Ферменти солоду і їх субстрати +1977 Главачек ф, лхотскій а

Ферменти солоду і їх субстрати

Ферменти, що розщеплюють крохмаль

Гідролітичні розщеплення крохмалю (амілоліз) при затирання каталізують амілози солоду. Крім них солод містить кілька ферментів з груп амілоглюкозідаза і трансфераз, які атакують деякі продукти розщеплення крохмалю; проте за кількісним співвідношенням вони мають при затирання тільки другорядне значення.

При затирання природним субстратом є крохмаль, що міститься в солоді. Так само як будь-який природний крохмаль, він не є єдиним хімічною речовиною, а сумішшю, що містить в залежності від походження від 20 до 25% амілози і 75-80% амілопектину.

Молекула амілози утворює довгі, нерозгалужені, спіральносвернутие ланцюжки, що складаються з молекул # 945; -глюкози, взаємно пов'язаних глюкозидні зв'язки в положенні # 945; -1,4. Кількість глюкозних молекул різна і коливається від 60 до 600. Амилоза розчинна у воді і забарвлюється йодним розчином в синій колір. За Мейеру [1], амилоза під дією # 946; -амілази солоду повністю гідролізується до мальтози.

Молекула амілопектину складається з коротких розгалужених ланцюжків. Поряд зі зв'язками в положенні # 945; -1,4, в розгалужених місцях зустрічаються також зв'язку # 945; -1,6. Глюкозних одиниць в молекулі налічується близько 3000. Ячмінний амилопектин містить їх, по Мак Леодім [2], від 24 до 26, в той час як солодовий тільки 17-18. Амілопектин без нагріву не розчиняється у воді, при нагріванні утворює клейстер.

Солод містить дві амілази, що розщеплюють крохмаль до мальтози і декстринів. Одна з них каталізує реакцію, при якій швидко зникає синє забарвлення з йодним розчином, однак мальтози утворюється відносно мало; ця амілаза називається декстрінірующей або # 945; -амилазой (# 945; -1,4-глюкан-4-глюканогідролаза, ЄК 3.2.1 Л.). Під дією другий амілази синє забарвлення з йодним розчином зникає тільки тоді, коли утворюється велика кількість мальтози; це амілаза осахаривающих або # 946; -амилаза (# 946; -1,4-глюканмальтогідролаза, ЄК 3.2.1.2) *.

* (Позначення # 945; і # 946; відносяться до оптичної формі утворюється цукру (# 945; -мальтоза або # 946; -мальтоза). )

Декстрінірующая # 945; -амилаза. Вона є типовим компонентом солоду. # 945; -Амилаза активізується при солодоращении, проте в ячмені Кнеен виявив її тільки в 1944 р [3]. Вона каталізує розщеплення # 945; -1,4 глюкозідной зв'язків. Молекули обох компонентів крохмалю, т. Е. Амілози і амілопектину, при цьому нерівномірно розриваються всередині; тільки кінцеві зв'язку, що не гідролізуються. Відбувається розрідження і декстринизация виявляється в швидкому зниженні в'язкості розчину (розрідження затору). Розрідження крохмального клейстеру є однією з функцій солодовою # 945; -амілази. Подання про участь іншого розріджує ферменту (амілофосфатази) в даний час не рахується обгрунтованим. Характерно, що # 945; -амилаза викликає виключно швидке зниження в'язкості крохмального клейстеру, відновлює здатність якого при цьому зростає дуже повільно. Синя йодна реакція крохмального клейстеру (т. Е. Розчину амілопектину) під дією # 945; -амілази швидко змінюється через червону, буру та ахроіческой точки, а саме при низькій відновлювальної здатності.

У природних середовищах, т. Е. В солодових екстрактах і заторах, а # 945; -амилаза має температурний оптимум 70 ° С; інактивується при 80 ° С. Оптимальна зона pH дорівнює від 5 до 6 з чітким максимумом на рН-кривої. Вона стабільна в діапазоні pH від S до 9. а # 945; -Амилаза дуже чутлива до підвищеної кислотності (є кіслотонеустойчівой); інактивується окисленням та pH 3 при 0 ° С або до pH 4,2-4,3 при 20 ° С.

осахаривающих # 946; -амилаза. Вона міститься в ячмені і її обсяг з соложении (проращивании) сильно зростає. # 946; -Амилаза має високу здатність каталізувати розщеплення крохмалю до мальтози. Вона не розріджує нерозчинний нативний крохмаль і навіть крохмальний клейстер.

З нерозгалужених ланцюжків амілази # 946; -амилаза отщепляет вторинні # 945; -1,4 глюкозидні зв'язку, а саме від невідновлюваних (неальдегідних) решт ланцюгів. Мальтоза поступово відщеплює від окремих ланцюжків по одній молекулі. Розщеплення амілопектину відбувається також, проте фермент атакує розгалужену молекулу амілопектину одночасно в декількох просторових ланцюжках, а саме в місцях розгалуження, де знаходяться зв'язку # 945; -1,6, перед якими розщеплення припиняється.

