ГИДРОЛИЗ Выполнил студент 2 курса гр 1491 Нестеренко

ГИДРОЛИЗ Выполнил: студент 2 курса гр. 1491 Нестеренко Алёна Проверил: Преподаватель по УТС Глущенко Л. Ф

Во многих пищевых продуктах имеет место гидролиз пищевых гликозидов, олигосахаридов. Гидролиз зависит от многих факторов, p. H, температуры, активности ферментов и др. Гидролиз важен не только при получении, но и в процессе хранения продукта. При хранении реакции гидролиза могут привести к нежелательному изменению цвета, а гидролиз полисахаридов снижает их способность образовывать гели.

Гидро лиз (от греч. hydor вода и lysis разложение, распад), — один из видов химических реакций сольволиза, где при взаимодействии веществ с водой происходит разложение исходного вещества с образованием новых соединений. Механизм гидролиза соединений различных классов: соли, углеводы, белки, сложные эфиры, жиры и др. имеет существенные различия. Гидролиз обменная реакция между веществом и водой. Гидролиз химическая реакция разделения молекул вещества при взаимодействии с водой. Гидролиз это процесс расщепления молекул глицерида на элементы при взаимодействии с водой.

Роль гидролиза в процессах Молока Для гидролиза лактозы используют фермент β галактозидазу. В результате гидролиза плохо растворимый и несладкий молочный сахар (лактоза) превращается в более сладкую и хорошо растворимую смесь моносахаров (глюкозы и галактозы), что позволяет широко использовать фермент для производства пищевых и кормовых продуктов. С 12 Н 22 О 11 + Н 2 О = С 6 Н 12 О 6 + С 6 Н 12 О 6 лактоза глюкоза галактоза

Мяса Гидролиз протекает во влажных жирах, содержащих такие катализаторы, как липаза, фосфолипаза, сильные органические и неорганические кислоты, а также в результате деятельности микроорганизмов. При гидролизе накапливаются свободные жирные кислоты, о чем свидетельствует рост кислотного числа. С накоплением низкомолекулярных кислот (масляной, валериановой, капроновой) появляются неприятные специфические вкус и запах. Гидролиз животных жиров, а также растительных масел, в состав которых не входят низкомолекулярные жирные кислоты, не приводит к образованию продуктов со специфическими, неприятными вкусом и запахом, так как в результате этого процесса появляются высокомолекулярные жирные кислоты, не обладающие этими свойствами.

Хлебопекарни Ферментативный гидролиз крахмала под действием амилолитических ферментов – α и β амилазы, глюкоамилазы, поллиназы и д. р. Ферментативный гидролиз крахмала имеет место во многих пищевых технологиях, т. к. обеспечивает качество продуктов: в хлебопечении – процесс тестоприготовления и выпечка хлеб; производство пива – получение пивного сусла, сушка солода; производство кваса – получение квасных хлебцев; производство спирта – подготовка сырья для брожения.

Гидролиз часто происходит в присутствии катализатора. Например, при пищеварении ферменты катализируют гидролиз углеводов, белков и жиров, и образуются молекулы, которые легко усваиваются организмом. Живые организмы осуществляют гидролиз различных органических веществ в ходе реакций катаболизма при участии ферментов. Например, в ходе гидролиза при участии пищеварительных ферментов белки расщепляются на аминокислоты, жиры на глицерин и жирные кислоты, полисахариды (например, крахмал и целлюлоза) на моносахариды (например, на глюкозу), нуклеиновые кислоты на свободные нуклеотиды.

Гидролиз солей взаимодействие ионов соли с водой, приводящее к образованию слабого электролита. Слабым электролитом принято считать химические соединения, молекулы которых даже в сильно разбавленных растворах не полностью диссоциированы на ионы

Гидролизу подвергаются три типа солей: а) соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой (Cu. Cl 2, NH 2 Cl, Fe 2(S 04)3 гидролиз по катиону); б) соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой (К 2 С 03, Na 2 S гидролиз по аниону); в) соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой (NH 4)2 C 03, Fe 2(C 03)3 – гидролиз катиону и по аниону).

