Duonos mielių aerobinės savybės
Įvadas
Duonos mielės, Saccharomyces cerevisiae, yra vienaląsčiai mikroorganizmai, plačiai naudojami duonos gamyboje dėl savo gebėjimo gaminti anglies dioksidą (CO2), kuris išpurena tešlą. Šis procesas, vadinamas alkoholiniu rūgimu, yra anaerobinis, tačiau mielės taip pat turi aerobinių savybių, kurios yra svarbios jų augimui ir metabolizmui. Straipsnyje nagrinėjamos duonos mielių aerobinės savybės, įskaitant jų gebėjimą kvėpuoti, fermentų aktyvumą ir pritaikymą maisto pramonėje.
Aerobinis kvėpavimas ir fermentų aktyvumas
Mielės yra fakultatyviniai anaerobai, o tai reiškia, kad jos gali augti tiek esant deguoniui, tiek jo nesant. Esant deguoniui, mielės vykdo aerobinį kvėpavimą, procesą, kurio metu gliukozė visiškai oksiduojama į anglies dioksidą ir vandenį, išskiriant didelį kiekį energijos ATP (adenozintrifosfato) pavidalu. Šis procesas yra daug efektyvesnis už anaerobinį rūgimą, nes iš vienos gliukozės molekulės pagaminama daug daugiau ATP.
Aerobiniam kvėpavimui reikalingi įvairūs fermentai, kurie katalizuoja biochemines reakcijas. Fermentai yra biologiniai katalizatoriai, kurie pagreitina chemines reakcijas ląstelėse. Duonos mielių ląstelėse yra daugybė fermentų, kurie dalyvauja medžiagų apykaitoje, įskaitant angliavandenių hidrolizę ir rūgimą.
Mielių ląstelėse susikaupia daug fermentų, kurie hidrolizina angliavandenius ir sukelia jų rūgimą. Dėl to mielės ir yra naudojamos angliavandeniams rauginti. Gaminant spiritą biocheminiu būdu, gali būti naudojamos įvairios žaliavos: krakmolas (bulvės, grūdai), cukrinės žaliavos (melasa, cukriniai runkeliai) ir inulininės žaliavos (cikorija, topinambai). Gaminant spiritą iš krakmolingų žaliavų, pirmiausia reikia hidrolizinti krakmolą, arba, kaip sakoma, jį sucukrinti. Tam yra naudojami amilolitiniai fermentai, esantieji salykle arba pelėsių grybeliuose. Salyklu vadinami dirbtinėse sąlygose (esant tam tikrai drėgmei ir temperatūrai) sudaiginti grūdai. Dygstant grūdams, juose kaupiasi aktyvūs fermentai: amilolitiniai (α-amilazė, β-amilazė, dekstrinfosfatazė), proteolitiniai, pektinazė ir kt. Šiuo metu salyklas vis dažniau pakeičiamas fermentų preparatais, gaminamais kultivuojant Mucor ir Aspergillus pelėsių grybelius. Pelėsių grybelių preparatuose esti apie 20 įvairių fermentų, jų tarpe ir maltazės. Veikiant amilolitiniams fermentams krakmolą, jis hidrolizuojasi į dekstrinus, maltozę ir gliukozę, kitaip sakant, yra sucukrinamas. Suprantama, gaminant spiritą iš melasos, jos sucukrinti nereikia. Toliau sucukrintas krakmolas rauginamas, ir susidaro alkoholis. Rūgimui sukelti naudojamos mielės, kurių fermentai katalizuoja rūgimo procesą.
Viena svarbiausių fermentų ypatybių - jų aktyvumo reguliavimas. Reguliuojant fermentų kiekį ir aktyvumą, reguliuojamas metabolinių reakcijų greitis bei jų kryptis.
Taip pat skaitykite: Ar žinote, kiek sveria jūsų duonos riekė?
Mielės maisto pramonėje
Fermentai maisto pramonėje naudojami labai plačiai. Jie naudojami pieno, mėsos duonos, konditerijos, gėrimų ir kitose maisto pramonės šakose. Pieno pramonėje naudojami iš vienų produktų sudarant kitus, pavyzdžiui, iš pieno gaminant sūrius; mėsos pramonėje skaidant, brandinant mėsą; duonos, konditerijos kaip pagalbiniai priedai, gėrimų pramonėje daugiausiai kaip brandinimo medžiagos.