В'язкість крохмального клейстеру під дією # 945; -амілази знижується повільно, в той час як відновлює здатність зростає рівномірно. Йодна забарвлення переходить з синьою дуже повільно в фіолетову, а потім в червону, проте ахроіческой точки взагалі не досягає.

температурний оптимум # 946; -амілази в солодових екстрактах і заторах знаходиться при 60-65 ° С; вона інактивується при 75 ° С. Оптимальна зона pH дорівнює 4,5-5, за іншими даними - 4,65 при 40-50 ° С з розмитою максимумом на рН-кривої.

Спільна дія # 945; - і # 946; -амілази. Амілаза (діастаза), що міститься в солоді звичайних типів і в спеціальному диастатический солоді, є природною сумішшю # 945; - і # 946; -амілази, в якій # 946; -амилаза кількісно переважає над # 945; -амилазой.

При одночасній дії обох амілаз гідроліз крохмалю набагато глибше, ніж при самостійному дії одного з названих ферментів, і мальтози при цьому виходить 75-80%.

Оцукрювання амілози і кінцевих груп амілопектину # 946; -амилаза починає з кінця ланцюжків, в той час як # 945; -амилаза атакує молекули субстрату всередині ланцюжків.

Нижчі і вищі декстрини утворюються поряд з мальтозою під дією # 945; -амілази на амилозу і амилопектин. Вищі декстрини утворюються також під дією # 946; -амілази на амилопектин. Декстрини є різновидом ерітрогранулози і # 945; -амилаза розриває їх аж до # 945; -1,6 зв'язків, так що утворюються нові центри для дії # 946; -амілази. Тим самим # 945; -амилаза підвищує активність # 946; -амілази. Крім того, # 945; -амилаза атакує декстрини типу гексози, що утворюються під дією # 946; -амілази на амилозу.

Декстрини з нормальними прямими ланцюжками осахаривающих обома амілазами. При цьому # 946; -амилаза дає мальтозу і трохи мальтотріози, а # 945; -амилаза - мальтозу, глюкозу та мальтотріоза, яка далі розщеплюється до мальтози і глюкози. Декстрини з розгалуженими ланцюжками рвуться до місць розгалуження. При цьому утворюються нижчі декстрини, іноді олігосахариди, головним чином трісахаріди і изомальтоза. Таких розгалужених залишкових продуктів, які ферменти далі не гідролізують, налічується близько 25-30% і вони називаються кінцевими декстринами.

Різницю температурного оптимуму # 945; - і # 946; -амілази на практиці використовують для регулювання взаємодії обох ферментів тим, що підбором правильної температури підтримують діяльність одного ферменту на шкоду іншому.

Амілоглюкозідаза солоду, наприклад # 945; - і # 946; -глюкозідаза, # 946; -h-фруктозідаза, - це гідролізуючі ферменти, що реагують точно так же, як амілази, які, однак, гидролизуют НЕ крохмаль, а тільки деякі продукти розщеплення.

Трансглюкозідази, швидше за негідролізующіеся ферменти, проте механізм каталізувати ними реакцій подібний до механізму гидролаз. У солоді містяться трансглюкозідази, фосфорилюється або фосфорілази, і нефосфорілірующіе, наприклад ціклодекстріназа, аміломальтаза і ін. Всі ці ферменти каталізують перенесення цукрових радикалів. Їх технологічне значення другорядне.

Ферменти, що розщеплюють білкові речовини

Розщеплення білків (протеоліз) каталізують при Затири-ванні ферменти з групи пептідаз або протеаз (пептид гидролаз, ЄК 34), гідролізуючі пептидні зв'язку = СО = NH =. Вони діляться на ендопептідази, або протеїнази (пептид пептідогідролаз, ЄК 3.44) і екзопептідази або пептідази (дипептид гідролази, ЄК 3.4.3).

У заторах субстратами є залишки білкової речовини ячменю, т. Е. Лейкозіна, едестіна, гордеїн і глютеліну, частково зміненого з соложении (наприклад, коагулированного при сушінні) і продукти їх розщеплення, т. Е. Альбумоз, пептони і поліпептиди.

Деякі білкові речовини утворюють відкриті ланцюги пов'язаних пептидними зв'язками амінокислот з вільними кінцевими амінними групами = NH2 І карбоксильними групами = СООН. Крім них в молекулі білків можуть перебувати аміногрупи діамінокарбонових кислот і карбоксильні групи дикарбонових кислот. До тих пір поки деякі білки мають пептидні ланцюга, замкнуті в кільця, вони не мають кінцевих амінних і карбоксильних груп.

Ячмінь і солод містять один фермент з групи ендопептідаз (протеїназ) і не менше двох ексопептідаз (пептідаз). Їх гидролизующее дію взаємно доповнюється.

