Глава 8 ферменты в пивоварении

КЛАССИФИКАЦИЯ И НОМЕНКЛАТУРА ФЕРМЕНТОВ И ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ

По современной классификации все ферменты делятся на шесть основных классов по типу катализируемой реакции: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы и лигазы. Большинство промышленно важных ферментов относятся к третьему классу - гидролазам. Подавляющее количество препаратов являются комплексными, содержащими помимо основного фермента еще значительное количество сопутствующих ферментов и белков. Поэтому в технологии ферментов препараты чаще классифицируют по основному компоненту в смеси ферментов, присутствующих в данном препарате: амилолитические, протеолитические, липолитические и т. д.

В нашей стране существует определенная система названия ферментных препаратов, в которой учитываются основной фермент, источник получения и степень очистки. Наименование каждого препарата включает сокращенное название основного фермента, затем добавляется видовое название продуцента и заканчивается название препарата суффиксом «ин». Далее ставится индекс, в котором обозначены способ производства и степень очистки фермента от балластных веществ.

При глубинном способе культивирования после названия ставится буква Г, а при поверхностном - П. Если это неочищенная культура продуцента, то далее следует буква х. Между буквами П, Г и х может стоять цифра, обозначающая степень чистоты препарата. Индекс 2 означает жидкий неочищенный концентрат исходной культуры; 3 - сухой ферментный препарат, полученный высушиванием методом распыления неочищенного раствора фермента (экстракт из поверхностной культуры или культуральной жидкости); 10 - сухие препараты, полученные осаждением ферментов, органическими растворителями или методом высаливания. Индексы 15, 18, 20 обозначают препараты, частично освобожденные не только от балластных веществ, но и от сопутствующих ферментов. Номенклатура препаратов с индексом выше 20 в России не используется, так как в этих случаях речь идет о высокоочищенных и даже гомогенных ферментных препаратах, которые именуются согласно классической номенклатуре и классификации ферментов.

ФЕРМЕНТНЫЕ ПРЕПАРАТЫ ПРИ ЗАТИРАНИИ И КИПЯЧЕНИИ СУСЛА

В процессе затирания и кипячения охмеленного сусла с хмелем в раствор из сырья, т. е. из солода и хмеля, переходят экстрагируемые вещества. При этом в стадии затирания под действием ферментов солода высокомолекулярные вещества расщепляются на более простые.

Важнейшими из ферментов являются группы амилаз, протеаз и гемицеллюлаз.

Амилазы

К группе амилолитических ферментов относятся α- и ß-амилазы, глюкоамилазы, изо-амилаза, пуллуланаза и некоторые другие.

Промышленные ферментные препараты применяются в процессе-затирания при переработке больших количеств несоложеного зерна вместо солода. Доза препарата зависит от вида и количества заменителя солода, качества солода и несоложеного зерна, вида ферментов и их активности в соответствующем ферментном препарате.

При переработке больших количеств несоложеного зерна промышленные ферменты восполняют прежде всего недостаток α-амилазы и тем самым обеспечивают полное осахаривание заторов.

α-амилаза - это эндофермент. В первой фазе он быстро расщепляет ос-1,4-глико-зидные связи амилозы преимущественно на декстрины с низкой молекулярной массой. В связи с этим происходят и быстрые изменения цвета при реакции с йодным раствором. Первая фаза расщепления протекает до ахроматической точки йодкрахмальной реакции, когда расщепляется от 20 до 45% амилозы. Потом наступает вторая фаза с более низкой скоростью реакции, когда α-амилаза расщепляет низкомолекулярные декстрины и в реакционной смеси повышается содержание мальтотриозы, мальтозы и глюкозы. При расщеплении α-1,4-гликозидных связей амилопектина под действием α-амилазы образуются сначала разветвленные декстрины средней молекулярной массы, позднее - декстрины с низкой молекулярной массой и повышается содержание мальтозы и глюкозы.

ß-амилаза действует в цепной реакции с α-амилазой, отщепляя постепенно мальтозу от нередуцирующего конца цепи, ß-амилаза не может обойти α-1,6-гликозидные связи, гидролиз крахмала останавливается на двух или трех единицах глюкозы перед разветвлением и образуются предельные декстрины.

При переработке ячменя и других заменителей солода, но прежде всего при производстве пива с высокой степенью сбраживания, необходимо использовать ферментные препараты, которые расщепляют полисахариды и продукты их гидролиза в местах разветвления молекулы, т. е. ферменты, гидролизующие α-1,6-глюкозидные связи. Замена или восполнение ферментов солода осуществляется с помощью ферментных препаратов, содержащих амилоглюкозидазу или пуллуланазу. Оба фермента расщепляют α-1,6-гликозидные связи разветвленных декстринов и повышают в растворе содержание мальтозы и мальтотриозы (в результате действия пуллуланазы) и глюкозы (за счет действия амилоглюкозидазы). При этом амилоглюкози даза расщепляет и связи α-1,4. Гидролиз начинается с нередуцирующего конца цепей, в результате чего образуется глюкоза. Установлено, что пуллуланаза обеспечивает более значительное повышение степени сбраживания, чем амилоглюкозидаза, поскольку под ее действием из всех сбраживаемых Сахаров образуется преимущественно глюкоза.

