Применение ферментных препаратов обладающих амилолитической активностью

В настоящее время проблеме применения микробных ферментов в перерабатывающих отраслях промышленности продолжают уделять все большее внимание ученые и производственники во многих странах мира. По прогнозам специалистов, использование ферментных препаратов (ФП) микробного происхождения в промышленности имеет устойчивую тенденцию к увеличению, при этом 2/3 текущего объема составляют ферменты для пищевой промышленности, а их основная доля приходится на спиртовую отрасль.

В спиртовой промышленности, перерабатывающей крахмалистое сырье, широко применяются ферменты гидролитического расщепления крахмала. Для этой цели используется зерновой солод и ферментные препараты микробного происхождения. Применяемый в спиртовом производстве зерновой солод осуществляет гидролиз крахмала до сбраживаемых углеводов и является источником азотистого питания для дрожжей и при осахаривании крахмалистого сырья производит частичную деструкцию его клеточных стенок и белковых веществ.

Однако при применении солода из-за ограниченной возможности создания достаточно высокой концентрации ферментов скорость осахаривания и протеолиза сырья остается низкой, что затрудняет интенсификацию процесса брожения. Эффективная замена солода ферментами микробного происхождения является важной задачей. Опытом работы спиртовых заводов в последние 20 лет показано, что применение ферментных препаратов экономически оправдано: интенсифицируется процесс осахаривания крахмала, повышается степень использования сырья, стабилизируются техноло Бактериальная б-амилазы, образующая при гидролизе крахмала декстрины с различной степенью полимеризации. Источниками бактериальной б-амилазы являются ферментные препараты: амилосубтилин — отечественного производства, БАН — компании «Ново Нордиск» и др., с оптимальной температурой действия 60−70°С. и рН 5,5−7,0, синтезируемые Ваcillus subtilis. Наиболее интересными и перспективными перпаратами являются ФП термостабильной а-амилазы: амилолихотерм отечественного производства, термамил — компании «Ново Нордиск», зимаджунт — «Энде Индустриал Корпорейшн» и другие, получаемые глубинным культивированием бактерий Bacillus Licheniformis. Оптимальная температура действия этих ферментных препаратов 85 — 95 °C., рН — 6,0 — 7,0.

Грибная б-амилазы, обладающая эндоамилазной способностью к гидролизу крахмала с образованием растворимых декстринов, олигосахаридов и мальтозы, с оптимумом действия 45 — 55 °C. и рН 4,8 — 5,5. Источники: амилоризин, амилопротооризин — отечественного производства, фунгамил — компании «Ново Нордиск» и другие; продуцент Aspergillus oryzae. фунгамил амилазный ферментный водород В настоящее время многие наши спиртзаводы используют для ферментативной обработки крахмалсодержащего сырья концентрированные ферментные препараты амилолитического действия. Несмотря на высокое качество ферментных препаратов и удобство их применения, в ряде случаев имеются сложности по правильному их использованию в технологическом производстве. Поэтому важной задачей является на основе анализа работы заводов и данных лабораторных исследований определять технологические возможности применения новых ферментных препаратов для повышения эффективности биотехнологических процессов переработки крахмалсодержащего сырья и технологий их применения. При выделении и очистке ферментов сложно добиться полного сохранения ферментативного комплекса в концентрированном препарате. Это подтверждается биохимическими показателями импортных высокоактивных ферментных препаратов, которые представляют собой в основном препарат одного фермента с определенным оптимумом действия и специфичностью, редко — двух и более. Поэтому применение концентрированных ферментных препаратов требует точного соблюдения технологий их применения, которая разрабатывается на основе биохимических и технологических характеристик препарата в каждом конкретном случае. При использовании концентрированных ферментных препаратов в производственных условиях необходимо учитывать физико-химические показатели производства (рН и минеральный состав воды, рН и температура замеса и сусла, длительность стадий ферментативной обработки крахмалсодержащего сырья). В настоящее время уже накоплен научный и практический опыт применения этих ферментных препаратов.

Одним из перспективных препаратов, широко применяемых на заводах, работающих по механико-ферментативной схеме подготовки сырья, является препарат бактериальной термостабильной а-амилазы. Препарат гидролизует внутренние а-1,4-гидролизные связи крахмала и продуктов его последовательного расщепления, что приводит к быстрому снижению вязкости клейстеризованного крахмала, тем самым обеспечивая подготовку сусла к действию глюкоамилазы. Конечными продуктами действия являются декстрины и олигосахариды. Максимальная эффективность их действия находится в интервале температур 80 — 95 °C и значении рН 5.0 — 8.0. Препараты обладают высокой термостабильностью: термостатирование при температуре 95 °C в течение 1 часа приводит к потере 40% от исходной активности, температура полной инактивации — выше 105 — 110 °C.

Высокая термостабильность и оптимум действия этих ФП способствуют снижению расхода препаратов для разжижения крахмала зернового сырья в спиртовом производстве. Нормы расхода термостабильных препаратов по амилолитической активности соответствуют 0,2 — 0,3 ед. АС/г крахмала, против 1,0 — 1,5 ед АС/г для мезофильных амилаз. Уровень активности определяется по ГОСТ при 30 °C.

Так, например, на некоторых спиртзаводах переработка крахмалистого сырья осуществляется по схеме так называемого мягкого разваривания, когда основная гидродинамическая и ферментативная обработка происходит при температуре 80 — 95 °C — оптимальной для действия термостабильной амилазы. В этой зоне температур амилазная активность при разжижении крахмала зернового затора возрастает у термостабильных амилаз в 4—9 раз и составляет от 1,2 до 2,9 ед АС/г крахмала, в то время как у мезафильных амилаз (в связи с их термолабильностью) этот показатель падает и составляет только 0,4 ед АС/г крахмала при 80 °C, а при 90−95°Сфермент полностью инактивируется. Поэтому эта схема наиболее эффективна при использовании ФП термостабильной а-амилазы (амилолихотерм, термамил, зимаджунт и др.) Важен не только температурный режим гидродинамической обработки, но и рН водномучной суспензии, при котором происходит разжижение и клейстеризация крахмала. Обычно он находится в интервале 5,5−6,5 и также соответствует оптимальным пределам действия этих ферменов. В результате крахмал хорошо декстринизируется, вязкость снижается, сусло разжижается и отличается хорошей подвижностью. В настоящее время появились новые ферментные препараты, выдерживающие и более низкие значения рН.