرية مختلفة في المخططات (انظر الشكل 1.1). إن إنتاج الجلوكوز (باستخدام الجلوكوأميلاز)، ثم عمل إيزوميراز الجلوكوز، يجعل من الممكن الحصول على شراب الجلوكوز والفركتوز وشراب عالي الفركتوز، والذي يسمح استخدامه باستبدال السكروز في العديد من الصناعات. في الجدول 1.1. يتم تقديم بيانات عن "حلاوة" العصائر المختلفة.

من المعروف أن روابط b-D- (1,4) في النشا تتحلل بسهولة أكبر من روابط c-D- (1,4) في السليلوز. بالإضافة إلى ذلك، يرتبط تفاعل التحلل المائي البطيء للسليلوز ببنيته.

أرز. 1.1. إمكانية الحصول على شراب السكر المختلفة من نشا الذرة (الطرق الحمضية والحمضية الأنزيمية والأنزيمية): أ-ب - التحلل المائي الحمضي؛ c-d - تأثير الأميليز الفطري على تحلل الحمض (GE = 50)؛ df - تأثير β-amylase على تحلل الحمض (GE = 20)؛ g-h - تأثير β-amylase على الركيزة المسالة بواسطة α-amylase (GE = 20)؛ i-k - عمل إضافي للأميليز الفطري أو في خليط مع β-amylase و glucoamylase

عند إنتاج شراب السكر من النشا، يتم قياس درجة تحويل النشا إلى جلوكوز D بوحدات مكافئ الجلوكوز (GE) - وهذا هو المحتوى (بالنسبة المئوية) من السكريات المختزلة الناتجة، معبرًا عنها بالجلوكوز لكل مادة جافة (DS) ) من الشراب.

الجدول 1.1. تكوين وحلاوة شراب الفركتوز النموذجي

التحلل المائي للنشا

1. عندما يتحلل النشا تحت تأثير الأحماض، فإن الروابط الترابطية بين جزيئات الأميلوز والأميلوبكتين الكبيرة تضعف وتنكسر أولاً. ويصاحب ذلك اضطراب في بنية حبيبات النشا وتكوين كتلة متجانسة. بعد ذلك يأتي كسر الروابط b-D-(l,4)- وb-D-(1,6) مع إضافة جزيء الماء في موقع الكسر. أثناء عملية التحلل المائي، يزداد عدد مجموعات الألدهيدات الحرة وتقل درجة البلمرة. مع زيادة التحلل المائي وتقليل (اختزال) المواد، يتناقص محتوى الدكسترينات، ويزيد الجلوكوز، ويزداد تركيز المالتوز وثلاثي ورباعي السكر أولاً، ثم تنخفض كميتها (انظر الشكل 1.2). المنتج النهائي للتحلل المائي هو الجلوكوز. في المراحل المتوسطة، يتم تشكيل الدكسترين، ثلاثي ورباعي السكر، والمالتوز. نسبة معينة من هذه المنتجات تتوافق مع قيمة معينة من مكافئ الجلوكوز، ومن خلال تغيير مدة التحلل المائي وشروط تنفيذه، من الممكن الحصول عليها نسب مختلفةمنتجات التحلل المائي الفردية بقيمة مكافئة للجلوكوز معينة.

أرز. 1.2.

لطالما كان التحلل المائي الحمضي هو الطريقة الرئيسية للحصول على الجلوكوز من النشا. تحتوي هذه الطريقة على عدد من العيوب المهمة، والتي ترتبط باستخدام تركيزات عالية من الأحماض ودرجات الحرارة المرتفعة، مما يؤدي إلى تكوين منتجات التحلل الحراري وجفاف الكربوهيدرات وتفاعلات التحلل الجليكوزيل.

2. يتم تحلل النشا أيضًا تحت تأثير إنزيمات الأميلوليك. تشتمل مجموعة الإنزيمات المحللة للأميلوز على b- وb-amylase، glucoamylase، pullulanase وبعض الإنزيمات الأخرى. الأميليز من نوعين: إندو و إكسو أميليز. إن إندواميليز المعبر عنه بوضوح هو b-amylase، وهو قادر على كسر الروابط داخل الجزيئات في سلاسل البوليمر العالية من الركيزة. الجلوكوأميلاز والبيتا أميليز عبارة عن إنزيمات خارجية، أي إنزيمات تهاجم الركيزة من الطرف غير المختزل.

