الحبوب هي المادة الخام الرئيسية لإنتاج الكحول ونواتج التقطير. بادئ ذي بدء ، هذه الشعير والشوفان والأرز والذرة والقمح ، إلخ. يتم استخدامها لعدة أسباب:

• تكلفة منخفضة نسبيًا
• لمحة حسية ممتعة للمنتج الناتج
• انتاج عاليكحول

الهريس التقليدي مصنوع من السكر والخميرة. الخميرة ضرورية لتكسير السكر ، مما ينتج عنه الكحول. ومع ذلك ، لا يوجد سكر على هذا النحو في الحبوب ، ولكن هناك الكثير من النشا. للحصول على الحبوب المهروسة ، يجب تكسير النشا بواسطة الإنزيمات. هذه مواد بروتينية تمكّن أو تسرع تفاعلات كيميائيةمطلوب لتشكيل الكحول. توجد الإنزيمات في الحبوب المنبتة (الشعير) وتباع كمستحضرات في شكلها النقي.

لذلك ، هناك ثلاث طرق لعمل هريس الحبوب:

1. استخدم الشعير لتكسير النشا في الحبوب. حتى تتمكن من تكسير ما يصل إلى 40٪ من فاتورة الحبوب غير المملحة.
2. تنبت الحبوب حتى تتراكم الإنزيمات فيها بشكل طبيعي. وهذا هو ، لجعل الشعير.
3. استخدم الإنزيم في شكل مواد خام محضرة وغير مملوءة.

الطريقة الثانية أرخص وتتيح لك الحصول على النتيجة بشكل أسرع.

بنية الحبوب

لفهم كيفية معالجة الحبوب بالضبط أثناء الهرس ، من الضروري فهم هيكلها. تأمل في مثال الشعير.

التركيب الداخلي لحبوب الشعير

1-جذع جنين ، 2-ورقات جنين ، 3-جذر جنين ، 4-scutellum ، 5-طبقة من الظهارة ، 6-السويداء ، 7-خلايا مستهلكة فارغة ، 8-aleuron layer ، 9-بذرات معطف ، 10-معطف فواكه ، 11 - قشر القشر

حبوب الشعيرهو caryopsis ، يتكون غلافه من عدة طبقات من الخلايا.

اصدافمجتمعة في قشر (أو زهرة) - الغلاف الخارجيوالفاكهة (أو القشرة) والبذور (أو العجين).

قذيفة القشرفي معظم الشعير ينمو مع الحبوب. قشرة القشر متينة للغاية ، فهي التي تحمي الحبوب من التلف الميكانيكي. يتكون بشكل أساسي من السليلوز وكمية صغيرة من حمض السيليك والدهون ومركبات البوليفينول.

تحت قذيفة القشر تنصهر معاطف الفاكهة والبذور. طبقة البذرة شبه منفذة ، وتمرر الماء جيدًا ، لكنها تحتفظ بالمواد الذائبة في الماء. تسمح خاصية طبقة البذرة هذه بمعالجة الحبوب بالماء بمختلف أنواعها مواد كيميائيةالتي لا تخترق الحبوب ولا تضر الجراثيم.

السويداء(الجسم المسحوق) مغطى بطبقة aleurone. يتكون من العديد من الخلايا الغنية بالبروتينات. في إنبات الشعير ، طبقة aleurone هي موقع إنتاج الإنزيم.

المكونات الرئيسية للجدران الخلوية لطبقة الألورون هي عديد السكاريد غير النشوي - البنتوزان (70٪) وبيتا جلوكان (30٪).

يحتل الجسم الدقيقي (السويداء) كامل الجسم الجزء الداخليالحبوب ، تتكون من حبوب النشا حجم مختلف. حوالي 98٪ من المادة الجافة للحبوب هي النشا.

التركيب الكيميائي

تحتوي المواد البروتينية في الشعير في المتوسط ​​على 10.5-11٪.

يحتوي البروتين الموجود في الشعير على:

1. طبقة aleurone - على شكل بروتين إنزيمي (الألبومين والجلوبيولين) ؛
2. على الخارجالسويداء - بروتين احتياطي (برولامين) ؛
3. السويداء - بروتين الأنسجة (الجلوتلينات).

بطريقتي الخاصة تكوين الأحماض الأمينيةبروتينات الشعير كاملة تمامًا (يتم تضمين أكثر من 20 من الأحماض الأمينية في حبوب الشعير).

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

الحبوب في إنتاج الكحول: نظرية

تحتوي حبوب الشعير على نشاط عالٍ من الإنزيمات (الأميليز والبروتياز والبيروكسيديز) ، لذلك فهي مادة جيدةلصنع الشعير.

يحدد التركيب الكيميائي الغني مسبقًا استخدام الحبوب كمادة وسيطة لإنتاج الكحول. هذه المواد هي مكونات غذائية للخميرة ، وبالتالي فإن التخمير في هذه البيئة سيكون أفضل بكثير وسيكون للمنتج النهائي نكهة ممتازة.

الكربوهيدرات هي المصدر الرئيسي للكحول أثناء التخمير. في الحبوب ، يتم تمثيلهم بالنشا. تقوم الخميرة بتحويل أحادي وثنائي السكاريد وبعض الدكسترينات إلى كحول. النشا عبارة عن عديد السكاريد يتكون من الأميلوز والأميلوبكتين. تعالج الخميرة النشا فقط إذا تم تقسيم الجزيء إلى كربوهيدرات بسيطة (أحادية وثنائية السكاريد). هذه العملية تتطلب إنزيمات.

درجة حرارة جلتنة النشا - درجة الحرارة التي يحدث عندها تورم وتدمير بنية حبيبات النشا ، تسمح هذه العملية للإنزيمات بإكمال تسكر النشا.

وفقًا لذلك ، إذا كانت درجة حرارة الجلتنة أعلى من درجة حرارة عمل الإنزيم ، فسيتم تنفيذ ديكوتيون أولاً (يتم تسخين الهريس إلى 90-100 درجة) لتضخم وتدمير بنية حبيبات النشا ، ثم يتم تبريدها إلى العمل يضاف درجة الحرارة والانزيم.

ما هو الانزيم

الإنزيمات هي محفزات بيولوجية ذات طبيعة بروتينية يمكنها تنشيط تفاعلات كيميائية مختلفة في كائن حي.

ببساطة ، هذه جزيئات بروتينية تسرع التفاعلات الكيميائية إذا تم وضعها في ظروفها المناسبة (درجة الحرارة ودرجة الحموضة). لكل إنزيم ، هذه الشروط فردية.

حسب خصوصية التأثيرإلى العديد من بوليمرات الحبوب ذات الوزن الجزيئي العالي ، يمكن تقسيم مستحضرات الإنزيم إلى 3 مجموعات.

1. تأثير amylolytic - تعزيز التحلل المائي للنشا. وتشمل هذه إنزيمات التسييل ، والتكسير ، والسكريات.
2. العمل التحلل للبروتين - تدمير (تحلل) جزيئات البروتين.
3. تأثير التحلل الخلوي - تحلل السكريات غير النشوية بالماء ، مثل السليلوز.

1. أصل أصلي - تتشكل في الحبوب أثناء الإنبات ؛
2. أصل جرثومي - تم الحصول عليه بمساعدة فطريات العفن ؛
3. أصل بكتيري - مستزرع بالبكتيريا

تنقسم الإنزيمات أيضًا إلى سائلة وجافة.

