Гідроліз вуглеводів - студопедія

У багатьох харчових виробництвах має місце гідроліз харчових глікозідрв, олигосахаридов і полісахаридів. Гідроліз залежить від багатьох факторів: рН, температури, аномерного конфігурації, комплексу ферментів. Він важливий не тільки для процесів отримання харчових продуктів, але також і для процесів їх зберігання. В останньому випадку реакції гідролізу можуть призводити до небажаних змін кольору або, в разі полісахаридів, можуть призводити до нездатності їх утворювати гелі.

Велика увага зараз приділяється отриманню різних зернових цукрових сиропів з дешевого крахмалсодержащего сировини і крохмалю (жито, кукурудза, сорго та ін.). Їх отримання зводиться до використання різних комбінацій амилолитических ферментних препаратів (# 945; -амілази, глюкоамілази, # 946; -амілази). Можливості ферментативного способу отримання різних цукристих продуктів видно на діаграмах (див. Рис. 3.4). Отримання глюкози (за допомогою глюкоамілази), а потім дію глюкозоізомерази дає можливість отримання глюкозофруктозних і високофруктозних сиропів, застосування яких дозволяє замінювати в багатьох виробництвах сахарозу. У табл. 3.5 представлені дані по "солодощі" різних сиропів.

Відомо що # 945; -D- (1,4)-зв'язку в крохмалі легше гідролізуються, ніж # 946; -D- (1,4)-зв'язку в целюлозі. Крім того, повільна реакція гідролізу целюлози пов'язана з її будовою.

Мал. 3.4. Можливість отримання різних цукрових сиропів з кукурудзяного крохмалю (кислотний, кислотно-ферментативний і ферментативний способи) [Reed, 1966]:
а-б - кислотний гідроліз; в-г - дія грибний амілази на кислотний гідролізат (ГЕ = 50); д-е - дія # 946; -амілази на кислотний гідролізат (ГЕ = 20); ж-з - дія # 946; -амілази на розріджений а-амілазою (ГЕ = 20) субстрат; і-к - подальша дія грибний амілази або в суміші з # 946; -амилазой і глюкоамилазой

Таблиця 3.5. Склад і солодкість типових високофруктозних сиропів

Мал. 3.5. Зміна вмісту цукрів при кислотному гідролізі крохмалю

Кислотний гідроліз довгий час був головним при отриманні глюкози з крохмалю. Цей спосіб має ряд істотних недоліків, які пов'язані з використанням високих концентрацій кислот і високої температури, що призводить до утворення продуктів термічної деградації і дегідратації вуглеводів і реакції трансглікозілірованія.

2. Крохмаль гідролізується також і під дією амілолітичних ферментів. До групи амілолітичних ферментів відносяться # 945; - і # 946; -амилаза, глюкоамілаза, пуллуланаза і деякі інші ферменти. Амілази бувають двох типів: ендо і екзоамілази.

Чітко вираженої ендоамілазой є # 945; -амилаза, здатна до розриву внутрішньомолекулярних зв'язків у високополімерних ланцюгах

субстрату. глюкоамилаза і # 946; -амилаза є екзоамілазамі, т. Е. Ферментами, що атакують субстрат з нередуцирующего кінця.

# 945; -Амилаза, діючи на ціле крохмальної зерно, атакує його, розпушуючи поверхню і утворюючи канали і борозенки, тобто як би розколює зерно на частини (див. Рис. 3.6). Клейстерізованний крохмаль гідролізується нею з освітою не офарблюються йодом продуктів - в основному низькомолекулярних декстринів. Процес гідролізу крохмалю багатостадійний. В результаті впливу # 945; -амілази на перших стадіях процесу в гідролізаті накопичуються декстрини, потім з'являються неокрашіваемие йодом тетра-і трімальтоза, які дуже повільно гідролізуються # 945; -амилазой до ді-і моносахаридів.

Мал. 3.6. Гідроліз крохмалю а-амілазою

Схему гідролізу крохмалю (глікогену) а-амілазою можна змалювати таку картину:

# 946; -Амилаза (# 945; -1,4-глюканмальтогідролаза) є екзоамілазой, яка проявляє спорідненість до передостанній # 945 ;-( 1,4)-зв'язку з нередуцирующего кінця лінійного ділянки амілози або амілопектину (див. Рис. 3.7). На відміну від # 945; -амілази, # 946; -амилаза практично не гідролізують нативний крохмаль; клейстерізованний крохмаль гідролізується до мальтози в # 946; -конфігурації. Схему можна записати в такий спосіб:

Мал. 3.7. Дія # 946; -амілази на крохмаль

глюкоамилаза # 945 ;-( 1,4) -глюканглюкогідролаза є екзоферменти, що каталізує послідовно відщеплення кінцевих залишків # 945; -D-глюкози з нередуцирующего кінця крохмальної ланцюга. Багато глюкоамілази володіють здатністю так само швидко, як і # 945; -1,4-зв'язок, гідролізувати # 945; -1,6-глюкозидні зв'язку. Але це відбувається тільки в тому випадку, коли за # 945; -1,6-зв'язком слід # 945; -1,4-зв'язок, тому декстран ними НЕ гідролізують. Відмінною особливістю глюкоамилаз є здатність в десятки разів швидше гідролізувати високополімерізованний субстрат, ніж оліго-і дисахариди.