ب- الأميليز، الذي يعمل على حبوب النشا بأكملها، يهاجمها، ويخفف السطح ويشكل قنوات وأخاديد، أي كما لو كان يقسم الحبوب إلى قطع (انظر الشكل 1.3). يتم تحلل النشا الجيلاتيني بواسطته لتكوين منتجات غير ملطخة باليود - بشكل رئيسي الدكسترينات منخفضة الجزيئات. عملية التحلل المائي للنشا متعددة المراحل. نتيجة لعمل b-amylase، في المراحل الأولى من العملية، تتراكم الدكسترينات في التحلل المائي، ثم تظهر رباعيات وtrimaltose غير ملطخة باليود، والتي تتحلل ببطء شديد بواسطة b-amylase إلى ثنائي والسكريات الأحادية.

أرز. 1.3.

يمكن تمثيل مخطط التحلل المائي للنشا (الجليكوجين) بواسطة الأميليز على النحو التالي:

β-Amylase (β-1,4-glucan maltohydrolase) هو exoamylase يُظهر تقاربًا للارتباط قبل الأخير β-(1,4) من الطرف غير المختزل للمنطقة الخطية من الأميلوز أو الأميلوبكتين (انظر الشكل 1.4) ). على عكس b-amylase، لا يقوم b-amylase عمليا بتحلل النشا الأصلي؛ يتم تحلل النشا الجيلاتيني إلى المالتوز في التكوين ب. يمكن كتابة المخطط على النحو التالي:

التحلل الغذائي النشا السكاريد

أرز. 1.4.

Glucoamylase b-(1,4)-glucan glucohydrolase هو إنزيم خارجي يحفز الانقسام المتسلسل لبقايا الجلوكوز b-D الطرفية من الطرف غير المختزل لسلسلة النشا. العديد من الجلوكواميلاز لديه القدرة على تحلل روابط b-1,6-glucosidic بنفس سرعة روابط b-1,4. لكن هذا يحدث فقط عندما تكون الرابطة b-1,6 متبوعة برابطة b-1,4، لذلك لا يتحلل الدكستران بواسطتها. سمة مميزةالجلوكواميليز هو القدرة على تحلل الركيزة عالية البلمرة أسرع بعشرات المرات من السكريات قليلة السكريات.

أرز. 1.5.

تظهر آلية عمل الجلوكوأميلاز على النشا بشكل تخطيطي في الشكل. 1.5.

يوجد التحلل المائي الأنزيمي للنشا في العديد من التقنيات الغذائية كأحد العمليات الضرورية التي تضمن جودة المنتج النهائي - في المخابز (عملية صنع العجين وخبز الخبز)، وإنتاج البيرة (تحضير نبتة البيرة، وتجفيف الشعير) ، كفاس (تحضير الخبز المخمر)، الكحول (تحضير المواد الخام للتخمير)، منتجات النشا السكرية المختلفة (الجلوكوز، دبس السكر، شراب السكر). في التين. يوضح الشكل 1.6 تركيبة شراب السكر المختلفة التي تم الحصول عليها عن طريق الطريقة الأنزيمية الحمضية - المعالجة المسبقة بالحمض، ثم عن طريق عمل إنزيمات الجلوكواميلاز b- وb- و(أو). إن استخدام هذه الطريقة المدمجة للتحلل المائي للنشا يفتح إمكانيات واسعة للحصول على شراب بتركيبة معينة.

إنتاج الإيثانول

يبلغ حجم سوق الإيثانول العالمي حوالي 4 مليارات دال (ديكالتر من الكحول المطلق) سنويًا. القادة في إنتاج الإيثانول هم الولايات المتحدة الأمريكية والبرازيل والصين. يوجد في الولايات المتحدة الأمريكية 97 مصنعًا لإنتاج الإيثانول من الذرة (يجري بناء 35 مصنعًا آخر) بطاقة إجمالية تبلغ 1.5 مليار ديكاليتيرس سنويًا.

المجالات الرئيسية لاستخدام الإيثانول في الممارسة العالمية:

- 60% - مادة مضافة لوقود السيارات؛

− 25% − الصناعة الكيميائية؛

− 15% – الصناعات الغذائية (حصتها في تناقص).