إذا تم استخدام الإنزيمات الميكروبية والبكتيرية ، فلا داعي لتخمير الحبوب. بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع هذه الإنزيمات بنطاق درجة حرارة أوسع للعمل مقارنةً بالأنزيمات الأصلية.

هناك طريقتان لمعالجة المحاصيل لتكسير النشا إلى سكريات:

1. يهرس مع الإنزيمات الأصلية الموجودة في الحبوب المنبثقة. هذه العملية هي تقنية كلاسيكية لإنتاج الازدحام. لكنها شاقة للغاية ، بما في ذلك إنبات الحبوب ، والإفراط في حدود درجة الحرارة أثناء الهرس ، والحبوب النابتة هي ترتيب من حيث الحجم أعلى في السعر من الحبوب العادية.
2. يهرس بالأنزيمات المشتقة من البكتيريا. هذه الطريقةتقدمية وتكتسب المزيد والمزيد من الشعبية. ميزته الرئيسية هي الرخص النسبي وسهولة الاستخدام. تسمح الإنزيمات البكتيرية باستخدام الحبوب غير المزروعة ، مما يقلل من التكلفة النهائية المنتجات النهائيةكما يوفر الوقت والطاقة. أيضًا ، تتمتع الإنزيمات البكتيرية بنطاق درجة حرارة أوسع للعمل ، مما يسمح بتوسيع نطاق تطبيقه في العملية التكنولوجية.

الإنزيمات في متاجر دكتور جوبر

لمعالجة الحبوب في المنزل ، أولاً وقبل كل شيء ، هناك حاجة إلى إنزيمات amylolytic. لدينا منهم ممثلة بالأنزيمات التالية:

1. Amylosubtilin هو تحضير إنزيم من البكتيرية mesophilic α-amylase. يحلل روابط α-1،4-glycosidic الداخلية للنشا (أميلوز وأميلوبكتين) ومنتجات انقسامها المتسلسل ، مما يؤدي إلى انخفاض سريع في لزوجة محاليل النشا الجيلاتينية في مرحلة التسييل ، وبالتالي ضمان تحضير نقيع الشعير لتأثير الجلوكومايلاز. النشاط 1500 As / g. درجة الحرارة المثلى للعمل 30-60 درجة مئوية
2. Glukavamorin - يتم الحصول عليها عن طريق الزراعة العميقة لسلالة العفن Aspergillus awamori. تحلل روابط α-1،4 و alpha-1،6-glycosidic من النشا ، الدكسترين ، السكريات القليلة ، تشق الجلوكوز بالتتابع من نهايات السلسلة غير المختزلة. يتم استخدامه لتكسير النشا. النشاط 1500 جرام / جرام. درجة الحرارة المثلى للعمل 30-60 درجة مئوية

تقدم المستحضرات في صورة جافة في عبوات 20 جرام.

ستكون هذه الإنزيمات كافية للعمل مع الحبوب غير المزروعة.

الانزيمات في انتاج الكحول: ممارسة

التحضير أولا المحلول المائي. للقيام بذلك ، يتم إذابة المستحضر الجاف بالماء بنسبة 1:10 ، ودرجة حرارة الماء 25-30 درجة ومختلطة تمامًا ، وفي هذه الحالة يتم تخزين المستحضر لمدة لا تزيد عن 24 ساعة. بعد ذلك ، يتم حساب الكمية المطلوبة من الإنزيم.

يتم التعبير عن نشاط الإنزيم بوحدات / جم. مواد.

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

مثال على الحساب:

عند الهرس في آلة بحجم 60 لترًا بنسبة ماء 1: 3 ، نستخدم حوالي 15 كجم من الحبوب (نفترض أن الحبوب في هذه الحالة هي القمح).

تحتوي حبوب القمح ، في المتوسط ​​، من 55 إلى 65٪ نشا (بيانات الجدول). لنأخذ متوسط ​​القيمة 60٪.

هذا يعني أن 15 كجم من الحبوب تحتوي على: 15 * 0.6 = 9 كجم نشاء.

بالنظر إلى جرعة الإنزيمات ونشاطها لكل جرام من النشا:

• يحتوي 1 جرام من Amylosubtilin على 1500 Gs ، الجرعة 2-4 وحدات. (متوسط ​​3)
• 1 جرام من Glukavamorin يحتوي على 1500 وحدة ، جرعة 2-4 وحدات (متوسط ​​3)

نحتاج إلى 9000 جرام من النشا:

• 9000 * 3 = 27000 AU لتقليل اللزوجة
• 9000 * 3 = 27000 جم لتكسير النشا

ما يطابق:

• 27000/1500 = 18 جرام من أميلوسوبتيلين
• 27000/1500 = 18 جرام من الجلوكافامورين

كيس واحد من 20 جرامًا يكفي لتكسير 15 كجم من القمح.

تم إجراء حسابات للهرس عند T = 60 درجة مئوية. عند درجات حرارة أقل من 60 درجة مئوية ، من المستحسن زيادة جرعة الإنزيم بنسبة 20-30٪.

بعد حساب وتحضير المستحضر ، يضاف مع الحبوب المطحونة في الماء ويتم الهرس.

أنت في الغابة ... جذوع الأشجار السميكة والرقيقة تتجمع حولها. بالنسبة للكيميائي ، فإنهم جميعًا يتكونون من نفس المادة - الخشب ، والجزء الرئيسي منها هو المواد العضوية- الألياف (C 6 H 10 O 5) x. تشكل الألياف جدران الخلايا النباتية ، أي هيكلها الميكانيكي ؛ نقي تمامًا لدينا في ألياف الورق القطني والكتان ؛ في الأشجار ، يوجد دائمًا مع مواد أخرى ، غالبًا مع اللجنين ، نفس الشيء تقريبًا التركيب الكيميائيولكن بخصائص مختلفة. تتطابق الصيغة الأولية للألياف C 6 H 10 O 5 مع صيغة النشا ، وسكر البنجر له الصيغة C 12 H 2 2O 11. نسبة عدد ذرات الهيدروجين إلى عدد ذرات الأكسجين في هذه الصيغ هي نفسها في الماء: 2: 1. لذلك ، كانت تسمى هذه المواد وما شابهها في عام 1844 "الكربوهيدرات" ، أي المواد ، كما لو (ولكن ليس في الواقع) تتكون من الكربون والماء.

ألياف الكربوهيدرات لها وزن جزيئي كبير. جزيئاته عبارة عن سلاسل طويلة مكونة من روابط فردية. على عكس حبيبات النشا البيضاء ، تمثل الألياف خيوطًا وأليافًا قوية. هذا يرجع إلى مختلف ، راسخة الآن ، الهيكل الهيكليجزيئات النشا والألياف. الألياف النقية تسمى تقنيًا السليلوز.

في عام 1811 قدم الأكاديمي كيرشوف اكتشاف مهم. أخذ النشا العادي ، الذي تم الحصول عليه من البطاطس ، وعمل عليه بحمض الكبريتيك المخفف. تحت تأثير H 2 SO 4 حدث التحلل المائيالنشا وتحول إلى سكر:

كان رد الفعل هذا مهمًا قيمة عملية. يعتمد إنتاج النشا الأسود على ذلك.

