^
Химия и пища. Химия — пищевой промышленности. Порошок, «облагораживающий» пищу. Замечательные ускорители — ферменты. Как получают ферменты. Ферменты и пища.
Химия — это область чудес, в ней скрыто счастье человечества…, А. М. ГОРЬКИЙ
^
Много веков прошло с тех пор, как человек научился получать и применять огонь, готовить хлеб и вино, окрашивать ткани, выплавлять металлы из руд… Двести с лишним лет тому назад М. В. Ломоносов в своем знаменитом «Слове о пользе химии» специально обращал внимание на то, «сколько в приготовлении приятных пищей и напитков химия нам способствует». По давно установившейся традиции технологию пищевых производств относят к химической технологии. В XVIII веке молекулы веществ, получаемых химиками, состояли самое большее из 10—15 атомов. Это были довольно несложные «постройки» селитры, соды, кислот. В начале XIX века «строительная» техника химиков позволила делать уже «многоэтажные» молекулы — красителей, лекарств, взрывчатых веществ. Это были «постройки» уже из 100 атомов и более.
После того как А. М Бутлеров создал теорию строения вещества, а Д. И Менделеев дал таблицу элементов — этих ‘«строительных» материалов химии — у химиков открылись неограниченные возможности для возведения «сооружений» особой сложности.
Все это еще более сблизило пути развития химии и пищевых производств. В этой главе мы не будем говорить о роли химии, в частности биологической химии в процессах питания и обмена веществ. Оставим в стороне и вопрос о роли химии в сельском хозяйстве. Мы только приведем несколько примеров того, как неразрывно, нога в ногу шагают химия и пищевая технология, расскажем о некоторых любопытных химических добавках к пище, о чудесах и секретах химического синтеза пищевых продуктов. В отличие от других разделов химической технологии органических веществ, особенность пищевой технологии заключается в том, что во всех ее отраслях наиболее широко применяются биологические катализаторы — ферменты. Виноделие, спиртокурение, пивоварение, производство уксуса, простокваши, соления, квашения и прежде всего хлебопечение основаны на процессах ферментации.
Академик А. И. Бах сказал: «Производство печеного хлеба — величайшее химическое производство в мире…». В чем, собственно, химизм хлебопечения? Это превращение крахмала в сахар путем так называемого ферментативного гидролиза и затем сбраживание полученного сахара, В производстве ржаного хлеба наряду со спиртовым брожением происходит и молочнокислое брожение, в результате которого хлеб и приобретает специфический кислый привкус и аромат. Характерный запах ржаной хлебной корки ощущается благодаря присутствию изовалерианового альдегида, получающегося при брожении ржаного теста. Соление огурцов и помидоров, квашение капусты и перца основаны также на процессах молочнокислого брожения. На сложных химических процессах основана выработка патоки, целого ряда витаминов, пищевых кислот, душистых веществ.
Бытовая химия и здоровье человека
... и применения бытовой химии. 2. Изучить основные группы бытовой химии и проанализировать их компоненты. 3. Выявить и установить степень влияния химических компонентов синтетических моющих средств и оценить их влияние на окружающую среду и здоровье человека. ...
Следует сказать, что в упомянутых процессах добавление непищевых средств выполняет как бы преходящую роль. Они способствуют преобразованию вещества, его выделению, кристаллизации или очистке, но сами почти никогда в его состав не входят. Пожалуй, многие из вас даже и не подозревают, что в производстве сахара, например, принимают участие известь и углекислый газ, а в производстве соков и вина принимает участие сернистый ангидрид.
В последние годы в капиталистических странах в области производства продуктов питания все шире практикуется включение в пищу химических (непищевых) добавок. С точки зрения наших специалистов, за рубежом этим часто злоупотребляют.
^
Все отрасли пищевой промышленности неразрывно связаны с развитием химии. Уровень развития биохимии в большинстве отраслей пищевой промышленности характеризует и уровень развития отрасли.
