Дрожжи и ферменты

       Дрожжи и ферменты
  Протеазы используются для изменения свойств клейковины, и если клейковина в тесте для печенья слишком сильная, их все шире при­меняют как альтернативу метабисульфиту натрия.

Дрожжи — это микроскопические одноклеточные грибы, которые столь малы, что в одном грамме содержится около 1,5¹⁰ клеток. Существует много разных видов дрож­жей, но для брожения теста обычно используют Saccharomyces cerevisiae.В анаэроб­ных условиях, то есть без кислорода, эти микроорганизмы способны производить из сахаров диоксид углерода и спирт. При сбраживании теста наиболее важна именно эта способность производить газ.
Дрожжи могут быть приобретены в свежем прессованном виде с содержанием влаги около 70%, в виде активных сушеных дрожжей (гранул) или как быстрора­створимые высокоактивные (инстантные) дрожжи. Масса блока свежих дрожжей обычно равна 1 кг. Хранить их следует или при температуре около 4 °С (при этом дрожжи сохраняются в хорошем состоянии около 3 недель), или замороженными, тогда их действие сохраняется не менее трех месяцев. Хранение в обычном холо­дильнике при температуре 4 °С приводит к значительному высыханию продукта, что вызывает нарастание льда в более холодных частях холодильника и высыхание дрожжей. Активные сушеные дрожжи имеют содержание влаги около 8% и в герме­тично закрытом мешке остаются жизнеспособными около трех или более лет, теряя примерно 1% активности в месяц. Быстрорастворимые активные дрожжи содержат около 5% влаги и в герметичной упаковке долго сохраняются, теряя свою активность примерно с той же скоростью, что и сушеные дрожжи.
Свежие дрожжи должны быть в виде спрессованных цельных блоков (не рас­крошенными), равномерного сливочно-бежевого цвета, однородными, со свежим за­пахом (при значительной порче они превращаются в темную с резким неприятным запахом жидкость). Если дрожжи раскрошились и выглядят серыми и сухими, они несвежие, то есть могут еще действовать, но будут плохо сбраживать тесто, так как их способность к образованию газа будет снижена. При использовании свежих дрож­жей лучше всего размешать их с водой венчиком при соотношении примерно 1 : 5. Для восстановления замороженных дрожжей используется теплая вода с последую­щей их гидратацией в течение около 15 мин.
Активные сушеные дрожжи при равном количестве по меньшей мере в два раза эффективнее, чем прессованные, но при равной сухой массе значительно менее ак­тивны. Их следует реактивировать, размешивая в воде с небольшим количеством сахара в течение 10-15 мин при температуре около 40 °С. Не следует регидратировать активные сушеные дрожжи холодной или горячей водой.
Быстродействующие (инстантные) активные сушеные дрожжи благодаря спосо­бу их получения и покрытию эмульгатором очень легко регидратируются. Их можно непосредственно добавлять в тесто, но как и в случае применения активных суше­ных дрожжей в течение 5-15 мин перед тем как они станут такими же активными, как свежие дрожжи, у них имеется определенная лаг-фаза (замедленная активность). При равной массе по сухому веществу они обладают почти такой же способностью выделять газ, как и прессованные дрожжи.
Прессованные дрожжи в течение первых 45 мин действуют незначительно, и в это время они очень подвержены отрицательному действию внешних условий — тем­пературы, доступной воды, содержанию соли и сахара. Поэтому никогда не следует разводить дрожжи в соленой воде. Даже 2%-ный раствор соли может повредить дрожжевые клетки или вызвать значительное снижение их активности. Концентра­ция сахара в растворе не должна превышать 5%.
