Наука
Приложение на ензимите при производство на храни, алкохолни и безалкохолни напитки

Приложение на ензимите при производство на храни, алкохолни и безалкохолни напитки

Какво представляват ензимите? За медиите това са неразбираеми и непонятни вещества, които (неправилно) се причисляват към “опасната химия”. Спомняте си случая с трансглутаминазата (кликни тук)? Според една медия този ензим може да унищожи стомаха ви, защото се използвал като лепило за месо и нищо не може да го инактивира. Да, смешно е… Но за науката и индустрията ензимите са биологични инструменти, които могат да извършат много прецизна работа, да подобрят един производствен процес, да подобрят един продукт, да спестят много средства, да спестят много въглеродни емисии, но са прекалено деликатни и лесно се унищожават. За работата им са нужни специфични условия. Определено не са опасни и успешно се използват при производството на бира, вино, плодови и зеленчукови продукти, хляб, тестени и месни изделия.

Ензимите са от основно значение за метаболизма на всички живи организми и все повече се използват, за да извършват химични реакции извън тяхната естествена локализация.  Самото използване на биокатализатори като хранителни добавки или в преработването на суровини се използва от много време насам. Всъщност ензимни препарати от екстракти от растителни и животински тъкани се използват отпреди да се установи  съществуването на самите ензими.

Хранителната индустрия постоянно търси нови технологии, с които да задоволи нуждите на консуматора. Ензимите отдавна се използват от индустрията като основен инструмент за трансформиране на суровините в крайни продукти. Когато са пречистени и добавени към хранителни заготовки, няколко ензима могат да подобрят вкуса, консистенцията, усвояемостта и хранителните стойности.  Въпреки това използването на ензими става актуално едва през средата на миналия век, когато технологиите за манипулиране на протеини  стават все по-достъпни, а едва преди 30 години става масово използването на комерсиални ензимни препарати в хранителната индустрия, превръщайки се прогресивно във важен аспект при обработка и производство на меса, зеленчуци, плодове, тестени продукти, млечни продукти и алкохолни или безалкохолни напитки. Нараства броят на публикуваните научни статии, които описват методи за увеличаване на добива и в хранително-вкусовата  промишленост и в промишлеността свързана с производство на алкохолни и безалкохолни напитки. Тези биокатализатори успешно заменят използваните канцерогенни и опасни за здравето вещества. Това включва и използване на нови методи, при които характеристиките на естествените (натурални) продукти се променят.

Икономическите ползи от използването на ензимни препарати се изразяват в понижени производствени разходи, редуциране на негативното влияние над околната среда, като се използват възобновяеми суровини и често подобряване качеството на продуктите. Осевен това се постига удължен срок на годност, което подобрява качествената не само на храните, но и на напитките. Знае се например, че чрез модерни технологии при конвертиране на сокове в концентрати качеството не се променя дори при продължително съхраняване. Стабилизирането на вкуса и цвета също е пример за подобрено съхранение. Напредъкът в биотехнологиите е позволило преразглеждане на използваните методи, което води до неочаквани решения и разкриване на нови вълнуващи възможности. Освен това някои от използваните ензими са ярък пример за зелена технология, защото могат да бъдат използвани или за премахване на биологични отпадъци, или да се използват за предотвратяване на тяхното образуване. В момента ензимите понякога произлизат от растения или животни, но повечето имат микробиален произход. Затова много от пречистените ензими се използват широко не само за преработка на храни, но и като хранителни добавки. Трябва да се отбележи, че ензимите, както всички протеини, предизвикват биологична реакция само, когато  се приемат/синтезират в големи количества. Тъй като ензимите в храните са в много ниски количества, те трудно биха причинили алергични реакции.

Класификацията на ензимите в хранителните биотехнологии може да бъде спрямо различни и многобройни критерии. Тук те ще бъдат разгледани спрямо технологията, в която са използвани. Ензими използвани при:

 

  1. Производство на хляб и тестени изделия
  2. Пивоварството
  3. Винопроизводството
  4. Производство на млечни продукти
  5. Модификация на хранителни протеини
  6. Екстракция на сокове от плодове и зеленчуци
  7. Преаботка на плодове и зеленчуци
  8. Модификация на нишесте

 

Ензими използвани при производство на хляб и тестени продукти

Хлябът, пастата и нудълите са сред основните, често срещани и евтини храни, а тяхното производство често се определя спрямо традициите на дадена страна или регион, в който се консумират. Въпреки, че производството на тези три основни продукта е много древно, в него участва една много сложна биотехнология.

Консуматорите на хляб имат определени качествени критерии към хляба, включително външен вид, свежест, вкус, разновидности и консистенция. Хлебната индустрия изпитва огромни затруднения да спазва всички тези критерии поради няколко причини. Първо, основната суровина за хляба е брашното, която варира изключително много, поради различните сортове пшеница, климатични и сезонни особености и технология на мелене на зърното. Въпреки, че мелничарите смесват различни брашна, за да се получи такова с добри и постоянни качества, често е трудно да се постигне продукт с добро качество и на ниска цена. Второ – тъй като има различни видове хляб, хлебарите използват различни съставки с различно качество и използват различни процедури. Например хлябът за сандвичи трябва да има твърда коричка  и много мека сърцевина. Французите обаче предпочитат големи багети с хрупкава коричка и сърцевина на дупки. Други потребители пък настояват тези продукти да са „здравословни“. Понякога е възможно да се направят нови типове хляб като се натъкмят съществуващи технологии, но понякога трябва да се внедрят напълно нови технологии. Затова мелничари и пекари имат нужда от съставки или процеси като химични оксиданти, емулгатори и ензими, които да стандартизират качеството на продуктите и да разнообразят продукцията.

От десетилетия ензими като алфа-амилаза се използват за производство на хляб. Поради промени в хлебарската индустрия и нуждата от повече различни продукти, ензимите придобиват все по-голямо значение при приготвяне на нови хлебни продукти. Поради бързите темпове на развитие на биотехнологиите, известен брой нови ензими наскоро бяха пуснати на пазара специално за хлебните производители. Един такъв пример е чиста ксиланаза с единична активност вместо традиционните хемицелулазни препарати, която подобрява обработката на тестото. Използването на липази пък стабилизира тестото и подобрява формирането на коричка. Използването на малтогенна алфа-амилаза пък забавя стареенето на хляба.

Когато се прави брашно, при  самият механичен процес нишестето може да се „нарани“ и да се намали качеството му. Това е по-силно изразено при сортовете пшеница с по-твърди зърна. Затова се налага да се използва екзогенна алфа-амилаза от микрбиологичен произход. Алфа-амилазата хидролизира амилозата и амилопектина, за да освободи разтворими декстрини. Ензимът насища брашното с ферментируеми захари, което води до увеличен обем, по-добра коричка и подобрен вкус. Именно поради нараненото нишесте, варирането в използваното количество алфа-амилаза означава, че и полученото тесто ще е с варираща мекота. Продължителното действие на ензима или използването на голяма доза от него води до лепкаво и некачествено тесто.

