Применение ферментов в пищевых технологиях

Реферат на тему:

Применение  ферментов в

пищевых технологиях 
 
 

                                                                          Выполнил студент гр. АТ-442

                                                                                     Соломин Виктор

                                                                          Проверил: Ермолина 

                                                                               Светлана Александровна  
 
 

Киров 2011 год

 Каталитическое  действие ферментов используется  человеком при производстве продуктов  питания и напитков с глубокой  древности. Промышленное производство  ферментных препаратов началось  почти 100 лет тому назад. Первоначально  оно было основано на выделении  ферментов из сырья растительного  и животного происхождения, позже  для этих целей стали использовать  микроорганизмы. Сегодня большинство  ферментов получают в промышленных  масштабах с помощью микроскопических  грибов и бактерий в специальных  аппаратах - ферментаторах в строго контролируемых условиях. 
         Рассмотрим некоторые аспекты использовании ферментных добавок в производстве хлебобулочных и кондитерских изделий. Применение ферментов в хлебопечении дает возможность прежде всего сбалансировать содержание этих природных катализирующих соединений в зерне разных урожаев, что обеспечивает стандартизацию и постоянство свойств муки. Однако ферменты способны еще и заменять различные применяемые в хлебопечении и кондитерском производстве химические агенты.

Действие  ферментов в тесте       

 Как  известно, мука содержит три важнейших  компонента: крахмал, белок клейковины  и пентозаны. Тесто созревает в процессе поглощения воды и является основой всех хлебопродуктов. Вместе с тем компоненты муки поглощают влагу неодинаково. Крахмал, на долю которого приходится 68% массы пшеничной муки, впитывает лишь 50% влаги. Клейковина (содержание которой в муке около 12%) адсорбирует 27% воды, а пентозаны, которых в муке всего лишь 3%, поглощают 12% влаги.  
        Легко понять, почему модификация теста и прежде всего названных выше компонентов в такой степени влияет на созревание теста и качество готовых изделий. Соотношение крахмала, белка клейковины и пентозанов должно быть оптимальным.Как известно, ферменты, присутствующие в самом зерне, всегда участвуют в процессе получения хлебопродуктов. Амилазы расщепляют крахмал до сахаров, которые служат питательными веществами для дрожжевой клетки; протеазы разрыхляют весьма плотную структуру белка клейковины. Однако уровень нативных ферментов в муке подвержен колебаниям в связи с условиями выращивания зерна, что влияет на отклонение свойств хлеба от принятых стандартов. В какой-то мере обогатить тесто ферментами можно путем внесения осоложенной муки или растительного сырья, однако спектр действия и соотношение ферментов в таких добавках не всегда соответствует требованиям современных технологий и потребителей. 
        Ферменты микробного происхождения полностью устраняют зависимость пекаря от непостоянства состава исходного сырья и в каждом конкретном случае позволяют выбрать наиболее подходящую пропорцию амилаз и протеаз. При этом еще можно улучшить стабильность и подъем теста благодаря гемицеллюлазам. 
        Амилазы расщепляют цепочку крахмала до декстринов и отдельных сахаров, усиливают созревание теста, благотворно влияют на формирование вкуса и обеспечивают субстратом дрожжи. Протеазы ослабляют белок клейковины и придают тесту эластичность. Гемицеллюлазы и пентозаназы придают тесту большую стабильность и увеличивают его подъем. 
        Существует несколько теорий, объясняющих действие гемицеллюлаз. Суть их сводится к тому что ферменты этой группы разрывают полимерные молекулы нерастворимых пентозанов пшеницы до растворимых высокомолекулярных фрагментов. Последние характеризуются высокой водосвязывающей способностью и взаимодействуют с белками, образуя стабильные белковые пены с развитыми заполненными воздухом порами. В результате тесто становится устойчивым к оседанию и при выпечке хорошо поднимается. 
        Гемицеллюлазы, используемые в хлебопечении, получают из микробных культур рода Aspergillus. Причем такие ферментные добавки лучше адаптированы к рН теста и обеспечивают отличную стабильность и великолепное качество французского белого хлеба. А вот гемицеллюлазы, синтезированные микроскопическими грибами рода Trichoderma, делают тесто очень мягким благодаря тому, что расщепляют гемицеллюлозу до более мелких остатков. При этом очень значительно понижается вязкость суспензий из пшеничной и рисовой муки, что весьма желательно для приготовления теста для печенья и вафель. 
        Новый для хлебопечения фермент - трансглютаминаза - способствует образованию поперечных связей между молекулами клейковинного белка и таким образом улучшает реологические свойства теста в процессе выпечки. Прекрасно дополняя другие хлебопекарные ферменты, трансглютаминаза усиливает белок клейковины и способствует формированию оптимальных характеристик теста.

