Ферменты, расщепляющие крахмал

Источник

Амилоза, %

Амилопектин, %

Температура образования

Способность

клейстера, °С

к набуханию, %

Картофель

18–23

77–82

56–66

> 1000

Пшеница

19–25

75–81

52–63

21

Кукуруза

21–30

70–79

62–72

24

Рис

17–19

81–83

61–78

19

Картофель

Пшеница

Кукуруза

Рис

Структура амилозы и амилопектина

Амило-

пектин

Амилоза

Ферментативный гидролиз крахмала

α-Амилаза (1,4-α-D-глюкан-4-глюканогидролаза,

ФК 3.2.1.1); расщепляет: α-1,4-связи с образова-

Амилоза

нием мальтоз и мальтотриоз

β-Амилаза (1,4-α-D-глюкан-мальтогидролаза,

Амилопектин

ФК 3.2.1.2); отщепляет мальтозу с восстанавли-

вающего конца

Смесь α-амилазы и глюкоамилазы/пуллуланазы;

Пуллулан

расщепляет амилозу и амилопектин до D-глюкозы

Невосстанавливающий конец

Мальтоза

Мальтотриоза

Ферменты

Фермент

Источник

Свойства

Условия применения

α-Амилаза

Bacillus licheniformis

Оптимальные условия 60 °С, рН 5,7,

95–105 °С, рН 6–7, Са2+

необходимо присутствие Ca2+

Aspergillus oryzae

Оптимальные условия 50–60 °С,

< 50 °С, рН > 3,5, Са2+

рН 5,0, необходимо присутствие Ca2+

Ячменный солод

Оптимальные условия 70 °С, рН 5,5

< 70 °С, рН > 4,5

β-Aмилаза

Bacillus

Стабильна при 75 °С, рН 5,0

Для получения мальтозного

stearothermophilus

сиропа

Пуллуланаза

Klebsiella pneumoniae

Оптимальные условия 70 °С, рН 5,5

55–65 °С, рН 3,5–5

Глюкоамилаза

Aspergillus niger,

Стабильна при 70 °С, рН 5,5

55–65 °С, рН 3,5–5

Rhizopus sp.

Ферменты

ВВЕДЕНИЕ. Объем производства крахмала составляет

значению DЕ, а также позволяет снизить расход

50 млн тонн в год, почти половина его подвергается

глюкоамилазы. Использование иммобилизованных

ферментативному гидролизу. При этом 15% исполь-

ферментов в этом случае неприемлемо из-за за-

зуются для получения так называемой изоглюкозы

медления диффузии в вязком растворе. Следующим

(«сиропа с высоким содержанием фруктозы»), а ос-

этапом является кристаллизация D-глюкозомоно-

тальной крахмал в виде декстринов и мальтозных си-

гидрата. В зависимости от количества глюкоамила-

ропов применяется в разнообразных технологических

зы и продолжительности осахаривания можно полу-

процессах, например как компонент питательной сре-

чать различные промежуточные продукты гидролиза

ды для ферментации. В Канаде и США сырьем при по-

крахмала: от мальтодекстрина до глюкозы и мальто-

лучении крахмала служат кукуруза и пшеница. По

зы. Глюкозные сиропы с различными значениями

сравнению с объемом крахмала, выделенного из этих

DE широко используются в кондитерской промыш-

культур, объем картофельного и рисового крахмала

ленности. Для получения мальтозных сиропов при-

незначителен. Во времена Наполеона, когда завоз

меняют α-амилазу, выделенную из Aspergillus niger.

продуктов, в частности сырья для производства саха-

Такие сиропы обладают рядом привлекательных тех-

ра – сахарного тростника, в Европу был ограничен,

нологических свойств: они не темнеют, в отличие от

гидролиз крахмала под действием неорганических ки-

многих других растворов полисахаридов, не склонны

слот был основным способом получения сахара. В со-

к кристаллизации, а также обладают повышенной

временной промышленности эта технология больше не

вязкостью.

используется.

ЦИКЛОДЕКСТРИНЫ. Под действием циклодекстрин-

ФЕРМЕНТАТИВНОЕ «РАЗЖИЖЕНИЕ» КРАХМАЛА.

трансферазы из декстринов образуются пяти-,

Кукурузный и пшеничный крахмал получают при пе-

шестиили семичленные кольца (α-, β- и γ-цикло-

ремалывании зерен в сухих или влажных условиях.

