Біохімічні процеси, що відбуваються в сировині і готовій продукції

Біохімічні процеси, що відбуваються в сировині і готовій продукції.

У продовольчій сировині і харчових продуктах частіше, ніж інші, мають місце Окислювально-відновні та гідролітичні Біохімічні процеси. Перші ініціюються оксадоредуктазами, а другі — гідролазами. Клас Оксидоредуктаз Налічує близько 300 видів ферментів. Особливістю їх активного центру є наявність іону металу змінної валентності: заліза, міді, цинку, молібдену та інших. В залежності від механізму перебігу реакції клас поділяють на підкласи

і групи, серед яких найбільш пошире­ними є Цитохроми, оксидази, дегідрогенази, пероксидази і катаЛази.

Дихання — окислювально-відновний процес, який регу­люється цитохромами (ферментами дихання). Він притаман­ний всім видам рослинної сировини і є продовженням фізіологічних процесів вирощування. Завдяки цьому про­цесу рослинні клітини отримують енергію, необхідну для забезпечення життєвих функцій. Субстратом дихання є пере­важно вуглеводи — моносахариди. За їх відсутністю на дихан­ня можуть витрачатися органічні кислоти, білки, жири, фе­нольні та інші сполуки. Розрізняють два види дихання: Аероб­не і анаеробне. Енергетично більш вигідним є аеробне дихан­ня, тому що вихід енергії на порядок вищий. Це видно зі схем брутто-реакцій обох видів дихання:

С6Н12О6+6О2=6СО2+6Н2О+2870 кДж;

С6Н1206=2С02+2С2Н5ОН+234 кДж.

Анаеробне дихання відбувається при нестачі кисню. Крім етилового спирту утворюються ацетальдегід, оцтова кислота, вищі спирти, леткі та інші сполуки. Накопичення в тканинах цих сполук призводить до порушення нормальних фізіологічних процесів, і як наслідок, до захворювань і відми­рання клітин і тканин організму. Обидва варіанти процесу надзвичайно складні, багатостадійні, включають десятки елементарних реакцій, а тому регулюються спеціалізованими ферментними системами. На перебіг процесу дихання по будь якому варіанту впливають численні фактори, серед них: вид сировини, стан її стиглості, температура і вологість, газосередовища, ступінь пошкодження та інші. Про ха­рактер та інтенсивність процесу судять з величини коефіцієнту дихання (КД). Він показує відношення обсягу виділеного при диханні діоксиду вуглецю до обсягу витраченого кисню. Якщо субстратом служать гексози, то КД=1, якщо органічні кислоти КД>1, у випадку білків і жирів КД<1. Величина коефіцієнту дихання змінюється також під впливом супутніх процесів дозрівання, проростання, самозігрівання, гниття ТОЩО.

Дихання, особливо анаеробне, є небажаним процесом. Во­но призводить до витрат поживних речовин, а тому харчова і біологічна цінність сировини знижується. Крім того, теплота, що виділяється при диханні, особливо аеробному, може стати причиною осування і навіть самозаймання сировини. Для за­побігання анаеробному диханню сировину зберігають при до ступі кисню, а для зниження інтенсивності дихання і відведен­ня теплоти застосовують охолодження і активне вентилюван­ня сховищ. Ці заходи широко використовують при зберіганні зерна, плодів, овочів, картоплі та інших видів рослинної сиро­вини. Для тривалого зберігання, крім охолодження, викорис­товують також регульоване або модифіковане газове середо­вище. Повністю запобігти диханню неможливо, але регулюва­ти перебіг і інтенсивність цілком можливо, підбираючи відповідні умови зберігання. Але для цього необхідно постійно вести спостереження за станом сировини, параметрами сере­довища, термінами зберігання тощо.