Стабилизация  теста       

 Наглядным  и вместе с тем простым способом  определения стабилизирующего эффекта  ферментов на тесто является  так называемый тест на оседание. Тест на форму для выпечки,  заполненную тестом, ставят на  две деревянные дощечки, которые  затем резким движением убирают,  и тесто оседает под собственной  тяжестью . При последующей выпечке стабильность теста легко определить визуально по относительному подъему.  
         Стабилизирующее действие ферментов также используют при изготовлении изделий с высоким содержанием клетчатки. К примеру, при большом содержании в рецептуре отрубей нарушается оптимальное соотношение крахмала, глютена и пентозанов, что приводит к ухудшению свойств муки. В присутствии ферментных добавок основные компоненты муки стабилизируются и влияние клетчатки не сказывается на результате выпечки.  
         В последние годы все больше пекарей применяют для изготовления хлебобулочных и кондитерских изделий тесто замедленного брожения и замороженные тестовые заготовки. В таких технологиях тесто замораживают, когда оно находится в процессе ферментации или после предварительного сбраживания. Естественно, охлаждение и хранение при отрицательных температурах сильно влияет на свойства дрожжевого теста и в таких экстремальных условиях на помощь снова приходят ферментные добавки.

Сохранение  свежести хлеба        

 Ежегодно  огромное количество готового  хлеба и изделий из теста  выбрасывается поскольку продукты черствеют. Наиболее часто причиной очерствения считается так называемая ретроградация крахмала - процесс восстановления и образования новых водородных связей между цепочками олигосахаридных остатков. В результате структура кристаллизуется, что и вызывает ощущение черствости хлеба. Если же исключить процесс рекомбинации водородных связей, то продукт дольше останется мягким и свежим.  
         Помимо высокоспецифичных крахмалрасщепляюших амилазных добавок предлагаются ферментные препараты, обладающие вторичной активностью и оказывающие влияние на структуру теста и увеличение срока хранения. Такие ферменты модифицируют крахмал и другие компоненты, подавляя процесс ретроградации.  
         При изготовлении пирожков и крекеров очень важно, чтобы структура белка в тесте стала пластичной и прочной, а эластичность ослабла. В ряде других изделий, наоборот, желательно чтобы белок клейковины размягчился. В обоих случаях ферментные добавки дадут идеальный эффект.  
         В отличие от грибных протеаз, которые ограниченно расщепляют определенные связи в молекуле клейковинного белка, бактериальные протеазы и папаин воздействуют на структуру клейковины интенсивнее; в итоге тесто получается более податливым.  
         Добавление ферментов очень благоприятно сказывается при изготовлении вафель. Для получения взбитого жидкого вафельного теста (суспензии муки в водной среде) нужна мука с низким уровнем белка. Внесение протеаз как раз способствует расщеплению белка клейковины и препятствует коагуляции протеина. Тесто получается без комочков и не забивает форсунок при заливке в формы для выпечки. Энзиматические препараты благотворно влияют на вязкость вафельного теста даже при пониженном содержании воды, что обеспечивает снижение энергозатрат на перекачку теста и выпаривание влаги при сушке. Готовые вафельные листы получаются однородными и менее ломкими.

