Введение
В настоящее время для сохранения свежести хлеба могут быть использованы амилолитические, липолитические и гемицеллюлазные препараты. Доказано, что в процессе черствения хлеба, помимо ретроградации крахмала [1, c. 4], имеет определенное значение белковая составляющая [2, с. 22]. Изменением количества и качества клейковины можно добиться более длительного сохранения свежести изделий не только за счет возможного увеличения их удельного объема, но и снижения скорости черствения [3, с. 251]. В ряде работ высказывается предположение, что воздействие на белки муки при помощи ферментов может способствовать сохранению свежести хлеба. В этом отношении интерес представляют ферменты протеаза и трансглютаминаза.
Цель исследования
Целью данной работы является обзор литературных источников, посвященных вопросам черствения хлеба, а так же рассмотрение механизма действия протеолитических ферментов и препаратов класса трансфераз на пшеничный белок для сохранения свежести хлеба.
Результаты исследования и их обсуждение
Протеолитические ферментные препараты
Протеолитические ферменты (протеазы) – группа ферментов, гидролизующих белок, представленный на рисунке 1. Основной катализируемой реакцией является гидролиз пептидной связи в молекуле белков и пептидов. В результате действия эндо-ферментов – протеиназ (КФ 3.4.11...3.4.15) белковая молекула распадается на пептиды. В присутствии экзо-ферментов – пептидаз (КФ 3.4.21…3.4.24) от нее отщепляется индивидуальная аминокислота [4, с.11].
Рисунок 1. Схема гидролиза пшеничного белка протеолитическими ферментами.
Протеолитические ферменты применяют для регулирования структурно-механических свойств клейковины с целью понижения силы муки. Их использование позволяет уменьшить вязкость теста, сделать его более пластичным и эластичным, сократить время замеса, необходимое для формирования в тесте оптимальной газоудерживающей способности [5, с.248]. Протеолитические ферменты применяются при производстве хлебобулочных изделий, технология которых требует особенно легкого, подвижного и растяжимого теста [6, с.6].
Эффективность использования ферментов данного типа для сохранения свежести хлеба не столь ярко выражена, как в случае α-амилаз или ксиланаз. При правильной дозировке фермента и соответствующем качестве муки (сильная мука) протеиназы способствуют увеличению удельного объема изделий (за счет достижения оптимальных реологических характеристик теста) и улучшению пористости, таким образом, положительно влияя на сжимаемость мякиша[7,с.51]. В то время как снижение скорости черствения при использовании протеиназ можно объяснить нарушением связей между крахмалом и белком, которые образуются при хранении и делают структуру мякиша более жесткой [8, с. 521].
В технологии хлеба используют протеазы грибного и бактериального происхождения, из них бактериальная протеаза дает более удовлетворительные результаты. Это связано с тем, что в бактериальных препаратах преобладают протеазы эндо-типа, необходимые для быстрого расщепления белка [9, с.231]. В качестве препаратов нейтральной бактериальной протеазы могут применяться препараты Протосубтилин Г10Х и Г20Х, Нейтраза (Novozymes).
Однако слишком интенсивный гидролиз белков на стадиях брожения и расстойки может привести к тому, что тесто станет липким и мягким, а изделия получатся низкого объема с грубой пористостью [10, с. 342]. В связи с этим предложено использовать препараты термостабильной протеазы, максимальная активность которой наблюдается при повышенной температуре, что снижает риск чрезмерного разжижения теста. Проведенные исследования показали, что в этом случае полученные образцы хлеба отличаются более эластичным мякишем и дольше сохраняют свежесть по сравнению с контрольными образцами [6, с.125].
Многими исследователями отмечается, что совместное использование препаратов α-амилазы и протеазы существенно увеличивает их эффективность [1, c. 8]. При попытке разделения активностей препаратов путем избирательной инактивации ферментов способность α-амилаз замедлять черствение хлеба снижалась. Для сохранения свежести хлеба рекомендуется использовать комбинации ферментов α-амилаза/протеаза, а также ксиланаза/протеаза [11, с.246].
Ферментные препараты класса трансфераз
Трансферазы – ферменты, катализирующие перенос различных группировок в молекулах. Из ферментов класса трансфераз в хлебопечении наиболее широко применяют трансглютаминазу (КФ 2.3.2.13). Ее действие приводит к внутри- и межмолекулярному кросс-связыванию в клейковинных белках за счет переноса карбоксиамидной группировки с образованием так называемой изопептидной связи между аминокислотными остатками белковой молекулы, представленной на рисунке 2. При этом образование связей происходит независимо от окислительно-восстановительных процессов и без участия сульфгидрильных групп [12, с. 138].
Рисунок 2. Механизм действия трансглютаминазы
Таким образом, используя трансглютаминазу (в том числе и взамен улучшителей окислительного действия), можно добиться существенного укрепления клейковины, повысить стабильность теста, несколько увеличить объем изделий [13, с. 490]. Особенно эффективен фермент при использовании слабой муки, а также для восстановления белковой структуры в муке, пораженной клопом-черепашкой [14, с.788].
Хотя трансглютаминазу можно найти в тканях многих растений и животных, коммерчески доступных препаратов существует не так много, что затрудняет ее использование в промышленности. Наиболее распространены бактериальные препараты, полученные из культуры Streptomyces mobaraensis [15, с. 291]. К ним относится препарат Activa WM фирмы Ajinomoto (Япония), а также трансглютаминазный ферментный препарат Veron TG, выпускаемый компанией AB Enzymes [8, с. 527].
Несмотря на то, что фермент трансглютаминаза используется во многих отраслях промышленности [16, с. 64], в хлебопечении фермент применяется относительно недавно.
В ряде работ сообщается о положительном воздействии ферментных препаратов трансглютаминазы на скорость черствения хлеба. Отмечается, что в малых дозах препараты трансглютаминазы приводят к улучшению реологических свойств теста и увеличению объема хлеба, что способствует сохранению показателей сжимаемости мякиша на высоком уровне [17, с. 370]. Другими исследователями положительного эффекта трансглютаминазы на скорость черствения не обнаружено, но ее использование совместно с амилолитическими и ксиланазными ферментными препаратами значительно повышало их эффективность для сохранения свежести изделий [18, с 177]. Полученные образцы были лишены липкости и избыточной влажности, вызванной действием амилазы и ксиланазы, и имели более высокие показатели, характеризующие их свежесть как по сравнению с контрольными образцами, так и по сравнению с образцами без трансглютаминазы, что позволяет говорить о синергетическом действии этих ферментов [8, с. 43].
Выводы
Обзор литературных данных подтверждает, что воздействие на пшеничный белок ферментов протеаз и трансглютаминаз способствует сохранению свежести хлеба.