Writing /home/atvirasalus/aludariuklubas.lt/wiki/data/cache/6/6091c586d1f0188fc027c60ddae313dc.i failed
Unable to save cache file. Hint: disk full; file permissions; safe_mode setting.
Writing /home/atvirasalus/aludariuklubas.lt/wiki/data/cache/6/6091c586d1f0188fc027c60ddae313dc.metadata failed
Writing /home/atvirasalus/aludariuklubas.lt/wiki/data/cache/6/6091c586d1f0188fc027c60ddae313dc.i failed
Unable to save cache file. Hint: disk full; file permissions; safe_mode setting.
Writing /home/atvirasalus/aludariuklubas.lt/wiki/data/cache/6/6091c586d1f0188fc027c60ddae313dc.xhtml failed

Salinimo moksliniai pagrindai, I dalis

Fermentai

Cheminiu požiūriu fermentai yra baltymai, t.y. amino rūgščių, sujungtų peptidinėmis jungtimis, grandinės. Šių peptidinių jungčių dėka fermentai turi trimatę erdvinę struktūrą. Fermentai pasižymi sugebėjimu sumažinti cheminėms reakcijoms reikalingą energijos kiekį, ko pasekoje reakcijos vyksta greičiau ir mažesnėje temperatūroje. Kaip tai vyksta?

Fermentinės reakcijos

Fermento poveikį geriausia paaiškinti pateikiant pavyzdį. Tarkime maltotetraozės ir vandens reakcija, kurios pasekoje gaunamos dvi maltozės molekulės.

1 Maltotetraozė + 1 H2O → 2 Maltozė

Ši reakcija galėtų vykti ir be fermentų pagalbos, bet jai reikalingas didelis energijos kiekis, todėl be fermentų pagalbos paprastai ji nevyksta.

Bet jeigu į žaidimą įsijungia fermentas beta-amylazė, reakcijai vykti reikalingas energijos kiekis žymiai sumažėja. Reakcija vyksta keliais etapais:

A. Reakcijos substrato (mūsų atveju maltotetraozės) susijungimas su fermentu, kurio metu susiformuoja laikinas substrato-fermento junginys

1 Maltotetraozė + 1 beta-amylazė → 1 Maltotetraozės-beta-amylazės junginys

B. Laikinasis substrato-fermento junginys reaguoja su antruoju cheminės reakcijos nariu (mūsų atveju tai vandens molekulė), ko pasekoje

C. Susikuria galutinis reakcijos produktas bei atsilaisvina fermentas

1 Maltotetraozės-beta-amylazės junginys + 1 H2O → 2 Maltozė + 1 beta-amylazė

Svarbu pažymėti, kad reakcijai įvykus, fermentas atsilaisvina ir vėl gali dalyvauti kitoje reakcijoje.

Temperatūros poveikis fermentinei reakcijai

Apibendrinančiai galima pasakyti, kad visos cheminės reakcijos, tame tarpe ir fermentinės, aukštesnėje temperatūroje vyksta greičiau.

Moksliukams pateikiama tai aprašanti Arrhenius lygtis: Reakcijos greitis = A * e(-ΔG*/RT). Tik neklauskite manęs, ką reiškia tos raidės.

Temperatūrai pakylus 10*C, reakcija vyksta 1,2-2,5 karto greičiau.

Jėga - kitą kartą salinsiu orkaitėje esant 250*C temperatūrai ir sutrumpinsiu procesą iki 5 minučių! Deja, bet ne. Negalima pamiršti temperatūros poveikio pačiam fermentui. Esant tam tikrai temperatūrai fermento peptidinės jungtys nors ir, priešingai vyraujančiai nuomonei, nesuyra, bet taip išsikraipo, kad pasikeičia fermento erdvinė struktūra ir jis praranda gebėjimą jungtis su reakcijos substratu ir sudaryti laikiną substrato-fermento junginį. Moksliukai tą išsikraipymą vadina fermento denatūravimu.

