Ферментные препараты протеолитического типа
Препараты протеолитических ферментов используются для улучшения качества муки с очень крепкой клейковиной. Эти препараты размягчают клейковину, вследствие чего тесто делается легко растяжимым и хлеб получается большего объема. Такое действие оказывают препараты пепсина и папаина, полученные в очищенном виде, т. е. без примеси каких-либо других ферментов. В практике хлебопечения, однако, в большинстве случаев применяются ферментные препараты плесневых грибов или бактерий, содержащие не только протеолитические, но и амилолитические ферменты, в частности α-амилазу. Таким образом, положительный эффект их воздействия может иметь комплексный характер; с одной стороны, интенсификация процесса осахаривания крахмала создает лучшие условия для газообразования в тесте, с другой стороны, небольшое ослабление клейковины повышает газоудерживающую способность и объем получаемого хлеба.
В связи с тем, что при добавлении большого количества протеаз может резко снизиться качество вырабатываемого хлеба, особое значение имеет установление строгих лимитов активности ферментных препаратов, содержащих протеазы.
Основным методом определения протеолитической активности, независимо от происхождения протеаз, является определение количества гемоглобина, гидролизовавшегося под действием фермента до продуктов, неосаждаемых трихлоруксусной кислотой; условия проведения гидролиза (буферная смесь pH 4,7 и температура 40° С) не соответствуют тем, в которых протекает процесс приготовления хлеба.
Как уже указывалось, при оценке интенсивности протеолиза белковых веществ клейковины наибольшее значение имеет выявление первых стадий распада, т. е. дезагрегации молекулы белковых веществ, а не глубокого гидролиза с получением продуктов, неосаждаемых трихлоруксусной кислотой. Таким образом, применение гемоглобина, значительно отличающегося по своим свойствам от клейковинных белков, оценка протеолиза по конечным продуктам распада и резкое несоответствие условий, в которых осуществляется протеолиз в технологическом процессе и при испытании активности препарата, — все это затрудняет дать правильную оценку активности протеолитических ферментных препаратов.
В пищевой промышленности применяются препараты протеиназ как растительного, так и бактериального происхождения. К первой группе относится наиболее широко используемый папаин, получаемый из латекса незрелых плодов папани, и бромелин — из сока стеблей ананаса. Ко второй группе относятся протеиназы плесневых грибов Bacillus subtilis. Технологический эффект применения протеиназ обусловлен их суммарным гидролитическим воздействием на белковые вещества муки, однако более подробного исследования ферментов, входящих в состав вырабатываемых промышленностью препаратов, почти не проводилось. Несомненно, что в них имеются как собственно протеиназы, т. е. эндопептидазы, атакующие внутренние пептидные связи в высокомолекулярных полипептидах белков, так и карбоксид- и аминополипептидазы. Например, в препарате бактериальной протеиназы электрофорезом на бумаге обнаружено 9 различных протеолитических ферментов.
Гидролиз белковых субстратов ферментными препаратами осуществляется в неодинаковой степени, что, конечно, затрудняет их идентификацию. Обычными способами определения активности протеаз является установление степени растворения субстрата (казеина или гемоглобина) или степени снижения вязкости белковых растворов; реже применяется способ определения содержания свободных аминокислот. Сопоставлять активность нескольких ферментных препаратов, определенную по одному какому-либо методу, очень трудно, так как один препарат может быть высоко активным по отношению к гемоглобину или к желатине, но не расщеплять казеин, а другой, наоборот, окажется высокоактивным к последнему. Таким образом, для практической оценки ферментных препаратов необходимо разработать специальные методы. Более логичным было бы определять интенсивность воздействия протеиназы на реологические свойства теста или клейковины. К сожалению, в настоящее время стандартизацию этих препаратов производят по гидролизу гемоглобина, а иногда и по гидролизу казеина.