Ферментативне побуріння — Також окислювально-відновний біохімічний процес, який має місце при зберіганні та переробці певних видів рослинної сировини. Полягає він у тому, що більшість плодів, ягід, овочів і картопля, які зазнають механічних ушкоджень, змінюють свій природній колір на бурі та коричневі тони. Зміна забарвлення пояснюється тим, що в ушкоджених рослинних клітинах відбувається делокалізація ферментів та їх неконтрольована дія. Найбільший внесок у розвиток побуріння робить фермент поліфенолоксидаза. За участю кисню повітря або того, що знаходиться в міжклітинниках, вона окислює моно-, ди – та поліфеноли, таніни, катехіни, фенолокислоти, ароматичні спирти до хінонів. Останні вступають у взаємодію з амінами, вільними амінокислотами, білками або між собою шляхом полімери­зації та поліконденсації. В результаті цих багатоступеневих реакцій утворюються речовини з темним забарвленням. їх склад та інтенсивність забарвлення залежить від виду субстра­ту, ступеня окислення і полімеризації, а тому не є стабільним. Так, при окисленні поліфенолів та дубильних речовин утво­рюються флобафени, які мають коричневий колір від світлих до темних тонів. При окисленні амінокислоти тирозину в кар­топлі або столовому буряку утворюються меланіни — сполуки чорного кольору. Окислення дубильних речовин чайного лис­тя і какао-бобів змінює їх забарвлення від зеленого до корич­невого різних відтінків.

На перебіг ферментативного побуріння виливають такі фактори, як температура, наявність кисню, іонів важких ме­талів, особливо заліза і міді, редукуючих речовин, окислю­вально-відновних ферментів, пряме сонячне опромінення. Ферментативне побуріння відбувається досить швидко і тому складає певну технологічну проблему в консервній промисловості, оскільки темне забарвлення знижує якість сировини або робить її зовсім непридатною для виготовлення стандартної продукції. Для попередження побуріння використовують різні технологічні заходи: Бланшування або сульфітацію сировини, Обробку її розчинами кислот або солей, додаванням антиоксидантів.

Найбільш простий і доступний метод Бланшування Полягає в короткочасному нагріванні сировини до температури, достатньої для інактивації ферментів (не нижче 65°С). Крім за­побігання побурінню бланшування вирішує і низку інших тех­нологічних завдань, а тому воно використовується найчастіше. Сульфітація, Як запобіжний захід побурінню, використовується тоді, коли сировина, проміжний або кінцевий Продукт потребує тривалого зберігання. Сірчистий ангідрид, S02, або сірчиста кислота, Н2S03, відвертає побуріння тому, що блокує активний центр ферменту, перехоплює кисень та радикали, тобто діє як інгібітор і антиоксидант одночасно.

Запобіжна дія розчинів кислот (молочної, лимонної, вин­ної, бензойної) та солей (хлориди, броміди, фториди) полягає в тому, що вони змінюють активний центр поліфенолоксидази, в якому міститься іон міді. В якості антиоксидантів можуть використовуватися розчини аскорбінової кислоти, цистину та метіонину.

Процес окислення тирозину поліфенолоксидазою має місце і в інших харчових виробництвах, наприклад в хлібо-випічці та макаронному виробництві. Житнє борошно, а та­кож борошно з пророслої та морозобійної пшениці мають вільний тирозин і фермент в активному стані. При підвище­них температурах утворюються меланіни, внаслідок чого хліб і макаронні вироби набувають темного кольору.

В продуктах рослинного походження під час їх вироб­ництва і зберігання відбувається Біохімічний процес окисленим Аскорбінової кислоти. Вона є дуже нестійкою сполукою і під дією аскорбінатоксидази в присутності кисню легко окис­люється до дегідроаскорбінової кислоти. При цьому втра­чається вітамінна активність кислоти. Цей процес значно ак­тивізується при підвищенні температури, при наявності кис­ню, іонів металів змінної валентності, редукуючих речовин, при освітленні, особливо ультрафіолетовому. Для запобігання руйнації вітаміну С використовують бланшування, сульфітацію або введення антиоксидантів.