Taigi, kylant temperatūrai fermentinė reakcija greitėja, tačiau temperatūrai pakilus iki tam tikros ribos fermentas denatūruoja, jo kiekis mažėja ir reakcija silpnėja. Galime padaryti išvadą, kad esant tam tikrai temperatūrai fermento aktyvumas yra didžiausias. Taip ir yra. Beje, skirtingų fermentų optimalios temperatūros skiriasi.

pH poveikis fermentinei reakcijai

Reikia žinoti, o sužinojus nepamiršti, kad fermento molekulė gali atiduoti ar prisijungti vandenilio jonus priklausomai nuo aplinkoje esančios vandenilio jonų koncentracijos, kuris išreiškiamas pH matavimu. Esant aukštam pH, t.y. mažai H+ jonų koncentracijai, vandenilio jonai „atiduodami“ į aplinką, o esant mažam pH (didelė H+ koncentracija), vandenilio jonai prisijungia prie fermento amino grupių. Šios reakcijos yra grįžtamos 2-3 pH punktų ribose, t.y. keičiant pH, galima reguliuoti kaip fermentas atiduoda ar prisijungia vandenilio jonus.

Vandenilio jonai nulemia fermento poliariškumą ir taip įtakoja fermento sugebėjimą jungtis su reakcijos substratu. Tačiau didesni nei 3 punktų pH svyravimai denatūruoja fermentus, todėl ekstramalūs pH svyravimai gali sustabdyti fermentinę reakciją. Ypatingai rūgšti aplinka gali net sutraukyti peptidines jungtis, tuo visai suardydama (nužudydama) fermento molekulę.

Vėl gi, skirtingiems fermentams pH optimumai skiriasi.

Kofaktoriai ir inhibitoriai

Kai kuriems fermentams reikalingos nebaltyminės medžiagos tam, kad fermentinė reakcija vyktų. Šios medžiagos vadinamos kofermentais. Dažniausia tai būna metalų jonai. Cheminės reakcijos gali vykti silpniau ar net iš viso nevykti, jeigu trūksta kofermento. Pavyzdys - mielių metabolizmui vykti reikalingas cinkas, kuris dalyvauja kaip kofermentas mielių metabolizmo cheminėse reakcijose.

Inhibitoriai - tai medžiagos, kurios sumažina arba iš viso sustabdo fermentų aktyvumą.

Angliavandeniai (carbohydrates)

Angliavandeniai - tai organiniai junginiai, kurių molekulės susideda iš anglies (C), deguonis (O) ir vandenilio (H). Tai labiausiai gamtoje paplitusi organinė medžiaga. Ji naudojama kaip augalų ir kai kurių gyvūnų energijos šaltinis, maistingų medžiagų saugykla ar struktūrinis komponentas.

Aludarystėje svarbūs angliavandeniai yra paprastieji (gliukozė, fruktozė) ir sudėtingieji (maltozė, cukrozė, maltotriose) cukrai, dekstrinai ir krakmolas. Bet beta-gliukanai, pektinai ir klijai taip pat yra angliavandeniai, kurie yra daugiau ar mažiau svarbūs aludariams.

Monosacharidai

Gliukozė

Gliukozė yra svarbiausias monosacharidas aludarystėje. Krakmolas sudarytas iš gliukozės. Taigi salinimo metu gaunamas būtent šis monosacharidas. Kai aldehidinės grupės deguonis susijungia su 1 ir 5 anglies atomu, molekulė suformuoja būdingą angliavandeniams žiedą.

Piešinys 1. Trys gliukozės konfigūracijos: 1) atviroji grandinė, 2) α-žiedas (α-gliukopiranozė), 3) β-žiedas (β-gliukopiranozė).

Ši žiedinė molekulė vadinama gliukopiranoze ir priklausomai nuo OH grupės orientacijos prie 1 anglies atomo, gali būti alfa arba beta konfigūracijos. Tiek alfa, tiek beta konfigūracijos nėra galutinės. Jos gali virsti į tiesinę konfigūraciją, o paskui vėl į kurią nors iš dviejų erdvinių konfigūracijų.