يحتوي وقود السيارات المعتمد على الإيثانول على 10% إيثانول (وقود E-10) أو 85% إيثانول (E 85). ومع سعر النفط الذي يتراوح بين 60 إلى 70 دولاراً للبرميل، يصبح الإيثانول الحيوي وقوداً تنافسياً. إن إدخال الإيثانول في البنزين يجعل من الممكن التخلص من إضافة رباعي إيثيل الرصاص إلى الوقود، مما يؤدي إلى تقليل سمية غازات العادم واستهلاك الوقود.

في الولايات المتحدة الأمريكية، يتم إجراء أبحاث واسعة النطاق حول إنتاج الإيثانول الحيوي من المواد الخام النباتية المتجددة (من سيقان الذرة وقصب السكر وما إلى ذلك)

في ظل الظروف الصناعية، يتم إنتاج الإيثانول عن طريق ترطيب الإيثيلين في وجود محفز (H 3 PO 4 على هلام السيليكا)، من المواد الخام النباتية (الخشب، سيقان الذرة، قصب)، وكذلك من المواد الخام التي تحتوي على النشا. المواد (القمح، الجاودار، التريتيكال، البطاطس)، دبس السكر، مصل اللبن، خرشوف القدس. يتم عرض متوسط إنتاج الكحول الإيثيلي بنسبة 95.5٪ من 1 طن من أنواع مختلفة من المواد الخام في الجدول 2.1.

الجدول 2.1

إنتاج الإيثانول من المواد الأولية المختلفة

نهاية الجدول 2.1

في مصانع التقطير في جمهورية بيلاروسيا (يوجد حوالي 70 معمل تقطير يعمل بسعة إجمالية تزيد عن 9 ملايين ديكاليتيرس سنويًا) تستخدم المواد الخام المحتوية على النشا، وخاصة الحبوب، لإنتاج الإيثانول. محتوى النشا في أنواع مختلفةكميات الحبوب (%): القمح – 48-57؛ الجاودار - 46-53؛ الشعير – 43-55؛ الشوفان – 34-40؛ الدخن - 42-60؛ الذرة – 61-70. تحتوي الحبوب أيضًا (في المتوسط) على سكر ~ 3٪؛ الألياف ~ 6%؛ مواد البنتوسان والبكتين ~ 9٪؛ المواد النيتروجينية (البروتينية) ~ 11%، الدهون ~ 3%.

منتجي الإيثانول

في التركيب الميكروبيولوجي، المنتجون الكلاسيكيون للإيثانول هم الخمائر - Saccharomycetes وSchizosaccharomycetes. يتم استخدام الخميرة في أغلب الأحيان خميرة الخمر,السكاروميسيس فيني,شيزوساكاروميسس بومبي.

تحتوي الفطريات السكرية على خلايا مستديرة الشكل يبلغ حجمها 10-15 ميكرون وتتكاثر عن طريق التبرعم. تمتلك الفصاميات خلايا كبيرة على شكل قضيب يبلغ قطرها 4-5 ميكرون وطولها 18-20 ميكرون، وتتكاثر بالانقسام. كلا الخمائر تخمر الجلوكوز والمانوز والفركتوز والسكروز والمالتوز بشكل جيد، وتتخمر الجالاكتوز بشكل أكثر صعوبة ولا تخمر سكريات البنتوز (الزيلوز والأرابينوز).

يبلغ العائد النظري للإيثانول من 100 كجم من الجلوكوز المخمر 51.14 كجم أو 64.80 لترًا (مع تكوين 48.86 كجم من ثاني أكسيد الكربون). في الممارسة العملية، يبلغ إنتاج الكحول 82-92٪ من النظرية بسبب استهلاك جزء من الركيزة لتكاثر ونمو الخميرة وتكوين المنتجات الثانوية.

يتم تصنيع الإيثانول في خلية الخميرة وفقًا للمخطط التالي:

المنتجات الثانوية للتخمر الكحولي هي الجلسرين، والكحوليات الأعلى (الفيوسيل)، والأحماض العضوية (الخليك، البيروفيك، اللاكتيك، السكسينيك)، والألدهيدات. أثناء التخمر الكحولي، يتم إنفاق السكر (الجلوكوز) على تكوين مواد مختلفة الكمية التالية: الإيثانول - 46-47%، ثاني أكسيد الكربون - 44-46%، الكتلة الحيوية الخميرة - 1.8-4.0%، الجلسرين - 3-4%، الكحوليات العالية - 0.3-0.7%، الأحماض العضوية - 0.2-1.0%، الألدهيدات - 0.1 -0.2%. عندما يتم إرجاع الخميرة بشكل متكرر إلى التخمير، يتم تقليل استهلاك السكر لتكوين الكتلة الحيوية، وتزداد شدة التخمير قليلاً.