Нормалното пшенично брашно съдържа около 3-4% (w/w) пентозани – една част водоразтворими, друга част неразтворими. От дълго време се използват (основно в европейския тип хляб) ксиланази и пентозанази, често наричани общо хемицелулази, като ензими подобряващи състоянието и консистенцията на тестото. При оптимална доза могат да подобрят обработваемостта на тестото, стабилността му, да се добива хляб с по-голям обем и по-добра структура на коричката.

Чрез молекулярно-биологични техники могат да се получат ксиланази от ГМО организми. Предимството на подобни ензими е, че те имат по-малко странични и нежелани активности. Това води до използване на по-малки дози от ензима и елиминиране на риска от странични ефекти.

През последното десетилетие липазите бяха припознати като ензими, които силно подобряват състоянието на тестото. Те увеличават значително обема на хляба, заглаждат коричката и я правят еднородна с по-бяла външност. Липазата има способността да замени частично и дори напълни всякакви други химични емулгатори.

За да се гарантира един постоянен и добър обем, хлебарите прибягват до използването на различни оксиданти като бромат или аскорбинова киселина. Знае се, че броматът действа бавно и е активен при високи температури. Аскорбиновата киселина има бързо действие и действа в ранните фази от производството. Все повече хора обаче искат да консумират по-натурален хляб с по-малко химикали, особено по-малко бромат, за който има опасения, че крие здравни рискове. Затова много производители прибягват до използване на ензими оксидазилипооксигеназа, лизил оксидаза, сулфхидрил оксизада, пероксидаза, лаказа и трансглутаминаза.

Много често срещан проблем при производството на паста и нудълие е, че при производство и със стареенето на продукта се образуват малки черни петна, чието количество е правопропорционално на степента на чистота на брашното. Използването на липази не само намаля броя на тези петна, но и честотата им на поява с течение на времето.

Суровите нудъли и разточеното тесто за нудъли имат тенденцията да почерняват по време на производство или докато са по рафтовете в магазините. Това може да се коригира, ако се използват липазни ензим, които не само избелват тестото, но и намаляват сериозно скоростта на потъмняване с времето. Освен това липазата увеличава твърдостта на пастата и нудълите, което е положителна характеристика.

 

Ензими използвани при пивопроизводството

„Варенето“ на бира е дейност, която датира от преди 5000 години преди Христа в района на Близкия изток. Бирата произвеждана тогава едва ли е имала нещо общо с тази по магазините. Самият процес в началото не е бил развит за производство на пиво, а по-скоро древните хора просто са се опитвали да съхраняват различните си видове зърно, където очевидно  е настъпила микробиологична инфекция, такава с дрожди например, при която се е образувал етанол при анаеробни условия. Тези ранни бири вероятно са били доста хранителни и наподобяващо на каша, а наличието на алкохол вероятно е подтикнало хората да оптимизират този процес. Разбира се древните хора не са разбирали какво става и трудно са си обяснявали процеса. Едва след създаването на микроскопа от Антон ван Левенгук през 1680 година е могло да се наблюдават микроскопични частици. Но въпреки това хората разбират за ролята на микроорганизмите едва след работата на Луи Пастьор. През 1883 година се разработва методика за производство на дрожди на индустриално ниво, след което настъпва бум в пивопроизводството.

Първият етап от пивната ферментация е образуване на малц. В този процес участват редица ензими (амилази, глюканази, протеази и хемицелулази), чиято основа функция е да образуват хомогенен  малц. Самата модификация е резултат от ензимна конверсия на ендосперма. Ензимите разграждат полимерни съединения като нишесте, глюкани, протеини и други нискомолекулни компоненти. Понякога обаче процесът може да се забави или затрудни, да се образува хетерогенен малц, при което е нужно да се добавят екзогенни ензимни препарати.

Ендо и екзогенните протеази  образуват свободни аминокиселини, пептиди или малки протеини. Тези метаболити са жизненоважни, тъй като се ползват от дрожсите като азотен източник. Трябва да се внимава с деградирането на протеините, тъй като има риск да се образува нежелана пигментацията, която да промени свойствата на крайния продукт.

От значение е използването на ензими, които деградират растителната клетъчна стена. Тя е съставена от 75% бета-глюкани и 25% хемицелулоза – използват се ензими наречени глюканази. Проблемът на непълно разградените клетъчни стени е, че те затрудняват или правят напълно невъзможна филтрацията на получената каша и на последващата филтрация на самата бира. Чрез използването на глюканази филтрационните процеси се улесняват и се придава колоидна стабилност. Най-важно е да се деградира бета-глюкана, тъй като той придава силна вискозност на разтвора и прави големи неразтворими комплекси. Комерсиално достъпната бета-глюканаза може да разгради бета-глюкана, а страничните й активности допълнително разграждат и наличния ксилан.

При производството на бира, понякога се използват помощни суровини, които са евтин заместител на ечемичения малц. Такива са например ориз, пшеница или царевица. Всички тези зърнени култури имат нужда да се хидролизират чрез ензими, а директно може да се използва захарен сироп получен след киселинна хидролиза. Неприятно при захарния сироп е, че той забавя процеса на ферментация поради небалансирания състав на захари. Най-подходящият ензим за тази цел е бактериална (от род Bacillus) алфа-амлиаза, която не е термолабилна и не генерира голямо количество свободни захари, които пречат на ферментацията. Употребата на този тип ензими е подходящ само, когато източникът на нишесте е различен от ечемик. Най-стабилни ензими се продуцират от B. licheniformis (активен до над 105 ºC), докато ензими от Bacillus subtilis имат активност до 80 ºC. Тези ензими имат нужда от допълнително калций.

По време на същинския процес на алкохолна ферментация пивните дрожди превръщат захарите в пивната мъст до етанол, аминокиселини и въглероден диоксид, които се метаболизират до протеини и някои ароматни компоненти като фенил етанол. Пивната мъст съдържа също така и някои компоненти като декстрини, бета-глюкани и разтворими протеини, които не се метаболизират от пивните дрожди. За да се предотвратят проблеми в последващите процеси е нужно да се добавят екзогенни ензими. Преди да се филтрира бирата е препоръчително да се прибави бета-глюканаза, за да се разградят остатъчни глюкани, които биха задръстили филтрите. Добавянето на ензими би довело и до по-бързо и лесно избистряне на бирата.

Тъй като естествената декстриназа в малца не е термоустойчива, огромно количество неферментируеми дектрини могат да останат налични в бирата (например в 2.4% Pilsner), дори пивните дрожди не могат да ги метаболизират. Освен това има и голямо количество протеини. Тези компоненти карат човек да се чувства сит докато пие бира и дори да му стане тежко. За да се продуцира нискокалорична бира е нужно да се прибави екзогенно амилоглюкозидаза по време на ферментация. Ако се премахне алкохолът (например чрез вакуумна дестилация) и се добави на амилоглюкозидаза, ще се получи нискокалорична и безалкохолна бира.