Bet skirtumas tarp alfa ir beta konfigūracijų tampa svarbus tada, kai gliukozės molekulės jungiasi suformuodamos sudėtingesnius cukrus. Vykstant šioms reakcijoms suformuojamos nuolatinės negrįžtamos jungtys. Mielių bei salinimo fermentų sugebėjimas suskaidyti cukrus priklauso nuo to, ar gliukozės molekulės tarpusavyje yra susijungusios alfa ar beta jungtimis.

Fruktozė

Kaip ir gliukozė, fruktozė yra heksozė, bet skirtingai nei gliukozė ji yra ketozė, nes turi ketoną kaip karbonilinę grupę.

Fruktozė salinimui nėra svarbi. Salykle jos kiekiai yra labai nedideli. Į alų gali pakliūti tik su vaisių priedais, cukroze ar invertuotu cukrumi, medumi.

Galaktozė

Šis monosacharidas nėra svarbus aludarystėje, nes jo nėra nei salykle, nei jis gali susidaryti salinimo metu. Galaktozės junginys su gliukoze yra laktozė, kuri yra saldus, bet nefermentuojamas cukrus.

Disacharidai

Vieno monosacharido karbonilinei jungčiai reaguojant su kitos molekulės hidroksiline jungtimi, susidaro vadinamoji glikozidinė jungtis (ir vanduo). Šios jungtys sujungia monosacharidus į sudėtingus angliavandenius. Glikozidinės jungties susiformavimo metu molekulė, kurios karbonilinė jungtis dalyvauja susidarant glikozidinei jungčiai, yra fiksuojama alfa arba beta padėtyje.

Piešinys 2. Dvi gliukozės molekulės susijungia α(1→4) glikozidine jungtimi.

Alfa jungtis sujungia fermentuojamus angliavandenius (disacharidus ir trisacharidus) arba polisacharidus, kurie gali būti paversti į fermentuojamus cukrus salinimo metu (dekstrinai ir krakmolai). Tuo tarpu beta jungtys laiko struktūrinius salyklo komponentus (celiulozę ir beta-gliukanus).

Redukuojantys ir neredukuojantys sacharidai

Jeigu angliavandenis turi laisvą karbonilinę (aldehidą arba ketoną) grupę, jis vadinamas redukuojančiu. Visi monosacharidai yra redukuojantys anagliavandeniai. Redukuojantys angliavandeniai gali dalyvauti nefermentinėje parudavimo Majaro (Maillard) reakcijoje kartu su amino rūgštimis, kai tuo tarpu neredukuojantys cukrai šioje reakcijoje nedalyvauja. Tačiau abiejų rūšių angliavandeniai gali karamelizuotis. Karamelizacija irgi yra nefermentinė reakcija, konkrečiai pirolizė.

Salinime skirtumas tarp redukuojančių ir neredukuojančių angliavandenių irgi svarbus, nes beta-amilazė gali „dirbti“ tik su neredukuojančiu angliavandeniu.

Cukrozė yra neredukuojantis angliavandenis, nes teik gliukozės aldehidinė, tiek ir fruktozės ketoninė grupės yra įtrauktos į α(1→2) jungtį, kuri sujungia šias molekules. Bet Cukrozė gali būti paversta redukuojančiais angliavandeniais naudojant fermentą intertazę arba kaitinant cukrozę rūgštinėje aplinkoje (gaunamas invertuotas cukrus).

Maltozė ir laktozė yra redukuojantys disacharidai.

Maltozė ir celobiozė

Tiek maltozė, tiek ir celobiozė sudarytos iš dviejų susijungusių gliukozės molekulių. Maltozė sujungta alfa jungtimi, o celobiozė –beta. To pasekoje mielės gali fermentuoti maltozę, bet celobiozės negali.

Piešinys 3. 1) Maltozė, 2) Celibiozė

Maltozė yra gausiausias cukrus misoje, dėl ko yra labai svarbi aludarystėje. Celobiozė yra statybinė celiuliozės (beta-gliukanai) medžiaga ir svarbi tiek, kad per dideli jos kiekiai gali apsunkinti misos tekinimą.

Cukrozė

Tai disacharidas, kurį sudaro gliukozės ir fruktozės molekulės sujungtos α(1→2) jungtimi.

