Ферменты - вещества белковой природы и поэтому неустойчивы при хранении, а также чувствительны к тепловым воздействиям. Кроме того, ферменты не могут быть использованы многократно из-за трудностей в отделении их от реагентов и продуктов реакции. Решить эти проблемы помогает создание иммобилизованных ферментов. Начало этому методу было положено в 1916 году, когда Дж. Нельсон и Е. Гриффин адсорбировали на угле инвертазу и показали, что она сохраняет в таком виде каталитическую активность. Сам термин "иммобилизованные ферменты узаконен в 1971 году, и означает любое ограничение свободы передвижения белковых молекул в пространстве.

. Сущность иммобилизации ферментов — прикрепление их в активной форме к нерастворимой основе или заключение в полупроницаемую мембранную систему. Прикрепление фермента к носителю осуществляется адсорбционно, химической связью или путем механического включения фермента в органический или неорганический гель (в капсулу и т. п.). При этом допускается прикрепление фермента только за счет функциональных групп, не входящих в активный центр фермента и не участвующих в образовании фермент-субстратного комплекса. Носитель фермента или матрица может име^ь вид зернистого материала, волокнистой структуры, пластинчатой поверхности, пленок или тканей, полых волокон, трубочек, капсул и т. д. Имеет значение размер частиц носителя. Важно иметь большую поверхность, поэтому рекомендуются небольшие частицы диаметром 0,1—0,2 мм. Носитель фермента может быть как природное вещество, так и синтетический полимер.

Преимущества иммобилизованных ферментов перед нативными предшественниками:

1. Гетерогенный катализатор легко отделим от реакционной среды, что дает возможность остановить реакцию в любой момент, использовать фермент повторно, а также получать чистый от фермента продукт.

2. Ферментативный процесс с использованием иммобилизованных ферментов можно проводить непрерывно, регулируя скорость катализируемой реакции и выход продукта.

3. Модификация фермента целенаправленно изменяет его свойства, такие как специфичность (особенно в отношении макромолекулярного субстрата), зависимость каталитической активности от рН, ионного состава и других параметров среды, стабильность к денатурирующим воздействиям.

4. Можно регулировать каталитическую активность иммобилизованных ферментов путем изменения свойств носителя действием физических факторов, таких как свет и звук. Иммобилизовать ферменты можно как путем связывания на нерастворимых носителях, так и путем внутримолекулярной или межмолекулярной сшивки белковых молекул низкомолекулярными бифункциональными соединениями, а также путем присоединения к растворимому полимеру.

Широкое применение в нашей стране и за рубежом находят ферментные препараты и продукты, обладающие амилолитической активностью. В нашей стране выпускают следующие амилолитические ферментные препараты: с активной &-амилазой — Амилоризин П10Х, Амилосубтилин Г10Х; глюкоамилазой — Глюкоамилаза очищенная. Кроме того, производятся белый солод и солодовые экстракты с активной &-амилазой, которые вырабатываются из проросшего зерна ржи или ячменя.

Под действием амилолитических ферментов повышается содержание сбраживаемых сахаров в тесте, что приводит к интенсификации процесса созревания полуфабрикатов, увеличению количества декстринов, что способствует сохранению свежести хлеба.

При добавлении ферментных препаратов в оптимальных дозировках увеличивается объем хлебобулочных изделий, улучшается структура их пористости, мякиш становится более нежным, улучшаются вкус и аромат хлеба, корка приобретает более интенсивную окраску и глянец.

В составе Амилоризина П10Х содержится комплекс ферментов амилолитического и протеолитического действия, наибольшее значение из которых имеет &-амилаза. Продуцентом Амилоризина П10Х является плесневой гриб Aspergillus oryzae. Оптимальные условия действия Амилоризина ШОХ-рН 4,7-5,4 и температура 40-45°С.

Амилосубтилин Г10Х представляет собой очищенный ферментный препарат, образуемый Bacillus subtilis. Препарат содержит &-амилазу, (3-глюканазу и протеазу. Оптимальными условиями действия препарата являются рН 6,0-6,3 и температура 50-55°С. Бактериальная ?-амилаза по сравнению с грибной обладает высокой термостабильностью, температура инактивации составляет 63-71°С.

Амилоризин П10Х и Амилосубтилин Г10Х оказывают наиболее эффективное действие при добавлении к муке с упругой, недостаточно эластичной клейковиной, с пониженной и нормальной сахарообразующей способностью (180—250 мг мальтозы на 10 г муки) и автолитической активностью до 30%.

Глюкоамилаза очищенная (оптимальные условия действия: рН 3,0-5,0; температура 55-60°С) — препарат, продуцентом которого являются гриб Aspergollus awamory или штамм дрожжей Endomycopsiz sp. 20-9, находит применение при производстве высокоосахаренных ферментативных полуфабрикатов и жидких дрожжей.

Значительным недостатком применения амилолитических препаратов является наличие в их составе протеазы, что затрудняет их использование при переработке муки с пониженным содержанием клейковины, а также слабой по силе. Хлебные изделия лучшего качества получаются при совместном внесении амилолитических ферментов и улучшителей окислительного действия.

Отечественный цитолитический ферментный препарат, продуцентом которого является культура гриба Trichothecium rozeum, обладает гемицеллюлазной, целлобиазной, пентозаназной активностью. В результате исследований по поиску возможностей использования в хлебопекарной промышленности Цитороземина П10Х, который отличается высокой цитолитической и незначительной амиполитической и протеолитической активностью, было сделано следующее заключение: добавление его в тесто в диапазоне концентраций от 0,01 до 0,1% к массе муки способствует дополнительному обогащению теста редуцирующими сахарами, приводит к значительному накоплению в нем водорастворимых пентозанов, изменению упруго-пластических свойств клейковины, способствует улучшению реологических свойств геста, что приводит к увеличению объемного выхода хлеба.

Зарубежные аналоги ферментных препаратов

Зарубежными фирмами, также выпускаются ферментные препараты, обладающие амилолитической активностью. К ним относятся: Fungamyl BG (Фунгамил BG), приготовленный на основе очищенной грибной амилазы (оптимум рН 4,5-5,0 температуры 53-55°С), Bioferm P, Biobake P conc, Grindamyl A 1000, характеризующиеся низким уровнем амилоглюкозидазной и протеиназной активности, что позволяет применять их при переработке муки с различными хлебопекарными свойствами.

Gungamyl Super AX, Biobake 721 и Grindarmyl100 разработаны для коррекции низкой амилолитической активности муки, а также для улучшения структуры мякиша, повышения объема хлебобулочных изделий и продления срока сохранения свежести.

Препараты Novamyl, Biobake 2000, Grindamyl MAX-LIFE U4 и Grindamyl MAX-LIFE Е5 предназначены для удлинения срока хранения хлеба в свежем состоянии. Ферментный препарат Novamyl проявляет максимальную активность при выпечке тестовых заготовок (оптимумы рН 5,8-6,0, температуры 54-76°С) и способствует более полному протеканию процесса клейстеризации крахмала, что приводит к значительному увеличению срока свежести хлеба.