Количество выпускаемых ферментной промышленностью препаратов протеолитических ферментов довольно значительно и большинство их обладают, кроме того, и амилолитической активностью. Исключение составляет папаин и бромелин.
В практике хлебопечения некоторых стран нередко используются следующие комбинированные препараты (табл. 185); некоторые из них имеют высокую амилолитическую активность, другие же (препарат P-11 и Р-41), наоборот, слишком низкую. Большая часть опубликованных работ посвящена вопросу снижения расхода энергии на замес и продолжительности этого процесса при добавлении в тесто ферментных препаратов, содержащих протеазы. В проводимых опытах учитывалась также и амилолитическая активность ферментных препаратов; статистический метод обработки полученных данных позволил выяснить роль каждого из исследованных факторов.
Данные табл. 186 показывают, что протеолитическая и амилолитическая активность изученных ферментных препаратов колебалась в широких пределах; это позволило получить образцы муки с различной активностью ферментов (табл. 187). Исследование расхода энергии на замес теста показало заметное снижение этой величины в результате прибавления в жидкую опару (содержащую 30% всей муки) ферментных препаратов (табл. 188); наряду с этим, ускоряется и процесс формирования теста. Результаты опытов показали, что добавление к жидкой опаре поваренной соли практически снимает влияние ферментных препаратов на скорость замеса. При тех же дозировках фермента, но при добавлении соли только при замесе теста снижение удельной работы на замес составляло не менее чем 14,7%. Таким образом, в среде, содержащей поваренную соль, ферменты воздействуют на белковые вещества муки менее активно, чем в среде без соли. Повышение количества муки в жидкой опаре до 45% от общего ее количества несколько снижает эффективность воздействия ферментов, хотя и в этом случае на замес теста расходуется значительно меньше энергии, чем на замес контрольного образца.
Сопоставление эффективности действия препаратов с различным соотношением протеолитических и амилолитических ферментов позволило математически обосновать еще ряд зависимостей. Из анализа значимости отдельных факторов, приведенных ниже, видно, что определенное влияние на расход энергии при замесе теста оказывает и амилолитические компоненты препаратов; с повышением их активности и при постоянном уровне протеолитической активности эта величина снижается. Более сильное влияние оказывают максимальные дозировки протеолитических ферментов (при одинаковой активности амилолитических ферментов), которые снижают расход энергии. Было установлено также, что при большом количестве муки в опаре удельная работа на замес ниже, чем в случае меньшего ее количества.
Проведенные исследования показали возможность применения протеолитических ферментных препаратов для получения хлеба хорошего качества при сниженной удельной работе на замес. В этом случае необходимо замешивать тесто в тестомесильных машинах, скорость рабочих органов которой равна 215 и 250 об/мин, так как при скорости 180 об/мин тесто обрабатывается недостаточно. При добавлении же в опару ферментных препаратов с высокой активностью протеаз обеспечивается нормальный объем и пористость хлеба при замесе теста со скоростью 180 об/мин; более интенсивный замес в этом случае ухудшает качество хлеба.
Эти данные представляют определенный интерес с точки зрения экономии энергии на замес при использовании ферментных препаратов протеолитического действия.
Проводили также исследования о применении препаратов протеолитических ферментов для ускорения реакции меланоидинообразования на поверхности хлеба. Для образования меланоидинов необходимо наличие избытка не только восстанавливающих сахаров, но и свободных аминокислот в тесте к моменту выпечки.
Было изучено также действие двух ферментных препаратов — папаипа, совершенно свободного от примеси амилолитической фракции, и Роциме-25, имеющего высокую активность α-амилазы. По интенсивности воздействия на белки пшеничного теста эти два препарата значительно отличаются друг от друга. При одинаковой протеолитической активности, выраженной в единицах по методу Эйр-Андерсона (по гемоглобину), папаин оказывает более глубокое влияние на растворимость белка, чем ферментный препарат плесневого происхождения; даже самая высокая концентрация последнего почти не повышает количество водорастворимого азота в тесте после трехчасового брожения, тогда как папаин увеличивает это количество почти в 2 раза. Это объясняется наличием в папаине большего количества пептидаз, гидролизующих полипептиды, чем в комплексном препарате ферментов плесневых грибов. Это еще раз подтверждает, что метод Эйр-Андерсона не может быть применен для оценки технологического эффекта при применении протеолитических препаратов в условиях хлебопечения.
