2. В крохмале-патоковому виробництві використовують у
якості каталізаторів гідролізу крохмалю
використовують ферментні препарати
Ферменти є речовинами білкової природи.
Це − біологічні каталізатори, які здійснюють в живій
природі всі біохімічні реакції.
Найбагатшим джерелом ферментів є різні
мікроорганізми − дріжджі, плісняві гриби, бактерії, які
використовуються для їх промислового одержання.
3. Як каталізатори ферменти діють у “м’яких” умовах,
не потребуючи сильного нагрівання або
охолодження, за реакції середовища, зазвичай
близької до нейтральної.
Особливе значення має висока специфічність дії
ферментів. У багатьох випадках фермент
каталізує тільки одну реакцію перетворення
однієї речовини, і навіть незначні зміни в
структурі речовини роблять її недоступною для
дії даного ферменту.
4. Ферменти мають дві основні властивості,
безперечно пов’язані з їх білковою природою :
– надзвичайно високу активність
і дуже чітко виражену субстратну специфічність
Окрім специфічності по відношенню до певних
груп субстрату, фермент має визначену
просторову специфічність. Тобто, для
здійснення каталізу він має бути певним чином
орієнтований відносно субстрату.
6. Активність ферменту визначають, направляючи
його дію на речовину, яку піддають
перетворенню в результаті каталітичної реакції.
Таку речовину називають субстратом.
Активність ферменту визначають або за
зменшенням кількості субстрату, або за
накопиченням утворених продуктів реакції.
7. Фермент, щоб діяти, утворює комплекс,
з’єднуючись не зі всією молекулою, а із
строго визначеною її частиною, що
отримала назву активного центру. Він має
велику спорідненість до відповідного
субстрату.
Сумарна швидкість ферментативної реакції
залежить від тривалості утворення
комплексу фермент-субстрат і від часу,
який необхідний ферменту, щоб утворити
продукт реакції.
8. Комплекс фермент-субстрат утворюється тим
швидше, чим вища концентрація субстрату.
Цей комплекс схематично представлений
нижче (Ф – фермент; С – субстрат; Р – продукт
реакції):
Ф + С ФС Ф + Р
9. Ферменти, які використовуються для зцукрювання
крохмалю, називаються амілолітичними від
латинського слова “amilym” , що означає
крохмаль.
До амілолітичних ферментів, що використовуються
у виробництві цукристих крохмалепродуктів
відносяться:
α-амілаза,
β-амілаза,
глюкоамілаза,
пуллуланаза (аміло -1,6-глюкозидаза).
16. α-Амілази різного походження є слабокислими
водорозчинними білками.
Характерною особливістю всіх α-амілаз є
наявність в них кальцію. Вважають, що кальцій
стабілізує структуру ферменту і входить до складу
активного центру.
Кальцій забезпечує також максимальну стійкість
α-амілаз до денатурації і руйнування
протеолітичними ферментами.
Видалення кальцію з молекули ферменту
призводить до повної інактивації ферменту.
17. Відомо, що α-амілаза є ендоферментом, тобто
каталізує розрив α-1,4-глюкозидних зв’язків
внутрішніх лінійних ланцюгів у крохмалі і його
аналогах з утворенням низькомолекулярних
розгалужених олігосахаридів і невеликої кількості
глюкози і мальтози.
Сумарну схему ферментативного гідролізу крохмалю під дією α-амілази
можна виразити наступним чином:
α-амілаза
Крохмаль декстрини + мальтоза + глюкоза
(багато) (мало) (мало)
18. Розрізняють дві фази дії α-амілази на крохмаль,
першою є фаза декстринізації.
При цьому крохмаль розщеплюється на
декстрини з високою молекулярною масою, які з
йодом дають спочатку синє або фіолетове
забарвлення.
Далі молекулярна маса декстринів знижується,
збільшується їх редукувальна здатність і вони з
йодом забарвлюються в темно-бурий, а потім в
червоний колір.
19. В другій фазі, що називається зцукрювання і
протікає із меншою швидкістю, раніше утворені
декстрини частково розкладаються до
олігосахаридів, тетра- і трисахаридів, які дуже
повільно гідролізуються до ди- і моносахаридів.
Забарвлення з йодом не змінюється, збільшується
відновлююча здатність гідролізату.
20. α-Амілази з різних джерел виявляють різну
декстринізуючу і зцукрюючу здатність.
Так, α-амілази грибні мають більш сильну зцукрюючу
дію, а бактеріальні виявляють більш високу
декстринізуючу здатність.
Кінцевий ступінь зцукрювання крохмалю
бактеріальною α-амілазою складає 70-75%, для грибних
амілаз 84-87%.
Бактеріальні α-амілази є термостабільними ферментами.
Амілази солоду та грибні відрізняються кислотною
витривалістю, оптимальні значення рН їх дії знаходяться в
межах 4,5-5,5, температура 55-65°С.