Екзогенни ензими могат да бъдат използвани и за ускоряване на зреенето на бирата. По време на този процес настъпват редица вкусови промени. Една от целите на зреенето е да се разгради диацетилът, който придава нежелан маслен аромат. Този компонент се продуцира от дрождите по време на ферментацията. Спонтанната конверсия на прекурсора на диацетила (алфа-ацетолактат) е доста бавна. Тази реакция може да се ускори като се повиши температурата в края на ферментацията, но това ще ускори други нежелани реакции (стрес при дрождите, автолизис и други). Вместо това може да се добави микробиален ензим (род Bacillus), който  е разработен, за да конвертира алфа-ацетолактата до ацетоин, преди да бъде превърнат до диацетил. Този ензим се нарича алфа-ацетолактат декарбоксилаза.

При производство на бира, трябва да се вземат мерки за подобряване на нейните качества при изстиване. Ако  не се вземат подобни превантивни мерки, при изстудяване ще се получи едно нежелано замътняване. То се дължи на образуване на комплекси между разтворените протеини и полифеноли (наричани още танини). Този процес е обратим, ако бирата се затопли. За да се отстрани този проблем трябва да се предотврати агрегирането на комплекса протеин-полифенол. За тази цел обикновено се използва ензима папаин. Трябва да се внимава с количеството на използван ензим, тъй като може да се наруши стабилността на пенообразуване. Ако бирата се пастьоризира при температура над 70 ºC, папаинът ще бъде напълно инактивиран. В сравнение с други методи, този е много прост и икономически изгоден. Друг ензимен метод е използване на полифенол оксидаза.

 

Ензими използвани при винопроизводството

Ензимите винаги са били използвани от човечеството или под формата на растителен  материал богат на ензими, или под формата на микроорганизми използвани за различни цели като, производство на пиво, тестени изделия или на алкохол. Едва през 1970-та година във винопроизводството се въвежда използването на ензими. Първият ензимен препарат е пектолитичен ензим под търговското название Ultrazym G. Използван е за хидролизиране на пектинови субстанции във винената мъст. По това време ензимите са били използвани само за избистряне на мъстта и виното. През 1980 година започва използване на ензими за промяна на цвета, филтрация или подобряване на аромата. Пречистени ензимни препарати се въвеждат през 1990 година. Последни проучвания изследват възможността за изплзване на уреаза и лизозим за редукция на образуването на етил карбамат и подобряване на стабилността на продукта. Пектинази за винопроизводството се извличат главно от Aspergillus sp, а глюканази основно от Trichoderma sp. Ензимите трябва да са добре пречистени, за да не повлияят на органолептичните свойства на виното.

Ензими за производство на бели и розови вина

За производство на бели и розови вина е необходимо използваните ензимни препарати да са добре пречистени и да са без естеразна активност. Използват се ензими продуцирани от Aspergillus niger и Botrytus cinerea, които да хидролизират кумароновата и феруловата киселини, които след декарбоксилиране водят до формиране на винил-4-фенол и винил-4-гуаикол. Тези съединения придават на виното нежелан „аптекарски“ вкус (вероятно наподобяващ на евкалипт).

Ензими за производство на червени вина

При производството на червени вина ензимите действат върху целулозата и клетките на обвивката на зърната грозде. Количеството на прилагания ензим зависи от качеството на гроздето (добре узряло, зряло, неузряло, увредено) и типа на вино (дълга или къса ферментация).

Селективното действие на ензимите върху полизахаридите на обвивката се засилва в зависимост от присъствието на танини в червеното грозде.

Ензими за избистряне

Избистрянето на винената мъст преди алкохолна ферментация е от огромно значение. Ензимните препарати за този процес имат предимно пектолитична активност. Хидролизата на пектиновите съединения води до значителна редукция на вискозитета на мъстта.

Самият процес на избистряне се състои от 3 стъпки. Първо се извършва депектинизацията, при което пектините се разпадат  и вискозитетът намалява. Втората стъпка е флокулация, която се описва чрез увеличена турбидност и образуване на неразтворими комплекси. Третата стъпка е седиментация, при която се редуцира турбидността и тежките комплекси преципитират. Ензимите подобряват първата стъпка, поради което ускоряват следващите две.

 Ензими за млади вина: ензими за зреене и филтрация

Ензимите за зреене и филтрация се състоят главно от пектинази и бета-глюканази. Пектиназите основно хидролизират полизахаридите на гроздето, при което се образуват полизахаридни фрагменти. Тези малки фрагменти, често с линейна молекулна структура могат да попречат на етапите на филтрация и трябва да бъдат премахнати. Бета-глюканазите хидролизират глюкановия тип полизахариди. Подобни захариди имат висока молекулна маса и правят невъзможно филтрирането. Въпреки това е открито, че бета-глюканите предизвикват отделянето на макромолекули наречени манопротеини. Тези съединения играят важна роля в стабилизацията на протеините във вината. Освен това подобряват вкуса на виното. Това откритие води до създаването на редица патенти.

Ефектите на ензимното третиране при филтрацията са очевидни. Хидролизата на пектин води до филтриране на 2-5 пъти по-големи количества вино за един филтрационен цикъл, което увеличава капацитета на инсталацията и редукция на разходите.

Ензими за подобряване на вкуса на виното

Вариацията в характеристиките на вината се определя от присъствието на ароматни молекули, сред които монотерпеновите алкохоли играят основна роля. Тези съединения се откриват в гроздето като свободни, реактивоспособни, ароматни молекули или като нереактивоспособни, гликозидни прекурсори познати още като свързани терпени. В много видове грозде количеството на свързани терпени може да бъде по-голямо от свободните. Следователно органолептичните качества на виното може да се подобрят, ако свързаните терпени преминат в свободни.

В края на 80-те години на миналия век са били създадени ензимни препарати с гликозидазна активност (бета-глюкозидаза, алфа-арабинозидаза, алфа-рамнозидаза, бета-апозидаза), които да подобрят ароматния профил на определени вина. Третирането с тези препарати става след алкохолната ферментация. Повечето от тези ензими се продуцират от Aspergillus niger.

Ензими за корекция на цвета на виното

Екстракцията на фенолни съединения става по време на зреенето на винената каша и зависи от сорта  и качеството на гроздето, както и на други технологични параметри като температура, време на зреене и други. На индустриално нива са постигнати много добри резултати с използване на ензими. Подобрена е екстракцията на антоциани чрез ензимно третиране по време на кисненето. Тази област има нужда от още проучвания.

Уреаза

Наличието на етил карбамат във вината се регулира от 1986 година, когато канадското правителство поставя горна граница в алкохолните напитки от 30 µg/l. Смята се, че източник на тази молекула (която се смята, че е карциноген и мутаген) е уреята. Затова Япония създава ензимен препарат, който съдържа уреаза. Уреаза лизира уреята до въглероден диоксид и амоняк. Това лимитира образуването на етил карбамат. Ензимът се продуцира от Lactobacillus fermentum.