Метаболизм дрожжей зависит в основном от внешнего действия двух фермен­тов — инвертазы, гидролизующей глюкозу на декстрозу и фруктозу, и зимазного
комплекса ферментов, который превращает низшие сахара в этиловый спирт и уг­лекислый газ в отсутствие кислорода.
                     зимаза
С₆Н₁₂0₆ => 2С0₂ + 2С₂Н₅ОН.
глюкоза диоксид углерода спирт 
Как и в случае всех других ферментов, эти реакции сильно зависят от температу­ры. Влияние температуры и количества дрожжей показано на рис. 15.1.
При температуре 30 °С дрожжи выделяют газ в три раза быстрее по сравнению с их активностью при 20 °С, но максимальную активность они проявляют при темпе­ратуре 38 °С (примерно температура тела). При 54 °С дрожжи очень быстро погиба­ют. Способность сбраживать мальтозу (солодовый сахар) проявляется у дрожжей в случае индуцирования фермента мальтазы, а именно мальтоза накапливается в ре­зультате гидролиза крахмала амилолитическими ферментами (α — и β-амилазами), присутствующими в муке злаков. Тем не менее, при накоплении мальтозы дрожжи адаптируются к сбраживанию мальтозы [1]. Действие амилаз злаков может быть важным в образовании сахаров в тесте длительного процесса брожения при приго­товлении крекеров. Тесто из муки и воды обычно содержит около 0,5% глюкозы и фруктозы. С началом процесса брожения активизируется зимазная и мальтазная активности дрожжей. В процессе брожения действуют а- и р-амилазы муки, обеспе­чивая сахара для питаниядрожжей. Длительный процесс брожения может быть бла­гоприятным не только для деятельности дрожжей, но и для роста других присут­ствующих в муке микроорганизмов. В настоящее время разработана технология непрерывного процесса брожения, позволяющая при длительном брожении теста по­давлять другие микроорганизмы (см. гл. 21 и 22).
Дрожжевые клетки размножаются вегетативно, почкованием. Показано, что в пер­вые 2-3 ч количество клеток растет медленно, но к концу четвертого часа число клеток значительно возрастает (примерно на 26%). Скорость накопления дрожжей зависит от начального количества кле­ток — небольшое их количество дает больший рост [2], затем скорость роста снова падает (предположительно из-за отсутствия необходимых сахаров).
Оптимальные значения pH для бро­жения составляют 4-6, но дрожжи пре­красно выдерживают и pH 3 в течение
                                                  Рис. 15.1. Влияние количества дрожжей и температуры теста на скорость образо­вания газа
 часа при 30 °С. Низкое значение pH больше влияет на скорость сбраживания мальто­зы, чем на сбраживание глюкозы. При брожении часть образованного в тесте углекис­лого газа растворяется в воде, образуя угольную кислоту, но поскольку она диссоци­ирует слабо, то в снижении уровня pH принимает лишь незначительное участие. В основном рост кислотности в бродящем тесте вызывают всегда присутствующие в муке молочнокислые и уксуснокислые бактерии. Особенно значительно снижает pH сильно ионизированная молочная кислота. Если питание для дрожжей в виде сульфа­та и хлорида аммония (обеспечивающие дрожжи азотом для роста) присутствует, то это приведет к появлению следов серной и соляной кислот, увеличивающих кислот­ность. Обычно для нейтрализации действия этих кислот при длительном сбражива­нии добавляют гидрокарбонат натрия.
Существуют также специальные дрожжевые экстракты для придания изделию вкуса и его усиления (см. разделы 16.2.5 и 16.5).

