Продукты и препараты с липоксигеназной активностью

На второй стадии фермент дегидроаскорбинатредуктаза в присутствии —SH-содержащих компонентов белково-протеиназного комплекса муки в тесте (обозначим их как R—SH) катализирует восстановление ДАК в аскорбиновую кислоту АК.

На первой стадии аскорбинатоксидаза катализирует окисление аскорбиновой кислоты с превращением ее в дегидроаскорбиновую кислоту ДАК. Необходимый для этого кислород поступает из газовых пузырьков, попадающих в тесто во время замеса.

Образовавшаяся ДАК и является тем окислите­лем, с которым связано улучшающее действие внесенной в тесто аскорбиновой кис­лоты.

При атом 2R—SH превращаются в R—S—S—R, в результате чего и происходит окислительная инактивация самой протеиназы и ее активаторов (например, глютатиона), а также упрочнение структуры белка вслед­ствие «сшивания» дисульфидными связями-мостиками. При этом улучшаются структурно-механические свойства теста, его газо- и формоудерживающая способ­ность, в результате чего увеличивается объем хлеба и уменьшается расплываемость подовых его сортов.

Рис 2. Механизм действия АК в пшеничном тесте.

Рис. 3. Механизм действия аскорбиновой кислоты (по Р. Каффер, 1990)

Г– SH - восстановленный глютатион; Г–SS–Г - окисленный глютатион; АК — аскорбиновая кислота; ДГ–АК – дегидроаскорбиновая кислота; белок — клейковинные белки в тесте

АК либо вносится в сухом виде в муку на мель­ницах, либо добавляется при приготовлении теста на хлебозаводах.

Оптимальные дозировки АК, так же как и бро­мата калия, зависят от сорта (выхода) пшеничной муки, ее силы, спосо­ба приготовления теста и интенсивности механической обработки тес­та, особенно на стадии его замеса и образования.

При обычных способах порционного приготовления теста опти­мальные дозировки АК находятся в пределах от 0,001-0,003% для муки высшего и I сорта и до 0,003-0,005% для муки II сорта.

При непрерывно-поточном приготовлении теста с интенсивной механической его обработкой при замесе и образовании оптимум дози­ровки АК резко увеличивается. Это особенно необ­ходимо, если тесто сразу же после замеса поступает па разделку.

Следует отметить, что одновременное внесение в тесто АК и бромата калия усиливает улучшающий эффект АК. Эффект этот больше, чем суммарный эффект от раздельного добавления тех же количеств этих улучшителей. Причиной этого является, очевидно, то, что внесение в тесто так­же и бромата ускоряет и делает более полным окисление АК в ее дегидроформу, происходящее в этих условиях не только ферментативным, но и пря­мым химическим путем.

Замес теста без доступа воздуха или в атмосфере инертного газа снижает, а за­мес в атмосфере кислорода или воздуха, обогащенного кислородом, повышает улуч­шающий эффект добавки в тесто того же количества АК.

АК как улучшитель теста и хлеба выгодно от­личается от других окислителей практическим отсутствием отрицате­льного влияния на качество хлеба добавок, превышающих величину оптимальной дозировки.

2.6 Пероксид ацетона. Пероксид ацетона получается действием пероксида водорода на ацетон. При соответствующем проведении этой реакции конечный ее продукт содержит более 90% ациклического мономера пероксида ацетона, известное количество димера и следы три­мера ацетона.

Применение пероксида ацетона в качестве добавки в муку разре­шено пищевым законодательством США в 1961-1962 гг.

Механизм и эффективность улучшающего качество хлеба действия пероксида ацетона изучались в ряде работ. Установлено, чти он является активным окислите­лем. Добавки пероксида ацетона, обычно лежащие в пределах 0,002-0,004% к массе муки, вызывают и отбеливание муки (в результате действия на красящие пигменты муки) и ускорение ее созревания после помола, улучшение структурно-механиче­ских свойств теста и ускорение процесса его созревания (в результате окислитель­ного воздействия на R—SH-компоненты белково-протеиназного комплекса муки).