 Лизозим

Микробната стабилизация на вината се постига чрез добавяне на серен диоксид. Френски учени установяват, че стабилизация може да се постигне и чрез добавяне на по-малки количества серен диоксид в комбинация на лизозим. Лизозимът се извлича от яйчен белтък и се използва във фармацевтичното производство и хранителната индустрия. Ензимът разкъсва клетъчните стени на млечнокиселините бактерии и активността му се засилва с увеличаване на pH за сметка на SO2.

Нови изследвания се опитват да насочат вниманието на производителите към друга група ензими – оксидази. И по-точно полифенол оксидаза, произлизаща от Myceliophtera thermophile и продуцирана от Aspergilus oryzae.

 Ензими за стабилизация на цвета на виното

Премахването на фенолни съединения за предотвратяване на окисление, замътняване и промени на вкуса обикновено се извършва чрез фини агенти, като желатин или поливинилпиролидон. Изследва се възможността да се третират вина и сокове с лакази, танази и пероксидази за подобна цел. Използване на лакази от микробни източници подобрява ефекта на конвенционалното третиране на вината.

 

Ензими при производството на млечни продукти

Секторът от хранителната индустрия занимаващ се с производство на млечни продукти е традиционен ползвател на ензими. Най-известният ензимен препарат в млекопреработването е разбира се сирището – колективно наименувание за комерсиални препарати съдържащи кисели протеази, извлечени от животински тъкани. Тези продукти съсирват млякото като премахват силно зареден пептиден фрагмент от капа-казеина на повърхността на мицеларния казеин, основната форма на млечен протеин. Дестабилизираният казеинов мицел агрегира и образува характерната структура на млечния съсирек, който после се окислява от млечно-кисели бактериални култури, за да създадат сирената извара. Въпреки, че този пример за използване на ензими е най-важен в млекопреработването, модерните методи на производство са направили възможни още други приложения, които да задоволят постоянно изменящите се нужди.

В допълнение към ензимите за млечно съсирване за направата на сирене, млекопреработвателната индустрия използва и други ензими като липазите, некоагулиращи протеази, аминопептидази, лактази, лизозим и лактопероксидази. Някои приложения са традиционни (липази за подсилване на вкуса), докато други са сравнително нови (хидролиза на лактоза, ускорене зреене на сиренето, контрол на микробиологичната развала).

 Ензими за съсирване на млякото

Първият подобен препарат пуснат на пазара е от Хансен създаден през 1874 година в Денмарк.

От животинските сиренини най-широко разпространена е тази от крави и се смята за идеален ензимен продукт подходящ за производство на сирене.  Освен, че този продукт може да се използва дълго време, 80-90% от него е химозин. Това означава, че почти изцяло и специфично се хидролизира капа-казеинът, за да се образува млечният съсирек, но не се хидролизира останалият казеин. Неспецифична протеолиза на алфа и бета-казеин може да доведе до по-нисък добив на сирене.
Друг често срещан ензим в сиренината от крави е пепсинът. Смята се от опитните майстори на сирена, че именно пепсинът придава тези свойства на по-бързо узряване на сиренето на сиренината, но няма сериозни научни доказателства в подкрепа на тази теза. В момента прозиводителите използват сирена с изключително качества с помощта на чист химозин произведен от ГМО дрожди и плесенни гъби, които експресират клонирани копия на гена на химозина от крави.

Най-добре познатият и използван микробиален коагулант се продуцира от Rhizomucor miehei. Комерсиалните препарати са смес от аспартил протеинази и са достъпни в три форми. Естествения, немодифициран ензим е устойчив на високи температури и хидролизира целия наличен казеин. Използва се за направа на меки сирена.

 Лактопероксидаза

Лактопероксидазата се среща естествено в млякото, коластрата и слюнката. Смята се, че тези ензими са част от защитната система на бозаещите животни срещу чревни инфекции. Лактопероксидазите са бактерицидни срещу грам-отрицателни бактерии и бактериостатични срещу грам-положителни. Прибавяне на допълнителни количества от този ензим се използва за „студена стерилизация“. Чрез този метод се елиминират психротрофните грам-отрицатели бактерии в суровото мляко, съхранявано при ниски температури.

Ензими спомагащи узряването на сиренето

Препаратите, които се използват за модифициране, подобряване и ускоряване на узряването на сиренето обикновено се състоят от повече от един клас ензими – протеинази, пептидази, липази, а ако се потвърдят резултатите от последните проучвания, към тази група ще се присъединят метаболитни ензими като ацетил-КоА синтетаза и ензими катаболизиращи аминокиселини за генериране на летливи естери и серни съединения.

Ензимни препарати като Rulactine и Flavorage се брандирани като ензими спомагащи озряването на сиренето, но въпреки това има много малко информация за тяхната ефективност. Rulactine е протеиназа от Micrococcus sp., а Flavorage съдържа липаза от Aspergillus sp. с още някои протеолитични ензими.

Лизозим

Лизозимът е широкоразпространена в природата хидролаза, която е бактерицидна към множеството грам-положителни видове, тъй като разкъсва клетъчните им стени. Ензимът е мукопетид-N-ацетил мурамоилхидролаза, която е комерсиално достъпна и произвеждана от Micrococcus lysodiekticus.

Лизозимът се продава като основен ензим при производството на сирене, като алтернативен контролен агент, който предотвратява образуване на неравномерни дупки причинени от маслено-кисела ферментация в твърди сирена – Гауда, Данбо, Grana padano, Emmental и други. Обикновено този дефект се причинява от Clostridium tyrobutyricum. Конвенционалният метод за контрол на този патоген е чрез прибавяне на калиев нитрат към млякото. Този химичен метод обаче е опасен, защото се образуват карциногенни вещества. Clostridium tyrobutyricum е спорообразуваща бактерии и не може да бъде убита чрез пастьоризация.

 Трансглутаминаза

Трансглутаминазни препарати са достъпни от скоро на пазара и предизвикват интерес, тъй като те могат да желират казеин и други млечни протеини. Трансглутаминазата е ефективна в редуцирането на синерезис, подобряване на консистенцията на продукта и удължаване на живота на йогурта.

Лактаза

Лактазата (бета-галактозидаза) хидролизира лактозата до изграждащите я монозахариди – галактоза и глюкоза. Ензимът е широко разпространен в животните, но става индустриално значим след като са създадени микробни технологии за неговата синтеза. Основните препарати се синтезират от Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Candida pseudotropicalis и Kluveromyces lactis.

Продават се и таблетки с Лактаза, които се препоръчват за употреба от хора алергични към лактоза – едно широко разпространено състояние, което е предизвикано от липса на лактазен ензим.

Модификация на хранителни протеини

Модификацията на молекулярната структура на хранителниет протеини с ензими е атрактивен начин за подобряване функционалността и хранителните свойства на въпросните полипептиди. Лимитиран и много специфичен пример е конверсията на млякото в сирене под действието на различни протеази. В момента се разнообразни ензими се прилагат към хранителните протеини, за производство на различни ценни продукти.