Бактеріальні α-амілази виявляють максимальну
активність при рН 6,0-7,0 і температурах 65-90°С.
21. Глюкоамілаза – екзофермент кінцевої дії, атакує
олігосахариди, починаючи від нередукувального
кінця молекули, послідовно розщеплюючи α-1,4- ,
α-1,6- і α-1,3-глюкозидні зв’язки, при чому
швидкість гідролізу α-1,4-зв’язків в 15 разів більша,
ніж α-1,6- і в 28 разів > ніж α-1,3-зв’язків.
Єдиним продуктом гідролізу на всіх стадіях є
β-глюкоза.
22. Встановлено, що глюкоамілаза має велику
спорідненість до високомолекулярних субстратів
В залежності від оптимальних значень рН
розрізняють кислі (рН 3,5-5,6) і нейтральні
глюкоамілази. Оптимальна температура дії
глюкоамілаз коливається в межах 45-60°С.
Як правило, промислові препарати глюкоамілази
є комплексними, тобто містять супутні ферменти,
такі як α-амілаза, трансглюкозидаза, протеаза та
інші.
23. Це небажане явище, оскільки α-амілаза зменшує ступінь
поляризації декстринів, що призводить до зменшення
швидкості їх розщеплення глюкоамілазою;
трансглюкозидаза розриває α-1,4-зв’язки в мальтозі і
розміщує відірвані залишки в положення 1,6 до другої
молекули мальтози або глюкози
протеаза розкладає нерозчинні білкові речовини до
амінокислот, що значно важче видаляються з гідролізатів
крохмалю, ніж нерозчинний протеїн.
Глюкоамілаза − не металофермент, тому додавання будь-
яких іонів не виявляє ніякої дії на глюкоамілазну
активність.
24. Ці глюкоамілазні препарати виявляють
спорідненість до гідролізу α-1,6- зв’язків,
розривають ці зв’язки в ізомальтозі, панозі,
ізомальтотріозі та декстрині, тобто коли α-1,6-
зв’язок оточений зі всіх сторін α-1,4- зв’язками.
Ці ферменти з високою швидкістю гідролізують
пуллулан, утворюючи глюкозу. Тому їх називають
пуллуланазами.
25. Виявлені ці ферменти в бактеріях Aerobakter
aerogenes.
Молекулярна маса пуллуланази 145000.
Препарат цього ферменту осаджений ацетоном, має
оптимум рН 5,0 і оптимальну температуру дії
47,5°С.
Спільна дія пуллуланази і α-амілази на
амілопектин призводить до його повного гідролізу,
тобто ступінь гідролізу складає 99-99,5%.
26. Все більшого значення набуває одержання мальтозної і
високомальтозної паток (до 80% мальтози), яку
отримують із застосуванням ферментного препарату β-
амілази.
Це фермент кінцевої дії, виявляє спорідненість до
передостаннього α-1,4-зв’язку і відщеплює мальтозні
одиниці з нередукувального кінця лінійних ділянок
амілози і амілопектину.
Продуктом реакції є мальтоза, мальтотріоза і β-кінцеві
декстрини. Якщо гідролізують амілозу, то гідроліз іде
повністю до мальтози.
27. На відміну від α-амілази β-амілаза практично
не гідролізує нативний крохмаль
Клейстеризований крохмаль гідролізується
нею з утворенням мальтози в β-конфігурації,
тому дана амілаза називається β-амілазою.
28. β-Амілаза відщеплює фрагмент з нередукувального
кінця зовнішніх лінійних гілок.
Гідроліз призупиняється на передостанньому α-
1,4- зв’язку, що межує із зв’язком α-1,6- .
В гідролізаті накопичується 54-58% мальтози,
решту складають високомолекулярні декстрини,
що містять значну кількість α-1,6-зв’язків − так
названі β-декстрини.
29. Ні α-, ні β-амілази окремо не можуть повністю
гідролізувати крохмаль. При одночасній дії цих
обох ферментів крохмаль гідролізується на 95%.
β-Амілаза міститься в основному у вищих
рослинах, особливо зернових, таких як жито,
ячмінь, пшениця, овес та ін.
Дію β-амілази на крохмаль в цілому можна
записати у вигляді наступної схеми:
β-амілаза
Крохмаль 54-58% мальтози + 42-46% декстрину.
30. β-Амілаза − не металофермент, але вона містить
активні сульфідні групи − SH, які можуть повністю
інактивуватися реакцією з деякими іонами металів
(Fe-іон, Са-іон та ін.). Оптимальні умови дії β-
амілази: рН 4,2; Т=50°С.
В якості мальтогенного ферментного препарату за
кордоном часто використовують ячмінну β-амілазу,
яку одержують екстракцією ячмінного солоду.
β-Амілазу отримують також за допомогою
мікробіологічного синтезу.
Для виробництва високомальтозної патоки
використовують композицію β-амілази і пуллуланази.
