- •Національний університет
- •Тема 1. Вступна лекція. Предмет і задачі
- •1. Предмет біотехнології солоду і ферментних препаратів (фп) як науки. Задачі дисципліни.
- •2. Основні терміни та поняття
- •3. Етапи розвитку виробництв та їх перспективи
- •2. Основні терміни та поняття
- •3. Етапи розвитку виробництв та їх перспективи
- •1. Види ячменю та їх характеристика
- •Питання для самоперевірки
- •Тема 2. Характеристика зернових культур як сировини для виробництва солоду План
- •2. Хімічний склад зерна ячменю
- •3. Основні вимоги стандарту щодо якості ячменю
- •4. Інші зернові культури
- •Питання для самоперевірки
- •Тема 3. Приймання і зберігання зернових культур План
- •1. Задачі зберігання зерна. Основні фізичні властивості зернових мас
- •2. Основні фізіолого-біохімічні процеси, що протікають в зернових масах при їх зберіганні
- •3. Режими і способи зберігання зерна. Типи зерносховищ
- •1. Задачі зберігання зерна. Основні фізичні властивості зернових мас
- •2. Основні фізіолого-біохімічні процеси, що протікають в зернових масах при їх зберіганні
- •2.1. Дихання зерна
- •2.2. Післязбиральне дозрівання зерна
- •2.3. Життєдіяльність мікроорганізмів в зерновій масі
- •2.4. Самозігрівання зернових мас
- •3. Режими і способи зберігання зерна. Типи зерносховищ
- •Питання для самоперевірки
- •Тема 4. Очистка, сортування, Замочування
- •1. Апаратурно-технологічна схема очистки і сортування зерна
- •2. Теоретичні основи і цілі замочування зерна
- •3. Способи і практика замочування зерна
- •4. Теоретичні основи пророщування зерна. Зміни у складі речовин та ферментативної активності зерна
- •5. Способи і практика пророщування зерна
- •Питання для самоперевірки
- •Тема 5. Сушіння свіжопророслого солоду
- •2. Утворення барвних та ароматичних речовин при термічній обробці солоду
- •3. Типи солодосушарок та практика сушіння солоду
- •1. Задачі сушіння. Біохімічні, біологічні та фізичні процеси при сушінні солоду
- •2. Утворення барвних та ароматичних речовин при термічній обробці солоду
- •3. Типи солодосушарок та практика сушіння солоду
- •Питання для самоперевірки
- •Тема 6. Обробка та зберігання сухого солоду План
- •1. Обробка сухого пивоварного солоду
- •2. Якісні показники сухого пивоварного солоду. Вимоги стандарту
- •3. Основні напрями підвищення виходу і якості солоду
- •1. Обробка сухого пивоварного солоду
- •2. Якісні показники сухого пивоварного солоду. Вимоги стандарту
- •3. Основні напрями підвищення виходу і якості солоду
- •Питання для самоперевірки
- •Тема 7. Особливості технології солоду
- •1. Відмінності в технології світлого і темного пивоварних солодів
- •2. Технологія карамельного солоду
- •Фізико-хімічні показники карамельного солоду
- •3. Технологія житнього солоду
- •4. Технологія пшеничного солоду
- •5. Особливості технології солоду у спиртовому виробництві
- •6. Утилізація відходів виробництва солоду. Проблеми охорони довкілля
- •Питання для самоперевірки
- •Тема 8. Класифікація виробництв ферментних препаратів (фп). Продуценти фп і розмноження засівної культури План
- •1. Значення та властивості ферментних препаратів
- •2. Зберігання чистих культур продуцентів фп і розмноження засівного матеріалу
- •3. Класифікація виробництв фп
- •1. Значення та властивості ферментних препаратів
- •2. Зберігання чистих культур продуцентів фп і розмноження засівного матеріалу
- •3. Класифікація виробництв фп
- •Питання для самоперевірки
- •Тема 9. Поверхневий спосіб виробництва фп План
- •1. Основна сировина
- •2. Стерилізація повітря
- •3. Поверхневе культивування продуцентів фп. Апаратурно-технологічна схема
- •1. Основна сировина
- •2. Стерилізація повітря
- •3. Поверхневе культивування продуцентів фп. Апаратурно-технологічна схема
- •Питання для самоперевірки
- •Тема 10. Виробництво фп глибинним способом План
- •1. Сировина для глибинного культивування продуцентів ферментів
- •2. Глибинне культивування продуцентів ферментів
- •1. Сировина для глибинного культивування продуцентів ферментів
- •2. Глибинне культивування продуцентів ферментів
- •Питання для самоперевірки
- •Тема 11. Концентрування та очистка фп План
- •1. Екстрагування ферментів, вакуум-упарювання та висушування ферментних розчинів
- •2. Осадження ферментів органічними розчинниками і солями
- •3. Мембранні методи очистки і концентрування ферментних розчинів
- •4. Адсорбційні методи розділення і очистки ферментів
- •5. Іммобілізовані ферменти
- •6. Оцінка якості ферментних препаратів
- •Питання для самоперевірки
- •Додатки
- •1. Основні фізико-хімічні показники якості ячменю, який використовують для виробництва пивоварного солоду
- •2. Основні фізико-хімічні показники якості сухого ячмінного пивоварного солоду
- •3. Фізичні характеристики сировини і продуктів виробництва солоду
- •4. Нормативні терміни зберігання зерна, солоду і відходів виробництва
- •5. Зведена таблиця розрахунків продуктів виробництва солоду
- •Рекомендована Література
- •С.Р. Тодосійчук
- •Курс лекцій
- •Видання подається в авторській редакції
2. Осадження ферментів органічними розчинниками і солями
Виділення ферментів із складної суміші речовин представляє значні труднощі, оскільки для агрегації білкових молекул і випадання їх в осад слід чітко дотримуватись певних умов.