Из промышленных ферментных препаратов для обеспечения оптимального расщепления крахмала и достижения хорошего осахаривания сусла наиболее пригодны препараты, имеющие высокую α-амилазную активность. Для обеспечения повышенной степени сбраживания обычно используют препараты с высокой активностью амилоглюкозидазы.

Протеолитические ферменты

Протеолитические ферменты - это ферменты, которые гидролизуют белки и полипептиды, при этом образуются пептиды и свободные аминокислоты.

При переработке больших количеств несоложеного зерна необходимо вносить соответствующие препараты протеолитических ферментов, которые в несоложеном зерне имеют низкую активность. При этом протеазы гидролизуют высокомолекулярные азотистые вещества солода и несоложеных материалов до низкомолекулярных пептидов и аминокислот. Они играют существенную роль в обогащении сусла растворимыми азотистыми веществами и способствуют хорошей фильтруемости пива. Следует обратить внимание, что под действием протеаз образуются аминокислоты, поэтому с технологической точки зрения протеазы имеют огромное значение для обеспечения оптимальной концентрации аминокислот, необходимых для питания дрожжей в ходе главного брожения. Тем самым они влияют и на прирост дрожжей, и косвенно на органолептические свойства пива. Оптимальное расщепление высокомолекулярных азотистых веществ в ходе приготовления сусла имеет большое значение для улучшения коллоидной стойкости пива.

Гемицеллюлазы

Ферменты комплекса гемицеллюлаз действуют на клеточные степени эндосперма зерна, снижая содержание некрахмалистых полисахаридов. Важнейшим из этой группы ферментов для пивоварения являются эндо-β-глюканаза, которая расщепляет высокомолекулярный ß-глюкан. Гемицеллюлазы освобождают крахмал клеток для действия амилаз, белки - для расщепления протеолитическими ферментами, гидролизуют некрахмалистые полисахариды, что снижает вязкость и улучшает фильтрование охмеленного сусла. При этом увеличивается выход экстракта и улучшаются фильтруемость и качество пива.

Промышленные ферментные препараты, которые имеют высокую активность гемицеллюлаз, и прежде всего эндо-β-глюканазы, рекомендуются для применения как при переработке больших количеств несоложеного сырья, так и при переработке плохо растворенного солода (табл. 8.1).

 

