الحبوب هي المادة الخام الرئيسية لإنتاج الكحول ونواتج التقطير. بادئ ذي بدء، هذه هي الشعير، الشوفان، الأرز، الذرة، القمح، إلخ. يتم استخدامها لعدة أسباب:

• تكلفة منخفضة نسبيا
• الملف الحسي اللطيف للمنتج الناتج
• انتاج عاليالكحول

الهريس التقليدي مصنوع من السكر والخميرة. هناك حاجة إلى الخميرة لتكسير السكر، مما يؤدي إلى تكوين الكحول. ومع ذلك، لا يوجد سكر على هذا النحو في الحبوب، ولكن هناك الكثير من النشا. لصنع الهريس من الحبوب، يجب تدمير النشا بواسطة الإنزيمات. هذه هي المواد البروتينية التي تمكن أو تسرع التفاعلات الكيميائية، ضروري لتكوين الكحول. توجد الإنزيمات في الحبوب المنبتة (الشعير) وتباع كمستحضرات نقية.

لذلك هناك ثلاث طرق لتحضير هريس الحبوب:

1. استخدم الشعير لتسكر النشا الموجود في الحبوب. بهذه الطريقة يمكنك تسكر ما يصل إلى 40% من فاتورة الحبوب غير المملحة.
2. إنبات الحبوب بحيث تتراكم الإنزيمات فيها بشكل طبيعي. وهذا هو، جعل الشعير.
3. استخدم الإنزيم في شكل مستحضر ومواد خام غير مملوءة.

الطريقة الثانية أرخص وتتيح لك الحصول على النتائج بشكل أسرع.

بنية الحبوب

لفهم كيفية معالجة الحبوب بالضبط أثناء الهريس، من الضروري أن نفهم هيكلها. دعونا ننظر إلى مثال الشعير.

التركيب الداخلي لحبوب الشعير

1-جنين جذعي، 2-جنين ورقي، 3-جذر جنين، 4-غطاء، 5-طبقة ظهارية، 6-سويداء، 7-خلايا مستهلكة فارغة، 8-طبقة أليورون، 9-معطف بذرة، 10-معطف ثمرة، 11 - قذيفة القشر

حبة الشعيرهي حبة تتكون قشرتها من عدة طبقات من الخلايا.

اصدافمجتمعة في القشر (أو الزهرة) - الغلاف الخارجيوالفواكه (أو القشرة) والبذور (أو العجين).

قشرفي معظم الشعير ينمو مع الحبوب. قشرة القشر متينة للغاية، وهي ما يحمي الحبوب من التلف الميكانيكي. يتكون بشكل رئيسي من السليلوز، وكميات صغيرة من حمض السيليك، والدهون، ومركبات البوليفينول.

تحت قشرة القشر هناك تنصهر معاطف الفاكهة والبذور. طبقة البذرة شبه نفاذة، فهي تسمح للماء بالمرور عبر البئر، ولكنها تحتفظ بالمواد الذائبة في الماء. تسمح خاصية غلاف البذور هذه بمعالجة الحبوب بالماء بدرجات مختلفة مواد كيميائيةوالتي لا تخترق الحبوب ولا تلحق الضرر بالجنين.

السويداء(الجسم الدقيقي) مغطى بطبقة من الأليورون. يتكون من العديد من الخلايا الغنية بالبروتينات. في إنبات الشعير، تكون طبقة الأليورون هي موقع تكوين الإنزيم.

المكونات الرئيسية لجدران الخلايا لطبقة الأليورون هي السكريات غير النشوية - البنتوسان (70٪) و β-جلوكان (30٪).

يحتل الجسم الدقيقي (السويداء) كامل الجسم الجزء الداخليالحبوب، وتتكون من حبوب النشا مقاسات مختلفة. حوالي 98% من المادة الجافة للحبوب عبارة عن نشاء.

التركيب الكيميائي

في المتوسط، يحتوي الشعير على 10.5-11٪ مواد بروتينية.

يحتوي الشعير على البروتينات:

1. طبقة الأليورون - على شكل بروتين إنزيمي (الألبومين والجلوبيولين)؛
2. على الخارجالسويداء - البروتين الاحتياطي (البرولامينات)؛
3. السويداء - بروتين الأنسجة (الجلوتيلين).

بطريقتي الخاصة تكوين الأحماض الأمينيةبروتينات الشعير كاملة إلى حد ما (تحتوي حبة الشعير على أكثر من 20 حمضًا أمينيًا).

يتم تمثيل الكربوهيدرات بواسطة السكريات الأحادية والسكريات، وخاصة النشا، والتي يتراوح محتواها من 50 إلى 64٪. تحتوي الألياف على 5-6٪، والسكريات والدكسترينات تصل إلى 6٪ (بما في ذلك ما يصل إلى 2٪ سكروز و 0.4٪ سكريات مختزلة مباشرة)، والدهون - 2.1-2.6٪، والمعادن - 2.5-3 .5٪. تتركز معظم الألياف والمعادن في غشاء الحبوب وقشورها.

الحبوب في إنتاج الكحول: النظرية

تحتوي حبوب الشعير على نشاط إنزيمي عالي (الأميلاز والبروتياز والبيروكسيديز)، لذلك فهي كذلك مادة جيدةلصنع الشعير.

يحدد التركيب الكيميائي الغني استخدام الحبوب كمواد أولية لإنتاج الكحول. هذه المواد هي مكونات غذائية للخميرة، وبالتالي فإن عملية التخمير في هذه البيئة سوف تتم بشكل أفضل بكثير وسيكون للمنتج النهائي نكهة ممتازة.

المصدر الرئيسي للكحول أثناء التخمير هو الكربوهيدرات. في الحبوب يتم تمثيلها بالنشا. تقوم الخميرة بمعالجة السكريات الأحادية والثنائية وبعض الدكسترينات فقط وتحويلها إلى كحول. النشا عبارة عن عديد السكاريد يتكون من أميلوز وأميلوبكتين. تعالج الخميرة النشا فقط إذا تم تقسيم الجزيء إلى كربوهيدرات بسيطة (أحادية وثنائية السكاريد). في هذه العملية هناك حاجة إلى الإنزيمات.

درجة حرارة جلتنة النشا هي درجة الحرارة التي يحدث عندها تورم وتدمير بنية حبيبات النشا، وتسمح هذه العملية للإنزيمات بسكر النشا بشكل كامل.

وبناء على ذلك، إذا كانت درجة حرارة الجلتنة أعلى من درجة حرارة تشغيل الإنزيم، يتم أولا إجراء الغليان (يتم تسخين الهريس إلى 90-100 درجة) لتنتفخ وتدمير بنية حبيبات النشا، ثم يتم تبريده إلى التشغيل درجة الحرارة ويضاف الانزيم.

ما هو الانزيم

الإنزيمات عبارة عن محفزات بيولوجية ذات طبيعة بروتينية يمكنها تنشيط التفاعلات الكيميائية المختلفة في الكائن الحي.

ببساطة، هذه جزيئات بروتينية تعمل على تسريع التفاعلات الكيميائية عند وضعها تحت الظروف المناسبة (درجة الحرارة ودرجة الحموضة). هذه الشروط فردية لكل إنزيم.

حسب خصوصية التأثيربالنسبة لمختلف البوليمرات الحبيبية عالية الجزيئات، يمكن تقسيم مستحضرات الإنزيم إلى 3 مجموعات.

1. العمل التحللي - يعزز التحلل المائي للنشا. وتشمل هذه الإنزيمات ذات تأثيرات التسييل والدكسترينات والتسكر.
2. عمل التحلل البروتيني - يدمر (يتحلل) جزيئات البروتين.
3. عمل تحلل السليلوز - تحلل السكريات غير النشوية، مثل السليلوز.