يتم تفسير تكوين الجلسرين أثناء التخمر الكحولي من خلال حقيقة أنه خلال فترة الحث (قبل تكوين الأسيتالديهيد) يحدث تفاعل تفكيك بين جزيئين من فسفوجليسرالديهيد تحت تأثير إنزيم ألدهيد موتاز بمشاركة جزيء الماء. في هذه الحالة، يتم اختزال جزيء واحد من فسفوجليسرالديهيد لتكوين فسفوجليسيرول، ويتم أكسدة الآخر إلى حمض 3-فوسفوجليسريك. لا يشارك الفوسفوجليسرول في المزيد من التفاعلات، وبعد إزالة حمض الفوسفوريك، يكون منتجًا ثانويًا للتخمر الكحولي. يخضع حمض 3-فوسفوغليسيريك لتحولات على طول مسار EMT مع تكوين الأسيتالديهيد. بعد ظهور الأسيتالديهيد، تبدأ فترة تخمير ثابتة، يتم خلالها أكسدة الفوسفوجليسرالديهيد إلى حمض الفوسفوجليسريك بطريقة أكثر تعقيدًا، مع إضافة الفوسفات غير العضوي (مسار EMP). في هذا الصدد، جنبا إلى جنب مع الإيثانول، يتم تشكيل كمية معينة من الجلسرين دائما أثناء التخمير.

عندما يرتبط الأسيتالديهيد مع ثنائي كبريتيت، يتم توجيه عملية التخمير نحو تكوين الجلسرين:

C 6 H 12 O 6 ® CH 3 C H O + CO 2 + CH 2 OH-CHON-CH 2 OH.

في البيئة القلوية، يدخل جزيء الأسيتالديهيد في تفاعل الأكسدة والاختزال مع جزيء ثان، مكونًا الإيثانول و حمض الاسيتيك. وفي الوقت نفسه، يتراكم الجلسرين. يتم التعبير عن العملية الشاملة بالمعادلة التالية:

2C 6 H 12 O 6 + H 2 O ® ® 2CH 2 OH-CHON-CH 2 OH + C 2 H 5 OH + CH 3 COOH + 2CO 2.

تستخدم هذه التقنيات في الإنتاج الصناعي للجلسرين.

تتشكل الكحوليات الأعلى من الأحماض الأمينية (بدرجة أقل من أحماض الكيتو) الموجودة في وسط التخمير نتيجة للتفاعلات المتسلسلة لتبليل الأحماض الأمينية ونزع الكربوكسيل من أحماض الكيتو الناتجة وتقليل الألدهيدات.

من الكحوليات الأعلى الموجودة في الهريس: البروبيل (المتكون من الثريونين)، الأيزوبوتيل (من فالين)، الأميل (من الأيسولوسين) والإيزو أميل (من الليوسين).

حاليًا، يجري بحث مكثف عن الكائنات الحية الدقيقة غير التقليدية المنتجة للإيثانول والقادرة على تخمير مجموعة واسعة من الركائز ذات إنتاجية عالية من الإيثانول وزيادة المقاومة للإيثانول ودرجات الحرارة المرتفعة. تعتبر البكتيريا المصنعة للإيثانول ذات أهمية. على سبيل المثال، البكتيريا زيموموناس موبيليسوهي تختلف عن الخميرة في عملية التمثيل الغذائي المكثف: فهي تتمتع بمعدل مرتفع محدد لتحويل الجلوكوز إلى إيثانول، وتوفر إنتاجًا أعلى من الإيثانول (يصل إلى 95٪ من الممكن نظريًا)، وأكثر تحملاً للكحول. لكن هذه البكتيريا حساسة لوجود المثبطات (الفورفورال، الفينولات) في الوسائط المغذية وتتطلب إجراء عملية التخمير في ظروف معقمة.

