Динамическое развитие биотехнологий и научные открытия в области энзимологии сделали ферментные препараты незаменимым элементом многих пищевых технологий. Использование ферментов позволяет повышать скорость технологических процессов, ощутимо увеличивать выход готовой продукции, улучшать ее качество, экономить ценное сырье и снижать количество отходов.
Для получения ферментных препаратов пищевого назначения используются органы и ткани сельскохозяйственных животных, культурные растения, специальные штаммы микроорганизмов (плесневых грибов, бактерий).
Ферментные препараты микробного происхождения получают при культивировании специфических микроорганизмов, способных вырабатывать определенные ферменты. В настоящее время большинство ферментов в промышленности получают, используя бактерии и плесневые грибы в специальных аппаратах биореакторах (ферментерах) в жестко контролируемых условиях. Различают ферментные препараты бактериальные, полученные путем глубинного культивирования бактерий, и грибные, полученные путем поверхностного культивирования микроскопических грибов.
В технологии пищевых продуктов применяются ферментные препараты с амилолитической, протеолитической, липолитической, пектолитической, оксидазной активностью. Они используются в пивоварении, виноделии, хлебопечении, при производстве спирта, фруктовых и овощных соков, дрожжей, сыра, творога, мясо- и рыбопродуктов, белковых гидролизатов, инвертного сиропа, при переработке крахмала.
Современные технологии позволяют расширить сферу применения ферментных препаратов. На сегодняшний день можно насчитать около 15 отраслей пищевой промышленности, где с успехом используют ферменты, причем в каждой отрасли отдельная группа ферментов обеспечивает достижение конкретных целей, позволяющих либо улучшить качество продукта, либо увеличить выход данной продукции или удешевить процесс, а значит, снизить себестоимость продукции.
Производство муки и хлебопечение
Качество хлеба определяется особенностями химического состава муки и активностью ее ферментного комплекса. Получить хлеб хорошего качества можно только в том случае, когда в процессе тестоведения гармонически сочетаются скорости микробиологических процессов и биохимических превращений. Ферментативный гидоолиз высокомолекулярных компонентов сырья (белков и углеводов) в определенной степени способствует интенсификации этих превращений и, в конечном счете, положительно сказывается на качестве хлеба.
Эффективность использования тех или иных ферментных препаратов в хлебопечении в значительной степени зависит от качества муки. Хлебопекарные свойства муки, в особенности качество клейковины и активность собственных ферментов, определяют требования к ферментным препаратам.
Ферменты для хлебопечения используют в виде добавок к муке и в составе разрыхлителей теста для компенсации низких качественных показателей муки, улучшения структуры теста и качественных характеристик готового изделия. В хлебопечении применяют в основном пять ферментных препаратов.
Улучшение клейковинного каркаса: Протеаза, Ксиланаза, Глюкозооксидаза, Липаза.
Увеличение газоудерживающей способности теста и объёма хлеба: Альфа-амилаза, Ксиланаза, Глюкозооксидаза, Липаза.
Улучшение цвета, вкуса и аромата: Альфа-амилаза, Липаза.
Улучшение структуры мякиша: Альфа-амилаза, Ксиланаза, Глюкозооксидаза, Липаза.
Увеличение срока хранения: Альфа-амилаза.
Кондитерское производство
Кондитерские изделия в зависимости от вида сырья и типа технологического процесса подразделяют на две группы: мучные и сахаристые. К мучным изделиям относятся печенье, галеты, крекеры, вафли, пряники, кексы, пирожные, рулеты, торты и т.п.. К сахаристым - какао-порошок, шоколад, конфеты, карамель, мармелад, пастила, ирис, драже, халва и т.п..
При производстве мучных кондитерских изделий с использованием дрожжей, таких как галеты, крекеры, кексы, целесообразно применение комплексных препаратов с преобладанием протеолитического действия, но содержащих в своем составе и альфа-амилазу. Совокупное действие этих ферментов обеспечивают дрожжи сбраживаемыми сахарами и низкомолекулярными азотистыми веществами.