Гидролиз в прищеварении Пищеварение совокупность физических, химических и физиологических процессов, обеспечивающих обработку и превращение пищевых продуктов в простые химические соединения, способные усваиваться клетками организма.

В зависимости от происхождения гидролитических ферментов пищеварение делят на 3 типа: Собственное симбионтное аутолитическое

Собственное пищеварение осуществляется ферментами, синтезированными железами человека или животного. Симбионтное пищеварение происходит под влиянием ферментов, синтезированных симбионтами макроорганизма (микроорганизмами) пищеварительного тракта. Так происходит переваривание клетчатки пищи в толстой кишке. Аутолитическое пищеварение осуществляется под влиянием ферментов, содержащихся в составе принимаемой пищи. Материнское молоко содержит ферменты, необходимые для его створаживания.

Гидролиз белков Разложение белковых веществ наиболее простые, лишенные видовой специфичности соединения, способные всасываться в кровь через стенки кишечника, осуществляется в пищеварительных органах человека и животных путем последовательного гидролиза под действием ряда ферментов.

Гидролиз углеводов Углеводы пищи в пищеварительном тракте распадаются на мономеры при действии гликозид ферментов, катализирующих гидролиз гликозидных связей в полисахаридах. По числу входящих в их молекулы структурных единиц (остатков простейших углеводов) и способности к гидролизу, углеводы подразделяют на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Моносахариды не гидролизуются с образованием более простых углеводов. Олиго и полисахариды расщепляются при гидролизе до моносахаридов. Продукты полного гидролиза углеводов глюкоза, галактоза и фруктоза через клетки кишечника поступают в кровь. Для человека наиболее важны глюкоза, фруктоза, галактоза, рибоза, дезоксирибоза.

Гидролиз жиров В двенадцатиперстную кишку поступает желчь и сок поджелудочной железы, необходимые для переваривания жиров. В соке поджелудочной железы содержится фермент липаза, катализирующий гидролиз сложноэфирной связи в триацилглицеринах. Поскольку жиры нерастворимы в водных средах, а липаза нерастворима в жирах, гидролиз происходит лишь на поверхности раздела этих фаз и, следовательно, скорость переваривания зависит от площади этой поверхности.

Факторы, влияющие на процесс гидролиза Концентрация соли. Температура. Влияние кислот и оснований.

Концентрация соли. Поскольку гидролиз — процесс обратимый, то добавление воды в раствор будет способствовать смещению этой равновесной реакции вправо, т. е. разбавление соли усиливает ее гидролиз.

Температура. Все реакции нейтрализации идут с выделением теплоты. Следовательно, гидролиз — процесс эндотермический: соль + вода = продукты гидролиза — Q. Согласно принципу Ле Шателье повышение температуры для таких процессов способствует смещению равновесия вправо, т. е. усиливает гидролиз соли.

Влияние кислот и оснований. Процессы гидролиза солей сопровождаются выделением ионов Н+ или ОН–. Поэтому добавление кислоты к раствору соли, гидролиз которой проходит по катиону, т. е. с образованием ионов Н+, смещает равновесие обратимого процесса влево, процесс гидролиза подавляется. Добавление к этому же раствору щелочи, наоборот, приводит к смещению равновесия вправо, так как ионы ОН– будут связывать ионы Н+ в молекулы воды, т. е. гидролиз усилится.

В случае раствора соли, подвергающейся гидролизу по аниону, добавление кислоты или щелочи производит противоположный эффект.

Технологические процессы перерабатывающих производств, где имеет место гидролиз Производство кормовых дрожжей на сахаросодержащих средах гидролизатах растительной биомассы птицеперерабатывающая промышленность Основные технологические приемы переработки винограда и изготовления разных типов вин Переработка целлюлозы Ферментативный гидролиз крахмала в пивоваренном производстве

Технологические схемы и режимы подготовки гидролизата к выращиванию дрожжей Производственный процесс гидролиза, проводимый в периодически действующих аппаратах, состоит из целого ряда основных и вспомогательных операций. Процесс гидролиза для разных видов сырья различен. Он начинается с загрузки сырья в гидролизаппарат и оканчивается выгрузкой лигнина. Последовательно проводятся следующие операции: загрузка сырья с его смачиванием, подогрев сырья и удаление воздуха, перколяция, промывка лигнина, его сушка и удаление из аппарата.