Как мы уже сказали, основные технологические процессы винодельческой, хлебопекарной, пивоваренной, табачной, пищекислотной, соковой, квасоваренной, спиртовой промышленности построены на биохимических процессах. Вот почему совершенствование биохимических процессов и в соответствии с этим осуществление мер по совершенствованию всей технологии производства — главная задача ученых и работников промышленности. Работники ряда производств постоянно заняты селекцией — подбором высокоактивных рас и штаммов дрожжей. Ведь от этого зависят выход и качество вина, пива; выход, пористость и вкусовые качества хлеба. На этом участке достигнуты серьезные результаты: наши отечественные дрожжи по своей «работоспособности» отвечают возросшим требованиям технологии.
Примером могут служить выведенные работниками Киевского завода шампанских вин в содружестве с Академией наук УССР дрожжи расы К-Р, которые хорошо осуществляют функции сбраживания в условиях непрерывного процесса шампанизации вина; благодаря этому процесс производства шампанского сократился на 96 часов. Для нужд народного хозяйства расходуются десятки и сотни тысяч тонн пищевых жиров, в том числе значительная доля для производства моющих средств и олифы. Между тем в производстве моющих средств значительное количество пищевых жиров (при существующем уровне техники — до 30 процентов) можно заменить синтетическими жирными кислотами и спиртами. Это высвободило бы весьма значительное количество ценных жиров для продовольственных целей.
На технические цели, например на производство клеящих средств, также расходуется большое количество (многие тысячи тонн!) пищевого крахмала и декстрина. И тут на помощь приходит химия! Еще в 1962 году некоторые заводы начали применять для наклейки этикеток взамен крахмала и декстрина синтетический материал — полиакриламид. В настоящее время большинство заводов — винодельческих, пиво-безалкогольных, шампанских вин, консервных и т. п. — переходят на синтетические клеящие средства. Так, синтетический клей АТ-1, состоящий из смолы МФ-17 (мочевина с формальдегидом) с добавлением КМЦ (карбоксиметилцеллюлозы), находит все более широкое применение.
Шампанское: история создания и производство
... вина поставлялись в различные районы России, а также за её пределы и были удостоены золотых медалей на выставках в Москве, Нижнем Новгороде и в Париже. Опыт производства шампанских вин ... он использовал при создании завода Абрау-Дюрсо. Рисунок 2 - Князь Лев Голицын Своё шампанское князь производил по классической технологии, ...
Пищевая промышленность перерабатывает значительное количество пищевых жидкостей (виноматериалы, вина, пиво, пивное сусло, квасное сусло, плодово-ягодные соки), которые по природе своей обладают агрессивными свойствами по отношению к металлу. Эти жидкости иногда в процессе технологической обработки содержатся в неприспособленной или малоприспособленной таре (металлические, железобетонные и другие емкости), что ухудшает качество готового продукта.
Сегодня химия представила пищевой промышленности множество различных средств для покрытия внутренних поверхностей различных емкостей — резервуаров, баков, аппаратов, цистерн. Это эпросин, лак ХС-76, ХВЛ и другие, которые целиком предохраняют поверхность от любого воздействия и совершенно нейтральны и безвредны. Широкое применение в пищевой промышленности находят синтетические пленки, изделия из пластмасс, синтетические укупорочные материалы.
В кондитерской, консервной, пищеконцентратной, хлебопекарной промышленности для расфасовки различных изделий успешно используется целлофан. В полиэтиленовую пленку заворачивают хлебобулочные изделия, и они лучше и дольше сохраняют свежесть, медленнее черствеют.
Пластмассы, ацетилцеллюлозная пленка и полистирол находят с каждым днем все большее применение для изготовления тары под расфасовку кондитерских изделий, для расфасовки повидла, джема, варенья и для приготовления различных коробок и других видов упаковка Дорогостоящее импортное сырье — прокладки из коркового дерева для укупорки вина, пива, безалкогольных напитков, минеральных вод — прекрасно заменяют различные виды прокладок из полиэтилена, полиизобутилена и других синтетических масс.
Химия активно служит и продовольственному машиностроению. Капрон применяется для изготовления быстроизнашивающихся деталей, карамелештампующих машин, втулок, прихватов, бесшумных шестерен, капроновых сеток, фильтровальной ткани; в винодельческой, ликеро-водочной и пиво-безалкогольной отраслях капрон идет для деталей к этикетировочным, бракеражным и разливочным автоматам.