لكن الألياف لها نفس الصيغة التجريبية مثل النشا! لذلك ، يمكن أيضًا الحصول على السكر منه.

في الواقع ، في عام 1819 ، تم أيضًا إجراء عملية تكسير السليلوز باستخدام حمض الكبريتيك المخفف لأول مرة. لهذه الأغراض ، يمكن أيضًا استخدام الأحماض المركزة ؛ حصل الكيميائي الروسي Vogel في عام 1822 على السكر من الورق العادي ، فاعمل عليه بمحلول 87٪ من H 2 SO 4.

في أواخر التاسع عشرالخامس. أصبح الحصول على السكر والكحول من الخشب موضع اهتمام المهندسين العمليين. حاليًا ، يتم الحصول على الكحول من السليلوز على نطاق المصنع. الطريقة ، المكتشفة في أنبوب الاختبار لعالم ، يتم تنفيذها في أجهزة فولاذية كبيرة لمهندس.

سنزور مصنع التحلل المائي ... يتم تحميل هاضمات ضخمة (راووق) بنشارة الخشب أو نشارة الخشب أو رقائق الخشب. هذا هو نفايات المناشر أو شركات النجارة. في السابق ، كانت هذه النفايات القيمة تُحرق أو تُلقى ببساطة في مكب النفايات. يمر محلول ضعيف (0.2-0.6٪) من حامض معدني (غالبًا كبريتي) عبر الراووق بتيار مستمر. من المستحيل الاحتفاظ بنفس الحمض في الجهاز لفترة طويلة: يتم تدمير السكر الموجود فيه ، والذي يتم الحصول عليه من الخشب ، بسهولة. في الراووق ، يكون الضغط 8-10 ضغط جوي ، ودرجة الحرارة 170-185 درجة. في ظل هذه الظروف ، يستمر التحلل المائي للسليلوز بشكل أفضل بكثير من الظروف العادية ، عندما تكون العملية صعبة للغاية. ينتج محلول يحتوي على حوالي 4٪ سكر. يصل مردود المواد السكرية أثناء التحلل المائي إلى 85٪ من الممكن نظريًا (وفقًا لمعادلة التفاعل).

أرز. 8. مخطط مرئي للحصول على الكحول المائي من الخشب.

ل الاتحاد السوفياتي، التي تضم مساحات شاسعة من الغابات وتعمل بشكل مطرد على تطوير صناعة المطاط الصناعي ، فإن الحصول على الكحول من الخشب له أهمية خاصة. في وقت مبكر من عام 1934 ، قرر المؤتمر السابع عشر للحزب الشيوعي البلشفي لعموم الاتحاد تطوير إنتاج الكحول من نشارة الخشب ونفايات صناعة الورق بكل طريقة ممكنة. بدأت مصانع التحلل المائي السوفيتي الأولى العمل بانتظام في عام 1938. خلال سنوات الخطتين الخمسية الثانية والثالثة ، قمنا ببناء وإطلاق مصانع لإنتاج الكحول المائي - كحول الخشب. يتم الآن معالجة هذا الكحول بشكل متزايد إلى مطاط صناعي بكميات كبيرة. هذا كحول من مواد خام غير غذائية. كل مليون لتر من التحلل المائي الكحول الإيثيلييوفر للطعام حوالي 3 آلاف طن من الخبز أو 10 آلاف طن من البطاطس وبالتالي حوالي 600 هكتار من المساحة المزروعة. للحصول على هذه الكمية من الكحول المتحلل بالماء ، هناك حاجة إلى 10000 طن من نشارة الخشب بنسبة 45 في المائة من الرطوبة ، والتي يمكن أن تنتج منشرة واحدة ذات إنتاجية متوسطة في السنة.

الإيثانول (الكحول الإيثيلي) C2H 5 OH هو سائل صافٍ عديم اللون له رائحة احتراق ورائحة مميزة بكثافة نسبية 0.79067. نقطة غليان الإيثانول عند ضغط عادي 78.35 درجة مئوية ، نقطة الوميض 12 درجة مئوية ، نقطة التجمد - 117 درجة مئوية. الإيثانول النقي كيميائيًا له تفاعل محايد ؛ يحتوي الكحول المعدل على كمية صغيرة الأحماض الكربوكسيلية، لذلك يكون التفاعل حمضيًا قليلاً. الإيثانول رطب جدا. يمتص الماء بجشع من الهواء والأنسجة النباتية والحيوانية ، مما يؤدي إلى تدميرها.

يعتبر الكحول سامًا للإنسان والحيوان وكذلك الكائنات الحية الدقيقة. أبخرة الكحول ضارة أيضًا. أقصى تركيز مسموح به للأبخرة في الهواء هو 1000 مجم / سم 3. للكحول خصائص متفجرة. حدود التركيز المتفجر لأبخرة الكحول هي 2.8 - 13.7٪ من حجم الهواء. يتم إنتاج الإيثانول من المواد الغذائية الخام على شكل كحول خام بقوة لا تقل عن 88 حجمًا٪ وكحول مصحح بقوة 96.0-96.5 حجم٪ على شكل كحول مصحح من الدرجة الأولى ، أعلى درجة تنقية ، "إكسترا" و "لوكس" ، أساس ، ألفا.

يتكون إنتاج الكحول من المواد الخام المحتوية على النشا من المراحل التكنولوجية الرئيسية التالية: تحضير المواد الخام للمعالجة ؛ المعالجة الحرارية المائية (الطبخ) للحبوب والبطاطس ؛ تسكر الكتلة المسلوقة. زراعة الخميرة الصناعية تخمير نبتة السكر واستخراج الكحول من الهريس وتنقيته.

4.1 تحضير البطاطس والحبوب للمعالجة

يتكون تحضير البطاطس والحبوب للمعالجة من تسليم المواد الخام إلى المصنع ، وفصل الشوائب ، وطحن وتحضير الدُفعة.

يتم نقل البطاطس من حقل الكتف عن طريق البر إلى حاويات احتياطية ، حيث يتم تغذيتها في الإنتاج بواسطة ناقل هيدروليكي. يتم فصل الشوائب الخفيفة والخشنة والثقيلة من البطاطس

مصائد الخردة والحجر. تستخدم غسالات البطاطس لغسل وإزالة الشوائب المتبقية.

يتم تنظيف الحبوب المستخدمة في الغليان في غربال الهواء والفواصل المغناطيسية.

باستخدام طريقة دورية للمعالجة الحرارية للمياه ، تُسلق البطاطس والحبوب ككل ، مع مخططات مستمرة ، يتم سحق المواد الخام مسبقًا. تؤثر درجة التكسير على درجة حرارة الغليان ومدته. عند طحن البطاطس على غربال بقطر ثقب 3 مم ، يجب ألا يكون هناك أي بقايا ، وعند طحن الحبوب ، يجب ألا تتجاوز البقايا على هذا المنخل 0.1-0.3٪. يجب أن يكون مرور الطحن من خلال غربال بفتحات بقطر 1 مم 60-90٪.

يتكون تحضير الدُفعة من خلط المواد الخام المكسرة بالماء وتسخينها إلى درجة حرارة معينة. يضاف 280-300٪ ماء إلى الحبوب المسحوقة ، ويضاف 15-20٪ ماء بوزن المادة الخام إلى عصيدة البطاطس. يجب أن يكون تركيز المواد الصلبة في نقيع الشعير 16-18٪.