Протеиновата структура се модифицира, за да се подобри разтворимостта, емулсията, желирането и пенообразуването. Химичната модификация не е желана за хранителни цели, заради суровите реакционни условия, неспецифичните химични реагенти и трудностите при премахването на остатъчните реагенти от финалния продукт. Ензимите обаче предлагат предимства, включително бързо време на реакцията, меки условия и висока специфичност. В допълнение – има нужда от нежни методи за модифициране на храната, за да се ограничи използването на различни добавки. Най-често изпозлвани ензими за модифициране на ензими са протеази и трансглутамази, липази пък се използват за структурна, функционална и ароматна модификация на продуктите.

Индустриални протеази

Трудно е да се каже, кое производство е наложило откриването и развитието на нови протеази. Освен, че се ипзползват в производството на традиционни продукти като сирене, бира или соев сос, създават се протеазни препарати за кожарската индустрия и за индустрията произвеждаща перилни препарати. Научният интерес около действието на протеазите върху различни хранителни протеини е довел до създаването на нови протеази за процесите на екстракция, както и за продукцията на функционални съставки за хранителната иднустрия.

Към момента най-мащабното производство на протеази се основава на микробиални източници. Рекомбинантни методи и протеиново инженерство  са основни инструменти за развитието на важни индустриални протеази за хранителната и нехранителна индустрия.

Протеазите се класифицират спрямо своя произход (животински, растителни или микробиални), своето каталитични действие (едно-пептидазно или екзо-пептидазно) и спрямо каталитичния сайт (активен сайт). Търговски имена, обхват на pH и специгичността са същи признаци за класификация.

Въз основа на сравнение на активните сайтове, каталитичните остатъци и триизмерната им структура, са идентифицирани четири семейства: серинови, тиолни, аспарагинови и металопротеази. Сериновото семейство се състои от две подгрупи: хемотрипсин-подобни протеази и субтилизин-подобни протеази, които са най-важните индустриални продукти. Много комерсиални протеази са смесица от различни типове протеази. Това важи в пълна сила за панкреатина, папаина и някои протеази от B. amyloliquefaciens, А. Oryzae, Streptomyces sp. и P. duponti – основно се използват в хранителната индустрия.

Хидролизата на протеини с протеази трябва да се извършва внимателно, тъй като ако не се преценят правилно условията и вида на протеаза, може да се получи неприятен горчив вкус на хранителния продукт. Причината е, че при ензимна хидролиза на протеина, може да се образуват хидрофобни краища на полипептида, което причинява горчив вкус.

 

Производство на неалергенни пептиди за бебешки храни

Едни от добре познатите  ензимни приложения в рамките на модифицирането на хранителни протеини е при производството на бебешки храни, заместители на кърмата с понижен риск от развитие на алергия. Това приложение е на около 60 години. Някои бебета реагират към определени аминокиселинни секвенции, като продуцират антитела. Това предизвиква алергични реакции при многократно излагане на същия протеин. Въпросните секвенции варират по големина и състав на аминокиселините. Един от добре познатите протеини с подобно приложение е суроватъчния протеин, поради високата хранителна стойност. Открити са няколко епитопа в бета-лактоглобулина. Тези епитопи са с дължина от по 20, 11 и 21 аминокиселини. Изследванията показват, че хидролизирането с протеази намалява алергичността.

Месни екстракти

Хидролизирани протеинови продукти със силен месен вкус са често използвани за овкусяване на различни супи, сосове и месни продукти. Протеинов материал може да бъде добит чрез протеази от животински остатъци – кости останали след обезкостяване на месо от говеда, прасета, пуйки и пилета. Интензивността на месния вкус зависи от количеството на свободни аминокиселини и пептиди в резултат на хидролизата.

Използването на екзо-пептидази е основен метод за премахване на горчивия вкус на хидролизата. При производството на мариновани, пушени меса като шунка и бекон се използва протеинова хидролиза, но с ниска интензивност. Месните екстракти се използват и като овкусители в супи, сосове, снаксове, чипсове, спагети и нудели за инстантна консумация.

Почистване на кости

Хидролизата на протеини се изпозлва широко при почистването на кости. За да се продуцира желатин, костният материал първо трябва да бъде старателно почистен. За целта се изпозлва двустепенен процес, при който в първия етап чрез ензими се произвежда месен хидролизат, а при втория чрез ензими се получават чисти кости. След добиване на чист костен материал, той се начупва и смила на прах, добавят се гореща вода и ензимите Neutrase™, Alcalase™, Esperase™ и Flavourzyme™. По този начин се извлича желатин от костите.

 

Подобрители на вкуса

В естествен вид, протеините не допринасят химически за формирането на вкуса на храните. Въпреки това, продуктите на протеиновата хидролиза (пептиди и аминокиселини) имат вкус. Също така, те са много по-реактивоспособни и могат да реагират с много други компоненти в храната – захари, мастни киселини, за да създадат специфичен вкус.

На пазара има много  продукти с пикантен вкус от различни източници. Хидролизирани протеини основно произведени чрез хидрохлорна киселина са често срещана съставка в супите, пикантните сосове и подобни. Знае се, че ако този процес на киселинна хидролиза не се контролира добре, може да се формират хлоропропаноли и дихлорпропаноли. Това поражда много страхове в потребителите и регулаторнтие органи, което е довело до налагане на лимити за използването им. Тези лимитации са засилили нуждата от алтернативен процес за хидролиза на протеини. Очевидната опция са протеазите.

 Най-често използваният подобрител на вкуса с протеиногенен произход е добре познатият мононатриев глутамат. Глутаматите са определени като петия основен вкус заедно със сладкото, киселото, соленото и горчивото. Петият вкус се нарича още umami. MSG се изпозлва в концентрации от 0.2-0.8% в различните продукти, като супи, бульони, сосове, овкусители, консервирани меса, рибни ястия и други. Алтернативен метод за производство на глутаминова киселина и MSG е изпозлването на ензими глутаминази. Подобни хидролизати позвоялват на хората да намалят количеството на приемания натрий.

Протеиновите изолати могат да предизвикат различно вкусово усещане – сладко, солено или умами, тъй като реагират с различни части на езика.

Дрождеви екстракти

В последните години има засилена нужда от дрождев екстракт, като резултат около съмнения за здравни рискове около киселинно-хидролизираните протеини. Дрождевият екстракт е източник на аминокиселини, пептиди, захари, нуклеотиди, липиди и B витамини, от които всички могат да бъдат прекурсори на месни овкусители. Идентифицирани са няколко стотици ароматни вещества  в дрождевия екстракт. Вариациите в производствените условия повлияват на ароматните качества.

Смесица от първичен дрождев екстракт и протеинов хидролизат се изпозлват едновременно като овкусители и подобрители на вкуса. За да се избегне изпозлването на силни киселини, получаването на дрождев екстракт се постига чрез следните стъпки: автолизис, пастьоризация, избистряне и концентрация.

