הידרוליזה אנזימטית של עמילן. טרנספורמציות של פחמימות בייצור מזון

אנזימים מהחי(פפסין, טריפסין וכו') מתקבלים בעיקר מאיברים בהם מתרחשים תהליכים ביוכימיים אינטנסיביים (מהקרום הרירי של הקיבה, הכבד, הכליות, הטחול וכו').

מָקוֹר אנזימים צמחייםעשוי להיות דגן מונבט (לתת) של דגנים שונים. במדינות טרופיות וסובטרופיות, לייצור תעשייתי של אנזימים, משמשים לטקס עצי מלון (האנזים פפאין), אננס (ברומלן), תאנים (פיקין) וחזרת (פרוקסידאז) כחומרי גלם.

אנזימים ממקורות שונים משמשים ישירות כתכשירי אנזימים טכניים או משמשים כחומר מוצא לייצור תכשירים מטוהרים.

בשל הצרכים ההולכים וגדלים של התעשייה בתכשירי אנזימים, מקורות ייצורם מהצומח והחי אינם מתאימים ליצרנים ממספר סיבות.

איברי בעלי חיים ניתן להשיג רק ממפעלים לעיבוד בשר, מה שמציב את הבעיה של שימורים ואחסנם. צריך הרבה זמן וכסף כדי לגדל את החיות בעצמן.

ניתן לבטל רבים מהחסרונות לעיל על ידי שימוש אנזימים של מיקרואורגניזם(בַּקטֶרִיָה, תבניות, שמרים). היתרונות של מקור זה: מיקרואורגניזמים גדלים במהירות על מדיה מזינה זולה; תכולת האנזים ליחידת חלבון ביומסה גבוהה משמעותית; באמצעות שינויים גנטיים, אתה יכול להגדיל את התשואה של האנזים הרצוי; לבודד אנזימים בעלי תכונות משופרות __ עמיד בפני טמפרטורה, חומצות, אלקליות. אנזימים מיקרוביאליים דומים לאנזימים בצמחים ובבעלי חיים, אך ישנם מינים שאינם מצויים לא בצמחים ולא בבעלי חיים.

בייצור תסיסה משתמשים באנזימים מצמחים (בצורת לתת) ומקור חיידקי.

שאלות בקרה

1 הגדר אנזים.

2 תן את התכונות האופייניות העיקריות של אנזימים כזרזים.

3 תן את הסיווג של אנזימים.

4 הסבר מהו מצע, מפעיל, מעכב, אתר פעיל, פרון, קבוצה תותבת.

5 תאר את השפעת הטמפרטורה, ה-pH, ריכוזי האנזים והמצע, נוכחותם של מפעילים ומעכבים על קצב התגובה האנזימטית.

6 ציין את מקורות האנזימים. תן להם תיאור.

2.7 אנזימים הידרוליטיים

1 הידרוליזה של עמילן.

2 הידרוליזה של חלבון.

3 הידרוליזה של פוליסכרידים שאינם עמילן.

4 תכשירי אנזימים: מאפיינים ומינוח.

5 אנזימים מקובעים

1 הידרוליזה של עמילן

רוב האנזימים החשובים מבחינה תעשייתית שייכים לקבוצת ההידרולאזים, שהצורך בהם מסתכם בעשרות אלפי טונות. בטכנולוגיה של ייצור תסיסה, הידרולאזים ממלאים תפקיד עצום, שכן הם אחראים על הכנת חומרי גלם לתסיסה.

הידרולאזות כוללות אנזימים עמילוליטים, פרוטאוליטיים, ציטוליטים, ליפוליטים, פקטוליטיים ואחרים.

הידרוליזה של עמילן מתבצעת על ידי אנזימים עמילוליטים.

עֲמִילָן- פוליסכריד, בתורו המורכב משני פוליסכרידים, הנבדלים זה מזה בדרגת הפילמור ובסוג המבנה - עמילוז (תכולה בקירוב 20-30%) ועמילופקטין (אחוזים. היחידה המבנית של עמילן, וכתוצאה מכך, עמילוז ועמילופקטין, היא גלוקוז, ששאריותיו מחוברות ביניהן על ידי קשרים α-1,4 ו-α-1,6-גלוקוזידיים.

עמילוזהבעל מבנה ליניארי, קשר בין שיירי גלוקוז α-1,4 (בין אטום הפחמן הראשון לרביעי). מסיס במים חמים ללא התנפחות. יוצר תמיסות עם צמיגות נמוכה. משקל מולקולרי מ 60 עד 600. עם יוד זה נותן צבע כחול.

או-או-או-או-או-או-או-או-או-או-או-או-או-או-

איור 16 - מבנה עמילוז

עמילופקטיןהיא שרשרת מסועפת המורכבת ממספר רב של שאריות גלוקוז (כ-2500). השרשרת הראשית מורכבת מ-25-30 שאריות, והשרשרות הצדדיות מורכבות מ-15-18. בעמילופקטין, שיירי גלוקוז באזורים ליניאריים מקושרים על ידי קשר α-1,4, ובאתרי הסתעפות יש קשר α-1,6. אינו מתמוסס במים. כאשר הוא מחומם, הוא יוצר משחה. עם יוד זה נותן צבע סגול.

הידרוליזה של עמילן ותוצרי ההידרוליזה החלקית שלו, כמו גם גליקוגן, מתבצעת על ידי עמילאזות (α-עמילאז, β-עמילאז, גלוקואמילאז ואנזימים עמילוליטים אחרים).

α-עמילאז(dextrinogenamylase) - על פי מנגנון הפעולה, הוא שייך לאנדונזימים, כלומר הוא פועל על מולקולת הסובסטרט מבפנים, באופן אקראי, מה שמוביל לירידה מהירה בצמיגות תמיסת העמילן. מבצע הידרוליזה של קשרי α-1,4 בפוליסכרידים המכילים שלושה או יותר שיירי D-גלוקוז.

עמילוז, תחת פעולת α-עמילאז, מתפרק תחילה לדקסטרינים בגודל בינוני, אשר לאחר מכן מתפרקים לדקסטרינים בעלי משקל מולקולרי נמוך ומלטוז. עם פעולה ממושכת של האנזים, עמילוז הופך כמעט לחלוטין למלטוז ולכמות קטנה של גלוקוז.

הפעולה של α-עמילאז על עמילופקטין מובילה ליצירת מלטוז ודקסטרינים במשקל מולקולרי נמוך.

תכנית כלליתהידרוליזה של עמילן על ידי α-עמילאז:

α-עמילאז

דקסטרינים בעלי משקל מולקולרי נמוך של עמילן

(הרבה) + מלטוז (מעט) + גלוקוז (מעט מאוד)

תנאים אופטימליים לאנזים: pH 5.7, טמפרטורה 70 מעלות צלזיוס.

β-עמילאז(sugarogenamylase) __ אקזו-אנזים, מזרז את ההידרוליזה של קשרי α-1,4 בפוליסכרידים, ומנתק ברצף שאריות מלטוז מהקצה הלא-מצמצם (כאשר אין קבוצת אלדהיד חופשית) של השרשרות. β-עמילאז מפרק עמילוז לחלוטין (אם מספר מולקולות הגלוקוז בו הוא זוגי) למלטוז; אם הוא מוזר, אז נוצר מלטוטריוז יחד עם מלטוז.

בעמילופקטין, β-עמילאז פועל רק על הקצוות החופשיים והלא מצמצמים של שרשראות הגלוקוז ליצירת מלטוז ודקסטרינים בעלי מולקולריות גבוהה. פעולתו נעצרת כאשר מתקרבים לענף (שם יש קשר α-1,6) במרחק של מולקולת גלוקוז אחת. הדקסטרינים המתקבלים עוברים הידרוליזה נוספת על ידי α-עמילאז לדקסטרינים בעלי משקל מולקולרי נמוך יותר.

תכנית כללית של הידרוליזה של עמילן תחת פעולת β-עמילאז:

β-עמילאז

דקסטרינים בעלי משקל מולקולרי גבוה של עמילן (רבים) + מלטוזה (רבים) + מלטוטריוז (מעט)

תנאים אופטימליים לפעולת β-עמילאז: pH 4.7, טמפרטורה 63 מעלות צלזיוס.

כך, עם הפעולה המשולבת של α-ו-β-עמילאזות על עמילן, רק 80% ממנו הופכים לסוכרים מתסיסים (מלטוזה, גלוקוז, מלטוטריוז) ו-20% __ לדקסטרינים עם 5-8 שאריות גלוקוז.

הגבל דקסטרינאז __ אנדונזים, מייצר באופן אקראי את הקשר α-1,6-גלוקוזידי בעמילן, גליקוגן, דקסטרינים. Maltotriose נוצר לרוב. פרמטרי פעולה אופטימליים: pH 6.5, טמפרטורה 50°C.

גלוקואמילאז __ אקזואנזים, מבצע הידרוליזה של קשרי α-1,4 ו- α-1,6 בפוליסכרידים, ומבטל ברצף שארית גלוקוז אחת מהקצוות הלא-מצמצמים של השרשראות. קשרי α-1,4 בעמילן נהרסים מהר יותר מ-α-1,6. תנאים אופטימליים: pH 4.5-4.6, טמפרטורה 55-60 מעלות צלזיוס.

בתעשיות תסיסה שונות, הידרוליזה של עמילן כפופה דרישות שונות. בייצור אלכוהול יש צורך לבצע הידרוליזה של עמילן בצורה עמוקה ככל האפשר על מנת לקבל יותר סוכרים מתסיסים, ולכן תפוקת אלכוהול גבוהה יותר.

בייצור בירה, הידרוליזה מלאה של עמילן אינה מתבצעת, שכן בנוסף לסוכרים מתסיסים (הכרחיים ליצירת כמות מסוימת של אלכוהול), המדיום חייב להכיל דקסטרינים במשקל מולקולרי נמוך, המעניקים מלאות טעם וצמיגות לבירה. .

בהתאם למקור האנזים, המאפיינים של עמילאזים ואנזימים אחרים יכולים להיות שונים מאוד לא רק במנגנון הפעולה ובתוצרי התגובה הסופיים, אלא גם בתנאים האופטימליים לפעילות מירבית. פרמטרי הפעולה האופטימליים עבור α-ו-β-עמילאזות של מאלט ניתנו לעיל.

עמילאזות חיידקיות שונות מעמיליזות מאלט בהיותן יציבות יותר מבחינה תרמית. פרמטרי פעולה אופטימליים: טמפרטורה 80-85 מעלות צלזיוס (לעיתים עד 90-95 מעלות צלזיוס), pH 5.5-5.8.

עמילאזות פטרייתיות (כולל, בפרט, גלוקואמילאז) עמידות יותר לתגובות סביבתיות: הטמפרטורות האופטימליות הן 50-60 מעלות צלזיוס, pH 4.2-4.7.

לפיכך, עמילאזות חיידקיות יציבות יותר בחום, ועמילאזות פטרייתיות פועלות בסביבה חומצית יותר בהשוואה לאנזימי מאלט.