4.2 المعالجة الحرارية للمياه للحبوب والبطاطس

تتمثل المهمة الرئيسية للمعالجة الحرارية للمياه في تحضير المواد الخام لتسكير النشا باستخدام إنزيمات الشعير الأميلوليتي أو مستحضرات إنزيمية من أصل جرثومي. يحدث التكسير بشكل كامل وسريع عندما يكون النشا متاحًا لعملها (غير محمي بجدران الخلية) ، جيلاتين ومذاب ، والذي يمكن تحقيقه عن طريق المعالجة الحرارية للمواد الخام الكاملة عند ضغط مرتفع ، أو كما تسمى هذه العملية بشكل شائع في إنتاج الكحول والغليان. طحن ميكانيكي فائق الدقة للمواد الخام على آلات خاصة ؛ الطحن الميكانيكي للمواد الخام إلى حجم جزيئي معين ، يليه الغليان تحت الضغط (طريقة مجمعة).

يتم معالجة المواد الخام المحتوية على نشا كامل في الغلاية بالبخار المشبع تحت ضغط زائد يصل إلى 0.5 ميجا باسكال (درجة الحرارة 158.1 درجة مئوية). في ظل هذه الظروف ، يذوب النشا ، وتلين الجدران الخلوية للمادة الخام وتذوب جزئيًا ، وأثناء النفخ اللاحق للمادة الخام في فاصل البخار (الحامل) ، يتم تدمير الهيكل الخلوي بسبب انخفاض الضغط ، وعمل الطحن من الشبكة في صندوق النفخ الخاص بآلة التحضير ، بالإضافة إلى التأثيرات الميكانيكية الأخرى على مسار الحركة السريعة للكتل المسلوقة من جهاز إلى آخر. في عملية الغليان ، يتم تعقيم المواد الخام في وقت واحد ، وهو أمر مهم لعمليات التكسير والتخمير.

عند طحن المواد الخام إلى حجم جزيئي أصغر من حبيبات النشا ، يتم تدمير البنية الخلوية للمواد الخام وحبوب النشا نفسها ، ونتيجة لذلك تذوب في الماء عند درجة حرارة 60-80 درجة مئوية ويتم تكسيرها بواسطة إنزيمات amylolytic من الشعير وزراعة الكائنات الحية الدقيقة. لم يتم استخدام طريقة الطحن فائقة الدقة حتى الآن بسبب الاستهلاك العالي للكهرباء وقلة المعرفة بقضية تعقيم المواد الخام.

يتم استخدام الطريقة المدمجة على نطاق واسع ، والتي بموجبها يتم سحق المواد الخام أولاً إلى جزيئات متوسطة الحجم (1-1.5 مم) ، ثم غليها. في هذه الحالة ، تكون درجة حرارة ومدة الغليان أقل مما في حالة المعالجة الحرارية للمواد الخام الكاملة. إن نفخ الكتلة المغلية من المواد الخام المكسرة مع انخفاض الضغط يساهم في زيادة تشتت المواد الخام. تعتبر طريقة المعالجة الحرارية هذه ، جنبًا إلى جنب مع استمرار العمليات ، هي الأكثر تقدمًا. مع تكاليف الطاقة المنخفضة نسبيًا لطحن المواد الخام ، والحرارة للغليان ، وبسبب "ليونة" وضع الطهي ، الذي يضمن الحد الأدنى من فقدان المواد القابلة للتخمير ، تتيح لك الطريقة تحضير المواد الخام جيدًا للتسكير.

عند سلق البطاطس والحبوب ، تحدث تغيرات هيكلية وميكانيكية كبيرة في المواد الخام وتحولات كيميائية للمواد التي يتكون منها تركيبها.

التحلل الأنزيمي للنشا

تتمثل العملية الرئيسية في معالجة المواد الخام المحتوية على النشا في صناعات التخمير في التحلل المائي للنشا بواسطة إنزيمات انحلال الأميل في مستحضرات الشعير والإنزيم. يتكون جزء الكربوهيدرات من النشا من عديدين: أميلوز وأميلوبكتين.

يتم بناء الأميلوز والأميلوبكتين من مخلفات الجلوكوز C 6 H 10 O 5. يبلغ وزن الأميلوز الجزيئي 3 · 10 5 - 1 · 10 6 ، ويصل الوزن الجزيئي للأميلوبكتين إلى مئات الملايين. يتم تقديم بنية جزيء الأميلوز كسلسلة طويلة من بقايا الجلوكوز المرتبطة بروابط الجلوكوزيد α-1،4. في جزيء الأميلوز ، ترتبط العديد من هذه السلاسل المتوازية. في كل منها ، يتم ترتيب بقايا الجلوكوز في دوامة. يتم تقديم هيكل جزيء الأميلوبكتين في شكل سلسلة متفرعة ، تتكون من عدد كبير من بقايا الجلوكوز (حوالي 2500). تتكون السلسلة الرئيسية ، التي ترتبط بها الفروع الجانبية ، من 25-30 من مخلفات الجلوكوز. يتكون كل فرع جانبي منفصل من 15-18 وحدة بنائية ، وتتكون الأجزاء الداخلية من السلاسل (بين الفروع) من 8-9 مثل هذه البقايا. السلاسل الجانبية ، بدورها ، متصلة بالسلاسل المجاورة. في الأميلوبكتين ، ترتبط بقايا الجلوكوز داخل سلسلة واحدة ، كما هو الحال في الأميلوز ، برابطة α-1،4. لكن يتم إجراء الاتصال بين السلاسل الفردية في الأميلوبكتين بواسطة روابط α-1،6-glucosidic.

يتم إجراء التحلل المائي الأنزيمي للنشا بواسطة إنزيمات انحلال النشواني. يتكون المركب amylolytic من الشعير (الحبوب المنبثقة) من α- و β-amylase و dextrinase (oligo-α-1،6-glucosidase). تحتوي مستحضرات الإنزيم على α-amylase و oligo-α-1،6-glucosidase و glucoamylase. كل إنزيم له ميزاته الخاصة التي تحدد خصائص نوعية معينة للمنتجات التي يتم الحصول عليها.

α-Amylase هو أنزيم داخلي يحلل روابط α-1،4 داخل جزيء amylose و amylopectin. آلية عمل الإنزيم متعددة السلاسل ، مضطربة ؛ نتيجة لذلك ، يتم تشكيل منتجات التحلل المائي غير الكامل للنشا - α-dextrins ، لذلك يسمى α-amylase إنزيم dextrinizing. في طويل المفعوليقوم α-amylase الموجود على إنزيم amylose بتحويله بالكامل تقريبًا إلى مالتوز وكمية صغيرة من الجلوكوز.

يؤدي تأثير α-milase 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 أنزيم خارجي يحلل روابط α-1،4 من الأطراف غير المختزلة لجزيئات الأميلوز والأميلوبكتين لتشكيل المالتوز. إنه إنزيم مكون للسكر لا يقطع روابط α-1،6.

مع العمل المشترك لـ α- و β-amylases على النشا ، يتم تحويل 95 ٪ إلى مالتوز و 5 ٪ إلى ديكسترينات منخفضة الوزن الجزيئي التي تحتوي على روابط α-1،6-glucosidic.