Замена  химических агентов        

 Раньше  при подготовке теста для достижения  определенных реологических характеристик  широко практиковалось добавление  различных химических веществ.  В ряде стран многие пекари  до сих пор их применяют  (к примеру, в качестве окислителя  берут бромат калия). Однако помимо окисляющего эффекта бромат калия вызывает образование дисульфитных связей в белках клейковины, при этом повышается прочность теста. В результате при замесе увеличивается расход энергии, а при выпечке в присутствии бромата калия тесто сильно поднимается.  
         Несколько ослабить тесто можно, если внести в ходе замеса аскорбиновую кислоту. Но с этой же целью лучше добавить фермент, что способствует релаксации и стабилизации теста. При этом также снизятся энергозатраты на замес, а тесто хорошо поднимется естественным образом.  
         В практике хлебопечения часто в качестве восстановителя используют метабисульфат, который в отличие от бромата калия гидролизует дисульфидные мостики в белке. Взамен метабисульфата предлагаются протеазы, тогда тесто получается очень послушным и из него легко делать пирожки.  
         Замена эмульгаторов. Эмульгаторы, входящие в состав хлебопекарных улучшителей, представляют собой соединения, гомогенизирующие тестовую массу В большинстве своем они являются химическими агентами, и исследователи активно пытались заменить их природными биологическими веществами. Ими стали трансглютаминазы в сочетании с другими ферментами. В отличие от многих технических ферментных препаратов, которые в основном вызывают гидролиз, трансглютаминазы образуют новые связи между аминокислотами. Они катализируют реакцию переноса апильного остатка между лизином и глютамином, что усиливает пептидные цепочки и стабилизирует структуру белка.  
        Надо сказать, что в последнее время развитие технологий, применяемых в хлебопекарной отрасли, в большой степени обусловлено внедрением разнообразных улучшителей, обогатителей. Ежегодно разрабатываются и внедряются сотни новых ингредиентов, среди них ферментные препараты и добавки отличаются рядом преимуществ. Главные из них - природное происхождение и высокая специфичность действия, что позволяет обеспечивать абсолютную экологичность готовых продуктов и отсутствие отрицательных эффектов, проявляющихся на поздних стадиях технологии. Кроме того, в практической деятельности ферменты позволяют пекарям расширить ассортимент своего предприятия и сэкономить как сырье, так и энергоносители.

Существенную  роль в технологии производства хлеба  выполняют ферменты, влияющие на протекание биохимических процессов  в тесте.  
Ферментные препараты обладают широким спектром действия на крахмал, белковые вещества, липиды, некрахмальные углеводы. 
Наиболее эффективным в хлебопечение является использование амилолитических и протеолитических ферментов (амилаза VERON M4 и протеаза VERON W). Под воздействием амилазы повышается содержание сбраживаемых сахаров в тесте, накапливается достаточное количество декстринов, способствующих сохранению свежести хлеба.  
При добавлении ферментных препаратов в оптимальных дозировках увеличивается объем хлебобулочных изделий, улучшается структура их пористости, мякиш становится более нежным, улучшаются вкус и аромат хлеба, корка приобретает более интенсивную окраску и глянец.  
С другой стороны протеолитические ферменты способствуют образованию низкомолекулярных азотистых веществ, необходимых для питания дрожжей при интенсивном сбраживании теста в расстойке. В отечественном хлебопечении до недавнего времени в основном 
использовали амилолитические ферментные препараты грибного происхождения, которые расщепляют крахмал с образованием моно- и дисахаров и декстринов. 
Учитывая отсутствие в России промышленного производства необходимого ассортимента ферментных препаратов для хлебопечения, разработаны технологии применения ферментных препаратов ведущих фирм мира, например, фирмы AB Enzymes - VERON M4, VERON 292, VERON PX, VERON W, VERON HYPERBAKE и другие.

Однако степень  влияния на сахароообразующую, газообразующую способности теста, качество хлеба амилолитических ферментных препаратов, полученных от разных фирм, может быть различна даже при одинаковой активности. Действие всех ферментных препаратов тем заметнее, чем длительнее процесс созревания теста. В связи, с чем необходимо устанавливать количество ферментного препарата в зависимости от способа тестоприготовления и продолжительности брожения полуфабрикатов. 

Так, ферментный препарат VERON Amilofresh (фирма AB Enzymes - Германия), содержащий бактериальную бета-амилазу, предназначен для продления срока свежести хлеба за счет существенного снижения скорости рекристаллизации амилопектиновой фракции крахмала. При температуре клейстеризации крахмала этот фермент расщепляет амилозу и амилопектин с образованием в основном олигосахаридов, которые замедляют процессы черствения хлеба. Внесение этого препарата в тесто оказывает положительное влияние на объем хлеба, существенно улучшает структурно-механические свойства мякиша, увеличивает срок сохранения свежести готовых изделий до 5-7 суток. 