Основной задачей при подготовке гидролизата является удаление ингибиторов, а учитывая наличие в среде нескольких ингибиторов, необходимо удалять каждый из них по возможности полнее. Кроме этого необходимо освободить гидролизат от серной кислоты, снизить температуру до 28 – 32˚С и максимально снизить количество взвешенных и коллоидных веществ. Серная кислота удаляется методом нейтрализации с использованием двух нейтрализующих агентов: известкового молока и аммиачной воды. При нейтрализации известковым молоком происходит реакция с образованием гипса: H 2 SO 4 + Ca(OH)2 = Ca. SO 4 + 2 H 2 O Находящиеся в растворе органические кислоты также частично нейтрализуются. Гипс плотностью 2, 3 г/см 3 выпадает в осадок. Этим свойством пользуются, выделяя его из раствора осаждением.

Технологические схемы и режимы гидролиза Технологическая схема гидролиза состоит из следующих операций процесса гидролиза, проводимого в периодически действующих гидролизаппаратах: подачи на гидролиз серной кислоты и воды, частичного охлаждения полученного гидролизата на испарителях, инверсии (дополнительного гидролиза)

Для обеспечения нормальных условий процесса выращивания, необходимо соответствующим образом подготовить гидролизат. Для этой цели требуется осуществить ряд последовательных технологических операций: самоиспарение гидролизата, нейтрализацию, очистку от взвешенных веществ, охлаждение самоиспарением, аэрацию воздухом.

Получение гидролизата и подготовка его к выращиванию дрожжей Основная задача технологического процесса гидролиза и подготовки гидролизата – получение доброкачественного сахаросодержащего раствора для выработки из него кормовых дрожжей. Полисахариды, содержащиеся в растительной ткани, для усвоения дрожжами должны быть превращены в моносахара, что производится химическим способом в процессе гидролиза. Для ускорения гидролиза применяют катализаторы, наиболее активными из которых являются минеральные кислоты: серная, сернистая и соляная. Гидролиз можно проводить с применением концентрированных кислот или их водных растворов низкой концентрации. В связи с этим различают гидролиз разбавленными и концентрированными кислотами.

Для гидролиза разбавленными кислотами применяется серная кислота. Разбавленная соляная кислота не применяется из за ее сильной агрессивности. Для гидролиза концентрированными кислотами можно использовать серную и соляную кислоты. Гидролиз проводят при низких температурах, а следовательно с незначительным распадом сахаров и без затрат тепла. Высокая доброкачественность гидролизатов обеспечивает повышенный выход готовой продукции. Гидролиз может осуществляться периодическим и непрерывным способами. Аппараты периодического действия проще в изготовлении. Однако при непрерывном способе гидролиза можно значительно сократить требуемый суммарный объем гидролизаппаратов. Создаются благоприятные условия для получения более высоких удельных выходов редуцирующих веществ (до 56% абс. сухой древесины) и повышения доброкачественного гидролизата.

Способы гидролиза. Перколяционный гидролиз. Из известных способов гидролиза применяется перколяционный гидролиз: жидкая фаза двигается сверху вниз через слой неподвижной фазы (гидролизуемое сырье). Обязательным условием является полное погружение твердой фазы в жидкость. Этот способ получил широкое промышленное применение. В процессе гидролиза одновременно происходят две параллельно идущие реакции: гидролитическое расщепление полисахаридов и распад образовавшихся моносахаридов.

Парофазный метод гидролиза. При парофазном гидролизе в отличие от перколяционного жидкость содержится только внутри частиц сырья, между частицами находится пар. Сырье смачивается раствором кислоты перед поступлением в гидролизаппарат, а затем нагревается паром до заданной температуры и выдерживается до 20 мин. В частицах сырья при выдержке происходит деструкция гемицеллюлоз (целлюлозы) с образованием моносахаров. Следующая операция (экстракция) имеет назначение вывести в раствор из частиц сырья образовавшиеся сахара. Для этого в гидролизаппарат подают слабый раствор кислоты или гидролизат с более низкой температурой, чем имеет содержимое гидролизаппарата. Это снижает или полностью предотвращает распад образовавшихся моносахаров.