1. الأصل الأصلي - يتكون في الحبوب أثناء الإنبات؛
2. الأصل الميكروبي - تم الحصول عليه باستخدام فطريات العفن.
3. أصل بكتيري - مثقف بواسطة البكتيريا

تنقسم الإنزيمات أيضًا إلى سائلة وجافة.

باستخدام الإنزيمات الميكروبية والبكتيرية، ليست هناك حاجة لتخمير الحبوب. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع هذه الإنزيمات بنطاق أوسع من درجات الحرارة مقارنة بالإنزيمات الأصلية.

هناك طريقتان لمعالجة الحبوب لتحليل النشويات إلى سكريات:

1. يُهرس باستخدام الإنزيمات الأصلية الموجودة في الحبوب المنبتة. هذه العملية هي تقنية إنتاج الهريس الكلاسيكية. ولكنها تتطلب عمالة كثيفة للغاية، بما في ذلك إنبات الحبوب، والحفاظ على حدود درجة الحرارة أثناء الهرس، والحبوب المنبتة أعلى سعرًا من الحبوب العادية.
2. الهريس مع الانزيمات المشتقة من البكتيريا. هذه الطريقةتقدمية وتكتسب المزيد والمزيد من الشعبية. ميزتها الرئيسية هي التكلفة المنخفضة نسبيًا وسهولة الاستخدام. تسمح الإنزيمات البكتيرية باستخدام الحبوب غير المنبتة، مما يقلل من التكلفة النهائية المنتجات النهائيةوأيضا توفير الوقت والجهد. أيضًا، تتمتع الإنزيمات البكتيرية بنطاق أوسع من درجات الحرارة، مما يسمح بتوسيع نطاق تطبيقها في العملية التكنولوجية.

الانزيمات في محلات دكتور جوبر

لمعالجة الحبوب في المنزل، هناك حاجة أولا إلى إنزيمات الأميلوليك. هنا يتم تمثيلهم بالإنزيمات التالية:

1. الأميلوسوبتيلين هو تحضير إنزيم من البكتيريا α-amylase البكتيرية متوسطة الحجم. يحلل الروابط الداخلية α-1,4-glycosidic للنشا (الأميلوز والأميلوبكتين) ومنتجات انقسامها المتسلسل، مما يؤدي إلى انخفاض سريع في لزوجة محاليل النشا الجيلاتينية في مرحلة التسييل، وبالتالي تحضير النقيع للتحضير. عمل الجلوكواميلاز. النشاط 1500 Ac/g. درجة الحرارة المثلى للعمل هي 30-60 درجة مئوية
2. يتم الحصول على الجلوكافامورين عن طريق الزراعة العميقة لسلالة من العفن Aspergillus awamori. يتحلل روابط α-1,4 وalpha-1,6-glycosidic من النشا والدكسترينات والسكريات قليلة التعدد، ويقطع الجلوكوز بالتتابع من الأطراف غير المختزلة للسلاسل. تستخدم لتسكر النشا. النشاط 1500 جم وحدة/جم. درجة الحرارة المثلى للعمل 30-60 درجة مئوية

يتم تقديم الأدوية في شكل جاف في عبوات سعة 20 جرامًا.

ستكون هذه الإنزيمات كافية للعمل مع الحبوب غير المنبتة.

الإنزيمات في إنتاج الكحول: الممارسة

أولا وقبل كل شيء، الاستعداد المحلول المائي. للقيام بذلك، يذوب الدواء الجاف بالماء بنسبة 1:10، ودرجة حرارة الماء 25-30 درجة ويخلط جيدا، في هذه الحالة يتم تخزين الدواء لمدة لا تزيد عن 24 ساعة. بعد ذلك، يتم حساب الكمية المطلوبة من الإنزيم.

يتم التعبير عن نشاط الإنزيم بوحدات / جم. مواد.

• أميلوسبتيلين - 2-4 وحدات. لكل جرام من النشا.
• جلوكافامورين - 2-4 وحدات. لكل جرام من النشا.

مثال الحساب:

عند الهرس في جهاز سعة 60 لترًا بمعامل مائي 1:3، نستخدم حوالي 15 كجم من الحبوب (على افتراض أن الحبوب في هذه الحالة هي القمح).

تحتوي حبوب القمح في المتوسط ​​على 55 إلى 65% من النشا (بيانات جدولية). لنأخذ متوسط ​​القيمة 60%.

وهذا يعني أن 15 كجم من الحبوب تحتوي على: 15 * 0.6 = 9 كجم من النشا.

يتم إعطاء جرعة الإنزيمات ونشاطها لكل جرام من النشا:

• 1 جرام من الأميلوسوبتيلين يحتوي على 1500 وحدة من الـGs، جرعة 2-4 وحدات. (متوسط ​​3)
• 1 جرام من جلوكافامورين يحتوي على 1500 وحدة تيار متردد، جرعة 2-4 وحدات (متوسط ​​3)

للحصول على 9000 جرام من النشا نحتاج:

• 9000*3= 27000 وحدة تيار متردد لتقليل اللزوجة
• 9000*3= 27000 جرام وحدة لتسكر النشا

ما يتوافق مع:

• 27000/1500= 18 جرام أميلوسبتلين
• 27000/1500= 18 جرام جلوكافامورين

كيس واحد من 20 جرام يكفي لتسكر 15 كجم من القمح.

تم إجراء الحسابات للهرس عند T = 60 درجة مئوية. عند درجات حرارة أقل من 60 درجة مئوية، يُنصح بزيادة جرعة الإنزيم بنسبة 20-30%.

بعد حساب المستحضر وتحضيره، يُضاف مع الحبوب المطحونة إلى الماء ويُهرس.

أنت في الغابة... تزدحم حولك جذوع الأشجار السميكة والرفيعة. بالنسبة للكيميائي، فهي جميعا تتكون من نفس المادة - الخشب، والجزء الرئيسي منها المواد العضوية- الألياف (ج6ح10س5) س. تشكل الألياف جدران الخلايا النباتية، أي هيكلها الميكانيكي؛ لدينا نقي تمامًا في ألياف ورق القطن والكتان؛ ويوجد في الأشجار دائمًا مع مواد أخرى، غالبًا مع اللجنين، وهو نفس الشيء تقريبًا التركيب الكيميائي، ولكن بخصائص مختلفة. الصيغة الأولية للألياف C6H10O5 تتطابق مع صيغة النشا، وسكر البنجر له الصيغة C12H22O11. نسبة عدد ذرات الهيدروجين إلى عدد ذرات الأكسجين في هذه الصيغ هي نفسها الموجودة في الماء: 2:1. لذلك، سُميت هذه المواد وما شابهها بـ”الكربوهيدرات” عام 1844، أي مواد تبدو (ولكن ليس في الواقع) تتكون من الكربون والماء.

تحتوي ألياف الكربوهيدرات على وزن جزيئي مرتفع. جزيئاتها عبارة عن سلاسل طويلة مكونة من روابط فردية. على عكس حبوب النشا البيضاء، فإن الألياف عبارة عن خيوط وألياف قوية. يتم تفسير ذلك من خلال العديد من الأمور التي تم تحديدها الآن بدقة، الهيكل الهيكليجزيئات النشا والألياف. تسمى الألياف النقية من الناحية الفنية السليلوز.

في عام 1811، قدم الأكاديمي كيرشوف اكتشاف مهم. أخذ النشا العادي المستخرج من البطاطس وعالجه بحمض الكبريتيك المخفف. تحت تأثير H 2 SO 4 كان هناك التحلل المائيالنشا وتحوله إلى سكر:

كان رد الفعل هذا مهمًا أهمية عملية. يعتمد عليه إنتاج النشا والشراب.

لكن الألياف لها نفس الصيغة التجريبية للنشا! هذا يعني أنه يمكنك أيضًا الحصول على السكر منه.