Воздействие пероксида ацетона на R—SH представляется происходящим по схеме

От добавки пероксида ацетона увеличивается объем хлеба, улуч­шается разрыхленность и структура мякиша хлеба, становящегося бо­лее светлым, и повышается формоустойчивость подовых изделий.

2.7 Азодикарбонамид. Применение азодикарбонамида также было разрешено в США в 1961-1962 гг.

Он тоже является активным окислителем, образующим при восстановлении гидразодикарбонамид (бимочевину).

Добавки к муке азодикарбонамида в отличие от перекиси ацетона практически не влияет на цвет муки, и его основное действие состоит в ускорении процесса созревания муки, улучшении структурно-меха­нических свойств теста и ускорении его созревания, т. е. в действии па R—SH-компоненты белково-протеиназного комплекса муки и теста и улучшении соответствующих показателей качества хлеба (объема, разрыхленности и структуры мякиша и формы подовых изделий).

Есть работы, показывающие эффективность, особенно в условиях непрерыв­но-поточного приготовления теста, совместного применения азодикарбонамида и бромата калия в соотношении 1:2. Такое сочетание особенно целесообразно при применении современных непрерывно-поточных интенсивно механически воздей­ствующих тестоприготовительных установок. Для этих условий целесообразно со­вместное добавление 0,002-0,003% АДА и соответственно 0,004-0,006% к массе муки бромата калия.

2.8 Модифицированный крахмал (МДК). МДК «Крахмал окисленный для хлебопечения» получают путем окисления кукурузного крахмала различными реагентами (гипохлоритом кальция и др.).

Особенностью процесса окисления крахмала является низкий расход окислителей и создание условий, при которых активно протекает взаимодействие крахмала с реагентами. Установлено, что на качество хлеба существенное влияние оказывает содержание в окисленном крахмале карбоксильных и карбонильных групп.

МДК используется в количестве 0,3-1,0% от массы муки в зависимости от качества клейковины и сорта муки. При применении модифицированного крахмала улучшаются реологические свойства теста и качество хлеба - повышается объем хлеба (на 10-14%), улучшается структура пористости, мякиш становится более эластичным, наблюдается его осветление. При переработке муки с повышенной автолитической активностью мякиш хлеба с МДК становится более эластичным и сухим на ощупь.

Хлеб, приготовленный с МДК, сохраняет свежесть более продолжительное время. Сушки и баранки получаются более румяными, улучшается их хрупкость и набухаемость.

МДК вводят в виде водной суспензии или заварки в опару или тесто.

Установлена эффективность комбинированного применения МДК и молочной сыворотки при выработке хлебобулочных изделий.

2.9 Пероксид водорода. Пероксид водорода (Н₂О₂) — активный окис­литель. Возможность его использования для улучшения качества пше­ничного хлеба исследована в ряде работ.

Предлагался даже способ приготовления пшеничного теста с использованием пероксида водорода в качестве не только улучшителя реологических свойств теста, но и единственного разрыхляющего тесто кислородом агента. О0днако практическо­го производственного применения пероксид водорода в хлебопечении не нашел.

2.10 Ферментные препараты глюкозооксидазы. Фермент глюкозооксидаза катализирует окисление β-Д-глюкозы за счет молекулярного кислорода с образованием а-глюконолактона и перекиси водорода, далее о-глюконолактон в присутствии воды превращается в глюконовую кислоту (рис. 4). Перекись водорода, являясь окислителем, воздействует на -SH-содержащие клейковинные белки с образованием дополнительных -S=S- связей в структуре клейковины, что укрепляет структуру клейковины и улучшает реологические свойства теста (рис. 5).

