Значение дезаминирования аминокислот в образовании побочных продуктов спиртового брожения

1. Значение дезаминирования аминокислот в образовании побочных продуктов спиртового брожения

Побочные продукты спиртового брожения, вещества, образующиеся во время брожения спиртового из соединений неуглеводной природы, находящихся в сбраживаемых субстратах (сусле, виноматериале). К побочным продуктам спиртового брожения относят главным образом высшие спирты, молочную кислоту (образующуюся в результате симбиозного развития с дрожжами бактерий яблочно-молочного брожения), небольшое количество янтарной кислоты (образующейся из глютаминовой кислоты в результате ее дезаминирования и окислительного декарбоксилирования  этилового спирта, уксусного альдегида, пировиноградной кислоты, которые могут возникнуть в результате дезаминирования а -аланина. Источником образования побочных продуктов являются в основном аминокислоты, которые легко ассимилируются дрожжами в начале брожения. В результате диссимиляции они дезаминируются, выделяя аммиак, используемый дрожжами для синтеза других, им необходимых, аминокислот. После декарбоксилирования и восстановления оставшейся после дезаминирования углеводной части образуются спирты с характерным запахом, основной компонент сивушных масел. Механизм расщепления аминокислот до спиртов не выяснен до конца. Ф. Эрлихом предложены 2 схемы образования высших спиртов. По первой схеме аминокислоты сначала декарбоксилируются с образованием соответствующего амина, переходящего в результате дезаминирования и присоединения воды в спирт:

CH-изобутиловый спирт

По второй схеме сначала  происходит дезаминирование с присоединением воды, образовавшаяся при этом оксикислота при декарбоксилировании дает спирт. По Нейбауэру дрожжи при брожении превращают аминокислоту в соответствующую кетокислоту через гипотетическую аминокислоту. Кетокислота далее декарбоксилируется в альдегид, который восстанавливается под действием дегидрогеназ в соответствующий ему спирт. Работами Пейно, Гумберта, Родопуло, Веселова, Грачевой показано, что при брожении высшие спирты из аминокислот образуются путем реакций переаминирования с кетокислотами и последующим декарбоксилированием. Количественно содержание высших спиртов в вине достигает 200—500 мг/дм³ и зависит от применяемой расы дрожжей, а также сорта винограда. Эти количества значительно превышают теоретически возможное образование их из аминокислот. Часть сивушных спиртов могут образоваться как вторичные продукты брожения. При исследовании баланса высших спиртов в продуктах брожения установлено, что примерно 25% от общего содержания образуются как вторичные продукты, 8— 10% — по схеме Эрлиха-Нейбауэра из аминокислот (лейцин, изолейцин, фенилаланин, тирозин, триптофан, валин) и 65—67% из других аминокислот (глицин, аланин) в результате реакции переаминирования. Высшие спирты имеют важное технологическое значение, т.к. сами, а также продукты их превращений (главным образом эфиры) влияют на формирование букета вина.

Про мочевину все стереть!!!

Полисахариды также  при  нагревании под действием кислот или в присутствии ферментов подвергаются гидролизу с образованием  низкомолекулярных соединений, принимающих участие в обменных процессах.

Из высокомолекулярных  полисахаридов  существенным  изменениям подвергаются крахмал и пектиновые вещества.    