Мал. 3.8. Дія глюкоамілази на крохмаль

Схематично механізм дії глюкоамілази на крохмаль представлений на рис. 3.8.

Ферментативний гідроліз крохмалю присутня в багатьох харчових технологіях як один з необхідних процесів, що забезпечують якість кінцевого продукту - в хлібопеченні (процес тестоприготовления і випічки хліба), виробництві пива (отримання пивного сусла, сушка солоду), квасу (отримання квасних хлібців), спирту (підготовка сировини для бродіння), різних цукристих крохмалепродуктів (глюкози, патоки, цукрових сиропів). На рис. 3.9 представлений склад різних цукрових сиропів, отриманих кислотно-ферментативним способом - попередня обробка кислотою, а потім дією ферментів # 945; -, # 946; - і (або) глюкоамілази. Використання такого комбінованого способу гідролізу крохмалю відкриває широкі можливості для отримання сиропів заданого складу.

Гідроліз сахарози. Оскільки сахароза як сировина використовується в багатьох виробництвах, необхідно враховувати її виняткову здатність до гідролізу. Це може мати місце при нагріванні в присутності невеликої кількості харчових кислот. Утворені при цьому редукуючимцукру (глюкоза, фруктоза) можуть брати участь в реакціях дегідратації, карамелізації і меланоидинообразования, утворюючи забарвлені і ароматичні речовини. У ряді випадків це може бути небажано.

Ферментативний гідроліз сахарози під дією # 946; -фруктофуранозідази (сахарази, інвертази) грає позитивну роль в ряді харчових технологій. при дії # 946; -фруктофуранозідази на сахарозу утворюються глюкоза і фруктоза. Завдяки цьому в кондитерських виробах (зокрема, в помадних цукерках) додавання # 946; -фруктофуранозідази попереджає черствіння цукерок, в хлібопекарських виробах - сприяє поліпшенню аромату. Інверсія сахарози під дією # 946; -фруктофуранозідази має місце на початковій стадії виробництва виноградних вин. Інвертні сиропи, отримані дією # 946; -фруктофуранозідази на сахарозу, використовуються при виробництві безалкогольних напоїв.

Мал. 3.9. Склад різних цукрових сиропів з кукурудзяного крохмалю (кислотно-ферментативний спосіб) [Reed, 1966]

Ферментативний гідроліз некрохмалистих полісахаридів. Цей гідроліз має місце під дією ферментів целлюлолитическую, геміцеллюлазного і пектолітичної комплексу. Використовується в харчовій технології для більш повної переробки сировини і поліпшення якості продукції. Наприклад, гідроліз некрохмалистих полісахаридів (пентозанов і ін.) При солодоращении має значення в подальшому для освіти забарвлених і ароматичних продуктів (при сушінні солоду і створенні певних органолептичних властивостей пива). У виробництві соків і у виноробстві - для освітлення, збільшення виходу соку, поліпшення умов фільтрації.

Гідроліз целюлози відбувається під дією комплексу целлюлолитических ферментів.

За сучасними уявленнями гідроліз целюлози під дією ферментів целлюлолитическую комплексу можна представити таким чином:

Геміцелюлози разом з пектинові речовини утворюють основну речовину клітинних оболонок рослин. Гідроліз гемицеллюлоз має місце під дією великого комплексу геміцеллюлазних ферментів. Ця група полісахаридів, різнорідна за будовою, молекулярної масі і складу, при гідролізі дає досить різноманітний набір з'єднань: глюкозу, фруктозу, манозу, галактозу, ксилозу, арабинозу, глюкуроновую і галактуроновой кислоти.

Гідроліз пектинових речовин має місце під дією пектолітіческіх ферментів.

Пектінестераза гидролизует складні ефірні зв'язку в пектиновой кислоті і пектине і отщепляет метиловий спирт. Механізм дії пектінестераза можна представити таким чином:

Полігалактуронази здійснює гідролітичні розщеплення # 945; -1,4-глікозидних зв'язків в ланцюзі пектинових речовин і за своєю дією на пектинові речовини поділяється на ендо- і екзоферменти (детально див. Гл. 8).

Протопектіназа - це фермент, що діє на протопектину. Однак питання про існування протопектінази до останнього часу залишається спірним, хоча не можна заперечувати, що при впливі комплексу пектолітіческіх ферментів на серединні пластинки рослинної тканини різко знижується в'язкість розчину, зменшується молекулярна маса пектину без наростання відщепленні редукуючих груп. З пектинові речовини відбуваються якісь перетворення, що істотно відрізняються від тих, які виникають при впливі відомих пектолітіческіх ферментів.