Рис. 4. Схема действия фермента глюкозооксидазы

Рис. 5. Механизм окислительного действия глюкозооксидазы на клейковинные белки в тесте

Дополнительное воздействие перекиси водорода заключается в модификации некрахмальных углеводов второго порядка. В соответствие с теорией Л. Хилхорста и др. возможно образование поперечных связей арабиноксилана при помощи феруловой кислоты с другими арабиноксиланами. Окисление феруловой кислоты приводит к образованию дополнительных связей (дополнительное связывание феруловой кислоты), способствует гелеобразованию, увеличивает гидратацию, в результате чего возрастает водопоглотительная способность теста (рис. 6).

Рис. 6. Дополнительное воздействие перекиси водорода на арабиноксилановую фракцию пшеничной муки в тесте

Для производства ферментного препарата глюкозооксидазы применяют различные виды микроскопических грибов, относящиеся преимущественно к роду Penicillum (Penicillum notation, Penicillum vitale и др.) и реже к роду Aspergillus (Aspergillus niger). Препараты глюкозооксидазы содержат сопутствующий фермент каталазу.

Оптимум действия ферментного препарата глюкозооксидазы, полученного в Институте биохимии АН Украины при культивировании Penicillum vitale для пищевой промышленности, находится в зоне рН 5,6-5,8, при рН 3,0 сохраняется 30% ее активности. Температурный оптимум - 30-40 °С, при температуре 10 °С фермент активен не более, чем на 50%, при 65 °С фермент полностью инактивируется.

Глюкозооксидаза Penicillium vitale стабильна в водном растворе при температуре 25-27 °С, при температуре 35 °С за 5 ч фермент утрачивает 20-25% активности. В сахарных и солевых растворах глюкозооксидаза инактивируется (Е. И. Ведерникова, 1975).

Установлено, что улучшение качества хлеба с глюкозооксидазой достигается при ее совместном применении с аскорбиновой кислотой. Была выдвинута гипотеза механизма действия фермента в тесте, заключающаяся в том, что образующаяся при окислении глюкозы перекись водорода способствует переходу аскорбиновой кислоты в дегидро-L-аскорбиновую кислоту, окислительно воздействующую через ряд сопряженных реакций на белково-протеиназный комплекс муки, что приводит к улучшению (укреплению) свойств теста и качества хлеба. Эта система ввиду ее большей устойчивости может заменить такие эффективные окислители как бромат калия.

Применение глюкозооксидазы совместно с аскорбиновой кислотой рекомендуется для муки с нормальной и слабой, излишне растяжимой клейковиной. В связи с необходимостью наличия в среде глюкозы для действия глюкозооксидазы фермент используют для улучшения качества булочных и сдобных изделий. При производстве хлеба (без сахара) применение глюкозооксидазы с аскорбиновой кислотой эффективно при совместном применении препаратов глюкозооксидазы и глюкоамилазы.

В ГосНИИХП (Р. Д. Поландова, Л. А. Шлеленко, Г. Ф. Дремучева, 1999) разработаны способы применения ферментного препарата глюкозооксидазы совместно с аскорбиновой кислотой, обеспечивающие улучшение качества хлебобулочных изделий при интенсивной («холодной») технологии. Эффективность применения глюкозооксидазы повышается при введении ее совместно с аскорбиновой кислотой в дрожжевую смесь с небольшим количеством сахара с последующим замесом теста.

Установлена (К. Дрост и др., 2003) возможность частичной замены аскорбиновой кислоты (50-75%) ферментным препаратом глюкозооксидазы при соотношении «количество заменяемой аскорбиновой кислоты»: «ферментный препарат глюкозооксидазы» - 10:1, что объясняется синергическим эффектом их совместного применения.

Фермент липоксигеназа. Фермент липоксигеназа катализирует окисление цис -формы линолевой, линоленовой и арахидоновой ненасыщенных жирных кислот. Окисление ненасыщенных жирных кислот под действием липоксигеназы приводит через ряд промежуточных стадий к образованию, в основном, гидроперекисей.

