Воздействие электрохимически активированных систем на ферменты солода

С.Н. Храпенков, М.В. Гернет

Московский государственный университет пищевых производств

В.М. Бахир

ОАО “НПО Экран”

Прошло более 20 лет с того момента, когда был обнаружен эффект электрохимической активации (ЭХА). Вода и слабосолевые растворы, прошедшие обработку в анодной или катодной камерах диафрагменного электролизера, переходят в метастабильное состояние, которое отличается от стабильного аномальными значениями физико-химических параметров, например значениями рН и окислительно-востановительного потенциала [1].

Существует несколько факторов, ответственных за свойства: электрохимически синтезированные щелочи в католите и кислоты в анолите — их концентрация пропорциональна минерализации воды и количеству электричества, затраченного в данном процессе; суперактивные метастабильные соединения с высокой окислительной (анолит) и восстановительной (католит) способностью, но в процессе использования они быстро исчезают и выполняют роль катализаторов; электрохимически активные микропузырьки электролизных газов, в ЭХА-растворе пузырьки не всплывают, поскольку их распределение обусловлено кулоновскими взаимодействиями;

метастабильная структура воды, которая возникает во время действия магнитного поля.

Эти свойства сохраняются длительное время. Из всех факторов только первый не подвергался сомнению. В последнее время по второму фактору получено множество теоретических и экспериментальных данных [1].

ЭХА-растворы используют в медицине, микробиологии,сельском хозяйстве и других областях [2]. Были достаточно удачные попытки применения ЭХА-компонентов в пищевой промышленности, в частности в бродильных производствах.

В связи с вышесказанным было бы в большой степени интересно совместить действие ферментов в процессе приготовления сусла и действие ЭХА-растворов.

Цель эксперимента — выявить влияние электрохимически активированной воды на активность ферментов солода и препаратов микробного происхождения разного спектра действия.

Во время эксперимента использовали растворы ферментного препарата АП Субтилин А концентрацией 1 мг/см³, изготовленного на предприятии “Биотсинтез” (г. Вильнюс). Амилолитическую активность определили капельным методом по Климовскому и Родзевич, в качестве субстрата использовали 1%-ный раствор крахмала. В качестве контрольного раствора фермента был взят раствор препарата АП Субтилин П, приготовленный на основе дистиллированной воды с той же концентрацией.

Опытные образцы были приготовлены на воде, полученной на установке СТЭЛ-2 (католита и анолита). Свойства полученной воды отраженны в табл. 1.

Растворы ферментного препарата выдерживали при температуре 30 ^oС в течение 1 ч. Амилолитическую активность определяли сразу после приготовления раствора через 15,30 и 60 мин выдержки.

Из рис. 1 видно, что активность раствора фермента, приготовленного на основе анолита, выше активности контрольного образца уже в нулевой точке, что, видимо, связано с лучшей скоростью диффузии в ЭХА-растворах [2], и это сохраняется на всем протяжении эксперимента. Активность образца на католите значительно ниже контрольного, что обусловлено высоким значением рН католита.

Максимальные значения амилоли-тической способности достигаются уже к 15-й минуте, и дальнейшая выдержка не приносит желаемого эффекта (рис. 2). За 100 % взята активность контрольного образца.

Таблица 1

 

Компонент	рН раствора	Окислительно-восстановительный потенциал, mv
Исходная городская вода	7,2-7,6	360-390
Католит	9,20-10,0	- (720-950)
Анолит	6,20-6,70	500-750

 

Таблица 2

 

Компонент	Количество образовавшегося аминного азота, мг/мл	Протеолитическая активность, ед./г	Эффективность воздействия, %
Контроль	0,273	544	100
Анолит	0,343	685	125
Католит	0,161	321	59

 

Таблица 3

 

Компонент	рН	ЕЕ, mV	Время осахаривания, мин	Экстрактивность, %	Эффект активации, %
Контроль	7,36	298	15	70,2	100
Католит	6,38	-774	15,5	71,4	101,7
Анолит	9,88	625	13	72,6	103,4

 