 

Преработка на риба и рибни продукти

При производство на рибни продукти се използват отстранените кости и месни изрезки за направата на марината. Суровият материал се загрява до 55 градуса за 45 мунити по време на хидролизата. Изпозлваният ензим е Protamex™ и се изпозва 1 килограм за всеки 1000 килограма суров материал. След хидролизата, сместта се загрява до 90 градуса за 15 минути за да се инактивира ензимът. Следващата стъпка е центрофугиране. Добива се кристално чист продукт след филтрация. Концентрацията се осъществява чрез изпарение и добавяне на сол.  Хидролизатът може да се концентрира до 45% суха материя, от която 12% сол се добавя за консервация.

 

Екстракция на сокове от плодове и зеленчуци

Производството на плодови и зеленчукови сокове е важна икономическа операция, която доставя на потребителя ценни плодови и зеленчукови нутриенти. В основата си теози методи представляват екстракция на течната част от плода – сокът – и дълготрайното му съхранение чрез пастьоризация или концентрация.

Теоретичните основи за изпозлването на протеолитични ензими при преработването на плодве датират още от 1930 година. Мехлитз описва улеснената филтрация на различни сокове след ензимно третиране. Малко по-късно са създадени и първите пектинази, включително Pectinol K, въведен на пазара през 1938 година и изпозлван основно за производство на чист ябълков сок. В началото на 1950 година се въвежда метода на ензимното избистряне на продукти с високо качество и стабилност. Извършваното ензимно третиране на плодовата каша при високи температури е основата на метода наречен „гореща ферментация“ за производство на ягодови, малинови, боровинкови и подобни сокове. Пектиназите действат в pH областта на плодовата маса дори при температури от 55 градуса. Методът се изпозлва за по-качествено пресоване на плодовете, което води до по-висок добив на екстракта, както и по-наситен цвят. Модифицрането на производствените методи пък е довело в началото на 1960 година до представянето на пазара на гъбична алфа-амилаза за преработката на семкови плодове, което предотвратява последващото замътняване на ябълковите сокове в следствие на освободеното нишесте.

Ензимното третиране на кашата от семкови плодове започва да се изпозлва все по-често след 80-те години на миналия век с цел увеличаване на добива. Новите процеси на мацерация и екстракция са наложили задължителното изпозлване на арабанази, по време на депектинизацията, за да се произведат по-стабилни и чисти концентрати.

Ензимната мацерация води до развитието на метода на ензимно втечняване използвайки целулази и хемицелулази. Методът е познат още като тотално ензимно втечняване.

В същото време се въвеждат методите на ултрафилтрация, които заменят конвенционалнитем методи на финна обработка на продукта. Тъй като порите на мембранните филтри за ултрафилтрация се задръстват лесно е било нужно да се изпозлват по-широко ензими за справяне с този проблем.

Днес потребителите са свикнали с възможността да имат голям избор от сокове – ябълкови, протокалови, бананови и други, на относително ниски цени, независимо от сезона и географските характеристики. Консуматорите реагират много чувствително на промените и изискват високо качество, добър търговски вид, високи хранителни характеристики и вкус, което изисква методи за оптимизация на продукцията.

Сокове могат да бъдат правени и от зеленчуци. Например морковите се преработват до концентриран сок или до пюре. За целта се използват пектинази с висока пектин лиазна активност в комбинацията с целулази. Чрез тези ензими получаваме по-висок добив на продукта, който е и с по-високи количества на бета-каротен.

За направата на пюре от моркови се използват пектинази, които мацерират полигалактуроназа. Те могат да разградят протопектина, който е с голяма молекулна маса. Полученото пюре е ситно, хомогенно и силно вискозно.

 

Преработка на плодове и зеленчуци

Консумацията на пресни и преработени цитрусови продукти е нараснала до невероятните 65 милиона тона. Средната консумация в САЩ е около 60 килограма на човек, а в Западна Европа – 40 кг на човек. Замразеният концентриран портокалов сок е създаден през 1940 година и в момента е най-консумираният плодов сок в Света. Въпреки, че соковете са най-ценният продукт, плодовете се преработват и за добив на вторични продукти, като най-значими са пектините и есенциалните масла. Въпреки, че в някои страни използването на ензимни методи не е позволено в производството на висококачествни портокалови сокове, те могат да бъдат ползвани вместо това за увеличаване стойността и добива на вторичните продукти. Ензимите могат да увеличат добива на есенциални масла от кората на плода, да премахнат горчивия вкус в соковете, избистрят лимонения сок или да увеличат стойността на отпадъчните продукти.

Добър пример за изпозлване на ензим в цитрусовата индустрия е при обелването на плода. За целта се използва инфузия на пектинази в кората на плодовете чрез високо налягане или вакуум, за да омекотят и дори премахнат обелката. Третирането на портокали чрез инфузия на пектинази води до разграждане на белия слой (албидо) на плодовата кора, точно под пигментирания флавидо, но без ензимът да пенетрира в плодовия соков сегмент. Успешната инфузия на ензима зависи от пропускливостта на плодовата тъкан. Цитрусовите плодове са идеални за обелване чрез вакуумна инфузия на пектинази, защото ядливата част на плода е сравнително твърда и лишена от кухини, докато албидото и сърцевината на плода са много порести.  Желателно е пектиназният разтвор да се внесе в тези порести тъкани за максимален положителен ефект.

При добра инфузия на пектиназния разтвор, цитрусовата обелка се отделя лесно, свободно и чисто от външната повърхност на сегментите. Няколко компании в САЩ, Япония, Южна Африка и Великобритания използват тази технология, за да преодставят на пазара охладени и обелени, готови за консумация плодове.

В първия етап от метода в кората на плода се правят множество пенетрации, като се внимава да не се засегнат плодовите сегменти или тяхната мембрана. След това пенетрирания плод се потапя в 2% пектиназен разтвор, преди самата инфузия. За тази цел се използват ензимни продукти с тъговски название Rapidase Citrus Peeling и Peelzym. Те съдържат пектинестерази и полигалактуронази, които деградират албидото около сегментите. След това пектиназният разтвор се вкарва в пенетрациите или чрез вакуум, или чрез високо налягане. При вакуумната инфузия, ензимният разтвор и плодовете се поставят заедно във вакуумна камера. Под действие на вакуума, въздухат в плода се изтегля, при премахване на вакуума в плода навлзиа ензимния разтвор. Пълните с пектиназен разтвор плодове се пренасят в тръби за съхранение при стайна температура за 45 минути до 2 часа, за да се разгради албидото вътре в плода. След този процес кората на плода може лесно да се премахне, като по плодовите сегменти ще има много млако от албидото. Сегментите могат да се разделят без да се увреди мембраните, които ги разделят. Обелените и разфасовани плодове се охлаждат, опаковат и разпространяват готови за консумация.

Трябва да се отбележи, че продаваният препарат Rapidase се продуцира от Aspergillus niber и без други пектин деполимеризиращи активности, като пектин лиазна, полигалактуроназна или рамногалактуроназна.