У сировині і харчових продуктах тваринного походження також мають місце біохімічні процеси окислення. Особливо вони поширені в жировмісних продуктах: м’ясі, тваринних жирах, рибі та продуктах їх переробки. Спричиняються такі процеси ферментом ліпоксигеназою. Вона в присутності кис­ню спочатку окислює нестійкі ненасичені жирні кислоти — лінолеву, ліноленову та олеїнову. Продукти окислення — пе-роксиди є нестійкими сполуками, вони розщеплюються па пе-роксидні радикали. Ці радикали дуже активні і легко окислю­ють інші компоненти жирової тканини — насичені і ненаси­чені жирні кислоти, жиророзчинні вітаміни, каротиноїди і навіть деякі амінокислоти, що входять до складу білків.

Кінцевими продуктами окислення жирів є низькомолеку­лярні карбонільні сполуки: акролеїн та інші альдегіди, кетони, нижчі кислоти: масляна, капронова.

Ці сполуки мають різкий гіркий смак та прогірклий запах. Тому в практиці такий процес називають Прогірканням.

Подібні процеси окислення жирів відбуваються також в бо­рошні, крупах (особливо вівсяній та пшоні), горіхах, олії та інших продуктах.

Для запобігання прогірканню запропоновано безліч ме­тодів, які ґрунтуються на різних принципах: Витіснення або поглинання кисню, створення несприятливих умов для фер­Ментів, введення в продукт інгібіторів або антиоксидантів. Найбільшого використання набув метод введення Антиокси­дантів — природних або штучних сполук, які мають велику спорідненість з киснем і перехоплюють його, попереджаючи тим самим окислення жирів. У якості природних антиокси­дантів застосовують Токофероли (вітамін Е), фосфоліпіди, каРотиноїди. З штучних набули поширення: Аскорбінова та ізоасКорбінова кислоти, бутілгідрооксианізол, бутілгідроокситолУол, пропіл-, октил-, додецилгалати.

Клас Гідролаз Налічує понад 200 ферментів, які за типом зв’язків, що розщеплюються, поділяють на 9 підкласів. Актив­ний центр гідролаз містить атоми цинку, кальцію, магнію, кобальту або марганцю. Гідролітичні процеси мають місце при зберіганні продовольчої сировини і харчових продуктів, а також широко використовуються у виробничих технологіях. Під дією гідролаз відбуваються деструктивні зміни всіх оліго – та полімерних сполук: вуглеводів, жирів, білків, пектинів, дубильних речовин, нуклеїнових кислот тощо. У виробництвах, які займаються переробкою рослинної сировини (плодів, овочів, зерна), найбільше значення мають Амілолітичні, пектолітичні та целюлолітичніІ ферменти.

Α-, β-амілазита глюкоамілаза Розщеплюють крохмаль. У різних видах крохмалевмісної сировини ці ферменти мають різне співвідношення і активність, тому гідроліз може проходити різними шляхами. Так, α-амілаза розщеплює крохмаль до низькомолекулярних декстринів (мальтодекстрини). β-амілаза розщеплює до мальтози і високомолекулярних декстринів (аміло-, ерітро – та ахродекстрини). Глюкоамілаза гідролізує крохмаль до кінцевого продукту — глюкози. У вихідній сировині частіше міститься β-амілаза, а при проро­станні зерна або інших видів насіння — вміст і активність α-амілази різко зростають.

Реакція гідролізу крохмалю є важливим технологічним процесом у пивоварінні, хлібовипічці, в спиртовому, дріжджо­вому, крохмалепатоковому виробництвах. У них використову­ються солодові амілази, комплексні амілолітичні ферментні препарати з мікроорганізмів (дріжджів, пліснявих грибів, бак­терій) або їх комбінації. Для підвищення атакованості крохма­лю субстрат піддають гідротермічній обробці. Під її впливом крохмаль клейстеризується, а тому швидше і повніше гідролізується.

При зберіганні плодів і овочів внаслідок гідролізу крохма­лю змінюються їхня консистенція та смак. По мірі накопичен­ня цукрів посилюється солодкий смак, знижується водоутримуюча здатність, а соковитість відповідно зростає. В картоплі під час зберігання протікають одночасно і гідроліз, і ресинтез крохмалю. Який процес переважатиме — залежить від темпе­ратури. При температурах вище 10°С переважає ресинтез, а при нижчих — гідроліз. Тому при зниженні температури кар­топлесховищ до 2- -1°С в бульбах накопичуються мальтоза і глюкоза, які надають картоплі солодкого смаку. Цей процес зворотний. З підвищенням температури цукри витрачаються на синтез крохмалю і солодкий смак зникає.