2 הידרוליזה של חלבון

הידרוליזה אנזימטית של חלבונים מתרחשת בהשפעת אנזימים פרוטאוליטיים. הם מסווגים לאנדו- ואקסו-פפפטאזות. לאנזימים אין סגוליות מצע קפדנית והם פועלים על כל החלבונים הטבעיים הדנטורטיים ורבים, ובקעים בהם קשרי פפטיד - CO-NH-.

אנדופפטאזות (פרוטאינזים)- הידרוליזה ישירה של החלבון באמצעות קשרי פפטיד פנימיים. כתוצאה מכך נוצרת כמות משמעותית של פוליפפטידים ומעט חומצות אמינו חופשיות. בהתאם ל-pH האופטימלי, הם מחולקים לחומצי, ניטרלי ובסיסי. תנאים אופטימליים לפעולת פרוטאינזים חומציים: pH 4.5-5.0, טמפרטורה 45-50 מעלות צלזיוס (עד 60 מעלות צלזיוס).

Exopeptidases (פפטידאזים) פועלים בעיקר על פוליפפטידים ופפטידים על ידי שבירת הקשר הפפטידי מהסוף. התוצרים העיקריים של הידרוליזה הם __ חומצות אמינו. הקבוצה הזאתאנזימים מחולקים לאמינו, קרבוקסי ודיפפפטאזות.

אמינופפטידאזותלזרז את ההידרוליזה של הקשר הפפטיד הראשון שנמצא בקצה ה-N.

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

Carboxypeptidasesלבצע הידרוליזה של הקשר הפפטיד הראשון הממוקם ליד קבוצת הקרבוקסיל החופשית.

CO - NH - C - H

ר

Dipeptidadesלזרז את הביקוע ההידרוליטי של דיפפטידים לחומצות אמינו חופשיות. Dipeptidases מבקעים רק את הקשרים הפפטידים הסמוכים אליהם יש בו זמנית קבוצות קרבוקסיל ואמינים חופשיות.

דיפפטידאז

NH2CH2CONHCH2COOH + H2O 2CH2NH2COOH

גליצין-גליצין גליקוקול

תנאי הפעלה אופטימליים: pH 7-8, טמפרטורה 40-50 oC. היוצא מן הכלל הוא carboxypeptidase, המציג פעילות מרבית בטמפרטורה של 50 מעלות צלזיוס ו-pH 5.2.

הידרוליזה לא מספקת של חומרים חנקן מולקולריים גבוהים משפיעה לרעה על היציבות הקולואידית של משקאות; תוצרי הידרוליזה של חלבונים (חומצות אמינו) נחוצים להאכלת השמרים; פפטידים __ יוצרים את מלוא הטעם של הבירה, יציבות הקצף שלה ויצירת קצף.

3 הידרוליזה של פוליסכרידים שאינם עמילן

ל פוליסכרידים שאינם עמילןכוללים תאית, hemicelluloses, פקטין וחומרי מסטיק.

תָאִית __ פוליסכריד במשקל מולקולרי גבוה. זוהי שרשרת ארוכה ובלתי מסועפת של שאריות גלוקוז המחוברות בקשרי β-1,4. לא מסיס במים. כלול ב קירות תאיםצמחים.

מתבצעת הידרוליזה אנזימטית של תאית צלולאזות (אנדו ואקסוגלוקאנזות). מוצרי הידרוליזה __ גלוקוז וצ'לוביוז. עם זאת, תאית היא מצע קשה לפעולת האנזים, שכן היא אינה מסיסה במים ומכילה מספר רב של זיהומים. נכון לעכשיו, בתעשייה, הידרוליזה מלאה של תאית יכולה להתבצע רק עם חומצות מרוכזות בתנאים קשים מאוד ( טמפרטורה גבוההולחץ). במקרה זה, נוצר רק D-גלוקוז, ובנוסף, מספר מוצרים מזיקיםשצריך להשתחרר מהם.

Hemicelluloses שייכים גם לקבוצת הפוליסכרידים. הם אינם מסיסים במים, אך מסיסים באלקליות ומועברים בקלות רבה יותר על ידי חומצות מאשר תאית. ההמיצלולוזים מחולקים לשתי קבוצות: הקסוסנים ופנטוזנים, המורכבים משאריות של חד-סוכרים שונים ונגזרותיהם.

הקסוסאנים __ תרכובות במשקל מולקולרי גבוה. יכול להיות ליניארי או מסועף. הנציג העיקרי הוא β-glucan, שבו שיירי גלוקוז מחוברים בקשרים β-1,3 ו-β-1,4-גלוקוזידיים.

פנטוזניםבעלי מבנה מסועף, מורכבים משאריות פנטוז (סוכרים עם חמישה אטומי פחמן) __ קסילוס, ארבינוז, וגם כמות קטנה של חומצה גלקטורונית. סוג האג"ח העיקרי הוא __ β-1.4, בנקודות הסתעפות __ β-1.3. נציגי הפנטוזנים הם קסילנים, ערבנים וארובינוקסילנים.

חומרים גומייםקרובים בהרכבם להמיצלולוזים. אלה הם תוצרים של הידרוליזה לא מלאה או סינתזה של hemicelluloses. הם מורכבים משאריות של גלוקוז, גלקטוז, קסילוז, ערבינוז וחומצה אורונית. מסיס במים חמים, מייצר תמיסות עם צמיגות גבוהה.

ההידרוליזה של כל התרכובות לעיל מתרחשת תחת פעולתן של שלוש קבוצות של אנזימים ציטוליטים: β-glucanases (לדוגמה, endo-β-1,3-glucanase; exo-β-1,4-glucanase), β-xylanases ו β-glucosidases (אקסו-אנזים, מתפרק מהקצה הלא מפחית β-1,4-קשר, עם היווצרות גלוקוז).

כתוצאה מההידרוליזה של פוליסכרידים שאינם עמילן, נוצרים גלוקוז, ארבינוז, קסילוזה, חומצות אורוניות ודקסטרינים. תנאים אופטימליים לפעולת אנזימים ציטוליטים: pH 4.5-5.0, טמפרטורה מעלות צלזיוס.

ההידרוליזה של פוליסכרידים שאינם עמילן מתרחשת באופן אינטנסיבי במיוחד במהלך הלתת, מה שמוביל לפירוק האנדוספרם (ציטוליזה). בחליטה, הידרוליזה לא מספקת של חומרים אלו מסבכת את תהליך סינון הוורט והבירה ומשפיעה לרעה על הסרת העכירות והיציבות הקולואידית של המשקה.

חומרים פקטיים __ תרכובות במשקל מולקולרי גבוה, פוליסכרידים המורכבים משאריות חומצה גלקטורונית או גלוקורונית המחוברות בקשרי α-1,4. במקרה זה, נוצרת שרשרת של חומצה פוליגלקטורונית.

שרשרת זו עשויה להכיל ענפים בצורה של שאריות של מתיל אלכוהול CH3O-, וחלק מאטומי המימן של קבוצות קרבוקסיל ניתנים להחלפה בקטיוני מתכת. לשרשרת זו ניתן להצמיד שאריות סוכר: גלקטוז, ארבינוז, רמנוזה בצורת שרשרת פוליסכריד. קומפלקס הסכריד יוצר את השבר הנייטרלי של חומרי פקטין, והשרשרת הפוליגלקטורונית עם קבוצות מתוקסיל יוצרת את השבר החומצי.

חומרים פקטיים כוללים פרוטופקטין, פקטין וחומצות פקטיות.

פרוטופקטין,או פקטין בלתי מסיס __ בלתי מסיס במים, בעל הרכב כימי מורכב, ולא נחקר היטב. אולי זה שילוב של פקטין עם חומרים אחרים: תאית, hemicellulose, חלבונים.

פקטין, או פקטין מסיס __ חומצות פוליגלקטורוניות, שקבוצות הקרבוקסיל שלהן משולבות בדרגות שונות עם שאריות מתיל אלכוהול, כלומר אסטריפיות. משקל מולקולרי מתאריך 01/01/0100. מתמוסס במים חמים. בנוכחות סוכר וחומצות הוא יוצר ג'לי.

חומצות פקטית- חומצות פוליגלקטורוניות במשקל מולקולרי גבוה שאינן מכילות קבוצות אסטריות. הם מתמוססים בצורה גרועה במים ואינם יוצרים ג'לי. חומצות פקטית יכולות ליצור מלחים עם יוני מתכת רב-ערכיים, וכתוצאה מכך נוצרות תרכובות בלתי מסיסות המשקעות.

חומרי פקטין מפחיתים את תפוקת המיצים מחומרי גלם של פירות ופירות יער, מסבכים את הבירור שלהם ומפחיתים את העמידות של יינות ומשקאות חריפים בפני אטימות קולואידית.

הידרוליזה של חומרים פקטין מתרחשת בהשפעה פקטוליטי אנזימים : protopectinases, pectinestrases, polygalacturonases.

פרוטופקטינאזמבקע בפרוטופקטין את הקשרים בין חומצה פוליגלקטורונית מתוקסילציה לבין הערבן והגלקטן הקשורים אליה. התוצאה היא חומצה פוליגלקטורונית מתוקסילטית, שהיא פקטין מסיס.

Araban Methoxylated Galactan

חומצה פוליגלקטורונית

איור 20 - פעולת פרוטופקטינאז

פקטינאסטראז(פקטאז) שייך לקבוצת האסטראזים ומעביר הידרוליזה של קשרי האסטר של פקטין מסיס, מסיר קבוצות מתוקסיל מחומצה פוליגאלקטורונית מתוקסילטית. זה יוצר מתיל אלכוהול(CH3OH) וחומצה פוליגלקטורונית.

פוליגלקטורונאז(פקטינאז) פועל על פקטין מסיס, מזרז את הביקוע של קשרים α-1,4-גלוקוזידיים בין שאריות חומצה גלקטורונית שאינן מכילות קבוצות מתוקסי. כתוצאה מכך נוצרות חומצות גלקטורוניות ופוליאורוניות.

על פי מנגנון הפעולה, מובחנים אנדו-ו-exopolygalacturonases. Endopolygalacturonase פועל "באקראי", שובר את השרשרת בתוך מולקולת המצע, ומוביל לירידה חדה בצמיגות התמיסות.

Exopolygalacturonase פועל מקצה השרשרת לפירוק חומצה גלקטורונית. בהשפעת אנזים זה, הצמיגות יורדת מעט.

תנאים אופטימליים לפעולת אנזימים פקטוליטים; pH 3.7-4.0, טמפרטורה 40-50 מעלות צלזיוס.

4 תכשירי אנזימים: מאפיינים ומינוח

תכשירי אנזימים נמצאים בשימוש נרחב ב תעשיות שונותתַעֲשִׂיָה. הם נבדלים מאנזימים טהורים בכך שהם מכילים אנזים אחד או יותר עם דומיננטיות של אחד, כמו גם חומרים נטלים של הסביבה שבה גדלו המיקרואורגניזמים שייצרו את האנזימים.