Таблица 8.1 Ферментные препараты, используемые при производстве пивного сусла

Торговое название	Фирма-изготовитель	Активность основная (дополнительная)	Цель внесения
Brew-N-Zyme GP	Naarden International	Протеаза, α-амилаза, ß-глюканаза	Замена солода ячменем и другими несоложеными материалами; переработка плохо растворенного солода
Brew-N-Zyme AL	Naarden International	Термостабильная α-амилаза	Разжижение заменителей солода; переработка плохо растворенного солода
Brew-N-Zyme AP	Naarden International	Термостабильная α-амилаза (протеаза, ß-глюканаза)	Разжижение заменителей солода, увеличение выхода экстракта
Brew-N-Zyme PP	Naarden International	Нейтральная протеаза (α-амилаза, ß-глюканаза)	Замена солода несоложеными материалами: переработка солода с низким число Кольбаха
Brew-N-Zyme L 100	Naarden International	Амилоглюкозидаза	Улучшение сбраживания; производство пива для диабетиков
BAN 120 L	Novozymes	ß-амилаза (α-глюканаза, протеиназа)	Замена солода ячменем и другими материалами; переработка плохо растворенного солода
Neutrase 0,5 L	Novozymes	Нейтральная и щелочная протеиназа	Переработка заменителей солода; для повышения концентрации растворимых азотистых веществ
Cereflo 200 L	Novozymes	ß-глюканаза, α-амилаза	Переработка суррогатов; улучшение фильтрования, экстракции
Termamyl 60 L	Novozymes	Термостабильная α-амилаза	Переработка несоложеных материалов
Termamyl 20L	Novozymes	α-амилаза	Расщепление крахмала
Ultraflo L	Novozymes	Целлюлазная, ксиланазная, пентозаназная, арабаназная	Расщепление ß-глюканов, пентозанов и др. некрахмалистых полисахаридов
Celluclast 1,5 L	Novozymes	Экзо-ß-глюканаза, эндо-ß-глюканаза	Переработка несоложеных материалов; уменьшение вязкости сусла; увеличение выхода экстракта
Ceremix 2X L	Novozymes	Протеиназа, ß-глюканаза, α-амилаза	Переработка несоложеных материалов
Ceremix 6X MG	Novozymes	Нейтральная протеаза, α-амилаза, ß-глюканаза, пентозаназа, целлюлаза	Для замены или дополнения солодовых ферментов
Igrazym В А 10	Ciba-Geigy AG	α-амилаза (ß-глюканаза, протеаза)	Переработка несоложеных материалов; переработка плохо растворенного солода
Igrazym BP 10	Ciba-Geigy AG	Протеаза	Переработка заменителей солода; расщепление азотистых веществ
Convertase 70S	Schwarz	α-амилаза (протеаза, ß-глюканаза)	Переработка заменителей солода
Brewhouse Convertase	Schwarz	α-амилаза	Осахаривание заменителей солода
Convertase 403	Schwarz	α-амилаза	Производство пива для диабетиков; повышение сбраживания
Convertase Mashtub	Schwarz	Комплекс протеаз	Повышение содержания растворимого азота и экстракта
Convertase BG-A	Schwarz	ß-глюканаза (α-амилаза)	Переработка несоложеных материалов; улучшение фильтрования
Brauereienzym	Prowiko (NDR)	Эндо-ß-глюканаза (α-амилаза, протеаза)	Улучшение фильтрования; переработка заменителей солода
Hitempase	Quest International	Термостабильная α-амилаза	Расщепление крахмала; увеличение выхода экстракта
Promalt	Quest International	α-амилаза (протеаза, ß-глюканаза)	Повышение уровня экстракции; улучшение качества сусла и пива; ускорение фильтрования
Bioglucanase	Quest International	ß-глюканаза	Расщепление ß-глюкана; ускорение и улучшение фильтрования
Rhodia TA	Rhodia Limited	Термостабильная α-амилаза	Переработка несоложеных материалов; улучшение расщепления крахмала при переработке солодов с недостаточной амилолитической активностью
Rhodia AA 1200	Rhodia Limited	α-амилаза	Переработка несоложеных материалов
Rhodia AP	Rhodia Limited	α-амилаза, протеиназа, ß-глюканаза	Переработка несоложеных материалов; переработка солода с плохим общим растворением
ß-глюканаза 200L	Rhodia Limited	ß-глюканаза	Повышение выхода экстракта при использовании несоложеных материалов; ускорение фильтрования
Бруэрз флоу	Gist Brocades	α-амилаза, ß-глюканаза, протеаза	Переработка несоложеных материалов
Фермекс	Gist Brocades	α-амилаза	Снижение содержания крахмала
Фильтраза БР-Х	Gist Brocades	α-амилаза, ß-глюканаза, протеаза	Переработка несоложеных материалов
Протеиназа 200 L	Rhodia Limited	Нейтральная протеаза	Переработка несоложеных материалов
Фильтраза L	Gist Brocades	ß-глюканаза	Расщепление ß-глюкана, ускорение и улучшение фильтрования
Фильтраза NL	Gist Brocades	Термостабильная ß-глюканаза	Расщепление ß-глюкана, ускорение и улучшение фильтрования
Фильтраза BR-X	Gist Brocades	ß-глюканаза	Расщепление ß-глюкана, ускорение и улучшение фильтрования
Коллупилин	Gist Brocades	Протеаза	Расщепление белка
Амигаза	Gist Brocades	Амилоглюкозидаза	Улучшение сбраживания
Декс-Лоу	Gist Brocades	Термостабильная α-амилаза	Переработка несоложеных материалов; улучшение расщепления крахмала при переработке солодов с недостаточной амилолитической активностью
Максамил	Gist Brocades	Термостабильная α-амилаза	Разжижение крахмала
БНЗ-720	Ende Industries, Inc.	Термостабильная α-амилаза, нейтральная протеаза	Переработка несоложеных материалов, улучшение качественного состава сусла
Зимаджунт НТ340	Ende Industries, Inc.	Термостабильная α-амилаза	Ускорение расщепления крахмала, улучшение качества затора и сусла
Зимафилт Л300	Ende Industries, Inc.	ß-глюканаза	Переработка несоложеных материалов и переработка солода с недостаточным общим растворением
Глюкозим Л400	Ende Industries, Inc.	Глюкоамилаза	Повышение степени сбраживания

 

В зависимости от активности фермента, преобладающего в препарате, промышленные ферменты используют в следующих направлениях:

· для гидролиза крахмала, если в препарате преобладает активность ос-амилазы;

· если основной активностью препарата является протеолитическая, то главная функция используемого фермента направлена на оптимальное освобождение ферментных комплексов и расщепление азотистых веществ;

· если в препарате преобладает активность гемицеллюлазы или эндо-З-глюкана-зы, то препараты делают доступным субстрат для действия амилаз, протеолитических и других ферментов и расщепляют некрахмальные полисахариды при одновременном снижении вязкости среды.