في الواقع، في عام 1819، تم إجراء عملية تسكر الألياف باستخدام حمض الكبريتيك المخفف لأول مرة. ولهذه الأغراض يمكن أيضًا استخدام الحمض المركز؛ حصل الكيميائي الروسي فوجل في عام 1822 على السكر من الورق العادي، حيث عمل عليه بمحلول 87٪ من H 2 SO 4.

في أواخر التاسع عشرالخامس. لقد أصبح المهندسون الممارسون مهتمين بالفعل بالحصول على السكر والكحول من الخشب. حاليًا، يتم إنتاج الكحول من السليلوز على نطاق المصنع. الطريقة، التي اكتشفها أحد العلماء في أنبوب اختبار، يتم تنفيذها بعد ذلك في الجهاز الفولاذي الكبير الخاص بالمهندس.

دعونا نزور مصنع التحلل المائي... يتم تحميل نشارة الخشب أو نشارة الخشب أو رقائق الخشب في أجهزة هضم ضخمة (دوراخ). هذه نفايات من المناشر أو شركات معالجة الأخشاب. في السابق، تم حرق هذه النفايات القيمة أو ببساطة إلقاؤها في مكب النفايات. يمر محلول ضعيف (0.2-0.6%) من حمض المعدن (غالبًا الكبريتيك) عبر دورق القهوة بتيار مستمر. من المستحيل الاحتفاظ بنفس الحمض في الجهاز لفترة طويلة: يتم تدمير السكر الموجود فيه بسهولة والذي يتم الحصول عليه من الخشب. في الراووق، يكون الضغط 8-10 ضغط جوي، ودرجة الحرارة 170-185 درجة مئوية. في ظل هذه الظروف، تتم عملية التحلل المائي للسليلوز بشكل أفضل بكثير من الظروف العادية، عندما تكون العملية صعبة للغاية. تنتج دورق القهوة محلولاً يحتوي على حوالي 4% من السكر. يصل محصول المواد السكرية أثناء التحلل المائي إلى 85% من الممكن نظريا (وفقا لمعادلة التفاعل).

أرز. 8. رسم تخطيطي مرئي لإنتاج الكحول المائي من الخشب.

ل الاتحاد السوفياتيمع وجود الغابات الشاسعة وصناعة المطاط الصناعي المتطورة بشكل مطرد، فإن إنتاج الكحول من الخشب له أهمية خاصة. في عام 1934، قرر المؤتمر السابع عشر للحزب الشيوعي لعموم الاتحاد (البلاشفة) التطوير الكامل لإنتاج الكحول من نشارة الخشب ونفايات صناعة الورق. بدأت أول مصانع التحلل المائي والكحول السوفييتية في العمل بانتظام في عام 1938. خلال سنوات الخطتين الخمسيتين الثانية والثالثة، قمنا ببناء وإطلاق مصانع لإنتاج كحول التحلل المائي - الكحول من الخشب. تتم الآن معالجة هذا الكحول بشكل متزايد وتحويله إلى مطاط صناعي. هذا هو الكحول من المواد الخام غير الغذائية. كل مليون لتر من التحلل المائي الكحول الإيثيلييحرر حوالي 3 آلاف طن من الخبز أو 10 آلاف طن من البطاطس، وبالتالي حوالي 600 هكتار من المساحة المزروعة للغذاء. للحصول على هذه الكمية من الكحول المتحلل، تحتاج إلى 10 آلاف طن من نشارة الخشب التي تحتوي على نسبة رطوبة 45 بالمائة، والتي يمكن أن تنتج منشرة واحدة ذات إنتاجية متوسطة لكل سنة تشغيل.

الإيثانول (الكحول الإيثيلي) C2H5OH هو سائل شفاف عديم اللون ذو رائحة نفاذة ومميزة وكثافته النسبية 0.79067. نقطة غليان الإيثانول عند الضغط الطبيعي 78.35 درجة مئوية، نقطة الاشتعال 12 درجة مئوية، نقطة التجمد - 117 درجة مئوية. يحتوي الإيثانول النقي كيميائيًا على تفاعل محايد؛ يحتوي الكحول المصحح على كمية صغيرة الأحماض الكربوكسيليةلذلك يكون رد فعله حمضيًا قليلاً. الإيثانول استرطابي للغاية. فهو يمتص الماء بشراهة من الهواء والأنسجة النباتية والحيوانية، مما يؤدي إلى تدميرها.

الكحول سام للإنسان والحيوان، وكذلك الكائنات الحية الدقيقة. أبخرة الكحول ضارة أيضًا. الحد الأقصى المسموح به لتركيز البخار في الهواء هو 1000 ملجم/سم3. الكحول له خصائص متفجرة. حدود التركيز المتفجر لبخار الكحول هي 2.8-13.7% من حجم الهواء. يتم إنتاج الإيثانول من المواد الخام الغذائية على شكل كحول خام بقوة لا تقل عن 88 حجمًا وكحول مصحح بقوة 96.0-96.5 حجمًا٪ على شكل كحول مصحح من الدرجة الأولى، أعلى درجة تنقية، "إضافي" و"لوكس"، "أساس"، "ألفا".

يتكون إنتاج الكحول من المواد الخام المحتوية على النشا من المراحل التكنولوجية الرئيسية التالية: إعداد المواد الخام للمعالجة؛ المعالجة الحرارية للمياه (الطهي) للحبوب والبطاطس؛ تسكر الكتلة المسلوقة. زراعة خميرة الإنتاج؛ تخمير النبتة السكرية وفصل الكحول عن الهريس وتنقيته.

4.1. تحضير البطاطس والحبوب للمعالجة

يتكون تحضير البطاطس والحبوب للمعالجة من توصيل المواد الخام إلى النبات وفصل الشوائب وطحنها وتحضير الدفعة.

يتم نقل البطاطس من حقل الأكوام عن طريق البر إلى الصناديق الاحتياطية، ومن هناك يتم نقلها إلى الإنتاج بواسطة ناقل هيدروليكي. يتم فصل شوائب البطاطس الخفيفة والخشنة والثقيلة في

لومو والفخاخ الحجرية. تستخدم غسالات البطاطس لغسل وإزالة الشوائب المتبقية.

يتم تنظيف الحبوب المعدة للغلي باستخدام منخل الهواء والفواصل المغناطيسية.

مع الطريقة الدورية للمعالجة الحرارية للمياه، يتم غلي البطاطس والحبوب بالكامل، مع المخططات المستمرة، يتم سحق المواد الخام مسبقًا. تؤثر درجة التكسير على درجة الحرارة ومدة الغليان. عند طحن البطاطس على منخل بفتحة قطرها 3 مم، يجب ألا يكون هناك أي بقايا، وعند طحن الحبوب، يجب ألا تتجاوز البقايا الموجودة على هذا المنخل 0.1-0.3٪. يجب أن يكون مرور الطحن عبر منخل به فتحات بقطر 1 مم 60-90٪.

يتكون تحضير الدفعة من خلط المواد الخام المسحوقة بالماء وتسخينها إلى درجة حرارة معينة. أضف 280-300% ماء إلى الحبوب المطحونة، و15-20% ماء حسب وزن المادة الخام إلى عصيدة البطاطس. يجب أن يكون تركيز المواد الجافة في النقيع 16-18٪.

4.2. المعالجة الحرارية للمياه للحبوب والبطاطس

تتمثل المهمة الرئيسية للمعالجة الحرارية للمياه في تحضير المواد الخام لسكر النشا باستخدام إنزيمات الأميلوليك من الشعير أو مستحضرات الإنزيم ذات الأصل الميكروبي. يحدث التسكر بشكل كامل وسريع عندما يكون النشا متاحًا لفعله (غير محمي بجدران الخلايا)، ويتم تحويله إلى جيلاتين ومنحل، وهو ما يمكن تحقيقه باستخدام المعالجة الحرارية للمواد الخام بأكملها تحت ضغط مرتفع، أو، كما تسمى هذه العملية عادة في إنتاج الكحول، الغليان. الطحن الميكانيكي الدقيق للمواد الخام على آلات خاصة؛ الطحن الميكانيكي للمواد الخام إلى أحجام جسيمات معينة، يليه الغليان تحت الضغط (الطريقة المشتركة).