 

Домати

Голямо количество домати се преработват индустриално за направата на консервирани, белени домати. Преработката включва нарязване на домата по различни начини с частично премахване на семената и ципестата обвивка, пакетеиране в подобен вид или добавяне на концентрират доматен сок или пюре. Основното изискване за подобни продукти е високото съдържание на сурови материали. В случая на доматените продукти трябва да има високо количество на полизахариди, да липсва обезцветени региони по плода и лесно да се премахва обелката и малкото останали семена.

Основен проблем при доматите е, че при откъсване от растението или при стареене, те омекват. Това се дължи на естественото деградиране на полизахаридите на клетъчната стена – основно пектинови субстации, като за това са виновни няколко едногенни хидролази. В доматите са описани целулазна, полигалактуроназна, пектинметилестеразна и ксилогалактуроназна активности. Тези хидролитични активности се засилват по време на зреенето, което води до загуба на голямо количество естествни въглхидрати. Едно-полигалактуроназата е основен виновник за тяхното омекване. Тези хидролизни процеси се засилват дори още повече след като плодът бива смачкан. Ето защо много големи производители решават да обработят за кратко доматите с висока температура, за да денатурират въпросните ензими. Неприятното е, че термалното стабилизиране влошава също консистенцията на продукта и понижава неговото качество.

Установено е, че добавянето на пектинметилестераза в имерсионната баня, съдържаща калциеви йони подобрява значително консистенцията на продукта. Освен това третираните домати с комбинацията от ензима и калциевите йони придават на доматините продукти по-добро усещане в устата, по-приятен вид, по-добра  консистенция. Когато се произвежда доматен сок, вискозитетът му може да се подобри с 35% след третиране с Rapidase FP Super (ензимен препарат съдържащ пектинметилестераза). Тези резултати доказват, че може да се подобри консистенцията, ако се възползваме от синергията между пектинметилестеразите и калциевите йони.

 

Модификация на нишесте

Първото масово прилагане на микробиоални ензимни препарати в хранителната индустрия датира от 60-те години на миналия век с въвеждането на глюкоамилаза. Поради ясно изразените ползи – по-голям добив, по-голямо пречистване на продукта, по-лесна крситализация – повечето предприятия за продукция на глюкоза преминават от киселинна хидролиза към ензимна хидролиза. Ензимният метод спестява с 30% разходите за пара, с 50% намалява произведената пепел, и увеличава продукцията с 90%.

След създаването на имобилизирана глюкозоизомераза през 1973 година, индустриалното производство на фруктозен сироп става възможно. Първите продукти направени изцяло чрез ензимна преработка са сиропи, които не е било възможно да се произведат с химични техники.

Ензимите са идеални катализатори в индустрията занимаваща се с преработка на нишесте. За целта се използва относително просто оборудване, умерени температури и pH се използват за реакциите, което означава, че ще се формират по-малко вторични продукти, които да повлияят негативни върху вкуса и цвета на крайния продукт. Освен това ензимните реакции са по-лесно контролирани и могат да бъдат спряни, когато се достигне желаната степен на конвесия на нишестето.

В зависимост от използваните ензими и контролирането на ензимната реакция могат да бъдат продуцирани различни ценни продукти, които да задоволят всяко изискване на хранителната индустрия. Могат да се продуцират сиропи и модифицирано нишесте с различни съставки и физични свойства. Сиропите се използват в голям асортимент от продукти: например безалкохолни напитки, месни продукти, печива, сладоледи, сосове, храни за бебета, консервирани плодове и други.

Основните стъпки на конверсия на нишестето са втечняване, озахаряване и изомеризация.  Може да се каже, че колкото по-дълъг и сложен е процесът на преработка на нишестето, толкова по-сладък е добитият сироп.

Суспензия от нишесте се загрява в присъствието на термостабилна бактериална ендо-алфа-амилаза. Ензимът хидролизира алфа-1,4-гликозидните връзки в прежелатизираното нишесте, в което вискозитеът бързо намалява, при което се произвеждат малтодекстрини. Процесът може да се спре на този етап, разтворът може да се пречисти и изсуши, а малтодекстрините могат да бъдат усвоени като функционални вкусови съставки в сухи супи, храни за бебета, сосове и други. Допълнително хидролизиране води до формиране на сладки, фементируеми захари. Сладки нишестени хидролизати със специални функционални свойства могат да бъдат продуцирани чрез използване на гъбична алфа-амилаза самостоятелно или в комбинация с амилоглюкозидаза. Алтернатива на този метод е използване на растителна бета-амилаза, за увеличаване добива на малтоза.

Много нехранителни продукти произведени чрез ферментация се основават на използването на ензимно модифицираните нишестени продукти. Ензимно хидролизираното нишесте се използва за продукцията на алкохоли, полиоли, циклодекстрини, аскорбинова киселина, ензими, мононатриев глутамат, лизин и пеницилин.

 

Втечнване на нишестето

Сухото необработено нишесте се разгражда много бавно от алфа-амилазата. За целта трябва да се извърши желатизиране и втечняване на 30-40% суспензия от суха материя, за да стане възможно ензимното разлагане. Температурата на желатинизация варира при различните типове нишесте. Царевичното нишесте е най-разпространената суровина, следвано от пшеничното, оризовото, картофеното и от тапиока. За да се постигне добро озахаряване и изомеризация е нужна добра система за втечняване.

 

Бактериална термофилна алфа-амилаза

Termamyl® е едно-амилаза, която хидролизира алфа-1,4- връзките в нишестето (амилозата и амилопектинът). Продуктите от хидролизата са най-често разтворими декстрини и олигозахариди. В концентрирани разтвори на нишесте, хидролизата рязко понижава вискозитета. Термамил често е наричан и втечняваща амилаза. Тенденцията в разработката на индустриалните амилази е да се намалява pH-оптимумът, редуциране нужните количества на калций, увеличаване активността на ензима и да се подобри термостабилността.

 

Гъбична алфа-амилаза

Fungamyl® е гъбична екзо-амилаза, която хидролизира алфа-1,4 връзките в втечненото нишесте. В резултат на продължителна ензимна хидролиза се получават големи количества малтоза. Фунгамил се използва за продукция на сиропи с високосъдържание на малтоза.

 

Глюкоамилаза (амилоглюкозидаза)

AMG®E е глюкоамилаза (екзо-амилаза), която хидролизира алфа-1,4 и алфа-1,6 връзките във втечненото нишесте. Хидролизата протича поетапно. Продукът от разграждането на субстрата е глюкоза. Малтотриоза и малтоза конкретно се хидролизират по-бавно, тъй като 1,6 връзките се хидролизират по-бавно от 1,4 връзките. AMG се нарича още озахаряваща амилаза. Този ензимен препарат се продуцира от Aspergillus niger, прдава се в течна форма със стандартизирана активност.