Ендопептідаза (протеиназа). Як справжня протеиназа, ячмінна і солодове ендопептідаза гидролизует внутрішні пептидні зв'язки протеїнів. Макромолекули білків при цьому розщеплюються на менші частинки, т. Е. Поліпептиди з меншою молекулярною масою. Точно так же, як інші протеїнази, ячмінна і солодове протеиназа діють активніше на змінені білки, наприклад денатуровані, ніж на білки нативні.

За своїми властивостями ячмінна і солодове протеїнази відносяться до ферментам типу папаїну, дуже поширеним в рослинах. Їх оптимальна температура знаходиться між 50-60 ° С, оптимум pH коливається від 4,6 до 4,9 в залежності від субстрату. Протеиназа відносно стабільна при високих температурах і тим самим відрізняється від пептідаз. Найбільш стабільна вона в ізоелектричної області, т. Е. При pH від 4,4 до 4,6. За Кольбаху, активність ферменту в водному середовищі знижується вже через 1 год при 30 ° С; при 70 ° С через 1 год він повністю руйнується.

Гідроліз, каталізувати солодовою протеиназой, протікає поступово. Між білками і поліпептидами було виділено кілька проміжних продуктів, з яких найважливішими є пептони, звані також протеоз, альбумоз і т. Д. Це вищі продукти розщеплення колоїдного характеру, які мають типові властивості білків. Вони осідають в кислому середовищі танином, однак при биуретовой реакції (т. Е. Реакції з сірчанокислої міддю в лужному розчині білка) фарбуються в рожевий колір замість фіолетового. При кип'ятінні пептони НЕ коагулюють. Розчини мають активну поверхню, вони в'язки і при струшуванні легко утворюють піну.

Останню ступінь розщеплення білків, каталізувати солодовою протеиназой, представляють поліпептиди. Вони лише частково є високомолекулярними речовинами з колоїдними властивостями. Нормально поліпептиди утворюють молекулярні розчини, легко диффундирующие. Як правило, вони не реагують як білки і не осідають танином. Поліпептиди є субстратом пептідаз, які доповнюють дію протеїнази.

Екзопептідази (пептідази). Комплекс пептідаз представлений в солоді двома ферментами, однак допускається наявність і інших.

Пептідази каталізують відщеплення термінальних залишків амінокислот від пептидів, причому спочатку утворюються дипептиди і, нарешті, амінокислоти. Пептідази характеризуються субстратной специфічністю. Серед них є і діпептідази, гідролізуючі тільки дипептиди, і поліпептідази, гідролізуючі вищі пептиди, що містять в молекулі не менше трьох амінокислот. У групі пептідаз розрізняються амінополіпептідази, активність яких обумовлює присутність вільної аміногрупи, і карбоксипептидази, що вимагають присутності вільної карбоксильної групи.

Все солодові пептідази мають оптимальний pH в слабощелочной області між pH 7 та 8 і оптимальну температуру близько 40 ° С. При pH 6, при якому протікає протеоліз в проростає ячмені, активність пептидаз яскраво виражена, в той час як при pH 4,5-5,0 (оптимум протеїназ) пептідази инактивируются. У водних розчинах активність пептидаз знижується вже при 50 ° С, при 60 ° С пептідази швидко інактивуються.

Ферменти, що розщеплюють складні ефіри фосфорної кислоти

При затирання велике значення надається ферментам катализирующим гідроліз складних ефірів фосфорної кислоти.

Відщеплення фосфорної кислоти технічно дуже важливо через її безпосереднього впливу на кислотність і буферну систему пивоварних напівпродуктів і пива.

Природним субстратом солодових фосфоестераз є складні ефіри фосфорної кислоти, з яких в солоді переважає фітин. Це суміш кзльцісвих і магнієвих солей фітіновой кислоти, яка є гексафосфорний складним ефіром інозиту. У фосфатидів фосфор пов'язаний як складний ефір з гліцерином, в той час як нуклеотиди містять фосфорний ефір рибози, пов'язаний з пірімідіновим або пуріновим підставою.

Найважливішою солодовою фосфоестеразой є фітаза (мезоінозітгексафосфатфосфогідролаза, ЄК 3.1.3.8). Вона дуже активна. Від фітину фітаза поступово відщеплює фосфорну кислоту. При цьому утворюються різні фосфорні складні ефіри інозиту, які врешті-решт дають інозит і неорганічний фосфат. Поряд з фитазой були описані також сахарофосфорілаза, нуклеотідпірофосфатаза, гліцерофосфатаза і пі рофосфатаза.

Оптимальний pH солодових фосфатаз знаходиться у відносно вузькому діапазоні - від 5 до 5,5. До високих температур вони чутливі по-різному. Оптимальний температурний інтервал 40-50 ° С дуже близький до температурного інтервалу пептідаз (протеаз).