Ферментные препараты

1.  На какие основные классы делятся ферментные препараты.

Ферменты широко применяются в различных отраслях промышленности, а достижения современной энзимологии еще значительнее расширили возможности применения ферментов, и в первую очередь, в медицине и пищевой промышленности. Рынок ферментов растет из года в год, причем он очень четко ориентирован на тенденции того рынка, где применяются ферменты. Его развитие зависит от двух взаимосвязанных факторов: экономической целесообразности их применения и возможности их промышленного  производства.

С деятельностью ферментов  человечество знакомо очень хорошо с древних времен, хотя и не догадывалось об этом. Испокон веков люди знали  способы приготовления хлеба, вина, пива, сыра, различных соусов и т.п., в которых главную роль играют процессы брожения, т.е. микроорганизмы и выделяемые ими ферменты. 

В современном мире бурное развитие биотехнологии, научные открытия в области энзимологии сделали  ферментные препараты одними из самых  активных участников многих пищевых  технологий. Использование ферментов  позволяет значительно ускорять технологические процессы, увеличивать  выход готовой продукции, повышать ее качество, экономить ценное сырье и др.

Ферменты (энзимы) – биологические  катализаторы белковой природы, способные  во много раз ускорять химические реакции, протекающие в животном и растительном мире.

Для получения ферментных препаратов пищевого назначения используют органы и ткани сельскохозяйственных животных, культурные растения (ананас, соя, папайя, инжир) и специальные штаммы микроорганизмов. В настоящее время наибольшее применение нашли ферменты микробного происхождения. 

В технологии пищевых продуктов  применяются ферментные препараты  с амилолитической, протеолитической, липолитической, пектолитической, оксидазной активностью. Они используются в пивоварении, виноделии, производстве спирта, фруктовых и овощных соков, хлебопечении, производстве дрожжей, сыра, творога, мясо- и рыбопродуктов, переработке крахмала, производстве белковых гидролизатов и инвертного сиропа.  
Значительное увеличение выпуска ферментов наметилось в последние годы в связи с бурным ростом производства биоэтанола. Создание промышленных способов получения недорогих амилолитических ферментных препаратов произвело революционный прорыв в технологии, который повлиял на мировую экономику. С помощью современных ферментных технологий из зерна получают биоэтанол – недорогое жидкое моторное топливо, которое уже стало альтернативой бензину, что дает возможность странам, не имеющим нефтяных месторождений, стать независимыми от поставок нефти. И это еще не все, на что способны ферменты. В будущем с их помощью можно будет получать биоэтанол из целлюлозосодержащего сырья. Т.е. жидкое топливо из опилок – реальность завтрашнего дня. Сегодня биотехнология, особенно производство ферментных препаратов – огромный потенциал мировой экономики.

Положительный пример не остается без поддержки.  
Но пищевая промышленность в этом плане тоже не стоит в стороне. Если несколько десятков лет назад ферментные препараты широко использовали только в производстве спирта, пива и сыроделии, то сейчас ферменты широко применяют мясная, кондитерская, хлебобулочная, масложировая, не говоря уже о молокоперерабатывающей промышленности. С этой целью широко используют инновации, которые построены на таких направлениях в области исследования получения новых ферментов и разработки современных технологий, как:  
1. модификация свойств индустриальных ферментов с целью повышения их активности и удешевления целевых продуктов; 
2. скрининг новых микроорганизмов – продуцентов ферментов; 
3.  получение новых рекомбинантных ферментов с заданными свойствами; 
4.  разработка пищевых нанотехнологий с использованием ферментов.  
Новые технологии позволяют расширить сферу применения ферментных препаратов. На сегодняшний день можно насчитать около 15 отраслей пищевой промышленности, где  с успехом используют ферменты, причем в каждой отрасли отдельная группа ферментов обеспечивает достижение конкретных целей, позволяющих либо улучшить качество продукта, либо увеличить выход данной продукции или удешевить процесс, а значит, снизить себестоимость продукции. Так, например, в хлебопечении применение ферментов способствует снижению расхода муки, улучшению качества теста, замедляет черствение, а также позволяет расширить производство охлажденного и замороженного теста, выпечка из которого пользуется большой популярностью в Европе и признанием у нас, в России.  
В масложировой промышленности использование ферментных препаратов увеличивает выход продукции и экстракцию масла, в крахмалопаточной промышленности благодаря применению ферментов происходит увеличение выхода продукции, модификация крахмала, т.е. получение крахмала с четко заданными свойствами. Переработка зерна, пивоварение, производство молочной продукции, в частности сыров, производство вина, соков и сокосодержащих напитков, спирта, кофе, белковых продуктов, сахара, ароматизаторов, растительных экстрактов и пектина также не обходятся без применения ферментных препаратов. Широко используются ферменты и при производстве мясных изделий. Их применяют для реструктурирования мяса.  
Как мы видим, практически ни одна отрасль пищевой промышленности не обходится без использования ферментов. Но это не означает, что идет тотальное, бездумное применение всего спектра ферментов. Специалисты из Европейского комитета окружающей среды считают, что на рынок должны быть допущены только те ферменты, которые действительно способны приносить пользу здоровью потребителей. В связи с этим в свод правил ЕС, которые регламентируют использование тех или иных пищевых добавок (и ферментов в том числе) были внесены некоторые новые законы. Так, первый закон позволит ввести в действие новую разрешительную процедуру, регулирующую порядок одобрения компетентными органами оборота «новых пищевых ингредиентов со всеми производными». Другие законодательные акты в деталях разрабатывают требования, которые предъявляются в отношении каждой разновидности пищевой добавки. Окончательное решение по поводу легальности оборота того или иного вещества будет приниматься ЕС на основании соответствующего постановления Европейского агентства  пищевой безопасности. 