Более высокая концентрация папаина (начиная от 500 ед.) сильно влияет на консистенцию теста; тесто разжижается, снижается вследствие этого его газоудерживающая способность, а также уменьшается объем хлеба. Наличие значительного количества растворимого азота в тесте при добавлении протеолитических ферментов способствовало более интенсивному меланоидинообразованию; при добавлении определенного количества папаина (от 200 до 500 ед. на 700 г муки) цвет корки измеряемый объективным методом по отражательной способности поверхности был более темный. При такой дозировке папаина в корке хлеба накапливалось почти вдвое больше фурфурола и гидроксиметилфурфурола, чем в контрольном образце, а также некоторых других продуктов реакции Майара (рис. 128).
При высокой дозировке папаина (от 600 до 1 000 ед.) может быть получен хлеб с бледной коркой и низким содержанием карбонильных соединений, в частности фурфурола и гидроксиметилфурфурола. Это явление объясняется изменением условий выпечки. В результате разжижения теста и соответствующего понижения его газоудерживающей способности поверхность хлеба не достигала даже верхнего края формы и не подвергалась сильному термическому воздействию, необходимому для протекания реакции Майара.
Представляет интерес и попытка установить связь между содержанием отдельных альдегидов, а также суммарным их количеством в корке хлеба со вкусом и ароматом последнего. Для этой цели был применен метод предпочтительной оценки вкуса и запаха хлеба. Математическая обработка полученных данных показала, что различия по вкусу между всеми испытанными образцами были несущественны. По запаху лучшим был образец с папаином при дозировке 500 ед. на 700 г муки.
Таким образом, было установлено, что усиленный гидролитический распад белковых веществ теста при добавлении папаина существенно влияет на содержание некоторых альдегидов в корке хлеба и на запах выпеченного продукта, но не на его вкус. Следует подчеркнуть еще раз, что положительное влияние на запах оказывали только препараты папаина, но не ферменты плесневых грибов.
Липоксигеназа (линолеат: кислород-оксидоредуктаза)
Липоксигеназа широко применяется в хлебопечении США и Англии для улучшения цвета теста в виде препаратов, получаемых из соевой муки под различными фирменными наименованиями. Сущность действия липоксигеназы заключается в сопряженном окислении каротиноидных пигментов муки и непредельных жирных кислот с образованием перекисей последних. При окислении желтые пигменты обесцвечиваются, и мякиш хлеба становится светлее. Сначала липоксигеназа соевой муки применялась для получения более светлого теста и хлеба при интенсивном замесе теста. Однако опыты показали, что наряду с этим происходит и улучшение хлебопекарных свойств муки, увеличивается объем хлеба, мякиш хлеба имеет тонкую и равномерную пористость. Результаты проведенных исследований показали, что следует различать действие собственно липоксигеназы соевой муки от воздействия кислорода в процессе замеса теста. Ферментативное окисление каротиноидных пигментов не связано с улучшением хлебопекарных свойств муки, которое происходит и в отсутствии системы липоксигеназа — непредельные жиры.
Дальнейшие исследования в этом направлении показали возможность усиления действия липоксигеназы прибавлением в тесто растительных масел, содержащих непредельные жирные кислоты, например масла сафлора или сои. В этом случае в результате окисления жиров выпеченный хлеб имеет приятный «ореховый» привкус. Этот комбинированный способ применения липоксигеназы нашел широкое применение в хлебопечении США. Аналогичный способ предложен также отечественными исследователями.