В плодах і овочах, які не мають у своєму складі крохмалю або його запаси незначні (цитрусові, капустяні, цибулинні, ко­ренеплоди та інші) розщеплюються інулін, глікоген, геміцелю­лоза та олігосахариди. Ці зміни відбуваються за участю відповідних гідролаз.

Велика роль у переробці плодів і овочів належить також ПекТолітичним Та Целюлолітичним Ферментам. До пектолітичних відносяться Протопектиназа, пектинметилестераза, пекТинліаза, поліметилгалактуроназа і полігалактуроназа. Ці ферменти містяться в сировині і відповідають за розпад пектинових речовин при зберіганні плодів і овочів. Так, на стадії достигання під дією протопектинази відбувається гідроліз протопектину до водорозчинного пектину. Плоди стають більш м’якими і соко­витішими. Пектин має високу водоутримуючу та драглеутворю-ючу здатність. Але під дією иектинметилестерази він поступово втрачає метоксильні групи, перетворюючись спочатку в пекти­нову, а згодом і в пектову кислоту, яка вже зовсім не має цих груп. З втратою метоксильних груп знижується водоутримуюча і драглеутворююча здатність. Пектова кислота гідролізується полігалактуроназою до низькомолекулярних сполук. Плоди в стадії перестиглості мають м’яку, розсипчасту консистенцію, втрачають соковитість і здатність утворювати драглі.

Пектинові речовини в клітинах рослинної сировини утво­рюють колоїдні розчини, які заважають повному видаленню соку, а також надають сокам і вину в’язкість, підвищену мутність. Ці явища створюють певні технологічні проблеми при пресуванні, фільтруванні, освітленні соків і вин. Тому в них виробництвах використовують комплексні пектолітичні ферментні препарати, які отримують переважно з пліснявих і грибів: пектаваморин Пх, ГЗх, П10х, Г20х; пектофоетидин Г3х, П10х, Г10х; пектоклостридин Г3х, Г10х, Г20х. Їх застосування дозволяє підвищити соковіддачу на 5-25%, прискорити фільтрування і освітлення, отримати освітлені соки з слив, агрусу, хурми, обліпихи та деяких інших видів сировини, з яких традиційними способами неможливо вилучити такі соки.

Для збільшення виходу плодоовочевих соків разом з пектолітичними застосовують ферменти Целюлолітичної Дії. Вони частково руйнують оболонку клітин, підвищують її проникливість, внаслідок чого полегшується пресування, зростає соковіддача сировини. З цією метою в консервній промисловості поширення набули такі комплексні ферментні препарати як ЦеЛобранін, целофторін, целофоетидин, целоверидин, целюлаза Та інші.

При переробці зерна і тваринної сировини важливу роль відіграють Протеолітичні і ліполітичні Ферменти, які також відносяться до класу гідролаз. Протеолітичні Ферменти (проТеїнази і пептидази) Гідролізують білки і поліпептиди до оліго-, дипептидів і амінокислот. На початковій стадії гідролізу зростає водоутримуюча здатність білків, що впливає на консистенцію сировини і готової продукції. При глибокому розпаді білків зростає вміст азотистих екстрактивних речовин (дипептидів і амінокислот), які беруть участь у формуванні смакових та ароматичних властивостей. Ці явища використо­вуються в технології.