С каждым днем все шире «внедряются» в пищевое машиностроение пластические массы — для изготовления различных транспортерных столов, бункеров, приемников, элеваторных ковшей, труб, кассет для расстойки хлеба и многих других деталей и узлов.
Неуклонно растет вклад большой химии в индустрию питания,
^
В 1866 году немецкий химик Рипгаузен получил из продуктов расщепления пшеничного белка органическую кислоту, которую он назвал глютаминовой.
Это открытие не имело большого практического значения в течение почти полувека. В последующем, однако, выяснилось, что глютаминовая кислота, хотя и не относится к незаменимым аминокислотам, содержится все же в сравнительно больших количествах в таких жизненно важных органах и тканях, как мозг, сердечная мышца, плазма крови. К примеру, в 100 граммах вещества мозга содержится 150 миллиграммов глютаминовой кислоты. Научными исследованиями установлено, что глютаминовая кислота активно участвует в биохимических процессах, протекающих в центральной нервной системе, участвует во внутриклеточном белковом и углеводном обмене, стимулирует окислительные процесса Из всех аминокислот только глютаминовая кислота интенсивно окисляется тканью мозга, при этом освобождается значительное количество энергии, необходимой для процессов, протекающих в мозговых тканях.
Качество молочных продуктов
... молочной кислоты, спирта, углекислоты, масляной и лимонной кислот. Это используется в производстве кисломолочных продуктов ... качество молочных товаров; провести анализ структуры ассортимента молочных товаров; провести анализ показателей качества молочных ... 4,8 5,0 Глютаминовая кислота 22,4 12,9 19,5 Аспарагиновая кислота 7,1 18,7 ... шариков и бактериальных клеток ферментов. Белки оболочек жировых шариков ...
Отсюда и важнейшая область применения глютаминовой кислоты— в медицинской практике, для лечения заболеваний центральной нервной системы.
В начале XX века японский ученый Кикунае Икеда, занимаясь изучением состава соевого соуса, морской капусты (ламинарии) и других пищевых продуктов, характерных для Восточной Азии, решил найти ответ на вопрос, почему пища, сдобренная сушеными водорослями (например, ламинарией), становится более вкусной и аппетитной. Неожиданно выяснилось, что ламинария «облагораживает» пищу потому, что в ней содержится глютаминовая кислота.
В 1909 году Икеде был выдан британский патент на способ производства вкусовых препаратов. По этому способу Икеда путем электролиза выделял из белкового гидролизата мононатриевый глютамат, то есть натриевую соль глютаминовой кислоты. Оказалось, что глютамат натрия обладает способностью улучшать вкус продуктов питания.
Глютамат натрия — желтоватый мелкокристаллический порошок; в настоящее время он вырабатывается во все возрастающих количествах и у нас и за рубежом — особенно в странах Восточной Азии. Основное применение находит в пищевой промышленности как восстановитель вкуса продуктов, который утрачивается в процессе приготовления тех или иных изделий. Глютамат натрия применяется при промышленном производстве супов, соусов, мясных и колбасных продуктов, овощных консервов и т. п. Если вкус какого-либо продукта ухудшается в результате хранения или варки, то глютамат восстанавливает его. Глютамат натрия повышает чувствительность вкусовых нервов — делает их более восприимчивыми к вкусу пищи. В некоторых случаях он даже улучшает вкус, например перекрывает нежелательные оттенки горечи и земляного вкуса различных овощей. Приятный вкус блюд из свежих овощей обусловлен высоким содержанием в них глютаминовой кислоты.
Стоит только добавить к пресному вегетарианскому супу маленькую щепоточку глютамата — и, о чудо, блюдо приобретает полноту вкуса, возникает ощущение, будто ешь душистый мясной бульон.