 

Бета-амилаза

Бета-амлилазите са екзо-ензими, които атакуват амилозните вериги, което води до успешно премахване на малтозни единици от нередуциращия край. В случая на амилопектина, рязането спира на две до три глюкозни единици от точката на 1,6-алфа-разклонението. Бета-амилазите се използват за получаване на малтозни сиропи. Най-ценните комерсиални продукти се правят от ечемик или соя. SPEZYME®BBA е ечемична алфа-1,4-D-глюкан малтохидролаза и често я наричат бета-амилаза. Екстрахира се от зърна ечемик. Бета-амилазата е екзо-амилаза, която катализира отделянето на малтозни единици чрез хидролизиране на алфа-1,4-D гликозидните връзки от нередуциращия край на дектриновите вериги. Ензимът няма алфа-амилазна активност, затова не се образува глюкоза.

 

Малтогенна амилаза

Maltogenase™ е подобна на малтогенна амилаза, която хидролизира алфа-1,4-гликозидните връзки от нередуциращия край на малкодекстрозните връзки. Малтодекстрини, олигозахариди и малтотриоза се хидролизират основно до малтоза.

 

Изоамилаза и пулуланаза

Изоамилзата (глюкоген-6-глюканохидролаза) и пупуланазата (пулулан-6-глюканохидролаза) хидролизират алфа-1,6-гликозидните връзки в нишестето. Когато амилопектинът се третира с пулуланаза се добиват линейни амилозни фрагменти. Ако се използват термо и киселинно стабилни пулуланази в комбинация със захарифицращи ензими хидролизата на нишестето става по-ефикасна. След втечняване може да се изпозлва комерсиално достъпният препарат Promozyme®.

 

Озахаряване

След втечняването на нишестето могат да се продуцират малтодекстрини с важни реологични свойства. Малтодекстрините се изпозлват в хранителната индустрия като филери, стабилизатори, пасти, лепила и други. При по-продължително озахаряване чрез глюкоамилази или гъбични алфа-амилази се получават различни видове подсладители. Прилагане на серия ензими, включително бета-амилаза, глюкоамилаза и пулуланаза като ензими премахващи разклоненията в нишестето се получават сиропи с концентрация на малтоза близка до 80%.

95-97% глюкоза може да бъде продуцирана от повчето сурови материали съдържащи нишесте (царевица, пшеница, картофи, тапиока, ечемик и ориз).

 

Изомеризация на глюкоза

Ензимната изомеризация на глюкозата до фруктоза е процесът – алтернатива на продукция на захар (захароза) от цвекло или трастика. Полученият продукт е фруктозен царевичен сироп. Сиропът се продава в две степени HFCS-42 и HFCS-55, които съдържат 42% и 55% съответно фруктоза от сухата субстанция. Тези продукти заемат над една трета от пазара на калорийни подсладители в САЩ. Годишно се продуцира над 8 милиона тона използвайки реакцията на изомеризация. Това приложение е и най-голямото индустриално такова на имобилизирани биокатализатори.

Изомеразната реакция може да бъде икономически изгодна само, ако се изпозлват имобилизирани ензими. Параметрите на реакцията в тази система  трябва да са колкото си може по-оптимизирани, за да има достатъчно високи добиви. pH трябва да е около 7.5 или по-високо, за да има висока ензимна активност. При по-ниски стойности на pH глюкозата и фруктозата са по-скоро нестабилни и лесно се разпадат до органични киселини и цветни вторични продукти. За да се превъзмогнат тези проблеми, реакционното време трябва да е лимитирано. Това става, чрез изпозлването на имобилизирана изомераза в колона, през която глюкозата протича непрекъснато. Ензимните гранули трябва да са достатъчно ригидни, за да не се разпаднат в разтвора по време на процеса. Sweetzyme IT е продуциран от мутант, селектиран щам Streptomyces myrunys. Процедурата по имобилизиаця на Sweetzyme IT се състои в разпределяне на клетъчен концентрат чрез хомогенизатор. След това клетките  се смесват с глутаралдехид. Концентрирания агрегат се пресовам изсушава и пресява.

Част от използваната научна литература:

Lii, C.-Y, Chang, Y.-H. Study of starch in Taiwan. Food Reviews International. 1991: 7:185-203.

Rosendal, P., Nielsen, B.H., Lange, N.K. Stability of bacterial alpha-amylase in the starchliquefaction process. Starch/Starke. 1979; 31: 368-372.

Tropical fruit and citrus. The Fruit Enzyme Directory. Gist-brocades Ed., 1998.

Grassin, C., Fauquembergue, P. In: Godfrey, T., West, S. (eds). Industrial Enzymology. 2nd edn.London: Macmillan; 1996: 227.

Kertesz, Z.I. A new method for enzymatic clarification of unfermented apple juice. N. Y. State Agr.Expt. Sta. (Geneva, N.Y.). 1930; Bull. 589.

Harboe, M., Budtz, P. The production, action and application of rennet and coagulants. In: Law,

B.A. (ed). Technology of Cheesemaking. Sheffield: Sheffield Academic Press; 1999: 33-65.

Lomholt, S.B., Qvist, K.B. The formation of cheese curd. In: Law, B.A. (ed). Technology of Cheesemaking. Sheffield: Sheffield Academic Press; 1999: 66-98.

Pollock, J.R. (ed). Brewing Science. London: Academic Press; 1979: vol. 1.

Wieg, A.J. Barley brewing. In: Pollock, J.R. (ed). Brewing Science. London: Academic Press; 1987:vol. 3:533–571.

Pallmer, G.H. (ed). Cereal Science and Technology. Aberdeen: University Press; 1989.

Goutel, A.M. Revue Franqaise d’Oenologie 1996; 157: 25-27.

Barvanon, L., Doco, T, Terrier, N., Georges, A., Romieu, C., Pellerin, P. In: Oenologie 99, 6e Symposium International Oenologie. Ed. Tec&Doc. 2000.

Goodenough, P.W. Food enzymes and the new technology. In: Tucker. G.A.. Woods, L.F.J. (eds).

Enzymes in Food Processing. 2nd edn. Glasgow: Blackie Academic and Professional: 1995: 41–113.

Law, B.A. Manipulation of enzymes for industrial application: Protein and environmental engineering. In: Godfrey, T.. West, S. (eds). Industrial Enzymology. 2nd edn. Basingstoke: Macmillan Press and New York: Stockton Press; 1996: 385-393.

Godfrey, T, West. S. Introduction to industrial enzymology. In: Godfrey, T., West, S. (eds). Industrial Enzymology. 2nd edn. Basingstoke: Macmillan Press and New York: Stockton Press: 1996: 1–

ROBERT J. WHITEHURST, BARRY A. LAW, 2002, Enzymes in Food Technology. От най-голямо значение.

Share this Story

Подобни публикации

Ако харесвате дейността на 6nine, може да помогнете със скромно дарение за обезпечаване на някои нужди. Благодаря!

Choose currency

Enter amount

Харесайте ни във facebook

За biologist

I fucking love science! Микробиолог, science enthusiast, по дефиниция на БГ законодателството се водя "млад учен", просто любопитен. Геймър, меломан, киноман. MARVEL FAN! Млад съм, което явно за много хора е проблем. За други щеше да е проблем, ако бях брадат старец :D Няма угодия. https://www.facebook.com/munroe90

Статии в снимки