לייצור תעשייתי של תכשירי אנזימים, מיקרואורגניזמים מבודדים מ מקורות טבעייםוזנים מוטגנים (המתקבלים בחשיפה לגורמים כימיים ופיזיקליים). יצרנים פעילים של אנזימים הם פטריות מיקרוסקופיות מהסוג Aspergillus (מיני oryzae, niger, awamori, batatae, foetidus, flavus וכו'), Rhisopus, Penicillium, Fusarium, Trichoderma (species viride), חיידקים נושאי נבגים מהסוג Bacillus. מינים subtilis, mesentericus, brevis וכו'), Clostridium

שם התרופהמתחיל בשם המקוצר של האנזים העיקרי שפעילותו השולטת. לאחר מכן מופיע השם הספציפי שהשתנה של המפיק והסיום "in". שם התרופה משקף גם את שיטת הטיפוח של המיקרואורגניזם המייצר. עבור טיפוח עמוק, האות "G" ממוקמת אחרי השם; לטיפוח משטח, האות "P".

באופן קונבנציונלי, כמות האנזים בתרבית סטנדרטית מסומנת "x". המספר לפני ה-"x" מציין את מידת הטיהור של האנזים במהלך ייצור התרופה הזו.

לדוגמה: תכשיר אנזים עמילוסוטילין G10x __ בעל פעולה עמילוליטית, מקור חיידקי, יצרן - חיידקים Bacillus subtilis, גדל בשיטה עמוקה, דרגת טיהור 10x, בצורת אבקה. Pectofoetidin P20x __ תכשיר אנזים יבש מטוהר מאוד עם פעילות פקטוליטית, מייצר מיקרואורגניזם __ עובש Aspergillus foetidus, מעובד על פני השטח.

תרשים סכמטי של השגה תכשירי אנזימיםמוצג באיור 22. התכנית לטיהור אנזים מחומרים נטלים מסתכמת בשחרורו מחומרים מסיסים נלווים ואנזימים אחרים. קשה יותר להשיג תכשירים מטוהרים מאוד מתרביות פני השטח, מכיוון שהם מכילים הרבה חומרים נטלים. קל יותר להשיג תכשירים מטוהרים מתרבויות עמוקות. ערכת הטיהור כוללת שיטות שונות (ריכוז, דיאליזה, משקעים עם ממיסים אורגניים, מלחים, סינון ג'ל וכו').

תכשירי אנזימים מיוצרים הם נוזלים או אבקות של לבן, אפור או צבע צהבהבעם פעילות אנזים סטנדרטית מסוימת.

מִנוּחַ תכשירי אנזימים ביתיים:

Px ו-Gx - לא מזוקקתרבות מקור סטנדרטית של המפיק.

P2x ו-G2x - תרכיז נוזלי, לא מטוהר של חומרים מסיסים של התרבות המקורית, משוחררים מהחלק הבלתי מסיס (P2x - תרכיז עם תכולת חומר יבש של 50%, G2x - לא יותר מ-40%).

PZh ו-GZh __ תכשירי אנזים יבשים המתקבלים על ידי ייבוש על ידי ריסוס תמיסת אנזים גולמית (תמצית תרבית פני השטח או תסנין תרבית עמוק).

תרופות המסומנות 2x ו-3x הן טֶכנִי.

P10x ו-G10x __ יבשים מקולףתכשירים המתקבלים על ידי משקעים של אנזימים מתמיסות מימיות עם ממיסים אורגניים או בשיטת המלחה.

תכשירי אנזימים מטוהרים P15x, G15x __, מתקבלים שיטות שונותטיהור ופירוק של אנזימים.

P20x, G20x __ מטוהרים מאוד, אך לא תכשירי אנזימים גבישיים המכילים עד 20-25% חומרי נטל, המתקבלים על ידי ריכוז וטיהור ביחידות אולטרה סינון ולאחר מכן ייבוש בהתזה.

תכשירים עם אינדקס גבוה מ-20x אינם משמשים במינוח, מכיוון שבמקרים אלו אנו מדברים על תכשירי אנזימים מטוהרים מאוד ואפילו הומוגניים, אשר מתייחסים אליהם בסיווג האנזימים.

כל תכשיר אנזים חייב להיות מאופיין בו פעילות אנזימטית, מבוטא בדרך כלל ביחידות סטנדרטיות. יחידת פעילות סטנדרטית היא כמות האנזים המזרזת את ההמרה של מיקרומול אחד של מצע ליחידת זמן (דקה אחת) בתנאים סטנדרטיים (טמפרטורה של 30 מעלות צלזיוס).

תכשירי האנזים הבאים נמצאים בשימוש נרחב בתעשיות התסיסה:

פעולה עמילוליטית (אמילוריזין Px, P3x, P10x; Amylosubtilin G3x, G10x, G20x; Glucoavmorin Px וכו');

פעולה פרוטאוליטית (Protosubtilin G20x, Protoorizin P10x);

פעולה ציטוליטית (Cytorosemin Px, P10x; Celloviridin G3x, P10x; Celloconingin P10x וכו');

פעולה פקטוליטית (Pectavamorin G3x, Pectofoetidin G3x, G10x, G20x).

בייצור אלכוהול, החלפת לתת בתכשירי אנזימים מאפשרת לחסוך בחומרי גלם למזון יקרי ערך, להפחית את עלויות ההון לבניית בתי מתת, לשפר את תנאי העבודה לעובדים, להאיץ תהליכים טכנולוגיים ולהגדיל את התשואה של מוצרים מוגמרים.

בחליטה, השימוש בתכשירי אנזימים מאפשר לעבד כמות מוגברת של חומרי גלם לא ממולחים ולהגביר את היציבות הקולואידית של הבירה.

בייצור מיצים ויינות משתמשים בתכשירי אנזימים לעיבוד עיסה על מנת להגדיל את תפוקת המיץ וכן להבהרת מיצים וחומרי יין.

5 אנזימים מקובעים

כיום, תכשירי אנזימים נמצאים בשימוש נרחב בתעשיות שונות. עם זאת, תכשירי אנזימים הם זרזים יקרים. בנוסף, מכיוון שהם מסיסים, ניתן להשתמש בהם רק פעם אחת. לכן, אי אפשר להמיר תהליכים תקופתיים לרציפים ולעצור את התגובה האנזימטית בזמן הנכון.

זה מבטיח להשתמש אנזימים מקובעים. הם ביו-זרזים בלתי מסיסים שבהם האנזים קשור לכל נשא או סגור במטריצות או מיקרוקפסולות. יחד עם זאת, אנזימים שומרים על הפעילות והספציפיות שלהם, הופכים עמידים יותר לתגובות סביבתיות, יכולים להשתתף בתהליכים מתמשכים וניתן להשתמש בהם שוב ושוב.

הנשאים עימם נקשר האנזים חייבים להיות בלתי מסיסים, בעלי עמידות כימית וביולוגית, חוזק מכני גבוה, נשאים גרגירים חייבים להיות בעלי צורה אחידה ושטח פנים ספציפי גדול. פולימרים טבעיים (נגזרות של תאית, אגרוז, דקסטרן), סינתטיים (פוליסטירן, אקרילאמיד, ניילון), כמו גם זכוכית נקבובית, מתכות מחומצנות, חימר, סיליקה ג'ל, בד, נייר וכו' משמשים כנשאים.

אימוביליזציה של אנזימים יכולה להתבצע בשתי דרכים: ללא יצירת קשרים קוולנטיים בין המטריצה ​​למולקולת החלבון של האנזים ( שיטות פיזיות) ועם יצירת קשר קוולנטי (שיטות כימיות).

שיטות פיזיות של immobilization. כדי להשיג צורות בלתי מסיסות יציבות של אנזימים, נעשה שימוש נרחב ביכולת של חלבונים לספוח על משטחים שונים. לעתים קרובות ספיגה של אנזימים אינה יעילה בשל העובדה שהנקודה האיזואלקטרית של החלבון וה-pH האופטימלי של פעילות קטליטית קרובים. ספיגה חזקה נצפית רק באותם אזורי pH שבהם הפעילות הקטליטית נמוכה. כדי להתגבר על סתירה זו, הוצעה שיטת אימוביליזציה של חלבונים שעברו שינוי מראש (על ידי הכנסת קבוצות יונוגניות). השינוי מוביל לשינוי בנקודה האיזואלקטרית של החלבון האנזימטי, בעוד שהפעילות הקטליטית שלו נשארת כמעט ללא שינוי. כתוצאה מכך, האנזים המשתנה נספג היטב על הנשאים.

שיטות כימיות. אימוביליזציה של אנזימים באמצעות יצירת קשרים קוולנטיים חדשים היא כיום השיטה הדומיננטית לייצור ביו-זרזים ארוכי טווח. היתרון בשיטה זו הוא שהאנזים אינו נכנס לתמיסה גם לאחר שימוש ארוך מאוד. שיטה כימיתהיא בסיסית בהכנת תכשירי אנזימים מקובעים.

אימוביליזציה כימית יכולה להתבצע הן על נשא פולימרי והן על ידי הצלבה של מולקולות חלבון ללא שימוש בנשא. במקרה האחרון, ניתן להשיג תרופות בלתי מסיסות בעלות פעילות ספציפית גבוהה, אך בשל תכונותיהן הטכנולוגיות הן אינן מבטיחות לשימוש תעשייתי.

השיטה הכימית המסורתית היא יצירת קשר קוולנטי בין הנשא לחלבון האנזימטי באמצעות אינטראקציה כימית. התגובות הנפוצות ביותר כאן הן אצילציה, אלקילציה, חיזור, רדיקלים ויצירת אימינים.

אנזימים מקובעים שונים בתכונותיהם מאלה המקומיים, שכן כתוצאה מהקבוע, המבנה המרחבי של מולקולת החלבון משתנה. פעילותם של אנזימים משובשים ברוב המקרים מופחתת עקב שינוי של מולקולת האנזים וסיכוך המרכז הפעיל. אבל, למרות זאת, אימוביליזציה מובילה ליציבות מוגברת של אנזימים בטווח רחב יותר של pH וטמפרטורה, דבר שחשוב לשימוש ארוך טווח באנזימים, כמו גם ליציבותם במהלך האחסון.

זה גם חיובי שאנזימים מקובעים עמידים יותר לפעולת מעכבים. ערכי ה-pH והטמפרטורה האופטימליים אינם משתנים. כאשר הם מקובעים בנשאים נקבוביים, אנזימים הופכים בלתי נגישים לפעולתם של מיקרואורגניזמים, שכן גודל הנקבוביות של הנשא קטן יותר מהגדלים של תאי מיקרואורגניזמים.

שאלות בקרה

1 הסבר את תפקידם של אנזימים הידרוליטים בטכנולוגיית התסיסה.

2 תאר את ההשפעה של אנזימים הידרוליטים על עמילן, פוליסכרידים שאינם עמילן וחלבונים.

3 ציין את הפרמטרים האופטימליים לפעולה של אנזימים עמילוליטים, פרוטאוליטיים, ציטוליטים.