Для продуктов питания рекомендуется такая дозировка глютамата натрия: 10 граммов препарата достаточно в качестве приправы для 3—4 килограммов мяса или мясных блюд, а также блюд, приготовленных из рыбы и птицы, для 4—5 килограммов овощных продуктов, для 2 килограммов бобовых и рисовых, а также приготовленных из теста, для 6—7 литров супа, соусов, мясного бульона. Особенно велико значение глютамата натрия при изготовлении консервов, так как при термической обработке продукты в большей или меньшей степени теряют свой вкус. В этих случаях дают обычно 2 грамма препарата на 1 килограмм консервов. И еще одним «волшебным» действием обладает глютамат натрия. Дело в том, что при длительном хранении мясных и рыбных продуктов утрачивается их свежесть, ухудшается вкус и внешний вид. Если же эти продукты перед хранением смочить раствором глютамата натрия, они останутся свежими, в то время как контрольные пробы теряют первоначальный вкус, прогоркают. В Японии глютамат натрия выпускают в продажу под названием «адзи-но-мото», что означает «сущность вкуса». Иногда это слово переводят иначе — «душа вкуса». В Китае этот препарат называют «вей-сю», то есть «гастрономический порошок», французы называют его «сывороткой ума», явно намекая на роль глютаминовой кислоты в мозговых процессах.
Разработка технологии горячего блюда из мяса птицы и подбор средств ...
... продуктов распада пищевого белка, прежде всего от аммиака. Присутствием глютаминовой кислоты обусловлен специфический аромат и вкус мяса птицы. Белое мясо содержит больше азотистых экстрактивных веществ, поэтому потребление бульона из мяса птицы ... 1.1 Химический состав мяса птицы Морфологический состав мяса птицы отличается от состава убойных животных тем, что кости скелета птицы тонкие и легкие, ...
А из чего делают глютамат натрия и глютаминовую кислоту? Каждая страна выбирает наиболее выгодное для себя сырье. Например, в США более 50 процентов глютамата натрия вырабатывают из отходов свеклосахарного производства, около 30 процентов — из клейковины пшеницы и около 20 процентов — из кукурузного глютена. В Китае глютамат натрия вырабатывают из соевого белка, в ГДР — из пшеничного белка. В Японии разработан метод биохимического синтеза глютаминовой кислоты из глюкозы и минеральных солей с помощью особой расы микроорганизмов (микрококкус глутамикус), о чем докладывал в Москве на V Международном биохимическом конгрессе японский ученый Киносита. В нашей стране за последние годы организован ряд новых цехов по производству глютаминовой кислоты и глютамата натрия. Основным сырьем для этих целей служат отходы кукурузо-крахмального производства, отходы сахарного производства (свекловичная патока) и отходы спиртового производства (барда).
В настоящее время во всем мире ежегодно производят уже десятки тысяч тонн глютаминовой кислоты и глютамата натрия, и с каждым днем все расширяется сфера их применения.
^
Большинство химических реакций, происходящих в организме, протекает с участием ферментов. Ферменты — это специфические белки, вырабатываемые живой клеткой и обладающие способностью ускорять химические реакции. Свое название ферменты получили от латинского слова fermentatio, что означает «брожение». Спиртовое брожение — один из старейших примеров действия ферментов.
Все проявления жизни обусловлены наличием ферментов. И, П. Павлов, сделавший исключительно большой вклад в развитие учения о ферментах, считал их возбудителями жизни: «Все эти вещества играют огромную роль, они обусловливают собою те процессы, благодаря которым проявляется жизнь, они и есть в полном смысле возбудители жизни».
Опыт изменений, протекающих в живых организмах, человек научился переносить в промышленную сферу — для технической обработки сырья в пищевой и других отраслях промышленности.
Применение ферментов и ферментных препаратов в технике основано на их способности ускорять превращения множества отдельных органических и минеральных веществ, ускорять таким образом разнообразнейшие технологические процессы.
В настоящее время уже известно 800 различных ферментов.
Действие различных ферментов весьма специфично. Тот или иной фермент действует только на определенное вещество или на определенный тип химической связи в молекуле.
В зависимости от действия ферментов их делят на шесть классов.
Ферменты способны расщеплять различные углеводы, белковые вещества, осуществлять гидролиз жиров, расщеплять другие органические вещества, катализировать окислительно-восстановительные реакции, переносить разнообразные химические группы молекул одних органических соединений на молекулы других.
Очень важным является тот факт, что ферменты могут ускорять процессы не только в прямом, но и в обратном направлении, то есть ферменты могут осуществлять не только реакции распада сложных органических молекул, но и их синтез.
Интересно и то, что ферменты действуют в чрезвычайно малых дозах на громадное количество веществ. При этом ферменты действуют очень быстро. Одна молекула катали-
210
затора превращает тысячи частиц субстрата в одну секунду.