البكتيريا المحبة للحرارة كلوستريديوم ثرموسيلوم(درجة حرارة النمو المثلى 68 درجة مئوية) قادرة على تحويل السليلوز مباشرة من المواد الخام النباتية إلى إيثانول، ولكن يجب تحرير المواد الخام من اللجنين. لم يكن من الممكن حتى الآن تحقيق إنتاجية عالية من الكحول من خلال التحويل المباشر للمواد النباتية.

سلالات الخميرة القادرة على تخمير السكريات البنتوزية ( باتشيسولين تانوفيلوس، بيشيا ستيبتيس، كانديدا شحاتة). يصل إنتاج الإيثانول عند تخمير 100 كجم من الزيلوز إلى 35-47 لترًا.

في الممارسة المحلية، يتم استخدام الخميرة في إنتاج الإيثانول من المواد الخام المحتوية على النشا خميرة الخمردرجة حرارة التخمير المثالية هي 29-30 درجة مئوية.

التسكر الأنزيمي للنشا

منتجو الإيثانول التقليديون غير قادرين على تحطيم السكريات، لذلك عند إنتاج نقيع الشعير، يجب غلي المواد الخام التي تحتوي على النشا وتسكرها. يحتوي النشا في معظم النباتات على 20-25% أميلوز و80-75% أميلوبكتين. في الخلايا النباتية يكون النشا على شكل حبيبات (حبيبات) يتراوح حجمها من 1 إلى 120 ميكرون (نشا البطاطس يحتوي على حبيبات بحجم 40-50 ميكرون، حبيبات نشا الحبوب - 10-15 ميكرون). النشا والأميلوز والأميلوبكتين غير قابلة للذوبان في ماء باردوالكحول والأثير. أميلوز يذوب بسهولة في الماء الدافئ، أميلوبكتين - عند تسخينه تحت الضغط. يتسبب الهيكل الشبكي لجزيئات الأميلوبكتين في تورم حبيبات النشا دون انحلالها (تضعف الروابط الثانوية بسبب الترطيب). عند درجة حرارة معينة، تتفكك الحبيبات، وتتكسر الروابط بين العناصر الهيكلية الفردية، وتتعطل سلامة الحبيبات. وفي الوقت نفسه، تزداد لزوجة المحلول بشكل حاد - يحدث جلتنة النشا. يتميز المعجون بالترتيب العشوائي للجزيئات وفقدان البنية البلورية. عند درجة حرارة 120-130 درجة مئوية، يصبح المعجون سهل الحركة. يحدث الذوبان الكامل للأميلوبكتين في نشا القمح عند 136-141 درجة مئوية، وفي نشا البطاطس عند 132 درجة مئوية.

يتم تحلل النشا المذاب أثناء طهي الحبوب أو البطاطس (تسكره) بواسطة الإنزيمات المحللة للأميلوز في شعير الحبوب أو مزارع الكائنات الحية الدقيقة، وخاصة الفطريات والبكتيريا الخيطية. من بين المواد النباتية، فإن أغنى الإنزيمات المحللة للأميلوليت هي الحبوب المنبتة، والتي تسمى الشعير. حاليًا، تستخدم صناعة الكحول على نطاق واسع مستحضرات إنزيمية تعتمد على مزارع الفطريات الخيطية (أو البكتيريا من جنس عصية) والتي لها عدد من المزايا مقارنة بالشعير. تزرع ثقافات الفطريات الخيطية نخالة القمحأو دقيق الذرة، في حين أن الحصول على الشعير يتطلب نوعية الحبوب. يتم إدخال الكائنات الحية الدقيقة الأجنبية في نقيع الشعير بكميات كبيرة مع الشعير، مما يؤثر سلبا على إنتاجية الإيثانول. تزرع الثقافات العميقة للفطر في ظروف معقمة، فهي لا تلوث النقيع بالكائنات الحية الدقيقة الأجنبية. تتم زراعة ثقافة الفطر السطحي بشكل أسرع بكثير (1.5-2.0 يوم) من إنبات الحبوب (9-10 أيام). تشكل الفطريات مجموعة معقدة من الإنزيمات التي تحلل النشا بشكل أعمق وتحلل أيضًا الهيمسيلولوز إلى سكريات أحادية، مما يزيد من إنتاج الإيثانول من المواد الخام.