4 ציין את התוצרים העיקריים של הידרוליזה של עמילן, חלבונים, hemicelluloses, פקטין וחומרי מסטיק.

5 תאר את תפקידם של עמילאזות, פרוטאזות, ציטאזות, אנזימים פקטוליטיים בייצור משקאות מותססים.

6 הסבר כיצד תכשיר אנזים שונה מאנזים.

7 מה שמו של תכשיר האנזים?

8 ציין את תעשיות התסיסה העיקריות בהן נעשה שימוש בתכשירי אנזימים ולאיזו מטרה.

9 מהי אימוביליזציה של אנזים.

10 אילו יתרונות יש לאנזימים המשובשים על פני מסיסים?

3 הנחיות מתודולוגיות ללימוד המשמעת

"טכנולוגיית התעשייה הכללית" (GTE) היא הראשונה מבין קבוצה של דיסציפלינות מרכזיות, שבה התלמידים מתוודעים למהי טכנולוגיה בכלל ואת הטכנולוגיה של ייצור תסיסה בפרט. הקורס מבוסס על הידע שנצבר בעבר מלימודי כימיה, ביוכימיה, מיקרוביולוגיה, תהליכים ומנגנוני ייצור מזון.

שליטה בחומר של דיסציפלינה זו מאפשרת לתלמיד לרכוש ידע על היסודות התיאורטיים של טכנולוגיית התסיסה, דפוסי צמיחה והתפתחות של מיקרואורגניזמים, מאפיינים ותכונות של חומרי גלם, אנזימים.

העבודה על לימוד קורס תורת היחסות הכללית צריכה להיות סדירה, עקבית ושיטתית. יש צורך ללמוד את מהלך ההרצאות, כמו גם ספרות מיוחדת, שרשימתה ניתנת בסוף המכלול המתודולוגי.

הלימוד של חומר זה או אחר חייב להיות פעיל, יעיל, כלומר כל מושג, עמדה תיאורטית, טכניקה מעשית חייבים להיות מובנים ולהבין לעומק ולפרטים.

בלימוד הקורס כדאי לעבור מהבנת הכלל לניתוח מפורט של הספציפי ולאחריו הערכה מחדש של הכלל ברמה גבוהה יותר.

ניתן לבדוק את עומק ההטמעה העצמאית של החומר העיקרי באמצעות שאלות שליטה עצמית שניתנו לאחר כל נושא הרצאה.

4 הנחיות מתודולוגיות לביצוע עבודת בקרה

מבחנים המבוצעים על ידי סטודנטים במהלך לימוד עצמאי של הדיסציפלינה נותנים מושג על מידת המוכנות של התלמידים, יכולתם לעבוד עם ספרות מיוחדת ולהציג חומר בכתב, ומאפשרים לשפוט את הלמדנות ואוריינותם הכללית של התלמידים.

המבחנים מבוצעים בצורה של תקצירים מפורטים בכתב יד או מודפסים, מאוירים בתרשימים, גרפים, דיאגרמות, שרטוטים, אותם ניתן לשאול מספרות מיוחדת (ספרי לימוד, עזרי הוראה, כתבי עת מדעיים ותעשייתיים). שכתוב מכני, מילה במילה, של חומר מספרי לימוד ומקורות ספרותיים אחרים אינו מקובל.

2 תהליכים ביוכימיים המתרחשים בתבואה במהלך האחסון: הבשלה לאחר הקציר, נשימה, התחממות עצמית.

אפשרות 9

1 המבנה של תא שמרים.

2 שיטות לאחסון תבואה.

אפשרות 10

1 תרכובת כימיתתא שמרים.

2 מצבי אחסון תבואה.

אפשרות 11

1 הרכב כימי ומבנה של ביו-ממברנות לפי מושגים מודרניים.

2 מולסה: מאפיינים, סוגים, הרכב כימי.

אפשרות 12

1 שיטות להעברת חומרים על פני ממברנה

2 כשות: מאפיינים, מבנה, הרכב כימי, אחסון.

אפשרות 13

1 זיהום תעשייתי, מקורותיו.

2 תפוחי אדמה: מאפיינים, מבנה, הרכב כימי.

אפשרות 14

1 חילוף חומרים של תאי שמרים.

2 ענבים: מבנה, הרכב כימי.

אפשרות 15

1 תכנית של תסיסה אלכוהולית.

2 סוגי חומרי גלם המשמשים לייצור בירה, קוואס, אלכוהול, יין, שמרי אפייה.

אפשרות 16

1 תוצרי לוואי של תסיסה אלכוהולית.

אפשרות 17

1 שמרים תסיסה עליונה ותחתונה, מאפייני ההשוואה שלהם.

2 שיטות ודרכי אחסון תפוחי אדמה.

אפשרות 18

1 גזעי שמרים המשמשים לייצור אלכוהול, בירה, יין, שמרי אפייה ודרישות עבורם.

2 משלוח ואחסון מולסה.

אפשרות 19

1 תנאים לגידול ורבייה של שמרים. תרבות שמרים טהורה.

2 כימיה ומוצרים עיקריים של נשימה.

אפשרות 20

1 פונקציות של ביו-ממברנות.

2 מזיקים דגנים, נלחמים בהם.

אפשרות 21

1 אינדיקטורים משמעות כלליתגידולי תבואה.

2 השפעת pH, מפעילים ומעכבים על הפעילות החיונית של מיקרואורגניזמים.

אפשרות 22

1 אינדיקטורים למשמעות הטכנולוגית של גידולי דגן.

אפשרות 12

1 יכולת חמצון של מים. תכולת שאריות יבשות.

2 תכשירי אנזימים: מאפייניהם ומינוחם.

אפשרות 13

1 אינדיקטורים ביולוגיים של מים.

2 השימוש בתכשירי אנזימים בייצור בירה ואלכוהול.

אפשרות 14

1דרישות למים בייצור משקאות אלכוהוליים ולא אלכוהוליים.

2 מיקרואורגניזמים המייצרים אנזימים.

אפשרות 15

1 הכנת מים בתעשיות תסיסה. קרישה של קולואידים, ניקוי ריח של מים, הסרת ברזל.

2 אנזימים מקובעים.

אפשרות 16

1 שיטות ריכוך מים.

1 השימוש בתכשירי אנזימים בייצור יינות ומשקאות חריפים.

אפשרות 17

1 שיטות לחיטוי מים.

2 תרשים סכמטי של ייצור תכשירי אנזימים.

אפשרות 18

1דרישות מים לייצור מאלט.

2 שיטות להפחתת קשיות המים: תרמית, ריאגנט, החלפת יונים.

אפשרות 19

1 שיטות לבירור מים.

2 מנגנון הפעולה של אנזימים.

אפשרות 20

1 אנזימים של גידולי דגנים.

2 אינדיקטורים של מים למטרות תעשייתיות.

אפשרות 21

1 אנזימים של מיקרואורגניזמים.

2 דרישות למים בתעשיות תסיסה שונות.

אפשרות 22

1 הידרוליזה אנזימטית של עמילן.

2 שיטות ריכוך מים על ידי אוסמוזה הפוכה, אלקטרודיאליזה.

אפשרות 23

1 הידרוליזה אנזימטית של חלבונים.

2 שיטות ביולוגיות לטיפול בשפכים.

אפשרות 24

1 הידרוליזה של פוליסכרידים שאינם עמילן.

2 אינדיקטורים לזיהום שפכים.

אפשרות 25

1 חומרים פקטיים וההידרוליזה שלהם.

2 שפכים ממפעלי תעשיית התסיסה.

5 שאלות לבחינה

1 מיקרואורגניזמים המשמשים בתעשיות תסיסה.

2 שלבי התפתחות של תרביות מיקרואורגניזמים.

3 שיטות לטיפוח מיקרואורגניזמים: אצווה ורציף.

4 השפעה על פעילות החיים של מיקרואורגניזמים בעלי פוטנציאל חיזור.

5 השפעת הטמפרטורה על הצמיחה והרבייה של מיקרואורגניזמים.

6 השפעת ריכוז החומרים היבשים במדיום על הפעילות החיונית של מיקרואורגניזמים. פלסמוליזה, פלסמופטיס.

7 יחסים בין מיקרואורגניזמים: סימביוזה, מטביוזה, אנטגוניזם.

8 מבנה תא שמרים.

9 הרכב כימי של תא שמרים.

10 הרכב כימי ומבנה של ביו-ממברנות לפי מושגים מודרניים.

11 פונקציות של ביו-ממברנות.

12 הובלה של חומרים לתא, סוגי הובלה.

13 שיטות העברת חומרים דרך ממברנה (אוניפורט, סימפורט, אנטיפורט).

14 זיהום תעשייתי, מקורותיו. שיטות חיטוי.

15 תכונות בסיסיות של אנזימים כזרזים וחומרי חלבון.

16 סיווג אנזימים לפי סוג התגובות שהם מזרזים.

17 ויסות פעילות האנזים: מעכבים תחרותיים, לא תחרותיים, מווסתים אלוסטריים.

18 פעילות קטליטית של אנזימים. יחידה סטנדרטית של פעילות האנזים, פעילות ספציפית.

19 השפעת הטמפרטורה וה-pH על פעילות האנזים.

20 השפעת ריכוז המצע והאנזים על קצב התגובה האנזימטית.

21 פעולת אנזימים הידרוליטים: הידרוליזה אנזימטית של עמילן, הידרוליזה של פוליסכרידים שאינם עמילן, הידרוליזה של חלבונים.

22 אנזימים של גידולי דגנים ומיקרואורגניזמים.

23 תכשירי אנזימים ומינוחם.

24 השימוש בתכשירי אנזימים בייצור בירה, אלכוהול וייצור יין.

25 חילוף חומרים של תאי שמרים.

26 תנאים אופטימליים לחיי השמרים.

27 תכנית של תסיסה אלכוהולית.

28 תוצרי לוואי של תסיסה אלכוהולית.

29 שמרים תסיסה עליונים ותחתונים, מאפייניהם.

30 גזעי שמרים המשמשים לייצור אלכוהול, בירה, יין, שמרי אפייה ודרישות עבורם.

31 סיווג חומרי גלם בתעשיות התסיסה.

32 דרישות כלכליות וטכנולוגיות לחומרי גלם בתעשיות התסיסה.

33 סוגי חומרי גלם המשמשים לייצור בירה, אלכוהול, יין, שמרי אפייה.

34 סוגי גידולי תבואה.

35 מבנה הדגן (בדוגמה של שעורה).

36 הרכב כימי של גידולי דגן.

37 תכונות גשמיותמסת דגנים.

38 תהליכים ביוכימיים המתרחשים בתבואה במהלך האחסון: הבשלה לאחר הקציר, נשימה, התחממות עצמית.

39 שיטות אחסון תבואה.

40 מצבי אחסון תבואה.

41 מזיקים דגנים, נלחמים בהם.

42 X טחונים, ענבים, תפוחי אדמה: הרכב כימי ואחסון.

43 הרכב כימי של מולסה ותנאי אחסון.

44 מאפיינים של מים טבעיים. זיהומים במים.