تتم معالجة المواد الخام المحتوية على النشا بالكامل في الغلاية ببخار الماء المشبع تحت ضغط زائد يصل إلى 0.5 ميجا باسكال (درجة حرارة 158.1 درجة مئوية). في ظل هذه الظروف، يذوب النشا، وتلين جدران خلايا المادة الخام وتذوب جزئيًا، ومع النفخ اللاحق للمادة الخام في فاصل بخاري (حامل)، يتم تدمير البنية الخلوية بسبب انخفاض الضغط وتأثير الطحن. الشبكة الموجودة في صندوق نفخ الغلاية، بالإضافة إلى التأثيرات الميكانيكية الأخرى على مسار الحركة السريعة للطعام المسلوق من جهاز إلى آخر. أثناء عملية الغليان، يتم تعقيم المواد الخام في وقت واحد، وهو أمر مهم لعمليات التسكر والتخمير.

عند طحن المواد الخام إلى حجم جسيمات أصغر من حبيبات النشا، يتم تدمير البنية الخلوية للمادة الخام وحبوب النشا نفسها، ونتيجة لذلك تذوب في الماء عند درجة حرارة 60-80 درجة مئوية وتتحول إلى سكر. الإنزيمات المحللة للشعير والثقافات الميكروبية. لم يتم بعد استخدام طريقة الطحن متناهية الصغر بسبب الاستهلاك العالي للطاقة وعدم فهم مسألة تعقيم المواد الخام.

أصبحت الطريقة المركبة واسعة الانتشار، حيث يتم أولاً سحق المواد الخام إلى جزيئات متوسطة الحجم (1-1.5 مم) ثم غليها. في هذه الحالة تكون درجة الحرارة ومدة الغليان أقل مما كانت عليه أثناء المعالجة الحرارية للمواد الخام بأكملها. إن نفخ الكتلة المغلية من المواد الخام المكسرة مع اختلاف الضغط يعزز تشتتها بشكل أكبر. تعتبر طريقة المعالجة الحرارية هذه مع استمرارية العملية هي الأكثر تقدمًا. مع انخفاض استهلاك الطاقة نسبيًا لطحن المواد الخام، والحرارة اللازمة للغليان، وبسبب "ليونة" وضع الغليان، الذي يضمن الحد الأدنى من فقدان المواد القابلة للتخمير، تسمح الطريقة بالتحضير الجيد للمواد الخام للسكر.

عندما يتم غلي البطاطس والحبوب، تحدث تغيرات هيكلية وميكانيكية كبيرة في المادة الخام وتحولات كيميائية للمواد التي تدخل في تركيبها.

التحلل المائي الأنزيمي للنشا

العملية الرئيسية في معالجة المواد الخام المحتوية على النشا في صناعات التخمير هي التحلل المائي للنشا بواسطة إنزيمات التحلل النشواني لمستحضرات الشعير والإنزيمات. يتكون الجزء الكربوهيدراتي من النشا من اثنين من السكريات: الأميلوز والأميلوبكتين.

يتم تصنيع الأميلوز والأميلوبكتين من بقايا الجلوكوز C6H10O5. يبلغ الوزن الجزيئي للأميلوز 3·10 5 – 1·10 6، ويصل الوزن الجزيئي للأميلوبكتين إلى مئات الملايين. يتم تقديم المخطط الهيكلي لجزيء الأميلوز على شكل سلسلة طويلة من بقايا الجلوكوز متصلة بواسطة روابط الجلوكوزيدية α-1,4. يحتوي جزيء الأميلوز على العديد من السلاسل المتوازية. في كل واحد منهم، يتم ترتيب بقايا الجلوكوز في دوامة. يتم تقديم بنية جزيء الأميلوبكتين على شكل سلسلة متفرعة تتكون من عدد كبير من بقايا الجلوكوز (حوالي 2500). تتكون السلسلة الرئيسية التي ترتبط بها الفروع الجانبية من 25-30 بقايا جلوكوز. يتكون كل فرع جانبي فردي من 15-18 وحدة بنائية، وتتكون الأقسام الداخلية للسلاسل (بين الفروع) من 8-9 وحدة بنائية من هذا القبيل. وترتبط السلاسل الجانبية بدورها بالسلاسل المجاورة. في الأميلوبكتين، ترتبط بقايا الجلوكوز داخل نفس السلسلة ببعضها البعض، كما هو الحال في الأميلوز، بواسطة رابطة α-1,4. لكن الاتصال بين السلاسل الفردية في الأميلوبكتين يتم بواسطة روابط α-1,6-glucosidic.

يتم إجراء التحلل المائي الأنزيمي للنشا بواسطة إنزيمات الأميلوليك. يتكون مجمع الأميلوليك من الشعير (الحبوب المنبتة) من α- و β-amylase وdextrinase (oligo-α-1,6-glucosidase). تحتوي مستحضرات الإنزيم على α-amylase وoligo-α-1,6-glucosidase وglucoamylase. كل إنزيم له خصائصه الخاصة، والتي تحدد خصائص جودة معينة للمنتجات الناتجة.

α-Amylase هو إنزيم داخلي يعمل على تحليل روابط α-1,4 داخل جزيء الأميلوز والأميلوبكتين. آلية عمل الإنزيم متعددة السلاسل ومضطربة. نتيجة لذلك، يتم تشكيل منتجات التحلل المائي غير الكامل للنشا - α-dextrins، لذلك يسمى α-amylase إنزيم dextrinating. في العمل على المدى الطويليقوم إنزيم α-amylase بتحويل الأميلوز بشكل كامل تقريبًا إلى المالتوز وكمية صغيرة من الجلوكوز.

يؤدي عمل α-mylase على الأميلوبكتين إلى تكوين المالتوز والدكسترينات ذات الوزن الجزيئي المنخفض مع 5-8 بقايا جلوكوز. يرجع هذا السلوك لـ α-amylase إلى حقيقة أن الإنزيم لا يعمل على روابط α-1,6-glucosidic في المواقع المتفرعة لجزيئات الأميلوبكتين الكبيرة.

β-Amylase هو إنزيم خارجي يعمل على تحلل روابط α-1,4 من الأطراف غير المختزلة لجزيئات الأميلوز والأميلوبكتين لتكوين المالتوز. وهو إنزيم مُسكر لا يقطع روابط α-1,6.

من خلال العمل المشترك لـ α- و β-amylases على النشا، يتم تحويل 95٪ إلى مالتوز و 5٪ إلى دكسترينات مشبعة منخفضة الوزن الجزيئي تحتوي على روابط α-1،6-glucosidic.

يحتوي الدخن والشوفان على إنزيم الدكستريناز، الذي يكسر الرابطة α-1,6-glucosidic في الأميلوبكتين والدكسترينات المشبعة.

الجلوكواميلاز هو إنزيم خارجي يشق الروابط α-1,4- و α-1,6-glucosidic. من خلال العمل من الأطراف غير القابلة للاختزال لجزيئات الأميلوز والأميلوبكتين، يشق الجلوكوأميلاز جزيء الجلوكوز على شكل β.

العوامل الرئيسية التي تؤثر على معدل التفاعلات الأنزيمية هي درجة الحرارة، ودرجة الحموضة، وتركيز المواد في الركيزة والإنزيمات. مع زيادة درجة الحرارة، يتسارع التحلل المائي الأنزيمي للنشا، ولكن عند الوصول إلى درجة حرارة معينة، يتم تعطيل الإنزيمات.