تشارك إنزيمات مختلفة في عملية تسكر المواد الخام المحتوية على النشا. الأميليز لها أهمية إنتاجية أكبر. تعمل إنزيمات α- و β-amylases على تحفيز انقسام روابط α-1,4-glucosidic فقط. تحت تأثير ألفا أميليز، يتم تكسير الروابط بشكل عشوائي، ولكن في الغالب داخل السلاسل. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل الدكسترين بشكل رئيسي، وكمية صغيرة من المالتوز والسكريات قليلة التعدد. بناءً على طبيعة عمله، يُطلق على الأميليز ألفا اسم الأميليز الداخلي أو الدكستريني المنشأ.

يتم توجيه عمل β-amylase إلى الروابط الطرفية (الخارجية) في النشا، وبالتتابع، بدءًا من الأطراف غير المختزلة للسلاسل، يتم قطع بقايا الجلوكوز (المالتوز). لا يمكن لـ β-amylase تجاوز مواقع التفرع في جزيء النشا الكبير، لذلك يتوقف التحلل المائي عند الرابطة قبل الأخيرة α-1,4-glucosidic وتبقى الدكسترينات ذات الوزن الجزيئي العالي أثناء التحلل المائي للأميلوبكتين. يتم تحويل الأميلوز بالكامل تقريبًا بواسطة بيتا أميليز إلى مالتوز، أميلوبكتين - فقط 50-55٪.

نتيجة للعمل المشترك لـ α- و β-amylases، يتم تشكيل خليط من السكريات، يتكون من المالتوز، وكمية صغيرة من الجلوكوز والدكسترينات ذات الوزن الجزيئي المنخفض، حيث تكون جميع روابط α-1,6-glucosidic من النشا تتركز.

تفتقر البكتيريا والفطريات المجهرية إلى β-amylase، ولكنها تحتوي على α-amylase النشط، والذي يختلف في تكوين الأحماض الأمينية في البروتين وخصوصية عمله. على وجه الخصوص، عندما يتم تحفيزه بواسطة ألفا أميليز من الفطريات المجهرية، يتم تشكيل كميات كبيرة من الجلوكوز والمالتوز. من بين الأميليز البكتيرية هناك كل من السكروزية والدكسترينوجينية. الأول يتحلل النشا بنسبة 60% أو أكثر، والثاني بنسبة 30-40%. لا تهاجم إنزيمات α-Amylases ذات الأصل الميكروبي، مثل α- وβ-amylases في الشعير، روابط α-1,6-glucosidic.

تحتوي الفطريات المجهرية على الجلوكوأميلاز، الذي يحفز انقسام روابط α-1,4- و α-1,6-glucosidic في النشا. أثناء التحفيز بواسطة هذا الإنزيم، يتم فصل بقايا الجلوكوز بالتتابع من الأطراف غير المختزلة للأميلوز والأميلوبكتين. يرتبط جزيء الماء بالموقع الذي تم فيه كسر الروابط، وبالتالي فإن الناتج النظري للجلوكوز أثناء عملية التحلل المائي هو 111.11% من وزن النشا.

هناك ثلاث طرق محتملة للتفاعل بين الإنزيم والركيزة (التي تحتوي على عدد كبير من السلاسل): متعددة السلاسل، وسلسلة واحدة، ومجمعة.

وفقًا لطريقة السلاسل المتعددة، يهاجم جزيء الإنزيم بشكل عشوائي إحدى سلاسل السكاريد، ويفصل رابطًا منها، ثم يهاجم بشكل عشوائي أيضًا السلاسل التالية، بما في ذلك، ربما، تلك التي تمت مهاجمتها سابقًا. وهكذا، أثناء وجود مجمع الإنزيم والركيزة، يحدث فعل تحفيزي واحد فقط.

في طريقة السلسلة الواحدة، يقوم جزيء الإنزيم، الذي يهاجم إحدى سلاسل السكاريد بترتيب عشوائي، بفصل الروابط منه بشكل تسلسلي حتى يتم تقسيم السلسلة بالكامل. أثناء وجود مركب الإنزيم-الركيزة، يتم تحلل جميع الروابط التي يمكن للإنزيم الوصول إليها.

