CC BY
40
ТЕХНОЛОГИЯ
УдК: 577.151.03
Способ активации амилолитического ферментного препарата
Д. В. Карпенко,
канд. техн. наук, доцент; Т. А. Тихонова, студентка; К. К. Ходарев,
студент;
Ю. Б. Овчинников,
студент; В. В. Безгубов,
студент
Московский государственный университет пищевых производств
Проблема активации ферментных препаратов становится тем актуальнее, чем шире такие препараты используются для решения широкого спектра технологических задач в различных пищевых производствах. Ее решение позволяет снижать дозировки применяемых ферментных препаратов, что обусловливает, с одной стороны, уменьшение расходов на их приобретение, с другой стороны, уменьшает концентрацию компонентов таких препаратов в готовых пищевых продуктах.
С целью повышения активности ферментов и ферментных препаратов в настоящее время, в том числе в промышленном масштабе, могут быть реализованы различные подходы:
• применение препаратов в условиях, оптимальных для проявления активности их целевых ферментов — пожалуй, наиболее целесообразный способ, который, однако, не может быть реализован в случае, если для этого придется существенно менять традиционные параметры проведения технологической стадии, проводимой с использованием ферментного препарата;
• введение в реакционную среду специфических активаторов целевого фермента ферментного препарата; может обеспечить значимый прирост активности, однако, приводит к изменению химического состава полупродуктов, а, возможно, и готовой продукции пищевого производства, что вызывает обоснованные возражения со стороны потребителей и контролирующих органов;
• предварительная обработка ферментного препарата, осуществляе-
мая тем или иным способом до его внесения в реакционную среду, иначе говоря, до его введения в основной технологический процесс. Данный прием может быть осуществлен с помощью различных воздействий и (или) реагентов. С нашей точки зрения, одним из наиболее интересных можно считать проведение акустической обработки ферментного препарата звуком слышимого диапазона, то есть, с частотой от 10 до 20000 Гц. Такое мнение подтверждается, с одной стороны, значительным количеством информации об исследованиях подобного рода, в которых обработку объектов разного рода проводили, используя мелодии или звуки фиксированной частоты [1]; с другой стороны, в последние годы на кафедре «Конструирование продуктов питания» МГУПП проводилось изучение влияния звука с частотами из указанного диапазона на сырье, материалы и полупродукты пивоваренного производства [2-5]. В частности, была экспериментально доказана возможность существенного повышения активности целевых ферментов препарата Терма-мил SC обсуждаемым способом [6]. В то же время, весь имеющийся массив экспериментальных данных свидетельствует об отсутствии «универсальной» частоты, использование которой позволяло бы активировать/интенсифицировать все объекты и процессы, причем это относится даже к сходным объектам обработки, например, гидролитическим ферментным препаратам. Это делает необходимым, во-первых, проверку эффективности акустической обработки, во-вторых, отыскание оптимальных параметров проведения такого воздействия для каждого ранее
ПИВО и НАПИТКИ
2015
неизученного объекта. В качестве такового в обсуждаемых исследованиях использовали ферментный препарат Ами-лоризин П10х, предназначенный для интенсификации процессов гидролиза крахмала в пивоваренном и других бродильных и пищевых производствах.
Таким образом, основная цель данной работы — изучение характера влияния обработки ферментного препарата звуком слышимого диапазона на активность целевых амилолитических ферментов.
Для решения поставленной задачи опытные образцы порошкообразного ферментного препарата массой 25 мг каждый обрабатывали звуком определенной частоты из диапазона 10-20 000 Гц с шагом около 2000 Гц. Используемая компьютерная программа позволяла генерировать звук с дискретными частотами, из которых выбирали наиболее близкие к 1000, 2000 Гц и так далее. Обработку проводили в течение 60 мин при комнатной температуре с использованием динамика для персонального компьютера мощностью 2 Вт. Расстояние от источника звука до навески ферментного препарата составляло 1,6 см. Контрольный вариант представлял такую же навеску ферментного препарата, которую выдерживали в другом помещении, где она не подвергалась воздействию звука, при тех же условиях: 60 мин при комнатной температуре. После этого в обоих образцах ферментного препарата определяли амилолитическую способность (АС) колориметрическим методом [7]. Для этого опытную и контрольную навески ферментного препарата растворяли в 25 см3 дистиллированной воды в мерных колбах соответствующей вместимости, из этого раствора готовили десятикратное разведение. В соответствии с использовавшимся методом определения ферментативной активности значения оптической плотности опытного и контрольного вариантов использовали для расчета количества крахмала, гидроли-зованного под действием ферментного препарата. Именно это количество и использовали для оценки эффективности акустической обработки препарата Амилоризин П10х. Количество крахмала, гидролизованного под действием опытного образца ферментного препарата, выражали в процентах к количеству гидролизованного крахмала в контрольном варианте, которое принимали за 100%. Полученные в ходе реализации всей серии экспериментов данные представлены на рис. 1.