Таблица 4

Образец	Экстрактивность, %		Время осахаривания, мин
Контроль	66,0	100,0	26
Затирание с раствором ферментов, приготовленном на католите	66,4	100,6	>30
Затирание с раствором ферментов, приготовленном на анолите	67,6	102,4	24
Затирание с раствором ферментов, приготовленном на анолите, количество фермента сокращено на 12 %	66,0	100,0	27

В следующем эксперименте использовали ферментный препарат Протосубтилин Г 10х, протеолитическую активность определяли методом Вильштеттера и Вальдшмидт-Лейтца в модификации. В качестве субстрата применяли 5%-ный раствор желатина.

Так как в предыдущем эксперименте видно, что активация происходит уже к 15-й минуте, в последующих экспериментах использовали 15-минутную выдержку. За единицу принято количество фермента, которое за 1 ч образует 1 мг аминного азота (табл. 2).

Из табл. 2 видно, что анолит активизирует протеазы на 25 % по сравнению с контролем, а каталит, наоборот, ингибирует их почти в 2 раза.

В последующем эксперименте проводили опытное затирание с использованием светлого ячменного солода, показатели которого соответствовали ГОСТу. Для определения экстрактивности использовали стандартный метод. В качестве контрольного образца использовали водопроводную воду, отстоянную от хлора в течение суток. Результаты эксперимента представлены в табл. 3.

Из данных табл. 3 видно, что экстрактивность возрастает на 1-2 % в опытных образцах по сравнению с контролем. В заторе с анолитом время осахаривания составляет 13 мин, что на 2 мин меньше, чем в контроле. Экстрактивность возрастает как в образце с католитом, так и в образце с анолитом.

Как показали предыдущие эксперименты, при воздействии ЭХА-компонентов увеличивается активность как ферментов солода, так и препаратов бактериального происхождения. Их совместное действие используют при применении несоложеных материалов более 15 %. В качестве несоложеного материала можно брать рис, кукурузу, ячмень и др. Мы сознательно взяли в качестве несоложеного ячмень, хотя он является более сложным сырьем, чем рис или кукуруза. При его переработке могут возникнуть проблемы из-за того, что |3-глюкан недостаточно растворился и при затирании будет недостаточно расщепляться [3]. Именно поэтому в следующем эксперименте опытное затирание проводили с использованием светлого ячменного солода (70 %), ячменя (30 %) и ферментного препарата АП Субтилин П (0,3 % от массы навески). Определение также осуществляли стандартным методом. В качестве контрольного образца было проведено затирание с водным раствором ферментов. В опытных образцах использовали растворы ферментов, приготовленных на анолите и католите (табл. 4).

Из данных табл. 4 хорошо видно, что при применении ЭХА растворов увеличивается Экстрактивность на 1-2 %. К тому же уменьшается время осахаривания при применении растворов, активированных на анолите.

Растворы ферментов и вытяжек, приготовленных на анолите во время всех экспериментов, обладают более высокой активностью, что позволяет говорить об активации ферментов. Эксперименты также показали, что оптимальное время воздействия 15 мин, а дальнейшая активация не приводит к нужным результатам. При применении растворов ферментов на ЭХА-воде происходит увеличение экстрактивности солода и несоложеных материалов на 1-2% по сравнению с контрольным образцом. Кроме того, при уменьшении нормы задачи ферментов на 12 % экстрактивность и время осахаривания остаются такими же, как и в контроле, что позволяет экономить дорогостоящие ферментные препараты. Применение ЭХА-компонентов имеет самые широкие перспективы.

ЛИТЕРАТУРА

 

1. “Электрохимическая активация-97”. Первый международный симпозиум. “ЭХА в медицине, сельском хозяйстве, промышлености”. — М., 1997.
2. “Электрохимическая активация-99”. Второй международный симпозиум.— М.,1999.
3. Кунце В., Мит Г. Технология солода и пива/Пер, с нем. — СПб.: Изд-во “Профессия”, 2001.

 

Опубликовано в журнале “Пиво и напитки”, №5, 2002.