Фермент липоксигеназа широко распространен в объектах растительного происхождения - обнаружен в стеблях и семенах бобовых (сое, горохе, фасоли, зеленом горошке, конских бобах), в злаковых (пшенице, ржи, овсе, ячмене), в масличных культурах (подсолнечнике, льне), в овощах и кормовых травах, картофеле.

Соевая мука. Липоксигеназная активность семян сои в 10-15 раз выше по сравнению с семенами пшеницы и других злаков.

Поэтому необезжиренная соевая мука, не подвергавшаяся терми­ческой обработке и полученная из неперегревавшихся бобов сои, явля­ется естественным препаратом активной липоксигеназы. Такая соевая мука может быть использована в качестве улучшителя пшеничного хле­ба, обладающего окислительным действием.

В 1927 г. был предложен хлебопекарный улучшитель, имеющий в основе ли-поксигеназноактивную соевую муку. Улучшитель такого типа под торговой маркой Vytase производится в США. Добавки его в количестве до 1 % к массе муки увеличи­вают объем хлеба, улучшают структуру, реологические свойства и цвет мякиша.

В отдельных странах, в которых запрещена отбелка муки химическими метода­ми, практикуется добавка при приготовлении хлебных изделий из пшеничной муки 0,5-1% ферментативно-активной необезжиренной соевой муки. Главной целью этой добавки является получение готовых изделий с более светлым мякишем.

Наиболее высокую активность липоксигеназы имеют семена бобовых (семядоли и ростки), а из них семена сои; у гороха она ниже в 3-10 раз, у пшеницы - в 10-20 раз и более, чем у семян сои.

В России разработано несколько способов улучшения качества хлеба, основанных на использовании ферментативно-активной соевой муки. К ним относится ферментный способ улучшения качества хлеба (Л. Я. Ауэрман, В. Л. Кретович, Р. Д. Поландова, 1964), по которому предусматривается приготовление специальной жидкой окислительной фазы (ЖОФ) из воды, ферментативно-активной соевой муки, растительного масла и пшеничной муки.

Хлеб, приготовленный ферментным способом, по всем показателям качества (объем, пористость, формоустойчивость) был лучше хлеба, полученного традиционным способом. Отмечается более светлый, эластичный мякиш с мелкой тонкостенной пористостью.

Исследования альтернативных источников фермента липоксигеназы показали ее высокую активность (в 2-5 раз выше, чем в пшеничной муке) в клеточном соке картофеля - отходе картофеле-крахмального производства. Разработанные способы использования липоксигеназно-активных препаратов клеточного сока картофеля, возможно, в будущем найдут применение для улучшения качества пшеничного хлеба.

Пшеница и пшеничная мука обладают, хотя и сравнительно низкой, но все же практически значимой липоксигеназной активностью. При этом активность липоксигеназы пшеничной муки тем выше, чем выше зольность и содержание белка в ней. Содержащаяся в пшеничной муке липоксигеназа может окислять при участии кислорода соответствующие ненасыщенные жирные кислоты муки.

На этом основан способ улучшения качества хлеба с использованием в ЖОФ вместо соевой муки в качестве источника липоксигеназы пшеничной муки (М. П. Попов, Г. Г. Дубцов, 1979).

На основе ферментативно-активной (липоксигеназной) соевой муки разработаны комплексные хлебопекарные улучшители, широко используемые в хлебопечении ряда стран - Англии, Франции, Германии, США, России.

Соевая мука выполняет три основные функции:

- отбеливает мякиш хлеба,

- по­вышает газоудерживающую способность в результате окислительного воздействия;

- увеличивает количество воды, которое следует добавлять к тесту.

Первые две функции обусловлены наличием природных ферментативных систем, поэтому важно, чтобы была использована ферментативно-активная соевая мука.

Соевая мука и ее производные применяются в хлебопечении и с другими целя­ми, например, в качестве заменителя яиц и в хлебе без клейковины (безглютеновом хлебе).