45 שימוש במים בייצור. דרישות כלליות למים.

46 קשיות מים: זמנית, קבועה, כוללת. יחידות.

47 אלקליניות של מים.

48 יכולת חמצון מים. תכולת שאריות יבשות.

49 אינדיקטורים ביולוגיים של מים.

50 מטרה טכנולוגית של מים. דרישות למים בייצור בירה, אלכוהול, לתת, שמרי אפייה.

51 דרישות למים בייצור משקאות אלכוהוליים ומשקאות קלים.

52 הכנת מים בתעשיות תסיסה. קרישה של קולואידים, ניקוי ריח של מים, הסרת ברזל.

53 שיטות ריכוך מים.

54 שיטות לחיטוי מים.

55 שפכים ממפעלי תסיסה, מאפייניהם. COD, BOD.

56 טיפול בשפכים ממפעלי תסיסה.

רשימה ביבליוגרפית

1 Boldyrev בביוכימיה של ממברנות.__ M.: Higher School, 1986.__ 112 עמ'.

2 מים ושפכים בתעשיית המזון. – מ.: תעשיית המזון, 1972. – 384 עמ'.

3 תכשירי אנזים Grachev. – M.: Agropromizdat, 1987. – 335 p.

4 התקדמות בטכנולוגיית לתת ובירה / אד. KolpakchiA. I. __ M.: תעשיית המזון, פראג: SNTL-Izdat. ספרות טכנית, 1980. __ 351 עמ'.

5, Bakushin מיקרוביולוגיה, תברואה והיגיינה בתעשיית המזון. – M.: Food Industry, 1977. – 501 p.

6, Farajeva: תפקידם בטכנולוגיה מוצרי מזון. __ וורונז': הוצאה לאור. VSU, 1999. __ 118 עמ'.

7 לחוצקי א אנזימים בחליטה. __ מ.: תעשיית המזון, 1975. __ 318 עמ'.

8 מפעלי תסיסה של Maltsev. – M.: Light and Food, 1980. – 560 p.

9 שיטות לחקר איכות חומרי גלם, תוצרי ביניים ומוצרים מוגמרים של מפעלי תסיסה. חלק 1. "ניתוח חומרי גלם למפעלי תסיסה" סדנת מעבדה. , Permyakova TIPP. __ קמרובו, 2001. – 67 עמ'.

10, שמרי אפייה שישצקי. מַדרִיך. __ מ.: Agropromizdat, 1990. – 335 עמ'.

11 מדריך לייצור אלכוהול. חומרי גלם, טכנולוגיה ובקרה טכנית וכימית/ וכו' __ מ': תעשיית המזון והקלה, 1981. – 336 עמ'.

12, טכנולוגיית Fedorov של ייצור תסיסה. __ מ.: קולוס, 2002. __ 408 עמ'.

13 תכשירי אנזימים בתעשיית המזון. /אד. ו. – מ.: תעשיית המזון, 1975. – 535 עמ'.

14 כשות ותכשירי כשות בתעשיית המזון / וכו' - מ': תעשיית המזון והקלה, 1982. - 168 עמ'.

15, עיבוד ענבי Ponomarev. – M.: Agropromizdat, 1990. – 447 עמ'.

רוב האנזימים החשובים מבחינה תעשייתית שייכים לקבוצת ההידרולאזים, שהצורך בהם מסתכם בעשרות אלפי טונות. בטכנולוגיה של ייצור תסיסה, הידרולאזים ממלאים תפקיד עצום, שכן הם אחראים על הכנת חומרי גלם לתסיסה.

הידרולאזות כוללות אנזימים עמילוליטים, פרוטאוליטיים, ציטוליטים, ליפוליטים, פקטוליטיים ואחרים.

הידרוליזה של עמילן מתבצעת על ידי אנזימים עמילוליטים.

עֲמִילָן- פוליסכריד, בתורו המורכב משני פוליסכרידים, הנבדלים זה מזה בדרגת הפילמור ובסוג המבנה - עמילוז (תכולה בקירוב 20-30%) ועמילופקטין ( 70-80%). היחידה המבנית של עמילן, וכתוצאה מכך, עמילוז ועמילופקטין, היא גלוקוז, ששאריותיו מחוברות ביניהן על ידי קשרים α-1,4 ו-α-1,6-גלוקוזידיים.

עמילוזהבעל מבנה ליניארי, קשר בין שיירי גלוקוז α-1,4 (בין אטום הפחמן הראשון לרביעי). מסיס במים חמים ללא התנפחות. יוצר תמיסות עם צמיגות נמוכה. משקל מולקולרי מ 60 עד 600. עם יוד זה נותן צבע כחול.

או-או-או-או-או-או-או-או-או-או-או-או-או-או-

איור 16 - מבנה עמילוז

עמילופקטיןהיא שרשרת מסועפת המורכבת ממספר רב של שאריות גלוקוז (כ-2500). השרשרת הראשית מורכבת מ-25-30 שאריות, והשרשרות הצדדיות מורכבות מ-15-18. בעמילופקטין, שיירי גלוקוז באזורים ליניאריים מקושרים על ידי קשר α-1,4, ובאתרי הסתעפות יש קשר α-1,6. אינו מתמוסס במים. כאשר הוא מחומם, הוא יוצר משחה. עם יוד זה נותן צבע סגול.

הידרוליזה של עמילן ותוצרי ההידרוליזה החלקית שלו, כמו גם גליקוגן, מתבצעת על ידי עמילאזות (α-עמילאז, β-עמילאז, גלוקואמילאז ואנזימים עמילוליטים אחרים).

α-עמילאז(dextrinogenamylase) - לפי מנגנון הפעולה הוא שייך לאנדונזימים, כלומר. פועל על מולקולת המצע מבפנים, באופן אקראי, מה שמוביל לירידה מהירה בצמיגות תמיסת העמילן. מבצע הידרוליזה של קשרי α-1,4 בפוליסכרידים המכילים שלושה או יותר שיירי D-גלוקוז.

עמילוז, תחת פעולת α-עמילאז, מתפרק תחילה לדקסטרינים בגודל בינוני, אשר לאחר מכן מתפרקים לדקסטרינים בעלי משקל מולקולרי נמוך ומלטוז. עם פעולה ממושכת של האנזים, עמילוז הופך כמעט לחלוטין למלטוז ולכמות קטנה של גלוקוז.

הפעולה של α-עמילאז על עמילופקטין מובילה ליצירת מלטוז ודקסטרינים במשקל מולקולרי נמוך.

תכנית כללית של הידרוליזה של עמילן על ידי α-עמילאז:

α-עמילאז

דקסטרינים בעלי משקל מולקולרי נמוך של עמילן

(הרבה) + מלטוז (מעט) + גלוקוז (מעט מאוד)

תנאים אופטימליים לאנזים: pH 5.7, טמפרטורה 70 מעלות צלזיוס.

β-עמילאז(sugarogenamylase) __ אקזו-אנזים, מזרז את ההידרוליזה של קשרי α-1,4 בפוליסכרידים, ומנתק ברצף שאריות מלטוז מהקצה הלא-מצמצם (כאשר אין קבוצת אלדהיד חופשית) של השרשרות. β-עמילאז מפרק עמילוז לחלוטין (אם מספר מולקולות הגלוקוז בו הוא זוגי) למלטוז; אם הוא מוזר, אז נוצר מלטוטריוז יחד עם מלטוז.

בעמילופקטין, β-עמילאז פועל רק על הקצוות החופשיים והלא מצמצמים של שרשראות הגלוקוז ליצירת מלטוז ודקסטרינים בעלי מולקולריות גבוהה. פעולתו נעצרת כאשר מתקרבים לענף (שם יש קשר α-1,6) במרחק של מולקולת גלוקוז אחת. הדקסטרינים המתקבלים עוברים הידרוליזה נוספת על ידי α-עמילאז לדקסטרינים בעלי משקל מולקולרי נמוך יותר.

תכנית כללית של הידרוליזה של עמילן תחת פעולת β-עמילאז:

β-עמילאז

דקסטרינים בעלי משקל מולקולרי גבוה של עמילן (רבים) + מלטוזה (רבים) + מלטוטריוז (מעט)

תנאים אופטימליים לפעולת β-עמילאז: pH 4.7, טמפרטורה 63 מעלות צלזיוס.

כך, עם הפעולה המשולבת של α-ו-β-עמילאזות על עמילן, רק 80% ממנו הופכים לסוכרים מתסיסים (מלטוזה, גלוקוז, מלטוטריוז) ו-20% __ לדקסטרינים עם 5-8 שאריות גלוקוז.

הגבל דקסטרינאז __ אנדונזים, מייצר באופן אקראי את הקשר α-1,6-גלוקוזידי בעמילן, גליקוגן, דקסטרינים. Maltotriose נוצר לרוב. פרמטרי פעולה אופטימליים: pH 6.5, טמפרטורה 50 o C.

גלוקואמילאז __ אקזואנזים, מבצע הידרוליזה של קשרי α-1,4 ו- α-1,6 בפוליסכרידים, ומבטל ברצף שארית גלוקוז אחת מהקצוות הלא-מצמצמים של השרשראות. קשרי α-1,4 בעמילן נהרסים מהר יותר מ-α-1,6. תנאים אופטימליים: pH 4.5-4.6, טמפרטורה 55-60 מעלות צלזיוס.

למפעלי תסיסה שונים יש דרישות שונות להידרוליזה של עמילן. בייצור אלכוהול יש צורך לבצע הידרוליזה של עמילן בצורה עמוקה ככל האפשר על מנת לקבל יותר סוכרים מתסיסים, ולכן תפוקת אלכוהול גבוהה יותר.

בייצור בירה, הידרוליזה מלאה של עמילן אינה מתבצעת, שכן בנוסף לסוכרים מתסיסים (הכרחיים ליצירת כמות מסוימת של אלכוהול), המדיום חייב להכיל דקסטרינים במשקל מולקולרי נמוך, המעניקים מלאות טעם וצמיגות לבירה. .

בהתאם למקור האנזים, המאפיינים של עמילאזים ואנזימים אחרים יכולים להיות שונים מאוד לא רק במנגנון הפעולה ובתוצרי התגובה הסופיים, אלא גם בתנאים האופטימליים לפעילות מירבית. פרמטרי הפעולה האופטימליים עבור α-ו-β-עמילאזות של מאלט ניתנו לעיל.

עמילאזות חיידקיות שונות מעמיליזות מאלט בהיותן יציבות יותר מבחינה תרמית. פרמטרי פעולה אופטימליים: טמפרטורה 80-85 o C (לעיתים עד 90-95 o C), pH 5.5-5.8.

עמילאזות פטרייתיות (כולל גלוקואמילאז, בפרט) עמידות יותר לתגובות סביבתיות: טמפרטורה אופטימלית 50-60 o C, pH 4.2-4.7.

לפיכך, עמילאזות חיידקיות יציבות יותר בחום, ועמילאזות פטרייתיות פועלות בסביבה חומצית יותר בהשוואה לאנזימי מאלט.

