Совершенствование технологии хлеба из целого зерна пшеницы

 

Белки пшеницы содержат все незаменимые аминокислоты.

Углеводы пшеницы представлены крахмалом, сахарами (в основном сахарозой и в меньшем количестве глюкозой и фруктозой), клетчаткой и пентозанами.

Масло пшеницы содержит главным образом олеиновую и линолевую кислоты, но также заметное (10 %) количество линоленовой кислоты. Оно весьма нестойко и легко прогоркает. Фосфатиды (лецитин) составляет 0,4-0,5 % от массы зерна. Кроме того, содержатся стерины, каротиноиды и витамин Е (альфа-токоферол).

В составе зольных элементов отмечено большое содержание фосфора, калия, магния, меньшее – кальция и железа, а также микродоз марганца, меди, цинка и других микроэлементов.

Из витаминов в пшенице находятся В1, В2, РР, Е, В6, Н и некоторые другие.

2 Ферменты зерна

Протеолитические ферменты зерна.

Протеолитическими называют ферменты, которые катализируют расщепление (гидролиз) белков. Все протеолитические ферменты, или, как их сокращенно называют, протеазы, принадлежат к классу гидролаз и разделяются на две группы: протеиназы, расщепляющие именно белки (протеины), и пептидазы, расщепляющие пептиды.

Под действием протеолитических ферментов белки, присоединяя воду, распадаются в конечном счете до аминокислот.

Действие протеолитических ферментов можно учитывать, производя количественное определение свободных аминокислот, образующихся при расщеплении белков и пептидов. Однако, как показали опыты Л.Я. Ауэрмана и других исследователей, действие протеолитических ферментов в тесте особенно хорошо может быть учтено путем измерения изменений его физических свойств: уменьшения упругости и увеличения расплываемости.

Протеолитические ферменты проросшего зерна имеют оптимум действия в слабокислой среде (рН 5,6-6,0). Характерной их особенностью является то, что они активируются сульфгидрильными соединениями, например глютатионом и цистеином. В зерне пшеницы содержатся также протеазы, имеющие оптимум при нейтральной реакции (рН 7,0).

В непроросшем и не поврежденном клопом-черепашкой зерне пшеницы, ржи, ячменя и других зерновых культур активность протеолитических ферментов очень невелика.

О распределении по зерну протеолитических ферментов дают представление следующие данные. Если за 100 % принять активность протеолитических ферментов в зародыше, то активность протеаз в щитке составит около 30, а в эндосперме – всего лишь около 11 %. Таким образом, поскольку мука высшего сорта получается из эндосперма, ее протеолитическая активность очень низка. При прорастании зерна активность протеолитических ферментов резко возрастает, а по мере его созревания – понижается. Особенно высокой протеолитической активностью отличается зерно, пораженное клопами-черепашками.

Как показали Н.И. Проскуряков и А.А. Бундель, очень большое влияние на действие протеолитических ферментов оказывает атакуемость белка, т. е. его большая или меньшая способность сопротивляться действию протеолитического фермента. У одних сортов пшеницы белки легче атакуются протеолитическими ферментами и легче ими расщепляются, а у других сортов они атакуются меньше.

В семенах бобовых культур уже давно обнаружены ингибиторы протеолитических ферментов, представляющие собою белки со сравнительно небольшой молекулярной массой. Так, в семенах сои содержится ингибитор животной протеазы – трипсина – с молекулярной массой 19900. Подобные ингибиторы протеаз найдены также в зерне пшеницы, ржи, овса, кукурузы, ячменя и проса. Так, в зерне пшеницы и ржи содержатся четыре ингибитора трипсина; один из них имеет молекулярную массу 17000, а у трех других она близка к 12000. В зерне ржи обнаружен ингибитор трипсина, который подавляет также активность собственных протеаз зерна.

Важно отметить, что разные сорта пшеницы и ржи сильно различаются по содержанию в зерне ингибиторов протеаз.

Амилолитические ферменты зерна (α-амилаза, β-амилаза, α- глюкозидаза, пуллуланаза)

Различают три амилазы: α-амилаза, β-амилаза и глюкоамилаза. 

α-Амилаза присутствует в покоящемся зерне в незначительных количествах. Фермент активно синтезируется в процессе прорастания. Максимальная активность α-амилазы найдена в алейроновом слое. Оптимальные условия действия фермента: рН 5,6…5,8, температура 60…65 оС. В заторах температурный оптимум повышается до 70…75 оС, а предел термостабильности – до 80 оС, что связано со стабилизирующим действием высоких концентраций крахмала в заторах. α-Амилаза солода активируется ионами кальция и хлора, ингибируется ионами железа, хрома, меди. В солоде присутствуют два изофермента α-амилазы. При длительном гидролизе крахмала солодовой α-амилазой получают смесь сахаров, состоящую на 87 % из мальтозы и на 13 % – из глюкозы.