Технологическая последовательность процесса гидролиза Технологическая схема гидролиза состоит из следующих операций процесса гидролиза, проводимого в периодически действующих гидролизаппаратах: подачи на гидролиз серной кислоты и воды, частичного охлаждения полученного гидролизата на испарителях, инверсии (дополнительного гидролиза)

птицеперерабатывающая промышленность В настоящее время одной из важнейших задач птицеперерабатывающей промышленности является повышение эффективности переработки вторичных продуктов и отходов производства. Применяемые технологии для переработки такого сырья на кормовые цели не всегда позволяют получить продукцию высокого качества. Особые трудности возникают при переработке перьевых отходов, составляющих 7, 5 % от живого веса обрабатываемого сырья. Такое сырье отличается высоким содержанием белка кератина, что обуславливает ценность данного продукта. Среди различных способов переработки отходов весьма перспективным является химический гидролиз.

Преимуществами данного метода являются высокие скорость и степень гидролиза. Однако, известные в настоящее время способы химического гидролиза не находят применения для переработки перьевых отходов. Кислотный гидролиз кератинсодержащего сырья достаточно длителен, а при обработке щелочью сильно снижается качество готового продукта. В данной работе проведены исследования, направленные на изучение кинетики химического гидролиза кератинсодержащего сырья, разработку технологии гидролитической переработки перьевых отходов. Одним из недостатков химического гидролиза является подгорание гидролизуемои массы на внутренних стенках реактора, что приводит к снижению качества готового продукта и затрудняет теплообмен между стенками реактора и жидкостью.

Химические способы (кислотный и щелочной гидролиз) неэффективны и в мировой практике редко используются, так как разрушаются ценные аминокислоты (триптофан, цистин, метионин, частично серин и треонин, аспарагин и глютамин превращаются соответственно в аспарагиновую и глютаминовую кислоты, а освобождающийся аммиак образует соли аммония), также происходит частичная рацемизация аминокислот и образование циклопептидов. К отрицательным моментам следует отнести необходимость нейтрализации кислотных и щелочных гидролизатов и последующее обессоливание конечных продуктов.

. В связи с этим работы, направленные на усовершенствование конструктивного оформления реакторов, являются достаточно актуальными. Для обеспечения длительного хранения готового белкового гидролизата необходимо его высушить. Однако, большинство известных сушильных аппаратов не подходят для сушки гидролизатов, что обусловлено особыми свойствами белковых растворов. Одной из перспективных сушильных установок является агрегат со, встречно закрученными потоками инертных тел, позволяющий получить качественный сухой белковый продукт. Для эффективного применения такого аппарата в производственных условиях нужно подробно изучить кинетику сушки перьевого гидролизата, что позволит определить продолжительность процесса и выбрать наиболее рациональное заполнение агрегата инертом, обеспечивающее эффективную работу оборудования и получение продукта высокого качества.

Разработаны технологии переработки побочных малоценных продуктов птицеперерабатывающих комплексов (мясокостного остатка цыплят бройлеров и потрошеных тушек выносившихся кур несушек), позволяющие получать качественный пищевой белковый продукт заданного функционально технологического назначения. Предложенные технологии представляют собой многоступенчатый гидролиз мясокостного остатка и тушек кур несушек, состоящий из 3 х стадий обработки: 1 этап – водно тепловой гидролиз, 2 и 3 этапы – кислотный гидролиз. При гидролизе тушек кур несушек второму этапу кислотного гидролиза предшествует кратковременный слабый щелочной предгидролиз.

При разработке нового технологического процесса учтены недостатки существующих технологий. Суть процесса состоит в переходе от многочасовой (6 12 ч) дискретной обработки при температурных режимах 130 140°С к обработке в непрерывном процессе в течение 60 90 с при температуре 180 200°С.

Измельчение и обработка сырья в тонком слое позволяют производить нагрев практически мгновенно, при этом выдержка при температуре 150 180°С в течение 60 90 с гарантирует промышленную стерильность полученного продукта. В процессе гидротермической обработки в сырье наблюдаются физико химические изменения. Меняется качество кормов, происходит их стерилизация и детоксикация, желатинизация и разрыв клеточных стенок. Наряду с изменениями физических характеристик увеличивается перевариваемость корма, повышается его питательная ценность. Кратковременная высокотемпературная обработка не ухудшает качество жира и обеспечивает максимальную сохранность незаменимых аминокислот.