בתעשיות מזון רבות מתרחשת הידרוליזה של גליקוזידי מזון, אוליגוסכרידים ופוליסכרידים. הידרוליזה תלויה בגורמים רבים: pH, טמפרטורה, תצורה אנורית, קומפלקס אנזים. זה חשוב לא רק לתהליכי ייצור מזון, אלא גם לתהליכי אחסון מזון. במקרה האחרון, תגובות הידרוליזה עלולות להוביל לשינויי צבע לא רצויים או, במקרה של פוליסכרידים, עלולות לגרום לחוסר יכולתם ליצור ג'לים.

תשומת לב רבה מוקדשת כיום להשגת סירופי סוכר דגנים שונים מחומרי גלם זולים המכילים עמילן ועמילן (שיפון, תירס, סורגום וכו'). הייצור שלהם מסתכם בשימוש בשילובים שונים של תכשירי אנזימים עמילוליטים (ב-עמילאז, גלוקואמילאז, ב-עמילאז). האפשרויות של השיטה האנזימטית לייצור מוצרים ממותקים שונים נראות בתרשימים (ראה איור 1.1). ייצור גלוקוז (באמצעות גלוקואמילאז), ולאחר מכן פעולת גלוקוז איזומראז, מאפשר להשיג סירופים גלוקוז-פרוקטוז ועתירי פרוקטוז, שהשימוש בהם מאפשר החלפת סוכרוז בתעשיות רבות. בשולחן 1.1. מוצגים נתונים על "מתיקות" של סירופים שונים.

ידוע כי קשרי b-D-(1,4) בעמילן עוברים הידרוליזה בקלות רבה יותר מאשר קשרי c-D-(1,4) בתאית. בנוסף, תגובת ההידרוליזה האיטית של תאית קשורה למבנה שלה.

אורז. 1.1. אפשרות השגת סירופי סוכר שונים מעמילן תירס (שיטות חומצה, חומצה אנזימטיות ואנזימטיות): a-b - הידרוליזה חומצית; c-d - השפעה של עמילאז פטרייתי על הידרוליזט חומצה (GE = 50); d-f - השפעה של β-עמילאז על הידרוליזט חומצה (GE = 20); g-h - ההשפעה של β-עמילאז על המצע המנוזל על ידי α-עמילאז (GE = 20); i-k - פעולה נוספת של עמילאז פטרייתי או בתערובת עם β-עמילאז וגלוקואמילאז

בהפקת סירופי סוכר מעמילן, מידת ההמרה של עמילן ל-D-גלוקוז נמדדת ביחידות של שוות גלוקוז (GE) - זוהי התכולה (ב%) של הסוכרים המצמצמים שנוצרו, מבוטאת בגלוקוז לחומר יבש (DS). ) של הסירופ.

טבלה 1.1. הרכב ומתיקות של סירופים טיפוסיים עתירי פרוקטוז

הידרוליזה של עמילן

1. כאשר עמילן עובר הידרוליזה בהשפעת חומצות, הקשרים האסוציאטיביים בין מקרומולקולות העמילוז והעמילופקטין נחלשים לראשונה ונשברים. זה מלווה בשיבוש המבנה של גרגרי עמילן והיווצרות מסה הומוגנית. לאחר מכן מגיע שבירה של קשרי b-D-(l,4)- ו-b-D-(1,6)-בתוספת מולקולת מים במקום השבירה. במהלך תהליך ההידרוליזה, מספר קבוצות האלדהיד החופשיות עולה ומידת הפילמור פוחתת. ככל שההידרוליזה והחומרים המפחיתים (מצמצמים) עולים, תכולת הדקסטרינים יורדת, הגלוקוז עולה, תחילה עולה ריכוז המלטוז, הטרי-וטטרסוכרים, ואז כמותם יורדת (ראה איור 1.2). התוצר הסופי של הידרוליזה הוא גלוקוז. בשלבי ביניים נוצרים דקסטרינים, טרי-וטטרסוכרים ומלטוז. יחס מסוים של מוצרים אלה מתאים לערך מסוים של שווה ערך לגלוקוז, ועל ידי שינוי משך ההידרוליזה והתנאים ליישום שלה, ניתן לקבל יחסים שוניםתוצרי הידרוליזה בודדים בערך שווה ערך גלוקוז נתון.

אורז. 1.2.

הידרוליזה חומצית היא כבר זמן רב השיטה העיקרית להשגת גלוקוז מעמילן. לשיטה זו יש מספר חסרונות משמעותיים, הקשורים בשימוש בריכוז גבוה של חומצות ובטמפרטורות גבוהות, מה שמוביל להיווצרות תוצרים של פירוק תרמי והתייבשות של פחמימות ותגובות טרנסגליקוזילציה.

2. עמילן עובר הידרוליזה גם בפעולת אנזימים עמילוליטים. קבוצת האנזימים העמילוליטים כוללת b-ו-b-עמילאז, גלוקואמילאז, פולולנאז ועוד כמה אנזימים. עמילאזות הן משני סוגים: אנדו ואקסו-עמילאז. אנדואמילאז המבוטא בבירור הוא b-amylase, המסוגל לשבור קשרים תוך מולקולריים בשרשראות פולימריים גבוהים של המצע. גלוקואמילאז ו-β-עמילאז הם אקסואמילאזים, כלומר אנזימים התוקפים את הסובסטרט מהקצה הלא מפחית.

b-Amylase, הפועל על כל גרגר העמילן, תוקף אותו, משחרר את פני השטח ויוצר תעלות וחריצים, כלומר כאילו מפצל את הגרגר לחתיכות (ראה איור 1.3). עמילן מג'לטין עובר הידרוליזה על ידו ליצירת מוצרים שאינם מוכתמים ביוד - בעיקר דקסטרינים נמוכים מולקולריים. תהליך הידרוליזה של עמילן הוא רב שלבי. כתוצאה מפעולת b-עמילאז, בשלבים הראשונים של התהליך, מצטברים דקסטרינים בהידרוליזט, ואז מופיעים טטרה-וטרימלטוז שאינם מוכתמים ביוד, אשר עוברים הידרוליזה אטית מאוד על ידי b-עמילאז ל די- וחד-סוכרים.

אורז. 1.3.

הסכימה להידרוליזה של עמילן (גליקוגן) על ידי א-עמילאז יכולה להיות מיוצגת באופן הבא:

β-עמילאז (β-1,4-glucan maltohydrolase) הוא אקסואמילאז המפגין זיקה לקישור הלפני אחרון β-(1,4) מהקצה הלא מפחית של האזור הליניארי של עמילוזה או עמילופקטין (ראה איור 1.4). ). שלא כמו b-עמילאז, b-עמילאז כמעט ואינו מבצע הידרוליזה של עמילן מקומי; עמילן מג'לטין עובר הידרוליזה למלטוז בתצורת b. את הסכימה ניתן לכתוב כך:

הידרוליזה של מזון פוליסכריד עמילן

אורז. 1.4.

Glucoamylase b-(1,4)-glucan glucohydrolase הוא אקזואנזים המזרז את הביקוע הרציף של שאריות b-D-גלוקוז סופיות מהקצה הלא מפחית של שרשרת העמילן. לגלוקואמילאזים רבים יש את היכולת לבצע הידרוליזה של קשרי b-1,6-גלוקוזידיים באותה מהירות כמו קשר b-1,4. אבל זה קורה רק כאשר הקשר b-1,6 מלווה בקשר b-1,4, כך שהדקסטרן אינו עובר הידרוליזה על ידם. תכונה ייחודיתגלוקואמילאז היא היכולת לבצע הידרוליזה של מצע בעל פולימר גבוה פי עשרות מונים מהר יותר מאשר אוליגו ודו-סוכרים.

אורז. 1.5.

מנגנון הפעולה של גלוקואמילאז על עמילן מוצג באופן סכמטי באיור. 1.5.

הידרוליזה אנזימטית של עמילן קיימת בטכנולוגיות מזון רבות כאחד התהליכים ההכרחיים המבטיחים את איכות המוצר הסופי - במאפייה (תהליך הכנת בצק ואפיית לחם), ייצור בירה (הכנת בור בירה, ייבוש לתת) , קוואס (הכנת לחם מחמצת), אלכוהול (הכנת חומרי גלם לתסיסה), מוצרי עמילן ממותקים שונים (גלוקוז, מולסה, סירופי סוכר). באיור. 1.6 מציג את ההרכב של סירופי סוכר שונים המתקבלים בשיטה חומצית-אנזימטית - טיפול מקדים בחומצה, ולאחר מכן בפעולת אנזימי b-, b- ו(או) גלוקואמילאז. השימוש בשיטה משולבת כזו של הידרוליזה של עמילן פותח אפשרויות רחבות להשגת סירופים בהרכב נתון.

ייצור אתנול

שוק האתנול העולמי עומד על כ-4 מיליארד דאל (דקליטרים של אלכוהול מוחלט) בשנה. המובילות בייצור אתנול הן ארה"ב, ברזיל וסין. בארה"ב יש 97 מפעלים המייצרים אתנול מתירס (35 מפעלים נוספים נבנים) עם קיבולת כוללת של 1.5 מיליארד דקליטר בשנה.

התחומים העיקריים של שימוש באתנול בפרקטיקה העולמית:

- 60% - תוסף לדלק מנוע;

- 25% - תעשייה כימית;

− 15% - תעשיית המזון (חלקו יורד).

דלק רכב על בסיס אתנול מכיל 10% אתנול (דלק E-10) או 85% אתנול (E 85). עם מחיר נפט של 60-70 דולר לחבית, ביואתנול הופך לדלק תחרותי. החדרת אתנול לבנזין מאפשרת לבטל את הוספת עופרת טטראתיל לדלק, וכתוצאה מכך להפחית את הרעילות של גזי הפליטה וצריכת הדלק.

בארה"ב נערך מחקר רחב היקף על ייצור ביואתנול מחומרי גלם מתחדשים מצמחים (מגבעולים תירס, מקל וכו').

בתנאים תעשייתיים, אתנול מיוצר על ידי הידרציה של אתילן בנוכחות זרז (H 3 PO 4 על סיליקה ג'ל), מהידרוליזטים של חומרי גלם צמחיים (עץ, גבעולי תירס, קנה), וכן מגלם המכיל עמילן. חומרים (חיטה, שיפון, טריטיקלה, תפוחי אדמה), מולסה, מי גבינה חלבי, ארטישוק ירושלמי. התשואה הממוצעת של 95.5% אלכוהול אתילי מטון אחד של סוגים שונים של חומרי גלם מוצגת בטבלה 2.1.

טבלה 2.1

תפוקת אתנול מחומרי הזנה שונים

סוף טבלה 2.1

במזקקות ברפובליקה של בלארוס (יש כ-70 מזקקות הפועלות בקיבולת כוללת של יותר מ-9 מיליון דקליטר בשנה), משתמשים בחומרי גלם המכילים עמילן, בעיקר דגנים, לייצור אתנול. תוכן עמילן ב סוגים שוניםכמויות דגנים (ב%): חיטה – 48–57; שיפון – 46–53; שעורה - 43-55; שיבולת שועל – 34–40; דוחן - 42-60; תירס – 61–70. הדגן מכיל גם (בממוצע) סוכר ~ 3%; סיבים ~ 6%; פנטוזנים וחומרי פקטין ~ 9%; חומרים חנקניים (חלבון) ~ 11%, שומן ~ 3%.