β-الأميلاز من الشعير لديه مقاومة منخفضة للحرارة عند تسخينه إلى 70 درجة مئوية، ويتم تدميره؛ يتم الانتهاء تقريبًا من التعطيل الحراري لهذا الإنزيم عند 70 درجة مئوية في بضع دقائق.

يتمتع α-Amylase المستخرج من الشعير بمقاومة أعلى للحرارة ويتم تدميره عند درجة حرارة حوالي 80 درجة مئوية.

درجة الحرارة المثلى لـ β-amylase في الهريس هي 63 درجة مئوية، وα-amylase 70 درجة مئوية. في الظروف المثلىيمكن لجزيء واحد من بيتا الأميليز تحلل 237000 رابطة في الدقيقة.

درجة الحرارة المثلى لعمل الجلوكواميلاز في الفطريات والبكتيريا المجهرية هي 55 – 60 درجة مئوية. تتميز مستحضرات إنزيم α-Amylase ذات الأصل البكتيري بمقاومة عالية للحرارة. ها درجة الحرارة المثلىالعمل 85 – 95 درجة مئوية.

يحتوي كل إنزيم على درجة حموضة مثالية يكون فيها أكثر نشاطًا؛ عند قيم pH أعلى أو أقل، ينخفض ​​نشاط الإنزيم. يحدث أقصى نشاط لـ α-amylase عند درجة حموضة 5.7، ويحدث نشاط β-amylase عند درجة حموضة تبلغ حوالي 4.8. عند درجة الحموضة 2.3 و 9.7، يتم تعطيل الأميليز تماما.

قيمة الرقم الهيدروجيني الأمثل لـ α-amylase في الفطريات المجهرية هي 4.5 – 5.0، لـ glucoamylase – 4.5 – 4.6، لـ α-amylase في البكتيريا – 5.0 – 6.0.

وتزداد سرعة التفاعل الأنزيمي مع زيادة تركيز الإنزيم ولكن إلى حد معين. حتى يتم تكوين 75 - 80٪ من الكمية النظرية للمالتوز (79.1 - 84.4 جم من 100 جم من النشا)، يستمر تفاعل التسكر بسرعة، ثم يتباطأ بشكل حاد: فهو أبطأ بمقدار 1000 مرة مما كان عليه في بداية الانقسام.

مع زيادة تركيز المستخلصات في الركيزة، يتباطأ التحلل المائي الأنزيمي للنشا. ويفسر ذلك حقيقة أنه مع زيادة تركيز المواد، تزداد لزوجة الهريس، ونتيجة لذلك تصبح عملية الانتشار بين الركيزة والإنزيم أكثر صعوبة.

عادة ما تتم مراقبة التحلل المائي للنشا من خلال اللون الذي تعطيه المنتجات الوسيطة للتحلل المائي مع اليود. يحدث التلوين نتيجة لترتيب جزيئات اليود داخل المنعطفات الحلزونية لبقايا الجلوكوز. يتم تحديد لون المركبات الناتجة بطول سلسلة بقايا الجلوكوز.

النشا مع اليود يعطي اللون الأزرق. أكبر الدكسترينات، القريبة من النشا، هي الأميلودكسترين (الوزن الجزيئي 10.000 - 12.000) وهي مصبوغة باللون البنفسجي الأزرق مع اليود؛ الدكسترينات الأصغر - الإريثرودكسترين (الوزن الجزيئي 4000 - 7000) - البني الأحمر. الأصغر منها - الأكرودكسترين والمالتودكسترين (الوزن الجزيئي 2900 - 3700) غير ملطخة على الإطلاق.

يتم تكسير النشا الخام غير الجيلاتيني بواسطة الأميليز، ولكن ببطء شديد. يزداد هجوم الإنزيمات المحللة للأميلوليت عندما تعمل على النشا الجيلاتيني. لتسريع عملية الجلتنة وإذابة النشا في منتجات الحبوب، يُنصح بإخضاعها للمعالجة الحرارية الأولية عن طريق التبخير تحت الضغط. عند تسخينه بالماء، يتغير النشا من الحالة الصلبة إلى الحالة الجيلاتينية - فيتحول إلى هلام. وفي هذه الحالة يحدث انتفاخ لحبوب النشا (الحبيبات) يليها تمزقها وتشتتها.

مع ارتفاع درجة الحرارة، يبدأ المعجون في التسييل ثم يصبح سائلاً.

لذلك، أثناء التحلل المائي للنشا، من الضروري التمييز بين ثلاث مراحل: الجلتنة، والتسييل، والتسكر.

تختلف متطلبات التحلل المائي الأنزيمي للنشا في صناعات التخمير. وبالتالي، في إنتاج الكحول، فإنهم يسعون جاهدين للحصول على أكبر قدر ممكن من السكريات المتخمرة، حيث لا يتم تخمير الدكسترين مباشرة بواسطة الخميرة. في ظروف إنتاج الكحول، يحدث تسكر الدكسترين في مرحلة التخمير، عندما معظميتم تخمير المالتوز. هذه العملية لديها أهمية عظيمةمن وجهة نظر الحصول على أعلى إنتاجية للكحول من النشا. لذلك من المهم جدًا أن تظل إنزيمات التكسير نشطة حتى نهاية التخمير.

في إنتاج التخمير، يجب إجراء التحلل المائي للنشا بحيث يحتوي النقيع، بالإضافة إلى المالتوز، على كمية معينة من الأكرو ومالتوديكسترين، والتي تحدد اكتمال طعم ولزوجة البيرة. بالنسبة لأصناف البيرة الخفيفة، يتم إجراء التحلل المائي للنشا حتى يتم تكوين 80-85٪ من السكريات القابلة للتخمير و15-20٪ من الدكسترين غير الملطخ باليود.

التحلل المائي للكربوهيدرات. في كثير إنتاج الغذاءيحدث التحلل المائي لجليكوسيدات الطعام والسكريات قليلة التعدد والسكريات. يعتمد التحلل المائي على العديد من العوامل: الرقم الهيدروجيني، ودرجة الحرارة، والتكوين الشاذ، ومركب الإنزيمات. من المهم ليس فقط لعمليات الحصول عليها منتجات الطعام، ولكن أيضًا لعمليات التخزين الخاصة بهم. في الحالة الأخيرة، قد تؤدي تفاعلات التحلل المائي إلى تغيرات غير مرغوب فيها في اللون أو، في حالة السكريات، قد تؤدي إلى عدم قدرتها على تكوين المواد الهلامية.

يتم الآن إيلاء الكثير من الاهتمام للحصول على شراب السكر من الحبوب المختلفة من المواد الخام الرخيصة التي تحتوي على النشا والنشا (الجاودار والذرة والذرة الرفيعة وما إلى ذلك). يتم إنتاجها باستخدام مجموعات مختلفة من مستحضرات إنزيم الأميلوز (a-amylase، glucoamylase، b-amylase). إن إنتاج الجلوكوز (باستخدام الجلوكوأميلاز)، ثم عمل إيزوميراز الجلوكوز، يجعل من الممكن الحصول على شراب الجلوكوز والفركتوز وشراب عالي الفركتوز، والذي يسمح استخدامه باستبدال السكروز في العديد من الصناعات.

عند إنتاج شراب السكر من النشا، يتم قياس درجة تحويل النشا إلى الجلوكوز D بالوحدات ما يعادل الجلوكوز(GE) هو محتوى (%) من السكريات المختزلة الناتجة، معبرًا عنها بالجلوكوز لكل مادة جافة (DS) للشراب.

الجدول 10. تكوين وحلاوة شراب الفركتوز النموذجي عالي الفركتوز

التحلل المائي للنشا.