технологические приемы переработки винограда и изготовления разных типов вин Ферментативная обработка заключается в добавлении в свежераздавленный виноград или сусло специальных ферментных препаратов с целью разрушения высокомолекулярных водоудерживающих веществ, лучшего экстрагирования в сок полезных соединений, более быстрого прессования, повышения выхода сусла, ускорения осветления и последующей фильтрации. Часто применяется естественная ферментация мезги, т. е. кратковременная (2 8 часов) настаивание в камерных стекателях или настойных резервуарах.

Для ускорения осветления сусло обрабатываются бентонитом с добавлением протеолитических и пектолитических ферментных препаратов. Первые из них катализируют гидролиз белков и способствуют повышению стабильности вин против коллоидных помутнений, а вторые осуществляют гидролиз пектина и ускоряют осветление сусла и повышают его выход, особенно у изабельных сортов.

Гидролитические процессы в сусле и мезге протекают в результате кислотного и особенно ферментативного расщепления различных гликозидов, белков, пектиновых веществ, полисахаридов, полифенольных и других высокомолекулярных соединений с помощью гидролитических ферментов: гликозидаз, эстераз, протеаз. Гликозидазы расщепляют гликозидные связи в сахарозе и полисахаридах, освобождая восстанавливающие сахара низ кой молекулярной массы, что уменьшает вязкость сусла и облегчает его осветление. Кроме того, они гидролизуют терпеновые и полифенольные гликозиды, поэтому настаивание сусла на мезге способствует накоплению несвязанных терпенов, лейкоантоцианов и антоцианов, придающих суслу и вину сортовой аромат и необходимые цветовые оттенки.

Эстеразы — наиболее активная группа гидролитических ферментов винограда. Они катализируют гидролиз пектиновых веществ, поэтому называются пектолитическими ферментами. Делятся они на две группы по месту разрыва эфирных связей: пектинэстеразы (ПЭ), отделяющие метильные группы, и полигалактуроназы (ПГ), расщепляющие связи галактуроновых кислот в молекуле пектина:

Параметры гидролитических процессов вин Для нормального прохождения гидролитических процессов необходимо настаивать сусло на мезге в течение 20— 30 ч, а для белых столовых вин — отстаивать сусло при температуре не ниже 15— 20 °С. Оптимальная температура ферментации 35— 50 °C, что приемлемо только для красных столовых, десертных и креп ких вин типа мадеры, портвейна. При 70— 80 °С гидролитические ферменты разрушаются, и виноматериалы из сусла или мезги, нагретых до этой температуры, осветляются плохо.

Пектолитические ферментные препараты, осуществляя гидролиз пектина, ускоряют осветление сусла и повышают его выход. Под действием ферментов гидролиз пектина проходит за 6— 12 часов в сусле и примерно в 2 раза дольше в мезге. Однако в производственных условиях для хорошего осветления сусла вполне достаточно 5— 8 часов. В результате гидролиза веществ с высоким молекулярным весом, препятствующих выпадению мути в осадок, образуются вещества с низким молекулярным весом, неспособные удержать муть во взвешенном состоянии. Применение пектолитических ферментных препаратов особенно эффективно при обработке изабелльных сортов винограда, обладающих слизи стой мякотью.

Переработка целлюлозы/клетчатки Производство гидролизного спирта. Так клетчатка при гидролизе даёт глюкозу, а глюкозу, как известно, можно превратить в этиловый спирт (этанол) или бутиловый спирт (бутанол), то, следовательно, спирт можно получать путём химической переработки древесины. По одному из современных способов получение этилового спирта из древесины осуществляется следующим образом. Следует однако понимать, что производство спирта из древесины путем сбраживания всегда является более металлоемким и затратным, чем например газификация древесины с последующим каталитическим превращением газа в спирт или бензиновые фракции. В гидролизном аппарате нагревают с серной кислотой древесные отходы, например опилки и щепу. Клетчатка при этом гидролизуется до глюкозы. Серную кислоту затем нейтрализуют известковым раствором и образующийся осадок Са. SО 4 отделяют. Полученный раствор глюкозы подвергают брожению в больших чанах в присутствии дрожжей. После брожения раствор отделяют от дрожжей и в ректификационных колоннах отгоняют из него спирт; дрожжи направляют снова в бродильный чан.