Piešinys 4. Cukrozė

Salykle cukrozė sudaro apie 5 procentus visų angliavandenių. Salinimas ją paveikia labai mažai ir beveik visa pakliūna į misą. Didesni kiekiai gali būti pridėti kaip mums įprastas cukrus karbonizuojant alų arba naudojant cukrų kaip fermentuojamą medžiagą. Cukrozė nedalyvauja Maillard reakcijoje.

Rafinozė ir melibiozė

Nors rafinozė nėra disacharidas, ji čia aprašoma kartu su melibioze. Melibiozė yra disacharidas, kurį sudaro galaktozė ir gliukozė susijungusios β(1→6) glikozidine jungtimi. Rafinozė yra trisacharidas, kurį suformuoja fruktozė α(1→2) jungtimi susijungusi su melibiozės gliukozės molekule.

Nors šių angliavandenių beveik nėra misoje, jie dažnai aptariami kalbant apie elio ir lagerio mielių skirtumus. Lagerio mielės gali pilnai fermentuoti ir melibiozę, ir rafinozę. Elio mielės melibiozės fermentuoti negali, o rafinozę tik dalinai.

Oligosacharidai

Kai daugiau nei 2, bet mažiau nei apie 10 monosacharidų yra susijungę kartu, toks angliavandenis vadinamas oligosacharidu.

Piešinys 5. 1) Maltotriozė, 2) maltotetralozė, 3) limit dekstrinas

Aludarystei svarbūs tik iš gliukozės molkulių susiadrę oligosacharidai. Jie yra krakmolo grandinių fregmentai ir priklausomai nuo ilgio mielės gali arba negali jų metabolizuoti („suvalgyti“).

Toliau pateikiamas oligosharidų sąrašas ir jų aprašymai.

Maltotriozė – 3 gliukozės molekulės sujungtos α(1→4) jungtimi. Šį angliavandenį gali fermentuoti tiek elio, tiek ir lagerio mielės.

Maltotetralozė - 4 gliukozės molekulės sujungtos α(1→4) jungtimi. Mielės fermentuoti negali.

Maltopentalozė - 5 gliukozės molekulės sujungtos α(1→4) jungtimi. Mielės fermentuoti negali.

Linijiniai dekstrinai - 6 ar daugiau gliukozės molekulių sujungtos α(1→4) jungtimi. Mielės fermentuoti negali.

Galutiniai dekstrinai – mažos išsišakojusios gliukozės grandinės. Atsišakojimus sukuria α(1→6) jungtis. Šių dekstrinų negali hidrolizuoti alfa ar beta amilazės, bet gali sutraukyti fermentas dekstrinazė. Šis fermentas greitai denatūruojamas temperatūroje, aukštesnėje nei 60°C temperatūroje. Mielės fermentuoti negali.

Reakcija su jodu

Kai gliukozių grandinė yra pakankamai ilga (daugiau nei 9 molekulės be atsišakojimų), jos suformuoja spiralinę struktūrą, kurią palaiko silpnosios jungtys tarp hidroksilo grupių. Šios struktūros gali prijungti vieną ar daugiau trijodido jonų (I¯¯¯), ko pasekoje įvyksta spalvos pasikeitimas. Trumpesnės grandinės (iki 60 gliukozės molekulių) duoda raudoną spalvą, amilozė – tamsiai mėlyną, o amilopektinai melsvai raudoną.

Misa neturi keisti spalvos esant jodo jonams. Tai reiškia, kad gliukozės grandinės yra trumpesnės nei 9 gliukozės molekulės. Priešingu atveju alus gali būti drumstas (krakmolo drumstumas) ir drumstumo negalima pašalinti. Šį drumstumą sąlygoja dideli dekstrinai, kurie tampa mažiau tirpūs didėjant alkoholio koncentracijai fermentacijos metu.

Krakmolas

Ši medžiaga yra 2 gliukozės polimerų - amilozės ir amilopektino – junginys. Gliukozės molekulės sujungtos alfa glikozidinėmis jungtimis, todėl vadinamos α-gliukanais. Fotosintezės būdu augalai gamina gliukozę, kuri cukrozės pavidalu pernešama į šaknis (pvz. bulvė) arba sėklas (miežiai), kur yra naudojamos sukuriant amilozes ir amilopektinus. Daugumoje augalų krakmolą sudaro 20-26 procentai amilozės. Likusi dalis yra amilopektinas.