У м’ясі тварин, птиці та риби містяться м’язові протеїнази, які обумовлюють післязабійні біохімічні зміни: одубіння, дозрівання, автоліз. До цієї групи ферментів відносяться КаТепсіни А, В, С, Д, колагеназа та еластаза. Але вони малоак­тивні, тому з технологічною метою використовують більш ак­тивні індивідуальні ферменти, що отримують з рослин (папаїн, фіцин, бромелін) або ендокринних залоз тварин (трип­син, химотрипсин, ренин). Однак найбільшу протеолітичну дію мають мікробіальні ферментні препарати, які продукують плісняві гриби А. nіgег, А. аwаmоrі, А. оrуzае, та бактерії В. subtilis, Rhisopus. З них виробляють Амілопротооризин, амілоОризин, протосубтилін, протооризин Та інші. їх використову­ють в молокопереробному, сироробному, ковбасному, пивовареному, харчоконцентратному виробництвах. Завдяки цим фер­ментним препаратам прискорюються процеси дозрівання, поліпшуються смакові та ароматичні властивості продукції, більш раціонально використовується сировина. Проте­олітичні ферменти також широко застосовують при вироб­ництві білкових гідролізатів, кормових та технічних білкових продуктів.

У зернопереробці протеолітичні ферменти обумовлюють технологічні властивості борошна та крупи. Від їх активності залежить водо-, газо- та формоутримуюча здатність пшеничного борошна, а в кінцевому підсумку — якість хліба та мака­ронних виробів. Чим вище активність, тим глибше проходить гідроліз, тим слабкішим стає тісто, а хліб має погану Шпару­ватість І не набуває належної форми. У звичайному зерні пшениці активність протеїназ незначна, тому для посилення протеолізу в тісто додають ферментні препарати (амілооризин, протооризин та ін.), що суттєво поліпшує якість хліба, прискорює процес бродіння і дозрівання тіста та зменшує ви­трати дріжджів. У дефектному зерні (пророщеному, морозобійному, враженому клопом-черепашкою) активність про­теїназ й інших ферментів значно вища, протеоліз відбувається значно скоріше, а тому якісні показники хліба та інших видів продуктів низькі. Для їх поліпшення таке зерно змішують з доброякісним або використовують поліпшувачі тіста, які галь­мують протеоліз.

До Ліполітичних ферментів Продовольчої сировини відносяться Ліпази. Вони каталізують гідроліз жирів та ліпоїдів на високомолекулярні жирні кислоти, гліцерин та інші спирти. Ліпази і ліпоксигенази завжди присутні в жировмісній сиро­вині і продуктах. Наслідком їх дії спочатку є зростання кислотності, а в подальшому окислювання та прогіркнення продукту. Такі процеси відбуваються при зберіганні олійного насіння, вівсяної крупи та пшона, горіхів, борошна. Але особ­ливо помітні в олії, тваринних жирах, свинині, жирній яловичині і рибних продуктах.

Перебіг гідролітичних процесів впливає багато факторів: природа субстрату і ферменту, атакованість зв’язків субстрату, ступінь очищення і активність ферменту, температура, рН, вологість, освітленість та інші. Регулюванням цих факторів можна управляти напрямом, швидкістю та глибиною ферментативних перетворень з метою отримання продукції завданого призначення і якості.

Література:

1. П. П. Пивоваров, Д. Ю. Прасол. Теоретичні основи технології харчових виробництв. Х.: Харківський державний університет харчування та торгівлі, 2000. – 118 с.

2. Общая технология пищевых производств /Под ред. Ковалевской Л. П. -М.: Колос, 1993. -384с.

3. Общая технология пищевых производств /Под ред. Назарова Н. И. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. – 360 с.

4. Технология пищевых производств /Поду ред. Ковалевской Л. П. – М.: Колос, 1997.-707 с.

5. Филиппович Ю. Б. Основы биохимии. – М.: Высш. шк. 1985, -503с.

6. Горбатова К. К. Биохимия молока и молочных продуктов. – М.: Легк. И пищ. пром-сть, 1984,-344с.

7. Кучеренко М. Е. та ін. Біохімія для вузів. – К.: Вища шк. 1995,-464с.

8. Боєчко Ф. Ф. Біологічна хімія.-К.: Вища шк. 1995, -536с.

Реферати

Реферати :

Вам буде цікаво:

Ви прочитали: "Біохімічні процеси, що відбуваються в сировині і готовій продукції"
Читати далі