يحتوي شعير الدخن والشوفان على إنزيم ديكستريناز ، الذي يكسر رابطة α-1،6-glucosidic في الأميلوبكتين ويحد من الدكسترينات.

Glucoamylase هو أنزيم خارجي يشق روابط α-1،4- و α-1،6-glucosidic. بالتصرف من الأطراف غير القابلة للاختزال لجزيئات الأميلوز والأميلوبكتين ، ينشق الجلوكوز أميلاز جزيء الجلوكوز في 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 عندما يتم الوصول إلى درجة حرارة معينة ، يتم تعطيل الإنزيمات.

يتميز شعير الشعير β-amylase بمقاومة منخفضة للحرارة عند تسخينه إلى 70 درجة مئوية ، ويتم تدميره ؛ يكتمل التعطيل الحراري لهذا الإنزيم عند 70 درجة مئوية بالكامل تقريبًا في بضع دقائق.

يتميز شعير الشعير α-amylase بمقاومة أعلى للحرارة ويتم تدميره عند درجة حرارة حوالي 80 درجة مئوية.

درجة الحرارة المثلى لـ β-amylase في الهريس هي 63 درجة مئوية ، و α-amylase 70 درجة مئوية. في الظروف المثلىيمكن لجزيء β-amylase أن يتحلل 237000 رابط في الدقيقة.

درجة الحرارة المثلى لعمل الجلوكومايلاز في الفطريات والبكتيريا المجهرية هي 55-60 درجة مئوية. α-Amylase من مستحضرات الإنزيم البكتيرية لها ثبات حراري عالي. ها درجة الحرارة المثلىالإجراءات 85-95 درجة مئوية.

كل إنزيم له درجة حموضة مثلى يكون عنده أكثر نشاطًا ؛ عند ارتفاع أو انخفاض قيم الأس الهيدروجيني ، ينخفض ​​نشاط الإنزيم. يظهر أقصى نشاط لـ α-amylase عند الرقم الهيدروجيني 5.7 ، و β-amylase - عند الرقم الهيدروجيني حوالي 4.8. عند الرقم الهيدروجيني 2.3 و 9.7 ، يتم تعطيل الأميليز تمامًا.

قيمة pH المثلى لـ α-amylase للفطريات المجهرية هي 4.5 - 5.0 ، للجلوكواميلاز - 4.5 - 4.6 ، للبكتيريا α-amylase - 5.0 - 6.0.

يزداد معدل التفاعل الإنزيمي مع زيادة تركيز الإنزيم ، ولكن حتى حد معين. قبل تكوين 75-80٪ من الكمية النظرية من المالتوز (79.1 - 84.4 جم من 100 جم من النشا) ، يستمر تفاعل التكسير بسرعة ، ثم يتباطأ بشكل حاد: يصبح أبطأ 1000 مرة مما كان عليه في بداية الانقسام .

مع زيادة تركيز المواد الاستخراجية 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 يتم التحكم في التحلل المائي للنشا من خلال اللون المعطى بواسطة المنتجات الوسيطة للتحلل المائي مع اليود. يحدث تلطيخ نتيجة ترتيب جزيئات اليود داخل الملفات الحلزونية لبقايا الجلوكوز. يتم تحديد لون المركبات المتكونة من خلال طول سلسلة بقايا الجلوكوز.

النشا مع اليود يعطي اللون الأزرق. أكبر الدكسترينات القريبة من النشا - أميلودكسترين (الوزن الجزيئي 10000-12000) ملطخة باليود بلون أزرق بنفسجي ؛ الدكسترين الأصغر - الإريثروديكسترين (الوزن الجزيئي 4000-7000) - باللون الأحمر البني ؛ أصغر - achrodextrins و maltodextrins (الوزن الجزيئي 2900-3700) لا تصبغ على الإطلاق.

يتحلل النشا النيوجيلاتيني الخام بفعل الأميلاز ، ولكن ببطء شديد. يتم تعزيز هجوم إنزيمات amylolytic أثناء عملها على النشا الجيلاتينى. لتسريع عملية الجلتنة وحل نشا منتجات الحبوب ، يُنصح بإخضاعها للمعالجة الحرارية الأولية عن طريق التبخير تحت الضغط. عند تسخينه بالماء ، يتغير النشا من الحالة الصلبة إلى الحالة الجيلاتينية - يتحول إلى جيلاتين. في هذه الحالة ، يحدث تورم لحبوب النشا (الحبيبات) ، يليه تمزقها وتشتتها.

مع ارتفاع درجة الحرارة ، يبدأ المعجون في التسييل ، ثم يتحول إلى سائل.

لذلك ، أثناء التحلل المائي للنشا ، يجب التمييز بين ثلاث مراحل: الجلتنة ، والتسييل ، والتكسير.

تختلف متطلبات التحلل المائي الأنزيمي للنشا في صناعات التخمير. لذلك ، في إنتاج الكحول ، يسعون جاهدين للحصول على أكبر قدر ممكن من السكريات القابلة للتخمير ، حيث لا يتم تخمير الدكسترين مباشرة بواسطة الخميرة. في ظل ظروف إنتاج الكحول ، يحدث تسكر الدكسترين في مرحلة التخمير ، عندما يكون بالفعل معظمالمالتوز المخمر. هذه العملية لها أهمية عظيمةمن حيث الحصول على أعلى عائد للكحول من النشا. لذلك ، من المهم جدًا أن تحتفظ الإنزيمات المتسكرة بنشاطها حتى نهاية التخمير.

في صناعة التخمير ، يجب إجراء التحلل المائي للنشا بطريقة تحتوي ، بالإضافة إلى المالتوز ، على كمية معينة من الأكرو والمالتوديكسترين ، والتي تحدد امتلاء طعم الجعة ولزوجتها. بالنسبة لأصناف البيرة الخفيفة ، يتم إجراء التحلل المائي للنشا حتى يتم تكوين 80-85٪ من السكريات القابلة للتخمير و 15-20٪ من ديكسترينات غير الملوثة باليود.

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

يتم الآن إيلاء الكثير من الاهتمام للحصول على شراب سكر الحبوب المختلفة من المواد الخام الرخيصة المحتوية على النشا والنشا (الجاودار ، والذرة ، والذرة الرفيعة ، وما إلى ذلك). يتم تقليل تحضيرهم إلى استخدام مجموعات مختلفة من مستحضرات إنزيم amylolytic (a-amylase ، glucoamylase ، b-amylase). الحصول على الجلوكوز (باستخدام الجلوكوز أميليز) ، ومن ثم عمل أيزوميراز الجلوكوز يجعل من الممكن الحصول على شراب الجلوكوز والفركتوز وشراب الفركتوز العالي ، والذي يسمح استخدامه باستبدال السكروز في العديد من الصناعات.

عند الحصول على شراب السكر من النشا ، يتم قياس درجة تحويل النشا إلى الجلوكوز D بالوحدات ما يعادل الجلوكوز(GE) هو المحتوى (٪) من السكريات المختزلة الناتجة ، معبرًا عنها بالجلوكوز لكل مادة جافة (DM) للشراب.

الجدول 10 التركيب والحلاوة للأشربة النموذجية عالية الفركتوز

التحلل المائي للنشا.

