Протеиназы – это гидролитические ферменты, расщепляющие белки (протеины) по их пептидным связям с образованием пептонов, полипептидов, свободных аминокислот

Протеолитические ферменты муки, их активаторы и ингибиторы.

В зерне пшеницы и ржи содержится протеиназа, которая относится к протеолитическим ферментам типа папаиназ. Для них характерна способность активироваться рядом восстановителей и инактивироваться рядом окислителей. К соединениям восстановительного действия (активаторам протеолиза) относятся соединения, содержащие SH–группы (цистеин, глютатион). К соединениям окислительного действия (ингибиторам протеолиза) относятся О₂, КВrО₃, KYO₃, перекиси.

Действие протеиназ пшеничной муки зависит от рН среды, температуры, скорости прогревания, влажности среды и др. Протеиназы имеют оптимум действия в зоне рН 4-5,5; температурный оптимум 45 ⁰С.

Об интенсивности протеолиза часто судят по приросту числа свободных аминных или карбоксильных групп, образовавшихся при разрыве пептидной связи белка при гидролитическом действии протеиназы.

Действие протеиназы на клейковину и тесто вызывает их разжижение, понижение упругости и увеличение текучести. В то же время количество свободных аминокислот и карбоксильных групп возрастает незначительно или остаётся неизменным. В результате, можно сделать вывод о том, что начальной формой действия протеиназы является не разрыв пептидных связей полипептидных цепочек белка, а его дезагрегация, нарушение четвертичной и третичной структур белка, а может быть и отдельных элементов вторичной его структуры.

Установлено также, что в зерне пшеницы имеются и могут играть существенную роль и протеолитические ферменты с оптимумом рН 6,75. Поэтому их назвали нейтральными протеиназами. Полагают, что эти ферменты играют большую роль в процессе мобилизации запасных белков семян пшеницы при их прорастании. Они сохраняют часть своей активности и при величинах рН пшеничного теста. Ингибируют действие нейтральной протеиназы вещества белковой природы, содержащиеся в зерне пшеницы, а также поваренная соль и ингибиторы протеолиза.

Активаторы и ингибиторы протеолиза. Способность папаина и протеиназы зерна и муки активироваться восстановителями и ингибироваться окислителями связана с наличием в структуре белковых молекул этих ферментов SH–групп. При окислении SH-групп в белковой молекуле образуются дисульфидные связи-мостики - S-S, которые инактивируют фермент. Фермент активен только в том случае, когда он имеет SH-группы. Активатором протеолиза, содержащимся в муке, зерне и дрожжах, а, следовательно, и в тесте, является глютатион (трипептид, в состав которого входит остаток цистеина, содержащий SH-группу). Причём в дрожжах глютатиона содержится намного больше, чем в муке. Чем больше в дрожжах ослабленных и мёртвых клеток, тем больше глютатиона они выделяют.

Окислительно - восстановительные превращения глютатиона осуществляются по следующей схеме:

-2Н

+2Н

В окисленном состоянии глютатион уже не способен активировать протеолиз. Действие ингибиторов рассматривают как окисление сульфгидрильных групп (SH) в составе самого фермента и активатора. Окисление сульфгидрильных групп может происходить и в самом белковом веществе муки. В составе и структуре самого белкового вещества муки могут содержаться остатки аминокислот цистина и цистеина, а значит, и содержаться SH-группы, которые могут окисляться до образования – S-S-связей. Роль S-S-связей (мостиков) особенно существенна в третичной и четвертичной структуре белкового вещества. Образование дисульфидных мостиков упрочняет структуру белка, делая ее более плотной, жесткой и прочной. Разрыв дисульфидных связей делает молекулу белка более слабой, подвижной, рыхлой. Упрочнение структуры белкового вещества снижает его атакуемость протеиназой, а ослабление или разрыхление белковой молекулы увеличивает атакуемость протеиназой.

В белковых веществах зерна, муки и теста содержатся сульфгидрильные группы, причем дисульфидных групп намного больше, чем SH-групп (примерно в 10 и даже в 25 раз). Количество сульфгидрильных групп и содержание восстановленного глютатиона в отдельных частях зерна неодинаково. Они размещены в основном в алейроновом слое и зародыше. При прорастании зерна содержание в нем восстановленного глютатиона резко увеличивается, в результате чего сильно повышается протеолитическая активность этого зерна.