Клеточный сок картофеля. Клеточный сок картофеля (со­кращенно — КСК) является отходом картофелекрахмалыюго произ­водства и содержит, как известно, помимо углеводов, белка, минераль­ных соединений и витаминов, также активную липоксигеназу и термо­стабильные ингибиторы протеолиза.

Исходя из этого и из предварительных опытов, проведенных во ВНИИХПе и МТИППе, был предложен способ использования КСК для улучшения качества пшеничного хлеба.

В МТИППе было установлено, что КСК можно консервировать 15% поварен­ной соли и превратить в КСК-Конс, способный длительно сохраняться. Был также разработан способ получения концентрата (Конц) из КСК-Конс, определены опти­мальные для разных способов приготовления дозировки КСК и упомянутых выше его препаратов. Показано, что КСК и его препараты целесообразно вносить не толь­ко в жидкую окислительную фазу (ЖОФ), но и в фазу активации прессованных дрожжей.

Наиболее удобно и эффективно применение в хлебопекарной промышленно­сти концентрата, полученного из КСК-Конс.

2.12 Другие улучшители окислительного действия. В качестве воз­можных улучшителей качества хлеба изучались или применялись и другие соединения окислительного действия. Из их числа можно упо­мянуть пероксид кальция СаО₂ и пероксид карбамида.

Окислительное воздействие на компоненты муки лежит и в основе применения ряда веществ и соединений (оксиды азота, пероксид бензоила и др.) только для отбеливания муки па мельницах.

Отбеливающее действие этих реагентов сводится к окислению и обесцвечиванию пигментов муки. Однако ряд отбеливающих муку реагентов окисляющее действует и на R–SH - компоненты белково-про­теиназного комплекса муки и поэтому вызывает ускорение ее созрева­ния и соответствующее улучшение структурно-механических свойств теста и показателей качества хлеба.

2.13 Применение окислительных улучшителей в мукомольной и хлебопекарной промышленности. Реагенты окислительного действия, применяемые для отбеливания, ускорения созревания и повышения силы пшеничной муки и для улучшения качества хлеба, с точки зрения их отбеливающего и усиливающего (повышающего силу муки и улуч­шающего реологические свойства теста) действия можно разделить с известной условностью на 3 группы:

1) реагенты преимущественно отбеливающего действия: окси­ды азота, пероксид бензоила;

2) реагенты преимущественно усиливающего действия: йодат калия, персульфаты, аскорбиновая кислота, азодикарбонамид, окис­ленные модифицированные крахмалы (о них см. ниже в этой главе);

3) реагенты, сочетающие отбеливающее и усиливающее дейст­вия: кислород, пероксид хлора, пероксид ацетона.

В практике мукомольной и хлебопекарной промышленности от­дельных стран реагенты окислительного действия применяются на мельницах не только с целью отбеливания муки. Практикуется внесе­ние в муку па мельницах и улучшителей преимущественно «усиливаю­щего» действия (бромата калия, йодата калия, аскорбиновой кислоты, азодикарбонамида). Целесообразно ли это? При рассмотрении вопроса о дозировках отдельных улучшителей окислительного действия мы уже отмечали, что большинство их имеет четко выраженные оптималь­ные количества их добавки, превышение которых может вместо улучшения качества хлеба вызывать его ухудшение. Этот оптимум зависит не только от выхода (сорта) муки, ее силы (в том числе и от содержании белка), но и от способов, параметров и условий процесса приготовления теста.

Было уже отмечено, что при непрерывно-поточных методах приго­товления теста с интенсивным механическим воздействием на пего в процессе его замеса и образования и особенно при исключении перио­да брожения теста до разделки дозировка окислительных улучшителей может и должна быть в несколько раз увеличена по сравнению с опти­мальными для обычных способов приготовления теста. Поэтому совре­менные аппаратурно-технологические схемы приготовле­ния пшеничного теста предусматривают внесение при этом оптималь­ных доз окислителей и применение необходимого для этой цели оборудования.