1. أثناء التحلل المائي للنشا تحت تأثير الأحماض ، في البداية يكون هناك ضعف وتمزق في الروابط الترابطية بين جزيئات الأميلوز والأميلوبكتين الكبيرة. ويصاحب ذلك انتهاك لبنية النشا والتكوين كتلة متجانسة. يأتي بعد ذلك كسر السندات a-D- (l، 4) - و a-D- (1،6) مع الإضافة في موقع كسر جزيء الماء. في عملية التحلل المائي ، يزداد عدد مجموعات الألدهيد الحرة ، وتنخفض درجة البلمرة. كالتحلل المائي والنمو تقليص(تقليل) المواد ، ينخفض ​​محتوى الدكسترين ، ويزيد الجلوكوز ، ويزداد أولاً تركيز المالتوز ، وثلاثي ورباعي السكريات ، ثم ينخفض ​​عددها (الشكل 11). المنتج النهائي للتحلل المائي هو الجلوكوز. في المراحل الوسيطة ، يتم تكوين الدكسترين ، ثلاثي ورباعي السكر ، والمالتوز. تتوافق قيمة معينة لمكافئ 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. تغيير في محتوى السكر أثناء التحلل الحمضي للنشا

التحلل الحمضي لفترة طويلةكان المصدر الرئيسي للجلوكوز من النشا. تحتوي هذه الطريقة على عدد من العيوب المهمة المرتبطة باستخدام تركيزات عالية من الأحماض ودرجات حرارة عالية ، مما يؤدي إلى تكوين نواتج من التدهور الحراري وتجفيف الكربوهيدرات وتفاعل الارتباط بالجليكوزيل.

2. يتحلل النشا أيضًا تحت تأثير الإنزيمات المحللة للنشواني. تشمل مجموعة إنزيمات amylolytic a- و b-amylase و glucoamylase وبعض الإنزيمات الأخرى. الأميليز نوعان: إندو-و إكسو أميليز.

محددة بوضوح إندوميليزيكون الأميليز، قادرة على كسر الروابط الجزيئية في سلاسل عالية البوليمر من الركيزة. الجلوكواميلازوب- الأميليزنكون إكسو أميليز، أي. الإنزيمات التي تهاجم الركيزة من الطرف غير المختزل.

الأميليز، يعمل على حبة نشاء كاملة ، يهاجمها ، ويفك السطح ويشكل القنوات والأخاديد ، كما لو كان يقسم الحبوب إلى قطع (الشكل 12). يتم تحلل النشا الجيلاتيني بتكوين منتجات غير ملوثة باليود - الدكسترينات ذات الوزن الجزيئي المنخفض بشكل أساسي. عملية التحلل المائي للنشا متعددة المراحل. نتيجة لتأثير الأميليز ، يتراكم الدكسترين في التحلل المائي في المراحل الأولى من العملية ، ثم يظهر رباعي وثلاثي تريمالتوز غير الملوثين باليود ، والذي يتحلل ببطء شديد بواسطة الأميليز إلى ثنائي و السكريات الأحادية.

أرز. 12. التحلل المائي للنشا مع الأميليز

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

ب-أميليز هو إكسو أميليز يظهر تقاربًا لما قبل الأخير a- (1،4) -bond من الطرف غير المختزل للمنطقة الخطية للأميلوز أو الأميلوبكتين (الشكل 13). على عكس الأميليز ، فإن الأميليز عمليا لا يتحلل النشا الأصلي ؛ يتم تحلل النشا الجيلاتيني إلى مالتوز في التكوين ب. يمكن كتابة المخطط على النحو التالي:

يوجد التحلل المائي الأنزيمي للنشا في العديد من تقنيات الأغذية كواحدة من العمليات الضرورية التي تضمن الجودة المنتج النهائي- في الخبز (عملية تحضير الخبز وخبزه) ، إنتاج البيرة (الحصول على نبتة البيرة ، تجفيف الشعير) ، كفاس (الحصول على خبز كفاس) ، الكحول (تحضير المواد الخام للتخمير) ، منتجات النشا السكرية المختلفة (الجلوكوز ، دبس السكر) ، شراب السكر).

3. طريقة التحلل المائي الحمضي الأنزيمي تشمل ما قبل المعالجةحمض ، ثم من خلال عمل إنزيمات الجلوكومايلاز a- و b- و (أو). إن استخدام مثل هذه الطريقة المركبة للتحلل المائي للنشا يفتح إمكانيات واسعة للحصول على شراب من تركيبة معينة.

التحلل المائي للسكروز.نظرًا لاستخدام السكروز كمادة خام في العديد من الصناعات ، فمن الضروري مراعاة قدرته الاستثنائية على التحلل المائي. قد يحدث هذا عند تسخينه في وجود كمية صغيرة من أحماض الطعام. يمكن أن تشارك السكريات المختزلة الناتجة (الجلوكوز والفركتوز) في تفاعلات الجفاف والكراميل وتكوين الميلانويدات ، وتشكيل المواد الملونة والعطرية. في بعض الحالات ، قد لا يكون هذا مرغوبًا فيه.

التحلل المائي الأنزيمي للسكروز تحت تأثير مسرحيات ب-فروكتوفيورانوسيداز (سكروز ، إنفرتيز) دور إيجابيفي عدد من تقنيات الغذاء. تحت تأثير b-fructofuranosidase على السكروز ، يتم تكوين الجلوكوز والفركتوز. بفضل هذا ، في الحلويات(لا سيما في حلويات الفوندان) إضافة b-fructofuranosidase يمنع تصلب الحلويات ، في منتجات المخابز يساعد على تحسين النكهة. يحدث انقلاب السكروز تحت تأثير b-fructofuranosidase في المرحلة الأولى من إنتاج نبيذ العنب. تُستخدم الشراب المقلوب الناتج عن تأثير ب-فروكتوفيورانوسيداز على السكروز في إنتاج المشروبات الغازية.

التحلل المائي الأنزيمي للسكريات غير النشوية.يحدث هذا التحلل المائي تحت تأثير الإنزيمات المعقدة المحللة للخلل والهيميسليولاز والمحلول للبكتيريا. يتم استخدامه في تكنولوجيا الأغذية للمعالجة الكاملة للمواد الخام وتحسين جودة المنتج. على سبيل المثال ، يعد التحلل المائي لعديد السكاريد غير النشوي (البنتوزان ، إلخ) أثناء عملية التخمير أمرًا مهمًا في المستقبل لتشكيل المنتجات الملونة والعطرية (عند تجفيف الشعير وإنشاء خصائص حسية معينة للبيرة). في إنتاج العصائر وفي صناعة النبيذ - للتوضيح ، وزيادة إنتاجية العصير ، وتحسين ظروف الترشيح.

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

تفاعلات الجفاف والتدهور الحراري للكربوهيدرات. في معالجة المواد الخام الغذائية إلى منتجات غذائية ، تحتل هذه التفاعلات مكانًا مهمًا. يتم تحفيزها بواسطة الأحماض والقواعد ، ويتبع العديد منها نمط التخلّص من ب. السقائف ، باعتبارها المنتج الرئيسي للجفاف ، تعطي فورفورال، سداسي - هيدروكسي ميثيل فورفورالوغيرها من المنتجات مثل 2-هيدروكسي أسيتيل فوران, ايزومالتولو مالتول. يؤدي تجزئة سلاسل الكربون لمنتجات الجفاف هذه إلى تكوينها أحماض الفورميك واللاكتيك والأسيتيكوعدد من المركبات الأخرى. بعض المنتجات الناتجة لها رائحة معينة وبالتالي يمكن أن تضفي نكهة مرغوبة أو ، على العكس ، غير مرغوب فيها للمنتج الغذائي. تتطلب هذه التفاعلات درجات حرارة عالية.