Так, 1 грамм пепсина способен расщепить 50 килограммов коагулированного яичного белка; амилаза слюны, осахаривающая крахмал, проявляет свое действие при разбавлении один к миллиону, а 1 грамм кристаллического реннина заставляет свернуться 72 тонны молока! Все ферменты природного происхождения не токсичны. Это преимущество весьма ценно почти для всех отраслей пищевой промышленности.
^
Ферменты широко распространены в природе и содержатся во всех тканях и органах животных, в растениях, а также в микроорганизмах — в грибах, бактериях, дрожжах. Поэтому их можно получить из самых разнообразных источников.
Ученые нашли ответ на интереснейшие вопросы: как получить эти чудодейственные вещества искусственно, как их можно применять в быту и в производстве? Если поджелудочную железу разных животных справедливо называют «заводом ферментов», то плесневые грибы, как оказалось, — поистине «сокровищница» различных биологических катализаторов. Препараты ферментов, полученные из микроорганизмов, стали постепенно вытеснять в большинстве производств препараты животного и растительного происхождения.
К преимуществам этого вида сырья следует отнести в первую очередь высокую скорость размножения микроорганизмов. В течение года при определенных условиях можно снять 600—800 «урожаев» искусственно выращенных плесневых грибов или иных микроорганизмов. На определенной среде (пшеничные отруби, виноградные или фруктовые выжимки, то есть остатки после отжима сока) производят посев и в искусственно созданных условиях (необходимая влажность и температура) выращивают микроорганизмы, богатые определенными ферментами или содержащие фермент специфического свойства. Чтобы стимулировать выработку повышенного количества фермента, к смеси прибавляют дополнительно различные соли, кислоты и другие ингредиенты. Затем из биомассы выделяют комплекс ферментов или отдельные ферменты.
^
Направленное использование активности ферментов, содержащихся в сырье или добавляемых в нужных количествах, является основой производства многих пищевых продуктов.
Созревание мяса, мясного колбасного фарша, созревание сельди после посола, созревание чая, табака, вин, после чего появляется в каждом, из этих продуктов изумительный, свойственный только им вкус и аромат, — есть результат «работы» ферментов. Процесс проращивания солода, когда крахмал, не растворимый в воде, превращается в растворимый, а зерно приобретает специфический аромат и вкус — это тоже работа ферментов!
В сегодняшнем представлении дальнейшее развитие пищевой промышленности немыслимо без применения ферментов и ферментных препаратов (комплекс ферментов различного действия).
Взять к примеру хлеб — наиболее массовый продукт питания. В обычных условиях производство хлеба, вернее процесс тестоприготовления, также происходит с участием ферментов, находящихся в муке. А что если добавить всего лишь 20 граммов препарата фермента амилазы на 1 тонну муки? Тогда мы получим хлеб с улучшенным вкусом, ароматом, с красивой коркой, более пористый, более объемный и даже более сладкий! Фермент, расщепив в определенной степени крахмал, содержащийся в муке, увеличивает в муке содержание сахара; процессы брожения, газообразования и другие происходят интенсивнее — и качество хлеба становится лучше.
Этот же фермент — амилаза — применяется в пивоваренной промышленности. При его содействии часть солода, применяемого для изготовления пивного сусла, заменяют обыкновенным зерном. Получается ароматное, пенистое, вкусное пиво. При помощи фермента амилазы можно получить растворимую в воде форму крахмала, сладкую патоку и глюкозу из кукурузной муки.
Свежеприготовленные шоколадные изделия, мягкие конфеты с начинкой, мармелад и другие — лакомство не только для малышей, но и для взрослых. Но, пролежав некоторое время в магазине или же дома, эти изделия теряют свой прелестный вкус и вид — начинают затвердевать, сахар кристаллизуется, теряется аромат. Как продлить жизнь этим изделиям? Ферментом инвертаза! Оказывается, инвертаза предотвращает «черствение» кондитерских изделий, грубую кристаллизацию сахара; изделия остаются долгое время совершенно «свежими». А мороженое с кремом? С применением фермента лактазы оно никогда не будет зернистым или «песчаным», ибо кристаллизации молочного сахара не произойдет. Чтобы купленное в магазине мясо не оказалось жестким, необходима работа ферментов. После убоя животного свойства мяса изменяются: вначале мясо жесткое и невкусное, у парного мяса слабо выраженный аромат и вкус, со временем мясо делается мягким, интенсивность аромата вареного мяса и бульона усиливается, вкус становится более выраженным и приобретает новые оттенки. Мясо созревает.