Розчинність білків в різних розчинниках визначається розподілом на поверхні їх молекул гідрофобних і гідрофільних груп. Змінюючи деякі властивості води як основного розчинника білків, можна створити певне оточення білкових молекул, вплинути на їх гідратний або сольватний шар і викликати агрегацію молекул та випадання їх в осад. В промисловості осаджують ферменти з використанням органічних розчинників і солей.
Молекули води, що розміщені на гідрофобних ділянках поверхні білка, можуть бути замінені молекулами органічного розчинника. При цьому розчинність білків знижується і вони осаджуються.
При виборі розчинника треба враховувати його можливу токсичність, вибухонебезпечність і можливість його регенерації. Придатними є етанол, ізопропанол і рідше - ацетон.
Процеси агрегації залежать від природи органічного розчинника і багатьох інших факторів:
великі молекули агрегують швидше, ніж малі;
при осадженні ферментів температура має бути якомога нижчою (тому етанол перед внесенням в розчин охолоджують на 5-10°С);
найбільш повно і швидко ферменти випадають в осад в ізоелектричній точці;
максимальний вихід ферментів отримують при осадженні їх із розчинів, що містять не більше 10-12 % СР;
тривалість контакту ферментів з розчинником має бути мінімальною.
Відомо, що іони солей гідратуються і якщо добавити значну їх кількість в розчин, відбувається зв'язування ними води. Внаслідок дегідратації неполярних ділянок білкових молекул, останні взаємодіють одна з одною, утворюють агрегати; розчинність білків різко падає і вони випадають в осад. Хоча висолювання білків в основному визначається гідрофобними взаємодіями, на цей процес суттєво впливають і інші фактори: рН середовища (його близьке значення до ізоелектричної точки білку), температура, ступінь чистоти ферментного розчину, тривалість процесу та ін.
Для осадження використовують сульфат амонію, сульфат натрію, сульфат цинку і хлористий натрій. Застосовують також декстрини, поліетиленгліколь, заряджені полімери, іони деяких металів. Найкраще осадження білків відбувається при концентрації солі, що близька до концентрації насичення.
Самими складними стадіями процесу є внесення солей і їх розчинення. Солі подрібнюють і добавляють невеликими порціями при постійному перемішуванні, щоб запобігти утворенню локальних зон підвищеної концентрації солі в розчині. Процес формування осаду залежить від рН і температури середовища і може тривати від 20-40 хв. до кількох годин. При підвищеній температурі (20-30° С) процес агрегації молекул білку проходить швидше. Важливо, що при висолюванні можна досягти часткового фракціювання комплексу ферментів.
Вологі ферментні препарати направляють на сушіння (тоді отримують ФП з індексами Г10Х чи П10Х) або для одержання високоочищених ФП з використанням мембранних, адсорбційних та інших методів.
Сушіння ФП має метою отримати стабільний при зберіганні продукт із культуральної рідини, її концентрату чи з вологої пастоподібної маси, отриманої при осадженні ферментів органічними розчинниками і солями. Для обезводнення ферментних розчинів застосовують сушіння в вакуум-сушильних шафах (ВСШ), розпилювальних і сублімаційних установках. При висушуванні мають місце ряд труднощів, пов'язаних з термолабільністю ферментів.
В ВСШ висушують осади в тонкому шарі (не більше 5 мм) при температурі до +30°С і залишковому тиску не більше 136 Па. Тривалість -8-16 год., втрата активності ферментів - 6-10%.
Останнім часом спостерігається тенденція випускати стабільні рідкі ФП у вигляді упарених концентратів або використовувати для сушіння сублімаційні сушарки. В останніх процес ведуть при глибокому вакуумі. Матеріал на початкових стадіях віддає частину вологи, охолоджується і самозаморожується. Залишковий тиск становить 13-133 Па, температура препарату, що висушується спочатку становить мінус 20 - мінус 30°С. Коли вологість знижується до мінімуму, температуру піднімають до +30 - + 40°С.
Процес висушування ферментних осадів в сублімаційних сушарках включає три стадії: заморожування осаду, возгонка льоду і видалення залишкової вологи. В перший період видаляється 12-18% загальної кількості вологи, в другий - 50-65% і за останній вилучають решту вологи (до рівноважної, яка має становити 6-8%).В цих сушарках ферменти практично не інактивуються.
Про особливості режимів сушіння ФП в розпилювальних сушарках було сказано вище.