يمكن تقسيم التفاعلات التي تحدث أثناء المعالجة الحرارية للسكريات إلى تفاعلات لا تكسر روابط C-C وتلك التي تترافق مع كسرها. الأولى هي تفاعلات الانحراف:

وتحويل الألدوز - الكيتوز الداخلي ، على سبيل المثال:

في الكربوهيدرات المعقدة، مثل النشا ، في ظل ظروف التسخين القاسية - الانحلال الحراري عند درجة حرارة عالية(200 درجة مئوية) - مكان مهم تحتله تفاعلات التحلل الجليكوزيل. في ظل هذه الظروف ، يتناقص عدد السندات (1،4) -a-b مع مرور الوقت ، يتم تكوين روابط a (l ، 6) -a-D- وحتى (1،2) -b-D.

عند استلام الجلوكوز عن طريق التحلل المائي للنشا ، والذي يتم إجراؤه عادة بقوة بيئة حمضيةفي درجات حرارة عالية ، قد تتشكل ايزومالتوزو الجنتوبيوس. حدوث مثل هذه التفاعلات هو سمة سلبية للطريقة الحمضية للحصول على الجلوكوز.

يمكن تكوين كميات كبيرة من السكريات اللامائية أثناء المعالجة الحرارية لأطعمة معينة ، خاصة عند المعالجة الجافة للأطعمة التي تحتوي على D- الجلوكوز أو البوليمرات على أساس D- الجلوكوز.

تؤدي التفاعلات مع تمزق روابط C-C إلى التكوين أحماض متطايرة ، كيتونات ، ديكتونات ، فيوران ، كحول ، عطريات ، أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد.

ردود الفعل لتشكيل المنتجات البنية. قد يحدث تحمير المنتجات الغذائية نتيجة للتفاعلات المؤكسدة أو غير المؤكسدة. سواد مؤكسد أو إنزيميهو تفاعل بين ركيزة الفينول والأكسجين المحفز بواسطة إنزيم بوليفينول أوكسيديز. هذا اللون البني الذي يحدث على شرائح التفاح والموز والكمثرى لا يرتبط بالكربوهيدرات.

الاسمرار غير المؤكسد أو غير الأنزيميالمقدمة في المواد الغذائية على نطاق واسع جدا. يرتبط بتفاعلات الكربوهيدرات ويتضمن هذه الظاهرة الكراميلو تفاعل الكربوهيدرات مع البروتينات أو الأمينات. يُعرف 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 والقواعد وبعض الأملاح. ينتج عن هذا منتجات بنية بنكهة الكراميل النموذجية. من خلال ضبط الظروف ، من الممكن توجيه ردود الفعل بشكل أساسي نحو إنتاج الرائحة أو نحو تكوين المنتجات الملونة. يؤدي التسخين المعتدل (الأولي) لمحاليل السكر إلى تغيرات شاذة ، وتمزق الروابط الجليكوسيدية ، وتشكيل روابط جليكوسيدية جديدة. لكن أهمها تفاعل الجفاف مع تكوين حلقات لا مائية. نتيجة ل، ثنائي هيدروفورانون ، سيكلوبنتانولون ، سيكلو هكسانولون ، بيروناتتمتص الروابط المزدوجة المقترنة ضوءًا لأطوال موجية معينة ، مما يعطي المنتجات اللون البني. غالبًا في أنظمة الحلقة غير المشبعة ، يمكن أن يحدث التكثيف في أنظمة الحلقة البوليمرية. عادة ، يتم استخدام السكروز للحصول على لون ونكهة الكراميل. عن طريق تسخين محلول السكروز في وجود حامض الكبريتيك أو الأملاح الحمضيةالأمونيوم تحصل على بوليمرات ملونة بشكل مكثف " لون السكر»للاستخدام في العديد من المنتجات الغذائية - في إنتاج المشروبات والكراميل وما إلى ذلك. يزيد ثبات هذه البوليمرات وقابليتها للذوبان في وجود H SO 3 أيونات:

تحتوي أصباغ الكراميل على مجموعات مختلفة - هيدروكسيل ، حمض ، كربونيل ، إينول ، فينوليزيد معدل تفاعل تكوين أصباغ الكراميل مع زيادة درجة الحرارة ودرجة الحموضة. في حالة عدم وجود أملاح عازلة ، يمكن أن يتكون مركب بوليمر هومينبطعم مرير (الصيغة المتوسطة C 125 H 188 O 90) ؛ في إنتاج المنتجات الغذائية ، يجب أن يؤخذ ذلك في الاعتبار ويجب عدم السماح بتكوينها.

تؤدي التفاعلات المعقدة التي تحدث أثناء عملية الكرملة إلى تكوين مجموعة متنوعة من أنظمة الحلقات ذات المذاق والرائحة الفريدين. لذلك ، مالتول وإيزومالتول لهما رائحة الخبز المخبوز ، 2-H-4-hydroxy-5-methylfuranone-3 - الرائحة لحم مقلي. بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع هذه المنتجات بمذاق حلو ، مما يحدد أيضًا دورها الإيجابي في المنتجات الغذائية.

تفاعل ميلارد (تكوين الميلانويد).رد فعل Maillard هو الخطوة الأولى في اللون البني غير الأنزيمي للأطعمة. يتطلب التفاعل وجود سكر مختزل ومركب أمين (أحماض أمينية وبروتينات) وبعض الماء.

أرز. 13. تمثيل تخطيطي للتحولات أثناء تعتيم المنتجات الغذائية

لم يتم بعد تحديد جميع العمليات التي تحدث أثناء تعتيم المنتجات الغذائية (الشكل 13) بدقة ، ولكن تمت دراسة المراحل الأولية بتفصيل كبير. ثبت أنه بالإضافة إلى تفاعل Maillard ، يحدث الجفاف مع تكوين hydroxymethylfurfural ، وانقسام السلسلة ، وتكوين مركبات dicarbonyl ، وتشكيل أصباغ الميلانويد ، والتي تتشكل في المراحل النهائية ولها لون من البني الأحمر. إلى البني الغامق. إذا كان من الممكن إزالة بعض اللون في المراحل الأولى مع إضافة عوامل الاختزال (على سبيل المثال ، الكبريتيت) ، فلن يكون هذا ممكنًا في المرحلة النهائية.

إذا كان تكوين أصباغ الطعام البني غير مرغوب فيه ، يمكن منع التفاعلات التي تحدث ، على سبيل المثال ، من خلال انخفاض كبير في الرطوبة (للمنتجات الجافة) ، وانخفاض في تركيز السكر (التخفيف) ، ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة (للمنتجات السائلة). يمكنك إزالة أحد مكونات الركيزة (عادة السكر). على سبيل المثال ، عند الاستلام مسحوق البيضلمنع الرائحة الكريهة ، يضاف الجلوكوز أوكسيديز قبل التجفيف ، مما يؤدي إلى تدمير الجلوكوز D وتكوين حمض D-gluconic:

بالإضافة إلى إزالة السكر ، تشكل بيروكسيد الهيدروجين خلال هذه العملية التكنولوجية وزيادة درجة الحرارة تؤدي إلى انخفاض في التلوث البكتيري (انظر الجدول 3.8). لمنع تحول الأسماك المحتوية على اللون البني كميات كبيرةريبوز ، إضافة البكتيريا مع نشاط أوكسيديز D- ريبوز.