Piešinys 6. Krakmolo branduolio skersinis pjūvis.

Amilozė yra gliukozės polimeras, turintis vidutiniškai 1600-1900 gliukozės molekulių, tspusavyje sujungtų α(1→4) jungtimis. Bet tarp jų pasitaiko atsitiktinių α(1→6) jungčių. Jodo testas amilozę nudažo charakteringa mėlyna spalva.

Amilopektinus sudaro 10-20 kartų daugiau gliukozės molekulių nei amilozę. Jie yra labai išsišakoję α(1→6) jungtimis, kurios sudaro apie 6-7 % vusų jungčių. Kitos yra α(1→4) jungtys. Dėl trumpesnių α(1→4) jungtimis sujungtų sekcijų amilopektinus jodas nudažo raudonai.

Gliukozės grandinės krakmole gali būti trijų tipų: A, B ir C. Gliukozių grandinė, kuri turi tik redukuojantį galą, kuris krakmolo granulėje yra orientuotas į granulės centrą, vadinama C grandine. Prie jos α(1→6) jungtimis yra prisijungusios B grandinės. Prie B grandinių gali jungtis kitos B grandinės arba A grandinės. A grandinės yra laisvos, t.y. prie jų niekas nėra prisiungęs. A ir B grandinės formuoja klasterius (kompleksus), o B grandinės gali susirišti ir suformuoti daugybinius klasterius. A grandinės kai taisyklė turi 6-15 gliukozės molekulių, B grandinės gali turėti nuo 15-25 iki 50 gliukozės molekulių. Atkarpoje, kurioje nėra α(1→6) jungčių, dvi gliukozės molekulės gali suformuoti dvigubą spiralę. Šios struktūros tarpusavyje laikomos vandenilinėmis jungtimis, kurios suyra esant pakankamai šiluminei energijai ir reikiamam vandens kiekiui. Šis procesas vadinamas želatinizacija ir bus paaiškintas krakmolo konversijos skyrelyje.

Ta krakmolo granulės vieta, kurioje randasi amilopektino atsišakojimai, nėra kristalinė. Ji yra amorfinė ir ten gali būti amilozės molekulių. Kitokie, bet didesni amorfiniai regionai yra augimo žiedai. Jų prigimtis nėra aiški. Kviečių ir miežių, augintuose pastovios aplinkos sąlygomis, krakmole žiedų nebūna.

Krakkmolo granulės forma gali būti įvairi - nuo sferinės ir ekliptinės iki juostinės. Tam tikrų kultūrų , pvz. ryžių, krakmolas gali turėti aštrių kampų. Žiūrint poliarizuotoje šviesoje krakmolo granulės turi charakteringą Maltos kryžiaus išvaizdą, kas patvirtina esant tvarkingą kristalinę struktūrą.

Miežiuose yra dviejų skirtingų dydžių granulių grupės. Didžiosios A granulės, kurių skersmuo yra 22-48 μm sudaro 10-20% kiekio, bet 85-90% viso krakmolo svorio. Mažųjų – B granulių – dydis yra 1,7-2,5 μm. Krakmole dažnai būna gausu baltymų, kurie trukdo krakmolo skaidymą. Gerai modifikuotame salykle tai nėra problema, nes baltymų degradacija yra pakankamai pažengusi salyklo ruošimo metu. Tačiau naudojant mažai modifikuotą salyklą siekiant didesnio efektyvumo rekomenduojama baltymų pauzė (protein rest).

Piešinys 7. a) krakmolo granulė, b) skersinis augimo žiedo pjūvis, c) A, B ir C gliukozės grandinės, d) B grandinių suformuotas kristalinis klasteris, e) spiralinė kaimyninių gliukozės grandinių struktūra, f) α(1→6) atsišakojimas, g) gliukozės grandinė

Paruošta pagal braukaiser.com ir wikipedijos medžiagą.

2011-05-19

Gytis Gurklys

Prisijungę aludariai