Фермент фосфолипаза (ферментный препарат VERON HYPERBAKE) осуществляет гидролиз триацилглицеридов с образованием жирных кислот, моно- и диглицерилов, которые обладая эмульгирующими свойствами, а также способностью образовывать комплексные соединения со структурными компонентами теста.  
Помимо ферментных препаратов микробиологического происхождения в хлебопечении используют ферментно-активные растительные материалы - солод, солодовую муку или препараты на их основе, соевую муку с активной липоксегиназой.

Целенаправленное  использование различных групп  пищевых добавок и ферментных препаратов позволяет регулировать ход технологического процесса, формировать  определенные свойства теста и улучшать качество хлебобулочных изделий  при переработки муки с нестабильными хлебопекарными свойствами. 

Ф е р м е н т н ы е   п р е п а р а т ы .

Ферменты- это вещества белкового происхождения, которы, являясь биологическими катализаторами, значительно ускоряют биохимические реакции. Они широко распространены в растительных и животных клетках. Все биохимические процессы, протекающие в живых клетках, катализируются ферментами, вырабатываемыми клетками самого организма. Вещества подвергающиеся химическим превращениям,

под действием  ферментов, называются субстратами.

В технологии пива и безалкогольных напитков основным источником ферментов является проросшее  зерно. К важнейшим ферментам  этих культур относятся амилазы,

протеазы, гемицеллюлазы( цитазы), фосфатазы. Когда для переработки сырья собственных ферментов недостаточно, вводят дополнительно выращенные ферменты

микроорганизмов. Для этого выращивают биомассу( продуцент), используя твердую или жидкую питательные среды. На твердой сыпучей питательной среде или на поверхности тонкого слоя жидкой питательной среды выращивают только аэробных микроорганизмов. Это метод называют поверхностным (П). Глубинным методом выращивают микроорганизмы в глубине жидкой среды. Он пригоден как для аэробных, так и для анаэробных микроорганизмов. Выращенную биомассу применяют или непосредственно, или выделяют из неё ферментные препараты. Ферментный препарат кроме основного активного белка, называемого ферментом, содержит комплекс других ферментов и балластные вещества. 

Концентрацию  фермента определяют по его активности, характеризуемой скоростью катализируемой им реакции, и выражается в единицах фермента.

За единицу  фермента принимают такое его  количество, которое необходимо для  превращения одного микромоля сложного вещества в простые за 1мин. при 25^оС. и оптимальных для активности фермента рН и концентрации субстрата превращаемого сложного вещества.

Активность фермента во много раз выше неочищенного ферментного  препарата.

Ферментные препараты  выпускают либо в виде жидкости с  концентрацией сухих веществ  не менее 50%, либо в виде порошка с  определенной активностью.

Номенклатура  ферментных препаратов дается в следующем  виде: Пх  и  Гх- стандартная исходная культура без какой либо очистки; П2х  и  Г2х- жидкий концентрат растворимых веществ(40-50%) исходной культуры, освобожденной от нерастворимой части; П3х  и  Г3х – сухие ферментные препараты, полученные высушиванием (путем распыления экстракта культуры продуцента); П10х  и  Г10х-  

сухие препараты, полученные осаждением ферментов из водных растворов культуры продуцента органическими растворителями или  методом высаливания

Пищевые добавки для соков

Соки  плодово-ягодные  и овощные – напитки, получаемые из свежих плодов, ягод и овощей. Различают соки прозрачные, получаемые прессованием подготовленных (обычно дроблёных) плодов и ягод, и соки с мякотью – из предварительно протёртой мякоти плодов и овощей, богатых каротином и др. ценными, нерастворимыми в воде компонентами. По составу и способу производства соки подразделяются на натуральные (из одного вида плодов или овощей и без добавления др. веществ), купажированные (смесь соков нескольких видов), подслащённые (с добавлением сахара или сахарного сиропа), газированные (насыщенные углекислотой), концентрированные (сгущённые). В зависимости от способа консервирования соки бывают пастеризованные (или стерилизованные), замороженные, консервированные антисептиками и др. химическими веществами (наиболее часто – сернистой, бензойной, сорбиновой кислотами и их солями), сброженные и спиртованные (полуфабрикаты для виноделия). Особое значение имеют соки как источник витаминов, в частности витамина С (черносмородиновый сок содержит 250-300 мг%, мандариновый 80 – 100 мг% витамина С).