Duonos gamyba yra sudėtinga fizinių, biocheminių ir mikrobiologinių procesų visuma. Svarbiausias technologinio duonos gamybos proceso etapas yra tešlos paruošimas. Jame svarbų vaidmenį vaidina mielių, pienrūgščio rūgimo bakterijų ir miltų fermentai. Katalizuojant amilolitiniams fermentams miltų krakmolo hidrolizę, susidaro dekstrinai ir maltozė, kuri, veikiant mielių fermentams, hidrolizinasi ir rūgsta, susidarant alkoholiui ir CO2. Pastarasis išpurena tešlą. Veikiant pienrūgščio rūgimo bakterijų fermentams, susidaro pieno rūgštis ir šiek tiek kitų organinių rūgščių, kas savo ruožtu sudaro optimalią aplinką mielėms vystytis. Rūgščių susikaupimas turi įtakos ne tik duonos skoniui, bet ir proteolitinių fermentų veikimui. Be to, susikaupus rūgštims, susilpnėja α-amilazės veikimas ir todėl pagerėja duonos kokybė. Priešingu atveju susidarytų daug dekstrinų, ir duona butų lipni, supuolusi, neakyta. Katalizuojant proteolitiniams fermentams, peptizuojasi ir kartu brinksta miltų baltymai, todėl tešlos savybės gerėja.
Fermentų išskyrimas ir gryninimas
Fermentų prigimčiai ir jų veikimo mechanizmui išaiškinti reikėjo juos išskirti iš organizmo audinių ir biologinių skysčių. Vienas iš paprasčiausių ir labiausiai paplitusių fermentų išskyrimo metodų yra gyvulinių ir augalinių audinių ekstrahavimas vandeniu, druskų tirpalais, glicerinu ir kai kuriais kitais tirpikliais. Geriausiai tam tinka glicerinas, nes jame tirpsta daugumas fermentų. Be to, glicerininiai fermentų ekstraktai ilgiau išsilaiko. Kad geriau išsiskirtų fermentai, audiniai susmulkinami ir sutrinami tame skystyje, kuriame jie ekstrahuojami. Audiniai dažniausiai sutrinami su kvarciniu smėliu specialiuose įrengimuose - homogenizatoriuose, pilnai suardant ląsteles. Kartais fermentai išskiriami iš ląstelių, panaudojus didelį slėgimą. Kad nesuirtų patys fermentai, audiniai sušaldomi. Išskirti fermentai paprastai yra užteršti įvairiomis medžiagomis, kurios gali mažinti jų katalitinį aktyvumą. Norint pašalinti šias medžiagas, fermentų ekstraktai yra atitinkamai gryninami. Plačiausiai paplitęs gryninimo būdas yra dializė. Dializės būdu iš fermentų ekstraktų galima išskirti mažo molekulinio svorio medžiagas (mineralines medžiagas, amino rūgštis, monosacharidus ir t. t.). Didelio molekulinio svorio medžiagos (baltymai, krakmolas ir t. t.) atskiriami kitais metodais: adsorbcijos, elektroforezės, išsūdymo, kristalizacijos ir t. t.
Adsorbcija
Pirmą kartą adsorbcijos metodą fermentams gryninti pritaikė 1862 m. žymus rusų biochemikas A. Danilevskis. Šio metodo esmę sudaro tai, kad daugelis labai susmulkintų medžiagų gali adsorbuoti kitas medžiagas iš tirpalo ir jas išlaikyti savo paviršiuje. Adsorbcijos intensyvumas priklauso nuo adsorbento ir adsorbuojamos medžiagos savybių. Be to, adsorbcija priklauso ir nuo sąlygų, kuriose ji vyksta. Čia ypač svarbu aplinkos reakcija, temperatūra ir kt. Kiekviename audinyje yra įvairių fermentų. Todėl ekstrakte esti beveik visi tame audinyje buvę fermentai. Norint gauti atskirus fermentus, naudojami įvairūs adsorbentai. Vieni iš jų adsorbuoja vienus fermentus, kiti - kitus. Parinkus atitinkamus adsorbentus ir kiekvienam iš jų sudarius tinkamas adsorbcijos sąlygas, galima fermentus ne tik išgryninti, bet ir atskirti juos vienus nuo kitų. Adsorbentas, dažniausiai lengvai nusėda. Keletą kartų taip adsorbuojant ir atskiriant fermentus nuo adsorbento, pavyksta juos išgryninti ir suskirstyti.
Fermentų preparatai
Daug kur maisto pramonėje yra naudojamos mielės, kurios dabar daugiausia gaminamos iš cukraus pramonės atliekos - melasos.
Taip pat skaitykite: Ką rinktis: batonas ar juoda duona?