Клейковина и сила пшеничной муки

Клейковина представляет собой связную, упруго-пластичную, способную растягиваться массу. Набухшие, нерастворимые в воде белки пшеничного теста образуют его непрерывную губчато-сетчатую структурную основу («каркас» или «скелет»), обусловливающую структурно-механические свойства теста.

Белковые вещества муки во время замеса и последующей отлежки или брожения теста способны интенсивно набухать. При этом нерастворимые в воде фракции белкового вещества муки (глиадиновая и глютениновая) образуют упругую, пластичную, способную растягиваться массу, называемую клейковиной.

Т.о. Набухшие нерастворимые в воде фракции белкового вещества муки – глиадиновая и глютениновая образуют непрерывную губчато-сетчатую структурную основу («каркас» или «скелет»), обусловливающую структурно– механические свойства теста. И характеризующую силу муки.

Содержание в пшеничной муке клейковины и её свойства, в первую очередь реологические, рассматривают как один из основных показателей силы муки. Клейковина – важнейший фактор хлебопекарного достоинства пшеничной муки. От нее зависит газоудерживающая способность теста, а следовательно, обьем, и пористость хлеба. Крепкая клейковина дает слишком тугое тесто с трудом поддающееся растяжению диоксидом углерода. Слабое тесто плохо задерживает диоксид углерода, так как свойственная ему слабая клейковина не может создать в тесте белкового каркаса необходимой прочности.. Сильная клейковина при брожении более стойко сохраняет присущие ей физические свойства.

Отмытая из теста клейковина содержит значительное количество воды (от 150 до 250 % к массе сухих веществ). Между влагоемкостью и реологическими свойствами клейковины существует определенная зависимость: чем больше влагоемкость клейковины, тем обычно слабее она по реологическим свойствам (тем меньше её упругость и сопротивление растяжению и тем больше её растяжимость и расплываемость).

Сила клейковины связана с плотностью и прочностью упаковки её белкового вещества в третичной и четвертичной структуре, обусловленной наличием поперечных связей, при этом большее значение придаётся дисульфидным связям. Чем прочнее и плотнее упаковка, тем меньше воды может связаться набухающими белковыми веществами клейковины.

Клейковина содержит 75-90 % белков, остальные 10-15 % составляют крахмал, клетчатка, зольные элементы, сахара и липиды. Крахмал и клетчатку можно рассматривать как трудно отделимые механические примеси в клейковине, а сахара и липиды могут находиться в клейковине в связанном виде как в форме адсорбционных комплексов, так и частично в виде соединений (гликолипидов и липопротеидов).

Глиадиновая и глютениновая фракции, искусственно выделенные из белка муки или клейковины, существенно различаются по отдельным своим свойствам

Важно также качество клейковины, о котором судят по её физическим свойствам: по способности расплываться, по деформации, по сопротивлению прилагаемой нагрузке. Чем сильнее клейковина, тем меньше её растяжимость и расплываемость, меньше изменяется форма и размер при любых изменениях, тем больше её упругость и сопротивление деформации.

Существуют различия у клейковинных фракций белка. Глютениновая фракция связывает около 80 % липидов, содержащихся в клейковине.

Гидратированный глютенин представляет собой резинообразную, короткорастяжимую при большом сопротивлении деформации, упругую и относительно «жёсткую» массу, формирующую формостные свойства.

Масса гидратированного глиадина по консистенции жидкая (сиропообразная), сильно растяжимая, вязкотекучая, липкая и не упругая; она несёт ответственность за пластические деформации и растяжимость.

Белки зерна пшеницы и клейковины пшеничной муки обладают каталитической активностью из-за способности адсорбировать ферменты (-амилазу, каталазу, полифенолоксидазу и протеиназу).

Чем выше содержание белка, тем больше количество клейковины. Исключение составляет пшеничная мука из дефектного зерна: зерно, поражённое клопом-черепашкой, мука из сильно перегретого и самосогревшегося зерна.

Другие соединения и факторы, влияющие на компоненты белково – протеиназного комплекса муки. Проскуряков показал, что в зерне пшеницы и в муке из него содержатся ферменты (дисульфидредуктазы) – это цистинредуктаза, глютатионредуктаза. Они влияют на количество SH-групп белково-протеиназного комплекса, а, следовательно, и на их структуру, физические свойства и ферментативную атакуемость.

На силу пшеничной муки в период вегетации растения и формирования зерна оказывают положительное влияние входящие в её состав ферменты: каталазы, пероксидазы, полифенолоксидазы и аскорбиноксидазы.