Крахмал (С₆Н₁₀О₅)_n состоит из амилозы и амилопектина, содержит много молекул  D-глюкозы, соединенных  между  собой α-глюкозидными связями. В  крахмале различных плодов и овощей относительное содержание амилозы и амилопектина колеблется в широких пределах.  В растительной ткани  крахмал  откладывается  в запас в виде зерен.  Эти зерна содержат  96 — 97% амилозы и амилопектина, белка -  около 1%, жирных кислот — до 0,6% и минеральных  веществ до 0.7%. Минеральные вещества в крахмале представлены фосфорной кислотой. В картофельном крахмале ее содержится  около 0,18%  или в 3 — 4 раза больше, чем в крахмале зерновых культур. От количества  фосфора  зависит  степень вязкости крахмала. Крахмальные зерна разных растений заметно различаются  по  размеру  и строению (в картофеле они крупнее, в рисе – мельче). С размером  крахмальных зерен  связаны консистенция картофельного клубня и рассыпчатость после варки. Так, при гидролизе крахмала конечными продуктами распада являются мальтоза и D-глюкоза,  затем  гидролиз  крахмала  определяется особенностями строения крахмала,  в частности:  α-амилоза состоит из длинных неразветвленных цепей,  в которых все  D-глюкозные  единицы соединены  α(1—>4)-связями. В воде амилоза не дает истинного раствора, но образует гидратированные мицеллы. Амилопектин также образует коллоидные или  мицеллярные растворы,  его цепи сильно разветвлены: молекулы глюкозы в ветви соединены гликозидными связями  α(1—>4)-типа, но связи в точках ветвления относятся к  α(1—>6)-типу.  Основные компоненты крахмала  могут быть гидролизованы ферментативным  путем двумя способами. Амилоза может быть гидролизована ферментом 7  0  α-амилазой ( α(1—>4)-глюкан-4-глюканогидролаза) с разрывом   α(1—>4)-связи амилозных цепей и с образованием  глюкозы  и  мальтозы. Кроме  того, амилоза может быть гидролизована ферментом  β-амилазой ( α(1—>4)-глюкан-мальтогидролаза) до декстринов и мальтозы.  Декстрины — это полисахариды с  промежуточной длиной цепи,  образующиеся в результате действия амилаз. Амилопектин также гидролизуется  α- и  β-амилазами до остаточного декстрина — конечного продукта гидролиза,  представляющего собой крупную, сильно разветвленную «сердцевину» полисахарида. Это связано с тем,  что  α- и  β-амилазы не способны расщеплять  α(1—>6)-связи, имеющиеся в точках ветвления амилопектина. α(1—>6)-связи, находящиеся в точках  ветвления,  гидролизуются особыми ферментами:   α(1—>6)-глюкозидами.  При  совместном действии  α-амилазы и  α(1—>6)-глюкозидазы амилопектин  может  быть  полностью расщеплен до мальтозы и глюкозы.  Конечные продукты гидролиза мальтоза и глюкоза могут образовываться при нагревании  крахмалсодержащих продуктов в кислой среде.

В кислой  среде  крахмал  гидролизуется  до конечных продуктов  неферментативным путем,  на чем основан один из методов определения содержания крахмала в пищевых продуктах.

Другим важными  процессом, происходящим при хранении картофеля, является распад крахмала. Он идет в основном по двум направлениям:

1) путем фосфоролиза и 2) амилолиза по следующим схемам:

1) Крахмал                 глюкозо-1-фосфат + Н₃РО₄        пировиноградная кислота       молочная кислота

2) Крахмал         полисахариды + Н₂О          мальтоза         глюкоза

В первые часы хранения распад крахмала происходит преимущественно путем фосфоролиза, который прекращается после распада АТФ. Таким образом распадается до 90% крахмала. Затем при более длительном хранении идет амилолитический распад оставшегося крахмала. При длительном хранении картофеля крахмал практически весь распадается.

В процессе хранения количество крахмала в клубнях уменьшается  в результате гидролитического распада его до сахаров. В большей мере снижается содержание крахмала при низкой температуре (1—2°С). Сахара в картофеле представлены глюкозой (около 65 % к общему сахару), фруктозой (5 %) и сахарозой (30 %), в незначительном количестве встречается мальтоза, обычно при прорастании картофеля. Наряду со свободными сахарами в картофеле имеются фосфорные эфиры сахаров (глюкозо-1-фосфат, фруктозо-6-фосфат и др.).

Клубни содержат в среднем

• воды — 76,3 %
• сухого вещества — 23,7 %, в том числе
• крахмала — 17,5 %
• сахаров — 0,5 %
• белка — 1-2 %
• минеральных солей — около 1 %

Максимальное  содержание сухого вещества в клубнях 36,8 %, крахмала 29,4 %, белка 4,6 %, витаминов С, B1, B2, B6, PP, К и каротиноидов.

В зрелом картофеле сахаров немного (0,5—1,5 %), но они могут накапливаться (до 6 % и более) или исчезать полностью, что наблюдается при длительном хранении. Решающим фактором при этом является температура. Биологической основой изменения содержания сахароз служит различная скорость одновременно протекающих в клубнях трёх основных процессов углеводного обмена: осахаривания крахмала, синтеза крахмала из сахаров и окислительного распада сахаров при дыхании. Эти процессы регулируются соответствующими ферментными системами. Установлено, что при температуре 10 °C в 1 кг клубней образуется 35,8 мг сахара и столько же расходуется, при меньшей температуре (0-10 °C) — наблюдается накопление сахара в клубне (по достижении определённого уровня содержание сахаров остаётся постоянным), а при температуре большей 10 °C сахар больше расходуется, чем образуется. Таким образом, накопление сахара можно регулировать, изменяя температуру хранения. Накопление сахаров в клубнях во время хранения значительно зависит и от сорта картофеля.

Повышение содержания сахаров  более чем на 1,5—2 % отрицательно сказывается на качестве картофеля (при варке он темнеет за счёт образования меланоидинов, приобретает сладкий вкус и др.).