Глава 10

ПРИМЕНЕНИЕ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ В КРАХМАЛО-ПАТОЧНОЙ ОТРАСЛИ

С начала 70-х годов XX в. мировая потребность в сахаре в зна­чительной мере удовлетворяется за счет сахаристых продуктов из крахмала, производство которых в развитых странах существенно превышает производство сахарозы. Различные виды сахаристых продуктов получают ферментативными методами, используя в ка­честве сырья крахмал, зерно злаков, инулинсодержащее сырье, молочную сыворотку. Особенно важны для пищевой промышлен­ности продукты ферментации крахмала — глюкозно-фруктозный сироп и различные виды патоки.

Технология сахаристых продуктов из крахмала имеет единую принципиальную схему:

клейстеризация-разжижение → осахаривание → изомеризация глюкозы

Отдельные продукты получают, используя или только первую, или первую и вторую, или все три стадии. Индивидуальные ха­рактеристики получаемых продуктов определяются свойствами применяемых ферментных препаратов и режимом ферментации сырья.

Ферментативная конверсия крахмала в сахара не имеет недо­статков, характерных для применявшегося ранее кислотного гид­ролиза, при котором в гидролизатах обнаруживаются продукты реверсии и термического разложения углеводов, снижающие ка­чество и выход сахаристых продуктов.

10.1. Технология глюкозы, получаемой ферментативным способом

При кислотном гидролизе крахмала практически нет возмож­ности регулировать углеводный состав гидролизатов, так как кис­лота не проявляет специфичности к гликозидным связям в крах­мале и поэтому происходит беспорядочное расщепление молекул крахмала, а продуктами гидролиза служат глюкоза и ее полимеры различной степени полимеризации. При этом для любой данной степени гидролиза состав углеводов аналогичен. Кислота катали­зирует также расщепление примесей крахмала, что ухудшает ка­чество гидролизатов. Возможность варьирования углеводного со­става и других физико-химических свойств продуктов гидролиза крахмала обеспечивается на основе ферментативного гидролиза путем подбора и селекции соответствующих продуцентов фермен­тов, а также разработки определенного технологического режима процесса.

Сотрудниками ВНИИК и МГУПП разработана технология глюкозы, получаемой ферментативным способом. Использование ферментных препаратов позволяет вырабатывать глюкозу без от­деления межкристального оттека при высоком ее качестве. При этом выход глюкозы выше (106 — 109 % по крахмалу), чем при вы­работке кристаллической глюкозы (70 %). Значительно сокраща­ется длительность кристаллизации — с 5 —10 сут при существую­щей технологии кислотного гидролиза крахмала до нескольких часов при ферментативном способе.

Способ производства глюкозы с применением ферментов неза­висимо от вида сырья, источника ферментов, имеющегося оборудования и других условий включает стадии разжижения крахма­ла и осахаривания, осуществляемые последовательно и с исполь­зованием различных катализаторов — ферментов (рис. 10.1).

В ферментативных процессах одним из решающих факторов гид­ролиза крахмала является его атакуемость. В клейстеризованном раз­жиженном виде он гораздо легче поддается глубокому расщеплению.

Стадию разжижения можно проводить с помощью либо кисло­ты, либо термостабильных ферментов, например бактериальной α-амилазы.

Изменение рН при разжижении от 5,5 до 7 не оказывает суще­ственного влияния на результаты этого процесса и осахаривания крахмала. Это позволяет упростить процесс и отказаться от регу­лирования рН. Лучшие результаты получаются при многоступен­чатом нагревании с температурными паузами при 65, 67 и 70 °С по 30 мин и при 75, 77, 80 и 85 °С по 10 мин с последующим кипяче­нием или выдерживанием под давлением. Ступенчатый нагрев суспензии крахмала обеспечивает сглаживание резкого повыше­ния вязкости, и она не достигает больших значений; более рав­номерный прогрев массы; снижение количества неосахаренного крахмала; хорошую фильтрационную способность; высокую сте­пень последующего осахаривания. При этом достигается степень разжижения 16—23 % при дозировке ос-амилазы 0,1—0,2 % СВ крахмала.

Использование глюкоамилаз для осахаривания разжиженного крахмала позволяет получать гидролизаты высокой степени доб­рокачественности (99—99,5%). Например, импортный препарат Глюкозим в оптимальной дозировке 0,4—0,5 % СВ обеспечивает полный гидролиз крахмала в течение 72 ч.