1. عندما يتحلل النشا تحت تأثير الأحماض، فإن الروابط الترابطية بين جزيئات الأميلوز والأميلوبكتين الكبيرة تضعف وتنكسر أولاً. ويصاحب ذلك اضطراب في بنية حبيبات النشا وتكوينها كتلة متجانسة. بعد ذلك يأتي كسر الروابط a-D-(l,4)- وa-D-(1,6) مع إضافة جزيء الماء في موقع الكسر. أثناء عملية التحلل المائي، يزداد عدد مجموعات الألدهيدات الحرة وتقل درجة البلمرة. كما التحلل المائي وزيادة تقليص(الاختزال) المواد، يتناقص محتوى الدكسترين، ويزيد الجلوكوز، ويزداد تركيز المالتوز، وثلاثي ورباعي السكر أولاً، ثم تنخفض كميتهم (الشكل 11). المنتج النهائي للتحلل المائي هو الجلوكوز. في المراحل المتوسطة، يتم تشكيل الدكسترين، ثلاثي ورباعي السكر، والمالتوز. تتوافق قيمة معينة من مكافئ الجلوكوز مع نسبة معينة من هذه المنتجات، ومن خلال تغيير مدة التحلل المائي وشروط تنفيذه، من الممكن الحصول على نسب مختلفة من منتجات التحلل المائي الفردية بقيمة معينة من مكافئ الجلوكوز.

أرز. 11. التغير في محتوى السكر أثناء التحلل المائي الحمضي للنشا

التحلل المائي الحمضي لفترة طويلةكان العامل الرئيسي في الحصول على الجلوكوز من النشا. تحتوي هذه الطريقة على عدد من العيوب المهمة، والتي ترتبط باستخدام تركيزات عالية من الأحماض ودرجات الحرارة المرتفعة، مما يؤدي إلى تكوين منتجات التحلل الحراري وجفاف الكربوهيدرات وتفاعلات التحلل الجليكوزيل.

2. يتم تحلل النشا أيضًا تحت تأثير إنزيمات الأميلوليك. تشتمل مجموعة الإنزيمات المحللة للأميلوز على a- وb-amylase، وglucoamylase وبعض الإنزيمات الأخرى. الأميليز هي من نوعين: إندو-و إكسواميلاز.

أعرب بوضوح إندواميليزيكون الأميليز، قادرة على كسر الروابط داخل الجزيئات في سلاسل البوليمر عالية من الركيزة. جلوكواميلازوب- الأميليزنكون إكسواميلاز، أي. الإنزيمات التي تهاجم الركيزة من النهاية غير المختزلة.

الأميليز، الذي يعمل على حبوب النشا بأكملها، يهاجمها، ويخفف السطح ويشكل قنوات وأخاديد، أي كما لو كان يقسم الحبوب إلى قطع (الشكل 12). يتم تحلل النشا الجيلاتيني بواسطته لتكوين منتجات غير ملطخة باليود - بشكل رئيسي الدكسترينات منخفضة الجزيئات. عملية التحلل المائي للنشا متعددة المراحل. نتيجة لعمل الأميليز، في المراحل الأولى من العملية، تتراكم الدكسترينات في التحلل المائي، ثم تظهر رباعي وتريمالتوز، غير الملطخة باليود، والتي تتحلل ببطء شديد بواسطة الأميليز إلى ثنائي والسكريات الأحادية.

أرز. 12. التحلل المائي للنشا بواسطة الأميليز

يمكن تمثيل مخطط التحلل المائي للنشا (الجليكوجين) بواسطة الأميليز على النحو التالي:

b-Amylase هو exoamylase يُظهر تقاربًا للرابط قبل الأخير a-(1,4) من الطرف غير المختزل للمنطقة الخطية من الأميلوز أو الأميلوبكتين (الشكل 13). على عكس الأميليز، فإن الأميليز b لا يقوم عمليًا بتحلل النشا الأصلي؛ يتم تحلل النشا الجيلاتيني إلى المالتوز في التكوين ب. يمكن كتابة المخطط على النحو التالي:

يوجد التحلل المائي الأنزيمي للنشا في العديد من التقنيات الغذائية كأحد العمليات الضرورية لضمان الجودة المنتج النهائي- في المخابز (عملية تحضير العجين وخبز الخبز)، وإنتاج البيرة (إنتاج نبتة البيرة، وتجفيف الشعير)، والكفاس (إنتاج الخبز المخمر)، والكحول (تحضير المواد الخام للتخمير)، ومنتجات النشا السكرية المختلفة (الجلوكوز، دبس السكر، شراب السكر).

3. تتضمن الطريقة الحمضية الأنزيمية للتحلل المائي المعالجة الأوليةحمض، ثم عن طريق عمل الإنزيمات أ-، ب- و (أو) الجلوكواميلاز. إن استخدام هذه الطريقة المدمجة للتحلل المائي للنشا يفتح إمكانيات واسعة للحصول على شراب بتركيبة معينة.

التحلل المائي للسكروز.وبما أن السكروز يستخدم كمادة خام في العديد من الصناعات، فمن الضروري أن نأخذ في الاعتبار قدرته الاستثنائية على التحلل المائي. قد يحدث هذا عند تسخينه في وجود كميات صغيرة من الأحماض الغذائية. يمكن أن تشارك السكريات المختزلة الناتجة (الجلوكوز والفركتوز) في تفاعلات الجفاف والكراميل وتكوين الميلانويد وتشكيل المواد الملونة والعطرية. في بعض الحالات قد لا يكون هذا مرغوبا فيه.

يلعب التحلل المائي الأنزيمي للسكروز تحت تأثير ب-فركتوفورانوسيديز (سوكريز، إنفرتيز) دورًا دور إيجابيفي عدد من التقنيات الغذائية. عمل ب-فركتوفورانوسيديز على السكروز ينتج الجلوكوز والفركتوز. بفضل هذا في حلويات(على وجه الخصوص، في حلويات الفوندان) فإن إضافة ب-فركتوفورانوسيديز يمنع ثبات الحلويات، وفي المخبوزات، فهو يساعد على تحسين الرائحة. يحدث انقلاب السكروز بفعل ب-فركتوفيورانوزيداز في المرحلة الأولى من إنتاج نبيذ العنب. يتم استخدام الشراب المقلوب الذي يتم الحصول عليه عن طريق عمل ب-فركتوفورانوسيديز على السكروز في إنتاج المشروبات الغازية.

التحلل المائي الأنزيمي للسكريات غير النشوية.يحدث هذا التحلل المائي تحت تأثير إنزيمات المركب المحلل للسيلوليت والهيميسيلولاز والمركب المحلل للبكتيريا. تستخدم في تكنولوجيا الأغذية لمعالجة المواد الخام بشكل كامل وتحسين جودة المنتج. على سبيل المثال، يعد التحلل المائي للسكريات غير النشوية (البنتوسانات، وما إلى ذلك) أثناء التخمير مهمًا لاحقًا لتكوين المنتجات الملونة والعطرية (أثناء تجفيف الشعير وإنشاء خصائص حسية معينة للبيرة). في إنتاج العصير وصناعة النبيذ - للتوضيح وزيادة إنتاج العصير وتحسين ظروف الترشيح.

يحدث التحلل المائي للسليلوز تحت تأثير مجموعة من الإنزيمات المحللة للسليلوز. بواسطة الأفكار الحديثةيمكن تمثيل التحلل المائي للسليلوز تحت تأثير إنزيمات مركب التحلل السليلوز على النحو التالي:

تفاعلات الجفاف والتحلل الحراري للكربوهيدرات. عند تحويل المواد الخام الغذائية إلى منتجات غذائية، تحتل هذه التفاعلات مكانًا مهمًا. ويتم تحفيزها بواسطة الأحماض والقلويات، والعديد منها يتبع النوع b-elimination. البنتوز، باعتباره المنتج الرئيسي للجفاف، يعطي فورفورال، سداسي - أوكسي ميثيل فورفورالوغيرها من المنتجات مثل 2-هيدروكسي أسيتيل فوران, ايزومالتولو مالتول. يؤدي تجزئة سلاسل الكربون لمنتجات الجفاف هذه إلى التكوين أحماض الفورميك واللاكتيك والأسيتيكوعدد من المركبات الأخرى. بعض المنتجات الناتجة لها رائحة معينة وبالتالي يمكن أن تضفي رائحة مرغوبة أو غير مرغوب فيها على المنتج الغذائي. تتطلب هذه التفاعلات درجات حرارة عالية.