При производстве затяжного печенья с использованием химических разрыхлителей, когда много усилий направляется на расслабление клейковины, на протяжении длительного технологического процесса наряду с механическим воздействием на белки клейковины целесообразно использование протеолитических ферментных препаратов.
Для заварных и сырцовых пряников наибольшее значение имеет протеолиз, но наряду с потребностью в регулируемом расслаблении теста важным является и сохранение свежести (мягкости) продукта. При производстве таких видов изделий целесообразно применение комплексных ферментных препаратов с преобладанием протеолитической активности.
При производстве бисквитного полуфабриката нужны комплексные ферментные препараты с умеренной активностью протеолитических ферментов и невысокой альфа-амилазной (дексгринирующей) способностью. При таком сочетании обеспечивается умеренное расслабление клейковины, способствующее лучшему подъему теста при выпечке и образованию тонкопористой воздушной структуры готовых изделий. Образование декстринов, в свою очередь, способствует сохранению их свежести.
Комплексные ферментные препараты, содержащие протеазы и альфа-амилазу, используются для ускорения и облегчения обработки теста при приготовлении слоеного полуфабриката с целью улучшения его эластичных свойств и предупреждения усадки при выпечке. Применение таких ферментных препаратов при производстве вафель позволяет оптимально снизить вязкость вафельного теста, способствует получению тонких хрустящих вафельных листов.
Для производства отливных помадных корпусов конфет, круглых помадных корпусов и жидких фруктовых начинок, таких как вишневый ликер, в кондитерской промышленности применяется фермент Инвертаза. Применение Инвертазы обусловлено необходимостью получить полумягкую или жидкую консистенцию при высоких концентрациях сахара, предотвращающих брожение. Ускорение или замедление действия инвертазы достигается путем изменения концентрации вносимого препарата, количества воды и температурного режима.
Переработка фруктов, ягод, овощей
Наряду с современным оборудованием и новыми технологическими процессами, при переработке фруктов, ягод и овощей, ферменты позволяют повысить глубину переработки сырья и тем самым уменьшить количество отходов, повышают производительность и рентабельность предприятий. При этом в одних случаях необходимо иметь набор ферментных препаратов, содержащих определенный комплекс ферментов, в других - требуются препараты индивидуальных ферментов.
В соответствии со спецификой плодово-ягодного сырья и целями применения ферментные препараты можно разделить на шесть групп:
1. Ферменты, предназначенные для получения неосветленных соков, увеличивающие выход и повышающие экстрактивность - Пектиназа.
2. Ферменты, предназначенные для получения осветленных соков, увеличивающие выход, повышающие экстрактивность и обеспечивающие полный гидролиз пектиновых и белковых веществ - Пектиназа, Пектинлиаза, Протеаза кислая.
3. Ферменты, мацерирующие плодово-ягодную ткань, повышающие выход и гомогенность соков с мякотью - Пектинлиаза.
4. Ферменты, предназначенные для получения осветленных плодово-ягодных виноматериалов, увеличивающие выход и повышающие экстрактивность виноматериалов - Пектиназа, Глюкоамилаза.
5. Ферменты, способствующие предотвращению окислительных процессов и развитию аэробных микроорганизмов в соках, винах, безалкогольных напитках - Глюкозооксидаза.
6. Ферменты, катализирующие инверсию сахарных сиропов при производстве безалкогольных напитков и товарных сиропов - Инвертаза.
Производство спиртных напитков
Крахмал, как основной компонент сухих веществ зернового сырья, из которого и образуется спирт, непосредственно дрожжами не сбраживается. Поэтому его необходимо гидролизовать до сбраживаемых сахаров, для этого требуется применение ферментов, которые осуществляют гидролиз крахмала до сбраживаемых сахаров, являются источником азотистого питания для дрожжей и при осахаривании крахмалистого сырья производят частичное разрушение клеточных стенок сырья.
