1 Основное и вспомогательное сырье для бродильных производств. Углеводы, белковые вещества в составе брод. Проз-в.

Основное сырье: зерн. злаки, картофель, сахарная свекла, меласса, хмель.

Вспомогательное сырье: вода, хлорная известь, сульфанол (антисептирование мелассы)

Углеводы: моносахариды, олигосахариды, полисахариды.

Моносахариды - кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, плохо в спирте, не растворимые в эфире, оптически активны. При высоких температурах разлагаются, приобретая окраску от желтой до темно-коричневой в зависимости от интенсивности и длительности температуры. В кислой среде устойчивы, с повышением температуры устойчивость снижается. При длительном нагревании гексозы разлагаются до оксиметилфурфурола, пентозы – до фурфурола. При действии очень малых количеств кислоты и при нагревании сахара претерпевают реверсию (конденсируются с образованием декстриноподобных веществ). В слабощелочных растворах испытывают взаимопревращения, в щелочных - разлагаются с образованием гликолевой, глицериновой к-т и т.д. Карбонильная группа легко окисляется с образованием одноосновной спиртокислоты (характерно для редуцирующих сахаров). Сильные окислители способны окислить первичную ОН-группу до двухосновной оксикислоты. С кислотами дают эфиры. Н-р, фосфорнокислые эфиры глюкозы участвуют в процессах дыхания и брожения. Редуцирующие сахара реагируют с аминокислотами с образованием меланоидинов. Представители моносахаридов: глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза, ксилоза, арабиноза.

Дисахариды хорошо растворимы в воде, плохо в органических растворителях, не устойчивы к кислотам (гидролизуются), более устойчивы к щелочам, небольшие их количества не разлагают и не осмоляют. Сахароза (Д-глюкоза + Д-фруктоза), мальтоза (Д-глюкоза + Д-глюкоза), мелибиоза (Д-глюкоза + Д-галактоза).

Трисахариды: раффиноза (глюк, фрук, галактоза) содержится в сах свекле; кестоза (глюк, фрук, фрук) содержится в мелассе.

Полисахариды - бесцветные, обычно аморфные вещества, растворимые образуют коллоидные растворы, нерастворимые – набухают. Различают гомо- и гетерополисахариды.

Крахмал (К.)– в клетках растений накапливается в виде зерен, находящихся в цитоплазме, с йодом дает сине-фиолетовое окрашивание. Крахмал – гидрофильный коллоид, состоит из амилозы (линейный полимер с α-1,4 связями) и амилопектина (разветвленный полимер с α-1,4 и α-1,6 связями). Их соотношение в крахмале 1:4 соответственно. Амилоза легко растворима в теплой воде с образованием растворов невысокой вязкости. Амилопектин в воде при нагревании и под давлением дает очень вязкие растворы. В теплой воде К. набухает, превращаясь в гель. Добавление солей и щелочей уменьшает Т_клейст, сахара – наоборот. При нагревании до 110ºС клейстер начинает разжижаться, при 120 - 130 ºС становится жидким; под действием кислот и амилазы гидролизуется (осахаривание). Гидролиз протекает по схеме: крахмал → растворимый крахмал → амилодекстрины → эритродекстрины → ахродекстрины → мальтодекстрины → мальтоза → глюкоза.

Гликоген – резервный полисахарид всех живых организмов, более разветвленный, чем амилопектин. При растворении в воде дает аполисцентные (мутные) растворы.

Инулин – состоит из остатков молекул фруктозы, соединенных α-1,2 связями в цепи длиной до 34 остатков.

Целлюлоза – (мономер – глюкоза) клеточная стенка растений, не растворяется в воде, а набухает в ней.

2 БТ-ИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПРОДУКТОВ БРОЖЕНИЯ. ФЕРМЕНТЫ В БРОД. ПРОИЗВОДСТВАХ. ХИМИЗМ ПРОЦЕССОВ БРОЖЕНИЯ.

Ферменты бродильных производств. Гидролазы: α-глюкозидаза (α- D- глюкозидглюкогидролаза) расщепляет мальтозу до глюкозы.

α-галактозидаза (α- D- галактозидгалактогидролаза) расщепляет мелибиозу на галактозу и глюкозу, раффинозу – на галактозу и сахарозу.

β-фруктофуранозидаза расщепляет сахарозу, раффинозу на фруктозу и мелибиозу.

Амилазы: гидролизуют крахмал, на неповрежденные крахмальные зерна не действуют, поэтому необходима подработка сырья и перевод основной части крахмала в раствор. Различают: α-амилаза (плесн. грибы, бактерии, солод ячменя, ржи, пшеницы), β-амилаза (зерно ячменя, ржи, пшеницы), глюкоамилаза (плесн. грибы). К повышению кислотности и температуры более устойчива α-амилаза (рН_опт=5,7, а у β-амилазы 4,8). Устойчивость α-амилаз к повышению температуры возрастает в ряду (по источникам): плесн грибы→ зерно, солод→ бактерии.

β-амилаза отщепляет от цепочек крахмала молекулы мальтозы, образуя мальтозы больше, чем декстринов; α-амилаза расщепляет произвольно (декстринов больше, чем мальтозы). Совместное действие дает 80% мальтозы и 20% декстринов. Обе амилазы действуют только на α-1,4 связь. Глюкоамилаза расщепляет крахмал до глюкозы, т.к. действует на α-1,4 и α-1,6 связи.

Др. ферменты: Гемицеллюлазы (цитазы) продуцируются плесн. грибами Trichothecium roseum; пектинэстераза (расщепление сложноэфирных групп растворимого пектина), полигалактуроназа (гидролиз гликозидных связей между остатками галактуроновой кислоты, не содержащими метоксигрупп).

Протеазы: протеиназы (гидролиз белков до пептидов и аминокислот), пептидазы (гидролиз пептидов до аминокислот).

Трансферазы: гликозилтрансферазы (переносят остатки моносахаридов) и др.

Зимазный комплекс дрожжей осуществляет спиртовое брожение гексоз.

Химизм процессов брожения.

Спиртовое брожение: С₆Н₁₂О₆=2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + 118кДж

Молочно-кислое брожение: С₆Н₁₂О₆=2СН₃СН(ОН)СООН + 94 кДж

Масляно-кислое брожение: С₆Н₁₂О₆=СН₃СН₂СН₂СООН + 2СО₂ + 2Н₂ + 94 кДж

При аэробном дыхании: С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6СО₂ + 6Н₂О + 2822 кДж (реакция идет при размножении, в растительных клетках при интенсивной аэрации). Процесс дыхания нежелателен, т.к. происходит потеря углеводов в сырье и снижается выход целевого продукта брожения.

Весь процесс брожения условно делят на:

1) Образование фосфорилированных сахаров в ЭМП-пути вплоть до фруктозо – 1,6 – дифосфата; 2) фруктозо – 1,6 – дифосфат → 2 триозы; 3) 2 триозы → 1,3 - дифосфоглицериновая кислота → 3 - фосфоглицериновая кислота → 2 - фосфоглицериновая кислота; 4) 2 - фосфоглицериновая кислота → пируват → уксусный альдегид (пируватдекарбоксилаза) → этанол (алкогольдегидрогеназа, кофермент НАД⁺).

Краткая схема спиртового брожения: сахар→фосф. эфиры гексоз→ф.глицериновая кислота→пируват→ук. альдегид→этанол.

При молочно-кислом брожении: пируват→лактат (лактатдегидрогеназа)

Химизм спиртового брожения: благодаря наличию пируватдекарбоксилазы и НАД-зависимой алкогольдегидрогеназы происходит превращение пировиноградной кислоты