химические реакции целлюлозы Все важнейшие реакции целлюлозы связаны либо с расщеплением ее макромолекулы при действии гидролизующих агентов или окислителей, либо с получением производных целлюлозы как многоатомного спирта. В последнем случае скелет макромолекулы (полимерная цепь) может не затрагиваться, а изменению подвергаются лишь функциональные группы (спиртовые гидроксилы). Гидролиз целлюлозы происходит под влиянием кислых катализаторов, которые сильно ускоряют гидролиз гликозидных связей, весьма стойких к действию щелочей. Этот процесс имеет важное значение в технике, он служит основой производства этилового спирта гидролизом древесины с последующим сбраживанием образовавшейся при гидролизе глюкозы.

Ферментативный гидролиз крахмала Гидролиз крахмала контролируют обычно по окраске, которую дают промежуточные продукты гидролиза с йодом. Окрашивание происходит в результате расположения молекул йода внутри спиральных витков глюкозных остатков. Цвет образовавшихся соединений обусловлен длиной цепочки глюкозных остатков. Крахмал с йодом дает синее окрашивание.

В пивоваренном производстве гидролиз крахмала необходимо проводить так, чтобы в сусле кроме мальтозы присутствовало определенное количество ахро и мальтодекстринов, обусловливающих полноту вкуса и вязкость пива. Для большинства сортов светлого пива гидролиз крахмала ведут до тех пор, пока не образуется 80— 85 % сбраживаемых сахаров и 15— 20 % декстринов, не окрашиваемых йодом. При приготовлении пивного сусла часть ячменного солода заменяют несоложеными продуктами (зерно ячменя, пшеницы, сахар сырец и др. ). На гидролиз биополимеров этих материалов расходуется часть ферментного комплекса солода, в результате чего затрудняется осахаривание несоложеных продуктов, особенно при производстве пива из темных солодов. Поэтому более целесообразно заменять несоложеные продукты гидролизатом крахмала ячменного зерна.

Гидролиз крахмала ржаной обойной муки (параметры) Ржаная обойная мука, практически не используется в хлебопечении и по сути является отходом. Под действием фермента глюкавамарина происходит гидролиз крахмала с получением конечного продукта – гидролизата с содержанием глюкозы до 13%. При проведении экспериментов соотношение компонентов мука : вода 1 : 3 не изменялось. Варьируемыми параметрами являлись: доза фермента, температура процесса и кислотность среды. Зависимости выхода глюкозы от продолжительности гидролиза при разных условиях представлены графически. .

Кинетика накопления глюкозы в гидролизате в зависимости от температуры.

Первая серия экспериментов проводилась при неизменной дозе фермента и постоянной кислотности среды р. Н 4. 8. Из рекомендуемого диапазона температур было выбрано три значения 54 С, 58 С и 62 С. Как видно из графиков (рисунок 1), повышение температуры гидролиза от 58 С до 62 С отрицательно сказывается на процессе. За 15 часов при температуре 58 С была достигнута максимальная концентрация глюкозы в гидролизате 11, 5%, что соответствует степени конверсии крахмала 77%. При 62 С за 16 часов эти показатели достигают величин 6. 7% и 43%, соответственно. Это можно объяснить частичной инактивацией фермента, так как добавление новой порции фермента и снижение температуры до 58 С приводит к резкому возрастанию содержания глюкозы до 11, 8%. Понижение температуры до 54 С также снижает скорость гидролиза

Автоматизация гидролиза термометр р. Н метр уровнемер таймер

Заключение В ходе изучения данной тему я убедилась в том, что процесс гидролиза широко используется в пищевой промышленности, при изготовлении и хранении продуктов и кормов. Его использование позволяет получить качественные, легкоусвояемые продукты с высокой питательной ценностью.