По данным ряда аналитических  служб европейский рынок пищевых  ферментов постоянно расширяется  и наращивает свои объемы, прибавляя  ежегодно 8%, и, по мнению специалистов, к 2011 году должен в денежном выражении  достичь объема в 846,2 млн евро. Одно из наиболее успешно развивающихся направлений – ферменты для выпечки. По данным Frost and Sullivan, этот сегмент, занимающий около трети всего рынка пищевых ферментов, за последние пять лет вырос почти на 40%. К 2010 году объем рынка составит более 53 мнл евро.

Продукцию нидерландской  фирмы DSM Food Specialties – молокосвертывающие ферменты «Фромаза» и «Максирен» – на российский рынок поставляет компания «Антагро». 
Крупные фирмы предлагают на рынок, как правило, широкий спектр ферментов. Фирмы, специализирующиеся на определенных отраслях пищевой промышленности, выпускают ферменты специального назначения.  
Крупная датская фирма Сhr.Нansen, работающая на рынке молочной продукции, уже более 130 лет производит и реализует универсальный сычужный фермент для производства сыра. Компания по праву считается лидером на рынке сыров, поставляя натуральные молокосвертывающие ферменты производителям сыра во всем мире. 

Наряду с корифеями  ферментного рынка заметные обороты  набирает, например, немецкая фирма AB Enzymes, в которую влилась фирма Gamma Chemie. Продукция Gamma Chemie  использовалась в дистилляции, пивоварении, производстве соков и вина. Среди российских дистибьюторов AB Enzymes подмосковная компания «Гермес-Р» и ростовское ООО «Флори», поставляющие ферменты для всех пищевых отраслей.

Российский рынок пищевых  ферментов имеет свои особенности. Так, в Европе уровень использования  ферментных препаратов в пищевых  отраслях, кроме производства пива и спирта, существенно выше. В  России значительно больше продажи  ферментов для пивоварения. 

Во многих европейских  странах доминирующим на рынке пищевых  ферментов является хлебопечение –  половину продаваемых препаратов составляют ферменты для производства хлеба. В  России совсем другая ситуация – применение ферментов в хлебопечении еще  недостаточно сильно развито. 

В России наибольшее количество ферментных препаратов поступает в  пивоваренную отрасль, у нас этот показатель выше, чем в Европе. Потребление пива в стране увеличивается, требования к сырью возрастают, а качество местного сырья, как правило, не соответствует технологическим требованиям. Стоимость качественного импортного солода и ячменя высокая, в России качественного ячменя производят немного, поэтому для работы с недорогим сырьемиспользуют ферментные препараты. Применение ферментов в качестве улучшителей обходится дешевле, чем покупка дорогого импортного сырья. 

В России недостаточно развито  собственное производство ферментных препаратов. По данным аналитических служб, объем отечественного рынка ферментов составляет свыше 40 млн долл., при этом на долю российского производства приходится немногим более 30%. В агропромышленном секторе эта цифра значительно выше, так как основными потребителями отечественных ферментов и ферментных препаратов являются спиртовая промышленность и кормопроизводство. Остальные отрасли пищевой промышленности предпочитают использовать импортные ферментные препараты. Это связано, в первую очередь с отсутствием масштабного отечественного производства.

2. Что такое эфирные масла? Назовите основных представителей эфирных масел.

Эфирные масла, пахучие вещества, которые вырабатываются эфирномасличными растениями и обусловливают их запах. Синтез эфирных масел происходит в особых клетках различных органов растений. Биологическая роль этих масел окончательно не выяснена. Предполагается, например, что они являются аттрактантами или репеллентами, уменьшают теплоотдачу и т. д.