יצרני אתנול

בסינתזה מיקרוביולוגית, היצרנים הקלאסיים של אתנול הם שמרים - Saccharomycetes ו-Schizosaccharomycetes. שמרים משמשים לרוב Saccharomyces cerevisiae,Saccharomyces vini,Schizosaccharomyces pombe.

ל-Saccharomycetes יש תאים בעלי צורה עגולה בגודל 10-15 מיקרון ומתרבים על ידי ניצנים. ל-Schizosaccharomycetes יש תאים גדולים בצורת מוט בקוטר של 4-5 מיקרון ואורך של 18-20 מיקרון; הם מתרבים בחלוקה. שני השמרים מתסיסים גלוקוז, מנוז, פרוקטוז, סוכרוז ומלטוז היטב; הם מתסיסים גלקטוז בצורה קשה יותר ואינם מתסיסים סוכרי פנטוז (קסילוז, ארבינוז).

התשואה התיאורטית של אתנול מ-100 ק"ג של גלוקוז מותסס היא 51.14 ק"ג או 64.80 ליטר (עם היווצרות של 48.86 ק"ג של CO 2). בפועל, תפוקת האלכוהול היא 82-92% מהתיאורטי עקב צריכת חלק מהמצע להתרבות וגידול שמרים ויצירת תוצרי לוואי.

סינתזת אתנול בתא שמרים מתבצעת על פי התוכנית הבאה:

תוצרי לוואי של תסיסה אלכוהולית הם גליצרין, אלכוהול גבוה יותר (fusel), חומצות אורגניות (אצטית, פירובית, לקטית, סוקסינית) ואלדהידים. במהלך תסיסה אלכוהולית, סוכר (גלוקוז) מושקע על היווצרות של חומרים שונים ב הכמות הבאה: אתנול - 46-47%, פחמן דו חמצני - 44-46%, ביומסה של שמרים - 1.8-4.0%, גליצרול - 3-4%, אלכוהול גבוה יותר - 0.3-0.7%, חומצות אורגניות - 0.2-1.0%, אלדהידים - 0.1 -0.2%. כשמחזירים שמרים שוב ושוב לתסיסה, מצטמצמת צריכת הסוכר ליצירת ביומסה, ועוצמת התסיסה אף עולה מעט.

היווצרות גליצרול במהלך תסיסה אלכוהולית מוסברת על ידי העובדה שבתקופת האינדוקציה (לפני היווצרות אצטלדהיד) מתרחשת תגובת דימוטציה בין שתי מולקולות של פוספוגליצרלדהיד תחת פעולת האנזים אלדהיד מוטאז בהשתתפות מולקולת מים. במקרה זה, מולקולה אחת של פוספוגליצראלדהיד מופחתת ליצירת פוספוגליצרול, והשניה מתחמצנת לחומצה 3-פוספוגליצרית. פוספוגליצרול אינו משתתף בתגובות נוספות ולאחר הסרת חומצה זרחתית, הוא תוצר לוואי של תסיסה אלכוהולית. חומצה 3-פוספוגליצרית עוברת טרנספורמציות לאורך מסלול ה-EMT עם היווצרות אצטלדהיד. לאחר הופעת האצטאלדהיד מתחילה תקופה נייחת של תסיסה, שבמהלכה מתבצעת החמצון של פוספוגליצראלדהיד לחומצה פוספוגליצרית בצורה מורכבת יותר, בתוספת פוספט אנאורגני (מסלול EMP). בהקשר זה, יחד עם אתנול, תמיד נוצרת כמות מסוימת של גליצרול במהלך התסיסה.

כאשר אצטלדהיד נקשר עם ביסולפיט, תהליך התסיסה מכוון ליצירת גליצרול:

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

בסביבה בסיסית, מולקולה של אצטלדהיד נכנסת לתגובת חיזור עם מולקולה שנייה, ויוצרת אתנול חומצה אצטית. במקביל, גליצרול מצטבר. התהליך הכולל מתבטא במשוואה הבאה:

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.

טכניקות אלו משמשות לייצור תעשייתי של גליצרין.

אלכוהולים גבוהים יותר נוצרים מחומצות אמינו (במידה פחותה מחומצות קטו) הכלולות במצע התסיסה כתוצאה מתגובות עוקבות של דמינציה של חומצות אמינו, דה-קרבוקסילציה של חומצות הקטו שנוצרות והפחתת אלדהידים.

מבין האלכוהולים הגבוהים יותר הקיימים במחית: פרופיל (הנוצר מתרונין), איזובוטיל (מוואלין), אמיל (מאזולוצין) ואיזואמיל (מלאוצין).

נכון לעכשיו, מתבצע חיפוש אינטנסיבי אחר מיקרואורגניזמים לא מסורתיים המייצרים אתנול המסוגלים לתסוס מגוון רחב של מצעים עם פרודוקטיביות אתנול גבוהה ועמידות מוגברת לאתנול וטמפרטורה גבוהה. חיידקים המסנתזים אתנול הם בעלי עניין. למשל, חיידקים Zymomonas mobilisהם נבדלים משמרים במטבוליזם האינטנסיבי שלהם: יש להם קצב המרה ספציפי גבוה של גלוקוז לאתנול, מספקים תשואה גבוהה יותר של אתנול (עד 95% מהאפשרי התיאורטית), והם סובלניים יותר לאלכוהול. אך חיידקים אלו רגישים לנוכחות מעכבים (פורפורל, פנולים) במדיות תזונתיות ודורשים את תהליך התסיסה להתבצע בתנאים אספטיים.

חיידקים תרמופילים Clostridium thermocellum(טמפרטורת גידול אופטימלית 68 מעלות צלזיוס) מסוגלים להפוך ישירות תאית מחומרי גלם צמחיים לאתנול, אך יש לשחרר את חומרי הגלם מליגנין. עדיין לא ניתן היה להשיג תפוקה גבוהה של אלכוהול באמצעות המרה ישירה של חומרים צמחיים.

זני שמרים המסוגלים לתסיס סוכרי פנטוז ( Pachysolen Tannophilus, Pichia stipitis, Candida shehata). התשואה של אתנול בעת תסיסה של 100 ק"ג קסילוז מגיעה ל-35-47 ליטר.

בפועל המקומי, ייצור אתנול מחומרי גלם המכילים עמילן משתמש בשמרים Saccharomyces cerevisiae, בעל טמפרטורת תסיסה אופטימלית של 29-30 מעלות צלזיוס.

הסכר אנזימטי של עמילן

יצרני אתנול מסורתיים אינם מסוגלים לפרק פוליסכרידים, לכן, בעת ייצור וורט, יש להרתיח ולסוכר חומרי גלם המכילים עמילן. העמילן של רוב הצמחים מכיל 20-25% עמילוז ו-80-75% עמילופקטין. בתאי הצמח, העמילן הוא בצורת גרגירים (גרגירים), שגודלם נע בין 1 ל-120 מיקרון (לעמילן תפוחי אדמה יש גרגירים בגודל 40-50 מיקרון, גרגירי עמילן דגנים - 10-15 מיקרון). עמילן, עמילוז ועמילופקטין אינם מסיסים ב מים קרים, אלכוהול, אתר. עמילוז מתמוסס בקלות במים חמים, עמילופקטין - בחימום בלחץ. מבנה הרשת של מולקולות עמילופקטין גורם להתנפחות של גרגירי עמילן ללא פירוקם (קשרים משניים נחלשים על ידי הידרציה). בטמפרטורה מסוימת, הגרגירים מתרופפים, הקשרים בין אלמנטים מבניים בודדים נשברים, ושלמות הגרגירים מופרעת. במקביל, צמיגות התמיסה עולה בחדות - מתרחשת ג'לטינציה של עמילן. העיסה מאופיינת בסידור אקראי של מולקולות ואובדן מבנה גבישי. בטמפרטורה של 120-130 מעלות צלזיוס, העיסה הופכת לניידת בקלות. ההמסה המלאה ביותר של עמילופקטין מתרחשת בעמילן חיטה ב-136-141 מעלות צלזיוס, ובעמילן תפוחי אדמה ב-132 מעלות צלזיוס.

עמילן המומס במהלך בישול של דגנים או תפוחי אדמה עובר הידרוליזה (מוכר) על ידי אנזימים עמילוליטים של לתת דגנים או תרביות של מיקרואורגניזמים, בעיקר פטריות חוטיות וחיידקים. מבין החומרים הצמחיים, העשיר ביותר באנזימים עמילוליטים הוא דגנים מונבטים, הנקראים מאלט. נכון להיום, תעשיית האלכוהול עושה שימוש נרחב בתכשירי אנזימים המבוססים על תרביות של פטריות חוטיות (או חיידקים מהסוג בצילוס), שיש להם מספר יתרונות לעומת מאלט. גדלים על תרבויות של פטריות חוטיות סובין חיטהאוֹ קמח תירס, בעוד כדי להשיג לתת, דרגה איכותית נדרשת. מיקרואורגניזמים זרים מוכנסים ליורט בכמויות גדולות עם לתת, מה שמשפיע לרעה על תפוקת האתנול. תרבויות עמוקות של פטריות גדלות בתנאים סטריליים; הן אינן מזהמות את הוורט במיקרואורגניזמים זרים. גידול תרבית פטריות משטח מתבצע הרבה יותר מהר (1.5-2.0 ימים) מאשר נביטת דגנים (9-10 ימים). פטריות יוצרות קומפלקס של אנזימים המעבירים הידרוליזה של עמילן עמוק יותר וגם מפרקות את המיצלולוזות לחד-סוכרים, מה שמגדיל את התפוקה של אתנול מחומרי גלם.

אנזימים שונים מעורבים בתהליך ההסוכר של חומרי גלם המכילים עמילן. עמילאזים הם בעלי חשיבות הייצור הגדולה ביותר. α-ו-β-עמילאזות מזרזות את הביקוע של קשרים α-1,4-גלוקוזידיים בלבד. תחת הפעולה של α-עמילאזות, הקשרים נשברים באופן אקראי, אך בעיקר בתוך שרשראות. כתוצאה מכך נוצרים בעיקר דקסטרינים, כמות קטנה של מלטוז ואוליגוסכרידים. בהתבסס על אופי פעולתו, α-עמילאז נקרא עמילאז אנדוגני או דקסטרינוגני.

הפעולה של β-עמילאז מכוונת לקשרים הסופיים (חיצוניים) בעמילן, וברצף, החל מהקצוות הלא-מצמצמים של השרשראות, מתפצלים שני שאריות גלוקוז (מלטוז). β-עמילאז לא יכול לעקוף את אתרי ההסתעפות במקרומולקולת העמילן, ולכן ההידרוליזה נעצרת בקשר הלפני אחרון α-1,4-גלוקוזידי ודקסטרינים במשקל מולקולרי גבוה נשארים במהלך ההידרוליזה של עמילופקטין. עמילוז הופך כמעט לחלוטין על ידי β-עמילאז למלטוז, עמילופקטין - רק 50-55%.