β-Амилаза находится в зерне в свободной и связанной форме. Связанная форма локализуется только в эндосперме. Активация их происходит под действием протеаз и тиоловых агентов. β-Амилаза накапливается в зерне в интервале от 2 до 5 суток проращивания. Основная активность сосредоточена в алейроновом слое. Фермент имеет оптимум действия в разбавленных растворах крахмала при рН 4,6…5,6 и температуре 40…50 оС, в заторах крахмалистого сырья – при 60…65 оС. Стабилен при рН 4…8 и температуре до 60 оС, в заторах – до 70 оС. Ингибиторы – ионы тяжелых металлов, галогены, озон.

β-Амилаза расщепляет амилозу на 100 % с образованием мальтозы. Гидролизу амилопектина препятствуют точки ветвления, вокруг которых долго сохраняются негидролизованные фрагменты полиглюкозидных цепочек. Крахмал в целом расщепляется с образованием около 50 % мальтозы и такого же количества предельного β-декстрина, дальнейшее расщепление которого может происходить при добавлении α-амилазы. Полный комплекс амилолитических ферментов солода гидролизует зерновой крахмал на 100 %.

При прорастании зерна существенно увеличивается активность β-фруктофуронозидазы, эндо- и экзо-глюконаз (в 10 раз), эндо-ксиланазы (в 3 раза), экзо-ксиланазы ( в 2 раза), эндо-пептидазы (в 5…6 раз), экзо-пептидаз (в 1,5…10 раз), фосфотаз (в 5…10 раз), липазы (в 2 раза). Целлобиазная активность, высокая в покоящемся зерне, при прорастании снижается. Это коррелирует с повышением активности других целлюлолитических ферментов, комплекс которых может расщеплять целлюлозу до глюкозы без участия целлобиазы.

 

 

2.1 Методы определения  активности ферментов

За единицу активности любого фермента принимается то его количество, которое катализирует превращение одного микромоля субстрата в минуту при заданных стандартных условиях.

Различают удельную и молекулярную активность.

Удельная активность ферментного препарата выражается числом единиц на 1 мг белка. Молекулярная активность выражается числом молекул субстрата, превращаемых за одну минуту одной молекулой фермента при оптимальной концентрации субстрата, или числом ферментных единиц в 1 мкмоль фермента.

Концентрация фермента в растворе выражается в единицах активности на 1 мл.

Амилолитические ферменты.

Скорость ферментативной реакции гидролиза крахмала определяется в них по количеству гидролизованного крахмала (декстиногенная активность), по содержанию образовавшихся редуцирующих углеводов и количеству спирторастворимых сахаров (осахаривающая активность), по количеству образовавшейся глюкозы (глюкоамилазная активность) и по количеству образовавшихся редуцирующих групп при гидролизе фосфодекстринов (декстринолитическая активность). Содержание этих продуктов определяется с помощью объективных фотоэлектроколориметрических методов.

Колориметрические методы анализа основаны на сравнении интенсивностей окрасок исследуемого раствора и раствора с определенной концентрацией – стандартного.

Фотоэлектрическая колориметрия связана с использованием фотоэлементов, и в основе этого метода анализа лежит явление фотоэлектрического эффекта (фотоэффекта).

Декстриногенную активность определяют по скорости ферментативной реакции гидролиза крахмала. В результате этой реакции получаются продукты, которые представляют собой смесь декстринов различной молекулярной массы, олигосахаридов и моносахаридов. Декстринов в гидролизатах содержится 75-80 % к общему количеству образовавшихся продуктов гидролиза крахмала. Декстрины очень разнообразны по молекулярной массе и физико-химическим свойствам. В гидролизатах содержатся амило-, эритро-, ахро- и мальтодекстрины.

В гидролизатах амилодекстринов 9-17 %. Они окрашиваются йодом в фиолетовый цвет. Растворяются в 25 % - ном этиловом спирте и осаждаются 40 % - ным спиртом, имеют небольшое число редуцирующих групп.

Эритродекстрины окрашиваются йодом в красно-бурый цвет. В гидролизатах их содержится 20-55 %. Они растворяются в 55 % - ном этиловом спирте, но осаждаются 65 % - ным спиртом.

Ахродекстрины не окрашиваются йодом. Их содержится в гидролизатах 5-15 %, растворимы в 70 % - ном этиловом спирте, но осаждаются 82 % - ным спиртом.

Мальтодекстрины не дают реакции с йодом и не осаждаются спиртом, определяются вместе сахаром.

