Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,829

Кузнецова Е.А.

При подготовке зерна к производству зернового хлеба важнейшей технологической стадией является замачивание. Целое нешелушенное зерно содержит оболочки, которые отличаются высокой прочностью и затрудняют применение целого зерна в технологии, снижая органолептические и физико-химические свойства хлеба. Замачивание зерна проводят, как правило, в течение 10-24 часов. За этот период зерно претерпевает ряд изменений. В процессе набухания происходит переход макро- и микроэлементов в легкоусвояемую форму, увеличивается активность ферментов и расщепление сложных запасных веществ на более простые, легко растворимые, служащие питанием для развивающегося зародыша. Скорость активизации ферментных систем зависит от продолжительности замачивания зерна. Чрезмерная активность гидролитических ферментов затрудняет получение зернового хлеба удовлетворительного качества. Поэтому целесообразно ускорить процесс набухания зерна до достижения требуемой для диспергирования влажности и в то же время ограничить активность ферментных систем алейронового слоя, способствующих разрушению крахмала и белков эндосперма зерновки.

Применение ферментных препаратов, осуществляющих гидролиз некрахмальных полисахаридов, позволит регулировать процесс деструкции полисахаридов периферийных частей зерновки и снизить продолжительность негативного воздействия температуры и воды на зерно в процессе замачивания.

С целью гидролиза целлюлозы, гемицеллюлоз, β-глюкана, входящих в состав матрикса клеточных стенок, используют ферментные препараты целлюлолитического действия. Прочность оболочек зерна определяют β-глюканы и ксиланы (среди которых преобладает арабиноглюкуроноксилан), формирующие поперечные сшивки в структуре матрицы. Глубокий гидролиз некрахмальных полисахаридов клеточных стенок зерна под действием препаратов может быть осуществлен только в результате согласованного действия полиферментной системы, представленной целлюлазой, β-глюканазой и ксиланазой. Характерное свойство указанного комплекса ферментов - синергизм, выражающийся во взаимном увеличении скорости и глубины гидролиза некрахмальных полисахаридов до конечных продуктов при совместном действии этих компонентов.

В пищевой промышленности широко применяют ферментные препараты целлюлолитического действия Целловиридин Г20х, Biobake 721, Fungamil Super AX. Эти препараты положительно зарекомендовали себя при применении в хлебопекарной промышленности при производстве хлеба из ржаной муки, из смеси ржаной и пшеничной муки, а также хлеба с добавками отрубей и других компонентов с повышенным содержанием структурных полисахаридов.

Ферментные препараты целлюлолитического действия применяли на стадии замачивания зерна злаковых культур. Замачивание осуществляли при рН 4,5 с использованием цитратного буфера и температуре  50 °С в условиях термостата. Продолжительность замачивания зерна зависела от вида злаковых культур.

 В первую очередь ферменты, входящие в состав комплекса препаратов, при использовании на стадии замачивания зерна злаковых культур воздействуют на поверхность зерновки. Поверхность каждого органа растения - это часть общей структуры организма, она имеет свои характерные свойства. Поверхностные структуры семян растений включают такие образования, как микротяжи, ячейки. Складки, представляющие собой непосредственно рельеф поверхности. Поверхность  зерна - это структурная единица, которая в первую очередь должна реагировать на воздействие воды рН 4,5 и растворов ферментных препаратов целлюлолитического действия.

Для оценки характера изменения структуры поверхности оболочек зерна пшеницы и ржи готовили  продольные срезы  зерна, которые рассматривали  с помощью электронной сканирующей микроскопии с увеличением х700. Поверхность нативного зерна имеет характерный рельеф первого порядка, представляющий собой  параллельные тяжи целлюлозных фибрилл различной толщины и извилистости, перекрытых мелкими тяжами полисахаридных компонентов матрикса.

Под действием воды  (рН 4,5) произошло изменение рельефа поверхности зерна.  Кутикулярная часть микрорельефа поверхности зерна после замачивания в воде рН 4,5  выражена в виде  оголенных пучков длинных практически неповрежденных  волокон, более четко различимы поперечные сшивки микрофибрилл матрикса клеточных стенок.

Под действием ферментных препаратов целлюлолитического действия произошли изменения в структуре поверхности зерновки.Характер этих изменений определяется  видом препарата. Под действием препарата Целловиридин Г20х  произошло разрушение тяжей целлюлозных микрофибрилл и межфибриллярных поперечных сшивок, построенных из молекул гемицеллюлоз. На поверхности образовались ячейки, ограниченные крупными кутикулярными тяжами. В состав ферментативного комплекса препарата входит фермент целлюлаза, под действием которого подвергаются деструкции наружные слои целлюлозных микрофибрилл, имеющие аморфное строение.

Применение ферментного препарата  Biobake 721  приводит к преимущественному разрушению гемицеллюлоз, направленному вглубь ткани.  Складки рельефа поверхности зерновки  достаточно глубокие, они представлены параллельными кутикулярными тяжами практически лишенными поперечных сшивок.  Кутикулярные тяжи поверхности расположены довольно близко друг к другу.

Под влиянием препарата Fungamil Super AX оболочки приобретают более сглаженную структуру, состоящую также в основном из продольных волокон структурных полисахаридов. 

Ферментативный гидролиз целлюлозного комплекса происходит в гетерогенной среде. Эти реакции относятся к поверхностным,  протекающим в аморфных участках целлюлозного волокна и на поверхности кристаллических участков          (в этих зонах целлюлозы расположено до 25-30% гидроксильных групп). Не исключена возможность их протекания как поверхностно-гетерогенных - их первая стадия протекает на поверхности кристаллических участков и в аморфной части целлюлозы, а на второй стадии реагент проникает внутрь кристаллических участков и нарушает  их структуру (участвует 35-50% гидроксильных групп).

Характер изменения степени полимеризации некрахмальных полисахаридов оболочек зерна  зависит от ряда факторов: свойств самого субстрата, относительного содержания прочно и слабоадсорбирующихся ферментов, состава целлюлазного комплекса.

Целлюлазные комплексы содержат как прочно, так и слабо адсорбирующиеся ферменты. Прочно адсорбирующиеся целлюлазы практически полностью адсорбируются на целлюлозе в рН оптимуме действия ферментов и водная фаза реакционной смеси остается по существу свободной от них, причем прочно адсорбирующиеся ферменты не десорбируются с поверхности целлюлозы при многократном промывании субстрата водной фазой. Слабо адсорбирующиеся ферменты практически не адсорбируются на целлюлозе и при отделении водной фазы от нерастворимого субстрата остаются в ней.

 При промывании водой зерна перед измельчением в технологии зернового хлеба слабоадсорбирующиеся ферменты вымываются за пределы твердой фазы и зерно после подготовки с использованием  этих препаратов является экологически чистым.