Изменение жесткости мяса в процессе созревания связано с изменением белков мышечной и соединительной тканей. Характерный вкус мяса и мясного бульона зависит от содержания в составе мышечной ткани глютаминовой кислоты, которая, так же как и ее соли — глютаматы, обладает специфическим вкусом мясного бульона. Поэтому слабо выраженный вкус парного мяса объясняется отчасти тем, что глютамин в этот период связан с каким-то компонентом, освобождаясь по мере созревания мяса; Изменение аромата и вкуса мяса в процессе созревания связано также с накоплением низкомолекулярных летучих жирных кислот, образующихся в результате гидролитического распада липидов мышечного волокна под действием липазы.
Различие в жирокислотном составе липидов мышечного волокна различных животных придает специфичность оттенкам аромата и вкуса различных видов мяса. Вследствие ферментативной природы изменений мяса решающее влияние на их скорость имеет температура. Деятельность ферментов резко замедляется, но не приостанавливается даже при очень низких температурах: они не разрушаются при минус 79 градусов. Ферменты в замороженном состоянии могут сохраниться много месяцев, не теряя активности. В некоторых случаях их активность после размораживания возрастает.
С каждым днем расширяется сфера применения ферментов и их препаратов.
Наша промышленность увеличивает из года в год переработку винограда, фруктов и ягод для производства вина, соков, консервов. В этом производстве трудности заключаются порой в том, что исходное сырье — плоды и ягоды — не «отдает» весь содержащийся в нем сок в процессе прессования. Добавление ничтожного количества (0,03— 0,05 процента) ферментного препарата пектиназы к винограду, яблокам, сливам, различным ягодам при их дроблении или раздавливании дает весьма чувствительное повышение выхода сока — на 6—20 процентов. Пектиназу можно использовать также для осветления соков, в производстве фруктовых желе, фруктовых пюре. Большой практический интерес для защиты продуктов от окисляющего действия кислорода — жиров, пищевых концентратов и других жирсодержащих продуктов — представляет фермент глюкозооксидаза. Решается вопрос о длительном хранении продуктов, которые сейчас имеют короткий «срок жизни» вследствие прогоркания или иных окислительных изменений. Удаление кислорода или защита от него очень важны в сыродельной, безалкогольной, пивоваренной, винодельческой, жировой промышленности, при производстве таких продуктов, как сухое молоко, майонезы, пищевые концентраты и ароматизирующие продукты. Во всех случаях применение глюкозооксидазно-ката-лазной системы оказывается простым и весьма эффективным средством, улучшающим качество и сроки хранения продукции.
Будущее пищевой промышленности, да и вообще науки о питании немыслимо без глубокого изучения и широкого применения ферментов. Вопросами совершенствования производства и применения ферментных препаратов занимаются многие наши научно-исследовательские институты. В ближайшие годы намечено резко увеличить выработку этих замечательных веществ.
^
Геннадий Михайлович Евстигнеев, Юрий Александрович Лившиц, Олег Николаевич Сингаевский
Художник Е. Ф. КАПУСТИН
Редактор Л. И. Воробьева. Худож. редактор В. В. Водзинский. Технический редактор Т. С, Пронченкова. Корректор Т. Т. Талдыкина
Т-01944. Сдано в набор 7/Х 1971 г. Подписано к печати 11/П 1972 г. Формат
84×108 1/32,. Объем 6,75 п. л.-11,34 усл. п. л. Уч.-изд. л. 14,18.. Бумага тип. 3.
Тираж 600 000 экз. (1-й завод 1—300 000 экз.).
Цена43 коп. — Издат. №4613.
Тем. план 1971 г. п/.№127. Заказ 720.
Издательство «Пищевая промышленность», Москва, Б-120, Мрузовский пер., 1,
Ярославский полиграфкомбинат Главполиграфпрома Комитета по печати при Совете Министров СССР, Ярославль, ул. Свободы, 97.