يمكن تقسيم التفاعلات التي تحدث أثناء المعالجة الحرارية للسكريات إلى تلك التي تحدث دون كسر روابط CC وتلك التي تحدث مع كسرها. الأول يشمل تفاعلات الأنمرة:

والتحويل الداخلي بين الألدوز والكيتوز، على سبيل المثال:

في الكربوهيدرات المعقدة، مثل النشا، في ظل ظروف التدفئة القاسية - الانحلال الحراري في درجة حرارة عالية(200 درجة مئوية) - تحتل تفاعلات التحلل الجليكوزيل مكانًا مهمًا. في ظل هذه الظروف، يتناقص عدد الروابط (1,4)-a-b بمرور الوقت، ويتم تشكيل الروابط (l,6)-a-D وحتى (1,2)-b-D.

عند الحصول على الجلوكوز عن طريق التحلل المائي الحمضي للنشا، والذي يتم عادة بدرجة عالية البيئة الحمضيةفي درجات حرارة عالية، يمكن أن تشكل إيزومالتوزو داء الجينتوبيا. إن حدوث مثل هذه التفاعلات هو سمة سلبية للطريقة الحمضية لإنتاج الجلوكوز.

المعالجة الحرارية لبعض الأطعمة يمكن أن تنتج كميات كبيرة من السكر اللامائي، خاصة عند معالجة الأطعمة الجافة التي تحتوي على D- الجلوكوز أو البوليمرات القائمة على D- الجلوكوز.

التفاعلات التي تنطوي على انقسام روابط CC تؤدي إلى التكوين الأحماض المتطايرة، الكيتونات، ثنائي الكيتونات، الفوران، الكحولات، العطريات، أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون.

ردود الفعل لتشكيل المنتجات البنية. يمكن أن يحدث تحمير الأطعمة نتيجة للتفاعلات المؤكسدة أو غير المؤكسدة. سواد مؤكسد أو إنزيميهو تفاعل بين الركيزة الفينولية والأكسجين المحفز بواسطة إنزيم بوليفينول أوكسيديز. هذا اللون الداكن، الذي يحدث على قطع التفاح والموز والكمثرى، لا يرتبط بالكربوهيدرات.

سواد غير مؤكسد أو غير إنزيميممثلة على نطاق واسع جدا في المنتجات الغذائية. ويرتبط بتفاعلات الكربوهيدرات ويتضمن الظاهرة الكراميلو تفاعل الكربوهيدرات مع البروتينات أو الأمينات. ويعرف هذا الأخير باسم رد فعل ميلارد.

الكراميل.التسخين المباشر للكربوهيدرات، وخاصة السكريات وشراب السكر، يعزز مجموعة من التفاعلات تسمى الكراميل. يتم تحفيز التفاعلات بتركيزات صغيرة من الأحماض والقلويات وبعض الأملاح. ينتج عن ذلك منتجات بنية ذات رائحة الكراميل النموذجية. من خلال ضبط الظروف، من الممكن توجيه التفاعل بشكل رئيسي نحو إنتاج الرائحة أو نحو تكوين المنتجات الملونة. يؤدي التسخين المعتدل (الأولي) لمحاليل السكر إلى تغيرات شاذة، وتمزق الروابط الجليكوسيدية، وتكوين روابط جليكوسيدية جديدة. لكن التفاعلات الرئيسية هي تفاعل الجفاف مع تكوين حلقات لا مائية. نتيجة ل، ثنائي هيدروفيورانونات، سيكلوبنتانولونات، سيكلو هكسانولونات، بيروناتإلخ. تمتص الروابط المزدوجة المترافقة الضوء من أطوال موجية معينة، مما يعطي المنتجات اللون البني. في كثير من الأحيان في الأنظمة الحلقية غير المشبعة، يمكن أن يحدث التكثيف في أنظمة حلقات البوليمر. عادة، يتم استخدام السكروز لإنتاج لون ونكهة الكراميل. عن طريق تسخين محلول السكروز في وجود حامض الكبريتيك أو أملاح حمضيةالأمونيوم، ويتم الحصول على البوليمرات الملونة بشكل مكثف " لون السكر"للاستخدام في المنتجات الغذائية المختلفة - في إنتاج المشروبات والكراميل وغيرها. ويزداد ثبات هذه البوليمرات وقابليتها للذوبان في وجود أيونات HSO 3:

تحتوي أصباغ الكراميل على مجموعات مختلفة - الهيدروكسيل، الحمضية، الكربونيل، إينول، الفينوليةإلخ. يزداد معدل تفاعل تكوين أصباغ الكراميل مع زيادة درجة الحرارة ودرجة الحموضة. في حالة عدم وجود أملاح عازلة، يمكن أن يتكون مركب البوليمر هومينذو طعم مر (متوسط ​​الصيغة C 125 H 188 O 90)؛ عند إنتاج المنتجات الغذائية يجب مراعاة ذلك ومنع تكونه.

تؤدي مجموعة التفاعلات التي تحدث أثناء الكراميل إلى تكوين أنظمة حلقات مختلفة ذات طعم ورائحة فريدة من نوعها. وبالتالي، فإن المالتول والإيزومالتول لهما رائحة الخبز المخبوز، و2-H-4-hydroxy-5-methylfuranone-3 له رائحة لحم مقلي. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع هذه المنتجات بمذاق حلو، وهو ما يحدد أيضًا دورها الإيجابي في المنتجات الغذائية.

تفاعل ميلارد (تكوين الميلانويد).تفاعل ميلارد هو المرحلة الأولى من تفاعل الاسمرار غير الأنزيمي في الأطعمة. لكي يحدث التفاعل، يلزم وجود سكر مختزل ومركب أميني (الأحماض الأمينية والبروتينات) وبعض الماء.

أرز. 13. تمثيل تخطيطي للتحولات أثناء تغميق المنتجات الغذائية

جميع العمليات التي تحدث أثناء تغميق المنتجات الغذائية (الشكل 13) لم يتم تحديدها بدقة كافية بعد، ولكن تمت دراسة المراحل الأولية بتفصيل كبير. لقد ثبت أنه بالإضافة إلى تفاعل ميلارد، يحدث الجفاف مع تكوين هيدروكسي ميثيل فورفورال، وانقسام السلسلة، وتكوين مركبات الديكاربونيل، وتكوين أصباغ الميلانويدين، والتي تتشكل في المراحل النهائية ولها لون من الأحمر- البني إلى البني الداكن. إذا كان من الممكن في المراحل الأولى إزالة اللون من خلال إضافة عوامل اختزال (على سبيل المثال، الكبريتيت)، فإن هذا لم يعد ممكنًا في المرحلة النهائية.

إذا كان تكوين أصباغ بنية في المنتجات الغذائية غير مرغوب فيه، فقد يتم تثبيط التفاعلات، على سبيل المثال، عن طريق تقليل الرطوبة بشكل كبير (للمنتجات الجافة)، وتقليل تركيز السكر (التخفيف)، ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة (للمنتجات السائلة). يمكنك إزالة أحد مكونات الركيزة (عادةً السكر). على سبيل المثال، عند الاستلام مسحوق البيضلمنع ظهور الرائحة، يتم إضافة أوكسيديز الجلوكوز قبل التجفيف، مما يؤدي إلى تدمير D- الجلوكوز وتكوين حمض D- الجلوكونيك:

بالإضافة إلى إزالة السكر، فإن بيروكسيد الهيدروجين الذي يتكون خلال هذه العملية التكنولوجية وزيادة درجة الحرارة يؤدي إلى انخفاض التلوث البكتيري (انظر الجدول 3.8). لمنع تحمير الأسماك التي تحتوي على كميات كبيرةتتم إضافة الريبوز بواسطة البكتيريا ذات نشاط أوكسيديز D- الريبوز.