Эфирные  масла — многокомпонентные смеси органических соединений, главным образом терпенов и их кислородных производных — спиртов, альдегидов, кетонов, эфиров и др. (в ряде случаев преобладает один или нескольких компонентов). Например, в розовом масле обнаружено более 200 органических веществ, однако основную массу (около 80%) составляют b-фенилэтиловый спирт и т. н. терпеновые спирты (гераниол, линалоол, цитронеллол и нерол), в мятном масле — более 100 компонентов, основными из которых (90%) являются ментол, ментон, ментилацетат и цинеол. Часто в ходе развития растения состав эфирных масел сильно изменяется. Так, кориандровое масло, полученное из цветков, содержит до 80% децилового альдегида, а выделенное из семян — 60—80% линалоола. эфирные масла прозрачные, бесцветные или окрашенные (жёлтые, зелёные, бурые) жидкости. В отличие от масел растительных, многие эфирные масла летучи. Плотность их, как правило, меньше единицы. Они практически нерастворимы в воде, хорошо растворимы в серном и петролейном эфирах, бензоле и других малополярных органических растворителях, оптически активны; под действием света и кислорода воздуха постепенно окисляются и осмоляются, что приводит к изменению их запаха.

Эфирные масла известны с древних времён. Их применяли для благовонных курений, как косметические и лекарственные средства, при бальзамировании. Эфироносная флора мира насчитывает около 3000 видов растений (в СССР ~ 1000), однако промышленное значение имеют всего 150 — 200 видов. Большинство эфирных масел получают из тропических и субтропических растений; лишь немногие растения (например, кориандр, анис) культивируют в средней полосе. Мировое производство эфирных масел около 25 000 т (1976). В относительно крупном масштабе (не менее 1000 т) производят цитрусовые, цитронелловое, лемонграссовое, гвоздичное, мятное, кориандровое, бадьяновое и некоторые другие масла. Для выделения эфирных масел используют сырое (зелёная масса герани, базилика), высушенное (листья мяты, корни аира) и предварительно ферментированное (корни ириса, дубовый мох) сырьё, Перегонка с водяным паром (гидродистилляция) — самый распространённый метод получения эфирных масел (известны различные модификации этого способа, например обработка растительного сырья "сухим паром"), Образующуюся смесь паров эфирных масел и воды конденсируют, масляный слой отделяют; с целью более полного извлечения эфирных масел дистилляционную воду обрабатывают активным углём или легколетучим растворителем (например, серным эфиром).

Эфирные масла, отдельные компоненты которых разлагаются в сравнительно жёстких условиях гидродистилляции, извлекают экстракцией органическими жидкостями (петролейным эфиром, бензолом и др.) или сжиженными газами, например CO₂. Этим способом получают, например, эфирные масла из цветков жасмина, корней ириса. Остаток после отгонки растворителя обычно имеет вид воскоили мазеобразной массы (т. н. конкрет); её обрабатывают спиртом (обычно при кипячении); полученный раствор охлаждают и фильтруют от балластных веществ, эфирные масла остающееся после удаления спирта, называется абсолютным, или абсолю. Из других методов извлечения эфирных масел распространены прессование (этим способом получают, например, эфирные масла из кожуры плодов цитрусовых) и анфлераж. Последний состоит в том, что масло испаряющееся из цветков, поглощается чистым, не имеющим запаха свиным или говяжьим жиром, нанесённым тонким слоем на стекло. Из образовавшейся душистой массы, так называемой "помады", эфирные масла извлекают растворителем. Редко применяемый метод мацерации (цветы заливают жиром, нагретым до 50—70°С) даёт масло более низкого качества, в ряде случаев натуральные эфирные масла заменяют вследствие их дефицита искусственными композициями на основе синтетических душистых веществ (так называемые искусственные, или синтетические).

Эфирные  масла  используют главным образом в парфюмерно-косметической промышленности в качестве компонентов парфюмерных композиций и косметических отдушек, сырья для получения душистых веществ (например,ментола, цитраля, эвгенола, гераниола, линалоола). Некоторые эфирные масла применяют в медицине (мятное, эвкалиптовое, анисовое), а так же в пищевой, кондитерской и консервной промышленности (мятное, анисовое, апельсиновое, лимонное, мандариновое и др.); в этих случаях из эфирных  масел часто удаляют, например ректификацией или обработкой спиртом, сравнительно токсичные терпеновые углеводороды

Лит.: Горяев М. И., Эфирные масла флоры СССР, Алма-Ата, 1952, Коральник С. И., Нейман Л. Ю., Современные ресурсы и особенности производства эфирных масел, М., 1973; Guenther Е., The essential oils, v. 1—6, N. Y., 1948—52.

3. Какие Вам известны неорганические и органические соединения, разрешенные к применению в порошках для предотвращения их слеживания? Какие смежные технологические функции могут проявлять добавки, предотвращающие слеживание?

К этому классу пищевых  добавок  относятся вещества, которые вводят в готовые порошкообразные или кристаллические продукты для предотвращения слеживания, комкования или агломерации их частиц.