Технология
, " 1
г Т
1 \ \ \
\ \ \
;
20
2000 4000 6000 8000 10 000 12 000 14 000 16 000 18 000 20 000 Частота звука, Гц — Контроль — Опытный образец
0
Рис. 1. Влияние частоты звука (20-20 000 Гц) на активность ферментного
препарата Амилоризин П10х (количество гидролизованного крахмала)
Рис. 2. Влияние частоты звука (19 000-20 000 Гц) на активность ферментного препарата Амилоризин П10х (количество гидролизованного крахмала)
На основании приведенных данных, по нашему мнению, можно сделать ряд выводов:
• акустическая обработка, по крайней мере, в условиях эксперимента, оказывает как положительное, так и отрицательное воздействие на активность целевых ферментов препарата Амилоризин П10х в зависимости от частоты звука;
• наиболее выраженное инактивиру-ющее воздействие такой обработки наблюдается при частоте 8000 Гц;
• повышение амилолитической активности обеспечивает акустическое воздействие в диапазонах частот 20-2000 Гц и, существенно более выраженное, 16000-20000 Гц. Поэтому на следующем этапе исследований было решено провести серию экспериментов в диапазоне частот 19000-20000 Гц. Условия экспериментов были такими же, как в предыдущей серии, за исключением того, что «шаг» варьирования частот равнялся 200 Гц. Результаты представлены на рис. 2.
Полученные в этой серии экспериментов данные не полностью повторяют результаты предыдущей серии, однако
подтверждают тенденцию, выявленную ранее: область частот, «прилегающая» к ультразвуковому диапазону, позволяет добиться значительного повышения амилолитической способности ферментов Амилоризина П10х. Наилучшие результаты обеспечивает акустическая обработка звуком с частотами 19 20019 600 Гц, а при 19 200 Гц количество крахмала, гидролизованного в ходе ферментативной реакции с использованием опытного образца ферментного препарата, было на 60% больше, чем при применении контрольного образца Амило-ризина П10х. По нашему мнению, такой прирост активности может быть значимым как с технологической, так и с экономической точек зрения и, следовательно, изучаемый способ обработки может быть рекомендован для применения в промышленном масштабе. Особенно эффективным его применение может быть на предприятиях малой мощности, на которых количество ферментного препарата, используемого на той или иной технологической стадии, сравнительно невелико, и проведение акустической обработки не потребует дорогостоящего доукомплектования производственного
2015 ПИВО и НАПИТКИ 43
технология'
оборудования. Более того, учитывая результаты исследований, проведенных ранее, можно предположить, что оптимизация параметров проведения акустической обработки (продолжительность, амплитуда, форма сигнала, расстояние от источника звука до обрабатываемого объекта) позволит добиться еще большего положительного эффекта. Кроме этого, представляется важным выяснить вопрос — в течение какого времени после проведения акустической обработки сохраняется ее положительное воздействие на активность целевых ферментов препарата Амилоризин П10х. Исследования будут продолжены, об их результатах будет сообщено.
ЛИТЕРАТУРА
1. Данько, С. Ф. Звуковая обработка ячменя на разных стадиях солодоращения/С. Ф. Данько [и др.] // Пиво и напитки. — 2000. — № 5. — С. 50-51.
2. Карпенко, Д. В. Изучение влияния акустических колебаний на качество пивоваренного ячменного солода/Д.В. Карпенко, М. А Бер-кетова // Пиво и напитки. — 2012. — № 5. — С. 14-16.
3. Карпенко, Д. В. Оптимизация параметров акустической обработки пивоваренного ячменного солода/Д. В. Карпенко, М. А. Бер-кетова // Пиво и напитки. — 2012. — № 4. — С. 8-10.
4. Грачев, Н. А. Использование звука слышимого диапазона для улучшения качества сырья и полупродуктов пивоваренного производ-ства/Н.А. Грачев [и др.] // Общеуниверситетская научная конференция молодых ученых и специалистов «День науки». Сборник материалов в 4 ч. Под общ. ред. Ю.А. Тырсина. — М.: ИК МГУПП, 2014. Ч. IV: Общеуниверситетская научная конференция молодых ученых и специалистов «День науки». Сборник материалов. Отв. ред. д. т. н., проф. Ю. А Тырсин (Москва, 2014). — М.: ИК МГУПП, 2014. — С. 89-94.
5. Пшеничных, Д.А. Изучение влияния акустических колебаний в пивоваренном производстве: магистерская диссертация: ФГБОУ ВПО «МГУПП»/Д. А. Пшеничных. — М., 2012. — 138 с.