Ферменты — это природные катализаторы. Весь обмен веществ живых организмов регулируется ферментами, и диапазон протекающих при этом реакций необычайно широк. Экстракты ферментов или ферментные препараты могут использоваться для проведения химических реакций вне живых клеток (от хорошо известного процесса превращения сахаров в спирт до получения определенных витаминов и специаль­ных лекарств). Промышленное производство ферментных препаратов осуществля­ется с помощью современных биохимических методов, позволяющих управлять про­изводством необходимых стабильных ферментов. В настоящее время выделено более 700 различных ферментов, которые могут применяться для регулирования промыш­ленных процессов. Все ферменты — это белки, и поэтому при нагревании они дена- турируются (разрушаются) и, следовательно, инактивируются.
Существуют четыре основные группы ферментов, представляющие интерес для технолога пищевых производств:

• амилазы, действующие на крахмал;
• гемицеллюлазы, разлагающие пентозаны;
• протеазы (или потеиназы), воздействующие на белки;
• липазы, разлагающие твердые и жидкие жиры.
  Распространенный источник амилазы для пекарей — это ферментативно активная солодовая мука, но грибные амилаза и протеазы выпускаются также в виде стандарт­ных препаратов. Промышленно протеазы получают из трех основных источников:
• из растений (например, папаин, бромелаин, фицин и т. д.), но в основном их производство ограничено тропическими и субтропическими зонами;
• из животных (например, трипсин, химотрипсин, пепсин, ренин и т. д.); их вы­пуск связан со спросом и предложением продуктов скотобоен;
• из микроорганизмов, особенно из Aspergillus oryzaeгрибного происхождения (плесени) и бактерий Bacillus subtilis.
  Получение ферментных препаратов с помощью микроорганизмов представляет­ся наилучшим, так как не связано с ограничениями климата и поставкой препаратов животного происхождения.
  Наиболее подходящей для теста (по разным техническим причинам) считается протеаза, полученная от Bacillus subtilis.Она поставляется в виде стабильного по­рошкообразного препарата с активностью, стандартизованной разведением мальто- декстрином или кукурузным крахмалом, а также в виде жидкости со стандартной активностью с добавлением стабилизаторов и консервантов. В запаянной таре в су­хих и холодных условиях потеря активности составляет обычно меньше 10% в год.
  Порошкообразный препарат лучше всего размешивать в 4-5 частях воды (по мас­се) перед добавлением в тесто. Фермент легко растворяется, но если он смешан с кукурузным крахмалом, последний, конечно, не растворится. Активность фермен­тов зависит от температуры, длительности и pH, поэтому очень трудно точно опре­делить нужное количество для использования в определенных реакциях. Лучше все­го руководствоваться сначала рекомендациями поставщика. Можно рекомендовать следующих поставщиков и наименования их продуктов:

♦	Proteinase18 (протеаза) — ABM Chemicals Ltd.[3];
♦	Neutrase1.55 (протеаза) — Novo Enzyme Products Ltd. [4]
♦	Biobake BPN(протеаза) — Quest International BV [5];
♦	Biobake BCC(гемицеллюлаза) — Quest International BV [5].

Протеазы используют для изменения свойств клейковины благодаря их действию на внутренние пептидные связи ее белков. Таким образом, в то время как восстано­вители, например, метабисульфит натрия (см. раздел 17.4.2), вызывают потерю ста­бильности и увеличение растяжимости, разрывая дисульфидные связи, протеолитиче- ские ферменты достигают аналогичного эффекта совершенно иным способом, разрывая цепочки (см. рис. 15.2). Химия белков довольно сложна, поэтому приведенное выше объяснение, конечно, является существенным упрощением. Текстура изделия, полу­чаемая с помощью протеазы, обычно более выраженная, «открытая» и нежная, чем полученная с помощью SMS(метабисульфита натрия, см. раздел 14.4.2).
В отличие от метабисульфита натрия, протеаза продолжает действовать в тече­ние некоторого времени и в конечном итоге приводит к получению очень рассыпча­того и трудно поддающегося обработке теста. Необходимо тщательно выдерживать длительность и температуры, но особенно аккуратным следует быть при работе с излишками теста (например, обрезками резальной машины). Протеаза обладает оп­ределенными преимуществами перед метабисульфитом натрия — она денатуриру­ется при тепловой обработке, и, поскольку является белком, нет необходимости ука­зывать ее наличие в качестве добавки. Оптимальные температуры для действия протеазы обычно значительно выше обычных температур теста, а оптимальный ди-
                                                               Рис. 15.2. Влияние протеолиза и восстановления на белки теста
апазон pH составляет 6,5-8,0, что приемлемо для всех видов теста. Ориентировочно можно считать, что скорость реакций, катализируемых ферментами, увеличивается в 1,5-3 раза на каждые 10 °С подъема температуры.
Важно тщательно соблюдать температуру и длительность процесса. Период от- лежки теста должен быть достаточно длительным, чтобы влияние этого параметра при использовании партии теста в начале и конце процесса незначительно отлича­лись по действию фермента. Для крекеров можно рекомендовать использование око­ло 20 г протеиназы 18 (см. вышеприведенную таблицу) на 100 кг муки, длительность процесса — 3 ч при температуре 35 °С. При передозировке препарата тесто теряет свою структуру и становится очень рассыпчатым, приобретая пластичную консис­тенцию, что дает после выпечки очень плохо поднявшееся печенье.
Эффективность протеазы в тесте значительно снижается при добавлении жиро­вого продукта из расчета более 7 частей на 100 частей муки; аналогичные условия наблюдаются при применении сахара. Соль также подавляет действие протеазы, но, по-видимому, ни количество, ни тип вещества, вызывающего подъем теста, суще­ственно не влияет на действие протеаз. Причина этого в том, что буферная способ­ность белков муки не дает проявиться эффектам, которые возникли бы при изме­нении pH. По мере увеличения количества жира и сахара увеличивается эффект ингибирования активности фермента. Так, ферментативная активность в типич­ном песочном тесте очень ограничена, но и необходимость модифицировать в них клейковину довольно низка.
Протеаза в тесте используется для снижения вязкости и эластичности, что жела­тельно для машинной обработки определенных видов теста для печенья, особенно при использовании муки с очень сильной клейковиной. Необходимо обратить вни­мание на следующие два момента:

1. Промышленно выпускаемая протеаза обычно содержит некоторое количество амилазы, поэтому при выборе дозировок препарата протеиназы имеет значе­ние использование солода или ферментного препарата амилазы. Увеличение количества простых сахаров и аминокислот может придать поверхности вы- печного изделия более темную окраску.
2. При работе с препаратами протеиназы (особенно в порошкообразном виде) следует соблюдать осторожность, так как вдыхание или контакт протеиназы с чувствительными кожными покровами может вызвать раздражение или ал­лергическую реакцию. Обычно производителями протеазы даются рекомен­дации по работе с ней (зачастую бывает достаточно применять простой проти- вопылевой респиратор).

Гемицеллюлаза применяется в тесте для крекеров в тех случаях, когда с помощью частичного разрушения пентозанов в муке тесто смягчается и для его изготовления требуется меньше воды. Уменьшение количества воды означает, что удалять из теста при выпечке необходимо меньшее ее количество. В изделиях с низким содержанием жира или высоким содержанием клетчатки необходимо использовать больше воды для компенсации смягчающего действия жира. При этом тесто становится жестким из-за увеличения количества клейковины. Использование гемицеллюлазы снижает необходимое для теста количество воды, поэтому тесто не становится столь жестким и благодаря этому структура изделия улучшается.

В производстве МКИ амилазу используют довольно мало (лишь в случае спиртово­го брожения дрожжей).

Хотя производители МКИ липазу не применяют, они должны знать, что эти фер­менты могут вызвать порчу продукта. Липазы могут быть обнаружены в продуктах из не прошедших тепловую обработку орехов, в нестабилизированной овсяной муке или овсяных хлопьях, а также в пшеничной муке, в которой зародыш не был удален или обработан теплом.
Относительно технологии приготовления теста и условий применения фермен­тов рекомендуется пользоваться руководствами производителей.
Литература

1. SYKE, H. G. (1971) «The Role of Yeast in Modem Bakery Practice», Proceedings of the British Chapter of the American Society of Bakery Engineers, November.
2. HOPFMAN, C., SCHWEITZER Т. K. and DALBY G. (1941) Cereal Chem 18, 337
3. ABM Chemicals Ltd, (Rhone-Poulenc), Woodley, Stockport, Cheshire, SK6 1PQ, England.
4. Novo Enzyme Products Ltd, 2b Thames Avenue, Windsor, Berks., SL4 1QP, England.
5. Quest International BV, PO Box 2, 1400 СA Bussum, Holland.