Применяемый издавна зерновой солод, как источник амилолитических ферментов, обеспечивает достаточно глубокое осахаривание и выбраживание, однако скорость осахаривания крахмала при использовании солода остается достаточно низкой, что затрудняет интенсификацию процесса брожения. Применение ферментных препаратов микробного происхождения (Альфа-амилаза, Глюкоамилаза) дает возможность значительно повысить концентрацию необходимых ферментов в среде и обеспечить глубокий гидролиз крахмала за сравнительно короткий период.
Кроме стадии осахаривания ферментные препараты, обладающие сильной разжижающей активностью (Альфа-амилаза), применяются на стадии водно-тепловой обработки сырья с целью смягчить режим разваривания, снизить вязкость замесов и облегчить их дальнейшую транспортировку. Применяя ферментные препараты на стадии приготовления сусла для дрожжегенерации, необходимо обеспечить интенсивный гидролиз белков с целью обогащения ценным азотистым питанием дрожжевого сусла.
Таким образом, для спиртового производства, перерабатывающего крахмалсодержащее сырье, необходимо применение ферментных пре паратов с амилолитическим, протеолитическим и цитолитическим действием.
Пивоварение
При производстве пива по обычной технологической схеме, необходимые ферменты (для подготовки зернового сырья и перевода экстрактивных веществ в растворимое состояние на стадии затирания) образуются в процессе солодоращения.
Основными ферментами, образующимися в процессе солодоращения и имеющими наиболее существенное значение в технологии пивоварения, являются:
1. Амилолитические ферменты, разжижающие и осахаривающие крахмал (Альфа-амилаза бактериальная, Амилоризин, Глюкоамилаза).
2. Протеолитические ферменты, расщепляющие белки ячменя до пептидов различной молекулярной массы и свободных аминокислот (Протеаза).
3. Цитолитические ферменты, гидролизующие некрахмальные полисахариды, растворяющие клеточные стенки эндосперма зерна, благодаря чему облегчается доступ амилаз и протеаз к соответствующим субстратам (Целлюлаза).
Каждый из перечисленных процессов должен пройти с определенной глубиной, чтобы обеспечить нормальное протекание фильтрации затора, брожения сусла, осветление и фильтрацию пива, а также создание определенных физико-химических свойств (ценообразование, прозрачность, стойкость при хранении) и вкусовых качеств готового продукта.
Применение ферментных препаратов микробного происхождения (амилоризин, амилосубтилин, проторизин) с целью замены солода несоложенным ячменем позволяет интенсифицировать процесс, избежать потерь ценных компонентов сырья на дыхание и образование проростка, в целом повысить рентабельность пивоваренного производства.
Переработка мяса и рыбы
В последнее время ферментные препараты все шире используются в переработке мяса и рыбы. Это связано с их способностью продуцировать в тканях мяса и рыбы специфические биологически активные компоненты: органические кислоты, бактериоцины, ферменты, витамины, что способствует улучшению санитарно- микробиологических, органолептических показателей готового продукта, а также позволяет интенсифицировать производственный процесс.
Ферментативные методы позволяют повысить качество мяса, удовлетворить растущие требования потребителей и увеличить степень переработки сырья. Известны два основных направления использования ферментов в мясной промышленности: тендеризация жесткого мяса и реструктурирование свежего низкокачественного мясного сырья и обрези (тримминга) с получением продукта высокого качества.
В мясной индустрии и кулинарии используют в основном ферменты, разлагающие белки (Протеаза, Коллагеназа), а так же ферменты "сшивающие" белки (Трансглутаминаза) в качестве улучшителей текстуры. В последнее время становятся популярными новые направления использования традиционных ферментов в молекулярной кухне. Примерами могут служить окисляющие ферменты для получения продукции с заданной структурой и получение требуемого вкуса и аромата с помощью липаз, глутаминаз, протеаз и пептидаз.