يقوم أكسيد الكبريت (SO 2 ) ومشتقاته بقمع تفاعل الاسمرار في الأطعمة، ولكن استخدامها محدود بسبب احتمال تكوين مكونات سامة بشكل معتدل في الأطعمة المكبرتة. ويستمر البحث عن مثبطات أخرى ولكن البدائل وجدت حتى الآن ( السيانيد، ديميدون، هيدروكسيلامين، الهيدرازين، المركابتان، البروم) غير مقبولة بسبب السمية. ومع ذلك، فإن هذا المسار المضاد للتسمير لا يحمي المنتجات من فقدان الأحماض الأمينية (على سبيل المثال، ليسين)، لأن التفاعل مع أيونات الكبريتيت يحدث في المراحل الأخيرة من تكوين الميلانويدين.

الأكسدة إلى أحماض الألدونيك وثنائي الكربوكسيل واليورونيك. تعتبر قدرة الألدوس على الأكسدة مهمة أيضًا بالنسبة للمنتجات الغذائية. في ظل ظروف معينة، من الممكن الأكسدة إلى أحماض الألدونيك، حيث يتأكسد الشكل b بشكل أسرع من الشكل a. منتج الأكسدة هو ب-لاكتون، والذي يكون في حالة توازن مع ج-لاكتون والشكل الحر لحمض الألدونيك (الشكل 14). يسود الشكل الأخير عند الرقم الهيدروجيني 3.

الشكل 14. أكسدة D- الجلوكوز

قد يتواجد الجلوكونو-ب-لاكتون في الأطعمة في البيئات الحمضية الخفيفة عندما رد بطيءعلى سبيل المثال، عند الحصول على بعض منتجات الألبان. عند تعرضها لعوامل مؤكسدة أقوى (على سبيل المثال، حمض النيتريك)، يتم تشكيل الأحماض ثنائية الكربوكسيل.

الأكسدة إلى أحماض اليورونيك ممكنة فقط مع حماية مجموعة الكربونيل (الشكل 15).

أرز. 15. أكسدة D-galactose إلى حمض D-galacturonic

تظهر إحدى الطرق الصناعية لإنتاج حمض الغلوكورونيك - الأكسدة أثناء التحلل المائي للنشا - في الشكل. 16.

أرز. 16. إحدى الطرق الصناعية لإنتاج حمض الجلوكورونيك

أحماض اليورونيك شائعة في الطبيعة. البعض منهم مركبات اساسيهالسكريات الهامة في العمليات الغذائية مثل الجيل والسماكة البكتين(حمض د-جالاكتورونيك)، حمض الألجنيك من الأعشاب البحرية (حمض د-مانورونيك، وحمض أ-جولورونيك).

الأكسدة المحفزة بالإنزيم.هنا، أولا وقبل كل شيء، ينبغي أن يقال عن أكسدة الجلوكوز تحت تأثير أوكسيديز الجلوكوز.

من وجهة نظر التطبيق في تكنولوجيا الأغذية، يعد نظام الجلوكوز أوكسيديز - الكاتالاز موضع اهتمام.

يتميز أوكسيديز الجلوكوز بخصوصية استثنائية للجلوكوز. يظهر عملها في الرسم البياني الموضح في الشكل. 17.

أرز. 17. عمل أوكسيديز الجلوكوز

رد الفعل هذا هو طريقة فعالةإزالة الأكسجين من المشروبات (العصائر والبيرة)، حيث يشارك الأكسجين في تكوين البيروكسيدات والمواد التي تؤدي إلى تغيرات في لون ورائحة المنتجات. استخدام أوكسيديز الجلوكوز يجعل من الممكن تثبيط تفاعل ميلارد.

عمليات التخمير. التخمير- عملية (تتضمن الكربوهيدرات) تستخدم في عدد من التقنيات الغذائية: أثناء تحضير العجين في إنتاج الخبز وفي إنتاج البيرة والكفاس والكحول والنبيذ وغيرها من المنتجات.

يحدث التخمر الكحولي بسبب نشاط عدد من الكائنات الحية الدقيقة. الكائنات الحية الأكثر شيوعًا للتخمر الكحولي هي الخمائر من جنس Saccharomyces. يمكن التعبير عن التخمر الكحولي الكلي بالمعادلة التالية:

هذه المعادلة الموجزة لا تعكس حقيقة أنه عادة، بالإضافة إلى المنتجات الرئيسية للتخمر - الكحول الإيثيلي وثاني أكسيد الكربون، تتشكل دائمًا بعض المواد الأخرى بكميات صغيرة، على سبيل المثال، السكسينيك، حمض الليمون، بالإضافة إلى خليط من الأميل والإيزو أميل والبوتيل والكحوليات الأخرى وحمض الأسيتيك والديكتونات والأسيتالديهيد والجلسرين وعدد من المركبات الأخرى، التي يحدد وجود كميات دقيقة منها الرائحة المحددة للنبيذ والبيرة والمشروبات الكحولية الأخرى .

يتم تخمير السكريات المختلفة بواسطة الخميرة بسرعات مختلفة. يتم تخمير الجلوكوز والفركتوز بسهولة وأبطأ - مانوز، حتى أبطأ - الجلاكتوز; لا يتم تخمير البنتوس بواسطة الخميرة. من السكريات الثنائية، هناك ركائز جيدة للتخمر الكحولي السكروزو المالتوز. ومع ذلك، يتم تخمير كلا السكريات فقط بعد التحلل المائي الأولي إلى السكريات الأحادية المكونة لهما بواسطة إنزيمات الجليكوسيداز.

في وجود الأكسجين يتوقف التخمر الكحولي وتتلقى الخميرة الطاقة اللازمة لنموها ونشاطها الحيوي من خلال تنفس الأكسجين. في الوقت نفسه، تنفق الخميرة السكر بشكل اقتصادي أكثر بكثير مما كانت عليه في الظروف اللاهوائية. ويسمى توقف التخمر تحت تأثير الأكسجين " تأثير باستور».

نوع آخر من التخمر مهم لتكنولوجيا الأغذية وهو تخمير حمض اللاكتيك، حيث يتم تكوين جزيئين من جزيء سداسي واحد حمض اللاكتيك:

C 6 H 12 O 6 = 2CH 3 -CHON-COOH

يلعب تخمر حمض اللاكتيك دورًا مهمًا جدًا في إنتاج منتجات حمض اللاكتيك ( الحليب الرائب، اسيدوفيلوس، الكفير، الكوميس) ، في إنتاج الكفاس والمقبلات و " خميرة سائلة"للخبز، ولتخليل الكرنب، والخيار، ولتغذية العلف.

تنقسم جميع الكائنات الحية الدقيقة التي تسبب تخمر حمض اللاكتيك إلى مجموعتين كبيرتين. تتضمن المجموعة الأولى الكائنات الحية الدقيقة الصحيحة اللاهوائيةوتخمير السداسيات بما يتوافق تمامًا مع المعادلة الموجزة أعلاه لتخمر حمض اللاكتيك. يطلق عليهم بكتيريا حمض اللاكتيك التخميرية. يتم تشكيل المجموعة الثانية بكتيريا حمض اللاكتيك غير المتجانسةوالتي، بالإضافة إلى حمض اللاكتيك، تشكل كميات كبيرة من المنتجات الأخرى، على وجه الخصوص، حمض الاسيتيكوالكحول الإيثيلي.