Наиболее  распространены соки плодово-ягодные  – виноградный, яблочный, вишнёвый, сливовый; овощные-томатный и морковный. Виноградный сок содержит 15% сухих веществ (в т. ч. 13,2% углеводов), 3,5 мг% витамина С, 0,12 мг% каротина, имеет кислотность 0,2%, в состав входят также витамины B1, P, соли калия, железа, кальция, фосфора. Томатный сок содержит 4,8-5% сухих веществ (в т. ч. 3% углеводов, 0,8% белков), 15 мг% витамина С, 0,5 мг% каротина, имеются также витамины B1, B2, PP, минеральные соли.

Для соков в современной пищевой  промышленности используются:

1. Антивспенивающие агенты – на определённых стадиях ряда процессов производства пищевых продуктов предотвращают или снижают образование пены. Пеногасители разрушают уже образовавшуюся пену. Области применения: при розливе в бутылки фруктовых соков и других напитков.
2. Антиокислители (антиоксиданты, ингибиторы окисления) – вещества, замедляющие процессы окисления пищевых продуктов, предохраняя фрукты, овощи и продукты их переработки от потемнения, замедляя ферментативное окисление. Области применения: соки и др.
3. Вещества, облегчающие фильтрование (осветлители, адсорбенты, флокулянты) – инертные нерастворимые вещества, повышающие эффективность фильтрования. Области применения: пивоварение, виноделие, производство соков и др.
4. Защитные газы или смеси газов – защищают пищевой продукт от воздействия окружающей среды. Области применения: хранение, особенно в потребительской упаковке, овощей, фруктов, соков и др.
5. Красители – вещества, восстанавливающие природную окраску, утраченную в процессе обработки и хранения, повышающие интенсивность природной окраски, окрашивающие бесцветные продукты. Области применения: соки и др.
6. Консерванты – вещества, подавляющие развитие микроорганизмов. Области применения: соки и др.
7. Отбеливатели (отбеливающие вещества) – предотвращают и устраняют нежелательное окрашивание продукта путём химической реакции с его компонентами. Области применения: продукты переработки фруктов и овощей (например, соки) и др.
8. Регуляторы кислотности – вещества, устанавливающие и поддерживающие в пищевом продукте определённое значение рН. Области применения: соки и др.
9. Стабилизаторы замутнения – это вещества, сохраняющие во взвешенном состоянии мелкодисперсные частицы замутнённых жидкостей. Стабилизирующее действие кислого полисахарида карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) на фруктовый сок с мякотью основано на нейтрализации образующимися при диссоциации отрицательно заряженными молекулами КМЦ положительного заряда поверхности замутняющих частиц. Таким образом сокращается возможное взаимодействие между заряженными частицами замутнителя, способное вызвать флокуляцию. Области применения: производство замутнённых напитков, сухих замутнённых напитков на основе натурального сырья и на ароматизаторах, соков с мякотью и др.
10. Усилители (модификаторы) вкуса и аромата – усиливают (модифицируют) восприятие вкуса и аромата путём стимулирования окончаний вкусовых нервов, хотя сами усилители могут не иметь ни собственного запаха, ни вкуса. Области применения: фруктовые соки и др.
11. Ферменты – биологические катализаторы белковой природы, способные во много раз ускорять химические реакции, протекающие в животном и растительном мире. Области применения: производство фруктовых и овощных соков и др.

Пищевые добавки:

Литература

Источник  информации:

1. "Энциклопедия. Пищевые  добавки." Л.А. Сарафанова;

2. "Большая Советская  Энциклопедия";

3. "Опасные пищевые  Е-добавки" Ю.А.  Серов.

http://www.germes-enzymes.ru/docs/97/