декстрины соответственно), построенные из остатков

При этом образуются такие важные побочные проду-

глюкозы. Эти вещества хорошо растворимы в воде,

кты, как кукурузное масло, кукурузный (или пшенич-

при этом размеры кольца настолько велики

ный) глютен и компоненты, которые используются

(0,5–0,75 нм), что в его полости могут разместиться

для составления кормовых смесей. Крахмал, поме-

другие молекулы, например витаминов, ароматиче-

щенный в реактор объемом более 100 м3, несколько

ских соединений или лекарственных средств. Таким

минут подвергают термической обработке паром

образом, циклодекстрины в основном обеспечивают

(105–140 °С) в присутствии термостабильной бакте-

«растворимость» нерастворимых веществ или стаби-

риальной α-амилазы. При инкубации получающегося

лизацию их взаимодействия с рецепторами. Хираль-

клейстера в течение 2–3 ч при температуре 95 °С

ный пул производных циклодекстринов используется

под действием бактериальной α-амилазы крахмал на

в качестве неподвижной фазы для хроматографиче-

98% гидролизуется до мальтодекстрина (декстроз-

ского разделения оптически активных веществ.

ный эквивиалент DE 15–25) – смеси олигосахари-

Наибольшее распространение получили β-циклодек-

дов, содержащей небольшие количества моно-, ди- и

стрины. Соответствующий фермент – циклодекст-

трисахаридов. Мальтодекстрин служит субстратом

рингликозилтрансфераза (циклодекстриназа) обна-

для дальнейшего осахаривания полисахарида. Кроме

ружен в клетках Bacillus, обитающих в нейтральных

того, он используется как компонент детского или ди-

или щелочных условиях. Промышленное получение

етического питания, а также входит в состав концент-

циклодекстринов из крахмала осуществляется в фер-

ратов супов.

ментных реакторах.

ФЕРМЕНТАТИВНОЕ «ОСАХАРИВАНИЕ». Этот процесс

ведет к образованию сиропа, содержащего глюкозу

и мальтозу. В ферментативном осахаривании глав-

ную роль выполняет фермент глюкоамилаза из As-

pergillus niger. Мальтодекстин охлаждают до темпе-

ратуры 60 °С и закисляют среду до рН 4,0. Как

правило, непрерывный технологический процесс

осуществляется в нескольких резервуарах, чтобы не

допустить потери продукта из-за разбрызгивания си-

ропа. Осахаривание (т. е. полный гидролиз) в при-

сутствии глюкоамилазы продолжается 48–72 ч;

продукт – глюкозный сироп с высоким декстрозным

88

эквивалентом, DE 97–98. Добавление пуллуланазы

или изоамилазы приводит к еще более высокому

Ферментативное расщепление крахмала

Гидролиз кукурузного крахмала

Мальтодекстрины DE 15–20

Глюкозный сироп DE 97

40% м/об, деионизованная вода,

2–4 ч при 95 °С,

рН 4,2, 60 °С, 2–3 сут.,

20 ppm Са2+, рН 6–6,5, 77–105 °С,

бактериальная α-амилаза

грибная глюкоамилаза

0,15% бактериальной α-амилазы

Крахмальное

Крахмал набухает

Степень гидролиза возрастает

молоко

и превращается

в клейстер

Пар

Варочный

Мальтодекстрин

Глюкозный

Подача водяного

аппарат

сироп DE 97

3 ч

пара, 5 мин при 105 °С,

термостабильная

при 95 °С

2–3 сут. при 60 °С

α-амилаза

Продукты ферментативного гидролиза крахмала

Гидролизат

Декстрозный

Фермент

Применение

эквивалент, DE*

Мальтодекстрин

15–25

α-Амилаза

В пищевой промышленности, имеет хорошее

сырье в производстве подсластителей

Мальтозный сироп

40–45

α-Амилаза,

Подсластитель

β-амилаза

Мальтоза

50–55

α-Амилаза,

Подсластитель

глюкоамилаза

Мальтозный сироп

60–70

α-Амилаза,

Подсластитель, сырье для ферментации

с высокой и сверх-

глюкоамилаза,

высокой степенью

пуллуланаза

осахаривания

< 80

Изоглюкоза

97

Глюкозоизомераза

Подсластитель

* Декстрозный эквивиалент оценивает степень гидролиза крахмала.

Циклодекстрины

Свойства циклодекстринов

Цикло-

декст-

рин

α

β

γ

Число

остатков

глюкозы

6

7

8

0,52 нм

MR

972

1135

1297

Растворимость

в воде,

100 г/мл

14,5

1,85

23,2

Диаметр

молекулы, нм

≥ 0,47

≥ 0,6

≥ 0,75

α-Циклодекстрин

Код CAS

10016-20-3

7585-39-9

17465-86-0

89