В процессе ферментативной реакции крахмал превращается в декстрины различной молекулярном массы и олигосахариды. Основной составной частью этих продуктов являются декстрины, они дают отличную от крахмала окраску с йодом. По изменению этой окраски и определяют количество превращенного крахмала в процессе ферментативной реакции.

По количеству превращенного крахмала по графикам определяют количество единиц декстриногенной активности, взятых на ферментативную реакцию.

Активность α-амилазы определяют по количеству взятого на анализ ферментного материала и длительности гидролиза субстрата. Расчет ведут по следующему уравнению:

Ак α = = .

Методы определения активности глюкоамилазы основаны на специфическом определении глюкозы, образующейся при катализируемой этим ферментом реакции гидролиза крахмала. Глюкозу определяют путем ее окисления кислородом воздуха в глюконовую кислоту с помощью глюкозооксидазы. Продукты реакции определяют колориметрическими методами.

Целлюлолитические ферменты.

Определение β-глюкозидазной активности.

Сущность метода: β-глюкозидаза (целлобиаза) расщепляет β-глюкозидную связь в ди- и полисахаридах, а также в β-глюкозидах. В качестве субстратов при определении активности фермента применяют β-глюкозиды или целлобиозу.

При использовании в качестве субстрата целлобиозы β-глюкозидазную активность рассчитывают по общему количеству образовавшихся сахаров, которые определяются чаще всего с применением реактива Шомодьи – Нельсона.

За единицу активности β-глюкозидазы принимают такое количество фермента, которое катализирует за 1 ч в принятых условиях гидролиз взятого на анализ субстрата с образованием 1 мг глюкозы.

Интерферометрический метод определения общей цитолитической активности ферментов основан на определении скорости ферментативной реакции гидролиза целлюлозы и гемицеллюлозы, которую определяют по общему количеству растворимых углеводов, образовавшихся в процессе этой реакции. Суммарное количество углеводов устанавливают интерферометрическим методом по разности показателей преломления исследуемого и контрольного растворов. Интерферометрический метод применяется в том случае, когда показатели преломления исследуемого и эталонного растворов отличаются друг от друга не более чем на 0,01.

Вискозиметрический метод определения эндо-β-глюканазной активности ферментов.

Сущность метода: активность эндо-β-глюканазы определяется по способности снижать вязкость раствора β-глюкана с применением вискозиметра Оствальда при температуре 30 оС. Метод основан на регистрации начальной скорости уменьшения вязкости 0,5 % - ного раствора β-глюкана после действия фермента эндо-β-глюканазы. В качестве субстрата используют β-глюкан, полученный из тонкоизмельченного ячменя.

Колориметрический метод определения β-глюканазной активности основан на определении количества глюкозы, образующейся при гидролизе β-глюкана β-глюканазой. В качестве субстрата используют β-глюкан, полученный из ячменной муки. Содержание образовавшейся глюкозы определяют с помощью глюкзооксидазы, которая окисляет глюкозу до глюконовой кислоты. Вторым продуктом реакции является перекись водорода, которая под влиянием пероксидазы окисляет гескацианоферроат калия в гексацианоферриат калия, окрашенный в лимонно-желтый цвет. Интенсивность окраски, которая пропорциональна количеству глюкозы, измеряют на фотоэлектроколориметре при длине волны 400 нм.

Протеолитические ферменты.

Сущность интерферометрического метода определения протеолитической активности ферментов заключается в следующем: проводится ферментативная реакция гидролиза белка в принятых условиях. После реакции высокомолекулярные продукты гидролиза белка осаждают трихлоруксусной кислотой, отфильтровывают и в фильтрате определяют общее количество продуктов гидролиза, не осаждающихся этим осадителем.

Протеолитическая активность ферментов солода.

Сущность метода: для осуществления гидролитического расщепления животных белков, в частности гемоглобина, протеолитическими ферментами солода в реакцию введен активатор – аминокислота цистеин.

Поскольку комплекс протеолитических ферментов различных солодов различен, то и зависимость количества превращенного субстрата от количества единиц фермента для каждого вида солода различна. Получаемая зависимость выражается прямыми линиями.

Полученные расчетные уравнения позволяют по показаниям прибора определить протеолитическую активность солодов.

За единицу активности принято такое количество протеолитических ферментов солода, которое в принятых условиях за 60 мин катализирует до продуктов, не осаждаемых трихлоруксусной кислотой, гидролиз 2 г гемоглобина, составляющего 50 % от взятого на анализ количества субстрата.

Модифицированный метод определения протеолитической активности ферментов солода с применением нингидрида основан на определении скорости ферментативной реакции гидролиза гемоглобина, которая устанавливается по количеству не осаждаемых трихлоруксусной кислотой продуктов протеолиза этого белка в пересчете на аминокислоту тирозин. Тирозин определяют в гидролизате с помощью колориметрического нингидринового метода.