الطريقة المدمجة، أو طريقة الهجوم المتعدد، هي أنه أثناء وجود مركب الإنزيم والركيزة، يتم تحلل العديد من الروابط. في هذه الحالة، بعد انقسام رابط واحد، لا يتم صد الإنزيم، ولكن يتم الاحتفاظ به. يحدث الهجوم باستخدام طرق متناوبة أحادية ومتعددة السلاسل.

أظهرت الدراسات أن الأميليز α و β يقومان بالتحلل المائي بواسطة طريقة هجوم متعددة (الطريقة متعددة السلاسل هي سمة من سمات α-amylase البكتيرية).

في معامل التقطير المحلية، يتم استخدام الشعير الخام (غير المجفف) على شكل حليب مخمر ومستحضرات إنزيمية (الجلوكافامورين، الأميلوريزين، الأميلوسوبتيلين) لسكر نشا المادة الخام. مستويات مختلفةنشاط أو خليط من الحليب المملح وتحضير الإنزيم.

تتضمن تكنولوجيا إنتاج الشعير العمليات الرئيسية التالية: نقع المواد الخام للحصول على نسبة رطوبة تتراوح بين 38-40%؛ إنبات الحبوب لمدة 10 أيام في مالتهاوس هوائي في طبقة بسمك 0.5-0.8 متر؛ طحن الشعير في كسارات القرص أو المطرقة؛ تطهير الشعير بمحلول الفورمالديهايد أو المبيض وتحضير الحليب المخمر. يتم الحصول على حليب الشعير عن طريق خلط الشعير المطحون مع الماء (4-5 لتر من الماء لكل 1 كجم من الشعير).

يحتوي الشعير المصنوع من حبوب مختلفة على كميات متفاوتة من كل إنزيم محلل للأميلوليتيك. على سبيل المثال، يحتوي شعير الشعير على نشاط تحلل α- و β عالي، كما أن شعير الدخن لديه نشاط دكسترينوليتي قوي. في أغلب الأحيان، يتم تحضير خليط من ثلاثة أنواع من الشعير: الشعير (50٪)، الدخن (25٪) والشوفان (25٪). يحظر استخدام الشعير من محصول واحد في إنتاج الكحول من نفس المحصول.

استخدام مجمع الإنزيمات المتعددة لمستحضرات الإنزيم جمعية ذات مسؤولية محدودة "روسفيرمنت" حول مخططات مختلفة لمعالجة المياه الحرارية للمواد الخام للحبوب أثناء إنتاج الكحول

شركة جمعية ذات مسؤولية محدودة "روسفيرمنت" لديه مجموعة واسعة من الاستعدادات الانزيمية مدى واسعأجراءات. بوجود مثل هذه المجموعة المتنوعة، من الممكن اختيار مركب متعدد الإنزيمات من الأدوية التي تسمح لك بتحلل الجزء النشوي من الحبوب والسكريات والبروتينات غير النشوية.

المكون الرئيسي لمحاصيل الحبوب المستخدمة لإنتاج الكحول هو النشا. يتمتع هذا السكاريد (α-1,4-glucan) بوزن جزيئي مرتفع ويتكون من 10000-100000 من بقايا الجلوكوز المرتبطة بروابط α-glucosidic الكيميائية في سلاسل طويلة. يتكون النشا من الأميلوز الخطي (α-1,4-glucan النقي) والأميلوبكتين المتفرع (α-1,4-glucan الذي يحتوي على 5-6% α-1,6-links)، وتختلف النسبة بينهما حسب النوع. بقوليات في الخلية النباتيةالنشا هو في شكل حبيبات النشا، والتي تكون محاطة بقشرة من السكريات غير النشوية التي يصعب تحللها - السليلوز، الزيلان (البنتوسان) وبيتا جلوكان.

أثناء المعالجة الحرارية للمياه للحبوب، يذهب الجزء الرئيسي من النشا إلى المحلول، ونتيجة لذلك، تزداد اللزوجة بعدة مراتب من حيث الحجم (تأثير الجلتنة).وفي الوقت نفسه، يبقى جزء من النشا في حالته الأصلية الحالة، حيث أن السكريات غير النشوية (NSPs) تشكل شبكة مكانية حول نشا الحبوب وتمنعها من دخول المحلول.

يمكن تقسيم تحلل النشا إلى جلوكوز بواسطة الإنزيمات إلى 3 مراحل. في المرحلة الأولى، تنتفخ حبيبات النشا ويذوب جزيء البوليمر.