يقوم أكسيد الكبريت (SO 2) ومشتقاته بقمع تفاعل اللون البني في المنتجات الغذائية ، ومع ذلك ، فإن استخدامها مقيد بإمكانية تكوين مكونات سامة قليلاً في المنتجات الغذائية الكبريتية. يستمر البحث عن مثبطات أخرى ، ومع ذلك ، تم العثور على البدائل حتى الآن ( السيانيد ، الديميدون ، الهيدروكسيل أمين ، الهيدرازين ، المركابتان ، البروم) غير مقبولة بسبب السمية. ومع ذلك ، فإن مسار الحماية هذا لا يحمي المنتجات من فقدان الأحماض الأمينية (على سبيل المثال ، ليسين) ، لأن التفاعل مع أيونات الكبريتيت يحدث في المراحل الأخيرة من تكوين الميلانويد.

أكسدة الأحماض الألدونيك وثنائية الكربوكسيل واليورونيك. تعتبر قدرة الألدوز على الأكسدة مهمة أيضًا للمنتجات الغذائية. في ظل ظروف معينة ، تكون الأكسدة لأحماض الألدونيك ممكنة ، حيث يتأكسد شكل ب أسرع من شكل أ. منتج الأكسدة هو b-lactone ، وهو في حالة توازن مع g-lactone والشكل الحر لحمض Aldonic (الشكل 14). يسود الشكل الأخير عند درجة الحموضة 3.

الشكل 14. أكسدة الجلوكوز د

قد يتواجد Glucono-b-lactone في الأطعمة الحمضية المعتدلة عند حدوث ذلك رد فعل بطيء، على سبيل المثال ، عند تلقي بعض منتجات الألبان. تحت تأثير عوامل مؤكسدة أقوى (على سبيل المثال ، حمض النيتريك) ، تتشكل أحماض ثنائي الكربوكسيل.

تكون أكسدة أحماض اليورونيك ممكنة فقط عندما تكون مجموعة الكاربونيل محمية (الشكل 15).

أرز. 15. أكسدة د-جالاكتوز إلى حمض جالاكتورونيك د

يظهر في الشكل إحدى الطرق الصناعية للحصول على حمض الجلوكورونيك - الأكسدة أثناء التحلل المائي للنشا. 16.

أرز. 16. إحدى الطرق الصناعية للحصول على حمض الجلوكورونيك

أحماض اليورونيك شائعة في الطبيعة. البعض منهم مركبات اساسيهالسكريات التي تعتبر مهمة في العمليات الغذائية مثل الهلام والسماكة البكتين(حمض د-جالاكتورونيك) ، حمض الألجنيك من الأعشاب البحرية (حمض D- مانورونيك ، حمض الجولورونيك).

الأكسدة التي تحفزها الإنزيمات.هنا ، أولاً وقبل كل شيء ، ينبغي أن يقال عن أكسدة الجلوكوز تحت تأثير الجلوكوز أوكسيديز.

من وجهة نظر التطبيق في تقنيات الغذاء ، فإن نظام الجلوكوز أوكسيديز-كاتلاز مهم.

يحتوي الجلوكوز أوكسيديز على خصوصية استثنائية للجلوكوز. يظهر عملها في الرسم البياني الموضح في الشكل. 17.

أرز. 17. عمل أوكسيديز الجلوكوز

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

عمليات التخمير. التخمير- عملية (يتم فيها استخدام الكربوهيدرات) في عدد من تقنيات الطعام: أثناء تحضير العجين في صناعة الخبز ، وفي إنتاج البيرة ، والكفاس ، والكحول ، والنبيذ ، وغيرها من المنتجات.

يتم إجراء التخمر الكحولي بسبب النشاط الحيوي لعدد من الكائنات الحية الدقيقة. أكثر كائنات التخمير الكحولية شيوعًا هي الخمائر من جنس Saccharomyces. يمكن التعبير عن التخمر الكحولي الكلي بالمعادلة التالية:

لا تعكس هذه المعادلة الإجمالية حقيقة أنه عادةً ، بالإضافة إلى منتجات التخمير الرئيسية - كحول الإيثيل وثاني أكسيد الكربون ، تتشكل بعض المواد الأخرى دائمًا بكميات صغيرة ، على سبيل المثال ، السكسينيك ، حمض الليمون، بالإضافة إلى مزيج من الأميل والأيزو أميل والبوتيل والكحولات الأخرى وحمض الأسيتيك والديكيتونات والأسيتالديهيد والجلسرين وعدد من المركبات الأخرى التي يعتمد وجودها على الرائحة المحددة للنبيذ والبيرة والمشروبات الكحولية الأخرى وجود كميات ضئيلة.

يتم تخمير السكريات المختلفة بواسطة الخميرة سرعة مختلفة. يسهل تخمير الجلوكوز والفركتوز بشكل أبطأ - المانوز، حتى أبطأ الجالاكتوز؛ البنتوز ليست قابلة للتخمير بالخميرة. من السكاريد ، ركيزة جيدة للتخمير الكحولي السكروزو مالتوز. ومع ذلك ، لا يتم تخمير كلا السكريات إلا بعد التحلل المائي الأولي إلى السكريات الأحادية المكونة لهما بواسطة إنزيمات a-glycosidase.

في وجود الأكسجين ، يتوقف التخمير الكحولي وتتلقى الخميرة الطاقة اللازمة لتطورها ونشاطها الحيوي من خلال تنفس الأكسجين. في الوقت نفسه ، فإن الخميرة تنفق السكر اقتصاديًا أكثر بكثير مما تنفقه في الظروف اللاهوائية. يسمى إنهاء التخمير تحت تأثير الأكسجين " تأثير باستور».

نوع آخر من التخمير المهم لتكنولوجيا الغذاء هو تخمير حمض اللاكتيك ، حيث يتكون جزيئين من جزيء واحد من الهكسوز. حمض اللاكتيك:

C 6 H 12 O 6 \ u003d 2CH 3-CHOH-COOH

يلعب تخمير حمض اللاكتيك دورًا مهمًا جدًا في إنتاج منتجات حمض اللاكتيك ( لبن رائب ، اسيدوفيلوس ، كفير ، كوميس) ، في صناعة الكفاس ، مقبلات الخبز و " الخميرة السائلة»للخبز ومخلل الملفوف والخيار والعلف.

تنقسم جميع الكائنات الحية الدقيقة التي تسبب تخمر حمض اللاكتيك إلى مجموعتين كبيرتين. تتضمن المجموعة الأولى الكائنات الحية الدقيقة الصحيحة اللاهوائيةوالتخمير السداسي بالتوافق التام مع معادلة تخمير حمض اللاكتيك الشاملة أعلاه. يطلق عليهم بكتيريا حمض اللاكتيك المتجانسة. تم تشكيل المجموعة الثانية بكتيريا حمض اللاكتيك غير المتجانسة، والتي ، بالإضافة إلى حمض اللاكتيك ، تشكل كميات كبيرة من المنتجات الأخرى ، على وجه الخصوص ، حمض الاسيتيكوالكحول الإيثيلي.