כתוצאה מהפעולה המשולבת של α- ו-β-עמילאזות, נוצרת תערובת של סכרידים המורכבת ממלטוז, כמות קטנה של גלוקוז ודקסטרינים במשקל מולקולרי נמוך, שבהם כל הקשרים α-1,6-גלוקוזידיים של עמילן. מרוכזים.

חיידקים ופטריות מיקרוסקופיות חסרות β-עמילאז, אך מכילים α-עמילאז פעיל, השונה בהרכב חומצות האמינו בחלבון ובספציפיות פעולתו. בפרט, כאשר מזורז על ידי α-עמילאז של פטריות מיקרוסקופיות, נוצרות כמויות גדולות של גלוקוז ומלטוז. בין עמילאזות חיידקיות ישנן הן סכרוגניות והן דקסטרינוגניות. הראשונים מבצעים הידרוליזה של עמילן ב-60% או יותר, האחרונים - ב-30-40%. α-עמילאזות ממקור מיקרוביאלי, כמו α- ו-β-עמילאזות של מאלט, אינן תוקפות קשרים α-1,6-גלוקוזידיים.

פטריות מיקרוסקופיות מכילות גלוקואמילאז, המזרז את הביקוע של קשרים α-1,4- ו-α-1,6-גלוקוזידיים בעמילן. במהלך קטליזה על ידי אנזים זה, שאריות גלוקוז מתפצלות ברצף מהקצוות הלא מפחיתים של עמילוז ועמילופקטין. מולקולת מים מתחברת במקום שבו הקשרים נשברים, כך שהתשואה התיאורטית של גלוקוז בתהליך ההידרוליזה היא 111.11% ממשקל העמילן.

קיימות שלוש דרכים אפשריות לאינטראקציה בין אנזים למצע (המכיל מספר רב של שרשראות): רב-שרשרת, חד-שרשרת ומשולבת.

לפי שיטת הרב-שרשרת, מולקולת האנזים תוקפת באופן אקראי את אחת משרשרות הפוליסכרידים, מתפצלת ממנה חוליה, ולאחר מכן תוקפת באופן אקראי גם את השרשראות הבאות, כולל, אולי, את זו שהותקפה קודם לכן. לפיכך, במהלך קיומו של קומפלקס האנזים-סובסטרט, מתרחשת רק פעולה קטליטית אחת.

בשיטת השרשרת הבודדת, מולקולת האנזים, שתוקפת את אחת משרשרות הרב-סוכרים בסדר אקראי, מנתקת ממנה חוליות ברצף עד שהשרשרת מתפצלת לחלוטין. במהלך קיומו של קומפלקס האנזים-סובסטרט, כל הקשרים הנגישים לאנזים עוברים הידרוליזה.

השיטה המשולבת, או שיטת ההתקפה המרובה, היא שבמהלך קיומו של קומפלקס האנזים-סובסטרט, עוברים הידרוליזה של מספר קשרים. במקרה זה, לאחר ביקוע של חוליה אחת, האנזים אינו נדחה, אלא נשמר. ההתקפה מתרחשת בשיטות לסירוגין של יחיד ורב שרשרת.

מחקרים הראו כי α-ו-β-עמילאזות מבצעות הידרוליזה בשיטת התקפה מרובה (שיטת רב-שרשרת אופיינית ל-α-עמילאז חיידקי).

במזקקות מקומיות, לתת גולמי (לא מיובש) בצורת חלב מותט ותכשירי אנזימים (גלוקאומורין, עמילוריזין, עמילוסוטילין) משמשים להסוכר של עמילן חומר גלם. רמות שונותפעילות או תערובת של חלב מאלט ותכשיר אנזים.

הטכנולוגיה לייצור לתת כוללת את התהליכים העיקריים הבאים: השריית חומרי גלם להשגת תכולת לחות של 38–40%; הנביטה של ​​תבואה למשך 10 ימים בבית מתה פנאומטי בשכבה בעובי 0.5-0.8 מ'; טחינת לתת במגרסות דיסק או פטיש; חיטוי לתת עם פורמלדהיד או תמיסת אקונומיקה והכנת חלב מאלט. חלב מאלט מתקבל על ידי ערבוב לתת כתוש עם מים (4-5 ליטר מים לכל ק"ג לתת).

לתת העשוי מדגנים שונים מכיל כמויות שונות של כל אנזים עמילוליטי. לדוגמה, ללתת שעורה פעילות α- ו-β-עמילולית גבוהה, וללתת דוחן פעילות דקסטרינולית חזקה. לרוב מכינים תערובת של שלושה סוגי לתת: שעורה (50%), דוחן (25%) ושיבולת שועל (25%). חל איסור להשתמש בלתת מגידול אחד בייצור אלכוהול מאותו גידול.

שימוש בקומפלקס מולטיאנזים של תכשירי אנזים LLC "RUSFERMENT" על תוכניות שונות של עיבוד מים תרמי של חומרי גלם דגנים במהלך ייצור אלכוהול

חֶברָה LLC "RUSFERMENT" יש מגוון רחב של תכשירי אנזימים טווח רחבפעולות. עם מבחר כזה, אפשר לבחור קומפלקס רב-אנזימים של תרופות המאפשר לך לבצע הידרוליזה הן את החלק העמילני של הדגן והן את הפוליסכרידים והחלבון שאינם עמילניים.

המרכיב העיקרי של גידולי דגנים המשמשים לייצור אלכוהול הוא עמילן. לפוליסכריד זה (α-1,4-glucan) משקל מולקולרי גבוה והוא מורכב מ-10,000-100,000 שאריות גלוקוז המקושרות בקשרים α-גלוקוזידיים כימיים לשרשראות ארוכות. עמילן מורכב מעמילוז ליניארי (אלא-1,4-גלוקן טהור) ועמילופקטין מסועף (α-1,4-גלוקן המכיל 5-6% קישורי α-1,6), והיחס ביניהם משתנה בהתאם לסוג דגנים IN תא צמחיהעמילן הוא בצורת גרגירי עמילן, המוקפים במעטפת של פוליסכרידים שאינם עמילן קשים להידרוליזה - תאית, קסילנים (פנטוזנים) ובטא-גלוקנים.

במהלך טיפול בחום מים בדגן, חלקו העיקרי של העמילן נכנס לתמיסה, וכתוצאה מכך, הצמיגות עולה במספר סדרי גודל (אפקט הג'לטיניזציה) במקביל, חלק מהעמילן נשאר במקורו. מצב, שכן פוליסכרידים שאינם עמילן (NSPs) יוצרים רשת מרחבית סביב עמילן הדגנים ומונעים ממנו להיכנס לתמיסה.

ניתן לחלק את פירוק העמילן לגלוקוז על ידי אנזימים ל-3 שלבים. בשלב הראשון, גרגרי עמילן מתנפחים ומולקולת הפולימר מתמוססת.

בשלב השני, עמילן מתפרק על ידי האנזים אלפא-עמילאז ליצירת דקסטרינים (אוליגוסכרידים בעלי משקל מולקולרי נמוך מהעמילן המקורי).

בשלב השלישי, דקסטרינים, בפעולת האנזים גלוקואמילאז, הופכים לגלוקוז ולמלטוז, אשר לאחר מכן מותססים על ידי שמרים לאלכוהול.

על פי מנגנון פעולתם על המצע (עמילן), אלפא-עמילאזות שייכים לקבוצת האנדופולימראזות; הם מבצעים הידרוליזה כאוטית של קשרים פנימיים במולקולת העמילן הפולימרי.

להיפך, גלוקואמילאזות שייכים לקבוצת האקסופולימראזות; הם תוקפים את המצע מהקצה, ומנתקים ברצף שאריות גלוקוז (ומלטוז) ממולקולות גדולות יותר.

גלוקואמילאזות מפגינות את הפעילות הגדולה ביותר כלפי מולקולות קטנות של מלטודקסטרינים המכילות 5-50 שאריות גלוקוז, ופעילות מועטה מאוד כלפי העמילן המקורי, לכן משתמשים בגלוקואמילאזים לאחר הרס חלקי של עמילן בפעולת אלפא-עמילאזות.

בסוגי דגנים שונים, התוכן וההרכב של חלק העמילן ושל פוליסכרידים שאינם עמילן (NSP) עשויים להשתנות (טבלה 1). NPS, למרות הדמיון שלו לעמילן, לא ניתן לבצע הידרוליזה על ידי עמילאזים. לכן, כדי להגביר את מידת ניצול העמילן ובאופן טבעי להעלות את תפוקת האלכוהול, רצוי להשתמש בתכשירי אנזימים המייצרים את ה-NPS.

להידרוליזה של פנטוזנים משתמשים בתכשירים המכילים את האנזים קסילאנז, להידרוליזה של בטא-גלוקנים - β-גלוקונז, ולהידרוליזה של תאית - צלולאז. רצוי ביותר להשתמש בתכשירי אנזימים המכילים קומפלקס של אנזימים המעבירים הידרוליזה של NPS.

טבלה 1 תכולת המרכיבים העיקריים של פחמימות בחומרי גלם דגנים (%).

תירס	עֲמִילָן	פנטוזנים	β-גלוקן	תָאִית	סהרה	חֶלְבּוֹן	שמן
חיטה	55-65	6,0-6,6	0,7-0,8	2,5-3,0		9-15 (עד 25)	1,7-2,3
שיפון	52-60	8,7-10,0	2,2-2,8		2,2-2,8	10-12
בקושי	53-57		5,7-7,0
תירס	60-65					8-12	4,0-8,0

כמו כן, ידוע כי במהלך טיפול בחום במים בחומרי גלם דגנים, חלק מהחלבון נכנס לתמיסה, ורובו יוצר ג'לים יציבים עם פוליסכרידים לא עמילניים. IN לָאַחֲרוֹנָהשיעור החלבון בדגן גדל - בחיטה הוא מגיע ל-25%, ובשיפון ל-15%. חלבון לא מומס הוא מקור לזיהום והוא מופקד על ציוד ובצורה של משקעי פחמן על יחידת הבקרה. לכן, הידרוליזה של חלבון דגנים היא כורח ייצור, המאפשר:

שמור חומצות אמינו
- להפחית את הקצף
- להקל על ניקוי הציוד
- הגברת הגישה של אנזימים עמילוליטים למצע
- להגדיל את תפוקת האלכוהול

כיום, יצרנים משתמשים יותר ויותר באנזימים פרוטאוליטיים והשפעת השימוש בהם ברורה.

לפיכך, בהתבסס על הנתונים הנתונים על הרכב הדגן ותכשירי האנזים המשמשים במגוון רחב של פעילות של חברתנו, פיתחנו טבלאות לייעול היישום של תכשירי אנזימים עבור תוכניות שונותטיפול בחום במים.