Имеет значение также наличие водородных связей в белковых молекулах, которые образуются между атомами кислорода и водорода в смежных структурах белка. Эти связи менее прочные, но их большое количество играет определённую роль в создании структуры и свойств клейковинного белка.

Первичная структура представлена цепочками аминокислот, которые связаны между собой ковалентной пептидной связью. Эта структура довольно прочна: протеолитические ферменты муки за период брожения теста практически не расщепляют ее до аминокислот.. Пептидные цепи и их отдельные участки могут соединяться между собой нековалентными водородными связями образуя вторичную стркутуру молекулы белка. Различные участки одной и той же полипептидной цепи могут соединяться дисульфидной, водородной, ионной связями, которые обусловливают третичную структуру… пространственной формы белка. Агрегаты нескольких пептидных цепей,соединенных между собой водородными, ионными связями, гидрофобными взаимодействиями, формируют четвертичную структуру белка. Чем больше S-S-связей в белке, тем белок имеет более прочную структуру. И наоборот, чем больше сульфгидрильных связей, тем слабее белок.

В структуре белкового вещества муки известную роль могут играть и соединения белка с восстанавливающими сахарами – так называемые гликопротеиды. Образование таких комплексных соединений может приводить к возникновению в третичной и четвертичной структурах белкового вещества ещё одного вида дополнительных связей – углеводных связей-мостиков, также упрочняющих структуру белкового вещества.

Липиды (жиры и жироподобные вещества) также способны образовывать комплексы с белками – липопротеиды, влияющие на структуру белка. Наличие в зерне пшеницы и в пшеничной муке липопротеидов и гликопротеидов и их функциональные свойства также влияют на силу пшеничной муки.

Фермент липоксигеназа принимает участие в окислении SН-групп белка зерна, муки и теста и влияет на белково–протеиназный комплекс.

Крахмал муки как фактор, влияющий на силу муки.

Длительное время предполагали, что в основном сила муки определяется только белковыми веществами и считали, что зёрна крахмала являются инертным наполнителем в тесте. Изучение свойств муки изменило это предположение.

Крахмал занимает 1-ое место по его содержанию в зерновке злаков. Его количество колеблется в пределах от 65 до 80 % от массы мучнистого эндосперма. Крахмал сосредоточен только в клетках эндосперма, ни в оболочках, ни в ядре его нет. Поэтому мука высшего сорта обладает наибольшим содержанием крахмала.

Крахмал является основной по количеству составной частью муки. В пшеничной муке его содержится около 70 %. Поэтому содержание крахмала, его состояние и свойства не могут не влиять на структурно – механические свойства теста, а, следовательно, и силу муки.

Чем больше в зерне и в муке крахмала, тем соответственно ниже содержание белковых веществ и тем «слабее» обычно мука.

На структурно – механические свойства теста влияет не только содержание крахмала в муке, но и его свойства: размер крахмальных зёрен, степень повреждения их при размоле зерна. В центральной части эндосперма наблюдается крахмал двух типов:

a. крупнозёрный крахмал (с крупными зёрнами размером до 50 мкм овально-эллиптической или продолговатой формы);

b. с очень мелкими зёрнами, которые имеют огранённое очертание.

Структура поверхности крахмальных зёрен влияет на свойства крахмала, а именно на сорбционную способность по отношению к влаге (к водяным парам и капиллярной жидкости), на интенсивность ферментативного гидролиза, на реакционную способность. Чем мельче зёрна крахмала муки, тем больше удельная их поверхность и тем больше воды будет ими адсорбционно связано при образовании теста. Это значит, что тесто из муки с более мелкими зёрнами крахмала или большим процентом мелких его зёрен будет при этом же содержании воды более «густым» по консистенции. Эти свойства крахмала зависят от сортовых и почвенно – климатических условий выращивания. В частности отдельные сорта твёрдых пшениц и мука из них имеет мелкозернистый крахмал. Такие пшеницы, имеющие низкое содержание белка, дают тесто, типичное для теста из сильной муки.

Большое значение имеет количество повреждённых зёрен крахмала при помоле. Повреждённые зёрна крахмала способны впитать и адсорбционно связать значительно больше воды, чем неповреждённые. Поэтому, следует учитывать влияние на силу пшеничной муки содержания и свойств её крахмала.

Известное влияние на структурно – механические свойства теста, а следовательно, и на силу муки может оказывать присутствие в ней α-амилазы.

Дата добавления: 2014-01-07