Žinant fermentų svarbą įvairiems technologinių procesų etapams, galima patobulinti kai kurių maisto produktų gamybą, pagerinti jų kokybę, sutaupyti žaliavas. Pavyzdžiui, naudojant salyklą krakmolui sucukrinti, reikia daug grūdų salyklui paruošti. Be to, salyklo gamyba yra gana sudėtinga. Pelėsių grybelių (Aspergillus oryzae, Aspergillus awamori, Aspergillus niger, Aspergillus usamii, Aspergillus batatae) fermentų preparatai puikiausiai pakeičia salyklą, ir produktų kokybė nepablogėja. Naudojant šiuos fermentų preparatus, krakmolas sucukrinamas greičiau. Todėl pastaruoju metu tokie preparatai yra gana plačiai naudojami spirito gamyboje. Pelėsių grybelių (Aspergillus oryzae ir Aspergillus awamori) fermentų preparatai yra naudojami duonos gamyboje rūgimo procesams suintensyvinti. Be to, jie pilnai pakeičia salyklą, naudojamą plikintai duonai gaminti. Šių fermentų preparatų reikia labai nedaug (0,01% nuo plikinamų miltų masės).
Fermentai pieno pramonėje
Dalis fermentų į pieną patenka iš pieno liaukų ląstelių, kiti - išskiriami piene esančių mikroorganizmu. Piene yra šie fermentai: lipazė, fosfatazė, β-galaktozidazė (laktazė), α-amilazė, peptidhidrolazės, katalazė, anaerobinės ir aerobinės dehidrogenazės ir kiti. Iš pieno liaukų ląstelių į pieną lipazės patenka labai nedaug. Piene, ypač pieno produktuose, svarbiausias lipazės šaltinis yra kai kurie mikroorganizmai (Micrococcus, Sarcina, Pseudomonas, Alcaligenes, Achrobacter, Bact. fluorescens). Ypač dideliu lipolitiniu aktyvumu pasižymi daugelis pelėsių. Todėl apipelijusiuose pieno produktuose vyksta gana intensyvi riebalų hidrolizė (produktai apkarsta).
Fosfatazės į pieną patenka iš pieno liaukų. Jos inaktyvuojasi, šildant pieną 75°C temperatūroje 3 minutes arba 60°C temperatūroje 15 minučių. Laktazės yra pieno liaukose. Amilazė į pieną patenka beveik vien tik iš pieno liaukų ląstelių. Manoma, kad pieno liaukose sintetinasi laktozė, katalizuojant amilazei. Amilazė labai jautri temperatūrai: šildant pieną 63°C temperatūroje 30 minučių, ji inaktyvuojasi.
Proteolitiniai pieno fermentai inaktyvuojasi aukštesnėje kaip 75-80°C temperatūroje, bet gana stabilūs išlieka, ilgesnį laiką šildant iki 70°C temperatūros. Iš pieno liaukų į pieną patenka gana nedaug proteolitinių fermentų. Žymiai svarbesni piene ir ypač sūriuose yra pienrūgščio rūgimo mikroorganizmų išskiriami proteolitiniai fermentai.
Katalazė organizmo audiniuose suardo kenksmingą vandenilio peroksidą, kuris susidaro, vykstant medžiagų apykaitai. Pieno katalazės veikimo optimali temperatūra yra 37°C, o aplinkos reakcija - neutrali. Į pieną katalazė patenka iš pieno liaukų arba iš bakterijų ląstelių. Daugelis bakterijų, ypač puvimo, išskiria katalazę. Pienrūgščio rūgimo bakterijos katalazės negamina. Todėl iš katalazės kiekio pasterizuotuose pieno produktuose galima spręsti, kiek jie yra užkrėsti pašaliniais mikroorganizmais. Ką tik pamelžtame piene katalazės kiekis atitinka l-4 ml deguonies (15 ml pieno sumaišoma su 5 ml 1% H2O2 tirpalo ir, laikant 25°C temperatūroje, apskaičiuojama, kiek dujų išsiskiria per 2 valandas). Senapienių karvių piene katalazės kiekis atitinka 6-8 ml deguonies.
Taip pat skaitykite: Receptai gardžiai ir sveikai duonai
Anaerobinės dehidrogenazės (reduktazės) į pieną patenka su mikroorganizmais. Ar jų yra piene, nustatoma su metileno mėlio pagalba (esant fermento, metileno mėlis netenka spalvos). Laikas, per kurį metileno mėlis netenka spalvos, priklauso nuo bakterijų kiekio piene ir pieno kokybės. Atsižvelgiant į tai, pienas skirstomas į 4 klases. Į 20 ml pieno įpilama l ml metileno mėlio tirpalo (5 ml sotaus alkoholinio metileno mėlio tirpalo ir 195 ml vandens). Mišinys mėgintuvėlyje laikomas 40°C temperatūroje ir sekamas spalvos netekimo laikas. Nustatyta, kad ir ką tik pamelžtas pienas redukuoja metileno mėlį (nors ir silpnai).
tags: #duonos #mielių #aerobinės #savybės