6. Карпенко, Д. В. Активация амилолитических ферментных препаратов акустической обра-боткой/Д. В. Карпенко [и др.] // Институты и механизмы инновационного развития в экономике, проектном менеджменте, образовании, юриспруденции, экологии, биологии, политологии, психологии, медицине, философии, филологии, социологии, химии, математике, технике, физике: сборник научных статей по итогам Международной научно-практической конференции. (Санкт-Петербург, 27-28.12.2013). — СПб.: КультИн-формПресс, 2013. — С. 66-67.
7. Грачева, И. М. Лабораторный практикум по технологии ферментных препаратов: учебное пособие для вузов/И. М. Грачева [и др.]. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. — 240 с. &
Способ активации амилолитического ферментного препарата
Ключевые слова
акустическая обработка; амилазы; пивоварение; ферментные препараты. Реферат
В настоящее время ферментные препараты различного типа действия находят широкое применение в пищевых, в частности, в бродильных производствах. В силу этого актуальна разработка способов их активации. Существующие способы повышения активности ферментных препаратов обладают преимуществами и недостатками. Было решено апробировать новый подход — изучить возможность активации целевых ферментов препарата Амилоризин П10х с помощью акустического воздействия с фиксированной частотой. Для этого ферментный препарат обрабатывали звуком определенной частоты диапазона 20-20000 Гц. После колориметрическим методом определяли амилолитическую способность опытного образца и сравнивали ее с аналогичным показателем контрольного варианта, не подвергавшегося воздействию звука. Установлено, что акустическая обработка способна как понижать, так и повышать амилолитическую активность ферментного препарата. Характер и интенсивность акустического воздействия зависят от частоты, при которой проводилась обработка. Наилучший результат — повышения активности амилаз Амилоризин П10х — был достигнут в результате обработки звуком с частотой 19 200 Гц в течение 1 ч при комнатной температуре. Количество крахмала, гидролизованного под действием акустически обработанного ферментного препарата в условиях эксперимента, было на 60% больше, чем при использовании контрольного, не обработанного звуком ферментного препарата. Авторами высказано мнение, что наиболее целесообразно применение рассматриваемого способа активации на предприятиях бродильной и других отраслей пищевых производств с малой мощностью. На них количество ферментных препаратов, используемых на той или иной технологической стадии, сравнительно невелико, и проведение акустической обработки не потребует дорогостоящего доукомплектования производственного оборудования.
Авторы
Карпенко Дмитрий Валерьевич, д-р техн. наук, доцент;
Тихонова Татьяна Александровна, студентка;
Ходарев Константин Константинович, студент;
Овчинников Юрий Борисович, студент;
Безгубов Вячеслав Валерьевич, студент
Московский государственный университет пищевых производств
125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, DoKa.65@mail.ru
The Method of the Activation of Amylolytic Enzyme Preparation
Key words
acoustic treatment; amylases; brewing; enzyme preparations. Abstract
Currently, enzyme preparations with various types of action are widely used in food industry, particularly in the fermentation productions. For this reason, the development of methods for their activation is an actual task. Existing methods of increasing of the activity of enzyme preparations have their own advantages and disadvantages. It was decided to test the new approach — to study the possibility of activation of the amylolytic enzymes of the preparation Amilorizin P10x by means of acoustic influence with the fixed frequency. For this purpose, an enzyme preparation was treated with sound of a certain frequency from the range 20-20 000 Hz. After that test variant's amylolytic activity was determined by the colorimetric method and compared to the similar indicator of the control specimen which wasn't affected by the sound. It was found that the acoustic treatment can both decrease and raise the amylolytic activity of the enzyme preparation. Character and intensity of the acoustic treatment depend on sound frequency, at which this treatment was carried out. The best results — increasing the activity of Amilorizin P10x amylases — was achieved by acoustic treatment with the frequency of 19 200 Hz for 1 hour at room temperature. The amount of starch hydrolyzed by the action of the enzyme preparation which was acoustically treated in the experiment was about 60% more than that was hydrolyzed by reference enzyme preparation, without acoustic treatment. Authors expressed the opinion that application of the considered method of enzyme's activation is most reasonable at SMEs of fermentative and other branches of food productions. There a quantity of enzyme preparations used at different technological stages is rather small, and acoustic treatment carrying out won't demand expensive fitting of the production equipment.
Authors
Karpenko Dmitriy Valerievich, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor;
Tihonova Tatjana Aleksandrovna, Student;
Hodarev Konstantin Konstantinovich, Student;
Ovchinnikov Jurij Borisovich, Student;
Bezgubov Vyacheslav Valerjevich, Student
Moscow State University of Food Production
11, Volokolamskoe shosse, Moscow, 125080, Russia, DoKa.65@mail.ru
44 ПИВО и НАПИТКИ 4 • 2015
