В продовольственном сырье и пищевых продуктах

В основе технологических процессов многих производств, в частности бродильного, лежат биохимические превращения веществ, катализируемые разнообразными ферментами. Так, с действием ферментов связано осахаривание крахмала, превращение белков и полипептидов в усвояемые дрожжами аминокислоты, а также растворение солода. Названные выше процессы катализируются гидролическими ферментами. Сбраживание же сахаров сусла в спирт и получение микробного кормового белка происходит под действием оксидоредуктаз, изомераз, лиаз и миаз, локализированных в дрожжах.

Источники гидролитических ферментов разнообразны. В небольшом количестве они содержаться в растительном сырье. При проращивании увлажненного зерна количество ферментов возрастает, появляются новые ферменты. Солод используется в производстве спирта и пива как источник гидролаз. В последние годы широкое распространение в бродильной промышленности получили ферментные препараты (ФП) микробного происхождения различного спектра действия и степени очистки.

Активность ферментов

Ферменты относятся к высокомолекулярным белковым веществам. Их каталитическая активность обусловлена сложностью структуры и специфичностью функциональных групп активного центра белковой молекулы. Ферменты как биологические катализаторы отличаются высокой специфичностью действия на субстрат. Они весьма лабильны, т.е. их активность зависит от ряда внешних воздействий: величины рН, окислительно-восстановительного потенциала и температуры среды, продолжительности реакций и соотношения фермент-субстракт.

В смеси с другими белками количество фермента, как правило, прямым определением установить не удается, поэтому его находят косвенно, измеряя скорость ферментативной реакции. В большинстве случаев активность фермента определяют при строго заданных условиях опыта по начальной скорости реакций, при которой концентрация субстракта достаточна для насыщения фермента, и реакция проходит по типу реакции нулевого порядка. Измерение активности фермента производят в течение короткого отрезка времени, пока нет существенных изменений в составе реакционной среды.

Так как количество фермента в абсолютных единицах (мг или г) установить трудно, его обычно выражают в условных “ферментных единицах” (так называемых единицах активности). За единицу активности принимают такое количество фермента, которому соответствует определенная, заранее выбранная скорость ферментативной реакции при принятых условиях опыта. По скорости реакции находят число единиц активности фермента. Скорость же ферментативной реакции определяют по количеству прогидролизованного субстрата или по количеству продуктов гидролиза в единицу времени.

С целью унификации требований к методам анализа и оценке качества ферментных препаратов, а также уточнения терминов комиссия по ферментам Международного биохимического союза предложила за единицу активности Е любого фермента принимать такое его количество, которое катализирует превращение одного микромоля субстрата в минуту при заданных условиях опыта. Если в качестве субстрата используют белок, полисахарид или другое вещество, в котором фермент атакует более одной связи, то вместо микромоля субстрата принимают микроэквивалент затронутых реакцией групп. Тогда скорость реакции определяется не числом прогидролизованных молекул, а количеством расщепленных пептидных, глюкозидных или иных связей.

Различают удельную и молекулярную активность ферментных препаратов (ФП). Удельную активность ФП выражают в единицах активности на 1 мг белка, а молекулярную – числом молекул субстрата (или эквивалентов затронутой группы), превращаемых одной молекулой фермента, или числом ферментных единиц в 1 мк/моль фермента при оптимальной концентрации субстрата за 1 мин.

В промышленности, в том числе и бродильной, часто используют иную размерность единиц фермента, а именно: за единицу активности фермента принимается такое его количество, которое катализирует расщепление (г субстрата за 1 час (или за 1 мин, что более правильно) в принятых условиях. Активность же выражается числом единиц фермента, содержащихся в 1 г ФП или другого материала. Зная эти данные, легко рассчитать расход ФП для технологических целей.

Разработаны методы определения активностей солода из различных зерновых культур и многих ФП микробного происхождения, в основу которых положено строгое соотношение компонентов в системе субстрат – фермент. Это позволяет осуществлять ферментативную реакцию, при постоянных условиях опыта вводить в нее постоянное количество субстрата, обеспечить одну степень гидролиза (30% или другое количество введенного), а следовательно, унифицировать и повысить точность метода определения активности ФП. Для удобства расчетов пользуются таблицами, графиками или уравнениями, составленными для данного типа солода или ФП с учетом процента фермента. Это обусловлено специфичностью действия ферментов различного происхождения и тем, что в каждом ФП содержится неодинаковый комплекс ферментов одного спектра действия. Таблицы, графики или уравнения, используемые для нахождения единиц активности и активности солода, а также ФП, составлены на основании большого экспериментального материала, обработанного методами математической статистики.

Пример составления таблицы и расчета активности для ФП.

Вначале проводят ферментативную реакцию гидролиза крахмала с исследуемым ФП, взятым в различных опытах с таким расчетом, чтобы обеспечить гидролиз субстрата на 10-90%. В качестве субстрата берут 10 мл 1%-ного раствора крахмала, к нему добавляют 5 мл раствора ФП, содержащего различное количество фермента. Субстрат гидролизуют 10 мин при рН 4, 7 и температуре 30°С, проводят 7-8 опытов с различной дозировкой ФП.

Определив каким-либо методом количество прогидролизованного крахмала, результаты опытов представляют в виде таблицы 22. Далее находят число единиц активности, содержащихся в каждой из навесок ФП, а затем рассчитывают активность препарата.

Таблица 22