في المرحلة الثانية، يتم تكسير النشا بواسطة إنزيم ألفا أميليز لتكوين الدكسترين (سكريات قليلة التعدد ذات وزن جزيئي أقل من النشا الأصلي).

في المرحلة الثالثة، يتم تحويل الدكسترين، تحت تأثير إنزيم الجلوكواميلاز، إلى جلوكوز ومالتوز، ثم يتم تخميرهما بواسطة الخميرة إلى كحول.

وفقًا لآلية عملها على الركيزة (النشا)، تنتمي إنزيمات ألفا الأميليز إلى فئة البوليميرات الداخلية، فهي تقوم بالتحلل المائي الفوضوي للروابط الداخلية في جزيء نشا البوليمر.

على العكس من ذلك، تنتمي إنزيمات الجلوكواميلاز إلى فئة البوليمرات الخارجية، فهي تهاجم الركيزة من النهاية، وتفصل بقايا الجلوكوز (والمالتوز) من الجزيئات الأكبر حجمًا.

يظهر الجلوكواميليز أكبر نشاط تجاه الجزيئات الصغيرة من المالتوديكسترين التي تحتوي على 5-50 بقايا جلوكوز، ونشاط قليل جدًا تجاه النشا الأصلي، ولهذا السبب يتم استخدام الجلوكواميليز بعد التدمير الجزئي للنشا تحت تأثير ألفا أميليز.

في أنواع مختلفة من الحبوب، قد يختلف محتوى وتكوين جزء النشا والسكريات غير النشوية (NSP) (الجدول 1). NPS، على الرغم من تشابهه مع النشا، لا يمكن تحلله بواسطة الأميليز. لذلك، لزيادة درجة استخدام النشا، وبطبيعة الحال، زيادة إنتاج الكحول، فمن المستحسن استخدام مستحضرات الإنزيم التي تحلل NPS.

بالنسبة للتحلل المائي للبنتوزانات، يتم استخدام المستحضرات التي تحتوي على إنزيم الزيلاناز، وللتحلل المائي للبيتا جلوكان - β-جلوكوناز، وللتحلل المائي للسليلوز - السليولاز. يُنصح بشدة باستخدام مستحضرات الإنزيم التي تحتوي على مجموعة من الإنزيمات التي تحلل NPS.

الجدول 1: محتوى المكونات الرئيسية للكربوهيدرات في المواد الخام للحبوب (٪).

حبوب ذرة	نشاء	البنتوسان	بيتا جلوكان	السليلوز	الصحراء	بروتين	سمين
قمح	55-65	6,0-6,6	0,7-0,8	2,5-3,0		9-15 (حتى 25)	1,7-2,3
الذرة	52-60	8,7-10,0	2,2-2,8		2,2-2,8	10-12
شعير	53-57		5,7-7,0
حبوب ذرة	60-65					8-12	4,0-8,0

ومن المعروف أيضًا أنه أثناء المعالجة الحرارية للمياه للمواد الخام للحبوب، يدخل جزء من البروتين في المحلول، ويشكل معظمه مواد هلامية مستقرة مع السكريات غير النشوية. في مؤخرازادت نسبة البروتين في الحبوب - في القمح تصل إلى 25٪ وفي الجاودار إلى 15٪. يعد البروتين غير المذاب مصدرًا للعدوى ويتم ترسيبه على المعدات وعلى شكل رواسب كربون في وحدة التحكم. ولذلك يعتبر التحلل المائي لبروتين الحبوب ضرورة إنتاجية، حيث يسمح بما يلي:

حفظ الأحماض الأمينية
- تقليل الرغوة
- تسهيل تنظيف المعدات
- زيادة وصول الإنزيمات المحللة للأميلوليت إلى الركيزة
- زيادة إنتاج الكحول

اليوم، يستخدم المصنعون بشكل متزايد الإنزيمات المحللة للبروتين وتأثير استخدامها واضح.

وبالتالي، واستنادًا إلى البيانات المقدمة حول تركيبة الحبوب ومستحضرات الإنزيم المستخدمة في مجموعة واسعة من التأثيرات لشركتنا، فقد قمنا بتطوير جداول لتحسين استخدام مستحضرات الإنزيمات مخططات مختلفةالمعالجة الحرارية للمياه.

مقالات مماثلة: